DE671073C - Fluessigkeitswechselgetriebe nach Art der Turbogetriebe - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptpatents ist ein Flüssigkeitswechselgetriebe nach Art der Turbogetriebe, bei welchen der Leitschaufelkranz derart axial verschiebbar angeordnet ist, daß er vollständig aus dem Kreislauf entfernt werden kann. Auf diese Weise erhält man ein Getriebe, das je nach der Stellung des Leitschaufelkranzes entweder als Drehmomentwandler oder als Schlupfkupplung zu arbeiten vermag.

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung eines derartigen Flüssigkeitswechselgetriebes, und zwar im wesentlichen in der Richtung, daß der Wirkungsgrad des Getriebes bei seinem Arbeiten als Kupplung erhöht wird. Diese Verbesserung wird durch die Anordnung eines oder mehrerer zusätzlicher Turbinenkränze erreicht, welche beim Arbeiten des Getriebes als Kupplung, also bei heraus-

zo gezogenem Leitschaufelkranz, in den Strömungskreislauf eingeschoben sind.

Die Anordnung zusätzlicher Turbinenkränze ist bei Flüssigkeitsgetrieben an sich bekannt, doch handelt es sich bei diesen Getrieben einmal nicht um Wechselgetriebe, sondern um reine Schlupfkupplungen. Ferner ist bei den bekannten Ausführungen die Anordnung so getroffen, daß die zusätzlichen Turbinenkränze nicht, wie im Falle der Erfindung, bei höheren Fahrtstuf en, sondern umgekehrt bei niederen Fahrtstufen in den Kreislauf eingeschoben werden.

Weiter hat man schon vorgeschlagen, nach Lösung des Leitschaufelkranzes von seinem festen Widerlager diesen an die Turbine anzukuppeln. Der Leitschaufelkranz übernimmt also die Rolle eines Turbinenkranzes, im Gegensatz zur Erfindung, bei welcher zusätzliche Turbinenkränze vorgesehen sind, während der Leitschaufelkranz durch Axial-Verschiebung aus dem Kreislauf entfernt wird.

Ferner ist es bei Turbogetrieben mit mehreren nebeneinanderliegenden Turbinenrädern in verschiebbaren Leiträdern für Vorwärts- und Rückwärtsgang bekannt, sowohl die Schaufelkrümmung des einen Turbinenkranzes entgegengesetzt von der des anderen aus- " zuführen als auch die Schaufelzahl des einen gegenüber der des anderen Turbinenkranzes zu erhöhen.

Die Erfindung ist in den Abb. 1 bis 6 schematisch dargestellt. Gleiche Zeichen bedeuten gleiche Teile.

Abb. ι stellt einen durch die Achse gehenden Querschnitt eines Getriebes nach dem vorliegenden Verfahren dar. Abb. 2 ist eine verbesserte Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens, Abb. 3 ein Schnitt nach Linie A-B von Abb. 2, von links gesehen, Abb. 4 ein Schnitt von Abb. 2 nach Linie C-D, gleichfalls von links gesehen. Abb. 5 stellt einen Achsenschnitt durch ein Getriebe mit zweistufiger Turbine dar. Abb. 6 ist die Drauf-

sieht auf eine Einrichtung zur selbsttätigen Feststellung und gegebenenfalls Ausrückung der beweglichen Schaufelkränze.

In Abb. ι ist auf der treibenden Welle ι das Pumpenrad 3 aufgekeilt, das einen Flüssigkeitskreislauf in Richtung der gekrümmten Pfeile erzeugt. Mit der Turbinenwelle 2 ist der Turbinenteil 4, 5, 6 verbunden, der den festen, stets eingeschalteten Turbinenkranz 6 trägt. 7 ist ein stillstehender Leitkranz, der in der dargestellten Stellung 7 in einem Ausbau des festen Gehäuses liegt, um, gemäß der älteren Erfindung, für die hier angenommene höhere Fahrtstufe den Kreislauf leitapparatlos, d. h. zu einer Turbokupplung zu machen.

