Regulierungseinrichtung an Kreiselmaschinen. Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Regulierungseinrichtung an Kreisel maschinen.
Das unter dem Namen "Transformator von Föttinger" bekannte hydraulische Über setzungsgetriebe arbeitet bekanntlich gut, solange das Übersetzungsverhältnis, für welches das Getriebe gebaut ist, nicht wesent lich über- oder unterschritten wird. Wenn dagegen zum Beispiel das auf die angetrie bene Welle wirkende Drehmoment zunimmt, so dass ihre Geschwindigkeit unter das Nor malmass sinkt, so nimmt der Wirkungsgrad des Getriebes ab.
Mit Hilfe der vorliegenden Regulierungs einrichtung kann dieser Nachteil beseitigt und dadurch der Transformator für verschie dene Übersetzungsverhältnisse verwendbar gemacht werden.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schaufelrad der Kreisel maschine eine Schaufelung besitzt, die min destens einen beweglichen Teil aufweist, dessen Schaufeln einen Schaufelkranz bilden und der mit seinem Schaufelkranz derart beweglich angeordnet ist, dass die wirksame radiale Schaufellänge des Schaufelrades ver ändert werden kann.
Die Erfindung kann nicht nur bei hydrau lischen Transformatoren, sondern auch bei Wasserturbinen, Kreiselpumpen, Gasturbinen, Verdichtern und dergleichen benutzt werden und ermöglicht eine Änderung der Umlauf zahl und des Drehmomentes bei Kraft maschinen beziehungsweise des Druckes und der Fördermenge bei Arbeitsmaschinen.
Auf der Zeichnung sind einige Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Fig. 1 ist - ein Längsschnitt der einen Hälfte eines hydraulischen Transformators der mit der Regulierungseinrichtung versehen ist; Fig. 2 ist ein Querschnitt eines Teils des Schaufelsystems desselben Transformators; Fig.3 ist ein .Längsschnitt der einen Hälfte eines hydraulischen Transformators gemäss einer andern Ausführungsform, wobei schematisch Mittel zur Kupplung von Teilen des Schaufelrades gezeigt sind; Fig. 4 ist ein Längsschnitt eines Teils einer Turbine mit der Einrichtung gemäss der Erfindung;
Fig. 5 zeigt einen Teil der Kupplungs mittel nach Fig. 3; Fig. 6 stellt die Moment- und. Leistungs kurven des in Fig.3 dargestellten Trans formators dar.
Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungform sitzt ' fest auf der treibenden Welle 1, die mit einer Kraftquelle (z. B. einer Kraftmaschine) in unmittelbarer oder mittel barer Verbindung steht, ein Schaufelrad 2. Auf der zu treibenden Welle 3 sitzt ein Schaufelrad 4. Die Räder 2 und 4 sind derart zueinander angeordnet, dass in ihrem Innern ein zusammenhängender Kanal zur Aufnahme der Arbeitsflüssigkeit entstellt, die beim Drehen des treibenden Rades in be kannter Weise teils eine drehende Bewegung, teils eine Bewegung in der Richtung des Pfeils A, Fig. 1, ausführt, wobei zwischen dem Auslass und dem Einlass des Rades 2 ein Druckunterschied entsteht, ähnlich wie in einer Kreiselpumpe.
Der Druck und die Bewegung der Flüssigkeit wirken auf das zu treibende Rad 4 ein, so dass letzteres eine Drehung in dem gleichen Sinne wie das treibende Rad ausführt und somit wie eine Turbine arbeitet.
Die bisher beschriebenen Teile und ihre Wirkungsweise sind für alle Transformatoren nach Föttinger kennzeichnend.
Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform sind nun die Schaufeln "des Rades 2 geteilt ausgebildet. Sie bestehen teils aus fest mit der Radnabe und der Welle 1 verbundenen Teilen 6, teils aus achsial verschiebbaren Teilen 7, 7'. Die Teile 7, 7' sind konzentrisch angeordnet und zu Kränzen zusammengefasst, welche von ringförmigen Scheiben 8 bezw. 8' getragen werden, die auf der Nabe des Clehäuses 9 längsverschiebbar sitzen, wobei die Schaufelteile 7, 7' durch entsprechende Aussparungen in der äussern Seitenwand des Rades 2 hindurchgehen. Wenn die verstellbaren Schaufelkränze 7, 7' ganz aus dem Laufradkanal ausgezogen sind, ar beitet das Rad 2 somit nur mit den festen Schaufelteilen 6.
