DE860570C - Geblaeseantreib, insbesondere fuer Flugmotoren mit mehreren UEbersetzungsstufen - Google Patents

Description

• Gebläseantrieb, insbesondere für Flugmotoren mit mehreren Übersetzungsstufen Wenn man einen Turbolader mit einer höheren Drehzahl laufen läßt, als es zur Erreichung des jeweilig benötigten Ladedrucks nötig ist, so wird nicht nur zum Antrieb des Laders viel Leistung verbraucht, sondern die Ladeluft nimmt auch eine unnötig hohe Temperatur an, womit die Füllung des Motors fällt und die Zylinder, Ventile und Kolben thermisch unnötig beansprucht werden. Gewöhnlich benutzt man jetzt Lader mit einem Zweigeschwindigkeitsantrieb und schaltet unterhalb einer gewissen Höhe die niedrigere Drehzahl des Laders. Beim Einschalten der höheren Drehzahl wird die Verlustleistung durch die zu hohe Aufladungsleistung und die Temperatur der Ladung so hoch, daß trotz des größeren Aufladedrucks die Motorleistung stark absinkt und erst wieder auf volle Höhe kommt, wenn mit Erreichung größerer Höhe die Temperatur und der Auspuffgegendruck gesunken sind. Es ist deshalb eine stufenlose Drehzahlregelung des Laders anzustreben, die nur durch Reibradgetriebe theoretisch erreichbar ist, ohne daß bisher eine praktische Ausführung gelungen ist.
• Kuppelt man das Laderlaufrad mit der antreibenden Welle durch eine Flüssigkeitskupplung nach dem Föttingersystem, so ist in gewissen Grenzen eine Minderung der Drehzahl stufenlos möglich, wenn man einen gewissen Verlust an Leistung, der sich in Ölerwärmung geltend macht, in Kauf nimmt. Diese Art der Regelung hat sich bestens bewährt, gestaltet aber nur eine Drehzahlregelung auf etwa o,7 der vollen Drehzahl, da bei weitergehendem Schlupf der gefüllten, Leistung übertragenden Kupplung starke Unzuträglichkeiten durch Wärmeentwicklung in diesen kleinen, leichten, sehr schnell laufenden Kupplungen auftreten. Eine 30 °/aige Drehzahlminderung genügt jedoch nur dann einigermaßen, wenn die Volldruckhöhe bei etwa 4 bis 5 km liegt. Ist aber der Lader für größere Höhen bestimmt, so ist die Drehzahlminderung von 30 °/o zu gering; der Motor würde bis zu großer Höhe mit zu hohem Ladedruck, zu großer Luft- und Ülerwärmung und zu hohen Leistungsverlusten laufen.
• Aus dem gleichen Grund soll auch der Schlupf der entleerten Kupplung einen bestimmten Wert von z. B. 5o °/o nicht übersteigen. So erwärmt sich z. B. bei vollständiger Entleerung der Kupplung die Luft im Innern derselben infolge des starken Schlupfes derart, daß die inneren Stahlteile blau anlaufen und Aluminiumteile zerstört werden.
• Eine größere Drehzahlminderung bei Leistungsübertragung erhielte man zwar durch Hintereinanderschaltung zweier hydraulischer Kupplungen, womit die Lufterwärmung bedeutend verringert und die zulässige Drehzahl auf o,7 X o,7 - o,49 herabgesetzt werden kann, jedoch wird der Schlupf bei voller Drehzahl auch verdoppelt, und bei der Drehzahlminderung gehen unzulässig hohe Leistungen verloren und ergeben starke Olerwärmung.
• Es ist deshalb erwogen worden, Zwei- oder Mehrganggetriebe einer solchen hydraulischen Kupplung vorzuschalten, wodurch auch eine fast stufenlose Schaltung möglich ist, weil man die Drehzahl jedes Ganges um 30 °/o herunterregulieren kann, so daß die Mindestdrehzahl des höheren Gangs etwa gleich der Volldrehzahl des niederen Gangs ist,, d. h. mit voll eingeschalteter hydraulischer Kupplung. Diese Lösung verlangt aber ein unter Last schaltbares Getriebe, wozu eine starke ausrückbare Kupplung, ein Umlaufgetriebe mit Bremse, Freilauf od. dgl. mechanische Schaltapparate nötig sind.
