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Kraftübertragungsanlage zum Erzielen einer Uberdrehzahl
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftübertragungsanlage für hohe Leistungen mit kurzzeitiger Einschaltung einer vorzugsweise nur einige Prozent über der Normaldrehzahl liegende Überdrehzahl der Abtriebswelle während des Betriebes, bei der der für die Normaldrehzahl ausgelegte Kraftweg eine Trennkupplung und der für die Überdrehzahl ausgelegte Kraftweg einen ein-und ausschaltbaren Stromungskreislauf aufweist, nach Patent Nr. 245890, wobei der für die Normaldrehzahl und der für die Überdrehzahl ausgelegte Kraftweg gleichachsig angeordnet und der die Sekundärteil der Trennkupplung des Normaldrehzahlkraftweges und die Sekundärteil des Strömungskreislaufes des Überdrehzahlkraftweges über eine Zentralwelle verbunden sind.
Der Strömungskreislauf in dem auf die Überdrehzahl ausgelegten Kraftweg ermöglicht es, dass auch bei grossen Leistungen die während des Betriebes erfolgende Ein- und Abschaltung dieses Kraftweges nicht problematisch wird.
Eine besondere Ausführungsart nach dem Stammpatent besteht darin, die Trennkupplung als füllund entleerbare, vorzugsweise regelbare Strömungskupplung auszubilden, so dass der im Normalbetrieb eingeschaltete Kraftweg lediglich einen Strömungskreislauf, d. h. keine weitere mechanische Kupplung aufweist. Hiezu sollen besonders zweckmässig Ausgestaltungen vorgeschlagen werden. Eine solche Ausgestaltung besteht darin, dass bei einer Kraftilbertragungsanlage der eingangs erwähnten Art die Primärteile der beiden Leistungsüberträger über eine die Zentralwelle teilweise umgebende Hohlwelle sowie ein im Kraftfluss dieser Hohlwelle liegendes mit einer die Überdrehzahl ergebenden Übersetzung ausgelegtes Umlaufrädergetriebe miteinander verbunden sind, wobei ein Glied des Umlaufrädergetriebes ortsfest abgestützt ist.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die gesamte Antriebsanlage koaxial und damit platzsparend angeordnet ist und dass der Normaldrehzahlkraftweg keine Zahnräder aufweist. Das eine Glied des Umlaufrädergetriebes kann im übrigen mittels einer Bremse od. dgl. am Gehäuse abgestützt werden. Im Überdrehzahlgang wird die Bremse eingeschaltet, während sie im Normalgang gelöst
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sigkeitsentleerten Überdrehzahl-Strömungskupplung entstehen können.
Bei einer andern zweckmässigen Ausgestaltung, u. zw. für die Fälle, dass An- und Abtriebswellen nicht gleichachsig vorgesehen werden und die Drehzahl der Abtriebswelle höher liegen muss als die der Antriebswelle, sind beide Strömungkupplungen gleichachsig und zwischen diesen und der Antriebswelle je eine Zahnradübersetzung ins Schnelle angeordnet, wobei die Turbinenräder beider Strömungskupplungen fest auf der Abtriebswelle sitzen. Bei den Bauarten mit zwei Strömungskupplungen ist es in manchen Fällen zweckmässig, beide als regelbare Strömungskupplungen auszubilden. Damit kann nicht nur mit der Normaldrehzahl und Überdrehzahl, sondern auch in den jeweils darunterliegenden Drehzahlbereichen mit geringsten Verlusten gefahren werden.
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Die Anordnungen nach dem Stammpatent sind auch denkbar bei Anlagen, bei denen zwei An- triebsmotoren auf eine einzige Abtriebswelle arbeiten. Bei grossen Leistungen empfiehlt es sich, für je- den Antriebszweig einen Normal- und einen Überdrehzahl-Kraftweg vorzusehen. Hiebei können diese für entsprechend kleinere Leistungen ausgelegt werden. Vielfach werden aber auch zwei Arbeitsmaschi- nen, z. B. zwei Halblast-Kesselspeisepumpen, von einem einzigen Motor angetrieben. Diese Anordnung soll auch dann eine Betriebsmöglichkeit sichern, wenn die eine Arbeitsmaschine ausfällt, und ermög- licht es, dass zumindest ein Teil der Getriebeteile nicht für die unter Umständen äusserst grossen Ge- samtleistungen ausgelegt zu werden braucht.
