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Turbowandler; insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft
einen Turbowandler, insbesondere für Kraftfahrzeuge, dessen Turbinenrad zwecks Trennung
von dem Antrieb aus den-1, Kreislauf herausschiebbar angeordnet ist. Derartige Ausführungen
werden insbesondere bei Kraftübertragungen verwendet, bei denen ein hydraulisches
Strömungsgetriebe als Drehmomentwandler zusammen mit einem mechanischen Wechselgetriebe
verwendet wird. Sie werden vor allem bei Kraftfahrzeugen, insbesondere Schienentriebwagen,
benutzt, die durch schnell laufende Brennkraftmaschinen angetrieben werden.
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Diese Anordnungen bieten insbesondere bei höheren - Drehzahlen Schwierigkeiten,
vor allem wegen der auf die Seitenflächen des Turbinenrades wirkenden hohen Flüssigkeitsdrücke
und wegen der- beträchtlichen Spalt-und Reibungsverluste.
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Nach der Erfindung werden diese Schwierigkeiten behoben und eine vorteilhafte
und eine Erhöhung des Wirkungsgrades des
Strömungsgetriebes ergebende
Anordnung geschaffen dadurch, daß mit den Turbinenschaufeln eine sich in den der
Achse zu gelegenen Teil des Kernraumes erstreckende Scheibe verbunden ist, deren
innere Umrandung als Dichtung ausgebildet ist, wodurch eine Druckverteilung auf
das Turbinenrad bewirkt wird, die seine Verschiebbarkeit erleichtert. Insbesondere
wird dadurch die Abdichtung an einen möglichst kleinen Durchmesser verlegt.
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Im weiteren Ausbau der Erfindung wird ein mit dem Turbinenrad auf
Drehung verbundenes, jedoch dessen Verschiebung nicht mitmachendes Ringstück vorgesehen,
durch welches die Durchlaßöffnungen am größten Durchmesser des Turbinenradträgers
im eingerückten Zustand des Turbinenrades abgedeckt sind.
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Weiterhin wird nach der Erfindung an dein Ringstück seitlich eine
Dichtungsfläche vorgesehen, an welcher das Turbinenrad im eingerückten Zustand anliegt,
so daß an dieser Stelle kein Spaltverlust auftritt.
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Durch die angegebene Ausführung nach der Erfindung wird infolge der
ganz wesentlichen Herabsetzung der Spalt- und Reibungsverluste gegenüber den bisherigen
Ausführungen von aus dem Kreislauf ausrückbaren Turbinenrädern der Wirkungsgrad
des Strömungsgetriebes erhöht und dabei gleichzeitig ein einwandfreies, leichtes
und rasches Verschieben des Turbinenrades aus dem Kreislauf heraus und in diesen
hinein ermöglicht.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch im Längsschnitt
gezeigt, und zwar in der oberen Hälfte mit in den Kreislauf eingerückten Turbinenschaufeln,
während diese im unteren Teil der Abbildung als in das Kernstück verschoben wiedergegeben
sind.
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Es bedeutet i die treibende Welle, .2 die getriebene Welle des Strömungsgetriebes,
3 ein Lager, durch welches die getriebene Welle -2 in der treibenden Welle i gelagert
ist. .I ist das Pumpenrad, 5 das Turbinenrad, 6 die eine, 7 die andere Gehäusehälfte
des Strömungsgetriebes, 8 sind die Leitschaufeln, 9 ist der Kernteil des Getriebes,
io ein an den Gehäuseteil 7 anschließender zylindrischer Teil. i i ist ein auf der
Welle -; befestigter Mitnehmer mit einer Verzahnung 12, «-elche in
eine außen an einem Zylinder 14 angeordnete Verzahnung 13 eingreift, welche über
eine Scheibe 15 mit dein Kranz des Turbinenrades j verbunden ist. Mit dem Mitnehmer
i i ist eine Scheibe 16 verbunden, an deren äußeren Umfang ein Ring 17 angeordnet
ist. 18 ist eine seitliche Dichtungsfläche an dem Ring 1,~, 2o die Außenwand des
Schaufelkranzes des Turbinenrades 5. ig ist ein Lager, durch welches die Welle i
in dem Gehäuse 6 gelagert ist.