Für diese Fahrtstufe wird erfindungsgemäß die Zahl der tätigen, d. h. dralländernden Turbinenräder dadurch vermehrt, daß der bewegliche Turbinenkranz 8 in den Kreislauf hinein in die linke Endlage geschoben wird. Umgekehrt wird bei niederer Fahrtstufe Turbinenkranz 8 in den neutralen Raum 9, der am Turbinenlaufteil, Pumpenlaufteil oder festen Gehäuse sitzen kann, hineingeschoben, so daß er alsdann die durch Diagonalen angedeutete punktierte Lage 10 einnimmt. In ähnlicher Weise wird bei niederer Fahrtstufe nach der älteren Erfindung Leitapparat 7 nach links in die durch Diagonalen bezeichnete aktive Lage 11 hineingeschoben.

Es wird also bei niederen Fahrtstufen der Leitkranz 7 in den Kreislauf hinein und der Laufkranz 10 aus dem Kreislauf herausgeschoben, bei höheren Fahrtstufen sinngemäß umgekehrt.

Die Wirkung dieser Maßnahme kann erfindungsgemäß noch dadurch erhöht werden, daß Hand in Hand mit der Vermehrung der Zahl der Turbinenkränze bei höheren Fahrtstufen auch die Zahl der Pumpenkränze vermehrt wird, z. B. durch Herausschieben des zusätzlichen Pumpenrades 12 aus der neutralen Kammer 13 in die stark gezeichnete Lage. Umgekehrt wird der Kranz 12 bei niederen Fahrtstufen in die Kammer 13 in die durch Diagonalen 14 gekennzeichnete untätige Lage geschoben.

5Q Bei höheren Fahrtstufen nehmen also die Schaufelkränze 7, 8 und 12 die voll ausgezogene Lage ein, bei niederen Fahrtstufen dagegen die durch Diagonalen gekennzeichnete teilweise punktierte Lage.

Die Wirkung der genannten Maßnahmen besteht darin, daß es erst hierdurch möglich wird, den Betrieb ein und desselben Kreislaufes bei höheren Fahrtstufen ohne Leiträder als Turbokupplung höchsten Wirkungsgrades und geringsten Schlupfes, bei niederen Fahrtstufen als Momentwandler mit günstigster, selbsttätiger Zugkraftsteigerung und höchstem Wirkungsgrad zu betreiben. Gewisse Kompromisse der älteren Erfindung sind hier nämlich beseitigt.

Abb. 2 stellt eine verbesserte Einrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens dar. Bei höheren Fahrtstufen wird hier dem festen Turbinenkranz 6 ein weiterer Turbinenkranz 15 beigefügt, der innerhalb des ersteren liegt und hier gewissermaßen eine Verlängerung der Schaufelflächen von 6 in Richtung nach der Welle zu ergibt. Hierdurch wird die Arbeitsaufnahme des Turbinenteiles und dadurch der Wirkungsgrad als Kupplung verbessert.

Das Turbinenrad 15 wird bei niederen Fahrtstufen dadurch unwirksam gemacht, daß es in die neutrale Kammer iß, die am Primär-, Sekundär- oder- stillstehenden Gehäuse angeordnet sein kann, hineingeschoben wird. Hierdurch wird der Raum freigegeben, in welchen jetzt^gemäß der eingangs erwähnten älteren Erfindung der feste Leitkranz 7 zwecks Herbeiführung der Momentwandlerwirkung hineingeschoben wird.

Das Besondere dieser Anordnung besteht also darin, daß der verschiebbare Leitkranz bei niederen Fahrtstufen in einem Raum wirksam gemacht wird, der bei höheren Fahrtstufen durch einen wirksamen Laufteil, hier einen Turbinenkranz, besetzt ist und umgekehrt. Durch diese Maßnahme wird nicht nur der Wirkungsgrad verbessert, sondern auch an Raum gespart.

