DE2839332C2 - Hydrodynamisch-mechanisches Verbundgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Getriebe ist aus der DE-Z »MTZ« 28(1967) 11, Bild 6 S, 443 bekannt Die zu solchen Getrieben gehörenden hydrodynamischen Drehmomentwandler sind seit langem bekannt (DE-PS 2 21 422). 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 hydrodynamisehen 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 9 77 135). 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 Kraftübergtragung über zahlreiche Zahnräder stattfindet. Dies verursacht wiederum Verlusie. wenn auch in geringerer Höhe als beim Betrieb mit dem hydrodynamischen Drehmomentwandler. Ein weiterer Nachteil des bekannten Getriebes besteht darin, daß ihm ein drehzahlerhöhendzs 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 hydrodynamischmechanisches Verbundgetriebe mit einer den Drehmomentwandler überbrückenden Schaltkupplung anzugeben, das tine möglichst verlustarme Kraftübertragung zuläßt, insbesondere bei eingeschalteter Überbrückungskupplung. Für die Verwendung in einem Schiffsantrieb soll das Getriebe außerdem so gebaut sein, daß der Platzbedarf fur die Antriebsanlage möglichst gering ist.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Getriebe gelöst

Während η dem bekannten Getriebe nach DE-PS 9 77 1 35 die beiden mechanischen Getriebestufen nur dazu dienen, in der Überbrückungskupplung bei einem günstigen Betriebszustand des Wandlers Drehzahl gleichheit herzustellen und somit ein stoß und ·. erlustarmes Einnicken der Überbrückungskupplung zu ermöglichen, werden in dem erfindungsgemäßen Ge triebe, 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 Obersetzung vorgesehen werden, und zwar von der Wandler-Ausgangswelle zur AbtriebEwelle eine Übersetzung ins Langsame. Dies ist aber auch insofern von Nutzen, als fast immer h, 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, bie Fahrt im Eis. Demgegenüber findet die weitaus häufiger stattfindende Kraftübertragung auf dem Wege über die Überbrükkungskupplung 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 den hydrodynamischen Drehmomentwandler oder über die Überbrükkungskupplung 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. dgl.

Schließlich kann als Antriebsmaschine auch eine Dampfturbine vorgesehen werden insbesondere eine zweistufige Dampfturbine. Hierbei wird der Hochdruckteil an die Wandler-Eingangswelle und der mit geringerer Drehzahl umlaufende Niederdruckteil an die Nebenwelle angeschlossen.

Das erfindungsgemätSe Getriebe tst somit sehr vielseitig einsetzbar. Sein Hauptvorteil besteht jedoch darin, dab die mechanischen Getriebeteile und die hydrodynamischen Drehmomentwandler eine kompakte Baueinheit bildnn und daß aufgrund der Doppelfunktion der mechanischen Getriebeteile, die ein zusätzliches Vorschaltgetriebe überflüssig macht, eine beträchtliche Verringerung des Platzbedarfes der gesamten Antriebsanlage erzielt wird

Besonders vorteilhaft ist in dieser Hinsicht Hie Anwendung des Merkmales aus Anspruch 2, das in ähnlicher Form aus der GB-PS 11 70 926 bekannt ist Danach wird anstelle eines Abtriebsflansches ein Abtriebszahnrad vorgesehen, das koaxial zur Nebenwelle und zwischen den beiden mechanischen Getriebestufen angeordnet ist, so daß sich die auf der Nebeftwelle angeordnete Überbrückungskupplung am freien Wellenende befindet und einer Wartung gut zugänglich ist

Aus der Zeitschrift MTZ 28 (1957) Heft 11, Seite 442—443 (Bild 6) ist ein Schiffsgetriebe bekannt, rias einen Drehmomentwandler mit drehzahlerhöhender Antriebsübersetzung, eine Abtriebsübersetzung sowie eine Überbrückungskupplung zwischen An- und Abtriebswelle aufweist. Dieses Getriebe wird jedoch im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Getriebe als selbständige Antriebseinheit im Schiffsrumpf eingebaut Es besitzt koaxialen Gelenkwellen- An- und Abtrieb und ist nicht Bestandteil eines großen Schiffshauptgetriebes, das den Antrieb von mehreren und dabei verschiedenen Antriebsmaschinen, etwa Dieselmotor und Gasturbine, auf sich vereinigt wie es beim erfindungsgemäßen Getriebe der Fall ist

Dasselbe trifft auch zu für Bauausführungen von Schiffsgetrieben, die in einem Sonderdruck der Firma Maybach, Mercedes-Benz (Vortrag M. v. Kienlin) beschrieben sind. Gezeigt werden Getriebe mit Drehmomentwandiern und Überbrückungskupplungen, jedoch ergänzt um mechanische Wendege >.ebe.

Ferner ist aus der DE-AS ii 3i l'"7 ein Getriebe bekannt bei dem ähnlich dem erfindungsgemäßen Getriebe sich eine mit dem Antrieb verbundene Nebenwelle durch die Sekundärseite des Drehmomentwand! rs zugeordneten Zahnräder hindurch erstreckt Diese Nebenwelle mit der darauf angeordneten Kupplung jedoch verläuft durch den Drehmomentwandler hindurch und erfüllt aufgabengemäß in einem Kraftfahrzeuggetriebe andersgeartete Funktionen. Demgegenüber hat das erfindungsgemäße Getriebe die Vorzüge, daß beim Antrieb durch eine niedertourige Antriebsmaschine die An- und Abtriebs-Zahnradstufen unbelastet sind, wenn die Durchkupplung geschlossen ist Außerdem tritt bei dem bekannten Getriebe (DE-AS 11 31 107) eine Motordsehzahldrückung ein, sobald die Kupplung geschaltet wird, während das erfindungsgemäße Getriebe so ausgebildet ist. daß die Überbrükkungskupplung erst geschaltet wird, wenn der Drehmomentwandler Synchronlauf zwischen den Wellen hergestellt hat.

Falls der hydrodynamische Getriebeteil als Wendegetriebe ausgebildet und deshalb für jede Fahrtrichtung einen separaten Wandler aufweis;, muH beim Umsteuern der Abtriebsdrehrichtung durch Umfüllen der beiden Wandler dafür gesorgt werden, daß die Antriebsmaschine nicht entlastet wird. Hierzu ist es bekannt, während des Umsteuern vorübergehend beide Wandler gefüllt zu halten (DE-PS 3 54 990) oder mit einer dafür vorgesehenen hydrodynamischen Bremse zu belasten (DEOS 18 12 606).

In iler beigefügten Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Dort sind die /eientlichen Teile eines erfindungsgemäßen hydrodyfiamischmechanischen Verbundgetriebes wie folgt bezeichnet:

10 Vorwärtswandler

11 Pumpenrad des Vorwärtswandlers 10

12 Zweistufig.« Turbinenrad des Vorwärtswandleis 10

13 Festsiehendes Wandlergehäuse

14 Leiterschaufelkranz, befestigt im Gehäuse 13

20 Rückwärtswandler

21 Pumpenrad des Rückwärtswandlers 20

22 Turbinenrad des Rückwärtswandlers 20

23 Feststehendes Wandlergehäuse

24 Zweistufiger Leitschaufelkranz, befestig im Gehäuse 23

30 Gemeinsame Wancller-Eiingangswelle

31 Hohle Verbindungswelle zwischen den Turbinenrädern 12 und 22

32 Gemeinsame Wandler-Ausgangswelle

33 Auf der Eingangswelle 30 befestigtes Zahnrad

34 Auf der Ausgangs welle 3:2 befestigtes Zahnrad

35 Nebenwelle

36 Abtriebswelle, als Hohlwelle ausgebildet und die Nebenwelle 35 umschließend

37 Mit dem Zahnrad 33 kämmendes und auf der jo 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 318 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-Eingaingswelle 30 angeordnete hydrodynamische Bremst;

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

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

46 Schiffspropeller (Festpropeller, 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 Schlupfbelriebes eingerückt werden. Dabei ist angenommen, daß das Wirkungsgrad-Optimum des Vofwärtswandlers 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 41 und 42 entsprechend geändert werden.

Das Anfahren der Antriebsmaschine DM oder GT erfolgt bei entleerten 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 Kraiifiuo über die Teile 45,33,37,33,30, ίί, 12, 32, 34, 38, 36, 39, 48, 47, 46. Bei 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 Drehmomentwanater.

Das Reversieren z. B. von Vor- auf Rückwärtsfahrt erfolgt durch Füllen des Rückwärtswandlers 20 und Entleeren des Vorwärtswandiers 10. Die Strömungsbremse 43 ist normalerweise stets entleert. Während des Reversierens — insbesondere wenn dieses Manöver stattfinden muß, solange die Antriebsmaschine mit voller Leistung arbeitet, — wird die Bremse in bekannter Weise 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydrodynamischmechanisches Verbundgetriebe, vorzugsweise für den Antrieb eines Schiffspropellers, insbesondere eines eisbrechenden Schiffes, mit wenigstens einem durch Füllen oder Entleeren ein- bzw. ausschaltbaren hydrodynamischen Drehmomentwandler (10), der eine Wandler-Eingangswelle (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 (41), eine der Wandler-Ausgangswelle (32) zugeordnete zweite mechanische Getriebestufe (42) und eine Schaltkupplung (40), mit den folgenden weiteren Merkmalen:

a) die Übersetzungen in den beiden mechanischen Getrie&estufen (41, 42) sind so gewählt, daß beim Arbeiten des Drehmomentwandlers (10) im Bereich hohen Wirkungsgrades wenigstens angenähert Drehzahlgleichheit zwischen den Kupplungshälften der Schaltkupplung (40) besteht;

eine Getriebe-Antriebswelle (36) ist koaxial zur Nebenwelle (35) angeordnet und mittels der Schaltkupplung (40) an die Nebenwelle kuppelbar;

die erste Getriebestufe (41) bildet eine drehfeste VerbinuJng von der Wandler-Eingangswelle (30) zur Neberwelle '35) und die zweite Getriebeslufe (42) eine drehfeste Verbindung von der Wandler-Ausg: ngswelle (32) zur Getriebe-Abtriebswelle (36);

d) die Übersetzung der ersten Getriebestufe (41) ist so gewählt, daß von der Nebenwelle (35) zur Wandler-Eingangswelle (30) eine Drehzahlveränderung ins Schnelle im Verhältnis von mindestens 1 : 2 stattfindet;

dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nebenwelle (35) durch die hohle, ein Abtriebszah.vrad (39) tragende Abtriebswelle (36) und durch die zweite mechanische Getnebestufe (42) hindurch erstreckt, und daß die mechanische Kupplung (40) auf der Außenseite der zweiten mechanischen Getriebestufe (42) angeordnet ist.

2. Hydrodynamischmechanisches Verbundgetriebe nach Anspruch 1. dessen Drehmomentwandler zwischen den mechanischen Getriebestufen angeordnet ist. dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebszahnrad (39) ebenfalls zwischen den beiden mechanischen Getriebestufen (41/42) angeordnet ist.

b)