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Der Zylinder 1.1 ist auf der Welle 2 verschiebbar, jedoch ihr gegenüber
nicht vierdrehbar. In seinem Innern befindet sich ein mit der WeIle 2 verbundener
Kolben 21. Links von dem Kolben 21 münden Bohrungen 22 in den linken Zylinderraum,
rechts 'von dem Kolben 21 Bohrungen 23 in den rechten Zylinderraum. Die Welle 2
enthält in ihrem linken Teil eine Längsbohrung 24., in welcher ein Rohr 25 befestigt
ist. In den Ringraum 26 zwischen der Bohrung 24. und dein Rohr 23 münden die Bohrungen
-22. Die Bohrungen 23 münden in den Innenraum des Rohres 25. In der Scheibe 15 des
Turbinenrades 5 sind Bohrungen 2;, in der Scheibe 16 des Mitnehmers i i Bohrungen
28 vorgesehen, durch welche Flüssigkeit hindurchtreten kann. 29 sind Bohrungen in
dem Gehäuseteil 7.
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Durch den Ratten 26 und die Bohrungen 22 einerseits sowie den Innenraum
des Rohres 25 und die Bohrungen 23 andererseits, wird von einer nicht besonders
dargestellten Steuereinrichtung, die von beliebiger bekannter Art sein und willkürlich
durch den Fahrzeugführer oder durch eine Regeleinrichtung betätigt werden kann,
abwechselnd Druckmittel zu dein einen oder anderen Raum des Zylinders i.[ der Verschiebeeinrichtung
für das Turbinenrad 5 zugeführt.
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3,1 ist ein zwischen dem Turbinenrad und der Scheibe 15 vorgesehener
Ring mit Durchlaßduerschnitten.
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Der Antrieb der treibenden Welle i geht über das Zahnrad d2.
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Durch den Ring 17 sind die Durchlässe des Ringes 31 während des normalen
Betriebes, also bei in den Kreislauf eingerücktem Turbinenrad, abgedeckt, wobei
gleichzeitig die Flächen 18 und 2o aneinander anliegen und den Flüssigkeitsdurchtritt
an dieser Stelle verhindern, so daß nach Möglichkeit keine Verluste entstehen.
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In dem Kernstück 9 des Getriebes ist ein Raum 51 vorgesehen. -Mit
dem Turbinenrad 5 ist eine Scheibe 52 verbunden, welche bei Ein- und Ausrücktewegungen
des Turbinenrades in dem Raum 51 verschiebbar ist und in diesem Raum eine Abdichtungsstelle
53 gegenüber dein Raum 54. zwischen dem Pumpenrad d. und der Scheibe 52 bildet.
55 ist der Raum zwischen dein Pumpenrad und der Scheite 15 bzw. dein init dieser
verbundenen Zylinder 1.4. 56 ist der Raum zwischen den Scheiben 15 und 16, 57 und
58 sind Dichtungsflächen an diesen Teilen. 59 ist der Raum zwischen der Scheibe
16 und dem Gehäuse 7, 6o der Raum zwischen der Außenfläche des rechten Bodens des
Zylinders 14 und dem -'#litneliiner i i.
Durch strichpunktierte
Linien sind Zylinderflächen von verschiedenem Durchmesser angedeutet. Dabei entspricht
die Linie I dem äußeren Umfang. des Turbinenrades 5', die Linie II dem übertritti
zwischen Pumpenrad 4 und Turbinenrad 5, und die Linie III den Dichtungsstellen 53
sowie 57 und 58.
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Während des Ausrückens des Turbinenrades und ebenso in der in dem
unteren Teil der Abbildung gezeigten ganz ausgerückten Stellung desselben -wird
der Verschiebeeinrichtung (Zylinder 14) durch den Ringraum 26 und die Bohrungen
22 von der nicht besonders dargestellten Steuerung her Öldruck in den Raum des Zylinders
14 links von dem Kolben 21 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt gelangt in den rechts.
von dem, - Kolben 21 gelegenen Raum des Zylinders 14- kein Öldruck, da die zugehörige
Steuerung der Verschiebeeinrichtutig diesen Raum über die Bohrungen 23 und das Rohr
25 mit der Außenluft verbindet.
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Wenn das Turbinenrad 5 eingerückt werden soll, wird der Raum des Zylinders
14 links von dem Kolben 21 über die Bohrungen 22 und den Raum 26 vermittels der
nicht besonders dargestellten Steuerung der Verschiebeeinrichtung mit der Außenluft
verbunden. Gleichzeitig wird durch diese Steuerung durch das Innere des Rohres 25
und die Bohrungen 23 in den Raum des Zylinders 14 rechts von dem Kolben 21 Überdruck
zugeführt. Der Zylinder 14 und damit das Turbinenrad 5 werden nun aus der in dem
unteren Teil der Abbildung gezeigten Stellung nach rechts in die in dem oberen Teil
der Abbildung gezeigte, in den Kreislauf eingerückte Stellung verschoben.