Eine weitere Verbesserung besteht darin, daß der Raum im Innern der wirbelringartigen Hohlringströmung dadurch besser ausgenutzt wird, daß die neutrale Kammer 16 des Turbinenrades in dem Kernring des Getriebes, in dem' auch die unter Abb. 1 beschriebene, neutrale Kammer 13 des Pumpenrades liegt, angeordnet ist. Hierdurch wird die axiale Baulänge des Getriebes und die davon stark abhängige Flüssigkeitsreibung der Teile gegeneinander sowie die Kanalreibung verringert.

Abb. 3 stellt einen Schnitt von Abb. 2 nach Linie A-B, von links gesehen, dar. Man erkennt die als Beispiel gewählte Ausführungsart der Beschaufelung der beiden Pumpenräder 3 und 12 sowie den Drehsinn beider Räder gemäß Pfeil E. Erfindungsgemäß ist die Krümmung der Laufschaufeln des ständig benutzten inneren Rades vorteilhaft der .115 Krümmung des nur bei höheren Fahrtstufen eingeschalteten äußeren Rades entgegengesetzt. Zweckmäßig erhält das letztere auch eine größere Anzahl von Laufschaufeln; z. B. ist hier die doppelte Anzahl dargestellt.

Abb. 4 stellt einen Schnitt von Abb. 2 nach Linie C-D, gleichfalls von links gesehen, dar.

Der Pfeil F gibt den Drehsinn der Welle an. Man erkennt, daß auch die Schaufelkrümmung des Rades 6 erfindungsgemäß mit Vorteil der des Zusatzturbinenrades 15 entgegengesetzt ist, um möglichst hohe Leistungsaufnahme der Turbine und dadurch geringsten Schlupf zu erzielen.

Zur weiteren Hebung des Wirkungsgrades bei höheren Fahrtstufen können erfindungsgemäß sowohl innerhalb (gemäß Kranz 15, Abb. 2) als auch außerhalb des Turbinenrades 6 (gemäß Kranz 8 in Abb. 1) Turbinenschaufelflächen mit zugehörigen neutralen Kammern 9 bzw. 16 zugefügt werden.

Statt der Anordnung eines zusätzlichen äußeren Kranzes 8 zum Turbinenkranz 6 oder neben dieser Maßnahme können erfindungsgemäß zur Ausnutzung des Hohlraumes in S nahe dem äußeren Scheitel des Kreislaufes, etwa bei 23, drehbare Laufschaufeln angeordnet werden, die je nach der Fahrtstufe nach den Regeln des Turbinenbaues von Hand oder selbsttätig so eingestellt werden können, daß die Stoßverluste der Turbinenströmung tunlichst verringert werden. Die drehbaren Laufschaufeln 23 des Turbinenläufers 5 arbeiten also zusammen mit den festen Turbinenschaufeln 6 bzw. 6 und 8. Die Vorrichtungen zum Verstellen der Turbinenschaufeln 23 in Form von Gestängen, Gleithülsen, Hebeln, Anschlaghebeln, hydraulischen Kolben, elektrischen Verstellvorrichtungen o. dgl. sind bei Wasserturbinen der Bauarten Francis & Kaplan, bei Zentrifugalpumpen und bei Flüssigkeitsgetrieben bekannt. Sie brauchen daher um so weniger erörtert zu werden, als auch die genannte ältere Erfindung des Patentinhabers Vorrichtungen zum Verstellen beweglicher Teile an den Laufrädern von Flüssigkeitsgetrieben beschreibt.

Erwähnt sei nur, daß die drehbaren Turbinenlaufschaufeln, die zweckmäßig zwischen zwei konzentrischen Kugelflächen angeordnet werden, auch selbsttätig durch die Strömung verstellt werden können, z. B. indem dieselben wie ein Ruder um einen Zapfen frei drehbar und mit Anschlägen zur Begrenzung des Ausschlages versehen sind. Da es sich hier um axial durchströmte Laufschaufeln in besonderer Anordnung auf einem schnellumlaufenden Turbinenrad handelt, so besteht der besondere Vorteil, daß eine störende Beeinflussung der selbsttätigen Einstellung durch die eigene Zentrifugalkraft der Schaufeln vermieden wird, im Gegensatz zu drehbaren Laufschaufeln mit radialer Durchströmung, wo erhebliche Störungen durch Eigenzentrifugalkräfte zu befürchten sind.

