DE3938085C2 - - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
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- B63H23/02—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing
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Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanlage für einen Bootspro
peller, mit einem Motor, der ein bestimmtes Motor-Nennmoment
abgibt, sowie mit einem zwischen Motor und Propeller angeordne
ten Wendegetriebe, im einzelnen mit den im Oberbegriff des Pa
tentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Eine derartige Antriebs
anlage ist bekannt aus der US-PS 22 98 310. Diese bekannte An
triebsanlage nutzt den Vorteil eines rein hydrodynamischen Wen
degetriebes, der darin besteht, daß man eine Fahrtrichtungs-
Umkehr allein durch Umfüllen zweier hydrodynamischer Arbeits
kreisläufe bewirken kann. Wenn beispielsweise bei Vorwärtsfahrt
die hydrodynamische Kupplung gefüllt ist und man auf Rückwärts
fahrt umschalten will, so braucht nur der Reversierwandler ge
füllt und gleichzeitig die Kupplung entleert zu werden. Man
kann somit das Wendemanöver in relativ kurzer Zeit und außerdem
verschleißfrei durchführen; denn mechanische Schaltelemente
werden für das Wendemanöver nicht benötigt.
Gemäß der schon genannten US-PS 22 98 310 ist für die Vorwärts
fahrt außer der hydrodynamischen Kupplung ein weiterer hydrody
namischer Drehmomentwandler vorgesehen. Aus der US-PS 43 05 710
sind ebenfalls Antriebsanlagen für Schiffspropeller bekannt,
worin die Kraftübertragung bei Vorwärtsfahrt entweder über eine
Lamellenkupplung oder über einen hydrodynamischen Drehmoment
wandler erfolgt und bei Rückwärtsfahrt wiederum über einen hy
drodynamischen Drehmomentwandler. Mechanische Kupplungen, wie
z. B. Lamellenkupplungen, haben den Nachteil, daß sie ver
schleißbehaftet sind. Bei Vorwärtsfahrt mittels Kraftübertra
gung über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler muß über
einen längeren Zeitraum der Nachteil in Kauf genommen werden,
daß der Wirkungsgrad eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers
naturgemäß relativ niedrig ist.
Es gehört zur Aufgabenstellung der Erfindung, die Antriebsanla
ge derart zu gestalten, daß sie für relativ kleine Wasserfahr
zeuge geeignet ist, die einen sehr großen Fahrgeschwindig
keitsbereich haben. Die Antriebsanlage soll insbesondere für
sogenannte Gleitboote geeignet sein, die bei rascher Vorwärts
fahrt (aufgrund hydrodynamischer Auftriebskräfte) sich über die
Wasseroberfläche erheben, so daß auch der Propeller weitgehend
über die Wasseroberfläche auftaucht. Bisweilen kommt es auch
vor, daß derartige Boote bei relativ langsamer Vorwärtsfahrt in
der üblichen Weise im Wasser eingetaucht sind.
Bei derartigen Wasserfahrzeugen bestehen die folgenden Forde
rungen: Der Motor (vorzugsweise ein aufgeladener Dieselmotor)
soll im gesamten Fahrgeschwindigkeitsbereich in seinem oberen
Drehzahlbereich, d. h. im Bereich guter Drehmoment-Abgabe arbei
ten. Zusätzlich wird gefordert, daß im Hauptbetriebsbereich des
Fahrzeuges, d. h. bei der oben erwähnten raschen Vorwärtsfahrt,
die Antriebsanlage mit möglichst gutem Wirkungsgrad arbeitet.
Außerdem besteht die Forderung, daß das Wasserfahrzeug mit Hil
fe eines sogenannten Schnell-Stopp-Manövers ("Crash-Stop") aus
voller Vorwärtsfahrt in extrem kurzer Zeit zum Stillstand ge
bracht werden muß. Genauso kann auch ein extrem rasches Um
schalten von Vorwärts- auf Rückwärtsfahrt erforderlich sein.
Beides soll möglich sein, ohne die Drehzahl des Motors über
mäßig zu drücken.
Gemäß der Erfindung können alle diese verschiedenen Forderungen
erfüllt werden durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches
1 angegebenen Maßnahmen.
Zunächst wird durch die Verwendung einer hydrodynamischen Kupp
lung mit variablem Füllungsgrad dafür gesorgt, daß das Hochfah
ren der Antriebsanlage aus dem Stillstand sowie Langsamfahrt
(bei der das Boot im Wasser eingetaucht ist) problemlos statt
finden können, desgleichen das Beschleunigen des Bootes bis zum
Übergang in die Hochgeschwindigkeits-Gleitfahrt. Diese Gleit
fahrt im oberen Geschwindigkeitsbereich ist der Haupt-Betriebs
bereich des Bootes. In diesem Haupt-Betriebsbereich arbeitet
die hydrodynamische Kupplung mit ihrem maximalen Füllungsgrad.
Die Steuerung der Fahrgeschwindigkeit erfolgt hier durch Vari
ieren der Motor-Drehzahl. Dagegen wird bei Langsamfahrt die hy
drodynamische Kupplung nur teilweise gefüllt. Wohl ist hierbei
ihr Wirkungsgrad relativ gering. Aber die Betriebsdauer in die
sem Zustand ist meistens nur relativ kurz und man erzielt den
Vorteil, daß der Motor nach wie vor im Bereich guter Drehmo
ment-Abgabe arbeiten kann. Jedenfalls gelingt es dank der Er
findung, daß man allein mit der hydrodynamischen Kupplung das
Fahrzeug in dem gesamten, relativ großen Vorwärts-Ge
schwindigkeitsbereich (z. B. zwischen 4 und 50 kn) betreiben
kann. Auf einen hydrodynamischen Drehmomentwandler für die Vor
wärtsfahrt kann also verzichtet werden.
Problematisch ist aber, daß zum Einleiten des obengenannten
Schnell-Stopp-Manövers das Füllen des Reversierwandlers und das
gleichzeitige Entleeren der hydrodynamischen Kupplung in außer
ordentlich kurzer Zeit stattfinden muß. Man muß hierbei berück
sichtigen, daß sich die hydrodynamische Kupplung (im Hinblick
auf das Variieren des Füllungsgrades, vorzugsweise unter Anwen
dung eines als Mengensteuerventil ausgebildeten Einlaßventils
und eines dauernd geöffneten Auslaßkanals) auf das Schnell-
Stopp-Signal verhältnismäßig langsam entleert. Andererseits hat
der Reversierwandler vorzugsweise ein einfaches, aber großvolu
miges Auf-Zu-Einlaßventil, um ein sehr rasches Füllen des Re
versierwandlers zu ermöglichen. Nach dem Erscheinen des
Schnell-Stopp-Signals ist also der Reversierwandler während
einer kurzen Zeitspanne schon gefüllt, solange das Entleeren
der Kupplung gerade erst beginnt. Es wurde nun erkannt, daß das
Schnell-Stopp-Manöver dennoch dadurch gut beherrscht werden
kann, daß man als Reversierwandler (gemäß Anspruchsteil 1.e)
einen Wandler mit relativ hoher Drehmoment-Wandlung verwendet.
Dies wird im einzelnen weiter unten erläutert.
Einzelmerkmale des kennzeichnenden Teiles von Anspruch 1 sind
jeweils für sich allein bekannt. So offenbart CH 4 52 380 das
Merkmal der Antriebsanlage in einem Gleitboot, siehe dort Titel
und Beschreibungseinleitung. Ferner beschreibt DE 32 11 337 C2
hydrodynamische Kupplungen, deren Füllungsgrad variabel ist,
siehe dort Fig. 1 mit zugehörender Beschreibung. Weiterhin ist
es aus dem Manuscript "Hydrodynamische Mehrkreislaufgetriebe
und ihre Anwendung" (Vortrag vom 28. 03. 1980, Technische Akademie
Esslingen) bekannt, als Reversierwandler einen Wandler
mit relativ hoher Drehmoment-Wandlung zu verwenden, siehe dort
Bild 34. Schließlich ist aus DE-Buch: Voith, Hydrodynamik in
der Antriebstechnik, Heidenheim 1987, Seite 136/137. ISBN:
3-7830-0227-3, bekannt, das Turbinenmoment zum Pumpenmoment
entsprechend dem kennzeichnenden Merkmal d) zu gestalten.
