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Antriebsanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanlage, bei der zwei Motoren über je einen Kraftweg auf einem gemeinsamen Abtrieb arbeiten und bei der zumindest einer der beiden Kraftwege zum Abschalten desselben eine entleerbare Strömungskupplung aufweist. Der Nachteil solcher bekannter Anlagen besteht darin, dass beim Antrieb lediglich über den andern Kraftweg infolge des mitlaufenden Sekundärteiles der Strömungskupplung in dieser Luftwirbelverluste auftreten, die etwa 1, 5 % der Leistung bei Nenndrehzahl der Strömungskupplung ausmachen. Bei Überdrehzahlen des Sekundärteiles der Strömungskupplung sind die Verlustleistungen noch wesentlich grösser.
Bei grösseren Anlagen werden dadurch hundert PS vernichtet, so dass die Wirtschaftlichkeit der Anlagesinkt und z. B. bei Schiffsantrieben der Aktionsradius verkleinert wird. Die vernichtete Energie wird darüber hinaus in Wärme umgesetzt, so dass sogar Vorkehrungen getroffen werden müssen, diese Wärmemengen abzuführen. Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits vorgeschlagen worden, in Kraftflussrichtung gesehen, hinter der Strömungskupplung einen Klemmrollenfreilauf anzuordnen, der sich beim Antrieb von der Abtriebsseite her löst, so dass beide Strömungskupplungsteile stillstehen und somit keine Luftwirbelverluste verursachen.
Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass der Freilauf ein verhältnismässig störanfälliges, dem Verschleiss unterworfenes und nicht stossfrei schaltendes Maschinenelement ist, das insbesondere bei der Übertragung grösserer Leistungen Schwierigkeiten verursacht. Ferner ist manchmal eine starre Durchkupplung des eine Strömungskupplung aufweisenden Kraftweges, z. B. zwecks Anwerfens des zugehörigen Motors durch den andernMotor, erwünscht. Dieses lässt sich bei der bekannten Vorrichtungnichtodernur mittels eines aufwendigen blockierbaren Freilaufes bewerkstelligen.
Die Erfindung verfolgt den Zweck, die vorgenannten Nachteile zu vermindern und eine einfache und durchaus betriebssichere Vorrichtung zu schaffen. Ausgehend von einem Getriebe der eingangs genannten Art wird vorgeschlagen, dass eine auf den Primärteil der einen oder beider Strömungskupplungen unmittelbar einwirkende Schaltbremse und ferner im Kraftweg zwischen dem Primärteil und dem zugehörigen Motor eine mechanische, im Stillstand schaltbare Trennkupplung, vorzugsweise eine Zahnkupplung, angeordnet werden. Soll der die Strömungskupplung aufweisende Kraftweg abgeschaltet werden, so wird die Strömungskupplung entleert, der zugehörige Motor abgeschaltet, danach die den Primärteil festsetzende Bremse angezogen, ferner die Trennkupplung und schliesslich die Bremse gelöst.
Der Sekundärteil der Strömungskupplung läuft, da er mit dem Abtrieb verbunden ist, weiterhin um.
NachAblauf der oben genanntenSchaltoperationen wird der nunmehr freidrehbare Primärteil vom Sekundärteil mitgenommen. Soll dieser Kraftweg wieder eingeschaltet werden, so wird zunächst die Bremse angezogen, dann die Trennkupplung zum Greifen gebracht, danach entweder der zugehörige Motor in Betrieb genommen und die Strömungskupplung gefüllt oder erst die Strömungskupplung gefüllt und dann der Motor über diesen Kraftweg angeworfen. Wird eine Zahnkupplung od. dgl. als Trennkupplung ver- wendet und treten bei ihrem Ausrücken Schwierigkeiten infolge von hohen Zahndrücken auf, so kann die Bremse als Rückdrehbremse ausgebildet werden.
Die Luftwirbel im Arbeitsraum der entleerten Strömungskupplung können den frei drehbaren Primärteil mitnehmen. Da hiebei lediglich die Lagerreibung der Primärwelle überwunden werden muss, stellt sich eine verhältnismässig kleine Relativdrehzahl zwischen beiden Strömungskupplungsteilen und damit ein sehr kleiner Luftwirbelverlust ein. Die Bremse und die im Stillstand schaltbare mechanische Trennkupp-
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lung, können auch bei Auslegung der Antriebsanlage für grösste Leistungen einfach und betriebssicher ausgebildet werden und schliessen somit ein mechanisches Risiko aus. Der Umstand, dasslängst bewährte Maschinenelemente zur Vermeidung der oben genannten Nachteile benutzt werden, zeigt, dass die Erfindung besonders fortschrittlich ist.
