DE102014216178A1 - Power transmission device - Google Patents
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- F16H2037/088—Power split variators with summing differentials, with the input of the CVT connected or connectable to the input shaft
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Leistungsübertragungsvorrichtung, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler und die hydrodynamische Kupplung exzentrisch, vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sind und über ein im Gehäuse angeordnetes Verteilergetriebe jeweils mit dem Eingang der Leistungsübertragungsvorrichtung unter Ausbildung der zwei Leistungszweige verbindbar sind.The invention relates to a power transmission device, in detail with the features of the preamble of claim 1. The invention is characterized in that the hydrodynamic speed / torque converter and the hydrodynamic clutch are arranged eccentrically, preferably parallel to each other and via a transfer case arranged in the housing respectively are connectable to the input of the power transmission device to form the two power branches.
Description
Die Erfindung betrifft eine Leistungsübertragungsvorrichtung, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Leistungsübertragungsvorrichtung ist insbesondere geeignet zur Kraftübertragung von einer mit einem Antriebsaggregat mit konstanter Drehzahl zumindest mittelbar verbundenen Eingangswelle zu einer, mit einer Arbeitsmaschine mit variabler Drehzahl zumindest mittelbar verbindbaren Ausgangswelle. Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang einer drehzahlvariablen Arbeitsmaschine, insbesondere einen Pumpenantrieb, umfassend zumindest ein Antriebsaggregat in Form einer Dampfturbine zu einer Arbeitsmaschine über eine Leistungsübertragungsvorrichtung. The invention relates to a power transmission device, in particular with the features of the preamble of
Die Leistungsübertragungsvorrichtungen sind in einer Vielzahl von Ausführungen aus dem Stand der Technik vorbekannt. Dabei wird zwischen einer ersten Ausführung mit regelbarer hydrodynamischer Kupplung und einer zweiten Ausführung mit mechanisch-hydrodynamischer Leistungsverzweigung unterschieden. Stellvertretend wird für die zweite Ausführung auf die Druckschriften
Um ein sanftes Anfahren auch bei hohen Massenträgheitsmomenten und ein Regeln im unteren Drehzahlbereich zu ermöglichen, sind Ausführungen bekannt, bei welchen des Weiteren eine hydrodynamische Regelkupplung mit Schaltkupplung vorgesehen ist, die insbesondere im Anfahrbereich und in einem Teilbereich des Gesamtbetriebsbereiches der Leistungsübertragungsvorrichtung zum Einsatz gelangt. Derartige Ausführungen sind durch die koaxiale Anordnung von hydrodynamischer Kupplung und hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler charakterisiert, wobei zur Realisierung des Durchtriebs zum Ausgang aufwendige Drehdurchführungen erforderlich sind. Werden derartige Leistungsübertragungsvorrichtungen in Antriebssträngen für drehzahlvariable Arbeitsmaschinen, insbesondere Kraftwerksanwendungen, beispielsweise zum Antrieb von Kesselspeisenpumpen über Dampfturbinen eingesetzt, besteht die Notwendigkeit, die einzelnen hydrodynamischen Komponenten aufgrund von deren jeweils direkter Verbindung mit der Eingangswelle in den diesen zugeordneten Betriebsbereichen entsprechend der konkret für die an der Eingangswelle der Leistungsübertragungsvorrichtung eingeleiteten Momente und Drehzahlen auszulegen. Die erforderliche Auslegung bedingt entsprechend aufwendige und kostenintensive Komponenten sowie zum Teil auch eine entsprechende Dimensionierung dieser, die sich wiederum in einem erhöhten Bauraumbedarf wiederschlägt.In order to enable a smooth start even at high moments of inertia and a regulation in the lower speed range, embodiments are known in which further a hydrodynamic control clutch is provided with clutch, which is used in particular in the starting region and in a partial area of the total operating range of the power transmission device. Such designs are characterized by the coaxial arrangement of hydrodynamic coupling and hydrodynamic speed / torque converter, which costly rotary feedthroughs are required to realize the drive through to the output. If such power transmission devices used in powertrains for variable speed work machines, especially power plant applications, for example for driving boiler feed pumps on steam turbines, there is a need, the individual hydrodynamic components due to their respective direct connection with the input shaft in the associated operating areas corresponding to the concrete on the Input shaft of the power transmission device introduced moments and speeds interpreted. The required design requires correspondingly complex and expensive components and in part also a corresponding dimensioning of these, which in turn recapitulates in an increased space requirement.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Leistungsübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine Grundkonfiguration bereitgestellt wird, die hinsichtlich des Einsatzes in Antriebssträngen für unterschiedlichste Anwendungszwecke geeignet ist und nur durch die Auslegung der einzelnen Komponenten einfach und kostengünstig an die Einsatzerfordernisse anpassbar ist. Dabei sollen Leistungsübertragungsvorrichtungen für Anwendungszwecke mit sehr hoher Leistungsübertragung und hohen Eingangsdrehzahlen mit vertretbarem Aufwand und hoher Verfügbarkeit als auch bei vorliegenden geringen Eingangsdrehzahlen bereitgestellt werden können. The invention therefore an object of the invention to develop a power transmission device of the type mentioned in such a way that a basic configuration is provided which is suitable for use in drive trains for a variety of applications and can be easily and inexpensively adapted to the application requirements only by the design of the individual components , In this case, power transmission devices for applications with very high power transmission and high input speeds with reasonable effort and high availability and low available input speeds can be provided.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1, 6 und 20 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. The solution according to the invention is characterized by the features of
Eine erfindungsgemäße Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform mit einem Gehäuse, mit zumindest einem, mit einem Antriebsaggregat verbindbaren Eingang und einem, mit einer Arbeitsmaschine wenigstens mittelbar verbindbaren Ausgang, mit zwei im Kraftfluss zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeordneten Leistungszweigen, wobei der erste Leistungszweig eine hydrodynamische Kupplung umfasst, umfassend zumindest ein Pumpenrad und ein Turbinenrad und der zweite Leistungszweig einen hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler umfasst, umfassend zumindest ein Pumpenrad, ein Turbinenrad und ein Leitrad, wobei die beiden Leistungszweige mit dem Ausgang über ein Überlagerungsgetriebe verbindbar sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler und die hydrodynamische Kupplung exzentrisch zueinander angeordnet sind und über ein im Gehäuse angeordnetes Verteilergetriebe jeweils mit dem Eingang der Leistungsübertragungsvorrichtung unter Ausbildung der zwei Leistungszweige verbindbar sind. An inventive power transmission device according to a first embodiment with a housing, with at least one, connectable to a drive unit input and one, at least indirectly connectable with a machine output, with two arranged in the power flow between the input and the output power branches, wherein the first power branch a hydrodynamic A clutch comprising at least one impeller and a turbine wheel and the second power branch comprises a hydrodynamic speed / torque converter comprising at least one impeller, a turbine wheel and a stator, the two power branches being connectable to the output via a superposition gear, characterized that the hydrodynamic speed / torque converter and the hydrodynamic coupling are arranged eccentrically to one another and via a transfer case arranged in the housing in each case with the input of the Leistungsübertragungsvorvor direction with the formation of the two power branches are connectable.