Für diese Anwendungsfälle wird vorgeschlagen, zwei par- allelgeschaltete, wahlweise auf die Überdrehzahl umschaltbare Abtriebswellen vorzusehen, die über je eine Trennkupplung und über je einen mit einer inneren Übersetzung ins Schnelle ausgelegten Strö- mungswandler mit der betreffenden Antriebswelle in Triebverbindung stehen, insbesondere mit einem
Antrieb beider Abtriebswellen über eine einzige, vorzugsweise regelbare Strömungskupplung, deren
Sekundärteil über ein Verzweigungsgetriebe mit den beiden Abtriebswellen in Triebverbindung steht.
Bei Anlagen zur Übertragung sehr grosser Leistungen ist es bei der Massnahme, zwei Abtriebswellen vor- zusehen, zweckmässig, die Abtriebswellen über je zwei parallelgeschaltete, mit gleicher innerer Über- setzung ins Schnelle ausgelegte und koaxial angeordnete Strömungswandler mit der Antriebswelle in
Triebverbindung zu bringen. Diese Massnahme ermöglicht es, Anlagen für Leistungen auszuführen, die für jede Abtriebswelle doppelt so hoch sind wie die Leistung der Strömungswandler, d. h. dass vielfach serienmässighergestellte Wandler normaler Leistungen verwendet werden können.
Zur Überbrückung des Primär- und Sekundärteiles der Strömungswandler wird die Trennkupplung zweckmässigerweise als steuerbare Freilaufkupplung ausgebildet, wobei eine solche nur für je einen von je zwei zusammengehörenden Strömungswandlern vorgesehen wird. Als steuerbare Freilaufkupplung kann eine sogenannte Legge-Zahnkupplung (z. B. nach der deutschen Patentschrift Nr. 888340) verwendet werden. Im Normal- drehzahlgang fasst der Freilauf und nimmt Primär- und Sekundärteil beiderzusammengehörenderWand- ler mit gleicher Drehzahl mit. Soll der Überdrehzahlgang eingelegt werden, so werden die Wandler gefüllt, wobei sich der Freilauf löst. Soll die eine Abtriebswelle bei laufender Antriebswelle abgeschaltet werden, so wird die steuerbare Freilaufkupplung ganz ausgerückt, d. h.
Primär- und Sekundärteil sind mechanisch voneinander getrennt. Es ist dabei zweckmässig, dass die Abtriebswelle festbremsbar ausgebildet wird. Die Ausbildung der Trennkupplung als steuerbare Freilaufkupplung ist übrigens nicht auf die zuletzt genannte Kraftübertragungsanlage beschränkt, sondern bringt auch beiandern erfindungsgemässen Anlagen diese Vorteile.
Um in der Verwendung der beiden Stromungswandier fur jede Abtriebswelle noch freizügiger sein zu können, kann der bzw. können die beiden Strömungswandler jedes Abtriebszweiges auf je zwei koaxialen Zwischenwellen angeordnet werden, von denen jeweils die eine über Zahnräder mit der gemeinsamen Antriebswelle und die andere mit der Abtriebswelle in Triebverbindung steht, wobei ein für beide Abtriebszweige gemeinsames Zahnrad vorgesehen ist. Die Zahnradübersetzungen lassen die notwendige Primärdrehzahleines Serien-Wandlers leicht erreichen, u. zw. unabhängig von der geforderten Abtriebsdrehzahl, was sich auf die Fertigung und Lagerhaltung günstig auswirkt.