Es ist ferner zweckmässig, dass der Primärteil und der Sekundärteil der Strömungskupplung in an sich bekannter Weise mittels einer mechanischen Überbrückungskupplung, vorzugsweise einer Lamellenkupplung, kuppelbar sind. Hiedurch ist es nicht nur möglich, wie bekannt, den Normalschlupf der gefüllten Strömungskupplung (etwa 3 polo) zu vermeiden, so dass die Wirtschaftlichkeit bzw. bei Schiffen derenAktionsradius weiterhin gesteigert werden kann, sondern diese Massnahme bringt auch weitere Vorteile :
Bei unterbrochenem Kraftweg, d. h. bei entleerter Strömungskupplung und gelöster Bremse, kann die Über- brückungskupplung ebenfalls eingelegt werden, wodurch eine Relativdrehzahl zwischen Primär- und Sekundärteil und damit die gesamte, bisher noch verbliebene Schlupfleistung durch Luftwirbel vermieden wird.
Ferner können nun an der Überbrückungskupplung, sofern diese als Lamellenkupplung ausgebildet ist, auch bei Unterbrechung des betreffenden Kraftweges keine Reibungsverluste an den Lamellen auftreten.
Die Ausführung als Lamellenkupplung weist den weiteren Vorteil auf, dass bei plötzlichem Ausfall des abschaltbaren Kraftweges infolge Motorschadens die Abschaltung dieses Kraftweges ohne Schwierigkeiten erfolgen kann ; bei Zahnkupplungen könnten hohe Zahndrücke das Ausschalten erschweren. Zum Einschalten der Überbrückungskupplung bei Normalschlupf der Strömungskupplung kann im übrigen die Drehzahl des betreffenden Motors kurzzeitig gesenkt werden, damit die Überbrückungskupplung lediglich eine geringe Schaltleistung aufbringen muss, so dass sie verhältnismässig kleine Abmessungen erhalten kann. Die Überbrückungsmöglichkeit der Strömungskupplung erlaubt schliesslich eine einfache Ausführung der letzteren (z.
B. ohne Schnellentleerventile und Schöpfroilr) ; denn die Strömungskupplung arbeitet nur noch kurzzeitig, nämlich beim Anfahren des betreffenden Motors bis zum Erreichen des Normalschlupfes der Strö- mungsxupplung, und ein zur Kühlung dienender Öldurchsatz ist bei eingeschalteter Überbrückungskupplung nicht notwendig.
Da im abschaltbaren Kraftweg dem Motor die Trennkupplung unmittelbar nachgeschaltet ist, ist es zweckmässig, dass diese in an sich bekannter Weise zugleich als eine einen Wellenversatz und/oder eine winkelige Anordnung der entsprechenden Wellen ermöglichende Kupplung ausgebildet wird. Schliesslich kann die Primärwelle zwischen der Strömungskupplung und der Trennkupplung unabhängig von der Lagerung der zugehörigen Motorwelle gelagert werden, wobei ferner eine Lagerstelle der Primärwelle an deren entsprechendem Ende im Sekundärteil der überbrückbaren Strömungskupplung angeordnet werden kanr..
Diese Massnahme bringt Vorteile im Hinblick auf die Schmierung, da der im entkuppelten Zustand stillstehende Teil des Kraftweges, d. h. die Motorwelle und der mit dieser verbundene Teil der Trennkupplung, keinerlei Schmierung erfordert. Ferner braucht in dem Fall, dass Primärwelle und Sekundärwelle bei einer überbrückbarenStrömungskupplung gegenseitig gelagert sind, dieses Lager lediglich während des Ab- und Ankuppelns des betreffenden Kraftweges geschmiert zu werden ; in den übrigen Zeiten weisen beide Strömungskupplungsteile normalerweise keine Relativdrehzahl auf.
Besonders vorteilhaft ist der Erfindungsgedanke anwendbar bei einer Antriebsanlage mit zwei unterschiedliche Nennleistungen aufweisenden Motoren, die wechselweise mit entsprechend den Leistungen unterschiedlichen Drehzahlen auf die gemeinsame Abtriebswelle arbeiten (z. B. bei Schiffsantrieben), wobei die Erfindungsmerkmale in dem die geringere Nennleistung übertragenden Kraftweg volgesehen werden. Bei solchen Antriebsanlagen wird der Sekundärteil der Strömungskupplung im letztgenannten Kraftweg mit einer Drehzahl angetrieben, die über seiner normalen Betriebsdrehzahl liegt. Demgemäss wären die Luftwirbelverluste besonders hoch, falls der Primärteil stillstehen würde.
Wenn der Sekundärteil beispielsweise mit der doppelten Betriebsdrehzahl von der Abtriebsseite her angetrieben würde, würden die Luftwirbelverluste gegenüber dem Antrieb des Sekundärteiles mit Betriebsdrehzahl den achtfachen Wert erreichen.
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt. Hiebei zeigen Fig. l eine An- triebsanlage nach der Erfindung mit zwei Motoren gleicher Nennleistung und gleicher Nenndrehzahl und die Fig. 2 und 3 zwei Schiffsantriebe mit je zwei Motoren unterschiedlicher Nennleistungen und unterschiedlicher Abtriebsdrehzahlen (schematisch).
Mit 1 ist eine Dampfturbine, mit 2 eine Gasturbine bezeichnet. Beide Antriebsmaschinen ar- beitenüberjeeinenKraftweg, nämlichüberStirnräder 3/5bzw. 4/5, aufeineabtriebswelle 6, von der mittels einer Wellenkupplung 7 die Leistung abgenommen werden kann. Der Kraftweg zwischen der Gasturbine 2 und dem Stirnrad 4 ist ausschaltbar ; die Gasturbine 2 dient lediglich als Zusatzantriebsmaschine. Der Gasturbine 2 unmittelbar nachgeschaltet ist eine Trennkupplung 9, von
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der der eine Teil aus einer auf der Abtriebswelle 8 der Gasturbine aufgekeilten und eine Verzahnung 11 aufweisenden Hülse 10 und der andere Teil aus einer auf einer Welle 20 aufgekeilten und eine Verzah- nung 13 aufweisenden Hülse 12 besteht.
Eine mittels einer Führung 17 auf der Hülse 12 geführte Verzahnungen 15 und 16 und eine Eindrehung 18 aufweisende Muffe 14 kann mittels eines in die Eindrehung 18 eingreifenden, ortsfest angelenkten Hebels 19 so verschoben werden, dass die Verzahnung 11/16 und 13/15 jeweils ineinander greifen, u. zw. die Verzahnung 11/16 mit einem solchen Spiel, dass ein axialer und winkeliger Versatz der Welle 8 aufgenommen wird. In der linken, gekennzeichneten Stellung der Muffe 14 greifen beide Verzahnungspaare ineinander, so dass die Wellen 8 und 20 miteinander gekuppelt sind. In der rechten Stellung der Muffe 14 ist dagegen allein das Verzahnungspaar 13/15 im Eingriff, so dass kein Moment übertragen wird.
Ferner sind auf der Welle 20 ein mittels eines Bremsbandes 21 abbremsbares Rad 22 und der Primärteil 24 einer Strömungskupplung 23 (in Doppelanordnung) aufgekeilt. Das Bremsband 21 wird über eine Stange 49 von einem druckbelasteten Kolben 50 angezogen. Sinkt der Druck in der Zuführungsleitung 51, so entspannt eine Feder 52 das Brems band wieder. Der Sekundärteil 25, der Arbeitsräume 26 und 27 der Strömungskupplung 23 umschliesst, ist auf einer Welle 45 befestigt, auf der auch das Abtriebsstirnrad 4 sitzt. Die Arbeitsräume 26 und 27 werden über eine Leitung 28 mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt. Diese wird von einer Pumpe 29 aus einem Behälter 30 angesaugt und über Leitung 31, über einen ortsfesten, eine Nut 32 aufweisenden Ring 53 und eine Bohrung 33 in der Welle 20 in die Leitung 28 gedrückt.
Die Flüssigkeit fliesst aus den Arbeitsräumen 26 und 27 über Bohrungen 34 ab, wird dann in einem Sumpf 35 gesammelt und gelangt über eine Leitung 36 in den Behälter 30 zurück. Soll die Strömungskupplung gefüllt bleiben, so strömt über die Leitung 28 mehr Flüssigkeit zu als über die Bohrungen 34 abfliesst. Zwecks Entleerung der Strömungskupplung wird die Flüssigkeitszufuhr unterbrochen, u. zw. dadurch, dass ein in der Leitung 31 an-geordneter Absperrschieber 37 so gedreht wird, dass die angesaugte Flüssigkeit unmittelbar über eine Leitung 38 in den Behälter zurückfliesst.
DieStrömungskupplung 23 weist ferner eine Lamellenkupplung alsüberbrückungskupplung auf, mit- tels der der Primärteil 24 und der Sekundärteil 25 mechanisch miteinander kuppelbar sind. Die Lamellenkupplung weist Lamellen 39, die teils mit dem Primärteil, teils mit dem Sekundärteil drehfest, aber axial verschiebbar verbunden sind, und einen Ringkolben 40 auf, der durch den Druck eines über eine Leitung 41 und einen ortsfesten Ring 54 einem Ringraum 42 zugeführten Mediums (Flüssig- keit, Luft) nach links bewegt wird und dabei die Lamellen zusammenpresst. Ist die Leitung 41 drucklos, so wird der Ringkolben 40 von den sich entspannenden Lamellen 39 nach rechts verschoben.
Die Welle 20 weist am rechten Ende einen Zapfen 43 auf, der in einer Bohrung 44 am lin ken Ende der Welle 45 gelagert ist. Die Welle 45 ist ferner in einer Lagerung 46, die Welle 20 in einer Lagerung 47 gelagert. Der Sekundärteil 25 der Strömungskupplung 23 ist am linken Ende mittels eines Lagers 48 abgestützt.
Im folgenden sei das Zuschalten und Abschalten der Gasturbine 2 beschrieben, während die Dampf- turbine 1 auf die Abtriebswelle 6 arbeitet. In abgeschaltetem Zustand des Gasturbinenkraftweges sind die Trennkupplung 9 und die Bremse 21 gelöst, ist die Strömungskupplung 23 entleert (Absperrschieber 37 um 900 gedreht) und die Lamellenkupplung 39/40 eingeschaltet. Hiebei laufen der Sekundärteil 25, über das Zahnradpaar 4/5 angetrieben, und der Primärteil 24 mit gleicher Drehzahl um ; es entstehen somit keine Luftwirbelverluste in den Arbeitsräumen 26 und 27 der Strömungskupplung. Die Lagerung des Zapfens 43 in der Bohrung 44 benötigt hiebei keine Schmierung, ebenso nicht dieGasturbinenwelle 8. Man kann die Lamellenkupplung auch ausgeschaltet lassen. Dann läuft der Primärteil 24 langsamer um als der Sekundärteil.
Es muss hiebei im wesentlichen zusätzlich lediglich die Lagerreibung des Zapfens 43 überwunden werden.
Soll nun der Gasturbinenantrieb zugeschaltet werden, so wird zunächst die Lamellenkupplung 39/40 gelöst, danach die Bremse 21 angezogen und damit die Welle 20 zum Stillstand gebracht. In diesem Zustand wird die Trennkupplung eingelegt, die Bremse 21 wieder gelöst und dieStrömungskupp- lung 23 gefüllt (Drehschieber 37 wie gezeichnet). Durch das Füllen der Strömungskupplung wird die Triebverbindung zwischen Gasturbine 2 und Abtriebswelle 6 stossfrei hergestellt. Gleichzeitig wird die Gasturbine angelassen, sie kann nun auf die Abtriebswelle arbeiten.
Schliesslich wird bei Normalschlupf der Strömungskupplung die Lamellenkupplung 39/40 wieder eingeschaltet, so dass auch der geringe Schlupf der Strömungskupplung ganz vermieden wird. Zum Abschalten dieses Kraftweges wird zuerst die Lamellenkupplung 39/40 gelöst, die Strömungskupplung 23 entleert, die Gasturbine 2 abgestellt und die Bremse 21 angezogen, so dass die Welle 20 und
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die Gasturbinenwelle 8 zum Stehen kommen. Ist das eingetreten, werden die Trennkupplung und danach die Bremse 21 gelöst. Sobald die Welle 20 infolge der Luftwirbel sich dreht, wird die Lamellenkupplung 39/40 eingeschaltet, womit der eingangs erwähnte Betriebszustand wieder vorliegt.
Die Antriebsanlage nach Fig. l weist zwei Antriebsmotoren 1 und 2 von gleicher Nennleistung und gleicher Nenndrehzahl auf und gestattet die Benutzung beider Antriebsmotoren gleichzeitig (doppelte Nenn- leistung als Abtriebsleistung) oder die Benutzung lediglich des Motors l (Getriebeleistung = Motornennleistung), ohne dass Luftwirbelverluste auftreten. Es gibt jedoch Antriebsanlagen, die einen Hauptmotor aufweisen, nach dessen Abschaltung oder Ausfall ein Hilfsmotor kleinerer Leistung einspringen soll. Der Kraftweg mit diesem Hilfsmotor muss somit abschaltbar ausgebildet sein, beispielsweise mittels einer entleerbarenStrömungskupplung. Da überdies manche Antriebe in ihrer Leistungsaufnahme drehzahlabhängig sind, z. B. Schiffsantriebe, kann der schwächere Hilfsmotor nicht mit der Drehzahl des Hauptmotors auf den Abtrieb arbeiten.
Er weist also entweder eine kleinere Drehzahl als der Hauptmotor oder bei gleicher Drehzahl wie der Hauptmotor eine nachgeschaltete Zahnradstufe ins Langsame auf. Der Sekundärteil der Strömungskupplung wird nun bei Betrieb des Hauptmotors mit einer Drehzahl angetrieben, die über seiner Betriebsdrehzahl (bei Antrieb vom Hilfsmotor aus) liegt und die daher. verhältnismässig erhebliche Luftwirbelverluste verursacht. Diese Luftwirbelverluste können bei Anwendung der Erfindung wesentlich vermindert oder sogar beseitigt werden. Zwei Beispiele hiefür sind in Fig. 2 und 3 gezeigt.
