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Antriebsanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanlage, bei der zwei Motoren über je einen Kraftweg auf einem gemeinsamen Abtrieb arbeiten und bei der zumindest einer der beiden Kraftwege zum Abschalten desselben eine entleerbare Strömungskupplung aufweist. Der Nachteil solcher bekannter Anlagen besteht darin, dass beim Antrieb lediglich über den andern Kraftweg infolge des mitlaufenden Sekundärteiles der Strömungskupplung in dieser Luftwirbelverluste auftreten, die etwa 1, 5 % der Leistung bei Nenndrehzahl der Strömungskupplung ausmachen. Bei Überdrehzahlen des Sekundärteiles der Strömungskupplung sind die Verlustleistungen noch wesentlich grösser.
Bei grösseren Anlagen werden dadurch hundert PS vernichtet, so dass die Wirtschaftlichkeit der Anlagesinkt und z. B. bei Schiffsantrieben der Aktionsradius verkleinert wird. Die vernichtete Energie wird darüber hinaus in Wärme umgesetzt, so dass sogar Vorkehrungen getroffen werden müssen, diese Wärmemengen abzuführen. Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits vorgeschlagen worden, in Kraftflussrichtung gesehen, hinter der Strömungskupplung einen Klemmrollenfreilauf anzuordnen, der sich beim Antrieb von der Abtriebsseite her löst, so dass beide Strömungskupplungsteile stillstehen und somit keine Luftwirbelverluste verursachen.
Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass der Freilauf ein verhältnismässig störanfälliges, dem Verschleiss unterworfenes und nicht stossfrei schaltendes Maschinenelement ist, das insbesondere bei der Übertragung grösserer Leistungen Schwierigkeiten verursacht. Ferner ist manchmal eine starre Durchkupplung des eine Strömungskupplung aufweisenden Kraftweges, z. B. zwecks Anwerfens des zugehörigen Motors durch den andernMotor, erwünscht. Dieses lässt sich bei der bekannten Vorrichtungnichtodernur mittels eines aufwendigen blockierbaren Freilaufes bewerkstelligen.
Die Erfindung verfolgt den Zweck, die vorgenannten Nachteile zu vermindern und eine einfache und durchaus betriebssichere Vorrichtung zu schaffen. Ausgehend von einem Getriebe der eingangs genannten Art wird vorgeschlagen, dass eine auf den Primärteil der einen oder beider Strömungskupplungen unmittelbar einwirkende Schaltbremse und ferner im Kraftweg zwischen dem Primärteil und dem zugehörigen Motor eine mechanische, im Stillstand schaltbare Trennkupplung, vorzugsweise eine Zahnkupplung, angeordnet werden. Soll der die Strömungskupplung aufweisende Kraftweg abgeschaltet werden, so wird die Strömungskupplung entleert, der zugehörige Motor abgeschaltet, danach die den Primärteil festsetzende Bremse angezogen, ferner die Trennkupplung und schliesslich die Bremse gelöst.
Der Sekundärteil der Strömungskupplung läuft, da er mit dem Abtrieb verbunden ist, weiterhin um.
NachAblauf der oben genanntenSchaltoperationen wird der nunmehr freidrehbare Primärteil vom Sekundärteil mitgenommen. Soll dieser Kraftweg wieder eingeschaltet werden, so wird zunächst die Bremse angezogen, dann die Trennkupplung zum Greifen gebracht, danach entweder der zugehörige Motor in Betrieb genommen und die Strömungskupplung gefüllt oder erst die Strömungskupplung gefüllt und dann der Motor über diesen Kraftweg angeworfen. Wird eine Zahnkupplung od. dgl. als Trennkupplung ver- wendet und treten bei ihrem Ausrücken Schwierigkeiten infolge von hohen Zahndrücken auf, so kann die Bremse als Rückdrehbremse ausgebildet werden.
Die Luftwirbel im Arbeitsraum der entleerten Strömungskupplung können den frei drehbaren Primärteil mitnehmen. Da hiebei lediglich die Lagerreibung der Primärwelle überwunden werden muss, stellt sich eine verhältnismässig kleine Relativdrehzahl zwischen beiden Strömungskupplungsteilen und damit ein sehr kleiner Luftwirbelverlust ein. Die Bremse und die im Stillstand schaltbare mechanische Trennkupp-
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lung, können auch bei Auslegung der Antriebsanlage für grösste Leistungen einfach und betriebssicher ausgebildet werden und schliessen somit ein mechanisches Risiko aus. Der Umstand, dasslängst bewährte Maschinenelemente zur Vermeidung der oben genannten Nachteile benutzt werden, zeigt, dass die Erfindung besonders fortschrittlich ist.
Es ist ferner zweckmässig, dass der Primärteil und der Sekundärteil der Strömungskupplung in an sich bekannter Weise mittels einer mechanischen Überbrückungskupplung, vorzugsweise einer Lamellenkupplung, kuppelbar sind. Hiedurch ist es nicht nur möglich, wie bekannt, den Normalschlupf der gefüllten Strömungskupplung (etwa 3 polo) zu vermeiden, so dass die Wirtschaftlichkeit bzw. bei Schiffen derenAktionsradius weiterhin gesteigert werden kann, sondern diese Massnahme bringt auch weitere Vorteile :
Bei unterbrochenem Kraftweg, d. h. bei entleerter Strömungskupplung und gelöster Bremse, kann die Über- brückungskupplung ebenfalls eingelegt werden, wodurch eine Relativdrehzahl zwischen Primär- und Sekundärteil und damit die gesamte, bisher noch verbliebene Schlupfleistung durch Luftwirbel vermieden wird.
Ferner können nun an der Überbrückungskupplung, sofern diese als Lamellenkupplung ausgebildet ist, auch bei Unterbrechung des betreffenden Kraftweges keine Reibungsverluste an den Lamellen auftreten.
Die Ausführung als Lamellenkupplung weist den weiteren Vorteil auf, dass bei plötzlichem Ausfall des abschaltbaren Kraftweges infolge Motorschadens die Abschaltung dieses Kraftweges ohne Schwierigkeiten erfolgen kann ; bei Zahnkupplungen könnten hohe Zahndrücke das Ausschalten erschweren. Zum Einschalten der Überbrückungskupplung bei Normalschlupf der Strömungskupplung kann im übrigen die Drehzahl des betreffenden Motors kurzzeitig gesenkt werden, damit die Überbrückungskupplung lediglich eine geringe Schaltleistung aufbringen muss, so dass sie verhältnismässig kleine Abmessungen erhalten kann. Die Überbrückungsmöglichkeit der Strömungskupplung erlaubt schliesslich eine einfache Ausführung der letzteren (z.
B. ohne Schnellentleerventile und Schöpfroilr) ; denn die Strömungskupplung arbeitet nur noch kurzzeitig, nämlich beim Anfahren des betreffenden Motors bis zum Erreichen des Normalschlupfes der Strö- mungsxupplung, und ein zur Kühlung dienender Öldurchsatz ist bei eingeschalteter Überbrückungskupplung nicht notwendig.
Da im abschaltbaren Kraftweg dem Motor die Trennkupplung unmittelbar nachgeschaltet ist, ist es zweckmässig, dass diese in an sich bekannter Weise zugleich als eine einen Wellenversatz und/oder eine winkelige Anordnung der entsprechenden Wellen ermöglichende Kupplung ausgebildet wird. Schliesslich kann die Primärwelle zwischen der Strömungskupplung und der Trennkupplung unabhängig von der Lagerung der zugehörigen Motorwelle gelagert werden, wobei ferner eine Lagerstelle der Primärwelle an deren entsprechendem Ende im Sekundärteil der überbrückbaren Strömungskupplung angeordnet werden kanr..
Diese Massnahme bringt Vorteile im Hinblick auf die Schmierung, da der im entkuppelten Zustand stillstehende Teil des Kraftweges, d. h. die Motorwelle und der mit dieser verbundene Teil der Trennkupplung, keinerlei Schmierung erfordert. Ferner braucht in dem Fall, dass Primärwelle und Sekundärwelle bei einer überbrückbarenStrömungskupplung gegenseitig gelagert sind, dieses Lager lediglich während des Ab- und Ankuppelns des betreffenden Kraftweges geschmiert zu werden ; in den übrigen Zeiten weisen beide Strömungskupplungsteile normalerweise keine Relativdrehzahl auf.
Besonders vorteilhaft ist der Erfindungsgedanke anwendbar bei einer Antriebsanlage mit zwei unterschiedliche Nennleistungen aufweisenden Motoren, die wechselweise mit entsprechend den Leistungen unterschiedlichen Drehzahlen auf die gemeinsame Abtriebswelle arbeiten (z. B. bei Schiffsantrieben), wobei die Erfindungsmerkmale in dem die geringere Nennleistung übertragenden Kraftweg volgesehen werden. Bei solchen Antriebsanlagen wird der Sekundärteil der Strömungskupplung im letztgenannten Kraftweg mit einer Drehzahl angetrieben, die über seiner normalen Betriebsdrehzahl liegt. Demgemäss wären die Luftwirbelverluste besonders hoch, falls der Primärteil stillstehen würde.
Wenn der Sekundärteil beispielsweise mit der doppelten Betriebsdrehzahl von der Abtriebsseite her angetrieben würde, würden die Luftwirbelverluste gegenüber dem Antrieb des Sekundärteiles mit Betriebsdrehzahl den achtfachen Wert erreichen.
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt. Hiebei zeigen Fig. l eine An- triebsanlage nach der Erfindung mit zwei Motoren gleicher Nennleistung und gleicher Nenndrehzahl und die Fig. 2 und 3 zwei Schiffsantriebe mit je zwei Motoren unterschiedlicher Nennleistungen und unterschiedlicher Abtriebsdrehzahlen (schematisch).
Mit 1 ist eine Dampfturbine, mit 2 eine Gasturbine bezeichnet. Beide Antriebsmaschinen ar- beitenüberjeeinenKraftweg, nämlichüberStirnräder 3/5bzw. 4/5, aufeineabtriebswelle 6, von der mittels einer Wellenkupplung 7 die Leistung abgenommen werden kann. Der Kraftweg zwischen der Gasturbine 2 und dem Stirnrad 4 ist ausschaltbar ; die Gasturbine 2 dient lediglich als Zusatzantriebsmaschine. Der Gasturbine 2 unmittelbar nachgeschaltet ist eine Trennkupplung 9, von
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der der eine Teil aus einer auf der Abtriebswelle 8 der Gasturbine aufgekeilten und eine Verzahnung 11 aufweisenden Hülse 10 und der andere Teil aus einer auf einer Welle 20 aufgekeilten und eine Verzah- nung 13 aufweisenden Hülse 12 besteht.
Eine mittels einer Führung 17 auf der Hülse 12 geführte Verzahnungen 15 und 16 und eine Eindrehung 18 aufweisende Muffe 14 kann mittels eines in die Eindrehung 18 eingreifenden, ortsfest angelenkten Hebels 19 so verschoben werden, dass die Verzahnung 11/16 und 13/15 jeweils ineinander greifen, u. zw. die Verzahnung 11/16 mit einem solchen Spiel, dass ein axialer und winkeliger Versatz der Welle 8 aufgenommen wird. In der linken, gekennzeichneten Stellung der Muffe 14 greifen beide Verzahnungspaare ineinander, so dass die Wellen 8 und 20 miteinander gekuppelt sind. In der rechten Stellung der Muffe 14 ist dagegen allein das Verzahnungspaar 13/15 im Eingriff, so dass kein Moment übertragen wird.
Ferner sind auf der Welle 20 ein mittels eines Bremsbandes 21 abbremsbares Rad 22 und der Primärteil 24 einer Strömungskupplung 23 (in Doppelanordnung) aufgekeilt. Das Bremsband 21 wird über eine Stange 49 von einem druckbelasteten Kolben 50 angezogen. Sinkt der Druck in der Zuführungsleitung 51, so entspannt eine Feder 52 das Brems band wieder. Der Sekundärteil 25, der Arbeitsräume 26 und 27 der Strömungskupplung 23 umschliesst, ist auf einer Welle 45 befestigt, auf der auch das Abtriebsstirnrad 4 sitzt. Die Arbeitsräume 26 und 27 werden über eine Leitung 28 mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt. Diese wird von einer Pumpe 29 aus einem Behälter 30 angesaugt und über Leitung 31, über einen ortsfesten, eine Nut 32 aufweisenden Ring 53 und eine Bohrung 33 in der Welle 20 in die Leitung 28 gedrückt.
Die Flüssigkeit fliesst aus den Arbeitsräumen 26 und 27 über Bohrungen 34 ab, wird dann in einem Sumpf 35 gesammelt und gelangt über eine Leitung 36 in den Behälter 30 zurück. Soll die Strömungskupplung gefüllt bleiben, so strömt über die Leitung 28 mehr Flüssigkeit zu als über die Bohrungen 34 abfliesst. Zwecks Entleerung der Strömungskupplung wird die Flüssigkeitszufuhr unterbrochen, u. zw. dadurch, dass ein in der Leitung 31 an-geordneter Absperrschieber 37 so gedreht wird, dass die angesaugte Flüssigkeit unmittelbar über eine Leitung 38 in den Behälter zurückfliesst.
DieStrömungskupplung 23 weist ferner eine Lamellenkupplung alsüberbrückungskupplung auf, mit- tels der der Primärteil 24 und der Sekundärteil 25 mechanisch miteinander kuppelbar sind. Die Lamellenkupplung weist Lamellen 39, die teils mit dem Primärteil, teils mit dem Sekundärteil drehfest, aber axial verschiebbar verbunden sind, und einen Ringkolben 40 auf, der durch den Druck eines über eine Leitung 41 und einen ortsfesten Ring 54 einem Ringraum 42 zugeführten Mediums (Flüssig- keit, Luft) nach links bewegt wird und dabei die Lamellen zusammenpresst. Ist die Leitung 41 drucklos, so wird der Ringkolben 40 von den sich entspannenden Lamellen 39 nach rechts verschoben.
Die Welle 20 weist am rechten Ende einen Zapfen 43 auf, der in einer Bohrung 44 am lin ken Ende der Welle 45 gelagert ist. Die Welle 45 ist ferner in einer Lagerung 46, die Welle 20 in einer Lagerung 47 gelagert. Der Sekundärteil 25 der Strömungskupplung 23 ist am linken Ende mittels eines Lagers 48 abgestützt.
Im folgenden sei das Zuschalten und Abschalten der Gasturbine 2 beschrieben, während die Dampf- turbine 1 auf die Abtriebswelle 6 arbeitet. In abgeschaltetem Zustand des Gasturbinenkraftweges sind die Trennkupplung 9 und die Bremse 21 gelöst, ist die Strömungskupplung 23 entleert (Absperrschieber 37 um 900 gedreht) und die Lamellenkupplung 39/40 eingeschaltet. Hiebei laufen der Sekundärteil 25, über das Zahnradpaar 4/5 angetrieben, und der Primärteil 24 mit gleicher Drehzahl um ; es entstehen somit keine Luftwirbelverluste in den Arbeitsräumen 26 und 27 der Strömungskupplung. Die Lagerung des Zapfens 43 in der Bohrung 44 benötigt hiebei keine Schmierung, ebenso nicht dieGasturbinenwelle 8. Man kann die Lamellenkupplung auch ausgeschaltet lassen. Dann läuft der Primärteil 24 langsamer um als der Sekundärteil.
Es muss hiebei im wesentlichen zusätzlich lediglich die Lagerreibung des Zapfens 43 überwunden werden.
Soll nun der Gasturbinenantrieb zugeschaltet werden, so wird zunächst die Lamellenkupplung 39/40 gelöst, danach die Bremse 21 angezogen und damit die Welle 20 zum Stillstand gebracht. In diesem Zustand wird die Trennkupplung eingelegt, die Bremse 21 wieder gelöst und dieStrömungskupp- lung 23 gefüllt (Drehschieber 37 wie gezeichnet). Durch das Füllen der Strömungskupplung wird die Triebverbindung zwischen Gasturbine 2 und Abtriebswelle 6 stossfrei hergestellt. Gleichzeitig wird die Gasturbine angelassen, sie kann nun auf die Abtriebswelle arbeiten.
Schliesslich wird bei Normalschlupf der Strömungskupplung die Lamellenkupplung 39/40 wieder eingeschaltet, so dass auch der geringe Schlupf der Strömungskupplung ganz vermieden wird. Zum Abschalten dieses Kraftweges wird zuerst die Lamellenkupplung 39/40 gelöst, die Strömungskupplung 23 entleert, die Gasturbine 2 abgestellt und die Bremse 21 angezogen, so dass die Welle 20 und
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die Gasturbinenwelle 8 zum Stehen kommen. Ist das eingetreten, werden die Trennkupplung und danach die Bremse 21 gelöst. Sobald die Welle 20 infolge der Luftwirbel sich dreht, wird die Lamellenkupplung 39/40 eingeschaltet, womit der eingangs erwähnte Betriebszustand wieder vorliegt.
Die Antriebsanlage nach Fig. l weist zwei Antriebsmotoren 1 und 2 von gleicher Nennleistung und gleicher Nenndrehzahl auf und gestattet die Benutzung beider Antriebsmotoren gleichzeitig (doppelte Nenn- leistung als Abtriebsleistung) oder die Benutzung lediglich des Motors l (Getriebeleistung = Motornennleistung), ohne dass Luftwirbelverluste auftreten. Es gibt jedoch Antriebsanlagen, die einen Hauptmotor aufweisen, nach dessen Abschaltung oder Ausfall ein Hilfsmotor kleinerer Leistung einspringen soll. Der Kraftweg mit diesem Hilfsmotor muss somit abschaltbar ausgebildet sein, beispielsweise mittels einer entleerbarenStrömungskupplung. Da überdies manche Antriebe in ihrer Leistungsaufnahme drehzahlabhängig sind, z. B. Schiffsantriebe, kann der schwächere Hilfsmotor nicht mit der Drehzahl des Hauptmotors auf den Abtrieb arbeiten.
Er weist also entweder eine kleinere Drehzahl als der Hauptmotor oder bei gleicher Drehzahl wie der Hauptmotor eine nachgeschaltete Zahnradstufe ins Langsame auf. Der Sekundärteil der Strömungskupplung wird nun bei Betrieb des Hauptmotors mit einer Drehzahl angetrieben, die über seiner Betriebsdrehzahl (bei Antrieb vom Hilfsmotor aus) liegt und die daher. verhältnismässig erhebliche Luftwirbelverluste verursacht. Diese Luftwirbelverluste können bei Anwendung der Erfindung wesentlich vermindert oder sogar beseitigt werden. Zwei Beispiele hiefür sind in Fig. 2 und 3 gezeigt.
In Fig. 2 treibt ein Hauptmotor 55 über eine entleerbare Strömungskupplung 56 und eine Zahnradstufe 57/58 ins Langsame eine Schiffsschraube 59. Als Hilfsantrieb ist ein Hilfsmotor 60 vorgesehen, der über eine Trennkupplung 61, eine entleerbare Strömungskupplung 63 mit einem mittels einer Bremse 62 festsetzbaren Primärteil 64 und über eine Zahnradstufe 66/58 ins Langsame auf die Schiffsschraube 59 arbeiten kann. Der Hilfsmotor 60 weist eine entsprechend seiner kleineren Leistung kleinere Nenndrehzahl auf, auf die die Strömungskupplung 63. ausgelegt ist. Bei Normalantrieb der Schiffsschraube mittels des Hauptmotors 55 wird der Sekundärteil 65 mit einer über der Betriebsdrehzahl der Strömungskupplung 63 liegenden Drehzahl angetrieben.
Hiebei wird zweckmä- ssigerweise die Trennkupplung 61 gelöst, so dass der Primärteil 64 frei umlaufen kann und praktisch keine Luftwirbelverluste verursacht. Der Ab- und Zuschaltvorgang des Hilfsmotors erfolgt in der oben beschriebenen Weise.
Die inFig. 3 dargestellteAntriebsanlage ist ähnlich ausgebildet. Hauptmotor 67, entleerbareStrömungskupplung 68, Zahnradstufe 69/70 ins Langsame, Schiffsschraube 71, ferner Hilfsmotor 72, Trennkupplung 73, Bremse 74, entleerbare Strömungskupplung 75 mit Primärteil 76 und Sekundärteil 77 und dieZahnradstufe 69/70 ins Langsame sind wie in Fig. 2 angeordnet. Abweichend von der Anordnung nach Fig. 2 besitzen beide Motoren 37 und 72 gleiche Nenndrehzahlen bei unterschiedlichen Nennleistungen. Daher sind die Zahnradstufen 69/70 unterschiedlich ausgelegt. Bei Antrieb durch den Hauptmotor 67 wird der Sekundärteil 77 der Strömungskupplung 75 über seine Betriebsdrehzahl hinaus ausgetrieben, so dass die erfindungsgemässe Anordnung der Trennkupplung 73 und der Bremse 74 besonders zweckmässig ist.
Die Strömungskupplung 75 weist im übrigen eine Überbrückungskupplung 78 auf, so dass hier die Luftwirbelverluste der Strömungskupplung 75 völlig vermieden werden können.
Da bei den Antriebsanlagen nach den Fig. 2 und 3 die Betriebszeit des Antriebes durch den Hilfsmo tor im Verhältnis zum Antrieb durch den Hauptmotor kurz ist, kann man die Luftwirbelverluste in den Strömungskupplungen 56 und 68 an sich in Kauf nehmen. Will man aber auch diese Luftwirbelverluste vermeiden, so kann im Kraftweg des Hauptmotors ebenfalls eine Trennkupplung und eine Bremse
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deren Anwendung sich aus vorstehendem ohne weiteres ergibt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Antriebsanlage, bei der zwei Motoren über je einen Kraftweg auf einem gemeinsamen Abtrieb arbeiten und bei der zumindest einer der beiden Kraftwege zum Abschalten desselben eine entleerbare Strömungskupplung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dasseineaufdenPrimärteil (24 ; 64 ; 76) der einen oder beide Strömungskupplungen (23; 63; 68a 75) unmittelbar einwirkende Schaltbremse (21 ; 62 ; 74, 81) und ferner im Kraftweg zwischen dem Primärteil und dem zugehörigen Motor (2 ; 60 ; 67,72) eine mechanische, im Stillstand schaltbare Trennkupplung (61 73, 80), vorzugsweise eineZahnkupplung (9), angeordnet sind.
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