DE610177C - Fluessigkeitswechselgetriebe zur Kraftuebertragung zwischen zwei Wellen mit einem treibenden Pumpenrad und einem oder mehreren getriebenen Turbinenlaufschaufelkraenzen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
7. MÄRZ 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 47 h GRUPPE

Aktiebolaget Ljungströms Ängturbin in Stockholm*)

Flüssigkeitswechselgetriebe zur Kraftübertragung zwischen zwei Wellen mit einem treibenden Pumpenrad und einem oder mehreren getriebenen

Turbinenlaufschaufelkränzen

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. Mai 1931 ab

Flüssigkeitswechselgetriebe zur Kraftübertragung zwischen zwei Wellen mit einem treibenden Pumpenrad und einem oder mehreren getriebenen Turbinenlaufschaufelkränzen, die miteinander in Reihe geschaltet sind, so daß die Kupplungsflüssigkeit in geschlossenem Kreislauf durch das Pumpenrad und die Turbinenlaufschaufelkränze umläuft, sind an sich bekannt. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, bei solchen Getrieben zur Umsteuerung des Drehsinnes der getriebenen Wellen drehbare Schaufeln anzuwenden. Es ist ferner bekannt, bei solchen Getrieben verstellbare Leitschaufeln anzuwenden, um durch Verstellung

dieser Leitschaufeln eine Veränderung des Übersetzungsverhältnisses hervorzurufen. Auch die Verstellung von Pumpenschaufeln ist bereits angewendet worden; jedoch erfolgte die Verdrehung der Schaufeln des Primärrades nur zum Drosseln der Flüssigkeit und nicht zur völligen Unterbrechung des Flüssigkeitsumlaufes.

Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, in einem Flüssigkeitswechselgetriebe der oben bezeichneten Art die mit dem Pumpenrad umlaufenden Schaufeln von der größten Öffnung bis zum völligen Abschluß des Schaufelkanals verstellbar auszubilden und die Schaufeln des Turbinenrades oder einer der Turbinenschaufelkränze, vorzugsweise des dem Pumpenrade unmittelbar folgenden Laufschaufelkranzes, in der bei Flüssigkeitsgetrieben an sich bekannten Art und Weise mit abgerundeten Einlaufkanten zu versehen.

Die Erfindung ist für Flüssigkeitsgetriebe von wesentlicher Bedeutung. Wenn z. B. ein Flüssigkeitsgetriebe gemäß der Erfindung für die Kraftübertragung von Dieselmaschinen angewendet wird, so kommt es hier bekanntlich darauf an, daß die Dieselmaschine möglichst ohne Belastung anfahren kann. Dieser Forderung entspricht das neue Getriebe in einfacher Weise, indem nämlich beim völligen Abschluß des Schaufelkanals im Pumpenrade überhaupt kein Kraftmoment im Flüssigkeitsgetriebe auftreten kann. Die einfache Verdrehung der Laufschaufeln in die Abschlußstellung bedeutet also die völlige Entlastung ■ des Flüssigkeitsgetriebes, ohne daß es notwendig wäre, dieses von der Welle der Dieselmaschine abzuschalten. Nach dem Anlauf der Maschine wird durch Verdrehung der Schaufeln des Pumpenrades der Schaufelkanal allmählich geöffnet und weiter vergrößert und dadurch das" vom Flüssigkeitsgetriebe übertragene Drehmoment in beliebigen Grenzen geregelt.

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

AIf Lysholm, Gösta Wahlsten und Fred Horney in Stockholm

Durch die weitere gemäß der Erfindung vorgeschlagene Maßnahme, die Schaufeln des Turbinenrades, vorzugsweise des dem Pumpenrade unmittelbar folgenden Lauf schauf elkranzes, in an sich bekannter Weise mit abgerundeten Einlaufkanten zu versehen, wird die für die praktische Verwendung des Flüssigkeitsgetriebes wertvolle Eigenschaft erreicht, daß das Turbinenrad bzw. die Turbinenräder gegen die Veränderung des ίο Einlaufwinkels unempfindlich werden, d. h. praktisch gesprochen, eine sehr flache Wirkungsgradkurve aufweisen, welche eine innerhalb der praktisch auftretenden Verstellungsgrenzen gleichbleibende Wirkungsgrade für das Getriebe erzielen, ein Vorteil, der für die allgemeine Anwendbarkeit des Getriebes entscheidend in die Waagschale fällt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigen

Fig. ι einen Längsschnitt durch das Getriebe,

Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie H-II der Fig. I₁

Fig. 3 einen Einzelteil der Fig. 1 in vergrößertem Maßstabe,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in

Fig. 3.

Fig. 5 einige Kurven zur Erläuterung der Grundlage der Erfindung.

