Kupplungsaggregat zur lösbaren Verbindung zweier in Drehung befindheher Wellen Die Erfindung bezieht sich auf ein Kupplungs aggregat zur lösbaren Verbindung zweier in Dre hung befindlicher Wellen, welches sich insbesondere zur Verbindung eines elektrischen Generators mit einer Antriebsmaschine eignet.
In elektrischen Kraftzentralen bleibt normaler weise der elektrische Generator auch während der Zeit, da er zur Stromerzeugung nicht benötigt wird, ans Netz angeschlossen und läuft synchron als Pha senschieber. Für diesen Phasenschieberbetrieb muss die Antriebsmaschine von der elektrischen Maschine abgekuppelt und für den Stromerzeugerbetrieb wie der angeschlossen werden. Diese Aufgabe erfordert eine auskuppelbare Verbindung der Antriebsmaschine mit dem Generator, welche imstande sein muss, grosse Leistungen bei hohen Drehzahlen zu übertragen und dabei unbegrenzt lange leer laufen zu können.
Vorhandene Kupplungen sind zur Lösung dieser Aufgabe wenig geeignet. Mechanische Klauenkupp- lungen, die imstande sind, die grossen Leistungen zu übertragen und auch unbegrenzt lange ausgeschaltet laufen können, erfordern komplizierte Synchronisier- einrichtungen, um einen Synchronlauf der beiden Maschinen für den Augenblick des Zusammenkup- keins herbeiführen und feststellen zu können. Da bei ist die Manipulation mit diesen Einrichtungen sehr umständlich.
Hydraulische Kupplungen lassen kein schlupfloses Arbeiten zu, haben einen grossen Leerlaufverbrauch, können nicht lange leer laufen und sind für höhere Drehzahlen ungeeignet.
Das erfindungsgemässe Kupplungsaggregat, wel ches die erwähnten Nachteile nicht aufweist, ist ge kennzeichnet durch eine elektromagnetische Zahn kupplung zur Erzwingung des synchronen Mitlaufens der einen Welle mit der aiidern und durch eine parallel zur elektromagnetischen Kupplung angeord nete mechanische Klauenkupplung, die gleichviel oder ein ganzes Vielfaches an Klauen aufweist wie die magnetische Kupplung Zähne, wobei die Kupplungs hälften der beiden Kupplungen<B>je</B> in einer solchen Winkellage mit der zugehörigen Welle verbunden sind, dass nach Synchronisierung durch die Magnet kupplung die Kupplungshälften der mechanischen Kupplung Klaue auf Klauenlücke stehen,
so dass die Hälften der mechanischen Kupplung während des Drehens ineinander eingerückt werden können.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Kupplung.,saggregates schematisch dargestellt.
Es zeigen: Fig. <B>1</B> einen Schnitt in Achsenrichtung durch das Kupplungsaggregat.
Fig. 2 einen Schnitt nach I-1 in Fig. <B>1.</B>
In Fig. <B>1</B> ist eine Welle<B>1</B> mit einem Kupplungs körper 2 verbunden, der an seiner Innenseite eine Innenverzahnung<B>3</B> aufweist und mit einem Ring 4 aus magnetisch weichem Eisen versehen ist. Eine zweite Welle<B>5</B> ist in einem Lager<B>6</B> im Gehäuse<B>7</B> drehbar gelagert. Die Welle<B>5</B> ist mit einem Kupp lungsteil<B>8</B> fest verbunden, der mit zwei Ringen<B>9,</B> ebenfalls aus magnetisierbarem Material versehen ist. Die Ringe<B>9</B> sind mittels zweier Ringe<B>10</B> und<B>11</B> aus nichtinagnetisierbarem Material auf den Kupp lungsteil<B>8</B> befestigt.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind die Ringe 4 und<B>9</B> mit Aussparungen 12 bzw. <B>13</B> versehen, die durch nichtmagnetisierbares Material ausgefüllt sind. Gegenüber den Ringen<B>9</B> ist<B>im</B> Ge häuse<B>7</B> ein Polring 14 befestigt, in welchem sich eine elektrische Spule<B>15</B> mit Zuleitungen<B>16, 17</B> (Fig. 2) befindet. Die Welle<B>5</B> ist mit einem ver schiebbaren Teil<B>18</B> versehen, welcher eine Verzah- nun- <B>19,</B> die in die Verzahnung<B>3</B> eingreift und eine Verzahnung 20, die in eine Verzahnung 21 im Teil <B>18</B> eingreift, aufweist.
Der verschiebbare Teil<B>18</B> ist mit einer Ausnehmung 22 versehen, in die ein auf der Welle<B>5</B> ausgebildeter Ansatz<B>23</B> eingreift. Beiderseits des Ansatzes<B>23</B> münden in die zwischen der Welle<B>5</B> und der Aufnehmung 22 des Teils<B>18</B> gebildeten Zwischenräume Kanäle 24 und<B>25,</B> welche an eine Quelle von hydraulischem Druckmittel an- schliessbar sind. Die Bewegung des Teils<B>18</B> ist durch auf der Welle<B>5</B> befindliche Ansätze<B>26</B> und<B>27</B> begrenzt.
Der Polring 14 mit der Spule<B>15</B> bildet zu sammen mit den Ringen 4,<B>9</B> und mit dem mit ihnen verbundenen Teilen eine elektromagnetische Zahnkupplung. Beim Einführen elektrischen Stro mes in die Spule<B>15</B> entsteht um diese herum ein magnetisches Feld, welches sich über die Teile 14, <B>9</B> und 4 schliesst. In den zwischen den Ausspa rungen 12 und<B>13</B> gebildeten, magnetisch leitenden sogenannten Zähnen konzentriert sich der magne tische Fluss. Zwischen den Teilen 4 und<B>9</B> entstehen dadurch magnetische Kräfte, die den Synchronlauf dieser Teile anstreben, falls der eine der Teile sich in Bewegung befindet.
Nach erzieltem Synchronlauf kann durch Zuführung von hydraulischem Druck mittel in den Kanal 24 der Teil<B>18</B> in der Figur nach links verschoben werden und ein Einschieben der Verzahnung<B>19</B> in die Verzahnung<B>9</B> bewirken. Dadurch wird der Kupplungsteil 2 mit dem Kupp lungsteil<B>8</B> mechanisch verbunden. Wird umgekehrt der Kanal 24 drucklos und das Druckmittel dem Kanal<B>25</B> zugeführt, so wird die Verbindung zwischen der Verzahnung<B>19</B> und<B>3</B> und dadurch zwischen den Kupplungsteilen 2 und<B>8</B> durch Verschieben des Teils<B>18</B> in der Figur nach rechts unterbrochen.
Die gegenseitige Lage der Aussparungen 12,<B>13</B> und der Verzahnungen<B>3</B> und<B>19</B> ist derart, dass bei gegen- einanderliegenden Aussparungen 12 und<B>13</B> die Ver zahnung<B>19</B> in die Verzahnung<B>3</B> einschiebbar ist. Zu diesem Zweck muss die Zähnezahl der Verzahnungen <B>3, 19</B> gleich gross sein oder ein Vielfaches der Anzahl der Aussparungen 12,<B>13</B> betragen. Um ein leichteres Einschieben der Verzahnungen<B>3</B> und<B>19</B> zu gestatten, sind die einander zugewandten Enden der Zähne abgerundet.
Es sei angenommen, dass die Welle<B>5</B> mit der Welle eines elektrischen Generators und die Welle<B>1</B> mit der Welle einer Gasturbine verbunden ist. Der elektrische Generator befindet sich im Phasenschie- berbetrieb, das heisst dieser läuft unbelastet synchron mit dem Netz. Soll nun der Generator elektrische Energie erzeugen, so muss dieser mit der Gasturbine verbunden werden. Das geschieht mit Hilfe des be schriebenen Kupplungsaggregates mit Vorteil auf die Weise, dass die Gasturbine mit der Welle<B>1</B> durch eigene Kraft oder durch einen Hilfsantrieb in Be trieb gesetzt und annähernd auf die Synchrondreh zahl des Netzes gebracht wird.
Dann wird durch Stronizuführung in die Spule<B>15</B> die elektromagne tische Klauenkupplung erregt. Diese Kupplung gleicht einen vorhandenen Unterschied an Drehzahlen zwi schen Generator und Gasturbine aus und bringt die beiden zu einem Synchronlauf, bei dem sich die Aus sparungen 12,<B>13</B> gegenüberstehen. Nun kann durch Zuführung von hydraulischem Druckmittel in den Kanal 24 der Teil<B>18</B> mit seiner Verzahnung<B>19</B> in die Verzahnung<B>3</B> eingeschoben werden. Dadurch werden die beiden Wellen<B>1</B> und<B>5</B> mit ihren Kupp lungsteilen 2 und<B>8</B> mechanisch miteinander ver bunden. Nachdem dieser Schaltvorgang durch geführt ist, kann die Stromzuführung zur Spule<B>15</B> unterbrochen werden.
Wird umgekehrt die Gasturbine abgeschaltet, so können die Verzahnungen<B>3</B> und<B>19</B> direkt durch Zuführung von hydraulischem Druckmittel in den Kanal<B>25</B> ausser Eingriff gebracht werden. Vorteil- hafterweise wird jedoch die durch die Verzahnung <B>3, 19,</B> 20, 21 und den Teil<B>18</B> gebildete mechanische Klauenkupplung durch Erregung der elektromagneti- sehen Zahnkupplung entlastet.
Das erfindungsgemässe Kupplungsaggregat ge stattet ein einfaches Synchronisieren und Zusammen schalten zweier zu verbindenden Wellen bei beliebig hohen Drehzahlen und ist zum Übertragen der gröss ten Leistungen geeignet. In ausgekuppeltem Zustand kann das erfindungsgemässe Kupplungsaggregat un begrenzt lange laufen, da es keine sich gegenseitig berührenden mechanischen Teile aufweist.
Das erfindungsgemässe Kupplungsaggregat eignet sich insbesondere zur Verbindung einer Gasturbine mit einem Generator. Gasturbinen werden bekannt lich in elektrischen Netzwerken hauptsächlich zur über- nahme der Spitzenbelastung eingesetzt und werden daher öfters ein- und ausgeschaltet, wobei auf die Schnelligkeit des Ein- und Ausschaltevorgangs Wert gelegt wird. Auch arbeiten diese mit viel höheren Drehzahlen als z. B. Wasserturbinen, so dass z. B. die bei den Wasserturbinen angewandten hydraulischen Kupplungen für Gasturbinen nicht geeignet sind. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, das erfindungs gemässe Kupplungsaggregat mit Vorteil auch bei anderen Antriebsmaschinen von Generatoren als bei Gasturbinen, also z.
B. bei Dampf- oder Wasser turbinen einzusetzen. Allgemein kann das erfindungs gemässe Kupplungsaggregat überall dort eingesetzt werden, wo es sich um die lösbare, in Bewegung schaltbare Verbindung zweier Wellen handelt.
Es versteht sich, dass die als Beispiel dienende beschriebene Anordnung in verschiedenster Art ab geändert werden kann. So kann z. B. die durch die Verzahnungen<B>3, 19,</B> 20, 21 gebildete Kupplung durch eine andere mechanische Klauenkupplung er setzt werden. Auch die Betätigung dieser Kupplung braucht nicht, wie im angeführten Beispiel, hydrau lisch zu erfolgen, sondern diese kann auch z. B. mechanisch, elektromagnetisch usw. durchgeführt werden. Dasselbe trifft auch auf die durch die Teile 4,<B>9,</B> 14,<B>15</B> gebildete elektromagnetische Zahn kupplung zu, welche auch in an sich bekannter Weise verschiedene Abänderungen erfahren kann.
Das in der Beschreibung erwähnte Anfahren der Turbine mit eigener Kraft bzw. mit einem Hilfs- antrieb bis in die Nähe der Synchrondrehzahl hat den Vorteil, dass die elektromagnetische Zahnkupp lung nur zur Synchronisierung beider zu verbin denden Wellen zu dienen braucht und dementspre chend klein dimensioniert werden kann. Es ist jedoch, insbesondere auf anderen Verwendungsgebieten, ohne weiteres möglich, dass die elektromagnetische Zahnkupplung allein, bei entsprechender Dimensio- nierung, die Beschleunigung der einzukuppelnden Welle und der mit ihr verbundenen Maschine über nimmt.