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Föttinger-Wandler mit zusätzlichen Leitkränzen
Momentwandler nach dem
Föttinger-Prinzip erfordern zur Aufnahme des Unterschiedes zwischen eingeführtem
und abgegebenem Drehmoment feste Leitkränze, und zwar bei zwei- oder mehrstufigen
Turbinen einen Leitkranz weniger als die Anzahl der Turbinenstufen (Grundform des
Wandlers).
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Eine Ausnahme hiervon machen Wandler mit zwei oder mehreren in verschiedener
Richtung laufenden Turbinenrädern (Gegenlaufwandler). Die entgegengesetzten Momente
ihrer Turbinenräder stützen sich zum Teil gegeneinander ab. Während die algebraische
Summe der Antriebsmomente gleich dem Antriebsmoment ist, kann sich die Summe ihrer
Absolutwerte erheblich vom Antriebsmoment unterscheiden.
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Sowohl bei der Grundform wie beim Gegenlaufwandler tritt die Arbeitsflüssigkeit
aus dem letzten Turbinenrad unmittelbar in die Pumpe über. Der Eintrittsdrall in
die Pumpe wird daher von der Umlaufgeschwindigkeit des letzten Turbinenrades maßgebend
beeinflußt. Infolgedessen nimmt bei stehendem Turbinenrad (Anfahren) die Pumpe bei
der Grundform in der Regel eine beträchtlich gesteigerte Leistung, beim Gegenlaufwandler
eine beträchtlich gedrückte Leistung auf. Beides bedeutet eine schlechte Ausnutzung
des Antriebsmotors.
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Beim Gegenlaufwandler kommt hinzu, daß das Anfahrmoment durch den
Stoßverlust zwischen den gegenläufigen Rädern stark beeinträchtigt wird. Beim
Stillstand
ist die Stoßgeschwindigkeit gleich der Summe der beiden Umfangsgeschwindigkeiten
im stoßfreien Gang, wobei der Verlust durch den Stoß etwa dem Quadrat der Stoßgeschwindigkeit
verhältnisgleich ist.
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Erfindungsgemäß werden bei Föttinger-Wandlern mit mindestens zwei
Turbinenrädern außer den für die Erzielung einer Momentänderung unbedingt notwendigen
festen Leitkränzen ein oder mehrere zusätzliche feste Leitkränze im Kreislauf angeordnet.
Da bei Gegenlaufwandlern feste Leitkränze für die Erzielung einer Momentänderung
nicht unbedingt notwendig sind, liegt die Erfindung bei diesen Wandlern schon in
der Anordnung eines festen Leitkranzes überhaupt.
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In allen Fällen, d. h. sowohl bei der Grundform des Wandlers als
auch beim Gegenlaufwandler wird man den erfindungsgemäßen festen Leitkranz vorzugsweise
vor dem Eintritt in die Pumpe anordnen. Die Pumpe wird damit dem Einfluß der Drehung
des Turbinenrades entzogen und ihre Leistungsaufnahme wird praktisch unabhängig
von der Antriebsdrehzahl.
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Der Antriebsmotor beispielsweise von Fahrzeugen wird daher stets voll
ausgenutzt. Damit wird auch in vielen Fällen, und zwar insbesondere beim Gegenlaufwandler,
eine Erhöhung des Anfahrmomentes erzielt.
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Ordnet man bei Gegenlaufwandlern außer einem vor der Pumpe liegenden
Leitkranz oder an Stelle desselben einen festen Leitkranz zwischen den gegenläufigen
Turbinenrädern an, so ist es möglich, die obenerwähnten Stoßverluste zwischen den
gegenläufigen Rädern wesentlich zu verringern. Die Stoßgeschwindigkeit wird in zwei
Teile zerlegt; der Gesamtverlust beider Stoßstellen ist der Summe ihrer Geschwindigkeitsquadrate
verhältnisgleich, also bei Gleichheit der Geschwindigkeiten nur halb so groß wie
ohne Leitkranz.
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In der Zeichnung sind an Hand von vier Abbildungen die Eigenschaften
der Erfindung an dem Beispiel von Gegenlaufwandlern mit zwei entgegengesetzt umlaufenden
Turbinenrädern dargestellt.
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Abb. I der Zeichnung gibt die bisher übliche Bauart eines Gegenlaufwandlers
wieder. Der Wandler besteht aus der Pumpe I sowie aus den beiden gegenläufigen Turbinenrädern
2 und 3. Die Pumpe I wird von der Antriebswelle I angetrieben und läuft mit der
Drehzahl n1 um. Das mit der Drehzahl n2 umlaufende Turbinenrad 2 arbeitet im gleichen
Drehsinne wie die Pumpe I auf die Abtriebswelle II. Das Turbinenrad 3 ist mit einer
zweiten Abtriebswelle III verbunden und läuft entgegengesetzt zur Pumpe I und dem
Turbinenrad 2 mit einer Drehzahl um, die gleich n2 ibt oder von dieser abweicht.