In Fig. ι bezeichnet 3 eine hohle Primärwelle eines Flüssigkeitswechselgetriebes, die eine Scheibe 4 trägt. An dieser Scheibe 4 sind die Schaufeln 5 des Pumpenrades angebracht. Diese Schaufeln erstrecken sich mit ihrer Längsausdehnung in axialer Richtung des Wechselgetriebes und tragen an ihrem freien Ende eine ringförmige Scheibe 6, die zusammen mit der Scheibe 4 den Durchströmungskanal des Pumpenrades seitlich, d. h. axial, begrenzt. Auf der Sekundärwelle 7 ist eine Turbinenscheibe 8 befestigt, und auf dieser Scheibe ist ein Turbinenschaufelkranz 9 angebracht, der mit dem anderen Ende an einem ringförmigen, in diesem Fall hohlen Körper 10 befestigt ist. Dieser Körper 10 trägt auch noch Turbinenschaufelkränze 11 und 12. Mit 13 und 14 sind stillstehende Leitschaufelkränze bezeichnet. Die Flüssigkeit, in diesem Falle beispielsweise Wasser, strömt von einem mittleren Raum 14 im Wechselgetriebe in der Richtung des Pfeiles 15 zunächst durch den Pumpenschaufelkranz 5, dann durch den Turbinenlaufschaufelkranz 12 und weiter durch den Leitschaufelkranz 13 und durch den Turbinenlaufschaufelkranz ii, weiter durch den Leitschaufelkranz 14 und durch den Turbinenlaufschaufelkranz 9, um schließlich den Kreislauf zu vollenden und wieder von neuem den Pumpenschaufelkranz 5 zu durchströmen. Die Primärwelle 3 kann mit der Motorwelle gekuppelt sein oder die Motorwelle selbst bilden. Sie ist beispielsweise mittels eines auf ihr befestigten und mit einem Zahnrad 17 auf einer Welle 18 in Eingriff stehenden Zahnrades 16 somit durch eine mechanische Übersetzung mit der Motorwelle verbunden, die entweder mit der Welle 18 zusammengekuppelt ist oder diese selbst bilden kann. Innerhalb der hohlen Primärwelle 3 ist eine Welle 20 vorgesehen, die mit der Welle 3 umläuft. Die Welle 20 hat am äußeren Ende ein Gewinde 21 mit großer Steigung. Auf dieses Gewinde ist eine mit inneren Gewinden versehene Hülse 22 aufgeschraubt (s. auch Fig. 2). Durch Verschieben der Hülse 22 in der Längsrichtung der Welle 20 wird die letztere mittels des Gewindes 21 zur hohlen Primärwelle 3 verdreht. Zur Verschiebung der Hülse 22 dient ein sie umgebender, stillstehend angebrachter Ring 24. Der Ring 24 ist mittels eines Kugellagers 25 auf der beweglichen Hülse 22 derart gelagert, daß er zu dieser in axialer Richtung nicht verschoben werden kann. Hierdurch kann eine auf den Ring 24 in axialer Richtung verschiebend wirkende Kraft durch das Kugellager 25 auf die Hülse 22 übertragen werden. Der Ring 24 wird durch den Hebel 26 in axialer Richtung verschoben. Normalerweise drehen sich die Primärwelle 3, die Welle 20 und die Hülse 22 mit derselben Geschwindigkeit. Die Verdrehung der Welle 20 gegenüber der go Welle 3 durch die Hülse 22 und den Hebel 26 kann auch während des Umlaufens der Wellen geschehen., Die relative Drehung der Wellen wird zur Umstellung der Pumpenschaufeln 5 ausgenutzt, was gelegentlich in der folgenden Be-Schreibung der Fig. 3 näher erläutert wird, in der dieselben Bezugszeichen für die entsprechenden Teile wie in Fig. 1 und 2 verwendet sind. Die Pumpenschaufelkränze 5, im folgenden kurz Schaufehl 5 benannt (s. auch Fig. 4), sind gemaß der dargestellten Ausführungsfornr jeweils auf einem Bolzen 27 verstellbar gelagert, der gleichzeitig die Pumpenscheibe 4 und den Ring 6 zusammenhält. Die somit zur Pumpenscheibe4 und zur Scheibe 6 verstellbaren Schaufeln 5 sind mit ihrem einen Ende an einer Platte oder kleineren Scheibe 28 befestigt, die an ihrem inneren, der Wellenmitte zugewendeten Teil zu einem Ohr, einer Nase oder Zunge 30 ausgeformt ist. Die Welle 20 trägt an ihrem inneren Ende no eine mit ihr fest verbundene, in diesem Fall kegelförmig ausgeführte Scheibe 31 mit Ausnehmungen, die die Zungen umfassen und dadurch die Scheiben 28 in einer bestimmten Stellung.halten. Wenn die Wellen 3 und 20 in n₅ beschriebener Weise eine relative Bewegung zueinander ausführen, führen auch die Scheiben 31 und 4 eine relative Bewegung zueinander aus, d. h. sie werden in Umfangsrichtung gegeneinander verschoben. Dies hat zur Folge, daß.dje Zungen 30 der Scheiben 28 beispielsweise von der Lage 30" in die Läge 3ο⁶ verschoben werden.