Vorzugsweise sind die hydrodynamischen Komponenten in parallel zueinander angeordneten Leistungszweigen angeordnet. Die parallele Anordnung kann in Einbaulage sowohl in einer horizontalen oder vertikalen Ebene als auch in horizontal und vertikal zueinander versetzten Ebenen erfolgen. Preferably, the hydrodynamic components are arranged in mutually parallel power branches. The parallel arrangement can be installed in both a horizontal or vertical plane as well as horizontally and vertically offset planes.
Die erfindungsgemäße Lösung der exzentrischen Anordnung der hydrodynamischen Komponenten bietet den Vorteil, dass zum einen, insbesondere bei paralleler Anordnung auf aufwendige Drehdurchführungen verzichtet werden kann und zum anderen eine Leistungsübertragungsvorrichtung in kompakter Bauweise in axialer Richtung bereitgestellt werden kann. Durch die über die Parallelanordnung bedingte mögliche integrierbare Übersetzung kann die Antriebsdrehzahl an den einzelnen hydrodynamischen Komponenten in entsprechender Art und Weise variiert und übersetzt werden, sodass zum einen auf kompakte kleine hydrodynamische Einheiten zurückgegriffen werden kann, ferner auch in einfacher Art und Weise die Leistungsübertragungsvorrichtung auch in bestehenden Anlagen nachrüstbar ist, ohne zusätzlich Maßnahmen, insbesondere Übersetzungen vorsehen zu müssen. Dabei kann entsprechend der Auslegung des Verteilergetriebes die Leistungsübertragungsvorrichtung in optimaler Art und Weise an die Erfordernisse des Einsatzfalles angepasst werden. Gemäß einer ersten Ausführung, die in axialer Richtung besonders kompakt ausgebildet ist, sind die hydrodynamischen Komponenten in axialer Richtung nahezu frei von Versatz parallel zueinander in zwei unterschiedlichen Leistungszweigen angeordnet. Die Exzentrizität bestimmt dabei im Wesentlichen die Baugröße.The solution according to the invention of the eccentric arrangement of the hydrodynamic components offers the advantage that on the one hand, in particular in the case of a parallel arrangement, complicated rotary feedthroughs can be dispensed with and on the other hand a power transmission device in a compact design in the axial direction can be provided. By the conditional about the parallel arrangement possible integrable translation, the input speed can be varied and translated to the individual hydrodynamic components in a corresponding manner, so on the one hand can be used on compact small hydrodynamic units, also also in a simple manner, the power transmission device in existing equipment can be retrofitted, without having to provide additional measures, in particular translations. In this case, according to the design of the transfer case, the power transmission device can be adapted in an optimal manner to the requirements of the application. According to a first embodiment, which is particularly compact in the axial direction, the hydrodynamic components are arranged in the axial direction almost free of offset parallel to each other in two different power branches. The eccentricity essentially determines the size.
In einer alternativen Ausbildung sind die hydrodynamischen Komponenten in axialer Richtung mit Versatz angeordnet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn zusätzliche Funktionseinheiten in die einzelnen Leistungszweige zu integrieren sind. Derartige Zusatzkomponenten können u.a. sein:
- a) Ein zweiter Wandler im zweiten Leistungszweig mit anderer Charakteristik der Wandlung. Der Vorteil besteht in einer Wirkungsgradsteigerung im Drehzahlbereich fallenden Wirkungsgrades des 1. Wandlers.
- b) Eine zusätzliche Bremse zwischen Turbinenrad der hydrodynamischen Kupplung und Umlaufgetriebe im ersten Leistungszweig.
- a) A second converter in the second power branch with a different characteristic of the conversion. The advantage consists in an increase in efficiency in the speed range falling efficiency of the first converter.
- b) An additional brake between the turbine wheel of the hydrodynamic clutch and planetary gear in the first power branch.
