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Kraftübertragungseinrichtung für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt, insbesondere
für Schiffsantriebe Die Erfindung bezieht sich auf Kraftübertragungseinrichtungen
für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt, insbesondere für Schiffsantriebe, welche in Verbindung
mit Antriebsquellen etwa in Form von Hochdruck- und/oder Heißdampf- bzw. Gasturbinen
Verwendung finden können. Derartige Antriebsquellen sind in Verbindung mit einem
üblichen Wendegetriebe nicht verwendbar, da diese eine Leerlaufstellung aufweisen
und infolgedessen bei Umschaltung von Vorwärtsfahrt auf Rückwärtsfahrt eine Phase
durchlaufen werden muß, in welcher die Antriebsturbine unbelastet ist und folglich
unzulässig hohe Drehzahlen erreichen kann.
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Es ist bereits eine Anordnung bekannt, welche zwischen einem Motor
und einer getriebenen Welle zwei Kraftwege besitzt, deren jeder jeweils eine zur
Vermeidung einer Leerlaufstellung regelbare Strömungskupplung aufweist, wobei die
getriebenen Wellen der beiden Kupplungen mit der getriebenen Hauptwelle jeweils
über Getriebe von verschiedenem Übersetzungsverhältnis im gleichen Drehsinn treibend
verbunden sind. Der Rückwärtsantrieb kann bei dieser Anordnung dadurch erzielt werden,
daß zwischen die Zahnkränze einer Vorgelegewelle und einer weiteren Getriebewelle
ein Zwischenrad geschaltet wird. Bei eine; derartigen Anordnung kann jeweils immer
nur der eine oder der andere Kraftweg benutzt werden.
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In bezug auf die Ausbildung der regelbaren Strömungskupplungen sind
insbesondere für die Verwendung in Verbindung mit Geschwindigkeits-Wechselgetrieben
für Fahrzeuge bereits sogenannte Doppelturbo-Schaltkupplungen mit zwei Strömungskupplungen
bekanntgeworden, die durch Füllen und Entleeren wechselweise ein- und ausgeschaltet
werden, wobei jede der beiden Strömungskupplungen mit einer Vorratskammer ausgerüstet
ist, aus welcher die Arbeitsflüssigkeit mittels eines Schöpfrohres herausgenommen
und in den Arbeitskreislauf der jeweils anderen Flüssigkeitskupplung eingeleitet
werden kann. Bei dieser Anordnung sind die beiden Schöpfrohre zwangläufig miteinander
gesteuert, derart, daß beim Eintauchen des einen Schöpfrohres in den umlaufenden
Flüssigkeitsring der einen Strömungskupplung das andere Schöpfrohr aus dem Flüssigkeitsring
der jeweils anderen Strömungskupplung austaucht. Durch diese Anordnung ist es möglich,
während des Gangwechsels von einem Getriebeübersetzungsverhältnis zum anderen die
Antriebsquelle unter Last zu halten.
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Zweck der Erfindung ist eine. Verbesserung der bekannten Getriebebauart
insbesondere in der Richtung, daß Kupplungen und Getrieberäder mit kleineren Abmessungen
zur Anwendung kommen können, was insbesondere bei Schiffsgetrieben von großer Bedeutung
ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Kraftübertragungseinrichtung, insbesondere
für Schiffsantriebe, mit mindestens zwei Kraftwegen zwischen einem treibenden Glied
und einem getriebenen Glied, wobei jeder Kraftweg eine regelbare Strömungskupplung
oder eine regelbare magnetische Kupplung aufweist. Erfindungsgemäß enthält einer
der beiden Kraftwege ein Wendegetriebe, welches wahlweise gestattet, entweder einen
Rückwärtsantrieb herzustellen oder einen Vorwärtsantrieb mit solchem Übersetzungsverhältnis
herzustellen, daß beide oder alle Kraftwege gleichzeitig für den Vorwärtsantrieb
verwendet werden. Jeder Kraftweg überträgt dann bei Vorwärtsfahrt nur die Hälfte
des vollen Drehmoments der Antriebsmaschine, so daß sich der Vorteil ergibt, daß
die Strömungs- bzw. Magnetkupplungen kleiner gebaut und die Zahnbreite der Getrieberäder
geringer bemessen werden können. Das vorgesehene Wendegetriebe kann bekannter Bauart
sein.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird sie nachstehend unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher beschrieben werden. In diesen Zeichnungen
ist Fig. 1 ein Grundriß eines Schiffsvortriebssystems, in welchem die Erfindung
eingebaut ist; Fig.2 ist eine Endansicht in kleinerem Maßstab, von der rechten Seite
der Fig. 1 gesehen, wobei die Turbine und die Wellenlager ausgelassen sind;
Fig.3
ist eine ähnliche Endansicht einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung der Fig.
1 und 2, und Fig. 4 ist eine ähnliche Endansicht einer weiteren Ausführungsform.
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In den Zeichnungen ist das treibende Element des Systems eine Gas-
oder eine Dampfturbine 1, auf deren Abtriebswelle 2 ein erstes Ritzel 3 sitzt, dessen
Zähne mit den Zähnen eines ersten Zahnrades 4 und eines zweiten Zahnrades 5 im Eingriff
sind. Die Zahnräder 4 und 5 sind auf den Antriebswellen 6 bzw. 7 einer ersten und
einer zweiten hydraulischen Turbokupplung 8 bzw. 9 montiert. Die Lager für die Wellen
2, 6 und 7 sind bei 10 bzw. 11 bzw. 12 dargestellt.
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Jede der hydraulischen Turbokupplungen ist von der Bauart, bei welcher
der Arbeitskreis rasch gefüllt und entleert werden kann und wobei der Füllungsgral
des Arbeitskreises bestimmt wird durch die Einstellung eines einstellbaren Schöpfrohres.
Das Schöpfrohr der Kupplung 8 wird von Hand mittels des Schöpfrohrhebels 13 und
das Schöpfrohr der Kupplung 9 von Hand mittels des Schöpfrohrhebels 14 eingestellt.
Es ist wohl klar, daß die Pumpenräder der Turbokupplungen auf den betreffenden Antriebswellen
6 und 7 montiert sind. Die Turbinenräder der Turbokupplungen sind auf den entsprechenden
Abtriebswellen 15 und 16 der Kupplungen 8 und 9 mon tiert. Diese Wellen laufen in
den Lagern 33 bzw. 34.
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Auf der Abtriebswelle 15 der Turbokupplung 8 sitzt ein zweites Ritzel
17, dessen Zähne mit den Zähnen eines dritten Zahnrades 18 auf der Welle 19 des
Propellers 20 im Eingriff sind. Ein Lager der letztgenannten Welle ist bei 35 dargestellt.
Auf der Abtriebs welle 16 der Turbolnupplung 9 sitzt ein viertes Zahnrad 21, dessen
Zähne mit den Zähnen eines gleichen fünften Zahnrades 22 auf einer Blindwelle 23,
die in den Lagern 36 und 37 läuft, im Eingriff sind. Auf der Abtriebswelle 16 der
Turbokupplung 9 sitzt ein drittes Ritzel 24, dessen Zähne mit -den Zähnen des Zahnrades
18 im Eingriff sind, und die Blindwelle 23 trägt ein viertes Ritze1 25, dessen Zähne
ebenfalls mit den Zähnen des Zahnrades 18 im Eingriff sind. Zur wahlweisen Kupplung
der Ritzel 24 und 25 mit ihren entsprechenden Wellen 16 und 23 sind eine erste und
eine zweite Kupplung vorgesehen. Diese Kupplungen, welche von der Synchron-Selbstschaltungsbauart
sind, haben in dieser schematischen Darstellung Muttern 26 und 27, welche sich auf
den Wellen 16 bzw. 23 schraubenförmig bewegen, so daß Klauenkupplungszähne an den
Muttern in eine Innenklauenkupplungsverzahnung an den Ringen 29 bzw. 30 eingreifen;
diese letzteren sind mit den Ritzeln 24 bzw. 25 fest verbunden. Die erste Kupplung
mit der Mutter 26 besitzt eine axial verschiebbare Verriegelungsmuffe 31, mittels
welcher man die Kupplung in der eingerückten Lage verriegeln oder auch entriegele
kann, so daß dieselbe ausgerückt wird, wenn der Ring 29 dazu neigt, die Welle 16
zu überholen. Die zweite Kupplung mit der Mutter 27 ist mit einer gleichen Steuermuffe
32 versehen. Die Schraubenlinien, längs welchen sich die Muttern 26 und 27 auf ihren
entsprechenden Wellen 16 und 23 bewegen können, haben entgegengesetzte Steigung.
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Die Zahnräder 21 und 22, die Ritzel 24 und 25 und die obenerwähnte
erste und zweite Kupplung bilden miteinander ein Wendegetriebe, ähnlich demjenigen
wie es in der Patentschrift 866 749 beschrieben ist, durch welches der Antrieb von
der Abtriebswelle 16 der Turbokupplung 9 wahlweise im Sinne der Vorwärts- oder der
Rückwärtsfahrt auf das auf der Propellerwelle 19 sitzende Zahnrad 18 übertragen
werden kann.
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Wenn der Hebel 13 in einer Lage ist, in welcher der Arbeitskreis der
Turbokupplung 8 gefüllt ist, kommt damit ein erster Weg für den Kraftfluß von der
Turbinenabtriebswelle 2 zu der Propellerwelle 19 über das Ritzel 3, das Zahnrad
4, das Ritzel 17 und das Zahnrad 18 zustande, um den Propeller 20 für die Vorwärtsfahrt
anzutreiben. Wenn der Hebel 14 in einer Lage ist, in welcher der Arbeitskreis der
Turbokupplung 9 gefüllt ist, kommt ein zweiter Weg für den Kraftfluß von der Turbinenwelle
2 zu der Propellerwelle 19 über das Ritzel 2, das Zahnrad 5, das obenerwähnte Wendegetriebe
und das Zahnrad 18 zustande, um j e nach der Einstellung des Wendegetriebes den
Propeller 20 im Sinne der Vorwärts- oder der Rückwärtsfahrt anzutreiben. Für die
Vorwärtsfahrt über den zweiten Kraftflußweg wird das Ritzel 24 mit der Welle 16
gekuppelt, und das Ritzel 25 wird von der Welle 23 abgekuppelt. Für die Rückwärtsfahrt
über den zweiten Kraftflußweg wird das Ritzel 24 von der Welle 16 abgekuppelt, und
das Ritzel 25 wird mit der Welle 23 gekuppelt.
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Bei dem Betriebe der beschriebenen Vorrichtung für normale Vorwärtsfahrt
werden die Schöpfrohre der beiden Flüssigkeitskupplungen 8 und 9 so eingestellt,
daß die Arbeitskreise beider Kupplungen gefüllt gehalten werden, das Ritzel 24 ist
durch die erste Kupplung mit der Abtriebswelle 16 der Turbokupplung 9 gekuppelt,
während die zweite ausrückbare Kupplung außer Betrieb ist, so daß das Ritzel 25
nicht mit der Blindwelle 23 gekuppelt ist und im entgegengesetzten Sinne leer umläuft.
Unter diesen Verhältnissen wird das Drehmoment für Vorwärtsfahrt von der Turbine
1 auf die Propellerwelle 19 über beide Kraftflußwege übertragen, wobei jede der
Flüssigkeitskupplungen 8 und 9 die Hälfte des vollen Drehmoments der Turbine überträgt.
Jeder der Kraftflußwege umfaßt ein doppeltes Untersetzungsgetriebe, und die Pumpenräder
sowie die Turbinenräder der Kupplungen 8 und 9 drehen sich mit Drehzahlen, welche
zwischen der Drehzahl der Abtriebswelle 2 der Turbine 1 und der Drehzahl der Propeller--welle
19 liegen und welche durch die geeignete Wahl der Größen der Ritzel und Zahnräder
leicht so bemessen werden können, daß sie hoch genug sind, um durch Turbokupplungen
üblicher Bauart und Werkstoffe hohe Leistungen- übertragen zu können, jedoch wiederum
nicht--so hoch, daß dabei besondere Werkstoffe erforderlich werden und Probleme
des inneren Schlüpfv6rlustes und der Erwärmung auftreten, wenn die eine oder die
andere Kupplung -nicht gefüllt ist, und wenn - wie in den noch zu beschreibenden
Fällen - das Pumpenrad und das Turbinenrad der »leeren« Kupplung durch die Wellen
der Turbine und des Propellers im entgegengesetzten Sinne zueinander gedreht werden.
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Will man von der normalen Vorwärtsfahrt, wobei beide Kupplungen 8
und 9 gefüllt sind, auf Rückwärtsfahrt übergehen, wie es beim Manövrieren der Fall
ist, dann wird der Arbeitskreis der Turbokupplung 9 geleert, und die Turbinenleistung
wird vermindert oder überhaupt weggenommen. Dann wird das Wendegetriebe auf Rückwärtsfahrt
eingestellt, indem man die erste Zahnkupplung auskuppelt, um damit das Ritzel 24
von der Welle 16 abzukuppeln, worauf die zweite Zahnkupplung eingerückt wird, um
das Ritzel 25 mit der Blindwelle 23 zu kuppeln. Der Arbeitskreis der Kupplung 9
wird dann neuerdings
gefüllt, und die Vorrichtung befindet sich
alsdann in einer neutralen Lage, in welcher beide Kraftflußwege in Betrieb sind,
um der Propellerwelle 19 das Drehmoment im entgegengesetzten Sinne zuzuleiten, so
daß, falls die Turbinenleistung nicht völlig weggenommen wird, die beiden gefüllten
und mehr oder weniger gehemmten Kupplungen auf die Turbine 1 eine Belastung übertragen,
welche dieselbe daran hindert, eine zu hohe Drehzahl anzunehmen, wie es vorkommen
könnte, falls in der neutralen Lage der Vorrichtung die Turbine nicht belastet wäre.
Um nun rückwärts zu fahren, wird der Arbeitskreis der Kupplung 8 geleert, und die
von der Turbine abgegebene Leistung wird erhöht, falls dies notwendig sein sollte,
worauf die Leistung durch die Turbokupplung 9 auf die Propellerwelle 19 für Rückwärtsfahrt
übertragen wird, weil das Wendegetriebe in die entsprechende Stellung gebracht wurde.
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Wird nunmehr gewünscht, den Propeller 20 abzustoppen und zeitweise
voraus zu fahren, wie es beim Manövrieren vorkommt, dann wird der Arbeitskreis der
Kupplung 8 gefüllt, während der Arbeitskreis der Kupplung 9 entleert wird. Diese
beiden Arbeitsgänge können gleichzeitig ausgeführt werden, wobei man durch einen
Zustand hindurchkommt, in welchem beide Arbeitskreise wenigstens teilweise gefüllt
sind. Es wird also eine neutrale Lage durchfahren, in welcher die Propellerwelle
19 dem ungefähr gleichen Drehmoment von beiden Seiten, aber im entgegengesetzten
Sinne unterworfen ist, so daß ein effektives Antriebsdrehmoment überhaupt nicht
zustande kommt, wohingegen in der besagten neutralen Stellung nichtsdestoweniger
die Turbine 1 unter Last bleibt, weil in der neutralen Stellung die Arbeitskreise
beider Turbokupplungen ausreichend oder völlig gefüllt sind.
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Wird wiederum gewünscht, rückwärts zu fahren, dann wird der Arbeitskreis
der Turbokupplung 9 gefüllt oder gefüllt gehalten und derjenige der Kupplung 8 wird
entleert, wobei die Turbine 1 belastet bleibt, obwohl bei Übertragung der Leistung
eine neutrale Lage durchfahren wird: Wären beide Kupplungen 8 und 9 gleichzeitig
»leer«, dann würde die Turbine 1 nicht belastet sein und könnte, insbesondere im
Falle einer Gasturbine, eine zu hohe Geschwindigkeit annehmen. Es ist daher wichtig,
daß beim Übergang von Vorwärts- auf Rückwärtsfahrt und umgekehrt die »leere« Kupplung
zum mindesten teilweise gefüllt sein sollte, bevor die andere Kupplung geleert wird.
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Man ersieht also aus der obigen Beschreibung, daß während der Vorwärts-
und Rückwärtsmanöver der Übergang von der einen Fahrtrichtung- zur anderen durch
Füllen der betreffenden Kupplung und Leeren der anderen Kupplung leicht bewerkstelligt
werden kann.
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Wenn gewünscht wird, nach einem Vorwärtsmanöver auf die normale Vorwärtsfahrt
überzugehen, dann wird das Wendegetriebe durch die geeignete Betätigung der ersten
und der zweiten Zahn- bzw. Klauenkupplung auf Vorwärtsfahrt eingestellt, der Arbeitskreis
der Kupplung 9 wird gefüllt, und die Turbinenleistung wird erhöht, worauf das Schiff
unter der von beiden Kupplungen übertragenen Leistung vorwärts getrieben wird.
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Die beiden Schlupfkupplungen arbeiten normalerweise während der Vorausfahrt
parallel, und jede nimmt daher nur die halbe Last auf, weshalb ihr Schlupf sich
auf etwa die Hälfte desjenigen Schlupfs beläuft, welcher auftreten würde, wenn eine
einzige Kupplung gleicher Größe verwendet werden würde, um die volle Leistung zu
übertragen. Umgekehrt kann man etwas kleinere Kupplungen für den Betrieb mit voller
Leistung bei dem gleichen Prozentsatz des Schlupfs, als er für eine einzelne Kupplung
annehmbar wäre, verwenden. Derartige kleinere Kupplungen würden beim Manövrieren
eine reichliche Leistungskapazität für Einzelbetrieb haben.
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Bei normaler Fahrt voraus sind beide Rutschkupplungen 8 und 9 in Betrieb,
die Verluste durch inneren Schlupf und Erwärmung werden vermieden, wie sie unvermeidlich
sind bei einer Schlupfkupplung, die ausschließlich für die Rückwärtsfahrt verwendet
und ausgerückt wird, um während des größten Teiles ihrer Lebensdauer, nämlich während
der normalen Fahrt voraus, leer mitzulaufen.
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Die Erfindung ist nicht auf den Gebrauch von nur zwei Kraftwegen beschränkt,
welche ausschließlich für Vorwärtsfahrt und abwechselnd für Vorwärts-und Rückwärtsfahrt
verwendet werden. Es können z. B. zwei Kraftwege vorgesehen sein, welche ausschließlich
für Vorwärtsfahrt verwendet werden, und ein Kraftweg, welcher abwechselnd Vorwärts-
und Rückwärtsfahrt ergibt. Solch eine Anordnung ist in Fig. 3 veranschaulicht, bei
welcher das durch die Turbine getriebene Ritzel 3 mit Zahnrädern 4 und 5 im Eingriff
wie bisher steht, aber auch mit einem dritten Zahnrad 4', das in einem dritten Kraftweg
zwischen dem Ritzel 3 und dem Hauptantriebsrad 18 eingeschaltet ist, wobei dieser
Kraftweg auch eine Turbo kupplung enthält, die mit einem einstellbaren Schöpfrohr
ausgerüstet ist und ausschließlich für Vorwärtsfahrt verwendet wird. In diesem Fall
sind zwei Kraftwege ausschließlich für »Vorwärts«-Fahrt und ein Kraftweg auf dem
Wege über das Zahnrad 5 wahlweise für »Vorwärts«- und »Rückwärts«-Fahrt vorgesehen.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Abart, wobei zwei Kraftwege über die Zahnräder
4 und 4' ausschließlich für »Vorwärts«-Fahrt und zwei Kraftwege über die Zahnräder
5 und 5' wahlweise für »Vorwärts«- und »Rückwärts«-Fahrt verwendet werden. Jeder
der vier Kraftwege enthält eine Turbokupplung mit einem einstellbaren Schöpfrohr.
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Bei einer weiteren Abart (nicht dargestellt) kann ein Kraftweg für
»Vorwärts«-Fahrt und mehr als ein Kraftweg für wahlweise »Vorwärts«- und »Rückwärts«-Fahrt
vorgesehen sein.