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Planetenradschaltgetriebe
Die Erfindung bezieht sich auf ein Planetenradschaltgetriebe, insbesondere für Wasserkraftanlagen, bei dem eine innerhalb des Getriebegehäuses angeordnete schaltbare Kupplung mit dem inneren Sonnenrad verbunden ist. Im besonderen findet die Erfindung Anwendung bei einem aus Turbine, Planetenradgetriebe und Generator bestehenden Maschinenaggregat, insbesondere für Wasserkraftanlagen, bei dem eine den Kraftfluss zwischen Getriebe und Generator unterbrechende Abschaltvorrichtung vorgesehen ist.
In verschiedenen Zweigen des Maschinenbaues, bei denen Planetenradgetriebe zum Einsatz gelangen, wird die Forderung gestellt, dass bei Auftreten kritischer Betriebsverhältnisse eine Unterbrechung des Kraftflusses stattfinden soll. Im besonderen besteht die Notwendigkeit des Einsatzes derartiger Getriebe bei Wasserkraftanlagen.
Um den Generator günstig auslegen zu können, ist es notwendig, die kleinen Betriebsdrehzahlen, z. B. der Rohrturbinen, mittels Planetengetrieben so zu übersetzen, dass hochtourig Generatoren mit kleinen Abmessungen und geringem Gewicht verwendet werden können. Bei Verwendung normaler Getriebe müssen die Generatoren für die hohen Durchgangsdrehzahlen der Turbine ausgelegt werden. Die Durchgangsdrehzahl einer Turbine liegt etwa um das Dreifache über der NenndrehzahL Um gegenüber den Fliehkraftwirkungen standzuhalten, müssten die Generatoren als Turbogeneratoren ausgebildet werden. In den meistenFällen, insbesondere bei höheren Leistungen, müsste aber die Generatordrehzahl wie-
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der Drehzahl hat grössere Dimensionen und höheres Gewicht des Generators zur Folge.
Beides ist ausräumlichen Gründen insbesondere bei Rohrturbinenanlagen, unzulässig.
Dieser Übelstand wird dadurch behoben, dass das zwischen Turbine und Generator geschaltete Pla- netengetriebe mit einer Abschaltvorrichtung ausgestattet wird, das bei einer bestimmten Überdrehzahl der Turbine den Kraftfluss zwischen Getriebe und Generator unterbricht. Bei einem vorbekannten Planetenabschaltgetriebe wird von dem Gedanken ausgegangen, dass das Planetenradgetriebe dann keine Kraft- übertragung durchführt, wenn das äussere Sonnenrad, das während des Betriebes ortsfest bleibt, sich mit dem Planetenradtrager'anddeminnerenSonnenradfreidrehenkann. IndiesemFalleistkeineAbsttttzung der Planetenräder am äusseren Sonnenrad gegeben, so dass das innere Sonnenrad keine Abtriebsfunktion mehr besitzt.
Die vorbekannte Abschaltvorrichtung besteht somit aus einer Schaltbremse, die auf das äussere Sonnenrad des Planetengetriebes einwirkt. Wenn das Planetengetriebe den Kraftfluss übertragen
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rad abstützen können. Wenn die Turbinendrehzahl hingegen überhöht ist, öffnet die Schaltbremse und gibt den Zahnkranz des äusseren Sonnenrades frei. Der Zahnkranz fängt somit an zu rotieren und unterbricht den Kraftfluss der treibenden und getriebenen Maschine.
Bei einer derartigen Sicherungsvorrichtung wirkt es sich ungünstig aus, dass die verwendete Schaltbremse fllr das hohe Stützmoment ausgelegt werden muJ3. Hiebei ist zu bedenken, dass das Bremsmoment nur unwesentlich kleiner als das Moment an der langsam laufenden Welle ist. Die Folge davon ist, dass die Bremse in vielen Fällen wesentlich grössere Abmessungen als das eigentliche Getriebe besitzen muss.
Auf diese Weise geht der an sich durch Verwendung des Planetenradgetriebes erzielbare Vorteil der gedrängten Bauweise wieder vollständig verloren.