Die Kraftübertragungsanlage nach dem Stammpatent und den oben erwähnten Ausführungsarten mit je einem Strömungskreislauf im Normal- und im Überdrehzahlkraftweg kann mit Vorteil auch in einem Leistungsverzweigungsgetriebe verwendet werden. Hiezu wird entweder ein Umlaufrädergetriebe (Summengetriebe) vorgesehen, dessen eines Hauptglied mit der Ausgangswelle der bisher erwähnten Getriebe, ein anderes Hauptglied mit der Antriebswelle verbunden werden, wobei das dritte Hauptglied die Abtriebswelle der Gesamtanlage bildet, oder ein Umlaufrädergetriebe (Leistungsteilergetriebe), dessen eines Hauptglied mit der Antriebswelle, ein anderes Hauptglied mit der Eingangswelle der bisher er- wähnten Getriebe und das dritte Hauptglied mit der Ausgangswelle der bisher erwähnten Getriebe verbunden wird, wobei diese die Gesamtabtriebswelle bildet.
So kann beispielsweise die Motorwelle mit der Eingangswelle der bisher erwähnten Getriebe und mit dem Hohlrad eines Umlaufrädergetriebes und die Ausgangswelle der bisher erwähnten Getriebe mit dem Sonnenrad und die Gesamtabtriebswelle mit dem Umlaufräderträger verbunden sein. Die Vorteile dieser Anordnungen bestehen darin, dass dieGesamtlei- stung nur zum Teil über den hydraulischen Kraftweg geführt wird, wodurch die Getriebeverlusteverrin- gert werden, und dass die Durchmesser der Strömungskreisläufe kleiner bemessen sein können.
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Hiebei zeigen Fig. 1 und 2 Kraftübertragungsanlagen mit zwei Strömungskupplungen und einem Umlaufrädergetriebe zum Erzielen der Überdrehzahl, Fig. 3 eine Kraftübertragungsanlage mit Leistungsverzweigung, deren hydraulischer Kraft weg zwei Strömungskupplungen aufweist, und mit einer Übersetzung der
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Abtriebswelle ins Schnelle und Fig. 4 eine Kraftübertragungsanlage mit einem Antriebsmotor, einer gemeinsamen Strömungskupplung und zwei Abtriebswellen mit je zwei Strömungswandlern im Überdrehzahlweg.
Die Kraftübertragungsanlagen nach den Fig. 1 und 2 weisen einen Motor --50-- auf, der über eine Wel- le --51-- den Primärteil--53- einer Strömungskupplung --52-- antreibt, deren Sekundärteil--54-auf der Abtriebswelle --55-- des Getriebes sitzt. Der Primärteil --53-- der Strömungskupplung --52-- steht ferner mit einem Hauptglied eines Umiaufrâdergetriebes-56 bzw. 60- in starrer Verbindung, u. zw. nach Fig. l mit einem Sonnenrad -57-- und nach Fig. 2 mit dem Umlaufräderträger--61--.
Nach Fig. 1 kämmt das Sonnenrad --57-- mit einem der beiden miteinander verbundenen und ortsfest gelagerten Umiaufrâder-"-58-, wâhrend das andere mit einem weiteren Sonnenrad -59-- kämmt, das über eine Hohwelle --66- mit dem Pdmärteil -6g-- einer weiteren Strömungskupplung --68-- in Verbindung steht. Nach Fig. 2 kämmt das eine der beiden Umlaufräder --62-- mit einem mittels einer Bremse --65-- festsetzbaren Sonnenrad --64-- und das andere mit einem Hohlrad-63--, das über eine Hohlwelle --67-- mit dem Primärteil --69-- der Strömungskupping --68-- verbunden ist. Nach den
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(Fig. 1) bzw. die Bremse (65) abgestützt ist (Fig. 2).