• Vorliegende Erfindung hat nun alle Vorteile des letztgenannten Getriebes ohne die Nachteile der mechanischen Kupplung. Die Erfindung besteht darin, daß bei einem Gebläseantrieb mit mehreren Übersetzungsstufen und je einer Flüssigkeitskupplung in jeder Übersetzungsstufe die Schaltung der normalerweise ständig im Eingriff befindlichen Übersetzungsstufen durch Füllen der dieser Übersetzungsstufe zugehörigen Flüssigkeitskupplung und Entleeren der übrigen Flüssigkeitskupplungen erfolgt und daß die Füllung der Flüssigkeitskupplungen zwischen der Vollfüllung und z. B. einer Teilfüllung regelbar ist. Zweckmäßig werden die Übersetzungsstufen und der Bereich der Regelbarkeit der Flüssigkeitskupplungen derart aufeinander abgestimmt, daß bei eingeschalteter höherer Übersetzungsstufe durch teilweises, insbesondere einen Schlupf der Kupplungshälften zueinander von 0,3 nicht überschreitendes Entleeren der dieser Übersetzungsstufe zugehörigen Flüssigkeitskupplung die Drehzahl des Gebläses auf diejenige oder annähernd diejenige Drehzahl herabsetzbar ist, welche bei vollständiger Entleerung der genannten Flüssigkeitskupplung und bei voller Füllung der der nächstniederen Übersetzungsstufe zugehörigen Flüssigkeitskupplung auftritt. Hierdurch ist eine stufenlose oder annähernd stufenlose Geschwindigkeitsregelung ohne Überhitzung der Flüssigkeitskupplung erzielbar.
• Die Flüssigkeitskupplungen dienen also einerseits zum Regeln des Schlupfes in bestimmten Grenzen, zweckmäßig jedoch nicht bis unterhalb ungefähr 30 °/o der bei Vollfüllung erzielbaren Drehzahl, und andererseits gleichzeitig zum Ein- und Ausschalten der Gänge durch Füllen bzw. vollständiges oder nahezu vollständiges Entleeren. Ein solches Entleeren wird ohne unzulässige Erwärmung dadurch ermöglicht, daß die Relativdrehzahl vom treibenden zum getriebenen Kupplungsteil infolge der im Eingriff bleibenden Übersetzungsstufen ein gewisses Maß nicht überschreitet. Der erfindungsgemäße Gebläseantrieb besitzt demgemäß den Vorteil eines praktisch stufenlosen Regelns von einer verhältnismäßig geringen Drehzahl bis zur Maximaldrehzahl mit verhältnismäßig geringen Verlusten und infolgedessen geringer Ölerwärmung, ohne jedoch die Nachteile der mechanischen Kupplungsteile aufzuweisen.
• Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung ein Gebläseantrieb mit zwei Schaltgängen, es können jedoch ebensogut drei oder mehr sein, dargestellt, der eine stufenlose Schaltung von der maximalen Drehzahl n bis auf die Drehzahl von etwa n/2 gestattet mit einem Schlupf bis etwa 30 °/o unter Leistungsübertragung und einem Schlupf von etwa 50 % mit entleerter . Kupplung.
• . Auf der Gebläselaufradwelle w oder einer Vorgelegewelle, die das Gebläse g antreibt, sitzen die Innenteile il und i2 zweier Flüssigkeitskupplungen k1 und k2, deren Außenteile a1 und a2 durch die Zahntriebe di d2 und ei e, mit verschiedenen Drehzahlen von der Antriebswelle oder Vorgelegewelle v angetrieben werden. Die Zahnradübersetzungen sind hierbei zwischen den Flüssigkeitskupplungen angeordnet, wodurch sich eine gedrängte Bauart ergibt.
• Die durch den Trieb ei e2 erzeugte Volldrehzahl des äußeren Teils a2 der hydraulischen Kupplung k2 liegt nur etwa 30 % unter der durch den Trieb dl-dz erzeugten Drehzahl des äußeren Teils a der Kupplung k1. Wird jetzt die Kupplung k1 mit 61 gefüllt, so läuft das Gebläserad mit seiner Höchstdrehzahl, d. h. mit der durch den Trieb dj-d. gegebenen Drehzahl, die um den Vollfüllungsschlupf, also um etwa 2 °/o vermindert ist, während die Kupplung k2, die ölleer ist, nur mit einem Leerlaufschlupf läuft, der durch die beiden Zahnradtriebe di d2 und ei e2 bedingt ist.
