DE7826837U1

DE7826837U1 - Hydrodynamisches Getriebe

Info

Publication number: DE7826837U1
Application number: DE7826837U
Authority: DE
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1978-09-09
Publication date: 1980-02-21

Description

G 362Ο Voith Getriebe KG

Kennwort: "Eisbrechergetriebe" Heidenheim

Hydrodynamisches Getriebe

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Getriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die zu solchen Getrieben gehörenden hydrodynamischen Drehmomentwandler sind seit langem bekannt (DE-PS 221 422). Sie wurden schon ursprünglich in Schiffsantrieben verwendet und dienten dort zur Kraftübertragung von einer Dampfturbine auf den Schiffspropeller, und zwar ohne Zwischenschalten eines mechanischen Getriebes. Dabei wurde je ein Wandler für die Vorwärts- und für die Rückwärtsfahrt vorgesehen.

Die Kraftübertragung mittels eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers ist naturgemäß mit einem gewissen Energieverlust verbunden, in der Größenordnung von etwa 8 bis 20 %. Es ist bekannt, aus diesem Grunde den hydrodynamischen Drehmomentwandler durch eine mechanische Schaltkupplung zu ergänzen (DE-PS 977 135)· Dadurch kann die Kraftübertragung wahlweise über den Drehmomentwandler oder über die Schaltkupplung stattfinden. Aus Fig. 1 der DE-PS ist ferner bekannt, die beiden Hälften der Schaltkupplung unter Verwendung von Zahnradgetrieben derart mit der Eingangs- bzw. der Ausgangswelle des Drehmomentwandlers zu verbinden, daß beim Arbeiten des Drehmomentwandlers im Bereich hohen Wirkungsgrades wenigstens angenähert Drehzahlgleichheit zwischen den beiden Kupplungshälften der Schaltkupplung besteht. Dadurch wird ein stoß- und verlustarmes Einrücken der Schaltkupplung ermöglicht. Das bekannte Getriebe hat aber - insbesondere weil die Schaltkupplung auf der Wandler-Eingangswelle angeordnet ist - den Nachteil, daß bei ausgeschaltetem Wandler und bei eingerückter Schaltkupplung die Kraftübertragung über zahlreiche Zahnräder stattfindet. Dies verursacht

wiederum Verluste, wenn auch in geringerer Höhe als beim Betrieb mit dem hydrodynamischen Drehmomentwandler. Ein weiterer Nachteil des bekannten hydrodynamischen Getriebes besteht darin, daß ihm ein drehzahlerhöhendes mechanisches Getriebe vorgeschaltet werden muß, wenn als Antriebsmaschine ein langsam laufender Dieselmotor vorgesehen ist. In diesem Falle sind weitere Energieverluste in Kauf zu nehmen. Außerdem ist der Platzbedarf für ein solches Vorschaltgetriebe beträchtlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrodynamisches Getriebe mit einer den Drehmomentwandler überbrückenden Schaltkupplung anzugeben, das eine möglichst verlustarme Kraftübertragung zuläßt, insbesondere bei eingeschalteter Überbrückungskupplung. Für die Verwendung in einem Schiffsantrieb soll das Getriebe außerdem so gebaut sein, daß der Platzbedarf für die Antriebsanlage möglichst gering ist.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene hydrodynamische Getriebe gelöst.

Während in dem bekannten Getriebe nach DE-PS 977 135 die beiden mechanischen Getriebestufen nur dazu dienen, in der Überbrückungskupplung bei einem günstigen Betriebszustand des Wandlers Drehzahlgleichheit herzustellen und somit ein stoß- und verlustarmes Einrücken der Überbrückungskupplung zu ermöglichen, werden in dem erfindungsgemäßen Getriebe, insbesondere durch die Anordnung der Überbrückungskupplung auf der Achse der Nebenwelle und durch das angegebene Übersetzungsverhältnis in der ersten Getriebestufe, zahlreiche weitere Vorteile erzielt, die nachfolgend angeführt werden.

Falls als Antriebsmaschine eine mit verhältnismäßig kleiner Drehzahl umlaufende Kolbenbrennkraftmaschine, in der Regel ein Dieselmotor, eingesetzt werden soll, kann dieser unmittelbar, d.h. ohne ein drehzahlerhöhendes Vorschaltgetriebe, an die Nebenwelle angeschlossen werden. Denn gemäß der Erfindung findet die zwischen dem Dieselmotor und den Drehmomentwandlern erforderliche Drehzahlerhöhung in der ersten mechanischen Getriebestufe statt. Damit

trotz der hohen Übersetzung in dieser Getriebestufe die Voraussetzung erfüllt bleibt, daß beim Arbeiten des Drehmomentwandlers im Bereich hohen Wirkungsgrades in der Schaltkupplung wenigstens angenähert Drehzahlgleichheit besteht, muß auch in der zweiten mechanischen Getriebestufe eine verhältnismäßig hohe Übersetzung vorgesehen werden, und zwar von der Wandler-Ausgangswelle zur Abtriebswelle eine Übersetzung ins Langsame. Dies ist aber auch insofern von Nutzen, als fast immer in dem Kraftübertragungsweg nach dem Wandler eine Drehzahlreduzierung stattfinden muß.

Mit anderen Worten, den mechanischen Getriebestufen kommt eine Doppelfunktion zu. Sie dienen zum Synchronisieren der Schaltkupplung und zugleich zum überbrücken der beträchtlichen Drehzahlunterschiede zwischen der Antriebsmaschine und der Getriebeabtriebswelle einerseits und den Wandler-Ein- und Ausgangswellen andererseits.

Zwar addieren sich bei der Kraftübertragung über den hydrodynamischen Drehmomentwandler die im Wandler und die in den beiden mechanischen Getriebestufen auftretenden Verluste. Der Wandler wird jedoch in der Regel nur zum Anfahren benutzt, oder, im Falle eines eisbrechenden Schiffes, bei Fahrt im Eis. Demgegenüber findet die weitaus häufiger stattfindende Kraftübertragung auf dem Wege über die Überbrückungskupplung unter besonders günstigen Umständen statt, nämlich ohne Beteiligung der mechanischen Getriebestufen. Dadurch sind hierbei die Verluste besonders gering.

Falls als Antriebsmaschine eine mit verhältnismäßig hoher Drehzahl umlaufende Gasturbine eingesetzt werden soll, kann diese unmittelbar an die Wandler-Eingangswelle angeschlossen werden. Auch hierbei kann die Kraftübertragung wahlweise über ί den hydrodynamischen Drehmomentwandler oder über die Überbrückungskupplung stattfinden. Im letzteren Falle wird mittels des ersten mechanischen Getriebeteiles die erforderliche Drehzahlreduzierung vorgenommen.

An das erfindungsgemäße Getriebe kann auch bei Bedarf sowohl ein Dieselmotor als auch eine Gasturbine angeschlossen werden, die letztere in diesem Falle zweckmäßig über eine Trennkupplung, einen Einspeis-Drehmomentwandler od.gl.

'2 Schließlich kann als Antriebsmaschine auch eine Dampfturbine vorgesehen werden, insbesondere eine zweistufige Dampfturbine. Hierbei wird der Hochdruckteil an die Wandler-Eingangswelle und der

ji mit geringerer Drehzahl umlaufende Niederdruckteil· an die Nebens welle angeschlossen.

j Das erfindungsgemäße Getriebe ist somit sehr vielseitig einsetzbar. Sein Hauptvorteil besteht jedoch darin, daß die mechanischen Getriebeteile und die hydrodynamischen Drehmomentwandler eine kom-

('! pakte Baueinheit bilden und daß aufgrund der Doppel funkt ion der mechanischen Getriebeteile, die ein zusätzliches Vorschaltgetrie-

Ί be überflüssig macht, eine beträchtliche Verringerung des Platzbedarfes der gesamten Antriebsanlage erzielt wird. In dieser Hinsicht können durch die Anwendung der Merkmale der Ansprüche 2 und/oder noch weitere Verbesserungen erzielt werden.

Falls das hydrodynamische Getriebe als Wendegetriebe ausgebildet und deshalb für jede Fahrtrichtung einen separaten Wandler aufweist, muß beim Umsteuern der Abtriebsdrehrichtung durch Umfüllen der beiden Wandler dafür gesorgt werden, daß die Antriebsmaschine nicht entlastet wird. Hierzu ist es bekannt, während des Umsteuerns vorübergehend beide Wandler gefüllt zu halten (DE-PS 354 990). Diese bekannte Methode kann aber nicht in allen Betriebszuständen das Entlasten der Antriebsmaschine mit der notwendigen Sicherheit unterbinden. Es wird deshalb vorgeschlagen, gemäß Anspruch 4 oder 5 eine Bremse vorzusehen, mit deren Hilfe die Antriebsmaschine vorübergehend zusätzlich belastet werden kann.

In der beigefügten Zeichnung ist ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Dort sind die wesentlichen Teile eines erfindungsgemäßen, als hydrodynamisches Wendegetriebe ausgebildeten Getriebes wie folgt bezeichnet:

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10 Vorwärtswandler

11 Pumpenrad des Vorwärtswandlers 10

12 Zweistufiges Turbinenrad des Vorwärtswandlers 10 15 Peststehendes Wandlergehäuse

l4 Leitschaufelkranz, befestigt im Gehäuse I3

20 RUckwärtswandler

21 Pumpenrad des Rückwärtswandlers 20

22 Turbinenrad des Rückwärtswandlers 20

23 Peststehendes Wandlergehäuse

24 Zweistufiger Leitschaufelkranz, befestigt im Gehäuse 23

30 Gemeinsame Wandler-Eingangswelle

31 Hohle Verbindungswelle zwischen den Turbinenrädern 12 und 22

32 Gemeinsame Wandler-Ausgangswelle

33 Auf der Eingangswelle 30 befestigtes Zahnrad

34 Auf der Ausgangswelle 32 befestigtes Zahnrad

35 Nebenwelle

36 Abtriebswelle, als Γ ihlwelle ausgebildet und die Nebenwelle 35 umschließend

37 Mit dem Zahnrad 33 kämmendes und auf der Nebenwelle 35 befestigtes Zahnrad

38 Mit dem Zahnrad 34 kämmendes und auf der Abtriebswelle 36 befestigtes Zahnrad

39 Auf der Abtriebswelle 36 befestigtes und zwischen den Zahnrädern 37 und 38 angeordnetes Abtriebszahnrad

40 Als Lamellenschaltkupplung ausgebildete Überbrückungskupplung, mit der die Nebenwelle 35 an die Abtriebswelle 36 angekuppelt werden kann.

41 Aus den Zahnrädern 33 ^und 37 gebildete erste mechanische Getriebestufe

42 Aus den Zahnrädern 34 und 38 gebildete zweite mechanische Getriebestufe

43 Auf der Wandler-Eingangswelle 30 angeordnete hydrodynamische Bremse

44 An der Wandler-Eingangswelle 30 befestigter Anschlußflansch, z.B. für eine Gasturbine GT

45 An der Nebenwelle 35 befestigter Anschlußflansch, z.B. für einen Dieselmotor DM

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46 Schiffspropeller (Pestpropeller, d.h. Schaufeln nicht schwenkbar)

47 Propellerwelle

48 Auf der Propellerwelle 47 befestigtes und mit der Abtriebswelle 39 kämmendes Hauptrad.

In der praktischen Ausführung eines Schiffsantriebes für einen schweren, eisbrechenden Tanker wird man das Hauptrad 48 durch mehrere, über den Umfang verteilt angeordnete Antriebsanlagen der dargestellten Art antreiben. Dabei wird man jedem der hydrodynamischen Wendegetriebe entweder einen Dieselmotor oder eine Gasturbine zuordnen.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß das Durchmesserverhältnis der Zahnräder 33/37 etwa 1:6, dasjenige der Zahnräder 34/38 etwa 1:3 beträgt. Somit sind die Drehzahlen der Wellen 35 und 36 ungefähr gleich, wenn der Vorwärtswandler 10 mit einem Drehzahlverhältnis von etwa 0,5 arbeitet, das ist das Drehzahlverhältnis zwischen den Wellen 32 und 30. In diesem Betriebszustand kann die Lamellenkupplung 40 unter Vermeidung längeren Schlupfbetriebes eingerückt werden. Dabei ist angenommen, daß das Wirkungsgrad-Optimum des Vorwärtswandlers in der Nähe des genannten Drehzahlverhältnisses 0,5 liegt. Für einen Vorwärtswandler, dessen Wirkungsgrad-Optimum bei einem anderen Drehzahlverhältnis liegt, müssen die Übersetzungsverhältnisse der Getriebestufen 4l und 42 entsprechend geändert werden.

Das Anfahren der Antriebsmaschine DM oder GT erfolgt bei entleerten f Wandlern 10 und 20 und bei gelöster Kupplung 40. Zum Hochfahren der Propellerwelle 47 wird je nach gewünschter Fahrtrichtung einer der beiden Wandler gefüllt. Hierbei verläuft, z.B. in Vorwärtsfahrtrichtung bei Antrieb durch den Dieselmotor DM, der Kraftfluß über die Teile 45, 35, 37, 33, 30, 11, 12, 32, 34, 38, 36, 39, 48, 47, 46. Bei j Fahrt in freiem Wasser kann, wenn in der Kupplung 40 annähernd Drehzahlgleichheit erreicht worden ist, diese eingerückt und der Wandler 10 entleert werden; dann verläuft der Kraftfluß über die Teile 45, 35, 40, 36, 39, 48, 47, 46. Bei Fahrt im Eis mit der hierbei wesentlich höheren Drehmomentanforderung erfolgt jedoch die Kraftübertragung grundsätzlich über einen der Drehmomentwandler.

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Das Reversleren z.B. von Vor- auf Rückwärtsfahrt erfolgt durch Füllen des RUckwärtswandlers 20 und Entleeren des Vorwärtswandlers 10. Die Strömungsbremse 4 3 ist normalerweise stets entleert. Während des Reversierens - insbesondere wenn dieses Manöver stattfinden muß, solange die Antriebsmaschine mit voller Leistung arbeitet, - wird die Bremse kurzzeitig gefüllt, um das Hochgehen der Antriebsmaschine DM oder GT zu vermeiden. Wenn sich das Schiff bei Antrieb durch eine Gasturbine mit nur geringer Geschwindigkeit fortbewegen soll., dann kann ebenfalls die Bremse eingesetzt werden, um einen Teil der von der Gasturbine abgegebenen Leistung aufzunehmen.

Heidenheim, den Ο8.Ο9.78

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Claims

G ^620 Voith Getriebe KG

Kennwort: "Eisbrechergetriebe" Heidenheim

pjnsprüche

I. Hydrodynamisches Getriebe, vorzugsweise für den Antrieb eines Schiffspropellers, insbesondere eines eisbrechenden Schiffes, mit wenigstens einem durch Füllen oder Entleeren ein- bzw. ausschaltbaren hydrodynamischen Drehmomentwandler (ΙΟ), der eine Wandler-Eingangswelie (30) und eine Wandler-Ausgangswelle (32) aufweist, ferner mit zum mechanischen Verbinden der Wandler-Ausgangswelle mit der Wandler-Eingangswelle dienenden mechanischen Getriebeteilen, umfassend eine neben dem Wandler (10) angeordnete Nebenwelle (35), eine der Wandler-Eingangswelle (30) zugeordnete erste mechanische Getriebestufe (4l), eine der Wandler-Ausgangswelle (32) zugeordnete zweite mechanische Getriebestufe (42) und eine Schaltkupplung (40), wobei die Übersetzungen in den beiden mechanischen Getriebestufen (4l, 42) so gewählt sind, daß beim Arbeiten des Drehmomentwandlers (ΙΟ) im Bereich hohen Wirkungsgrades wenigstens angenähert Drehzahlgleichheit zwischen den Kupplungshälften der Schaltkupplung (4o) besteht, dadurch gekennzeichnet, a) daß eine Getriebe-Abtriebswelle (36) koaxial zur Nebenwelle (35) angeordnet und mittels der Schaltkupplung (40) an die Nebenwelle kuppelbar ist; b) daß die erste Getriebestufe (4l) eine drehfeste Verbindung von der Wandler-Eingangswelle (30) zur Nebenwelle (35) und die zweite Getriebestufe (42) eine drehfeste Verbindung von der Wandler-Ausgangswelle (32) zur Getriebe-Abtriebswelle (36) bildet; c).daß die Übersetzung der ersten Getriebestufe (4l) so gewählt ist, daß von der Nebenwelle (35) zur Wandler-Eingangswelle (30) eine Übersetzung ins Schnelle im Verhältnis von mindestens 1:2, vorzugsweise zwischen 1:4 und 1:9, stattfindet.
2. Hydrodynamisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nebenweile (35) durch die hohle Abtriebswelle (36) und durch die zweite mechanische Getriebestufe (42) hindurch erstreckt und daß die mechanische Kupplung (40) auf der Außenseite der zweiten mechanischen Getriebestufe (42) angeordnet ist.
3. Hydrodynamisches Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dessen Drehmomentwandler zwischen den mechanischen Getriebestufen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf der Abtriebswelle (36) befestigtes Abtriebszahnrad (39) ebenfalls zwischen den beiden mechanischen Getriebestufen (41/42) angeordnet ist.
4. Hydrodynamisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

mit zwei Drehmomentwandlern, die eine gemeinsame Eingangswel-Ie aufweisen und für unterschiedliche Abtriebsdrehrichtungen ausgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Wandler-

p Eingangswelle (30) eine Bremse (43), vorzugsweise eine hydro-

;_i; dynamische'Bremse, in Triebverbindung steht.
5. Hydrodynamisches Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse (43) auf der Wandler-Eingangswelle (30) angeordnet ist.

Heidenheim, den 08.09.78
Sh/Srö