In Fig. 2 treibt ein Hauptmotor 55 über eine entleerbare Strömungskupplung 56 und eine Zahnradstufe 57/58 ins Langsame eine Schiffsschraube 59. Als Hilfsantrieb ist ein Hilfsmotor 60 vorgesehen, der über eine Trennkupplung 61, eine entleerbare Strömungskupplung 63 mit einem mittels einer Bremse 62 festsetzbaren Primärteil 64 und über eine Zahnradstufe 66/58 ins Langsame auf die Schiffsschraube 59 arbeiten kann. Der Hilfsmotor 60 weist eine entsprechend seiner kleineren Leistung kleinere Nenndrehzahl auf, auf die die Strömungskupplung 63. ausgelegt ist. Bei Normalantrieb der Schiffsschraube mittels des Hauptmotors 55 wird der Sekundärteil 65 mit einer über der Betriebsdrehzahl der Strömungskupplung 63 liegenden Drehzahl angetrieben.
Hiebei wird zweckmä- ssigerweise die Trennkupplung 61 gelöst, so dass der Primärteil 64 frei umlaufen kann und praktisch keine Luftwirbelverluste verursacht. Der Ab- und Zuschaltvorgang des Hilfsmotors erfolgt in der oben beschriebenen Weise.
Die inFig. 3 dargestellteAntriebsanlage ist ähnlich ausgebildet. Hauptmotor 67, entleerbareStrömungskupplung 68, Zahnradstufe 69/70 ins Langsame, Schiffsschraube 71, ferner Hilfsmotor 72, Trennkupplung 73, Bremse 74, entleerbare Strömungskupplung 75 mit Primärteil 76 und Sekundärteil 77 und dieZahnradstufe 69/70 ins Langsame sind wie in Fig. 2 angeordnet. Abweichend von der Anordnung nach Fig. 2 besitzen beide Motoren 37 und 72 gleiche Nenndrehzahlen bei unterschiedlichen Nennleistungen. Daher sind die Zahnradstufen 69/70 unterschiedlich ausgelegt. Bei Antrieb durch den Hauptmotor 67 wird der Sekundärteil 77 der Strömungskupplung 75 über seine Betriebsdrehzahl hinaus ausgetrieben, so dass die erfindungsgemässe Anordnung der Trennkupplung 73 und der Bremse 74 besonders zweckmässig ist.
Die Strömungskupplung 75 weist im übrigen eine Überbrückungskupplung 78 auf, so dass hier die Luftwirbelverluste der Strömungskupplung 75 völlig vermieden werden können.
Da bei den Antriebsanlagen nach den Fig. 2 und 3 die Betriebszeit des Antriebes durch den Hilfsmo tor im Verhältnis zum Antrieb durch den Hauptmotor kurz ist, kann man die Luftwirbelverluste in den Strömungskupplungen 56 und 68 an sich in Kauf nehmen. Will man aber auch diese Luftwirbelverluste vermeiden, so kann im Kraftweg des Hauptmotors ebenfalls eine Trennkupplung und eine Bremse
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deren Anwendung sich aus vorstehendem ohne weiteres ergibt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Antriebsanlage, bei der zwei Motoren über je einen Kraftweg auf einem gemeinsamen Abtrieb arbeiten und bei der zumindest einer der beiden Kraftwege zum Abschalten desselben eine entleerbare Strömungskupplung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dasseineaufdenPrimärteil (24 ; 64 ; 76) der einen oder beide Strömungskupplungen (23; 63; 68a 75) unmittelbar einwirkende Schaltbremse (21 ; 62 ; 74, 81) und ferner im Kraftweg zwischen dem Primärteil und dem zugehörigen Motor (2 ; 60 ; 67,72) eine mechanische, im Stillstand schaltbare Trennkupplung (61 73, 80), vorzugsweise eineZahnkupplung (9), angeordnet sind.
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Propulsion system
The invention relates to a drive system in which two motors each work on a common output via a force path and in which at least one of the two force paths has a drainable fluid coupling to switch it off. The disadvantage of such known systems is that when they are driven only via the other force path as a result of the secondary part of the fluid coupling moving with them, air vortex losses occur in this, which make up about 1.5% of the power at the fluid coupling's nominal speed. If the secondary part of the fluid coupling is overspeed, the power losses are even greater.
In the case of larger systems, one hundred horsepower will be destroyed, so that the efficiency of the system will decrease and B. with ship propulsion the radius of action is reduced. The destroyed energy is also converted into heat, so that even precautions must be taken to dissipate this amount of heat. To avoid these disadvantages, it has already been proposed, seen in the direction of force flow, to arrange a clamping roller freewheel behind the fluid coupling, which is released when driven from the output side, so that both fluid coupling parts stand still and thus do not cause any air vortex losses.
The disadvantage of this device is that the freewheel is a relatively fault-prone machine element that is subject to wear and does not switch smoothly and that causes difficulties in particular when transmitting greater powers. Furthermore, a rigid coupling of the force path having a fluid coupling, e.g. B. for the purpose of starting the associated motor by the other motor, is desirable. In the known device, this cannot be achieved or only by means of a complex, lockable freewheel.
The aim of the invention is to reduce the aforementioned disadvantages and to create a simple and thoroughly reliable device. Based on a transmission of the type mentioned at the outset, it is proposed that a shift brake acting directly on the primary part of one or both fluid couplings and, furthermore, a mechanical disconnect clutch, preferably a toothed clutch, be arranged in the force path between the primary part and the associated motor. If the force path comprising the fluid coupling is to be switched off, the fluid coupling is emptied, the associated motor is switched off, then the brake fixing the primary part is applied, the separating coupling and finally the brake are released.
The secondary part of the fluid coupling continues to rotate because it is connected to the output.
After the above-mentioned switching operations have been completed, the now freely rotatable primary part is taken along by the secondary part. If this power path is to be switched on again, the brake is first applied, then the separating clutch is brought into engagement, then either the associated motor is put into operation and the fluid coupling is filled or the fluid coupling is first filled and then the motor is started via this force path. If a tooth clutch or the like is used as a separating clutch and if difficulties arise when it is disengaged due to high tooth pressures, the brake can be designed as a reverse rotation brake.
The air turbulence in the working space of the emptied fluid coupling can take the freely rotatable primary part with it. Since only the bearing friction of the primary shaft has to be overcome, a comparatively low relative speed is established between the two fluid coupling parts and thus a very small air vortex loss. The brake and the mechanical disconnect clutch that can be switched at standstill
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treatment, can also be designed simply and reliably when designing the drive system for maximum performance and thus exclude any mechanical risk. The fact that long-established machine elements are used to avoid the disadvantages mentioned above shows that the invention is particularly advanced.
It is also useful that the primary part and the secondary part of the fluid coupling can be coupled in a manner known per se by means of a mechanical lock-up coupling, preferably a multi-plate coupling. As a result, it is not only possible, as is known, to avoid the normal slip of the filled fluid coupling (about 3 polo), so that the economic efficiency or, in the case of ships, their radius of action can be increased further, but this measure also brings further advantages:
When the force path is interrupted, i. H. When the fluid coupling is emptied and the brake is released, the lock-up coupling can also be engaged, which avoids a relative speed between the primary and secondary part and thus the entire slippage that has remained so far due to air turbulence.
Furthermore, if the lock-up clutch is designed as a multi-disc clutch, no friction losses can occur on the discs even if the relevant force path is interrupted.
The design as a multi-disc clutch has the further advantage that in the event of a sudden failure of the power path that can be switched off due to engine damage, this power path can be switched off without difficulty; In the case of tooth clutches, high tooth pressures could make switching off more difficult. To switch on the lock-up clutch with normal slip of the flow clutch, the speed of the relevant motor can also be reduced for a short time so that the lock-up clutch only has to provide a low switching capacity so that it can have relatively small dimensions. The bridging option of the fluid coupling finally allows a simple design of the latter (e.g.
B. without quick emptying valves and scoop roller); this is because the fluid coupling only works for a short time, namely when the relevant motor is started up until normal slip of the fluid coupling is reached, and an oil throughput for cooling is not necessary when the lock-up coupling is switched on.
Since the separating clutch is connected directly downstream of the motor in the power path that can be switched off, it is expedient that this is designed in a manner known per se as a clutch that enables shaft offset and / or an angular arrangement of the corresponding shafts. Finally, the primary shaft can be supported between the fluid coupling and the separating coupling independently of the bearing of the associated motor shaft, with a bearing point of the primary shaft being able to be arranged at its corresponding end in the secondary part of the bypassable fluid coupling.
This measure has advantages in terms of lubrication, since the part of the force path that is stationary in the uncoupled state, i.e. H. the motor shaft and the part of the separating clutch connected to it, does not require any lubrication. Furthermore, in the event that the primary shaft and secondary shaft are mutually supported in a lock-up fluid coupling, this bearing only needs to be lubricated during the coupling and coupling of the relevant force path; in the remaining times, both fluid coupling parts normally have no relative speed.