Da der Durchmesser dieser Schaufelteile verhältnismässig klein ist, so wird auch die Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit und damit auch die Umlauf geschwindigkeit des zu treibenden Rades 4 entsprechend herabgesetzt. Je nachdem eine Erhöhung der Umlaufzahl der zu treibenden Welle beabsichtigt wird, kann die Länge der Schaufeln des treibenden Rades durch Ein schieben der beweglichen Schaufelkränze er höht werden.
Die Einstellung der die beweglichen Schaufelkränze 7 bezw. 7' tragenden Scheiben 8 bezw. 8' kann mechanisch oder wie in Fig. 1 angedeutet, hydraulisch erfolgen. Im letzteren Falle sind die Scheiben derart aus gebildet, dass zwischen der Scheibe 8 und dem 'Rad 2 bezw. zwischen den Scheiben 8 und 8' und zwischen der Scheibe 8' und dem umgebenden Gehäuse 9 geschlossene Räume 10, 11 und 12 entstehen, die durch Kanäle 13 in. der Nabe des Gehäuses und Leitungen 14 zwecks Verschiebens der Schei ben unter verschiedenen Druck gesetzt werden können.
Der hierzu erforderliche Flüssigkeits druck kann beispielsweise durch die mit Flüssigkeit ganz gefüllte Vorrichtung selbst geliefert werden, indem von Stellen ver schiedenen Druckes Leitungen 15, 16 aus gehen. Die Steuerung erfolgt mit Hilfe von Ventilen 17, durch welche die Zwischen räume 10, 11, 12 abwechselnd mit der Druck seite durch Leitung 15 und der Saugseite durch Leitung 16 in Verbindung gesetzt werden können.
In Fig. 1 ist angenommen, dass der mitt lere Zwischenraum 11 mit der Druckseite und die Räume 10, 12 mit der Saugseite in Verbindung stehen, so dass Scheibe 8', welche den äussersten Schaufelkranz 7' trägt, heraus gezogen wird. Die Einstellung kann während des Betriebes erfolgen.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Aus führungsform bezeichnet 21 die Treibwelle, die mit einer nicht dargestellten Kraftquelle, z. B. einer Kraftmaschine unmittelbar oder mittelbar verbunden ist und ein Schaufelrad 22 trägt. 23 ist die zu treibende Welle, auf welcher der innere 'feil des zu treibenden Schaufelrades 24 festsitzt.
Der innere Teil des Rades 24 ist durch einen oder mehrere konzentrische Schaufelringe, und zwar in dem Falle durch zwei, 25 und 26, umgeben, welche derart auf der zu treibenden Welle oder, wie dargestellt; auf der Nabe des innern Teils des Rades 24 sitzen, dass die Ringe, welche beim Anlassen und bei nied riger Geschwindigkeit der zu treibenden Welle mit letzterer fest verbunden sind und somit auf sie treibend wirken, bei zunehmender Geschwindigkeit der .zu treibenden Welle von dieser selbsttätig gelöst werden, und zwar 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, und zwar mit den durch ihre Schaufel stellungen bedingten Geschwindigkeiten,
ohne irgendwelche Nutzarbeit zu leisten. Der innere Teil des Rades 24 bildet also bei fester Verbindung mit seinen beiden Ringen 25, 26 ein langsam laufendes Turbinenrad mit grossem Drehmoment, bei fester Verbin dung mit nur dem innern Ring 25 ein etwas schneller laufendes Turbinenrad mit kleinerem Moment, während der innere Teil des Rades 24 allein das in bezug auf die Höchstge schwindigkeit zweckmässigste Turbinenrad mit einem dieser Geschwindigkeit entspre chenden Drehmoment darstellt.