Üblicherweise erfolgt die Leistungsübertragung über die hydrodynamische Kupplung und den hydrodynamischen Wandler in unterschiedlichen Betriebsbereichen. Insbesondere um ein sanftes Anfahren zu ermöglichen und in einem Teilbereich des Gesamtbetriebsbereiches die Übertragung im ersten Leistungszweig zu steuern/zu regeln ist dazu die hydrodynamische Kupplung als Regelkupplung ausgebildet. Dies kann auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden. Im einfachsten Fall weist diese eine Regeleinrichtung, umfassend ein Schöpfrohr zur Beeinflussung der Betriebsmittelmenge auf. Das Schöpfrohr ist verstellbar. Die Verstellbarkeit kann beispielsweise mit Richtungskomponente in radialer und/oder axialer Richtung erfolgen.The power transmission usually takes place via the hydrodynamic coupling and the hydrodynamic converter in different operating ranges. In particular, in order to enable a smooth start-up and to control / regulate the transmission in the first power branch in a partial area of the overall operating range, the hydrodynamic coupling is designed as a control coupling for this purpose. This can be realized in different ways. In the simplest case, this has a control device comprising a scoop tube for influencing the amount of resources. The scoop is adjustable. The adjustability can be done for example with directional component in the radial and / or axial direction.
Andere Möglichkeiten bestehen in einer aktiven Steuerung der Betriebsmittelzufuhr- und/oder Abfuhr aus dem Arbeitskreislauf.Other possibilities exist in an active control of Betriebsmittelzufuhr- and / or discharge from the work cycle.
In einer Weiterentwicklung der ersten Ausführungsform ist zur Realisierung eines mechanischen Durchtriebes zwischen Eingang und Ausgang eine Einrichtung zur Durchschaltung beziehungsweise Überbrückung der hydrodynamischen Kupplung vorgesehen. Die Einrichtung ist im einfachsten Fall als mechanische Überbrückungskupplung ausgebildet. Die Einrichtung zur Durchschaltung und die hydrodynamische Kupplung sind zumindest parallel schaltbar. Die zumindest parallele Schaltbarkeit von hydrodynamischer Kupplung und schaltbarer Kupplung bedeutet, dass jede der Kupplungen einzeln für sich und unabhängig von der anderen betätigbar ist. Die Kraftübertragung erfolgt dabei in zumindest einem Betriebszustand nur über jeweils eine der Kupplungen. Denkbar ist auch, dass in einem weiteren Betriebszustand beide Kupplungen betätigt sein können, wobei die schaltbare Kupplung in diesem Zustand dann die noch befüllte hydrodynamische Kupplung überbrückt, so dass über die hydrodynamische Kupplung selbst kein Drehmoment übertragen wird und trotzdem ein mechanischer Durchtrieb zwischen Eingang und Ausgang geschaffen ist. In a further development of the first embodiment, a device for switching through or bridging the hydrodynamic coupling is provided between the input and the output in order to realize a mechanical through drive. The device is formed in the simplest case as a mechanical lock-up clutch. The device for switching through and the hydrodynamic coupling can be switched at least in parallel. The at least parallel shiftability of the hydrodynamic clutch and the shiftable clutch means that each of the clutches can be actuated individually and independently of the other. The power transmission takes place in at least one operating state only via one of the clutches. It is also conceivable that in a further operating state, both clutches can be actuated, wherein the switchable clutch in this state then bridges the still filled hydrodynamic clutch, so that no torque is transmitted via the hydrodynamic clutch itself and still a mechanical drive between input and output is created.
In besonders vorteilhafter Ausbildung sind der erste und zweite Leistungszweig frei von weiteren Drehzahl- und/oder Drehmomentwandlungseinrichtungen, d.h. es sind lediglich eine hydrodynamische Kupplung und ein Wandler vorgesehen.. In a particularly advantageous embodiment of the first and second power branch are free of other speed and / or torque converter means, i. there are only a hydrodynamic coupling and a converter provided ..
Eine erfindungsgemäß ausgebildete Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einem Gehäuse, mit zumindest einem, mit einem Antriebsaggregat verbindbaren Eingang und einem, mit einer Arbeitsmaschine wenigstens mittelbar verbindbaren Ausgang, mit einem im Kraftfluss zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeordneten ersten mechanischen Leistungszweig und einem weiteren zweiten, einen hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler umfassenden zweiten Leistungszweig, umfassend zumindest ein Pumpenrad, ein Turbinenrad und ein Leitrad, wobei die beiden Leistungszweige mit dem Ausgang über ein Überlagerungsgetriebe verbindbar sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Leistungszweig parallel zueinander angeordnet sind und über ein im Gehäuse angeordnetes Verteilergetriebe jeweils mit dem Eingang der Leistungsübertragungsvorrichtung verbindbar sind und der erste mechanische Leistungszeig frei von weiteren Drehzahl- und/oder Drehmomentwandlungseinrichtungen ist, insbesondere als mechanische Durchtriebsanordnung ausgebildet ist und der zweite Leistungszweig frei von zusätzlich zum hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler vorgesehenen Drehzahl- und/oder Drehmomentwandlungseinrichtungen ist.An inventively designed power transmission device according to a second embodiment with a housing, with at least one, connectable to a drive input and a, at least indirectly connectable with a machine output, with a arranged in the power flow between the input and the output first mechanical power branch and another second , a hydrodynamic speed / torque converter comprising a second power branch, comprising at least one impeller, a turbine wheel and a stator, wherein the two power branches are connected to the output via a superposition gear, characterized in that the first and second power branch are arranged parallel to each other and over a transfer case arranged in the housing can be connected in each case to the input of the power transmission device, and the first mechanical power indicator is free of further rotational speed and / or torque torque ngseinrichtungen is, in particular designed as a mechanical drive-through arrangement and the second power branch is free from in addition to the hydrodynamic speed / torque converter provided speed and / or torque converter devices.
