DE905690C - Stroemungsgetriebe - Google Patents

Stroemungsgetriebe

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DE905690C
DE905690C DEV1394D DEV0001394D DE905690C DE 905690 C DE905690 C DE 905690C DE V1394 D DEV1394 D DE V1394D DE V0001394 D DEV0001394 D DE V0001394D DE 905690 C DE905690 C DE 905690C
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DE
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shaft
impeller
blades
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flyweights
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DEV1394D
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JM Voith GmbH
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JM Voith GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H61/00Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/38Control of exclusively fluid gearing
    • F16H61/48Control of exclusively fluid gearing hydrodynamic
    • F16H61/50Control of exclusively fluid gearing hydrodynamic controlled by changing the flow, force, or reaction of the liquid in the working circuit, while maintaining a completely filled working circuit
    • F16H61/52Control of exclusively fluid gearing hydrodynamic controlled by changing the flow, force, or reaction of the liquid in the working circuit, while maintaining a completely filled working circuit by altering the position of blades
    • F16H61/56Control of exclusively fluid gearing hydrodynamic controlled by changing the flow, force, or reaction of the liquid in the working circuit, while maintaining a completely filled working circuit by altering the position of blades to change the blade angle

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Fluid Gearings (AREA)

Description

  • Strömungsgetriebe Es ist mehrfach vorgeschlagen worden, die Schaufelräder von Strömungsgetrieben mit drehbaren Schaufeln auszurüsten, um diese hinsichtlich ihrer Ein- und Austrittswinkel den verschiedenen Betriebsbedingungen anpassen zu können. Nach einigen Vorschlägen werden die Schaufeln willkürlich von außen verstellt. Andere sehen eine fliehkraftabhängige Verstellung der Schaufeln vor. Auch mit elastisch ausgebildeten Schaufeln mit selbsttätiger Verstellung durch den Druck der Getriebeflüssigkeit hoffte man schon zum Ziel zu kommen.
  • Die Erfindung betrifft eine neue Lösung für das selbsttätige Verstellen der Schaufeln von Strömungsgetrieben zur selbsttätigen Anpassung des Übersetzungsverhältnisses eines Strömungswandlers an den jeweiligen Betriebszustand. Die Erfindung geht dabei davon aus, daß bei Strömungsgetrieben kein eindeutiger Zusammenhang zwischen Antriebs- und Abtriebsdrehzahl besteht, daß also auch die Schaufeln eines Laufrades nicht in ausschließlicher Abhängigkeit von der Antriebsdrehzahl n1 oder von der Abtriebsdrehzahl n2 verstellt werden dürfen, sondern in Abhängigkeit vom Verhältnis n2 : n1.
  • Es ist an sich bekannt, mehrstufige Strömungsgetriebe in Abhängigkeit von n2 : n1 umzuschalten. Die hierzu verwendeten Schalteinrichtungen, bei denen zumeist von der Primärwelle und von der Sekundärwelle angetriebene Drehzahlmeßpumpen verwendet werden, eignen sich wohl für die Umschaltung bei einem bestimmten Drehzahlverhältnis, derart, daß bei allen Motordrehzahlen stets im richtigen Betriebszustand von einem Getriebekreislauf auf den anderen umgeschaltet wird, aber nicht zur stetigen Verstellung etwa von Schaufeln. Die Erfindung geht daher einen anderen Weg, indem sie eine Vorrichtung angibt, die nicht in Abhängigkeit von n2 : n1, sondern in Abhängigkeit vom Verhältnis des Drehmomentes zum Quadrat der Drehzahl arbeitet. Bei einem Drehmomentwandler üblicher Ausführung ist nämlich beispielsweise das Verhältnis Moment am Turbinenrad zum Quadrat der Abtriebsdrehzahl (M2 : n22) eine eindeutige Funktion von n2 : n1.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Laufrad des Wandlers drehbar auf seiner Welle gelagert und mit dieser Welle über ein Verstellgetriebe verbunden, das das auf die Welle einwirkende Drehmoment gegen die dem Quadrat der Drehzahl des Laufrades proportionale Fliehkraft auswiegt und die Verstellung der Drehschaufeln oder sonstigen verstellbaren Getriebeteile in Abhängigkeit von der relativen Verdrehung zwischen dem Laufrad und seiner Welle vornimmt. Das Verstellgetriebe wird etwa gebildet durch mehrere Fliehgewichte, die am Laufrad, gleichmäßig über den Umfang verteilt, drehbar gelagert sind, ferner durch Laschen oder Stützarme, mit denen sich die Fliehgewichte gegen Arme an der Welle des Laufrades abstützen, derart, daß die Radien der Drehachsen der Fliehgewichte, die Verbindungslinien zwischen den Drehachsen und den Anlenkungspunkten der Laschen, die Laschen selbst und die Arme an der Welle Gelenkvierecke bilden.