Das Ein- und Ausschalten der verschiedenen Schaufelkränze kann entweder durch bekannte Verstellglieder von Hand oder, wie gleichfalls vom Patentinhaber zuerst angegeben, durch den Flüssigkeitsdruck des Getriebes selbst geschehen, indem die Ringflächen der einzelnen Schaufelkränze kolbenartig unter verschiedene Differenzdrücke gesetzt werden, welche den Hoch- und Niederdruckräumen des Getriebes oder irgendeiner anderen Druckwelle entnommen werden.

Vorteilhaft können sich dabei die einzelnen Ringflächen in ihren Endstellungen abdichtend auf ventilsitzartige Flächen aufsetzen, um ständig durch den Betriebsdruck, ohne merklichen Leckverlust, in die Endlagen gepreßt zu werden. Im vorliegenden Fall kann die Zuführung höheren Druckes z. B. so, wie in der älteren Erfindung beschrieben, oder sonstwie durch feststehende oder umlaufende Räder oder beide hindurch erfolgen. Entsprechendes gilt für die Entleerung der neutralen Räume, d. h. ihre Verbindung mit Räumen niedrigeren Druckes, insbesondere der Außenluft.

Beispielsweise kann in Abb. 2 die Kammer 16 des Turbinenrades oder die Kammer 13 des Pumpenrades mit Hilfe etwa durch hohlgebohrte Schaufeln hindurchgehender Kanäle, Ringräume und abermals Kanäle mit der Außenluft oder dem Innenraum eines Schutzgehäuses zwecks Axialbewegung bei höheren Fahrtstufen verbunden werden.

Die hydraulische Bewegung der zusätzlichen Turbinenkränze verbürgt zwar an sich, zusammen mit dem Umlauf der Räder, eine gleichmäßige Axialverschiebung. Sicherheitshalber können aber erfindungsgemäß trotzdem noch zwangsläufige Parallelführungen für die Turbinenringe angeordnet werden, z. B. bestehend aus mehreren an dem betreffenden verschiebbaren Ring angelenkten Hebeln, welche unter sich durch einen ringsum laufenden in der neutralen Kammer oder in deren Nähe gelegenen zur Achse konzentrischen Ring verbunden werden. Statt der Hebel können hierfür auch Zahnstangen, Zahnbögen, Zahnräder und Zahnringe o. dgl. sinngemäß verwendet werden.

Abb. 5 stellt schematisch ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Getriebe mit zweistufiger Turbine dar. Das Pumpenrad 3 wird wieder bei höheren Fahrtstufen durch das Zusatzrad 12 ergänzt. Der Sekundärteil 5 enthält den Turbinenkranz 17 mit festen oder drehbaren Laufschaufeln. Darauf folgt der 115^ stillstehende Leitkranz 18, der feste, ständig benutzte Turbinenkranz 6 und der stillstehende Leitkranz 7. 18 und 7 können bei höheren Fahrtstufen in die neutralen Kammern 19 bzw. 20 des festen Gehäuses verschwinden. Gleichzeitig wird ernndungagemäß, wie früher an Hand von Abb. 2 erläutert, der Turbinen-

Claims (8)

1. kranz 6 durch den beweglichen Turbinenkranz 15 ergänzt. Die Anzahl der festen Turbinenstufen und die der beweglichen bei höherer Fahrtstufe zugefügten Turbinenkränze kann beliebig vermehrt werden.

   Abb. 6 zeigt eine besonders einfache Vorrichtung zur selbsttätigen Festhaltung und etwaiger Verstellung der axialbeweglichen Schauf elringe,dargestellt am Beispiel des Leitringes 7 der Abb. ι oder 2. Die durch die Strömung auf den eingeschalteten Leitring 7 ausgeübte Reaktionskraft habe die Richtung des Pfeiles G. 25 sei die Wand des Aufnahmeraumes. Der Leitring 7 sei am Gelenk 27 mit einem Hebel 26 verbunden, der an seinem anderen Ende um ein Gelenk 28 der festen Wand 25 drehbar ist. Die Reaktionskraft G wird dann den Leitring 7, soweit es der Anschlag von 7 oder von 26 zuläßt, von 25 weg, also aus der Kammer heraus, in den Kreislauf hineindrücken.