Unter einer mechanischen Durchtriebsanordnung wird eine direkte Kopplung frei von Drehzahl- und/oder Drehmomentwandlungsmöglichkeiten zwischen Ausgang des Verteilergetriebes und Eingang des Überlagerungsgetriebes verstanden. Im einfachsten Fall handelt es sich hierbei um eine Verbindungswellenanordnung aus einer oder mehreren drehfest miteinander verbundenen Wellen. A mechanical through drive arrangement is understood to mean a direct coupling free of rotational speed and / or torque conversion possibilities between the output of the transfer case and the input of the superposition gear. In the simplest case, this is a connecting shaft arrangement of one or more rotatably connected shafts.
Auch die Lösung der exzentrischen Anordnung von hydrodynamischem Wandler und mechanischem Durchtrieb bietet den Vorteil, dass zum einen, insbesondere bei paralleler Anordnung auf aufwendige Drehdurchführungen verzichtet werden kann und zum anderen eine Leistungsübertragungsvorrichtung in kompakter Bauweise in axialer Richtung bereitgestellt werden kann. Durch die über die Parallelanordnung bedingte mögliche integrierbare Übersetzung kann die Antriebsdrehzahl in den einzelnen Leistungszweigen in entsprechender Art und Weise variiert und übersetzt werden und somit besser an die konkreten Einsatzbedingungen angepasst werden kann.The solution of the eccentric arrangement of hydrodynamic converter and mechanical drive through offers the advantage that on the one hand, in particular in a parallel arrangement can be dispensed with complex rotary joints and on the other hand, a power transmission device can be provided in a compact design in the axial direction. The conditional about the parallel arrangement possible integrable translation, the drive speed in the individual power branches can be varied and translated in a corresponding manner and thus can be better adapted to the specific conditions of use.
Das Verteilergetriebe umfasst zumindest einen Eingang, welcher den Eingang der Leistungsübertragungsvorrichtung bildet oder zumindest wenigstens mittelbar mit diesem drehfest verbunden ist. Das Verteilergetriebe umfasst wenigstens zwei Ausgänge, die exzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei ein erster Ausgang mit dem ersten Leistungszweig, insbesondere der mechanischen Durchtriebsanordnung für die zweite Ausführungsform oder dem Pumpenrad der hydrodynamischen Kupplung für die erste Ausführungsform wenigstens mittelbar verbunden ist und ein zweiter Ausgang mit dem Pumpenrad des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers wenigstens mittelbar verbunden ist. Dadurch wird die Drehmomentübertragung zu den einzelnen hydrodynamischen Komponenten beziehungsweise den einzelnen Leistungszweigen realisiert.The transfer case comprises at least one input, which forms the input of the power transmission device or at least indirectly connected to this rotation. The transfer case comprises at least two outputs which are arranged eccentrically to each other, wherein a first output to the first power branch, in particular the mechanical drive arrangement for the second embodiment or the impeller of the hydrodynamic coupling for the first embodiment is at least indirectly connected and a second output to the Impeller of the hydrodynamic speed / torque converter is connected at least indirectly. As a result, the torque transmission to the individual hydrodynamic components or the individual power branches is realized.
Bezüglich der konkreten Ausbildung des Verteilergetriebes selbst besteht im Hinblick auf den Einsatz und die Ausbildung der hydrodynamischen Komponenten sowie des Überlagerungsgetriebes eine Mehrzahl von Möglichkeiten. With regard to the specific design of the transfer case itself is in terms of the use and training of the hydrodynamic components and the superposition gear a plurality of ways.
Der Eingang des Verteilergetriebes kann koaxial oder exzentrisch zu einem Eingang der einzelnen Leistungszweige angeordnet sein, wobei der Eingang von einem Pumpenrad einer der hydrodynamischen Komponenten oder einer Welle der mechanischen Durchtriebsanordnung gebildet ist. Die koaxiale Anordnung bietet den Vorteil, einen der Leistungszweige direkt mit dem am Eingang der Leistungsübertragungsvorrichtung anliegenden Moment zu beaufschlagen, während die exzentrische Anordnung die Integration von Übersetzungen ins Langsame oder Schnelle zu den einzelnen Leistungszweigen erlaubt, wodurch eine verbesserte Anpassung an den konkreten Einsatzfall bei optimiert ausgelegten Komponenten möglich ist..The input of the transfer case may be arranged coaxially or eccentrically to an input of the individual power branches, the input being formed by a pump wheel of one of the hydrodynamic components or a shaft of the mechanical drive arrangement. The coaxial arrangement offers the advantage of directly applying one of the power branches to the torque present at the input of the power transmission device, while the eccentric arrangement allows the integration of translations into the power branches slow or fast, thereby optimizing an improved adaptation to the specific application designed components is possible ..
Gemäß einer ersten Ausbildung ist dazu das Verteilergetriebe mit einer Übersetzung ins Langsame für den ersten und/oder zweiten Leistungszweig ausgelegt während gemäß einer zweiten Ausbildung das Verteilergetriebe mit einer Übersetzung ins Schnelle für den ersten und/oder zweiten Leistungszweig ausgelegt werden kann. Dadurch kann die Grundkonfiguration ohne weitere Änderungen, lediglich über die Auslegung der hydrodynamischen Komponenten und des Verteilergetriebes auf einfache Art und Weise an unterschiedliche Antriebsstrangerfordernisse angepasst werden.According to a first embodiment, the transfer case is designed with a transmission to the slow for the first and / or second power branch while according to a second embodiment, the transfer case can be designed with a translation into fast for the first and / or second power branch. As a result, the basic configuration can be easily adapted to different powertrain requirements without any further changes, merely via the design of the hydrodynamic components and the transfer case.
In einer vorteilhaften Ausbildung umfasst das Verteilergetriebe zumindest einen Stirnradsatz, wobei die Ausgänge des Verteilergetriebes derart mit den Stirnrädern gekoppelt sind oder von Stirnrädern gebildet werden, dass die Ausgänge in gleicher Drehrichtung angetrieben werden.In an advantageous embodiment, the transfer case comprises at least one spur gear, wherein the outputs of the transfer case are so coupled to the spur gears or are formed by spur gears that the outputs are driven in the same direction.
In einer alternativen Ausbildung umfasst das Verteilergetriebe zumindest einen Stirnradsatz, dessen Ausgänge derart mit den Stirnrädern gekoppelt sind oder von Stirnrädern gebildet werden, dass die Ausgänge in unterschiedlicher Drehrichtung angetrieben werden.In an alternative embodiment, the transfer case comprises at least one spur gear set whose outputs are so coupled to the spur gears or formed by spur gears that the outputs are driven in different directions of rotation.
Insbesondere bei Ausführung des hydrodynamischen Wandlers als Gegenlaufwandler und insbesondere Überlagerungsgetriebe mit unterschiedlicher Drehrichtung am Eingang umfasst das Verteilergetriebe einen Stirnradsatz mit zwei oder gerader Anzahl an Stirnrädern, wobei ein erster Ausgang des Verteilergetriebes von einem ersten Stirnrad gebildet wird und ein zweiter Ausgang des Verteilergetriebes von einem mit entgegengesetzter Drehrichtung zu diesem ersten Stirnrad angetriebenen zweiten oder weiteren Stirnrad gebildet wird. Demgegenüber kann bei Leistungsübertragungsvorrichtungen mit hydrodynamischen Wandler als Gleichlaufwandler, das Verteilergetriebe einen Stirnradsatz mit drei oder ungerader Anzahl an Stirnrädern umfassen, wobei ein erster Ausgang des Verteilergetriebes von einem ersten Stirnrad gebildet wird und ein zweiter Ausgang des Verteilergetriebes von einem mit gleicher Drehrichtung zu diesem ersten Stirnrad angetriebenen zweiten oder weiteren Stirnrad gebildet wird.In particular, in the execution of the hydrodynamic converter as a mating converter and in particular superposition gearbox with different rotational direction at the input, the transfer case comprises a spur gear with two or even number of spur gears, wherein a first output of the transfer case is formed by a first spur gear and a second output of the transfer case of a opposite direction of rotation to this first spur gear driven second or further spur gear is formed. In contrast, in power transmission devices with hydrodynamic converter as a constant velocity converter, the transfer case comprise a spur gear set with three or odd number of spur gears, wherein a first output of the transfer case is formed by a first spur gear and a second output of the transfer case of a same direction of rotation to this first spur gear driven second or further spur gear is formed.
Für Leistungsübertragungsvorrichtungen der ersten Ausführungsform umfasst das Verteilergetriebe vorzugsweise zumindest einen Eingang, welcher den Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung bildet oder zumindest wenigstens mittelbar mit diesem drehfest verbunden ist. Das Verteilergetriebe umfasst wenigstens zwei Ausgänge, die exzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei ein erster Ausgang mit dem Pumpenrad der hydrodynamischen Kupplung wenigstens mittelbar verbunden ist und ein zweiter Ausgang mit dem Pumpenrad des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers wenigstens mittelbar verbunden ist. Dadurch wird die Drehmomentübertragung zu den einzelnen hydrodynamischen Komponenten und damit Leistungszweigen realisiert.For power transmission devices of the first embodiment, the Transfer case preferably at least one input which forms the input of the power transmission device or at least indirectly connected to this rotation. The transfer case comprises at least two outputs which are arranged eccentrically to each other, wherein a first output is at least indirectly connected to the impeller of the hydrodynamic coupling and a second output is at least indirectly connected to the impeller of the hydrodynamic speed / torque converter. As a result, the torque transmission to the individual hydrodynamic components and thus power branches is realized.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung sind der Eingang des Verteilergetriebes und der erste Ausgang koaxial zueinander angeordnet, wobei vorzugsweise der erste Ausgang mit dem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler gekoppelt ist, der damit mit der gleichen Drehzahl, wie am Eingang beaufschlagbar ist. Die hydrodynamische Kupplung wird dann mit einem exzentrisch zum Eingang des Verteilergetriebes angeordneten Ausgang verbunden, wobei die Kopplung zwischen Eingang und diesem Ausgang vorzugsweise über eine Übersetzung ins Langsame realisiert wird. Dadurch werden zu hohe Umfangsgeschwindigkeiten an der Durchschaltung bzw. am Hohlrad des Umlaufgetriebes vermieden. Ausführungen mit exzentrischer Anordnung von Eingang und Leistungszweigen sind ebenfalls denkbar.According to a particularly advantageous embodiment of the input of the transfer case and the first output are arranged coaxially to each other, wherein preferably the first output is coupled to the hydrodynamic speed / torque converter, which is thus acted upon at the same speed as at the input. The hydrodynamic coupling is then connected to an eccentrically arranged to the input of the transfer case output, wherein the coupling between the input and this output is preferably realized via a translation at a slow rate. As a result, too high peripheral speeds are avoided at the connection or at the ring gear of the planetary gear. Designs with eccentric arrangement of input and power branches are also conceivable.
In Abhängigkeit der Erfordernisse des Einsatzfalles sind jedoch auch Übersetzungen ins Schnelle möglich.Depending on the requirements of the application, however, translations into the fast are possible.