Wichtige weitere Erfindungsgedanken (Anspruch 2) betreffen die
richtige Abstimmung der Drehmomente, insbesondere des Kupplungs-
Drehmoments bei Mindest-Schlupf sowie der Pumpen- und
Turbinen-Momente des Reversierwandlers relativ zum Nenn-Moment
des Motors. Die hydrodynamische Kupplung wird, wie an sich bekannt,
derart bemessen, daß sie bei maximaler Motor-Drehzahl
(und somit bei der maximalen Propeller-Drehzahl) das Motor-
Nenn-Moment bei ihrem Mindest-Schlupf (und somit bei bestmöglichem
Wirkungsgrad) auf den Propeller übertragen kann. Um für
das Schnell-Stopp-Manöver ein möglichst günstiges Verhalten der
Antriebsanlage zu erzielen, ist es u. a. wichtig, daß die im
Prinzip notwendige, aber nur kurzzeitige Drückung der Motor-
Drehzahl auf einen erträglichen Wert begrenzt ist.
Dies wird u. a. dadurch erzielt, daß der Reversierwandler (wenn
dieser zu Beginn des Schnell-Stopp-Manövers rasch gefüllt wird)
den Motor mit einem nur verhältnismäßig kleinen Eingangs-Moment
belastet. Gleichzeitig muß aber auch gleich zu Beginn des
Schnell-Stopp-Manövers die Turbine des Reversierwandlers ein
möglichst hohes Ausgangsmoment erzeugen, um den Propeller möglichst
rasch abbremsen zu können. In der Tendenz ist das Turbinen-Moment
im Gegenbremsbereich des Reversierwandlers gerade
am Beginn des Schnell-Stopp-Manövers am kleinsten. Deshalb ist
es wichtig, den Reversierwandler derart zu bemessen, daß der
Mindestwert des Turbinen-Moments im Gegenbremsbereich genügend
groß ist. Vorzugsweise soll dieser Mindestwert das 1-
bis 2-fache des Motor-Nenn-Moments betragen.
Merkmal a) von Anspruch 2 ist für sich allein aus CH 4 52 380
bekanntgeworden. Der Zusammenhang ist jedoch ein ganz anderer.
Die Entgegenhaltung betrifft eine andere Gattung einer Antriebsanlage.
Die Probleme, die bei der gattungsgemäßen Antriebsanlage
auftreten, liegen dort nicht vor, so daß die Entgegenhaltung
auch keine Anregung für das kennzeichnende Merkmal
gegen konnte.
Das schon erwähnte Schnell-Stopp-Manöver macht es u.a. erfor
derlich, daß das Entleeren der Kupplung möglichst rasch statt
findet. Hierzu wurde erkannt, daß in der Anfangsphase dieses
Manövers für eine sehr kurze Zeit der Kupplungs-Schlupf noch
kleiner wird als der Mindest-Schlupf. Diese Erscheinung kann -
gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung - mit Hilfe der im
Anspruch 3 angegebenen Maßnahmen dazu genutzt werden, daß das
Entleeren der Kupplung möglichst rasch stattfindet.
Aus DE 32 11 337 C2 ist zwar eine hydrodynamische Kupplung bekannt,
die dem Oberbegriff von Anspruch 3 weitgehend entspricht.
Die Entgegenhaltung nimmt jedoch keinen Bezug auf den
hier vorliegenden Anwendungsfall, - Antriebsanlage gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1 -, so daß die Entgegenhaltung weder
die hier zugrunde liegende Aufgabenstellung enthält, noch eine
Anregung zu deren Lösung geben konnte.
Zusätzlich kann die im Anspruch 4 angegebene Maßnahme vorgesehen
werden, ebenfalls um das Entleeren der Kupplung zu be
schleunigen.
Falls in einem Wasserfahrzeug mehrere erfindungsgemäße An
triebsanlagen vorgesehen werden, falls beispielsweise die Aus
gangswellen zweier Wendegetriebe an einen einzigen Propeller
gekoppelt sind, dann ist es zweckmäßig, die Merkmale des An
spruchs 5 anzuwenden, wie weiter unten im einzelnen erläutert
wird.
Untermerkmale der kennzeichnenden Merkmale (a) und (b) von Anspruch 5
sind für sich allein aus DE 32 11 337 C2 bekanntgeworden,
jedoch vermochte diese Entgegenhaltung zur speziellen Lösung
des Teilaspektes, der Anspruch 5 zugrunde liegt, nichts
beizutragen, da diese Entgegenhaltung isoliert eine hydrodynamische
Regelkupplung behandelt, nicht aber eine Antriebsanlage
gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnungen erläutert.
Die Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Antriebsan
lage mit einem hydrodynamischen Wendegetriebe und mit dem dazu
gehörenden Leitungssystem für die Arbeitsflüssigkeit.
Die Fig. 2 zeigt einen Teillängsschnitt durch die hydrodynami
sche Kupplung des Wendegetriebes.
Die Fig. 3 ist ein Diagramm, das den Verlauf verschiedener
Drehmomente T über der Propeller-Drehzahl n darstellt.
In Fig. 1 erkennt man einen Motor M, ein Wendegetriebe mit
einer hydrodynamischen Kupplung 1 und mit einem hydrodynami
schen Reversierwandler 2 sowie einen anzutreibenden Bootspro
peller 20. Eine Eingangswelle 17 des Wendegetriebes ist einer
seits an den Motor M gekoppelt und andererseits mit dem Primär
schaufelrad 21 der Kupplung 1 und mit dem Pumpenschaufelrad 23
des Reversierwandlers 2 verbunden. Eine Ausgangswelle 18 des
Wendegetriebes ist an das Sekundärschaufelrad 22 der Kupplung
und an das Turbinenschaufelrad 24 des Reversierwandlers gekop
pelt. Die weiteren Kraftübertragungselemente zwischen der Aus
gangswelle 18 und dem Bootspropeller 20 sind nur symbolisch
durch gestrichelte Linien dargestellt. Der hydrodynamische Re
versierwandler 2 hat in bekannter Weise eine stationäre Wand
lerschale 25, mit der die erforderlichen stationären Leitschau
felkränze verbunden sind. Die hydrodynamische Kupplung 1 hat
eine die Eingangswelle 17 mit dem Primärschaufelrad 21 verbin
dende Kupplungsschale 26.
Als Arbeitsflüssigkeit für das Wendegetriebe kann vorzugsweise
Seewasser verwendet werden, das mittels einer Füllpumpe 3 über
eine Saugleitung 3a und über ein Filter 5 aus der Umgebung des
Wasserfahrzeuges angesaugt wird. Die vom Motor M über die Ein
gangswelle 17 mechanisch angetriebene Füllpumpe 3 fördert das
Wasser in eine Druckleitung 19 (mit Manometer 9). Die Drucklei
tung 19 ist über ein Einlaßventil 7 mit einer Einlaßleitung 7a
verbunden, welche in die hydrodynamische Kupplung 1 mündet. Die
Druckleitung 19 ist außerdem über ein weiteres Einlaßventil 8
mit einer zum Reversierwandler 2 führenden Einlaßleitung 8a
verbunden. Das der Kupplung 1 zugeordnete Einlaßventil 7 ist
als Mengensteuerventil ausgebildet. Da außerdem die Kupplung 1
mindestens einen dauernd geöffneten Auslaßkanal 27 aufweist,
kann man durch Variieren der Durchflußmenge des Einlaßventils 7
in der Kupplung 1 unterschiedliche Füllungsgrade und somit un
terschiedliche Schlupf-Werte einstellen. Hierdurch kann man
ohne Änderung der Motor-Drehzahl die Drehzahl des Bootspropel
lers 20 stufenlos auf unterschiedliche Werte einstellen. (Hier
von macht man hauptsächlich im unteren Propeller-Dreh
zahl-Bereich Gebrauch.) Zusätzlich kann bei Bedarf folgendes
vorgesehen werden:
An die Druckleitung 19 kann - zwecks Schnellfüllung der Kupp
lung 1 - ein zusätzliches Auf-Zu-Einlaßventil 6 angeschlossen
werden, das mittels einer das Mengensteuerventil 7 umgehenden
Leitung 7b mit der Einlaßleitung 7a der Kupplung verbunden ist.