Hierdurch werden auch die Platten oder Scheiben 28 um die Bolzen 27 gedreht und dadurch die an diesen Plätten befestigten Schaufehl in eine andere Stellung gebracht, z. B. in die Stellung 5^a, die durch strichpunktierte Linien in Fig. 4 angedeutet ist. Durch Verschieben der Hülse 22 kann somit die Lage des Wellenendes 20 verändert werden, wodurch auch die Scheiben 31 und 4 verschiedene Stellungen zueinander einnehmen werden, so daß auch die Schaufeln verschiedene Winkel zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit einnehmen. Bei einer gewissen Drehzahl und/oder bestimmten Kraftüberführung können die Schaufeln durch diese Vorrichtung derart eingestellt werden, daß die Auslaßkanten der Schaufeln sich auf einem bestimmten Abstand von den Einströmungskanten 36 der Turbinenlaufschaufeln 12 befinden. Bei anderen Betriebsverhältnissen können die Schaufeln 5 so eingestellt werden, daß die Schaufelauslaßkanten 35 sich von den Einströmungskanten 36 der Laufschaufeln 12 entfernen oder sich ihnen nähern. Die Schaufeln 5 können sogar so eingestellt werden, daß sie in der Stellung 5° den Durchströmungskanal durch die Pumpe ganz schließen. Dadurch, daß der Kanalquerschnitt vergrößert oder vermindert werden kann, und zwar von der größten Durchströmungsfläche bis zur kleinsten, können unabhängig von der Drehzahl der Pumpenwelle verschieden große Flüssigkeitsmengen die Pumpe durchströmen. Diese Umstellung der Schaufehl kann ohne größeren Kraftverbrauch durchgeführt werden, wenn die Schaufeln 5 nach der Erfindung um eine in ihrer Längsrichtung, d. h. senkrecht zur Durchströmungsrichtung, gelegene Achse verstellbar angebracht sind, die mit der Drucklinie übereinstimmt, welche durch die Fliehkraft und den Druck der umlaufenden Flüssigkeit auf die Schaufeln entsteht.

Um den Widerstand gegen die Strömung der Flüssigkeit durch den Pumpenkanal zu vermindern, sind die Scheiben oder Platten 28 in Aussparungen in der Scheibe 4 eingelegt, so daß die den Schaufehl zugewendeten Flächen der Scheiben 28 in derselben Ebene wie die Teile der Pumpenscheibe 4 liegen, die nicht von den Scheiben 28 bedeckt werden. Es sind jedoch Höhlungen an denjenigen Stellen vorhanden, wo die Zungen 30 sich bewegen. Um die schädliche Einwirkung dieser unausgefüllten Höhlungen auf die Strömung der Flüssigkeit zu vermindern, ist die Scheibe 31 mit einer Schutzplatte 38 versehen, die diese Höhlungen bedeckt. Diese Schutzplatte 38 ist als Fortsetzung der in Fig. 1 dargestellten gebogenen Scheibe 39 ausgeführt, die bezweckt, dem Kanal für die Druckflüssigkeit eine der Strömung der Flüssigkeit angepaßte Form zu geben.

Fig. 5 zeigt einige in ein Koordinatensystem eingezeichnete Kurven, wobei die Abszisse die