Bezüglich der Ausbildung des Verteilergetriebes selbst besteht dabei eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Vorzugsweise ist das Verteilergetriebe als Stirnradsatz mit ungerader Anzahl an Stirnrädern ausgeführt, wobei der Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung mit dem Ausgang des Verteilergetriebes koaxial ausgeführt ist und die Übersetzung zwischen Eingang und dem mit dem Pumpenrad der hydrodynamischen Kupplung verbundenen Ausgang des Verteilergetriebes als Übersetzung ins Langsame ausgelegt ist.With regard to the design of the transfer case itself, there are a plurality of possibilities. Preferably, the transfer case is designed as a spur gear with an odd number of spur gears, the input of the power transmission device is designed coaxially with the output of the transfer case and the translation between input and connected to the impeller of the hydrodynamic clutch output of the transfer case is designed as a translation into slow.
Die in der ersten Ausführungsform eingesetzte hydrodynamische Kupplung umfasst zumindest ein Pumpenrad und ein Turbinenrad. Das Pumpenrad ist wenigstens mittelbar mit dem Eingang, vorzugsweise direkt oder über weitere Übertragungseinrichtungen, hier dem Stirnradsatz, verbunden, während das Turbinenrad wenigstens mittelbar mit dem Ausgang der Leistungsübertragungsvorrichtung, hier über die Überlagerungsgetriebe, verbunden ist. Der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler umfasst zumindest ein Pumpenrad, ein Turbinenrad und wenigstens ein Leitrad. Dabei ist das Pumpenrad wenigstens mittelbar mit dem Eingang der Leistungsübertragungsvorrichtung koppelbar, während das Turbinenrad wenigstens mittelbar mit dem Ausgang über das Überlagerungsgetriebe gekoppelt ist. The hydrodynamic coupling used in the first embodiment comprises at least a pump impeller and a turbine wheel. The impeller is at least indirectly connected to the input, preferably directly or via further transmission devices, here the spur gear set, while the turbine wheel is at least indirectly connected to the output of the power transmission device, here via the superposition gear. The hydrodynamic speed / torque converter comprises at least one impeller, a turbine wheel and at least one stator. In this case, the impeller is at least indirectly coupled to the input of the power transmission device, while the turbine wheel is at least indirectly coupled to the output via the superposition gear.
Als Wandlerarten in beiden Ausführungsformen zum Einsatz gelangen vorzugsweise Gleichlaufwandler mit verstellbaren Pumpen- und/oder Leitschaufeln. Bei Verwendung eines Gegenlaufwandlers kann das Verteilergetriebe auf gerade Stirnradanzahl reduziert werden, insbesondere genügt eine Ausführung mit 2 Stirnrädern.When converter types are used in both embodiments preferably use constant velocity converter with adjustable pump and / or vanes. When using a counter-rotating converter, the transfer case can be reduced to straight Stirnradanzahl, in particular, a design with 2 spur gears is sufficient.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung ist das Überlagerungsgetriebe koaxial zu einem der beiden Leistungszweige, insbesondere in der ersten Ausführungsform koaxial zu einer der beiden hydrodynamischen Komponenten angeordnet. Vorzugsweise erfolgt die Anordnung gemäß einer ersten Ausbildung koaxial zum mechanischen Durchtrieb bzw. der hydrodynamischen Kupplung, insbesondere koaxial zum Turbinenrad der hydrodynamischen Kupplung. Die Kopplung mit dem exzentrisch zur hydrodynamischen Kupplung angeordneten hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler, insbesondere dem Turbinenrad, erfolgt im einfachsten Fall über eine einfache Stirnradstufe. Andere Ausführungen sind denkbar. According to a particularly advantageous embodiment, the superposition gearing is arranged coaxially to one of the two power branches, in particular in the first embodiment, coaxially with one of the two hydrodynamic components. Preferably, the arrangement according to a first embodiment is coaxial with the mechanical drive or the hydrodynamic coupling, in particular coaxially with the turbine wheel of the hydrodynamic coupling. The coupling with the eccentrically arranged hydrodynamic coupling hydrodynamic speed / torque converter, in particular the turbine wheel, takes place in the simplest case via a simple spur gear. Other versions are conceivable.
Gemäß einer zweiten alternativen Ausbildung ist es denkbar, das Überlagerungsgetriebe koaxial mit dem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler anzuordnen. According to a second alternative embodiment, it is conceivable to arrange the superposition gear coaxially with the hydrodynamic speed / torque converter.
Die einzelnen Anordnungsmöglichkeiten hängen dabei im Wesentlichen von der Ausbildung des Überlagerungsgetriebes ab. Dieses umfasst im einfachsten Fall nur ein Planetengetriebe, umfassend zumindest ein erstes Element in Form eines Hohlrades, ein zweites Element in Form eines Stegs und ein drittes Element in Form eines Sonnenrades, wobei das Sonnenrad mit dem Ausgang der Leistungsübertragungsvorrichtung gekoppelt ist oder diesen bildet. Insbesondere bei Kopplung der hydrodynamischen Kupplung mit dem Hohlrad ist die erste Variante besonders vorteilhaft, da hier auf einfache Art und Weise die Kopplung mit dem Hohlrad realisiert werden kann, während gleichzeitig die Anbindung des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers an den Steg über eine einfache Stirnradstufe realisierbar ist. The individual arrangement options depend essentially on the formation of the superposition gearing. This comprises in the simplest case only a planetary gear, comprising at least a first element in the form of a ring gear, a second element in the form of a web and a third element in the form of a sun gear, wherein the sun gear is coupled to the output of the power transmission device or forms. In particular, when coupling the hydrodynamic coupling with the ring gear, the first variant is particularly advantageous because the coupling with the ring gear can be realized in a simple manner, while simultaneously the connection of the hydrodynamic speed / torque converter to the web via a simple spur gear realized is.
In der alternativen Ausführung mit koaxialer Anordnung zum hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler erfolgt hier zwar ebenfalls eine einfache Anbindung des Steges, allerdings ist der Antrieb über das Hohlrad nur über eine entsprechende Übersetzung möglich. Although in the alternative embodiment with a coaxial arrangement to the hydrodynamic speed / torque converter here also a simple connection of the web takes place, however, the drive via the ring gear is only possible via a corresponding translation.
Umfasst das Überlagerungsgetriebe mindestens ein Planetengetriebe mit einem ersten Element, welches wenigstens mittelbar mit dem Turbinenrad der hydrodynamischen Kupplung verbunden ist, einem zweiten Element, welches wenigstens mittelbar mit dem Turbinenrad des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler gekoppelt ist und einem dritten Element, welches wenigstens mittelbar mit dem Ausgang der Leistungsübertragungsvorrichtung verbunden ist oder diesen bildet, wird in einer besonders vorteilhaften Anordnung das erste Element des Planetengetriebes von einem Hohlrad, das zweite Element von einem Steg und das dritte Element von einem Sonnenrad des Planetengetriebes gebildet. Does the superposition gear at least one planetary gear with a first element which is at least indirectly connected to the turbine of the hydrodynamic coupling, a second element which is at least indirectly coupled to the turbine of the hydrodynamic speed / torque converter and a third element, which at least indirectly with is connected to the output of the power transmission device or forms, is formed in a particularly advantageous arrangement, the first element of the planetary gear of a ring gear, the second element of a web and the third element of a sun gear of the planetary gear.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildung dieser Weiterentwicklung vorgesehen, dem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler in Kraftfluss zwischen Eingang und Ausgang eine Bremseinrichtung nachzuordnen und dem Überlagerungsgetriebe vorzuordnen. Dadurch kann bei Ausführung des Überlagerungsgetriebes als Planetenradgetriebe eine Abstützung eines Elementes erfolgen. Die Bremse ist insbesondere in der ersten Ausführungsform aktiv, wenn die Durchschaltung offen und der Wandler entleert ist, d.h. im Regelbereich der Kupplung.Provided in a particularly advantageous embodiment of this further development, the hydrodynamic speed / torque converter in power flow between input and output nachordnen a brake device and vorzuordnen the superposition gear. This can be carried out as a planetary gear support of an element in execution of the superposition gear. The brake is particularly active in the first embodiment when the through connection is open and the converter is deflated, i. in the control range of the clutch.
Die in der ersten Ausführungsform eingesetzte Bremseinrichtung kann verschiedenartig ausgeführt sein. Diese übernimmt die Funktion einer Feststellbremseinrichtung. In vorteilhafter Weise ist diese als hydrodynamische Bremseinrichtung ausgebildet. Diese umfasst einen Rotor, der mit dem Turbinenrad des Wandlers koppelbar ist und einen Stator, der sich an einem ortsfesten Bauteil, insbesondere dem Gehäuse abstützt. Diese Ausführung erlaubt ein verschleißfreies Abbremsen und ferner die Nutzung des gleichen Betriebsmittelversorgungssystems wie beim Wandler und/oder der hydrodynamischen Kupplung. Die hydrodynamische Bremseinrichtung bietet ferner den Vorteil geringer Baugröße.The braking device used in the first embodiment may be embodied in various ways. This assumes the function of a parking brake device. Advantageously, this is designed as a hydrodynamic braking device. This comprises a rotor which can be coupled to the turbine wheel of the converter and a stator which is supported on a stationary component, in particular the housing. This design allows a wear-free braking and also the use of the same resource supply system as the converter and / or the hydrodynamic coupling. The hydrodynamic braking device also offers the advantage of smaller size.
Eine alternative Ausführung besteht in der Ausbildung der Bremseinrichtung als mechanische Bremseinrichtung, insbesondere Scheibenbremseinrichtung, beispielsweise Lamellenbremseinrichtung. Die Betätigung dieser kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektronisch oder eine Kombination aus diesen erfolgen. Bei hydraulischer Betätigung kann als Druckmittel Betriebsmedium der hydrodynamischen Komponenten verwendet werden. Andere Ausführungen von Bremseinrichtungen sind ebenfalls denkbar.An alternative embodiment consists in the design of the braking device as a mechanical braking device, in particular disc brake device, such as multi-disc brake device. The operation of these can be done mechanically, hydraulically, pneumatically, electronically or a combination of these. In hydraulic actuation can be used as the pressure medium operating medium of the hydrodynamic components. Other versions of brake devices are also conceivable.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorzugsweise zusätzlich zu einer der vorgenannten Maßnahmen zwischen dem Überlagerungsgetriebe und der Bremseinrichtung eine Sicherheitsvorrichtung, umfassend eine Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung gegen Verdrehung vorgesehen. Diese Verriegelungseinrichtung ist im einfachsten Fall als mechanische Verriegelungseinrichtung ausgeführt, welche die Welle gegenüber einem feststehenden Bauteil, beispielsweise Gehäuse feststellt.In an advantageous development, a safety device, comprising a locking device for locking against rotation is preferably provided in addition to one of the aforementioned measures between the superposition gearing and the braking device. This locking device is designed in the simplest case as a mechanical locking device which detects the shaft relative to a stationary component, such as housing.
Grundsätzlich ist eine Vielzahl von Parallelanordnungen denkbar, die um zusätzliche Komponenten erweitert werden können. In principle, a multiplicity of parallel arrangements is conceivable which can be extended by additional components.