Das Umiaufrâdergetriebe-56 bzw. 60""ist fur eine Übersetzung von einigen Prozent grösser als 1 : 1 ausgelegt. Demgemäss wird der Überdrehzahlgang durch Füllen der Strömungskupplung --68-- und Entleeren der Strömungskupplung --52-- eingeschaltet, wobei der Kraftfluss über das Umlaufrädergetriebe --56 bzw. 60 (Bremse --65-- angezogen) verläuft. Wird die Strömungskupplung --52-- gefüllt und die andere Strömungskupplung entleert, stellt sich wieder der Normalgang ein. Bei dem Getriebe nach Fig. 2 ist im Normalgang die Bremse --65-- gelöst; hiebei läuft das Umiaufrâdergetriebe-60- insgesamt um, so dass auch der Primär- und Sekundärteil der entleerten Strömungskupplung --68-- mit einander gleicher Drehzahl umlaufen und somit keine Ventilationsverluste verursachen.
Die Kraftübertragungsanlage nach Fig. 3 mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe weist zwei Strö-
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eine Welle --82-- und ein Zahnradpaar --83, 84-- und eine Hohlwelle--85--bzw. über ein Zahnradpaar --86, 87-- und eine Hohlwelle --88-- angetrieben werden. Die Sekundärteile --77 und 80-- sind über eine Welle --89-- mit dem Sonnenrad--90 - eines als Summengetriebe dienenden Umlaufräder- getriebes --90-- verbunden. Dessen Hohlrad --90b-- steht über eine Hohlwelle --92-- mit dem Pri-
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der Strömungskupplung --78-- und- verbunden.
Die Zahnradpaare --83, 84-- und --86, 87-- bewirken beide eine Übersetzung ins Schnelle, u. zw. weist das Zahnradpaar --86, 87-- eine grössere Übersetzung auf als das Zahnradpaar - -83, 84--. Deshalb wird durch Einschalten der Strömungskupplung --78-- der Überdrehzahlgang eingelegt. Bei beiden Strömungskupplungen soll durch ein Schöpfrohr --93 bzw. 94-- deren Regelbarkeit angedeutet werden. Es ist möglich, durch Verstellen des Schöpfrohres den Füllungsgrad der Strömungskupplung zu verändern und dadurch die Abtriebsdrehzahl herabzusetzen. Die Anlage nach Fig. 3 gestattet einen stufenlosen Drehzahlbereich von der Überdrehzahl bis herab unter die Normaldrehzahl. Das Summengetriebe --90-- ermöglicht es, dass in beiden Drehzahlbereichen nur ein Teil der Gesamtleistung, z. B. der dritte Teil, über den hydraulischen Kraftweg geführt wird.
Damit wird der Schlupfverlust, der so-ist z. B. eo ausmacht, herabgedrückt (im vorliegenden Beispiel auf 0, 67%, bezogen auf die Gesamtleistung). Bei grossen Leistungen wirkt sich dies in erheblichem Masse aus. Ferner brauchen die Strömungskupplungen nur auf die verminderte Leistung ausgelegt zu werden.
Bei der Antriebsanlage nach Fig. 4 teilt sich dagegen die Leistung eines einzigen Motors-115auf zweiKraftwege und zwei Arbeitsmaschinen auf, wobei den beiden letzteren eine gemeinsame, mittels eines Schöpfrohres --120-- regelbare strömungskupplung --117-- vorgeschaltet ist. Deren PrimÅarteil --118-- wird über eine Welle --116-- angetrieben, während der Sekundärteil--119-- über eine Welle--121-- und über Zahnräder --122, 123 und 124-- mit zwei Abtrieben, u. zw. zunächst mit zwei Zwischenhohiwellen-125 und 126-- verbunden ist.
Auf diesen Hohlwellen sitzen jeweils die beiden Primärteile --128, 132 und 136, 140-- je zweier Strömungswandler --127, 131 und 135, 139-- mit gleicher Beschaufelung. Die Sekundärteile --129, 133 bzw. 137, 141-- stehen mit einer zentralen Zwischenwelle --143 bzw. 144-in Trieoverbindung, die ihrerseits über ein Zahnradpaar --145, 146 bzw. 147, 148-- mit der Abtriebswelle-149 bzw. 150-verbunden ist. Die Strömungswandler --127,131,135 und 139-- mit ortsfest angeordneten Leiträdern
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- 130, 134 und 138, 142- sind auf eine innere Übersetzung in Schnelle (z. B. 1, 1 : 1) ausgelegt.