Auf dieses Ventil 6 kann verzichtet werden, wenn es möglich
ist, das Mengensteuerventil 7 bei Bedarf sehr rasch zu öffnen.
Das dem Reversierwandler 2 zugeordnete Einlaßventil 8 ist eben
falls als Auf-Zu-Ventil ausgebildet. Somit wird zur Verein
fachung des Systems der Wandler 2 entweder vollkommen gefüllt
oder vollkommen entleert. Das Entleeren kann beispielsweise
über ein nicht dargestelltes Auf-Zu-Auslaßventil oder vorzugs
weise (wie dargestellt) über eine dauernd geöffnete und mit
einer Drosselstelle 12 versehene Auslaßöffnung 28 erfolgen.
Das die Kupplung 1 und/oder den Wandler 2 verlassende Wasser
gelangt in einen Sammelbehälter 29 und von dort mittels einer
Abwasserpumpe 4 und über eine Leitung 4a zurück ins Freie. Die
Druckleitung 19 kann über eine Leitung 16a (mit einer Drossel
16) mit der Saugleitung der Abwasserpumpe 4 verbunden sein.
Hierdurch wird der Gefahr eines Trockenlaufes der Abwasserpumpe
4 vorgebeugt. Die Druckleitung 19 kann außerdem - unter Umge
hung der Einlaßventile 7 und 8 - mittels einer Umgehungsleitung
30 und über je eine Drosselstelle 10 und 11 mit jeder der bei
den Einlaßleitungen 7a und 8a verbunden sein. Dies ist von Be
deutung, falls ein Wasserfahrzeug mehrere erfindungsgemäße An
triebsanlagen aufweist, deren Druckleitungen 19 mittels einer
Verbindungsleitung 15 verbunden sein können (außerdem sind in
diesem Falle die Wasserbehälter 29 über eine Verbindungsleitung
14 mit Drossel 13 verbunden). Wenn nun die in Fig. 1 darge
stellte Antriebsanlage außer Betrieb sein sollte, während eine
mit dieser verbundene andere Antriebsanlage in Betrieb ist, so
kann über die Leitungen 15, 30, 7a und 8a eine kleine Arbeits
flüssigkeitsmenge zwecks Kühlung in die Kupplung 1 und in den
Wandler 2 gelangen.
Die Fig. 2 zeigt einige zusätzliche Details der hydrodynami
schen Kupplung 1. Im Primärschaufelrad 21 ist (zusätzlich zu
den in der Schale 26 befindlichen Auslaßkanälen 27) wenigstens
ein weiterer Auslaßkanal 31 vorgesehen. Dessen Einströmöffnung
32 liegt im radial inneren Bereich des Arbeitsraumes. Der Aus
laßkanal 31 kann (wie dargestellt) durch ein seitlich aufge
schnittenes Rohrstück gebildet sein. Abweichend hiervon kann er
aber auch in das Primärschaufelrad 21 eingegossen werden. In
jedem Fall bildet dieser zusätzliche Auslaßkanal 31 eine Ein
richtung zum Begrenzen des Kupplungs-Füllungsgrades. Die Anord
nung ist derart getroffen, daß bei dem maximal erreichbaren
Füllungsgrad ein möglichst geringer Mindest-Schlupf erzielbar
ist. Somit kann die Antriebsanlage selbsttätig über längere
Zeit mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad arbeiten. Eine Überfül
lung der Kupplung und ein daraus resultierendes Ansteigen des
Mindest-Schlupfes werden somit vermieden.
Mit der durchgehenden Linie A ist die radial innere Begrenzung
des Flüssigkeits-Torus bei normaler Kraftübertragung und somit
beim üblichen Mindest-Schlupf von z. B. 2% dargestellt. Die ge
strichelte Linie B zeigt dagegen die radial innere Begrenzung
des Flüssigkeits-Torus für den Fall, daß bei einem Schnell-
Stopp-Manöver der Wandler 2 plötzlich gefüllt wird. Hierbei ist
für eine kurze Zeit die Kupplung 1 noch gefüllt und die Dreh
zahl des Sekundärschaufelrades 22 noch auf ihrem vollen Wert,
die Drehzahl des Primärschaufelrades 21 jedoch durch den vom
Wandler 2 verursachten Drehmomentstoß geringfügig abgesenkt.
Die Folge ist, daß nun ein Teil der Arbeitsflüssigkeit von der
Einströmöffnung 32 des zusätzlichen Auslaßkanals 31 erfaßt und
nach außen abgeführt wird (dargestellt durch den gestrichelten
Pfeil 33).
Im weiteren Verlauf des Schnell-Stopp-Manövers findet dann aber
eine rasche Drehzahl-Abnahme der Ausgangswelle 18 und somit
eine Erhöhung des Kupplungs-Schlupfes statt. Hierbei gelangt
ein Teil der Arbeitsflüssigkeit in den Stauraum 34. Es kann nun
vorteilhaft sein, daß man einen Teil dieser Arbeitsflüssigkeit
vom Stauraum 34 unmittelbar über den Auslaßkanal 31 entweichen
läßt. Aus anderen Gründen kann es aber auch zweckmäßig sein,
dies zu verhindern, indem man die Verbindung vom Stauraum 34
zum Auslaßkanal 31 mit einem Stopfen 35 verschließt.
Im rechten oberen Quadranten des in Fig. 3 dargestellten Dia
gramms ist mit einer vollen Linie V die Abhängigkeit des Pro
peller-Drehmoments von der Drehzahl n des Propellers 20
(Fig. 1) dargestellt. Wie man sieht, folgt das Propeller-Moment
V ausgehend vom Stillstand (Drehzahl = Null) zunächst einer re
lativ steilen Parabel T1. In diesem unteren Drehzahlbereich be
findet sich der Propeller 20 noch vollkommen unterhalb der Was
seroberfläche. Im Bereich der maximalen Propeller-Drehzahl 1.0
verläuft das Propeller-Moment V entlang einer wesentlich fla
cheren Parabel T2. Bei diesem Betriebszustand gleitet das Boot
in einem gewissen Abstand oberhalb der Wasseroberfläche, so daß
nur noch der unterste Bereich der Rotationsfläche des Propel
lers 20 in das Wasser eintaucht. Deshalb ist das erforderliche
Antriebsmoment für den Propeller in diesem Betriebszustand re
lativ gering, verglichen mit der Anfahr-Phase. In dem Zwischen
bereich, in dem der Propeller 20 allmählich aus dem Wasser aus
taucht, geht das Propeller-Moment V über von der steileren
Parabel T1 zur flacheren Parabel T2. In diesem Übergang hat die
V-Kurve nahe der Parabel T1 einen Höcker H, beispielsweise bei
ca. 30% der maximalen Propeller-Drehzahl.
Das Propeller-Moment bei der maximalen Propeller-Drehzahl n = 1.0
ist bezeichnet mit T = 1.0. Dies ist vorzugsweise gleich dem
Nenn-Drehmoment des Motors M. Wie oben erläutert, findet die
Kraftübertragung in diesem Bereich durch die hydrodynamische
Kupplung 1 statt. Somit ist das Drehmoment T = 1.0 zugleich das
Nenn-Drehmoment der Kupplung 1 bei ihrem Mindest-Schlupf.