Die Drehrichtung der einzelnen Schaufelräder ist durch Pfeile angedeutet. DieAbb.
2,3 und 4 zeigen verschiedene Möglichkeiten für die erfindungsgemäße Anordnung der
festen Leitkränze.
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Bei der Bauart nach Abb. 2 ist der erfindungsgemäße feste Leitkranz
4 zwischen die beiden gegenläufigen Turbinenräder 2 und 3 geschaltet, während bei
der Bauart nach Abb. 3 ein Leitkranz 5 zwischen dem Turbinenrad 3 und der Pumpe
I, also vor dem Eintritt in die Pumpe, vorgesehen ist.
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Bei der Bauart nach Abb. 4 sind zwei feste Leitkränze 4 und 5 vorgesehen,
von denen der eine 4 gemäß Abb. 2 zwischen den gegenläufigen Turbinenrädern 2 und
3 liegt, während der andere 5 entsprechend der Bauart der Abb. 3 zwischen Turbinenrad
3 und Pumpe I angeordnet ist.
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Unterhalb der schematisch gezeichneten Kreisläufe sind in der Zeichnung
die zugehörigen Kennlinien wiedergegeben, und zwar einmal die Kennlinie 27 für den
Wirkungsgrad, die Kennlinie N1 für die Motorleistung und schließlich die Kennlinie
M2 für die Abtriebsmomente. Als Einheit der Abtriebsmomente N2 ist dabei der Wert
zugrunde gelegt, den M2 beim lllirkungsgrad g = 60 01, besitzt. Das Anfahrmoment
M2 bei dem Verhältnis n2 = O als Vielfaches dieser nl Einheit läßt einen bequemen
Vergleich der Momentsteigerung der verschiedenen Anordnen beim Anfahren zu.
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Aus den Kennlinien der bisher üblichen Bauart der Abb. I ergibt sich,
daß die Motorleistung N1 beim Anfahren stark gedrückt ist. Weiter zeigt die Kennlinie
M2, daß beim Anfahren ein Anfahrmoment von etwa dem 3,7fachen des Ausgangsmomentes
erzielt wird.
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Bei der Bauart nach Abb. 2 ist die Leitungskurve N nicht wesentlich
abweichend von der der Abb. I. Dagegen ist die Momentsteigerung von 3,7 auf 4,25
gesteigert worden, was auf die Verringerung der Stoßverluste zwischen den gegenläufigen
Turbinenrädern 2 und 3 durch die Einschaltung des festen Leitkranzes 4 zurückzuführen
ist. Bemerkenswert ist ferner die Streckung der Wirkungsgradkurve, die ebenfalls
auf die gemilderten Stoßverluste zurückzuführen ist und wodurch der Bereich der
brauchbaren Abtriebsdrehzahl erweitert wird.
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Die Kennlinien der Abb. 3 zeigen als beachtlichen Unterschied zu
denen der Abb. I und 2 den nahezu konstanten Verlauf der Leitungskurve Nl, was auf
die Einschaltung des festen Leitkranzes vor dem Eintritt in die Pumpe zurückzuführen
ist. Darüber hinaus ergibt diese Bauart eine Erhöhung der Momentsteigerung, und
zwar auf den Wert von 4,4.
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Bei der Bauart der Abb. 4 wird ebenso wie im Falle der Abb. 3 eine
praktisch gleichbleibende Leistungskurve erreicht, während die Momentsteigerung
noch um ein weiteres, und zwar auf einen Wert von 5,3 erhöht worden ist. Die Wirkungsgradkurve
W verläuft wie im Falle der Abb. 2 im abfallenden Teil stark gestreckt.
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Wenn bei den gezeigten Bauarten des Gegenlaufwandlers immer nur zwei
gegenläufige Turbinen räder zugrunde gelegt sind, so schließt dies naturgemäß nicht
aus, daß auch mehr als zwei gegenläufige Turbinenräder vorhanden sein können. Ebenso
darf aus dem gewählten Beispiel der Gegenlaufwandler nicht gefolgert werden, daß
die Erfindung auf Gegenlaufwandler allein beschränkt ist. Die erfindungsgemäße Anordnung
kann vielmehr auch bei den Wandlern der ursprünglichen Bauart benutzt werden, d.
h. bei solchen Wandlern, bei denen zwei oder mehrere Turbinenräder nicht gegenläufig,
sondern gleichsinnig umlaufen, wobei es gleichgültig ist, ob diese Turbinen-
räder
miteinander verbunden sind und auf eine gemeinsame Abtriebswelle arbeiten oder nicht
miteinander verbunden und mit getrennten Antriebswellen gekuppelt sind.