DE604781C - Stetig regelbares Fluessigkeitsgetriebe, bestehend aus einer zwischen die treibende und die getriebene Welle geschalteten Differentialpumpe und einer von ihr gespeisten, auf die getriebene Welle wirkenden Freistrahlturbine - Google Patents

Description

Es sind stetig regelbare Flüssigkeitsgetriebe bekannt, die aus einer zwischen die treibende und die getriebene Welle geschalteten Differentialpumpe bestehen, welche eine auf die getriebene Welle wirkende Freistrahlturbine speist. Auch die Erfindung bezieht sich auf ein derartiges Flüssigkeitsgetriebe. Sie besteht darin, daß der mit der getriebenen Welle verbundene äußere Rotor der Differentialpumpe

to einen Zahnkranz trägt, mit dem das Antriebsritzel der als schnellaufende Getriebeturbine ausgebildeten Freistrahlturbine fii Eingriff steht.
Die Erfindung ermöglicht es, die Freistrahlturbine als schnellaufende Getriebeturbine auszubilden und dennoch eine äußerst gedrängte Bauart zu erzielen, obgleich ein Zahnkranz von verhältnismäßig großem Durchmesser vorgesehen werden muß, mit welchem das Ritzel der Turbinenwelle kämmt. Das Wesen der Erfindung liegt also darin, den ohnehin vorhandenen äußeren Rotor der Differentialpumpe gleichzeitig als ein Element des Turbinengetriebes zu verwenden und ihn zu diesem Zweck mit einem Zahnkranz zu versehen, auf dem das Antriebsritzel der Strahlturbine treibt. Ferner ermöglicht diese Anordnung in einfachster Weise, mehrere Turbinen anordnen zu können, ohne daß man dabei auf die gedrängte Bauart verzichten müßte. Erfindungsgemäß greifen daher in den Zahnkranz des äußeren Pumpenrotors mehrere in der Umfangsrichtung gegeneinander versetzte Ritzel verschiedener, wahlweise zu beaufschlagender Turbinen für verschiedene Drehzahlbereiche oder Vorwärts- und Rückwärtsgang ein.

Vorzugsweise werden die Ritzel der Vorwärts- und der Rückwärtsturbine symmetrisch zur Welle angeordnet.

Die verschiedenen Turbinen erhalten dann einen gemeinsamen Druckraum, einen gemeinsamen Turbinenraum und auch eine gemein- · same Düsenregulierkammer.

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht. In diesen zeigt

Abb. ι einen Axialschnitt durch die eine Ausführungsform längs der Linien 1-1 der Abb. 2 und im linken unteren Teil den Schnitt nach der Linie 1-1 der Abb. 3;

Abb. 2 einen Querschnitt durch das Turbinengehäuse und durch die Rückförderpumpe nach der Linie 2-2 der Abb. 1;

Abb. 3 einen Querschnitt durch die Kolbenpumpe nach der Linie 3-3 der Abb. 1; Abb. 4 den Grundriß des Getriebes;

Abb. 5 einen Axialschnitt durch das' zweit

Ausführungsbeispiel, und zwar im linken Teil nach der Linie 5-5 der Abb. 6 und im rechten Teil nach der Linie 1-1 der Abb. 8; Abb. 6 einen Teilschnitt nach der Linie 6-6 der Abb. 7 teilweise in Stirnansicht; Abb. 7 einen Grundriß;

Abb. 8 einen Schnitt nach der Linie 8-8 der

Abb.5; .

Abb. 9 einen Schnitt nach der Linie 9-9 der Abb. 6;

Abb. 10 eine der Abb. 6 entsprechende vervollständigte Stirnansicht;

Abb. 11 die Ansicht von unten; Abb. 12 die Stirnansicht von der rechten Seite aus gesehen, und

Abb. 13 den Schnitt nach der Linie 13-13 der Abb. 9.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind in den beiden Stirnseiten des Gehäuses 7 Stopfbuchsengehäuse 11 und 12 eingesetzt, die zur Aufnahme der den inneren Rotor der Pumpe bildenden Kurbelwelle 1 durchbohrt sind und ferner in Kugellagern 16 den äußeren Rotor 5 tragen. Dieser wird von einem in der Umfangsrichtung geteilten Gehäuse gebildet, das den auf dem Zapfen def Kurbelwelle 1 gelagerten Zylinderblock 6 umschließt und mit zwei Zahnkranzpaaren 8 und 9 versehen ist. Der Zylinderblock 6 besteht aus sechs radial angeordneten Zylindern, deren nach innen gerichtete Tauchkolben 13 an geteilten, zwischen den Hälften des Rotors 5 eingesetzten Lagern 15 durch Schubstangen 14 angelenkt sind.

Die Kurbelwelle 1 ist als Hohlwelle mit getrennten Längskanälen 21 und 22 versehen, die in der Lagerfläche des Kurbelzapfens bei 24 und 25 münden und hier zur Zu- und Abführung der Umlaufflüssigkeit in der aus Abb. 3 ersichtlichen Weise mit den öffnungen 23 der Zylinder kommunizieren.

Die Kurbelwelle trägt ein Gegengewicht 17, das zum Massenausgleich des Kurbelzapfens 4 dient, und ist in Kugellagern 26 im Rotor 5 gelagert. Ihre Steuerkanäle 21 und 22 münden bei 27 auf der Umfangsfläche der Welle innerhalb der Stopfbuchsengehäuse, durch deren Inneres hindurch die Zu- und Ableitung der Flüssigkeit durch geeignete Rohranschlüsse erfolgt.

Der äußere Rotors ist ¹¹^t dem Zylinderblock 6 zu gemeinsamem Umlauf durch Hilfskurbeln 20 verbunden, deren Länge der Exzentrizität des Kurbelzapfens 4 entspricht.

Die Kurbelwelle 1 stellt die treibende Welle dar, während die getriebene Welle 2 unterhalb der Kolbenpumpe im Gehäuse 7 gelagert ist und durch Zahnräder 18, die mit den-Zahnkränzen 8 in Eingriff stehen, vom Rotor 5 ihren Antrieb erfährt.

Die Wirkungsweise dieses- Pumpenteiles ist folgende: Bei Relativdrehung zwischen der Kurbelwelle und dem Zylinderblock befinden sich, wie aus Abb. 3 ersichtlich, jeweils diejenigen Zylinder, deren Kolben nach außen gezogen werden, also ansaugen, in Verbindung mit dem Steuerkanal 21, der seine Mündung auf der einen Seite des Kurbelzapfens hat, während gleichzeitig der auf der anderen Kurbelzapfenseite mündende Steuerkanal 22 mit den gegenüberliegenden Zylindern in Verbindung steht, deren Kolben sich nach innen bewegen. Die Umlaufflüssigkeit wird also in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit von dem Stopfbuchsengehäuse 11 zu dem Stopfbuchsengehäuse 12 befördert. Wird der Flüssigkeitsumlauf durch die später zu beschreibende Vorrichtung stark abgedrosselt oder ganz unterbrochen, so ergibt sich eine entsprechend geringere oder gar keine Relativgeschwindigkeit, so daß der äußere Rotor 5 annähernd oder ebenso schnell wie die Kurbelwelle 1 umzulaufen gezwungen wird. Es wird daher ein entsprechend großer Teil der Leistung unmittelbar mechanisch über die Zahnkränze 8 und die Zahnräder 18 von der treibenden Welle 1 auf die getriebene Welle 2 übertragen. Stets ist hierbei das durch den Zylinderblock 6 auf den äußeren Rotor 5 übertragene Drehmoment ebenso groß wie das von der Kurbelwelle r ausgeübte Drehmoment.

Wird der Flüssigkeitsumlauf nicht unterbrochen, so bleibt der äußere Rotor 5 gegenüber dem von der inneren Kurbelwelle gebildeten Rotor ι um eine bestimmte Winkelgeschwindigkeit zurück, deren Betrag durch den Flüssigkeitsumlauf bestimmt wird. Dieser aber hängt von der Einstellung des nunmehr zu beschreibenden Motorteils ab.

Wie aus den Abb. 1 und 2 ersichtlich, sind in dem oberen Teil des Gehäuses 7 Turbinenwellen 30 und 40 gelagert, und zwar symmetrisch gegenüber der senkrechten Axialebene des Getriebes. Ihr linkes, innerhalb des Gehäuses 7 befindliches Ende trägt ein Zahnradpaar 39 bzw. 49, das mit den Zahnkränzen 9 des Rotors 5 in Eingriff steht, während ihr rechtes Ende aus dem Gehäuse 7 herausragt und ein Turbinenrad 31 bzw. 41 trägt.

Die beiden Turbinenräder liegen in Gehäuseansätzen des Stopfbuchsengehäuses 12 mit abnehmbaren Deckeln 33 und 43 und tragen Turbinenschaufel. 32 und 42, deren Beaufschlagung durch Düsen 35 und 45 erfolgt. Wie aus Abb. 2 ersichtlich, werden die Düsen von dem gemeinsamen Druckraum 55 aus gespeist, der an das Innere des Stopfbuchsengehäuses 12 angeschlossen ist und daher von dem Steuerkanal 22 der Kurbelwelle aus beliefert wird. Die Düsen 35 und 45 können durch Nadelventile 36 und 46 geregelt und geschlossen

werden. Die Verstellvorrichtung für die Nadelventile ist in den Zeichnungen nicht näher dargestellt. Da jedoch die beiden Turbinenräder in entgegengesetztem Drehsinne auf den Rotor 5 arbeiten, wird die Verstellvorrichtung zweckmäßig so ausgebildet, daß jeweils die eine oder die andere Düse geschlossen ist.

Die Rückförderung der Flüssigkeit von der Strahlturbine zum Steuerkanal 21 erfolgt durch

to eine Kreiselpumpe 6o, die in einem Gehäuseansatz io des Stopfbuchsengehäuses 12 angeordnet ist. Ihre Welle 61 wird durch Kegelräder 62 und 63 von der Kurbelwelle 1 angetrieben. Über der Kreiselpumpe 60 ist ein vom Stopfbuchsengehäuse 12 gebildeter Vorratsraum vorgesehen, von dem die Kreiselpumpe die Umlaufflüssigkeit ansaugt und sie durch eine Rohrleitung 56 (Abb. 2 und 4) dem Stopfbuchsengehäuse 11 zuführt. Das Turbinenrad 41 ist für Vorwärtsgang vorgesehen, während das Turbinenrad 31 zum Rückwärtsgang dient und daher zweckmäßig auf seiner Welle mit einem kleineren Ritzel versehen ist als das andere Turbinenrad, um eine größere

Übersetzung und damit ^in größeres Drehmoment für den Rückwärtslauf zu erhalten.

Die Stopfbuchsengehäuse n und 12 sind außerdem durch eine Umlauf leitung 57 (Abb. 2 und 4) verbunden, in der ein Ventil 50 angeordnet ist, das zum Zwecke des Leerlaufs geöffnet werden kann. Schließlich besteht noch eine weitere Verbindungsleitung 58. zwischen der Druckleitung 56 der Kreiselpumpe und dem Hochdruck-Stopfbuchsengehäuse 12, in die ein unter Federdruck stehendes Rückschlagventil 52 eingebaut ist. Dies dient dazu, eine Förderung der Umlauf flüssigkeit von der Kreiselpumpe in das Stopfbuchsengehäuse 12 zu ermöglichen, falls in diesem ein geringerer Druck herrschen sollte. Schließlich ist noch zu erwähnen, daß auch die Leitung 56 mit einem Rückschlagventil 51 versehen ist, das ein Zurückströmen der Umlaufflüssigkeit zu der Kreiselpumpe hin verhindern soll.

Eine von der Kurbelwelle 1 aus angetriebene Zahnradpumpe 70 dient dazu, das sich am Boden des Gehäuses 7 sammelnde Lecköl in den ölvorratsraum im Gehäuse 10 zu überführen.