Etwa im Bereich zwischen 50 und 100% der maximalen Propeller-
Drehzahl wird die Kupplung 1 mit dem größtmöglichen Füllungs
grad und mit dem Mindest-Schlupf betrieben. In diesem Bereich
ist das Motor-Moment stets größer oder gleich dem Propeller-Mo
ment. Im Bereich kleinerer Propeller-Drehzahlen wäre jedoch das
Motor-Moment kleiner als das Propeller-Moment, sofern man die
Kupplung 1 weiterhin mit vollem Füllungsgrad betreiben würde.
Hier ist es deshalb erforderlich, die Kupplung mit Teilfüllung
zu betreiben, also mit größeren Schlupfwerten, die es dem Motor
erlauben, bei höheren Drehzahlen ein höheres Drehmoment abzuge
ben.
Im linken unteren Quadranten der Fig. 3 erkennt man eine mit T3
bezeichnete Parabel; dies ist das Propeller-Moment bei Rück
wärtsfahrt, also bei Antrieb des Propellers 20 über den Rever
sierwandler 2. Hierbei bleiben das Boot und der Propeller stän
dig im Wasser eingetaucht.
In der oberen Hälfte der Fig. 3 ist noch der Verlauf des Pum
pen-Moments R1 des Reversierwandlers dargestellt. Wie man
sieht, liegt dieses Pumpen-Moment R1 ungefähr bei der Hälfte
des Motor-Nennmoments. Außerdem ist das Turbinen-Moment R2 des
Reversierwandlers dargestellt. Im rechten unteren Quadranten
der Fig. 3 (dies ist der sogenannte Gegenbremsbereich) liegt
dieses Turbinen-Moment ungefähr zwischen dem 1,5- und 2,5-fa
chen des Motor-Nennmoments. Der höchste Wert liegt in der Nähe
der Propellerdrehzahl n = 0. Der kleinste, im Gegenbremsbereich
vorkommende Wert des Turbinen-Moments R2 liegt bei der maxima
len Propeller-Drehzahl n = 1.0.
Nachfolgend wird nun das oben schon erwähnte Schnell-Stopp-
Manöver erläutert. Hierbei muß die Propeller-Drehzahl bei
spielsweise vom Maximalwert n = 1.0 in kürzester Zeit auf den
Wert Null oder in den negativen Bereich (Rückwärtsfahrt) ge
bracht werden. Durch das plötzliche Füllen des Wandlers 2 wird
der Motor M plötzlich zusätzlich durch das Pumpen-Moment R1 des
Reversierwandlers belastet. Hinzu kommt, daß die Turbine 24 des
Wandlers sehr rasch ein hohes Bremsmoment auf die Propellerwel
le 18 ausübt. Da sich die Kupplung 1 relativ langsam entleert,
überträgt diese das Bremsmoment auf die Eingangswelle 17. Wohl
führt dies zu der oben schon erwähnten Drückung der Motor-Dreh
zahl, zugleich aber auch - schon während der Anfangsphase des
Schnell-Stopp-Manövers - zu einer deutlichen Reduzierung der
Propeller-Drehzahl, so daß der Propeller das Boot abbremst. Da
nach entleert sich die Kupplung 1 mehr und mehr, so daß die Mo
tor-Drehzahl rasch wieder ansteigt. Hierdurch beschleunigt sich
der Anstieg des Wandler-Turbinen-Moments entlang der Kurve R2,
so daß das Boot rasch zum Stillstand kommt oder zur Rückwärts
fahrt übergeht.