Die Funktion der Trennkupplung übernimmt ein mittels eines Hebels --151 bzw. 153-- steuerbarer (d. h. den Kraftfluss in beiden Drehrichtungen unterbrechenbarer) Freilauf-152 bzw. 154--, u. zw. ist an jeweils einem Strömungswandler jedes Kraftweges nur ein einziger Freilauf angeordnet. Im Normalgang (Wandler nicht gefüllt) fasst der Freilauf ; er löst sich erst dann, wenn nach Füllen der Wandler die Nor- maldrehzahl der Abtriebswellen überschritten wird, Beim Gangwechsel braucht hier also die Trennkupplung nicht betätigt zu werden. Soll der eine Abtrieb bei weiter laufendem Antrieb stillgelegt werden, wird der betreffende Freilaufgang ausgeschaltet.
Weitere Besonderheiten der Anlage nach Fig. 4 bestehen darin, dass in jedem Kraftweg die Leistung auf zwei Strömungswandler verteilt wird, die demgemäss kleinere Abmessungen aufweisen (oder insgesamt eine höhere Leistung übertragen können), und dass die Drehzahlen der zwischen den Zahnradpaaren - -122, 123 und 145,146 bzw. 122,124 und 147,148-- befindlichen Strömungswandler --127 und 131-- bzw.-135 und 139-- weitgehend unabhängig von der Drehzahl der An- und Abtriebswelle ausgewählt werden können, was fertigung-un lagerungstechnische Vorteile bringt. Die regelbare Strömungskupp- lung -117- überträgt zwar die volle Leistung ; jedoch machen der Entwurf und die Herstellung von Strömungskupplungen sehr grosser Leistungen nicht solche Schwierigkeiten wie bei Strömungswandlern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kraftübertragungsanlage für hohe Leistungen mit kurzzeitiger Einschaltung einer vorzugsweise nur einige Prozent über der Normaldrehzahl liegenden Überdrehzahl der Abtriebswelle während des Betriebes, bei der der für die Normaldrehzahl ausgelegte Kraftweg eine Trennkupplung urd der für die Überdrehzahl ausgelegte Kraftweg einen ein-und ausschaltbaren Strömungskreislauf aufweist, nach Patent Nr.
245890, wobei der für die Normaldrehzahl und der für die Überdrehzahl ausgelegte Kraftweg gleichachsig angeordnet und die Sekundärteile der Trennkupplung des Normaldrehzahlkraftweges und die Sekundärteile des Strömungskreislaufes des Überdrehzahlkraftweges über eine Zentralwelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärteile (53, 69) der beiden Leistungsüberträger (52, 68) über eine die Zentralwelle (55) teilweise umgebende Hohlwelle (66) sowie ein im Kraftfluss dieser Hohlwelle liegendes mit einer die Überdrehzahl ergebenden Übersetzung ausgelegtes Umlaufrädergetriebe (56 bzw. 60) miteinander verbunden sind, wobei ein Glied (58a bzw. 64) des Umlaufrädergetriebes ortsfest abgestützt ist (Fig. 1 und 2).
2. KraftübertragungsanlagenachAnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Glied des Umlaufrädergetriebes, wie an sichbekannt, mittels einer Bremse (65) am Gehäuse (71) abgestützt ist (Fig. 2).
3. KraftübertragungsanlagenachAnspruch10der2, gekennzeichnet durch zwei parallelgeschaltete, wahlweise auf die Überdrehzahl umschaltbare Abtriebswellen (149 und 150), die über je eine Trennkupplung (252 und 154) und über mindestens je einen mit einer inneren Übersetzung ins Schnelle ausgelegten Strömungswandler (127, 131 und 135,139) mit der betreffenden Antriebswelle in Triebverbindung stehen, insbesondere mit einem Antrieb beider Abtriebswellen über eine einzige, vorzugsweise regelbare Strömungskupplung (117), deren Sekundärteil (119) über ein Verzweigungsgetriebe (122 bis 124) mit den beiden Abtriebswellen in Triebverbindung steht (Fig. 4).