• Durch Füllungsverminderung der Kupplung k1 kann man nun die Drehzahl der Gebläsewelle praktisch bis etwa o,7 der Drehzahl herabdrücken. Wenn die durch das Getriebe ere2 bedingte Drehzahl nun auch 7o °/o der durch das Getriebe d, 7d, bedingten Volldrehzahl ist, so wird die Relativdrehzahl der beiden Kupplungsteile a2 und i2 der Kupplung k2 gleich Null.
• Entleert man jetzt die Kupplung k1 und füllt k2 vollständig, so übernimmt k2dieLeistungsübertragung. Durch geringere Füllung der Kupplung k2 kann man nun diese Drehzahl wieder um 30 °/o herunterdrücken, so daß eine stufenlose Drehzahlregelung von 0,7 X 0,7 n = 0,49 n möglich ist.
• Legt man die Übersetzung e1 e2 noch etwas tiefer als 70 ()/o von der von dj-d2, so ist eine noch geringere Endstufe als o,49 n zu erreichen, allerdings ergibt sich dann ein kleiner Drehzahlsprung beim Umschalten der Kupplungen. Eine weitere Minderung der Drehzahl wäre durch eine dritte Übersetzung und eine weitere Flüssigkeitskupplung zu erzielen.
• Eine Abwandlung dieser Anordnung ist die, daß die hydraulische Kupplung der niedrigeren Stufen durch einen Freilauf ersetzt ist.
• Die hydraulischen Kupplungen können auf der getriebenen oder auf der treibenden Welle sitzen, doch wird man sie zweckmäßig auf die Welle mit der höchsten Drehzahl setzen, da sie in diesem Falle am kleinsten werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Drehzahlregelung von mit hohen Drehzahlen umlaufenden Gebläsen, insbesondere Aufladegebläsen.von Flugmotoren, unter Verwendung mehrerer durch Zahnräder gebildeter Übersetzungsstufen und je einer entleerbaren Flüssigkeitskupplung in jeder Übersetzungsstufe, wobei die Flüssigkeitskupplungen zweckmäßig auf der gemeinsamen, das Gebläse antreibenden Abtriebswelle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß. zur stufenlosen Drehzahlverringerung des Gebläses bei zunächst leerlaufender Flüssigkeitskupplung der niederen Übersetzungsstufe die Flüssigkeitskupplung der höheren Übersetzungsstufe allmählich, jedoch nur bis zu einer solchen Teilfüllung entleert wird, daß die Gebläsewelle die der niederen Übersetzungsstufe, bei Vollfüllung der ihr zugeordneten Flüssigkeitskupplung, entsprechende Drehzahl erhält, hierauf die Flüssigkeitskupplung der höheren Übersetzungsstufe ganz entleert wird, während gleichzeitig die Flüssigkeitskupplung der niederen Kupplung voll gefüllt wird, worauf diese alsdann zur weiteren Drehzahlerniedrigung des Gebläses wieder allmählich bis zu einer Teilfüllung entleert wird. z. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei entsprechendet Bemessung der Flüssigkeitskupplungen die Regelung einer jeden Flüssigkeitskupplung innerhalb des ihr zukommenden Regelbereichs nur bis zu einer Teilfüllung erfolgt, bei welcher der Schlupf zwischen der treibenden und der getriebenen Kupplungshälfte der teilweise gefüllten Kupplung 0,3 der Drehzahl der treibenden Kupplungshälfte im wesentlichen nicht überschreitet. 3. Gebläseantrieb zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskupplungen unmittelbar auf der Gebläsewelle angeordnet sind und die nicht mit der Gebläsewelle gekuppelte Kupplungshälfte einer jeden Flüssigkeitskupplung je unmittelbar mit einem Zahnrad verbunden ist, das mit einem auf einer angetriebenen Vorgelegewelle fest angeordneten Zahnrad im Eingriff steht, wobei bei einem Gebläseantrieb mit zwei Übersetzungsstufen die beiden Zahnradübersetzungen zweckmäßig zwischen den Flüssigkeitskupplungen angeordnet sind. . q.. Gebläseantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im niedrigsten Gang an Stelle einer Flüssigkeitskupplung eine Freilaufkupplung vorgesehen ist. Angezogene Druckschriften Deutsche Patentschrift Nr. 372 809; britische Patentschrift Nr. 4o7 5io.