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Schiffsantriebsanlage mit mehreren Antriebsmaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schiffsantriebsanlage mit mehreren über ein Sammelgetriebe
auf die Propellerwelle arbeitenden Antriebsmaschinen, von denen wenigstens einige
über ein Planetenradwechselgetriebe mit Drehzahluntersetzung mit dem Sammelgetriebe
abschaltbar verbunden sind, insbesondere für die übertragung sehr großer Leistungen.
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Es ist eine derartige Antriebsanlage bekannt, bei der das Planetenradwechselgetriebe
aus mehreren Planetenradsätzen besteht, die verschiedene Untersetzungsverhältnisse
aufweisen und deren Planetenradträger fest miteinander verbunden sind. Das beim
Abschalten einer oder mehrerer Antriebsmaschinen erforderliche größere Drehzahluntersetzungsverhältnis
wird bei diesem Getriebe dadurch eingestellt, daß das äußere Zentralrad der jeweils
gewünschten Untersetzung mit Bremsbacken festgebremst wird, wogegen die Außenräder
der übrigen Planetenradsätze locker sind und frei umlaufen. Hierbei ist also für
jedes Untersetzungsverhältnis ein besonderer Planetenradsatz erforderlich, was einen
erheblichen Aufwand bedeutet. Ferner ist darauf hinzuweisen, daß die Verwendung
mechanischer Reibungsbremsen bei diesem Getriebe zwar eine leerlauflose Gangschaltung
ermöglicht, daß jedoch die bei großen übertragungsleistungen auftretenden Drehmomente
damit nicht mehr beherrscht werden können. Diese Leistungen können bei neueren kombinierten
Antriebsanlagen mehr als 10 000 PS pro Antriebsmaschine betragen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Planetenradwechselgetriebe
für Mehrmotorenantriebsanlagen in Schiffen unter Verwendung formschlüssiger Schaltelemente
so auszubilden, daß die derzeit größten installierten Antriebsleistungen sicher
übertragen und die einzelnen Antriebsmaschinen bzw. Antriebsmaschinengruppen mit
den zum »Fahren auf der Propellerkurve« erforderlichen Drehzahlen ohne zwischenzeitlichen
Leerlauf beliebig zu- und abgeschaltet werden können.
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Die Schiffsantriebsanlage nach vorliegender Erfindung ist nun gekennzeichnet
durch die Verwendung eines an sich als Schaltgetriebe von Mehrganggetrieben bekannten
Planetengetriebes mit einem über ein Zahnradvorgelege mit festem Übersetzungsverhältnis
zusätzlich antreibbaren Sonnenrad oder Hohlrad und einer zur Einschaltung des Zusatzantriebes
dienenden Schaltkupplung sowie mit einer formschlüssigen Kupplung, die entweder
zur Blockierung des vom Zusatzantrieb angetriebenen Planetenradgetrieberades oder
in Abänderung des bekannten Getriebes zur Verbindung des Sonnenrades mit dem Hohlrad
bei ausgeschaltetem Zusatzantrieb dient, wobei jedoch ebenfalls in Abänderung des
bekannten Getriebes das nicht vom Zusatzantrieb angetriebene Hohl- oder Sonnenrad
von der Antriebsmaschine (z. B. Gasturbine) direkt auf mechanischem Wege angetrieben
wird und daß als den Zusatzantrieb einschaltende Kupplung eine Kupplung mit variablem
Schlupf von annähernd null bis unendlich angeordnet wird.
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Bei dem soeben als bekannt erwähnten Schaltgetriebe handelt es sich
um die Kombination eines Wechselgetriebes mit ständig im Eingriff befindlichen Zahnradpaaren,
die mittels forinschlüssigen Kupplungselementen mit der treibenden Welle gekuppelt
werden, und einem überlagerungsgetriebe, bestehend aus einem Planetengetriebe und
mindestens zwei hydrostatischen Getrieben, welch letztere insofern auch Kupplungsfunktionen
übernehmen, als sie vom Leerlauf bis zum übersetzungsverhältnis 1: 1 stufenlos
regelbar sind. Die Aufgabe dieses überlagerungsgetriebes besteht jedoch darin, während
einer Gangschaltung die jeweils im Eingriff befindliche Kupplung zu entlasten, damit
die auf der Welle verschiebliche Kupplungshälfte ausgerückt werden kann, um diese
durch Vergrößern oder Verringern der Wellendrehzahl auf gleiche Umlaufgeschwindigkeit
derjenigen Kupplungshälfte zu bringen, mit der sie in Eingriff gebracht wird. Es
handelt sich hierbei also zunächst um einen reinen Synchronisiervorgang, währenddessen
der Kraftfluß vom Motor zur Abtriebswelle unterbrochen wird, was aber erfindungsgemäß
vermieden werden soll. Ferner ist bei dem bekannten Wechselgetriebe zwar auch vorgesehen,
eines der Zentralräder an einem feststehenden Getriebeteil (Gehäuse) zu blockieren.