  • Die Verstellung von Schaufeln in Abhängigkeit von der Relativverdrehung zwischen dem Laufrad und seiner Welle ist eine bei Strömungskupplungen an sich bekannte Maßnahme. Sie geschieht dort aber nur zur Begrenzung des maximal übertragenen Drehmomentes, weshalb dort auch Laufrad und Welle lediglich über einige das Drehmoment messende Federn miteinander verbunden sind, während das Verstellgetriebe zwischen Laufrad und Welle gemäß der Erfindung den Wert M : n2 zu messen hat und die Schaufelverstellung zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses des Wandlers dient.
  • Andererseits ist aber auch schon ein Strömungswandler vorgeschlagen worden, bei dem das Turbinenrad mit der Abtriebswelle über eine dem oben angegebenen Verstellgetriebe entsprechende Vorrichtung verbunden ist. Diese Einrichtung dient dort aber ebenfalls nicht zur stetigen Veränderung des Übersetzungsverhältnisses des Wandlers, sondern lediglich zur starren Verbindung von Pumpen- und Turbinenradwelle, bei dem für alle Antriebsdrehzahlen gleichbleibenden Drehzahlverhältnis n2 : n1 = I.
  • Im Gegensatz zu den bekannten Vorschlägen mit selbsttätiger Schaufelverstellung zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses des Wandlers, die durchweg den besonderen hydraulischen Bedingungen des Wandlers nicht Rechnung tragen, wird durch die Ausbildung gemäß der Erfindung erreicht, daß unabhängig von dem tatsächlichen Wert von Drehzahl und Drehmoment die Verstellung der Schaufeln stets selbsttätig in der Weise vorgenommen wird, daß einem bestimmten Verhältnis des Momentes dieses Schaufelrades zum Quadrat seiner Drehzahl immer genau dieselbe Schaufelstellung entspricht. Die Größe der Fliehkraft ist nämlich für eine bestimmte Stellung der Gewichte und der Laschen sowie für eine gegebene Masse der Gewichte genau verhältnisgleich dem Quadrat der Drehzahlen.
  • Die Erfindung kann in erster Linie zur Verstellung der Turbinenschaufeln eines Strömungswandlers Anwendung finden in der Weise, daß einem bestimmten Verhältnis des Turbinendrehmomentes zum Quadrat der Turbinendrehzahl stets genau dieselbe Turbinenschaufelstellung entspricht. Wenn hierbei die Einrichtung beispielsweise für 2ooo Umdrehungen pro Minute entworfen und berechnet ist, so ist sie auch bei 5oo Umdrehungen je Minute vollkommen in Ordnung; denn es ergeben sich dabei zwar im Verhältnis I6:I kleinere Fliehkräfte, aber auch das hydraulische Drehmoment der Turbinen ist bei hydraulischer Ähnlichkeit der Strömung ebenfalls I6mal kleiner. Die Einrichtung arbeitet damit über den ganzen Drehzahlbereich, z. B. von der Leerlaufdrehzahl eines Kraftwagenmotors bis zur Höchstdrehzahl, durchaus einwandfrei.
  • In hydraulischer Beziehung ergibt jede Stellung der Turbinenschaufeln für ein bestimmtes Verhältnis des Turbinendrehmomentes zum Quadrat der Drehzahl den besten Wirkungsgrad, weil die Winkel der Relativströmung eindeutig durch dieses Verhältnis bestimmt werden. Durch die Einrichtung kann daher erreicht werden, daß die Turbinenschaufeln bei jeder Stellung der Fliehgewichte, also bei jedem Übersetzungsverhältnis des Getriebes den bestmöglichen Wirkungsgrad ergeben.
  • In gleicher Weise wie auf die Turbinenschaufeln kann die Erfindung aber auch auf die Pumpenschaufeln Anwendung finden. Es ist hierbei nur wesentlich, daß das Verhältnis Moment zu Drehzahl im Quadrat (M : n2) eine eindeutige Funktion des Verhältnisses der Abtriebs- zur Antriebsdrehzahl ist.
  • In welcher Weise die Verstellschaufeln selbst ausgebildet sind, ob sie etwa in ihrer Gesamtheit verdreht werden oder ob nur die Ein- oder Austrittsenden drehbar ausgebildet werden, spielt für die Erfindung keine Rolle, zumal hierfür an sich verschiedene Vorschläge bekannt sind. Die Verstellung der Schaufeln oder Schaufelteile wird etwa in der Weise vorgenommen, daß eine mit der Welle des Laufrades verbundene Scheibe an ihrem Umfang mit einer Verzahnung versehen ist, in die mit dem Drehzapfen der Schaufeln verbundene Hebel eingreifen, derart, daß bei einer relativen Verdrehung zwischen der verzahnten Scheibe bzw. der die Scheibe tragenden Welle und dem Laufrad die Schaufeln um ein dieser relativen Verdrehung entsprechendes Maß verdreht werden.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Abb. I zeigt einen Längsschnitt durch einen Wandler mit drehbaren Turbinenschaufeln und die Abb. 2 und 3 je einen Querschnitt für die beiden äußersten Lagen der Verstelleinrichtung.
  • Das Turbinenrad I des Wandlers ist leicht drehbar, aber gegen Axialverschiebung gesichert, auf der Abtriebswelle 2 gelagert. Die Turbinenschaufeln 3 sind mittels je eines Zapfens 4 im Laufradkörper eingesetzt. Ein mit den Schaufeldrehzapfen verbundener, an seinem Ende zahnförmig ausgebildeter Hebel 5 greift in eine am äußeren Umfang einer mit der Abtriebswelle 2 verbundenen Scheibe 6 vorgesehene Verzahnung 7 ein. In den beiden den Radkörper I bildenden Seitenwänden 8 und 9 sind drei Zapfen Io drehbar gelagert, mit denen Gewichte I I fest verbunden sind. Die Gewichte sind teilweise geschlitzt und tragen je einen Gelenkbolzen 12, an welchem jeweils das Auge einer Lasche I3 eingehängt ist. Die anderen Enden der Laschen fassen an einem in der Scheibe 6 eingesetzten Zapfen I4 an.
  • Bei einer Drehung des Turbinenrades üben die auf die Gewichte II wirkenden Fliehkräfte Drehmomente auf die Drehzapfen Io aus, die die Gewichte nach außen zu drehen suchen. Die Laschen sind so angeordnet, daß sie durch das zu übertragende Drehmoment der Turbinen auf Zug beansprucht werden. Diese Zugkräfte suchen die Gewichte entgegen der Fliehkraft nach innen zu drehen. Die Einrichtung wirkt daher wie eine Waage zwischen Fliehkraft und übertragenem Drehmoment.
  • Bei der in Abb.2 gezeigten Stellung sind die Fliehgewichte II nach innen geschwenkt, und die Laschen I3 befinden sich mit den Gewichten in der Strecklage. Diese Stellung nimmt das Getriebe ein, wenn die Drehzahl sehr niedrig und das Drehmoment groß ist. Praktisch wird diese Stellung nur bei Stillstand eingenommen, da die geringste Fliehkraft die Gelenke bereits aus der Strecklage herauszwängt, wenn man von den Reibungswiderständen an den Gelenken absieht.
  • In der Abb.3 dagegen ist das Getriebe bei vollständig nach außen ausgeschwenkten Gewichten dargestellt. Diese Lage entspricht einem Betriebszustand mit hoher Drehzahl und geringem Turbinendrehmoment. Zwischen den beiden in den Abb. 2 und 3 gezeigten Endlagen ist jede Zwischenstellung möglich. Es stellt sich nämlich das Gleichgewicht stets so ein, daß das übertragene Drehmoment in einem bestimmten Verhältnis zur Fliehkraft steht. Dieses Verhältnis ist von Punkt zu Punkt verschieden, entsprechend der ständig wechselnden gegenseitigen kinematischen Lage der Getriebeteile zueinander.
