Flüssigkeits-Wechselgetriebe. Die. Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkeits-Wechselgetriebe, welches für die Pumpe und für die Turbine je mindestens ein Propellerrad aufweist und besteht darin, dass die Schaufeln mindestens eines der Propellerräder drehbar auf der Nabe ange ordnet sind.
Es sind Flüssigkeits-Kupplungen bekannt, bei denen sowohl die Schaufeln einer Pro pellerpumpe als auch die Schaufeln einer Propellerturbine nicht drehbar auf der Nabe angeordnet sind. Dann entstehen grosse Lei stungsverluste, wenn das Getriebe mit Be triebsverhältnissen arbeitet, für die es nicht bemessen ist. Weiter ist auch bekannt, die Schaufeln insbesondere von Propellerturbi nen während des Betriebes in bezug .auf ihre Nabe zu verdrehen, um bei unveränderlicher Drehzahl die Leistung dem Bedarf anzu passen.
Im Gegensatz zu den bekannten Vor schlägen kann bei Flüssigkeits-Wechselge- trieben gemäss der Erfindung durch die Ver drehung der Schaufeln die Drehzahl der ge- triebenen Welle verändert werden, ge gebenenfalls die Drehrichtung sogar ge ändert werden, um den Betrieb den sich verändernden Bedingungen anzupassen.
Der Betrieb eines nach der Erfindung ausgebildeten Flüssigkeits-Wechselgetriebes kann dadurch noch weiter verbessert werden, dass die zur Übertragung der Leistung die nende Flüssigkeit durch eine Vorrichtung, beispielsweise durch eine Pumpe, unter er höhtem Druck gehalten wird. Die Entste hung der Kavitation wird dann vermieden.
Der Erfindungsgegenstand ist nach stehend mit Hilfe der Zeichnung anhand von drei verschiedenen Ausführungsbei spielen näher erläutert.
Fig. 1 und 2 zeigen im Längsschnitt und im Querschnitt ein erstes Ausführungs beispiel, die Fig. 3 und 4 veranschaulichen ebenfalls im Längs- und im Querschnitt eine Einzel heit des ersten Ausführungsbeispiels, und Fig. 5 zeigt im Längsschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel, durch die Fig. 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, und schliesslich ist durch die Fig. 7 und 8 eine Einzelheit des dritten Ausführungsbeispiels im Querschnitt und im Längsschnitt dargestellt.
Die in. den Fig. 1, 5 und 6 dargestellten Flüssigkeitsgetriebe dienen zur Übertragung einer mechanischen Leistung von einer trei benden Welle 1 auf eine getriebene Welle 2. Zu diesem Zweck wird durch die Welle 1 ein Pumpenrad 3 getrieben, wodurch die das Rad umgebende Flüssigkeit in Strö mung versetzt wird. Durch die Strömung wird dann. das Turbinenrad 4 angetrieben, welches seinerseits die Leistung auf die ge triebene Welle 2 überträgt.
Bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Getriebe strömt die Flüssigkeit in dem durch die Pfeile 5 in Fig. 1 dargestellten Sinn im Kreislauf durch die Kränze des Pumpenrades 3 und des Turbinenrades 4. Um die zur Über- tragung notwendige Strömungsenergie zu er halten, wird,das Pumpenrad 3 über ein Zahn radgetriebe 6 angetrieben. Die Drehzahl des Turbinenrades wird durch ein zweites Zahn radgetriebe 13 wieder vermindert.
Zur Vermeidung von Strömungsverlusten sind an Stellen, wo rasche Richtungsände rungen erfolgen, Leitschaufeln 7 eingebaut. Ferner ist zur .Verminderung der Verluste der Strömungsquerschnitt ausserhalb des Be reiches des Pumpen- und des Turbinenrades wesentlich erhöht, um die Geschwindigkeit zu verlangsamen. Damit wird die Reibung an den Kanalwänden und die Wirbelung in der strömenden Flüssigkeit vermindert.
Die Schaufeln 8 des Turbinenrades 4 kön nen um ihre Längsachse 26 (Fig. 3) verdreht werden. Sie sind zu ,diesem Zweck mit Zapfen in Lagern der Nabe des Rades gehalten und können mit einer in den Fig. 3 und 4 darge stellten Vorrichtung im Innern der Nabe relativ zur Nabe verstellt werden. Der Antrieb dieser Vorrichtung erfolgt durch den Servomotor 9! , (Fig. 1). Ein Kol ben 10 wird mittelst der .durch die Lei tungen 11 zu- bezw. abgeführten Flüssigkeit verschoben. Das mit dem Kolben 10 ver- bundene Gestänge 12 steuert die in der Nabe angeordnete Verstellvorrichtung für die Schaufel B.
Die Stellung der Turbinenschaufeln 8 hat sich nach der Drehzahl der getriebenen Welle 2, ,dann nach der Drehzahl der treibenden Welle 1 und schliesslich auch nach der Grösse des zu übertragenden Moments zu richten. Wenn die Schaufeln ,8 so stark verdreht wer den, dass die Druckseite mit der Saugseite wechselt, wird die Drehrichtung ,der Welle 2 umgekehrt. Das Wechselgetriebe wird dann gleichzeitig .ein Wendegetriebe.