Dies geschieht hier jedoch zum Zwecke der Einschaltung einer niedrigen Geschwindigkeit,
und der Antrieb erfolgt dabei nicht mechanisch, sondern über die hydrostatischen
Getriebe. Für
die Verwendung in einer mehrmotorigen Antriebsanlage
in Schiffen wäre dieses Getriebe somit nicht geeignet, da einerseits die Umschaltung
von einer Geschwindigkeitsstufe auf eine andere unter Last nicht möglich ist, und
andererseits die Fahrt bei niedrigerer Geschwindigkeit (Marschfahrt) infolge der
Verluste in der hydrostatischen Kraftübertragung unrentabel wäre.
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Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele für Schiffsantriebsanlagen
nach der Erfindung erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in Fig.
1 eine Gesamtanlage im Grundriß, F i g. 2 die Kraftübertragungsanlage
mit einem Planetenradwechselgetriebe, bei dem das äußere Zentralrad zusätzlich antreibbar
ist, F i g. 3 ein Planetenradwechselgetriebe, bei dem das innere Zentralrad
zusätzlich antreibbar ist und F i g. 4 eine Variante zur Ausführung nach
F i g. 3,
bei der die beiden Zentralfäder miteinander verblockt werden können.
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In der Antriebsanlage nach F i g. 1 sind die Dieselmotoren
1 durch die Wellen 2 mit den Wechselgetrieben 3 und die Gasturbinen
4 über die Wellen 5 mit den Wechselgetrieben 6 gekuppelt. Die Wechselgetriebe
3, 6 sind an das als Parallelgetriebe ausgebildete Sammelgetriebe
7 angeblockt, an dessen Abtriebswelle die Propellerwelle 8 angekuppelt
ist. Die verschiedenen Anlagenaggregate (Dieselmotoren, Gasturbinen, Getriebe) sind
dabei in verschiedenen hermetisch voneinander abgeschlossenen Räumen untergebracht,
was durch die Trennwände 9, 10, 11, 12 angedeutet ist. Bei der gezeigten
Antriebsanlage arbeiten also alle Antriebsmaschinen über ein Wechselgetriebe auf
das Sammelgetriebe bzw. auf die Propellerwelle. Es können demzufolge beliebige Maschinen
für die Marschfahrt abgeschaltet werden. Falls z. B. ein Dieselmotor von vornherein
für die Marschfahrt bestimmt ist, dann könnte Maid bei diesem Motor auf ein zusätzliches
Wechselgetriebe verzichten.
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In F i g. 2 bezeichnet 13 die Eingangswelle des Wechselgetriebe,
auf der das innere Zentralrad 14 und das Ritzel 15 aufgekeilt sind. Das innere
Zentralrad 14 kämmt mit den Planetenrädern 16, die vom Planetenradträger
17 getragen werden und ihrerseits mit dem innenverzahnten äußeren Zentralrad
18 im Eingriff stehen. Das Ritzel 15 ist im Eingriff mit dem Vorgelegerad
19, dessen Nabe 20 mit dem Primärteil der Strömungskupplung 21 verbunden
ist. Deren Sekundärteil ist auf der durch die Nabe 20 hindurchgeführten Vorgelegewelle
22 befestigt, auf der das mit dem äußeren Zahnkranz 18' des äußeren Zentralrades
18 kämmende Ritzel 23 und am anderen Ende die eine Hälfte der formschlüssigen
Freilaufkupplung 24 angebracht ist. Die andere Hälfte dieser Kupplung 24 stützt
sich an der schraffiert angedeuteten Gehäusewand 25 ab.
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Mit dem Planetenradträger 17 ist die Ausgangswelle
26 fest verbunden, die durch die das Ritzel 27
des Sammelgetriebes
7 tragende Hohlwelle 28 hindurchgeführt und an deren freiem Ende der
Primärteil der Freilaufkupplung 29 angebracht ist. Der Sekundärteil dieser
Kupplung ist an der Hohlwelle 28
befestigt. Ritzel 27 steht im Eingriff
mit dem Zahnrad 30 des Sammelgetriebes, das auf der mit der Propellerwelle
gekuppelten Abtriebswelle 31 aufgekeilt ist. Zu den Freilaufkupplungen 24
und 29 sei noch bemerkt, daß diese lediglich schematisch als einfache Klauenzahnkupplungen
dargestellt sind. Bei der praktischen Ausführung wird man freilich dafür Sorge tragen,
daß nach der Entkupplung die beiden Hälften nicht mehr aufeinander gleiten.
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Mit der in F i g. 2 gezeigten Getriebeanordnung, die für alle
Antriebsmaschinen bis auf die Untersetzungsverhältnisse gleich sind, lassen sich
zwei Gänge ohne zwischenzeitliche Leerlaufstellung schalten. Wenn nur eine von zwei
Antriebsmaschinen bzw. -maschinengruppen arbeitet, ist bei der im Betrieb befindlichen
Maschine bzw. Maschinengruppe die Strömungskupplung 21 entleert, so wird über die
zwangläufig einsetzende Rückdrehbewegung des äußeren Zentralrades 18 über
den Zahnkranz 18', Ritzel 23
und Welle 22 die Freilaufkupplung 24 geschlossen.
Die in die Eingangswelle 13 eingeführte Leistung wird über das innere Zentralrad
14 und die Planetenräder 16 auf den Planetenradträger 17 und von hier
über Welle 26, Kupplung 29, Hohlwelle 28, Ritzel
27,
Zahnrad 30 auf die Abtriebswelle 31 übertragen.
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Vermöge der allen Antriebsmaschinen zugeordneten Freilaufkupplungen
29 ist es nun ohne weiteres möglich, die andere Maschine bzw. Maschinengruppe
anzulassen. Gleichzeitig werden alle Strömungskupplungen 21 gefüllt und dadurch
die Wellen 22 in Drehung versetzt. Dabei wird die Freilaufkupplung 24 selbsttätig
entkuppelt, und das Ritzel 23 treibt das äußere Zentralrad 18 an,
so daß die Planetenräder 16
und damit der Planetenradträger 17 mit
größerer Drehzahl umlaufen. Diese höhere Drehzahl entsprichi der zum »Fahren auf
der Propellerkurve« erforderlichen größeren Propellerdrehzahl bei größerer Leistung.
Beim Abschalten einer Antriebsmaschine oder -maschinengruppe spielt sich dieser
Vorgang in umgekehrter Richtung ab. Beim Abstellen der Maschine kommt die ihr zugeordnete
Freilaufkupplung 29 außer Eingriff, während derjenige der weiterarbeitenden
Maschine eingekuppelt bleibt. Gleichzeitig wird die Strömungskupplung dieser Maschine
entleert. Infolge des von den Planetenrädern 16 auf das äußere Zentralrad
18 ausgeübten Rückdrehmomentes wird die Freilaufkupplung 24 eingekuppelt,
so daß das äußere Zentralrad 18 wieder zum Stillstand kommt.
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Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die hydrodynamische
Kupplung, die bekanntlich übertragungsverluste aufweist, nur in Betriebszeiten der
Schnellfahrt arbeitet, wogegen in den weit längeren Zeiten der Marschfahrt diese
Verluste nicht eintreten.
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Die F i g. 3 und 4 zeigen Varianten, bei denen nicht das äußere,
sondern das innere Zentralrad 14' bzw. 14" im Schnellgang zusätzlich angetrieben
wird. Auf der Eingangswelle 33 ist das mit dem Zahnkranz 18'
kämmende
Ritzel 34 und das mit dem Vorgelegerad 35 im Eingriff befindliche Ritzel
36 befestigt. An der verlängerten Nabe 37 des Rades 35 ist
wiederum das Primärrad der Strömungskupplung 38 angeflanscht, dessen Sekundärrad
nach F 1 g. 3 auf der Welle 39
und nach F i g. 4 auf der Welle
40 befestigt ist.
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An einem Ende der Welle 39 in F i g. 3 ist der Primärteil
an der Freilaufkupplung 41 angebracht, deren Sekundärteil der durch Schraffur angedeuteten
Gehäusewand 42 befestigt ist. Am anderen Ende der durch die Nabe 37 des Rades
36 und durch die Nabe des äußeren Zentralrades 18 hindurchgeführten
Welle 39 ist das innere Zentralrad 14' aufgekeilt. Bei dieser Ausführung
wird also bei Marschfahrt das innere Sonnenrad 14' über die Freilaufkupplung 41
von der Gehäusewand 42 festgehalten.
Bei der Ausführung nach F i
g. 4 hingegen ist auf der das innere Zentralrad 14" treibenden Welle 40 der
Primärteil der Freilaufkupplung 43 angebracht, deren Sekundärteil am äußeren Zentralrad
18" angeflanscht ist. Bei Marschfahrt ist die Strömungskupplung
38
wiederum entleert, so daß bei dieser Ausführung das innere und das äußere
Zentralrad U', 18" durch die Freilaufkupplung 43 miteinander verblockt sind.
Beim Zuschalten einer weiteren Antriebsmaschine bei Schnellfahrt wird die Strömungskupplung
38 gefüllt, und infolge der größeren Drehzahl der Wolle 40 gegenüber dem
äußeren Zentralrad 18" kommen die beiden Hälften des Freilaufes 43 außer
Eingriff.
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Anstatt eines Vorgelegeradsatzes können auch deren mehrere angeordnet
sein, die in bei normalen Wechselgetrieben üblicherweise mit den ihnen zugeordneten
Wellen wahlweise durch mechanische oder hydraulische Schaltmittel gekuppelt werden.