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Es ist weiterhin ein Schaltgetriebe in Verbindung mit einem Planetenradsatz bekannt, bei dem eine innerhalb des Getriebegehäuses angeordnete schaltbare Kupplung mit dem inneren Sonnenrad verbunden ist. Dabei bildet das innere Sonnenrad des Planetenradgetriebes mit dem Innenlamellenträger eine körperliche Einheit, die auf dem Lagerzapfen des Planetenradsteges gelagert ist. Somit ergibt sich der Nachteil, dass auf die Verzahnung des inneren Sonnenrades einwirkende Kräfte unmittelbar auf die Kupplung übertragen werden, weshalb durch die Erfindung der Zweck erreicht werden soll, dass zwischen Kupplung und Planetenradgetriebe die Übertragung von Kräften mit Ausnahme des Drehmomentes ausgeschlossen wird.
Dadurch soll weiterhin die Möglichkeit gegeben werden, dass innerhalb des Planetenradgetriebes einLastdruckaus- gleich durchgeführt werden kann.
Dieser Zweck wird mit der Erfindung dadurch erreicht, dass der Innenlamellenträger der der Kraftflussunterbrechung bei ungewünschter Drehzahlerhöhung dienenden Lamellenkupplung mit dem in an sich bekannter Weise ungelagerten Sonnenrad über ein elastisch nachgiebiges oder gelenkiges Glied verbunden ist.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, dass mit dem inneren Sonnenrad eine an beiden Enden verzahnte Hülse gelenkig verbunden ist, deren freie aussenverzahnte Seite mit dem innenverzahnten Innenlamellenträger der als Lamellenkupplung ausgebildeten Abschaltvorrichtung in Eingriff steht. Anderseits ist der AuBenlamellenträger der Kupplung mit der Generatonmtriebswel1e unmittelbar verbunden. Eine derartige Verbindung ist zwar bei andern Getriebetypen bereits bekannt.
Die Anwendung dieses Merkmales bei vorliegender Erfindung bringt jedoch den Vorteil einer erheblichen Raumersparnis,
Im Sinne der Erfindung erweist es sich weiterhin als vorteilhaft, den Innenlarnellenträger mit seinem hydraulischen Kolbenzylinder und der Druckscheibe auf dem axial verlängerten Steg des Planetenradgetriebes zu lagern. Auf diese Weise ist weiterhin der Vorteil gegeben, dass die Abschaltvorrichtung innerhalb des Planetenradgetriebegehäuses angeordnet sein kann.
Schliesslich sieht die Erfindung vor, die gelenkige Hülse durch die Bohrung des Planetenradstegzapfens hindurchzuflihren.
Die Steuerung der erfindungsgemässen Abschaltvorrichtung erfolgt vollautomatisch. Bei Kraftfluss werden die Innen- und Aussenlamellen der Kupplung durch einen mit Öldruck beaufschlagten Kolben zusammengepresst. Der Reibungsschluss der Lamellen stellt hiebei die für die Momentübertragung erforder- licheVerbindung beiderKupplungsteile her. Ist die Anlage drehzahlbegrenzt, dann wird bei Erreichen der Grenzdrehzahl mit Hilfe von Regler- und Steuereinrichtungen die Drucköl zufuhr zur Kupplung unterbro- chen, wodurch der Reibungsschluss der Lamellen gelöst und die treibende von der getriebenen Maschine getrennt wird.
Diese Ausführung hat gegenüber der vorbekannten Abschaltvorrichtung den Vorteil, dass der Schaltteil für ein Übertragungsmoment, das um das (i-1)-fache kleiner ist, ausgelegt zu werden braucht, wodurch sich eine wesentlich kleinere Dimension der Abschaltvorrichtung ergibt. An Stelle des hier beschriebenen Schaltelementes, das aus einer öldruckgesteuerten Lamellenkupplung besteht, kann zur Erreichung der geschilderten Forderungen jede während des Betriebes schaltbare Kupplung, beispielsweise hydraulische, pneumatische oder mechanische Kupplung, verwendet werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus det. Zeichnung. In. ihr ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel schematisch und beispielsweise dargestellt, wobei davon ausgegangen ist, dass als Schaltkupplung eine hydraulisch betätigbare Lamellenkupplung verwendet wird.