Mit Hilfe der Leitungen 14, 15 und 16 können Instrumente zur Messung des Druckes im Flüssigkeitskreislauf angeschlossen wer den. Gegebenenfalls können auch Vorrich tungen, welche den Druck der durch die Schaufelkränze strömenden Flüssigkeit er höhen, beispielsweise Pumpen, durch die Leitungen 14, 15 und 16 angeschlossen wer den. Es wird dann auf der Saugseite der Pumpen- und der Turbinenschaufeln, insbe sondere an den Abströmkanten, die Ent stehung von Kavitationserscheinungen ver mieden.
Ein geil 19 (Fig. 3) verhindert eine Ver drehung,des in der Hohlwelle 20 der Turbine angeordneten Gestänges 12 (Fig. 1 und 3). Ein Gewinde 21 ist auf -dem Gestänge 12: an geordnet, welches in einer Mutter 2'2, gleitet. Die Mutter verdreht sich dann bei Längsver schiebungen des Gestänges 12 bezüglich der Welle<B>20</B> und der Nabe 23. Die Mutter 22 be sitzt einen kegeligen Zahnkranz 24, der in. die Zahnräder 2.5 an den Schaufeln 8 eingreift.
Bei einer Längsverschiebung des Gestänges 122 werden somit die Schaufeln um ihre Längsachse 26 verdreht. j Bei dem zweiten in Fig. 5 dargestellten Beispiel wird der Flüssigkeitskreislauf in einem Kanal, welcher die Gestalt eines Torns aufweist, ,geführt, um in denjenigen Ab schnitten der Flüssigkeitsströmung, welche ausserhalb des Gebietes des Pumpen- und des Turbinenrades liegen, die Geschwindigkeit in erheblichem Mass zu vermindern. Die Rippen 17 und 1,8 sind als Leitschaufeln ausgebildet und derart gestellt, dass Stossverluste an den Schaufeln des Pumpen- und des Turbinen rades möglichst vermieden werden.
Bei dem in Fig. 6, 7 und 8 gezeigten Ge triebe dreht das Pumpenrad 3 mit der Blei chen Geschwindigkeit wie die treibende Welle 1 und das Turbinenrad 4 mit der glei chen Geschwindigkeit wie die getriebene Welle 2, Zahnrädergetriebe sind somit nicht notwendig. Im Gegensatz zu den Getrieben nach den Fig. 1 und -5 sind hier nicht nur die Schaufeln 8 des Turbinenrades 4, sondern auch die Schaufeln 27 des Pumpenrades ver drehbar auf der Nabe angeordnet.
Zur Steuerung der Turbinenschaufeln 8 ist ein Servomotor 28, welcher mit,der getrie benen Welle mitdreht, angeordnet und zur Steuerung der Pumpenschaufeln 27 ein Servo motor 29, welcher mit der treibenden Welle 1 mitdreht. Dem Pumpenservomotor 29 wird durch die Leitungen 30 und dem Turbinen- servom.otor 28 durch die Leitungen 31 Steuer flüssigkeit zugeführt, bezw. von jenen wieder abgeführt. Das zur Verdrehung .der Pumpen schaufeln dienende Gestänge 32 wird durch einen Kolben 33 in der Längsrichtung ver schoben.
Die Servomotoren zur Verstellung der Schaufeln des Getriebes können nach Fig. 8 dadurch vereinfacht werden, dass sie nur auf einer Seite mit einer Flüssigkeit gesteuert werden, während von der andern Seite eine Kraft durch eine Feder ständig auf sie aus geübt wird. Durch eine Leitung 34 (Fig. 8) wird eine Steuerflüssigkeit, deren Druck nach Massgabe der gewünschten Steuerung verän dert wird, auf die eine Seite des im Zylinder 35 gleitenden Kolbens 36 geleitet. Auf die Gegenseite des Kolbens .36 drückt die Feder 37. Der Kolben wird dann so verschoben, bis die Federkraft dem jeweils eingestellten Steuerdruck in der Leitung 35 Gleichgewicht hält.
Die Form der Kanäle für den Flüssig- keits-Kreislauf wird vorteilhaft so gewählt, dass nur in der Umgebung der Kränze des Pumpen- und des Turbinenrades eine hohe Strömungsgeschwindigkeit entsteht, sonst aber zur Verminderung von Strömungsver lusten die Geschwindigkeit vermindert wird. Zur Erhöhung des Druckes, unter welchem die Flüssigkeit im Kreislauf strömt, können Pumpen vorgesehen sein, welche ständig Flüssigkeit in den Kreislauf pressen. Auch die Leitschaufeln können verdrehbar angeord net werden, um ihre Stellung nach den Strö mungsverhältnissen der Flüssigkeit zu rich ten.
In besondern Fällen kann auch nur das Pumpenrad verdrehbare Schaufeln erhalten, während des Turbinenrad starr mit der Nabe verbundene Schaufeln besitzt.
Sowohl Pumpe als auch Turbine können je mehr als ein Propellerrad aufweisen.