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Die Steuerung der Aus- und Einrückbewegung des Turbinenrades kann
vermittels einer selbsttätigen Regeleinrichtung bekannter Art erfolgen.
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An der in der Fläche II gelegenen Austrittsstelle der Flüssigkeit
aus dem Pumpenrad 4 herrscht der höchste Flüssigkeitsdruck. In dem Raum 54c nimmt
der Druck von diesem höchsten. Wert aus nach den kleineren Dur ch-1nessern hin während
des Betriebes entsprechend der Fliehkraft in bekannter Weise ab. Die Dichtungsstelle
53 befindet sich an dem kleinsten Durchmesser des Kernraumes 51, die Spalt- und
Reibungsverluste an dieser Stelle sind deshalb infolge des dort herrschenden geringen
Druckes nur gering. Außerdem ist auch die Relativdrehzahl der Teile und 52 während
des Hauptteils des Betriebes sehr klein.
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Nach rechts hin pflanzt sich der erwähnte Höchstdruck in den Raum
55:; fort. In diesem Raum nimmt der Druck ebenfalls von den äußeren zu den inneren
Durchmessern hin entsprechend ab. Der höchste Pümheildrück kann sich über den Ring
31 hinaus nicht weiter fortpflanzen, da dies einerseits die Dichtungsflächen 18,
2o verhindern und andererseits zwischen dem Ring 17 und dem Ring
31 nur ein sehr kleiner Spalt vorgesehen ist, was dadurch möglich ist, daß
diese beiden Teile miteinander umlaufen. Reibungsverluste ergeben sich an dieser
Stelle nicht. Durch die Öffnungen 28 wird verhindert, daß sich zwischen den Scheiben
15 und 1ö ein Überdruck bilden kann. Die Drücke auf der Vorder- und Rückseite der
Scheibe 16 werden durch die Öffnungen 28 ausgeglichen. Zwischen den Flächen I und
II herrscht demnach über die Seitenflächen des Turbinenrades 5 im eingerückten Zustand
desselben die gleiche durch die Fliehkraft bedingte Druckverteilung. Zwischen den
Flächen II und III wirkt auf die Seitenflächen des Turbinenrades 5 bzw. der mit
ihm verbundenen Scheiben 16 und 52 (in den Räumen 54 und 56) ebenfalls der gleiche
Druck mit der Fliehkraft entsprechender Verteilung. An der Austrittsstelle des Turbinenrades
wird dieser Druck eingeleitet und pflanzt sich durch die Öffnungen 28 in den Raum
56 fort. Die Dichtungsflächen 57 und 58 an den Scheiben 15 und 16 liegen auf dem
gleichen oder nahezu. gleichen Durchmesser wie die Dichtungsstelle 53.
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In ähnlicher Weise ist auch der Druck in dem weiter der Welle zu liegenden
Teil des Raumes 55 einerseits und in dem- Raum 6o andererseits durch die Öffnungen
27 und die Lücken der Verzahnungen 13 und 12 ausgeglichen, so' daß auf die Endflächen
des Zylinders 14 der gleiche Druck wirkt und auch die Verschiebung dieses Teiles
nicht durch . entgegenstehende Flüssigkeitsdrücke gehemmt wird.
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Wie sich aus vorstehendem ergibt, sind durch die angegebene Ausführung
die Drücke an dem verschiebbaren Turbinenrad sowie seiner Betätigungsvorrichtung
ausgeglichen und die einzelnen Druckräume so abgedichtet, daß keine wesentlichen
Spalt- und Reibungsverluste entstehen.
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Zum leichteren Verschieben des Turbinenrades wurde schon bei anderen
Ausführungen beim Ausrücken aus dem Kreislauf Vorsorge getroffen, daß der Druck
in einzelnen Räumen entspannt wird. In diesem Fall sinken die Drücke in den anderen
Getrieberäumen; der Druck vor dem Pumpenrad wird infölgedessen so niedrig, daß der
Kreislauf durch Luft- und Schaumbildung gestört wird. Dadurch war beim Wiedereinrücken
des Turbinenrades die Wiederaufnahme der Leistungsübertragung sehr gehemmt, ja sogar
unmöglich. Demgegenüber hat die Ausführung nach der Erfindung vor allem den Vorteil,
daß
keinerlei Störung des Kreislaufs auftritt und beim Wiedereinrücken
des Turbinenrades das Getriebe sofort anspricht und die Leistung ohne weiteres wieder
einwandfrei übertragen wird.