Ist das Leerlaufventil 50 geöffnet, während die Düsen 35 und 45 geschlossen sind, so drückt die Kolbenpumpe die Triebflüssigkeit durch die Rohrleitung 57 zur Saugseite der Kolbenpumpe zurück, so daß auf den Rotor 5 und die getriebene Welle 2 kein Drehmoment übertragen werden kann. Diese können daher im Stillstand verbleiben.

Ist das Leerlaufventil 50 und die Düse 45 der Rückwärtsturbine geschlossen, während die Düäe 35 der Vorwärtsturbine geöffnet ist, so drückt die Kolbenpumpe die Umlaufflüssigkeit durch die Düse 35 hindurch, so daß die Vorwärtsturbine 31 beaufschlagt wird und ihr Drehmoment über die Ritzel 39 auf den Rotor 5 und damit auf die getriebene Welle überträgt. Das Drehmoment wirkt in der gleichen Richtung wie das durch die Kolben auf den Rotor 5 übertragene und erhöht dementsprechend das auf die getriebene Welle 2 zur Wirkung gelangende Gesamtdrehmoment. Je weiter die Düse 35 geschlossen wird, um so kleiner wird die Relativgeschwindigkeit des Rotors 5 gegenüber der treibenden Welle 1, und um so schneller wird daher die Welle 2 bei entsprechend verringertem Antriebsmoment in Umlauf versetzt. Wird die Düse 35 vollständig geschlossen, so ist der Flüssigkeitsumlauf vollkommen unterbunden, so daß der Rotor 5, wie oben erwähnt, mit gleicher Geschwindigkeit umläuft wie die Kurbelwelle 1.

Schließt man das Leerlaufventil 50 und die Düse 35 der Vorwärtsturbine, während man die Düse 45 der Rückwärtsturbine öffnet, so wirkt das durch die Ritzel 49 auf den Rotor 5 übertragene Drehmoment dem durch die KoI-ben 13 ausgeübten Moment entgegen. Hierdurch kann man die getriebene Welle in kürzester Zeit abbremsen und umsteuern. Je schneller hierbei der Rotor 5 in der der treibenden Welle ι entgegengesetzten Richtung umläuft, um so mehr wächst die Relativgeschwindigkeit zwischen Kurbelwelle 1 und Rotor 5, und dementsprechend vergrößert sich die geförderte Flüssigkeitsmenge und damit die Geschwindigkeit der Rückwärtsturbine. Es lassen sich auch in jeder Drehrichtung mehrere Turbinen anordnen, bei denen sich die Übersetzungsverhältnisse, die Drehmomente sowie die Geschwindigkeitsbereiche beliebig bemessen lassen.

Bei Verwendung mehrerer Turbinen werden zweckmäßig ein- und ausrückbare Kupplungen zwischen Turbinen und getriebener Welle vorgesehen, um die Turbinen bei geschlossenen Düsen abkuppeln zu können.

Um den Ventilationswiderstand der Turbinen zu verringern, können verschiebbare Abdeckungen vorgesehen werden, welche bei Leerlauf über das Turbinenrad geschoben werden.

Das in den Abb. 5 bis 13 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen dadurch, daß die getriebene Welle nicht von einem Zahnkranz des äußeren Rotors aus angetrieben wird, sondern unmittelbar mit ihm gekuppelt ist. Der Rotor ist zu diesem Zweck als Hohlwelle aus dem Getriebegehäuse herausgeführt. Dadurch wird eine geschlossenere und kleinere Bauart erreicht, welche beispielsweise für die Verwendung in Kraftfahrzeugen besondere Vorteile bietet. Sodann zeichnet sich dieses Ausführungsbeispiel

durch HiKsvorrichtungen aus, die die Betriebseigenschaften verbessern, wie beispielsweise durch einen Schaumkondensator und eine Entlüftungspumpe, die das Getriebeinnere zur Verminderung des Ventilationswiderstandes der Turbinenräder und der Kreiselräder unter Vakuum setzt. Die Kolbenpumpe entspricht nach Bauart und Wirkungsweise der des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels. Da ίο die Zeichnung mit entsprechenden Bezugsziffern versehen ist, erübrigt sich daher eine nähere Beschreibung. Zu erwähnen ist jedoch, daß der Rotor 5 im vorliegenden Falle nur das eine Paar Zahnkränze 9 trägt, die in Eingriff mit den Ritzeln 39 und 49 der Turbinenwellen 30 und 40 stehen.

Erfindungsgemäß ist die rechte Hälfte des Rotors 5 als Hohlwelle 55 ausgebildet, die zwischen der Kurbelwelle 1 und dem Stopfbuchsengehäuse 12 hindurch nach außen geführt ist.

Außerdem sind hier die Rollen der beiden Stopfbuchsenkammern gegenüber dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel vertauscht, indem das an der Antriebsseite der Kurbelwelle befindliche Stopfbuchsengehäuse 11 bei 10 zur Aufnahme der Turbinenräder erweitert ist. Das Gehäuse 10 bildet Druckkaüäle 29 zur Speisung der Turbinendüsen 35 und 45 und in seinem oberen Teil einen Windkessel 28 sowie das Spiralgehäuse 66 der Rückförderpumpe.

Auf der treibenden Kurbelwelle 1 ist innerhalb eines durch Deckel 100 geschlossenen Ansatzes 101 des Stopfbuchsengehäuses 11 ein Kegelrad 63 angeordnet, das mit einem auf der Kreiselpumpenwelle 61 befestigten Kegelrad 62 in Eingriff steht. Die Welle 61 ist im Gehäuseansatz 101 gelagert und trägt zwei Kreiselräder 60 und 70. Auf den das Spiralgehäuse 66 unten abschließenden Ring 102 ist ein Gehäuse 69 (Abb. 5 und 11) aufgepaßt, das den Saugraum des Kreiselrades 70 aufnimmt und mit einem Ventilsitz für ein Rückschlagventil 67 versehen ist, dessen Schaft in einer Längsbohrung der Welle 61 geführt ist und das zum Abschluß des Saugkanals 65 dient. Der Saugkanal 65 ist durch den Flansch 103 des Gehäuses 69 an den unteren Teil des Gehäuses 7 zur Aufnahme des sich hier sammelnden Lecköles der Kolbenpumpe angeschlossen. Das Lecköl wird von dem Kreiselrad 70 den im Kreiselrad 60 vorgesehenen Bohrungen 68 zugeführt, um sodann durch das Spiralgehäuse 66 der Kolbenpumpe zugeführt zu werden. •55 Wie Abb. 9 zeigt, sitzt auf der Turbinenwelle 30 zwischen dem Turbinenrad 31 und dem Ritzel 39 ein Pumpenkreisel 71, der dazu dient, den sich auf dem ölspiegel 75 (Abb. 6) sammelnden ölschaum abzusaugen. Zu diesem Zweck ist in dem Gehäuse 10 ein Saugkanal 73 eingegossen, durch den der Schaum abgesaugt und in den teils im Gehäuse 10, teils im Deckel 33 vorgesehenen Ringraum 72 befördert wird, von wo aus das öl durch Öffnungen 74 in dem Kolbenpumpengehäuse 7 abfließen kann. An das andere Ende der Turbinenwelle 30 ist eine Kapselvakuumpumpe angekuppelt, deren Gehäuse 80 am Gehäuse 7 und dem Deckel 33 gelagert ist und deren Rotor 82 in bekannter Weise radiale Schieber 81 trägt. Die Saugseite der Kapselpumpe steht durch eine Rohrleitung 83 mit dem Inneren des Gehäuses 7 in Verbindung, das seinerseits durch öffnungen mit dem Gehäuse 10 kommuniziert. Durch die Kapselpumpe wird daher die im Gehäuse 10 herrschende Luftdichte verringert und der Ventilationswiderstand der Turbinenräder und der mit ihnen gekuppelten Kreiselräder vermindert.