Geschwindigkeit der Sekundärwelle und die Ordinate für einige Kurven die Drehzahl der Primärwelle und für andere Kurven die übertragene Kraft angibt. Die gerade gestrichelte 65 Linie 40 gibt die Drehzahl der Primärwelle eines hydraulischen Wechselgetriebes, bei dem das Pumpenrad keine verstellbaren Schaufeln enthält. Diese Kurve zeigt, daß die Drehzahl der Primärwelle bei niedriger Drehzahl der 70 Sekundärwelle bedeutend niedriger wird als bei höherer Drehzahl der Sekundärwelle. Dies ist darauf zurückzuführen, daß, wenn dieselbe Kraft zur Sekundärwelle übertragen werden soll, die Turbine natürlich auf Grund 75 der niedrigen Drehzahl der Sekundärwelle der durchströmenden Flüssigkeit größeren Widerstand darbietet. Der Widerstand der Pumpe wird dadurch natürlich auch größer, weshalb der Motor nicht länger die genügend 80 hohe Drehzahl beibehalten kann. Durch Umstellung der Schaufehl für kleinere Durchströmungsmenge gibt die Pumpe bei derselben Drehzahl eine geringere Flüssigkeitsmenge ab, wobei die Turbine deren Flüssigkeitsstrom 85 geringeren Widerstand entgegensetzt und die Pumpe höhere Drehzahl und damit auch größere Kraft entwickeln kann. Die gerade, voll ausgezogene Linie 41 zeigt, wie die Drehzahl der Primärwelle. geregelt werden kann, wenn die 90 verstellbaren Schaufehl der Pumpe mit größerer Drehzahl der Sekundärwelle allmählich so eingestellt werden, daß ein größerer Kanalquerschnitt erzielt wird. Die gestrichelte Linie 42 zeigt die vom Motor an die Primärwelle abge- 95 gebene Kraft, wenn das Pumpenrad keine verstellbaren Schaufehl enthält, während die voll ausgezogene Linie 43 dieselbe Kraft zeigt, wenn das Pumpenrad derart einstellbare Schaufeln enthält, daß die Primärwelle die der Kurve 41 100 entsprechende Drehzahl aufrechterhalten kann. Die gestrichelte Kurve 44 zeigt die zur Sekundärwelle übertragene Kraft, wenn das Pumpenrad keine verstellbaren Schaufeln enthält, während die Kurve 45 die zur Sekundär- 105 welle übertragene Kraft darstellt, wenn das Pumpenrad verstellbare Schaufehl enthält. Diese Kurven beweisen, daß bei niedrigerer Drehzahl höhere Kraft zur Primärwelle übertragen werden kann als bei Getrieben mit 110 Pumpenrad ohne verstellbare Schaufeln. Die verstellbaren Schaufeln des Pumpenrades werden hauptsächlich nur dann für kleinere Durchströmungsmengen eingestellt, wenn die Drehzahl der Sekundärwelle unter der normalen 115 liegt, weshalb die Pumpenschaufeln bei höheren Drehzahlen diejenige Stellung einnehmen, die nicht verstellbare Schaufehl gewöhnlich haben. Diese Stellung entspricht somit bei den in Fig. 5 dargestellten Kurven 1000 Umdr./Min. der Pri- 120 märwelle.

Die Schaufeln können sich selbsttätig ver-

stellen, und zwar, wie an sich bekannt, entweder abhängig von der Drehzahl der Sekundärwelle oder derjenigen der Primärwelle. Zweckmäßig wird diese Verstellung von der Drehzahl der Primärwelle abhängig gemacht und so geregelt, daß die Primärwelle konstante Drehzahl beibehalten kann. Jedoch kann diese Verstellung, besonders in Fällen, wenn das Fahrzeug hauptsächlich mit größerer Geschwindigkeit fahren

ίο soll, natürlich auch von Hand erfolgen, wobei allerdings darauf zu achten ist, daß die im Zusammenhang mit Fig. 5 beschriebenen Verhältnisse eintreten.

Die Verminderung des Durchströmungsquerschnitt es kann auch dadurch erreicht werden, daß der Abstand zwischen den beiden Scheiben 4 und 6 in axialer Richtung verringert wird. Hierbei entstehen indessen Schwierigkeiten, einen für die Strömung der Flüssigkeit geeigneten Kapal zu erhalten.

Die Verstellung der Schaufehl läßt sich schließlich auch dadurch herbeiführen, daß an Stelle der oben beschriebenen relativen Drehbewegung zwischen der Primärwelle 3 und der in ihr angebrachten Welle 20 die relative Bewegung dieser Wellen zueinander in axialer Richtung erfolgt, die dann auf die verstellbaren Pumpenschaufeln übertragen wird.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Flüssigkeitswechselgetriebe mit Momentwandlung zur Kraftübertragung zwischen zwei Wellen mit einem treibenden Pumpenrad und einem oder mehreren getriebenen Turbinenlaufschaufelkränzen, die miteinander in Reihe geschaltet sind, so daß die Kupplungsflüssigkeit in geschlossenem Kreislauf durch das Pumpenrad und die Turbinenlaufschaufelkränze umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Pumpenrad umlaufenden Schaufeln von der größten Öffnung bis zum völligen Abschluß des Schaufelkanals verstellt werden können, und daß die Schaufeln des Turbinenrades oder einer der Turbinenschaufelkränze, vorzugsweise des dem Pumpenrad unmittelbar folgenden Laufschaufelkranzes, in an sich bekannter Weise mit abgerundeten Einlaufkanten versehen sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   IiKHLlN. GEDRUCKT IN MKB