In der Zeichnung ist die von der Turbine kommende Antriebswelle mit 1 bezeichnet, die im Lager 2 gelagert ist. An ihrem Ende befindet sich der Turbinenwellenflansch 3, der mit dem Planetenträger 11 fest verbunden ist. In dem Planetenradträger sind die Planetenradlagerbolzen 4 angeordnet. Meistens sind drei derartige Bolzen 4 in einem Winkel von 1200 versetzt zueinander angeordnet. Auf diesen Bolzen 4 sind mit Hilfe der Lager 5 die Planetenräder 6 drehbar gelagert, die einerseits mit dem äusseren Sonnenrad 7 und anderseits mit dem inneren Sonnenrad 8 in Eingriff stehen. Das äussere Sonnenrad 7 ist mit Hilfe etwa zylindrischer elastischer Elemente, z. B. Federpakete 9, ortsfest, jedoch elastisch nachgiebig im Gehäuse 10 des Planetenradgetriebes abgestützt.
Darüber hinaus sind mit dem Gehäuse 10 die Stirnschei - ben 10* verbunden, die eine seitliche Bewegung des äusseren Sonnenrades 7 begrenzen. Diese Bewegung tritt zufolge der Verzahnungsfehler ein. Die elastischen Glieder 9 sollen hiebei einen Bewegungsausgleich zwischen den Planetenrädern 6 und dem äusseren Sonnenrad 7 ermöglichen. Das dargestellte Planetenradgetriebe erweist sich auch als Leistungsverzweigungsgetriebe mit sehr gutem Wirkungsgrad, wobei die Zahnräder des Planetenradgetriebes mit Vorteil pfeilverzahnt sein können.
Das innere Sonnenrad 8 ist nicht im Getriebegehäuse 10 des Planetenradgetriebes gelagert, sondern es stützt sich lediglich in den Planetenrädern 6 ab. An seiner freien Stirnseite besitzt das innere Sonnenrad 8
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die Aussenverzahnung 14, mit der die innenverzahnte Hülse 13 in Eingriff steht. Diese besitzt ihrerseits an dem andern Ende die Aussenverzahnung 15, mit der die innenverzahnte Druckscheibe 16 der Lamellenkupplung K im Eingriff steht. Mit der Scheibe 16 ist der Innenlamellenträger 17, auf dem dieInnen- lamellen 18 angeordnet sind, beispielsweise durch Verschraubung, fest verbunden. Der Innenlamellenträger 17 ist hiebei auf der axial verlängerten Nabe 12 des Planetenradträgers 11 drehbar gelagert.
Diese Nabe 12 bildet mit dem Planetenradträger 11 und dem Turbinenwellenflansch 3 eine starre Einheit. Auf dem Innenlamellenträger 17 ist weiterhin der Druckzylinder 26 fest angeordnet, in dem sich die Druckkammer 23* für das durch die Druckleitungen 23 geführte hydraulische Medium befindet. Durch die Einleitung des Druckes auf das hydraulische Medium wird der Kolben 21 gegen die Wirkung der Federn 22 axial verschoben, wodurch die Lamellen 18 und 19 zusammengepresst werden. Die Aussenlamellen 19 befinden sich in dem Aussenlamellenträger 20, die seinerseits mit einem Flansch 24 der Generatoran- triebswelle 25 fest verbunden ist. Das Gehäuse 10 des Planetenradgetriebes umschliesstmit einem Deckel 27 die gesamte Kupplung K.
Wenn sich die Drehzahl der Turbine in den normalen Grenzen bewegt, befindet sich das in den Leitungen 23 stehende Medium unter Druck, und die Kupplung ist geschlossen. Der Kraftfluss verläuft somit
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re Sonnenrad 8 antreiben. Da der Innenlamellenträger 17 über die Druckscheibe 16 und die Hülse 13 mit dem inneren Sonnenrad 8 drehstarr. jedoch gelenkig verbunden ist, rotiert auch der Innenlamellenträger 17 gleichzeitig mit dem inneren Sonnenrad 8. Zufolge der geschlossenen Kupplung K dreht sich somit auch dieGeneratorantriebswelle 25.
Wenn indes die Turbinendrehzahl über die Normaldrehzahl hinaus ansteigt, wird durch eine selbsttätige drehzahlabhängige Regeleinrichtung der Druck des hydraulischen Mediums unterbrochen, so dass der Kolben 21 der Kupplung K unter der Wirkung der Federn 22 sich zurückbewegt und die Lamellen 18,19 keinen Reibschluss mehr besitzen. Es ist somit der Kraftfluss zwischen der An- triebswelle 1 und der Generatorantriebswelle 25 in der Getriebekupplung unterbrochen.