Innerhalb des Gehäuses 10 ist ein durch Deckel 78 abgeschlossener Hohlraum 77 vorgesehen, der zur Aufnahme des Stellwerkes für die Düsenventile 36 und 46 dient. An diesen greifen Hebel 37 und 47 an, deren Wellen 38 und 48 durch den Deckel 78 nach außen geführt sind·.? Das von dem Pumpenkreisel 60 angesaugte und in das Spiralgehäuse 66 gedrückte öl wird durch einen in Abb. 8 und Ii ersichtlichen Kanal 86 im unteren Teil des Gehäuses 7 und durch einen sich anschließenden Krümmer 87 dem Stopfbuchsengehäuse 12 zugeführt. Der Kanal 86 ist mit Öffnungen 92 versehen, die in einen Windkessel 91 münden. Etwa vom Öl mitgeführte Luftblasen können daher in den Windkessel 91 austreten. Ferner ist hinter dem Krümmer 87 ein Rückschlagventil 98 in der Rückleitung angeordnet, um ein Rückströmen des Öls in die Kreiselpumpe zu verhindern.

Wie Abb. 6 und 11 zeigen, ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel das Spiralgehäuse 66 der Kreiselpumpe mit dem Druckraum 99 durch eine Leitung 58 mit federbelastetem Ventil 52 verbunden, das ein Rückströmen nach der Kreiselpumpe verhindert, jedoch ein Überströmen von der Kreiselpumpe nach der Kolbenpumpe ermöglicht, sofern der Druck im Raum 99 unter denjenigen der Kreiselpumpe sinken sollte, was bei Rückwärtslauf eintreten kann. Das Ventil 52 kann mittels einer Nockenwelle 53 mit Nocken 54 im unteren Teil des Gehäuses 7 geöffnet werden, um die unmittelbare Verbindung zwischen Druckseite 99 und Saugseite 88 des Pumpenteils und damit Leerlauf herzustellen.

Bei beiden Ausführungsformen bietet die Anordnung der gesonderten Rückwärtsturbine die Möglichkeit, auf die getriebene Welle eine äußere Bremswirkung durch Öffnen der Rückwärtsdüse zu erzeugen. Die Bremswirkung kann hierbei durch mehr oder weniger weites öffnen der Düse geregelt werden. In ent-

sprechender Weise kann bei Rückwärtsgang die gleiche Bremswirkung durch Beaufschlagung der Vorwärtsdüse erzielt werden.

Mit Vorteil läßt sich die Turbine auch neben einem als Kolbenmaschine ausgebildeten Motor als Zusatzmotor verwenden. Sie kann dann beispielsweise parallel zur Kolbenmaschine in den Umlaufstrom der Flüssigkeit eingeschaltet werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Stetig regelbares Flüssigkeitsgetriebe, bestehend aus einer zwischen die treibende und die getriebene Welle geschalteten Differentialpumpe und einer von ihr gespeisten, auf die getriebene Welle wirkenden Freistrahlturbine, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der getriebenen Welle verbundene äußere Rotor (5) der Differentialpumpe einen Zahnkranz (9) trägt, mit dem das Antriebsritzel (39 bzw. 49) der als schnelllaufende Getriebeturbine ausgebildeten Freistrahlturbine in Eingriff steht.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zahnkranz (9) des äußeren Pumpenrotors (5) mehrere in der Umfangsrichtung gegeneinander versetzte Ritzel verschiedener, wahlweise zu beaufschlagender Turbinen für verschiedene Drehzahlbereiche oder Vorwärts- und Rückwärtsgang eingreifen.

3. Getriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialpumpenrotor in bekannter Weise mit einer die treibende Welle teilweise umschließenden Hohlwelle verbunden ist, um das Drehmoment der Pumpe sowie dasjenige der Turbine unter Vermeidung einer Vorgelegewelle und weiterer Zahnräder nach außen übertragen zu können.

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ritzel der Vorwärts- und der Rückwärtsturbine symmetrisch zur Welle angeordnet sind.

5. Getriebe nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die verschiedenen Ritzel antreibenden Turbinen einen gemeinsamen Druckraum und Turbinenraum und eine gemeinsame Düsenregulierkammer haben.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen