DE558445C - Arbeitsverfahren fuer Fluessigkeitsgetriebe mit Schaufelraedern - Google Patents

Description

Es sind Flüssigkeitsgetriebe nach dem Strömungsprinzip bekannt, die durch Zusammenbau von Pumpenrädern, Leitapparaten und Turbinenrädern in geeigneter Reihenfolge bei möglichst schonender Wasserführung (Ringkanal) eine bestimmte Drehzahlübersetzung ergeben. Ein solches Getriebe gestattet wohl eine ziemlich weit gehende Abweichung von der Konstruktions-Übersetzung, jedoch sinkt dabei der Wirkungsgrad mit Entfernung von diesem Konstruktionswert verhältnismäßig rasch, da die Beschauflung für andere Betriebszustände nicht mehr paßt und starke Stoß- und Wirbelungsverluste auftreten.

Eine bessere Anpassung solcher Getriebe an verschiedene Betriebsverhältnisse bei möglichst guten Wirkungsgraden wurde bisher durch Anordnung mehrerer Kreisläufe, axiale Verschiebung von Schaufelkränzen in verschiedene Betriebsstellungen, Anordnung drehbarer Leitschaufeln sowie Aufteilung einzelner Räder in einzelne zu- und abschaltbare Teilkränze angestrebt. Leitapparate in den nicht gebrauchten Kreisläufen werden manchmal losgekuppelt, damit sie sich in der Flüssigkeit frei bewegen können und dadurch möglichst kleine Verluste verursachen. Auch die Möglichkeit einer unmittelbaren starren Kupplung zwischen treibendem und getriebenem Teil wird manchmal vorgesehen. Derartige regelbare Getriebe haben sich bisher nicht einführen können. Die Gründe dafür sind ihre Kompliziertheit, ihr hohes Gewicht, ihr beträchtlicher Preis, die großen Abmessungen und erhöhte Verluste gegenüber dem einfachen, nicht regelbaren Flüssigkeitsgetriebe.

Demgegenüber beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß in einem Flüssigkeitsgetriebe nach dem Strömungsprinzip ganz verschiedene Betriebszustände (verschiedene Übersetzungen und Drehrichtungen) bei hohem Wirkungsgrad in nur einem Kreislauf dadurch erreicht werden können, daß die einzelnen Schaufelräder je als Ganzes in verschiedenen Schaltungen unter sich und mit dem treibenden oder mit dem getriebenen Teil sowie mit der festen Umgebung verbunden'oder frei sich selbst überlassen werden. Es entsteht gleichsam durch jede Schaltung ein neues Getriebe, dessen günstigster Wirkungsgrad jedesmal bei einem anderen Übersetzungswert liegt.

Durch eine zweckmäßige Anordnung und Gestaltung der Schauflungen läßt es sich erreichen, daß das Getriebe mit dem dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechenden günstigsten Wirkungsgrad arbeitet.

Bei der praktischen Ausführung eines solchen Getriebes wird man vielfach nicht alle möglichen Schaltungen vorsehen, sondern nur die in dem betreffenden Einzelfall erwünschten. Es muß also ein schaltbares Rad in der Ausführung nicht unbedingt mit jedem an deren Rad und mit dem treibenden und dem getriebenen Teil und der festen Umgebung gekuppelt werden können.

In der Abb. ι ist schematisch ein einfaches Beispiel eines derartigen schaltbaren Getriebes dargestellt. Es wurde die bekannte Ringkanalausführung zugrunde gelegt, i, 2 und 3 sind Schaufelräder. 4 ist die treibende, 5 die getriebene Welle; 6 bis 13 sind Kupplungen oder Bremsen. Durch die Bremsen oder Kupplungen 7, 10 und 13 können die Schaufelräder mit der festen Umgebung verbunden werden (z. B. mit einem feststehenden Gehäuse). Zunächst werde angenommen, daß die Verbindungen 6, 9 und 13 durch entsprechende Schaltung von Kupplungen und Bremsen hergestellt seien. Dann ist 1 als Pumpe, 2 als Leitapparat und 3 als Turbine zu bezeichnen. Der Leitapparat ist in dem Beispiel als Umkehrteitapparat gedacht, so daß der Drehsinn von 3 entgegengesetzt dem von I ist. Dann ergibt die Einschaltung von 6, 9 und 13 ein Getriebe mit Drehrichtungsumkehr und einer bestimmten Übersetzung, die durch eine entsprechende Formgebung der Schaufelräder bedingt ist. Die erwähnte und einige weitere Schaltmöglichkeiten sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

	Eingeschaltete	Ergebnis
	Kupplungen
	bzw.
	angezogene	Übersetzungsgetriebe mit Dreh
	Bremsen	richtungsumkehr.
	6, 9, 13	Übersetzungsgetriebe mit glei
		cher Drehrichtung des trei
35	6, 10, 11	benden und getriebenen Tei
		les.
		Getriebe mit anderer Über
		setzung.
	7> 9. ι2	Flüssigkeitskupplung (Über
40		setzung ungefähr 1:1).
	6, 8, 11	Flüssigkeitskupplung mit ande
		rer Leistungsaufnahme.
	6, 9, 12	Flüssigkeitsbremse für den ge
45		triebenen Teil.
	7, 10, 11	Flüssigkeitsbremse für den
		treibenden Teil.
	7, 10, 12	Starre mechanische Kupplung
50		zwischen treibender und ge
	6, 8, 9	triebener Welle.

Für viele praktische Fälle würden die angeführten Schaltungen oder auch nur ein Teil davon ausreichen. Noch viel größer wird die Zahl der möglichen Schaltungen, wenn ein Getriebe mit mehr als drei Rädern verwendet wird. Einer Erhöhung der Radzahl steht grundsätzlich nichts im Wege, besonders da man im einzelnen Ausführungsfall nur die wirklich notwendigen Schaltungen vorsehen wird. Für Schaltungen, die die angenäherte Übersetzung 1 : 1 (also Kupplungswirkung) ergeben sollen, ist es besonders zweckmäßig, wenn die aufeinanderfolgenden Räder abwechselnd mit dem treibenden und getriebenen Teil verbunden sind. Dadurch erfolgt ein besonders inniges Ineinandergreifen und damit eine gute Kupplungswirkung.

Zur Durchführung der notwendigen Schaltungen dienen Kupplungen und Bremsen bekannter Ausführungen, die, soweit erforderlich, im Betrieb schaltbar sein müssen.

In manchen Fällen erweist es sich aus Gründen besseren Wirkungsgrades oder zur Verlegung eines Betriebspunktes als zweckmäßig, wenn eine oder mehrere der Schaltungen nicht durch einfache Kupplung, sondem unter Zwischenschaltung eines Vorgeleges durchgeführt werden. Es wäre beispielsweise denkbar, daß bei der Schaltung 6, 8, 11 die Verbindung der Räder 1 und 3 nicht direkt, sondern über ein Vorgelege, beispielsweise Zahnräder, erfolgt, wie dies in Abb. 2 dargestellt ist. Auch eine Drehrichtungsumkehr zwischen zwei verbundenen Teilen ist auf diese Weise möglich, beispielsweise durch ein Zwischenzahnrad.

In vielen Fällen ist es erwünscht, daß das an der getriebenen Welle abgegebene Drehmoment während des Schaltens nicht auf Null absinkt, wie dies beispielsweise beim Schalten von Zahnräderstufengetrieben der Fall ist. Durch eine geeignete Aufeinanderfolge der Kupplungs-, Brems- und Lösungsvorgänge ist es vielfach zu erreichen, daß der treibende Teil stets mit mindestens einem leistungsabgebenden und der getriebene Teil stets mit mindestens einem leistungsaufnehmendem Schaufelrad verbunden ist. Dadurch wird die sonst beim Schalten auftretende unangenehme Verzögerung der getriebenen Welle vermieden oder mindestens verringert und ein sehr weiches, stoßfreies Schalten ermöglicht.

Da ein nach der Erfindung ausgebildetes Getriebe in jedem Augenblick (auch unter voller Last und bei Höchstdrehzahl) umgesteuert werden kann, ist ein sehr wirksames Bremsen und schnelle Umsteuerung möglich. Der Vorgang entspricht etwa dem Gegendampfgeben bei Dampfturbinen. Eine weitere Art der Bremsung der getriebenen Welle ist dadurch möglich, daß das Getriebe als Flüssigkeitsbremse benutzt wird. Zu diesem Zweck wird die Antriebsmaschine stillgesetzt oder die treibende Welle abgekuppelt, während eines oder mehrere der nicht nach der getriebenen Welle geschalteten Schaufelräder mit der festen Umgebung verbunden werden..

Durch sinngemäßes Vertauschen der Schaltungen kann in gleicher Weise Bremsung der treibenden Welle erfolgen. Die Bremsung erfolgt dabei durch starke Wirbelung in der Arbeitsflüssigkeit.

Die Verlustleistung des Getriebes, die als Wärme in die Arbeitsflüssigkeit geht, muß abgeführt werden. Man wird in manchen Fällen damit auskommen, daß das Gehäuse

to selbst bei Anordnung einer Verrippung und einer entsprechenden Ventilation in ausreichendem Maß als Kühler wirkt. Hierbei kann das etwa umlaufende Getriebegehäuse selbst als Ventilator ausgebildet sein. Genügt dies nicht, so muß die Betriebsflüssigkeit durch eine besondere Kühlvorrichtung geführt werden. Dazu wird man im allgemeinen einen ununterbrochenen Umlauf der Betriebsflüssigkeit zwischen Getriebe und Kühler vorsehen, der in bekannter Weise erzeugt wird.

Zur Vermeidung von Hohlraum- und Dampfbildung ist es manchmal erwünscht, den ganzen Flüssigkeitskreislauf und alle Leitungen unter einen höheren Druck zu setzen.

Dies geschieht in bekannter Weise durch Anordnung eines Hochbehälters oder einer Pumpe.

Die von früheren Flüssigkeitsgetrieben her bekannten Maßnahmen, die ein Füllen und Leeren des Flüssigkeitskreislaufs im Betrieb gestatten, sind natürlich auch bei dem vorliegenden Getriebe möglich. Neben einer Benutzung zur weiteren Regelung (ein Verfahren, das hier nur selten angewendet werden wird) ist die Möglichkeit eines einfachen Füllens und Leerens, das gegebenenfalls zwangsläufig zugleich mit dem Schalten vorgenommen werden kann, aus Betriebsgründen in vielen Fällen sehr erwünscht. Als Betriebsflüssigkeit kommt grundsätzlich jeder Stoff in flüssiger Form in Frage.

Die Eigenschaften des beschriebenen Getriebes machen es für zahlreiche Zwecke verwendbar, beispielsweise für Fahrzeuge, Werkzeugmaschinen oder andere Arbeitsmaschinen u. dgl. Es kann auch zusammen mit anderen vor- oder nachgeschalteten Getrieben verwendet werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche: _g0

   ^. i. Arbeitsverfahren für Flüssigkeitsgetriebe mit Schaufelrädern, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne oder alle Schaufelräder im Betrieb oder im Stillstand ihre Trollen vertauschen können, indem jedes Schaufelrad, einzeln oder mit anderen zusammen, Entweder mit dem treibenden oder mit dem getriebenen Teil oder mit feststehenden Teilen öder auch mit mehreren dieser Teile zugleich gekuppelt oder schließlich lose sich selbst über- lassen werden kann.
2. 2. Arbeitsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere oder alle Schaltungen über Vorgelege mit unveränderlicher oder veränderlicher Drehzahl und Drehrichtung erfolgen.

   Hierzu ϊ Blatt Zeichnungen

   Ergänzungsblatt zur Patentschrift 558 445 Klasse 47h Gruppe 18»

   Das Patent 558 445 ist durch Entscheidung des Reichspatentamts· vom 17.Februar 1938, bestätigt durch Urteil des Reichsgerichts vom 15.Januar 1940 dadurch teilweise für nichtig erklärt worden, daß der Anspruch 1 gestrichen wurde»

   Berlin, gedruckt iH -jar REiCHStmüCKEREt