Claims (6)
1. Antriebsanlage für einen Bootspropeller (20), mit einem Mo
tor (M), der ein bestimmtes Motor-Nennmoment abgibt, sowie
mit einem zwischen Motor und Propeller angeordneten Wende
getriebe, mit den folgenden Merkmalen:
- a) das Wendegetriebe umfaßt für die Vorwärtsfahrt eine hy drodynamische Kupplung (1) mit einem torusförmigen Ar beitsraum, der begrenzt ist durch ein Primärschaufelrad (21) und durch ein Sekundärschaufelrad (22)
- b) das Wendegetriebe hat für die Rückwärtsfahrt einen hy drodynamischen Drehmomentwandler (2), der als Rever sierwandler ausgebildet ist und der auch in einem Ge genbremsbereich arbeiten kann;
- c) das Primärschaufelrad (21) der Kupplung (1) und ein Pumpenschaufelrad (23) des Reversierwandlers (2) sind mit einer Eingangswelle (17) des Wendegetriebes gekop pelt, während das Sekundärschaufelrad (22) der Kupplung und ein Turbinenschaufelrad (24) des Reversierwandlers mit einer Ausgangswelle (18) des Wendegetriebes gekop pelt sind,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale, zwecks Verwen
dung der Antriebsanlage in einem Gleitboot, dessen Propel
ler bei rascher Vorwärtsfahrt weitgehend über die Wasser
oberfläche auftaucht:
- d) für den gesamten Vorwärts-Geschwindigkeitsbereich ist nur eine einzige hydrodynamische Kraftübertra gungseinheit, nämlich die hydrodynamische Kupplung (1) vorgesehen, deren Füllungsgrad variabel ist;
- e) im Gegenbremsbereich des Reversierwandlers (2) liegt das Verhältnis des (negativen) Turbinen-Moments (R2) zum (positiven) Pumpen-Moment (R1) im Bereich zwischen 2 und 5.
2. Antriebsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die
Kombination der folgenden Merkmale:
- a) das durch die hydrodynamische Kupplung (1) bei ihrem Mindest-Schlupf (und somit bei der maximalen Propel ler-Drehzahl) übertragbare Drehmoment ist wenigstens angenähert gleich dem Motor-Nennmoment (T = 1.0);
- b) das Pumpen-Moment (Eingangsmoment R1) des Reversier wandlers (2) beträgt zumindest im Gegenbremsbereich nur ungefähr 40-70%, vorzugsweise 50%, des Motor-Nenn moments (T = 1.0);
- c) der Mindestwert des Turbinen-Moments (des Ausgangsmo ments R2) des Reversierwandlers im Gegenbremsbereich liegt etwa beim 1,0- bis 2,0-fachen des Motor-Nenn moments (T = 1.0).
3. Antriebsanlage nach Anspruch 1 oder 2, worin die hydrodyna
mische Kupplung (1) mindestens einen dauernd geöffneten
Auslaßkanal (27) und ein die Durchflußmenge steuerndes Ein
laßventil (7) hat, gekennzeichnet durch die folgenden Merk
male:
- a) im Primärschaufelrad (21) der hydrodynamischen Kupplung (1) sind - zwecks Erzielung eines möglichst geringen Mindest-Schlupfes - einige zusätzliche Auslaßkanäle (31) vorgesehen, die vom Arbeitsraum nach außen führen und derart angeordnet sind, daß der Füllungsgrad im Ar beitsraum beim Mindest-Schlupf auf einen bestimmten (optimalen) Wert begrenzt ist;
- b) die Einströmöffnungen (32) der zusätzlichen Auslaßkanä le (31) liegen im radial inneren Bereich des Arbeits raumes.
4. Antriebsanlage nach Anspruch 2 oder 3, worin radial inner
halb des Arbeitsraumes der Kupplung ein Stauraum (34) vor
gesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stauraum (34)
mit den zusätzlichen Auslaßkanälen (31) in Leitungsverbin
dung steht.
5. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn
zeichnet durch die folgenden Merkmale:
- a) dem Wendegetriebe ist eine Füllpumpe (3) für Arbeits flüssigkeit zugeordnet, an die eine Druckleitung (19) angeschlossen ist;
- b) die Druckleitung (19) ist über ein Kupplungs-Ein laßventil (7) mit einer Kupplungs-Einlaßleitung (7a) verbunden und außerdem über ein Wandler-Einlaßventil (8) mit einer Wandler-Einlaßleitung (8a);
- c) die Druckleitung (19) ist außerdem - unter Umgehung der Einlaßventile (7, 8) - über je eine Drosselstelle (10, 11) mit jeder der beiden Einlaßleitungen (7a, 8a) ver bunden.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3938085A DE3938085A1 (de) | 1989-11-16 | 1989-11-16 | Antriebsanlage fuer einen bootspropeller |
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