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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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. 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine Abwandlung dieser Anordnung ist die, daß die hydraulische Kupplung
der niedrigeren Stufen durch einen Freilauf ersetzt ist.
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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.