Die Drehmoment- und Leistungskurven erhalten in diesem Falle die in Fig. 6 dar gestellte Form.
Mit gestrichelten Linien sind in dieser Figur die entsprechenden Kurven eines Trans formators bisher bekannter Ausführung mit demselben Geschwindigkeitsgebiet und der selben Höchstleistung angedeutet.
Das Turbinenrad gemäss Fig. 4 ist ähnlich ausgebildet wie bei dem Transformator nach Fig.3 und braucht deshalb nicht näher be schrieben zu werden.
Die gegenseitige Kupplung und Ent- kupplung der Teile 25, 26 und der zu trei benden Welle kann beispielsweise durch folgende schematisch dargestellte Einrichtung getroffen werden.
Der Ring 25 besitzt an seinem Umfang Zähne 28., in welche eine Sperrklinke 27 greifen kann. Die Sperrklinke 27 ist am Zapfen 29 in dem Teil 26 gelagert. Ein am Zapfen 29 befestigter Arm 30 ist durch eine Stange 31 mit dem einen Ende eines Winkel hebels 32 verbunden, der am Zapfen 33 ge lagert und mit seinem andern Ende in eine Ringnut einer auf "der Welle 23 verschieb baren Hülse 34 greift. Die Verschiebung der Hülse 34 kann entweder durch einen Zentrifugalregler 35, wie dargestellt, erfolgen, oder mit Hilfe eines Handhebels, wobei der Reglerhebel oder der Handhebel mit einem Arm in eine Ringnut der Hülse 34 greift.
Die Hülse 34 besitzt an ihrem innern Ende Zähne 36, welche mit Zähnen 37 der Teile 24 und 25 in Eingriff gebracht werden können, um den Teil 25 mit 24 und dadurch mit der Welle 23 zu kuppeln.
Eine entsprechende Kupplung kann zwischen den Teilen 25, 24 vorhanden sein. Während bei den bisher bekannten hyd raulischen Vorrichtungen beim Festbremsen der angetriebenen Welle ein Drehmoment erhalten wird, das höchstens etwa 1,6-1,8 mal so gross wie das bei der zweckmässigsten Geschwindigkeit wirkende Moment ist, und während der Wirkungsgrad bei der zweck mässigsten (normalen) Umlaufzahl seinen Höchstwert erreicht -und über und unter 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 angetrie benen Welle erheblich gesteigert werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 5 kann diese Steigerung selbsttätig erfolgen bis auf einen Wert, der mehrmals grösser ist als das normale Moment. Ferner kann bei der vorliegenden Einrichtung der Wirkungsgrad innerhalb eines grösseren Geschwindigkeits gebietes annähernd konstant gehalten werden. Dies bedeutet, dass eine nach -den beschrie benen Grundsätzen gebaute Einrichtung mit grossem Vorteil, zum Beispiel zum Antrieb von Fahrzeugen benutzt werden kann, wozu grosse Anlassmomente erforderlich sind. Bei einem Motorfahrzeug, wie einem Automobil, kann deshalb das "Wechselgetriebe zweck mässig durch eine Einrichtung der beschriebenen Gattung, etwa gemäss Fig. 3 und 5, ersetzt werden.
Die Wirkungsweise spielt sich dabei wie folgt ab Wenn ein Automobil, .das auf einem horizontalen Weg läuft, 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 erfor derliche Drehmoment auf den den Steigungs verhältnissen und der Motorleistung ent sprechenden Wert einstellt.
Abänderungen der beschriebenen Aus- führungsformen sind möglich, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Beispiels weise kann sowohl das treibende Rad als auch das zu treibende Rad bewegliche Schaufelteile besitzen. Die Anzahl der be weglichen 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 dar gestellten Zahngesperres auch ein Klemm- gesperre verwendet werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen finit geteilten Schaufeln sind, wie erwähnt, auch bei Kreiselpumpen, Gasturbinen, Ver dichtern und dergleichen verwendbar. Bei Turbinen können so die Umlaufzahl und das Drehmoment, hei Kreiselpumpen die Förder höhe und Fördermenge verändert werden.