   Springt bei höheren Fahrtstufen die Reaktionskraft auf den Leitring in die umgekehrte Richtung um, so wird der Leitring 7 durch die entgegengesetzten Reaktionskräfte pendelartig auf die andere Stellung 29 in die Kammer hineinschwingen und in dieser Stellung gleichfalls durch die Reaktionskräfte festgehalten bleiben. Diese selbsttätige Wirkung kann durch zusätzliche von Hand oder selbsttätig gesteuerte hydraulische Druckwirkungen oben angedeuteter Art unterstützt werden. Im übrigen kann die axiale Verschiebung der verschiedenen Schaufelringe, insbesondere die der Turbinenringe, bei höheren Fahrtstufen noch in zahlreichen anderen Formen, z. B. unter dem Einfluß eines Zentrifugalreglers, eines Differenztourenreglers, Differentialgetriebes, Reibrädergetriebes, das auf einem bestimmten Schlupf anspricht, etwa mit Läufer und konischen Rollen, oder durch anderweitige Benutzung des Reaktionsdruckes auf Pumpen-, Turbinen- oder Leiträder oder auf besondere in die Relativströmung gestellte . 45 ■ Flächen, Stoßplatten o. dgl. selbsttätig oder halbselbsttätig herbeigeführt werden.

   Überhaupt stellen die Abbildungen nur schematische Ausführungsbeispiele dar. Sie können in mannigfacher Weise durch äquivalente Mittel der heutigen Maschinen- bzw. Turbinen-und Getriebetechnik geändert werden, ohne das Wesen der Erfindung zu verändern.

   i. Flüssigkeitswechselgetriebe nach Art der Turbogetriebe mit treibendem und getriebenem Schaufelkranz (Pumpen- und Turbinenkranz) und einem zwischen diesen angeordneten feststehenden Leitschaufelkranz, der zwecks Arbeitens des Getriebes als Kupplung durch axiale Verschiebung wirkungslos gemacht wird, nach Patent 633 861, gekennzeichnet durch die Anordnung eines oder mehrerer zusätzlicher Turbinenkränze, welche während des Arbeitens des Getriebes als Kupplung, also bei herausgezogenem Leitschaufelkranz, in den Strömungskreislauf eingeschoben sind.
2. 2. Flüssiigkeitswechselgetriebe nach An-Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß nicht nur zusätzliche Turbinenkränze, sondern auch ein ader mehrere zusätzliche Pumpenkränze vorgesehen sind, welche ebenfalls während des Arbeitens des Getriebes als Kupplung, also bei herausgezogenem Leitschaufelkranz, in den Strömungskreislauf eingeschoben sind.
3. 3. Flüssigkeitswechselgetriebe nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß 'die zusätzlichen Turbinenkränze auf einem kleineren oder größeren Radius als die ständig benutzten Turbinenkränze angeordnet sind und an die letzteren nach der Achse zu anschließen.
4. 4. Flüssigkeitswechselgetriebe nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Turbinenkränze an die Stelle des Leitschaufelkranzes in den Strömungskreislauf einschiebbar sind.
5. - 5. Flüssiigkeitswechselgetriebe nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen und die ständig benutzten Turbinenkränze entgegengesetzte Schaufelkrümmung haben.
6. 6. Flüssigkeitswechselgetriebe nach Anspruch ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen und die ständig benutzten Pumpenkränze entgegengesetzte Schaufelkrümmung haben.
7. 7. Flüssigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Pumpenkränze gegenüber den ständig benutzten Kränzen eine höhere, insbesondere doppelte oder dreifache Schaufeizahl aufweisen.
8. 8. Flüssigkeitswechselgetriebe nach Anspruch ι bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß außer den zusätzlichen verschiebbaren Turbinenkränzen am äußeren Scheitel des Kreislaufs an sich bekannte drehbare Turbinenschaiifeln angebracht sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen