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Hydraulisches Getriebe, Wasserturbine, Umlaufpumpe, Gasturbine, Verdichter u. dgl.
Die unter dem Namen"Transformator von Föttinger"bekannte hydraulische Kraftübersetzung arbeitet bekanntlich gut, solange das Übersetzungsverhältnis, für welches der Apparat gebaut ist, nicht wesentlich über-oder unterschritten wird. Wenn dagegen z. B. das auf die angetriebene Welle wirkende Drehmoment zunimmt, so dass ihre Geschwindigkeit unter das Normalmass sinkt, so nimmt der Wirkungs- grad der Vorrichtung ab.
Die Erfindung hat den Zweck, diesen Nachteil zu beseitigen und dadurch den Transformator für verschiedene Übersetzungsverhältnisse verwendbar xu machen.
Die Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere der Schaufelräder mit Schaufeln versehen sind, die ganz oder teilweise aus beweglichen Teilen bestehen Die Beweglichkeit dieser Teile wird dadurch geschaffen, dass sie auf längsversehiebbaren oder in der Umfangsrichtung frei beweglichen konzentrischen Scheiben oder Ringen befestigt sind, durch deren Bewegung die wirksame Schaufellänge in radialer Richtung zwecks Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators verändert werden kann.
Die Erfindung kann nicht nur bei hydraulischen Transformatoren, sondern auch bei Wasserturbinen, Umlaufpumpen, Kreiselpumpen, Gasturbinen, Verdichtern u. dgl. benutzt werden und ermöglicht eine Änderung der Umlaufzahl und des Drehmomentes bei Kraftmasehinen bzw. des Druckes und der Fördermenge bei Arbeitsmaschinen.
Auf den Zeichnungen sind zwei Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. Fig. 1 ist ein Längsschnitt der einen Hälfte eines hydraulischen Getriebes gemäss der ersten Ausführungsform. Fig. 2 ist ein Querschnitt eines Teiles des Schaufelsystems desselben Getriebes. Fig. 3 ist ein Längsschnitt der einen Hälfte eines hydraulischen Getriebes gemäss der andern Ausführungsform. Fig. 4 ist ein Längs-
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Fig. 6 stellt die Moment-und Leistungskurven des in Fig. 3 dargestellten Transformators dar.
Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform sitzt fest auf der Welle 1 (primären Welle), die mit einer Kraftquelle (z. B. einer Kraftmaschine) in unmittelbarer oder mittelbarer Verbindung steht, ein Schaufelrad (Primärrad) 2. Auf der zu treibenden Welle J (sekundären Welle) sitzt ebenfalls ein Schaufelrad (das sekundäre Rad). Die Räder 2 und 4 sind derart zueinander angeordnet, dass in ihrem Innern ein zusammenhängender Kanal zur Aufnahme der Arbeitsflüssigkeit entsteht, die beim Drehen des Primärrades in bekannter Weise teils eine drehende Bewegung, teils eine Bewegung in der Richtung des Pfeiles A, Fig. 1, ausführt, wobei zwischen dem Auslass und dem Einlass des Rades 2 ein Druckunterschied, ähnlich wie in einer Kreiselpumpe, entsteht.
Der Druck und die Bewegung der Flüssigkeit wirken auf das Sekundärrad 4 ein, so dass letzteres e. ine Drehung in dem gleichen Sinne wie das Primärrad ausführt und somit wie eine Turbine arbeitet.
Die bisher beschriebenen Teile und ihre Wirkungsweise sind für alle Transformatoren nach Föttinger kennzeichnend.
Gemäss der Erfindung sind bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform die Schaufeln des Primärrades 2 geteilt ausgebildet. Sie bestehen teils aus festen Teilen 6, teils aus axial verschiebbaren Teilen 7, 7'. Die Teile'1, 1/sind konzentrisch angeordnet und werden von ringförmigen Scheiben 8 bzw. 8'
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verstellbaren Schaufelteile 7, 7'ganz aus dem Laufradkanal ausgezogen sind, arbeitet das Primärrad somit nur mit den festen Schaufeln 6. Da der Durchmesser jener Schaufeln verhältnismässig klein ist, so wird auch die Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit und damit auch die Umlaufgeschwindigkeit des Sekundär- rades 4 entsprechend herabgesetzt.
Je nachdem eine Erhöhung der Umlaufzahl der Sekundärwelle beabsichtigt wird, kann die Länge der Schaufeln des Primärrades durch Einschieben der beweglichen Schaufelkränze erhöht werden.
Die Einstellung der die beweglichen Schaufelkränze 7 bzw. l'tragenden Scheiben 8 bzw. 8'kann mechanisch oder, wie in Fig. 1 angedeutet, hydraulisch erfolgen. Im letzteren Falle sind die Scheiben derart ausgebildet, dass zwischen der Scheibe 8 und dem Primärrad 2 bzw. zwischen den Scheiben 8 und 8' und zwischen der Scheibe 8'und dem umgebenden Gehäuse 9 geschlossene Zwischenräume oder Kammern 10, 11 und 12 entstehen, die durch Kanäle 13 in der Nabe des Gehäuses und Leitungen 14 zwecks Verschieben der Scheiben unter verschiedenen Druck gesetzt werden können. Der hiezu erforderliche Flüssigkeitsdruck kann beispielsweise durch die mit Flüssigkeit ganz gefüllte Vorrichtung selbst geliefert werden, indem von Stellen verschiedenen Druckes Leitungen.
M, j ! 6 ausgehen. Die Steuerung erfolgt mit Hilfe von Ventilen 17, durch welche die Zwischenräume 10, 11, 12 abwechselnd mit der Druckseite durch Leitung 15 und der SÅaugseite durch Leitung 16 in Verbindung gesetzt werden können.
In Fig. 1 ist angenommen, dass der mittlere Zwischenraum 11 mit der Druckseite und die Räume 10, 12 mit der Saugseite in Verbindung stehen, so dass die Scheibe 8', welche den äussersten Schaufelkranz 7' trägt, herausgezogen wird. Abgesehen davon, ob die Einstellung mechanisch oder hydraulisch stattfindet, kann sie während des Betriebes erfolgen.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform bezeichnet 21 die Treibwelle (oder Primärwelle), die mit einer nicht dargestellten Kraftquelle, z. B. einer Kraftmaschine unmittelbar oder mittelbar verbunden ist und ein Schaufelrad (das Primärrad) 22 trägt. 23 ist die zu treibende (oder sekundäre) Welle, auf welcher das sekundäre Schaufelrad 24 sitzt.
Das Sekundärrad 24 ist durch einen oder mehrere konzentrische Schaufelringe, u. zw. in dem dargestellten Falle zwei, 25 und 26, umgeben, welche auf der Sekundärwelle oder, wie dargestellt, auf der Nabe des Rades 24 gelagert und deren Schaufel derart gestellt sind, dass die Ringe, welche beim Anlassen und niedriger Geschwindigkeit der Sekundärwelle mit letzterer fest verbunden sind und somit auf sie treibend wirken, bei zunehmender Geschwindigkeit der Sekundärwelle von dieser selbsttätig gelöst werden, u. zw. derart, dass zunächst der äussere Ring 26 und, wenn die
Geschwindigkeit noch höher wird, auch der innere Ring 25 frei wird, wonach die Ringe 25,26 frei umlaufen können, n. zw. mit den durch ihre Schaufelstellungen bedingten Geschwindigkeiten, ohne irgendwelche Nutzarbeit zu leisten.
Das Sekundärrad bildet somit zusammen mit seinen beiden Ringen 25, 26 ein langsam laufendes Turbinenrad grossen Drehmomentes, zusammen mit nur dem inneren Ring 25 ein etwas schneller laufendes Turbinenrad kleineren Momentes, während das Sekundärrad allein das in bezug auf die Höchstgeschwindigkeit zweckmässigste Turbinenrad mit dieser Geschwindigkeit entsprechendem Drehmoment darstellt.
Die Drehmoment-und Leistungskurven erhalten in diesem Falle das in Fig. 6 dargestellte Aussehen.
Mit gestrichelten Linien sind in dieser Figur die entsprechenden Kurven eines Transformators bisher bekannter Ausführung mit demselben Geschwindigkeitsgebiet und derselben Höchstleistung angedeutet..
. Das Turbinenrad gemäss Fig. 4 ist ähnlich angeordnet wie bei dem Transformator nach Fig. 3 und braucht deshalb nicht näher beschrieben zu werden.
Die Entriegelung und Verriegelung der Teile 25,26 in bezug auf die Sekundärwelle oder das
Sekundärrad kann entweder. mit der Hand oder selbsttätig erfolgen. Eine einfache Ausführungsform einer selbsttätigen Verriegelung ist in Fig. 5 dargestellt. Sie besteht aus einer-Sperrklinke 27, die zwischen dem entsprechenden Ring 25, 26 und dem Sekundärrad 24 einseitig wirkt. Beispielsweise ist die Sperrklinke auf dem betreffenden Ring gelagert und greift in ein an dem Sekundärrad befestigtes Sperrad 28 ein. Die Steuerung des Gesperres kann entweder mit der Hand oder mit Hilfe eines Zentrifugalreglers, Druckreglers oder sonstiger Mittel erfolgen.
Während bei den bisher bekannten hydraulischen Vorrichtungen, z. B. beim Transformator von Föttinger, beim Festbremsen der angetriebenen Welle ein Drehmoment erhalten wird, das höchstens etwa 1'6-1'8mat so gross wie das bei der zweckmässigsten Geschwindigkeit wirkende Moment ist, und während der Wirkungsgrad bei der zweckmässigsten (normalen) Umlaufzahl seinen Höchstwert erreicht und vor und hinter dieser Umlaufzahl, wenn er in Funktion der Umlaufzahl als Kurve aufgetragen wird, schnell parabolisch auf Null sinkt, kann bei einer Vorrichtung nach der-Erfindung das Drehmoment beim Festbremsen der angetriebenen Welle erheblich gesteigert werden, u. zw. selbsttätig bis auf einen Wert, der mehrmals grösser ist als das normale Moment.
Ferner kann der Wirkungsgrad innerhalb eines grösseren Geschwindigkeitsgebietes verhältnismässig konstant gehalten werden. Dies bedeutet, dass eine nach den beschriebenen Grundsätzen gebaute Vorrichtung mit grossem Vorteil z. B. zum Antrieb von Fahrzeugen benutzt werden kann, was grosse Anlassmomente erfordert. Bei einem Motorfahrzeug, wie einem Automobil, kann deshalb das Wechselgetriebe zweckmässig durch eine Vorrichtung der beschriebenen Gattung. ersetzt werden.
Die Wirkungsweise spielt sieh dabei wie folgt ab :
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Wenn ein Automobil, das auf einem horizontalen Weg fährt, an eine Steigung gelangt, kann die Höchstleistung des Motors dadurch vollkommen ausgenutzt werden, dass der Motor mit voller Umlaufzahl läuft, während sich das für die Treibräder erforderliche Drehmoment auf den den Steigungverhältnissen und der Motorleistung entsprechenden Wert einstellt.
Abänderungen der beschriebenen Ausführungsformen sind möglieh, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann nur das Sekundärrad oder sowohl das Primärrad als auch das Sekundärrad bewegliche Schaufelteile besitzen. Die Anzahl der beweglichen Schaufelkränze kann beliebig gross sein. Wenn erwünscht, kann die Schaufelung der Räder ganz und gar aus beweglichen Teilen zusammengesetzt sein.
Bei den Ausführungsformen gemäss Fig. 3 und 4 kann an Stelle des in Fig. 5 dargestellten Zahngesperres auch ein Klemmgesperre verwendet werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen mit geteilten Schaufeln sind, wie erwähnt, auch bei Wasserturbinen und Umlaufpumpen (Kreiselpumpen), Gasturbinen, Verdichtern u. dgl. verwendbar.
Bei Turbinen können, so die Umlaufzahl und das Drehmoment verändert werden, bei Kreiselpumpen die Förderhohe und Fördermenge.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Hydraulisches Getriebe, Wasserturbine, Umlaufpumpe, Gasturbine, Verdichter \1, dgl., dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere der Schaufelräder mit einer ganz oder teilweise aus beweglichen Teilen bestehenden Schaufelung versehen sind, die je in Kranzform auf konzentrischen Ringen, Scheiben od. dgl. befestigt und mit diesen derart beweglich sind, dass die wirksame radiale Sehaufellänge verändert werden kann, wodurch eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses hydraulischer Übersetzung, der Umlaufzahl und des Drehmomentes von Turbinen und des Druckes und der Fördermenge von Pumpen und Verdichtern ermöglicht wird.