The concept of the invention can be used particularly advantageously in a drive system with two different nominal powers having motors which alternately work with different speeds according to the power on the common output shaft (e.g. in ship propulsion systems), whereby the features of the invention are seen in the power path transmitting the lower nominal power . In such drive systems, the secondary part of the fluid coupling is driven in the last-mentioned power path at a speed which is above its normal operating speed. Accordingly, the air vortex losses would be particularly high if the primary part were to stand still.
If the secondary part were driven, for example, at twice the operating speed from the output side, the air turbulence losses would be eight times higher than when the secondary part was driven at operating speed.
Several exemplary embodiments are shown in the drawings. 1 shows a drive system according to the invention with two motors of the same nominal power and the same nominal speed, and FIGS. 2 and 3 show two ship drives with two motors of different nominal powers and different output speeds (schematic).
1 with a steam turbine, with 2 a gas turbine. Both drive machines work via one power path, namely via spur gears 3/5 and 4/5, on an output shaft 6, from which the power can be taken off by means of a shaft coupling 7. The power path between the gas turbine 2 and the spur gear 4 can be switched off; the gas turbine 2 serves only as an auxiliary drive machine. Directly downstream of the gas turbine 2 is a separating clutch 9 from
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One part consists of a sleeve 10 wedged on the output shaft 8 of the gas turbine and having teeth 11 and the other part consists of a sleeve 12 wedged on a shaft 20 and having teeth 13.
A toothing 15 and 16 guided by means of a guide 17 on the sleeve 12 and a sleeve 14 having a recess 18 can be displaced by means of a stationary articulated lever 19 engaging in the recess 18 so that the toothing 11/16 and 13/15 each interlock grab, u. between the teeth 11/16 with such a play that an axial and angular offset of the shaft 8 is absorbed. In the left, marked position of the sleeve 14, the two pairs of teeth mesh with one another so that the shafts 8 and 20 are coupled to one another. In the right position of the sleeve 14, on the other hand, only the pair of teeth 13/15 is in engagement, so that no torque is transmitted.
Furthermore, a wheel 22, which can be braked by means of a brake band 21, and the primary part 24 of a fluid coupling 23 (in a double arrangement) are keyed onto the shaft 20. The brake band 21 is attracted to a piston 50 under pressure via a rod 49. If the pressure in the supply line 51 drops, a spring 52 relaxes the brake band again. The secondary part 25, which surrounds the working spaces 26 and 27 of the fluid coupling 23, is attached to a shaft 45 on which the output spur gear 4 is also seated. The working spaces 26 and 27 are filled with working fluid via a line 28. This is sucked in from a container 30 by a pump 29 and pressed into the line 28 via line 31, via a stationary ring 53 having a groove 32 and a bore 33 in the shaft 20.
The liquid flows out of the working spaces 26 and 27 via bores 34, is then collected in a sump 35 and returns to the container 30 via a line 36. If the fluid coupling is to remain filled, more liquid flows in via line 28 than flows out via bores 34. For the purpose of emptying the fluid coupling, the liquid supply is interrupted, u. in that a gate valve 37 arranged in the line 31 is rotated in such a way that the sucked-in liquid flows back directly into the container via a line 38.
The flow coupling 23 also has a multi-plate coupling as a bridging coupling, by means of which the primary part 24 and the secondary part 25 can be mechanically coupled to one another. The multi-disk clutch has disks 39, which are connected partly to the primary part and partly to the secondary part in a rotationally fixed but axially displaceable manner, and an annular piston 40 which, by the pressure of a medium fed via a line 41 and a stationary ring 54 to an annular space 42 ( Liquid, air) is moved to the left and thereby compresses the slats. If the line 41 is depressurized, the annular piston 40 is displaced to the right by the relaxing lamellae 39.
The shaft 20 has at the right end a pin 43 which is mounted in a bore 44 at the end of the shaft 45 lin ken. The shaft 45 is also mounted in a bearing 46, the shaft 20 in a bearing 47. The secondary part 25 of the fluid coupling 23 is supported at the left end by means of a bearing 48.
The connection and disconnection of the gas turbine 2 while the steam turbine 1 is working on the output shaft 6 is described below. When the gas turbine power path is switched off, the separating clutch 9 and the brake 21 are released, the fluid coupling 23 is emptied (gate valve 37 turned by 900) and the multi-disc clutch 39/40 is switched on. The secondary part 25, driven by the pair of gears 4/5, and the primary part 24 rotate at the same speed; there are thus no air vortex losses in the working spaces 26 and 27 of the fluid coupling. The bearing of the journal 43 in the bore 44 does not require any lubrication, nor does the gas turbine shaft 8. The multi-plate clutch can also be left switched off. The primary part 24 then rotates more slowly than the secondary part.