  • Der an Hand der Abb. 2 und 3 erläuterten Verstellung der Fliehgewichte II und der Laschen I3 entspricht eine Verdrehung der mit der Abtriebswelle 2 verbundenen Scheibe 6; während sich also die Gewichte aus der in der Abb.2 dargestellten Lage in die in Abb. 3 dargestellte Lage bewegen, verdreht sich die Scheibe 6 gegenüber dem Radkörper im Uhrzeigersinn um einen bestimmten Winkel. Diese Relativverdrehung, welche in ihrer Größe von dem Ausschlagwinkel der Gewichte und von den Gelenkabständen abhängt, unterliegt dem oben dargelegten Zusammenhang wiederum in der Weise, daß zu einer bestimmten Relativlage von Radkörper und Abtriebsscheibe 6 auch ein bestimmtes Verhältnis des Drehmomentes zu dem Quadrat der Drehzahl gehört. Bei der erwähnten Relativverdrehung werden die Turbinenschaufeln 3 über die Verzahnung 7 an der Abtriebsscheibe und die in diese Verzahnung eingreifenden, mit den Schaufeln verbundenen Hebel 5 verdreht. Sie nehmen daher mit stetig sich änderndem Verhältnis des Turbinenmomentes zum Quadrat der Turbinendrehzahl eine stetig veränderliche Lage ein. Der Winkelbetrag der Schaufelverdrehung ist entsprechend dem Verhältnis des Teilkreishalbmessers der Verzahnung zur Länge der an den Schaufeldrehzapfen befestigten Hebel größer als die Verdrehung zwischen Radkörper und Abtriebsscheibe.
  • Die an Hand der Zeichnung geschilderte Verstellung der Turbinenschaufeln könnte, wie erwähnt, in gleicher Weise auch an den Pumpenschaufeln vorgenommen werden. Erforderlichenfalls können aber auch sowohl die Pumpenschaufeln als auch die Turbinenschaufeln in dieser Weise verstellt werden.
  • Das Verstellgetriebe liegt bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel in einem von den Seitenwänden 8 und 9 gebildeten, mit Öl gefüllten Raum und ist daher stets gut geschmiert. Die Ölfüllung läuft mit den Gewichten und mit den Laschen um und verursacht daher keine Energieverluste durch Wandreibungen und Wirbel. Sollte das ausgeführte System unter gewissen Betriebsbedingungen zu Schwingungen neigen, so können durch dichtes Abschließen der Gewichte gegen die Wände Dämpfungsräume gebildet werden.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Strömungswandler mit selbsttätig verstellbaren Getriebeteilen, insbesondere Drehschaufeln, zur stetigen Anpassung des Übersetzungsverhältnisses an die jeweiligen Betriebsbedingungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laufrad des Strömungswandlers drehbar auf seiner Welle gelagert und mit dieser Welle über ein Verstellgetriebe verbunden ist, das das auf die Welle des Laufrades wirkende Drehmoment gegen die dem Quadrat der Drehzahl des Laufrades proportionale Fliehkraft auswiegt, und daß die Verstellung der verstellbaren Getriebeteile, insbesondere Drehschaufeln, in Abhängigkeit von der relativen Verdrehung zwischen dem Laufrad und seiner Welle erfolgt.
  2. 2. Strömungswandler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß am Laufrad (i) Fliehgewichte (i i) drehbar gelagert sind, die sich mittels Laschen (13) od. dgl. gegen Arme (6) an der zugehörigen Welle (2) abstützen, derart, daß die Radien der Drehachsen der Fliehgewichte mit den Hebelarmen der Flieh gewichte sowie den Laschen (I3) und den Armen (6) an der Welle Gelenkvierecke bilden.
  3. 3. Strömungswandler nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (I3) einerseits an den Fliehgewichten (II) und andererseits an den Zapfen (I4) eingehängt sind, die in eine mit der Welle verbundene Scheibe (6) eingesetzt sind.
  4. 4. Strömungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6) mit den Drehzapfen (4) der Drehschaufeln (3) über eine Verzahnung (7), Hebel od. dgl. zur stetigen Verstellung der Schaufeln in Abhängigkeit von der relativen Verdrehung der Scheibe (6) gegen den Laufradkörper (I) im Eingriff steht.
  5. 5. Strömungswandler nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine am Umfang der Scheibe (6) angeordnete Verzahnung (7) mit einer der Schaufelzahl entsprechenden Zähnezahl und je einem in je eine Zahnlücke eingreifenden und mit je einem Schaufelzapfen verbundenen Zahnhebel (5).
  6. 6. Strömungswandler nach den Ansprüchen I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliehgewichte zwischen zwei den Radkörper bildenden Wänden (8 und 9) derart eingesetzt sind, daß sie mit dem Radkörper Dämpfungsräume bilden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012223742B4 (de) * 2012-12-19 2015-04-02 Voith Patent Gmbh Hydrodynamische Maschine

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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