In addition, essentially only the bearing friction of the pin 43 has to be overcome.
If the gas turbine drive is now to be switched on, the multi-disc clutch 39/40 is first released, then the brake 21 is applied and the shaft 20 is brought to a standstill. In this state, the separating clutch is engaged, the brake 21 is released again and the flow clutch 23 is filled (rotary valve 37 as shown). By filling the fluid coupling, the drive connection between the gas turbine 2 and the output shaft 6 is established smoothly. At the same time, the gas turbine is started, it can now work on the output shaft.
Finally, with normal slip of the fluid coupling, the multi-plate coupling 39/40 is switched on again, so that even the slight slippage of the fluid coupling is completely avoided. To switch off this force path, the multi-plate clutch 39/40 is first released, the fluid coupling 23 is emptied, the gas turbine 2 is switched off and the brake 21 is applied, so that the shaft 20 and
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the gas turbine shaft 8 come to a standstill. If this has occurred, the separating clutch and then the brake 21 are released. As soon as the shaft 20 rotates as a result of the air vortex, the multi-disc clutch 39/40 is switched on, whereby the operating state mentioned at the beginning is again present.
The drive system according to Fig. 1 has two drive motors 1 and 2 of the same nominal power and the same nominal speed and allows the use of both drive motors at the same time (double nominal power as output power) or the use of only motor 1 (gear power = motor nominal power) without air vortex losses occur. However, there are drive systems that have a main motor, after which an auxiliary motor with a lower output is supposed to step in after its shutdown or failure. The power path with this auxiliary motor must therefore be designed to be able to be switched off, for example by means of a drainable flow coupling. In addition, since some drives are speed-dependent in their power consumption, z. B. ship drives, the weaker auxiliary engine can not work with the speed of the main engine on the output.
It therefore either has a lower speed than the main motor or, at the same speed as the main motor, a downstream gear stage that slows down. When the main engine is in operation, the secondary part of the fluid coupling is now driven at a speed that is above its operating speed (when it is driven by the auxiliary engine) and that is therefore. causes relatively significant air vortex losses. These air vortex losses can be significantly reduced or even eliminated using the invention. Two examples of this are shown in FIGS. 2 and 3.
In Fig. 2, a main motor 55 drives a ship's propeller 59 via a drainable fluid coupling 56 and a gear stage 57/58. As an auxiliary drive, an auxiliary motor 60 is provided which, via a separating coupling 61, is a drainable fluid coupling 63 with a fluid coupling 63 that can be fixed by means of a brake 62 Primary part 64 and a gear stage 66/58 can work slowly on the propeller 59. The auxiliary motor 60 has a lower nominal speed corresponding to its lower power, for which the fluid coupling 63 is designed. With normal drive of the propeller by means of the main motor 55, the secondary part 65 is driven at a speed above the operating speed of the fluid coupling 63.
In this case, the separating clutch 61 is expediently released so that the primary part 64 can rotate freely and practically does not cause any air vortex losses. The auxiliary motor is switched off and on in the manner described above.
The inFig. The drive system shown in Figure 3 is designed similarly. Main motor 67, drainable flow coupling 68, gear stage 69/70 slowed down, propeller 71, further auxiliary motor 72, separating coupling 73, brake 74, drainable fluid coupling 75 with primary part 76 and secondary part 77 and gear wheel stage 69/70 slowed down are arranged as in FIG. In a departure from the arrangement according to FIG. 2, both motors 37 and 72 have the same nominal speeds with different nominal powers. Therefore the gear stages 69/70 are designed differently. When driven by the main motor 67, the secondary part 77 of the fluid coupling 75 is driven out beyond its operating speed, so that the inventive arrangement of the separating coupling 73 and the brake 74 is particularly useful.
The fluid coupling 75 also has a bridging coupling 78, so that here the air vortex losses of the fluid coupling 75 can be completely avoided.
Since in the drive systems according to FIGS. 2 and 3, the operating time of the drive by the auxiliary motor is short in relation to the drive by the main motor, the air vortex losses in the flow couplings 56 and 68 can be accepted. But if you want to avoid these air vortex losses, a separating clutch and a brake can also be used in the power path of the main engine
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the application of which is readily apparent from the above.
PATENT CLAIMS:
1. Drive system in which two motors each work via a power path on a common output and in which at least one of the two power paths has a drainable fluid coupling to switch it off, characterized in that one on the primary part (24; 64; 76) of the one or both fluid couplings ( 23; 63; 68a 75) directly acting switching brake (21; 62; 74, 81) and furthermore in the force path between the primary part and the associated motor (2; 60; 67, 72) a mechanical, disengageable clutch (61 73, 80), preferably a tooth coupling (9), are arranged.
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