In besonders vorteilhafter Anwendung erfolgt der Einsatz in einem Antriebsstrang zum Antrieb einer Arbeitsmaschine, insbesondere drehzahlvariablen Arbeitsmaschine mit einem Antriebsaggregat, insbesondere Antriebsaggregat mit konstanter Antriebsdrehzahl. Die Leistungsübertragungsvorrichtung ist zwischen diesen im Kraftfluss angeordnet. Die Arbeitsmaschine ist dabei vorzugsweise als Fördereinrichtung für ein Fluid, insbesondere als Verdichter, Pumpe oder Kreiselpumpe, Kesselspeisepumpe ausgebildet, während das Antriebsaggregat als Verbrennungskraftmaschine, Turbine, insbesondere Dampf- oder Gasturbine oder Elektromotor ausgebildet ist.In a particularly advantageous application, the use is in a drive train for driving a work machine, in particular variable-speed work machine with a drive unit, in particular drive unit with constant drive speed. The power transmission device is arranged between them in the power flow. The working machine is preferably designed as a conveyor for a fluid, in particular as a compressor, pump or centrifugal pump, boiler feed pump, while the drive unit is designed as an internal combustion engine, turbine, in particular steam or gas turbine or electric motor.
Als Antriebsaggregate in Form von Elektromotoren sind Synchron- oder Asynchronmotoren, insbesondere 50 Hz oder 60 Hz; 2,4,6-polige Ausführung denkbar.As drive units in the form of electric motors are synchronous or asynchronous motors, in particular 50 Hz or 60 Hz; 2,4,6-pole version conceivable.
Mögliche Arbeitsmaschinen sind Pumpen, speziell: Kesselspeisepumpen, Kompressoren oder Gebläse. Ein besonderes Anwendungsgebiet ist der Einsatz in Kraftwerksanlagen. Hier kann mit einer Parallelanordnung der erfindungsgemäßen Art die Leistungsübertragungsvorrichtung mit hinsichtlich der Auslegung optimierten Übertragungskomponenten auf einfache und kostengünstige Art und Weise bereitgestellt werden, wobei eine optimale Anpassbarkeit an die zur Verfügung stehenden Antriebsmaschinen und Arbeitsmaschinen erfolgen kann.Possible working machines are pumps, especially: boiler feed pumps, compressors or blowers. A special field of application is the use in power plants. Here, with a parallel arrangement of the type according to the invention, the power transmission device can be provided in a simple and cost-effective manner with transmission components optimized with regard to the design, whereby optimal adaptability to the available drive machines and working machines can take place.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nachfolgend in den Figuren beschrieben. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:The solution according to the invention is described below in the figures. It details the following:
Die
Die hydrodynamische Kupplung
Der hydrodynamische Wandler
Die einzelnen Pumpenräder P4 der hydrodynamischen Kupplung
Die hydrodynamische Kupplung
Die hydrodynamische Kupplung
Das Planetengetriebe
Um in den Betriebsbereichen, in welchen der Wandler
Die
Die Ausführungen gemäß
Die erfindungsgemäßen Ausführungen einer Leistungsübertragungsvorrichtung ist insbesondere in Kraftwerksanlagen in Antriebssträngen zwischen einem Antriebsaggregat, insbesondere mit konstanter Drehzahl und einer drehzahlvariablen Arbeitsmaschine einsetzbar. Besonders bevorzugte Anwendungen sind der Einsatz zwischen einer Dampf- oder Gasturbine und einer Kesselspeisepumpe. Als Antriebsaggregat ist kein zusätzlicher Elektromotor erforderlich und das Antriebssystem ist effizient, da keine Umwandlung von Dampf in Strom und mechanische Energie erforderlich ist.The embodiments according to the invention of a power transmission device can be used in particular in power plants in drive trains between a drive unit, in particular at a constant speed and a variable-speed work machine. Particularly preferred applications are the use between a steam or gas turbine and a boiler feed pump. As a power plant, no additional electric motor is required and the drive system is efficient, since no conversion of steam into electricity and mechanical energy is required.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Leistungsübertragungsvorrichtung Power transmission device
- 22
- Antriebsaggregat power unit
- 33
- Arbeitsmaschine working machine
- 44
- hydrodynamische Kupplung hydrodynamic coupling
- 55
- Einrichtung zur Durchschaltung bzw. Überbrückung Device for switching through or bridging
- 66
- hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler, insbesondere hydrodynamischer Wandler hydrodynamic speed / torque converter, in particular hydrodynamic converter
- 77
- Leistungszweig power branch
- 88th
- Leistungszweig power branch
- 99
- Verteilergetriebe Transfer Case
- 1010
- Eingang des Verteilergetriebes Entrance of the transfer case
- 1111
- Ausgang des Verteilergetriebes Output of the transfer case
- 1212
- Ausgang des Verteilergetriebes Output of the transfer case
- 1313
- Überlagerungsgetriebe Superposition gear
- 1414
- Planetengetriebe planetary gear
- 1515
- Eingang des Überlagerungsgetriebes Input of the superposition gearbox
- 1616
- Eingang des Überlagerungsgetriebes Input of the superposition gearbox
- 1717
- Ausgang des Überlagerungsgetriebes Output of the superposition gearbox
- 1818
- Stirnradsatz spur gear
- 1919
- erstes Element des Planetengetriebes first element of the planetary gear
- 2020
- zweites Element des Planetengetriebes second element of the planetary gear
- 2121
- drittes Element des Planetengetriebes third element of the planetary gear
- 2222
- Hohlrad ring gear
- 2323
- Steg web
- 2424
- Sonnenrad sun
- 2525
- Anfahr- und/oder Regeleinrichtung Starting and / or regulating device
- 2626
- Stirnradsatz spur gear
- 2727
- Bremseinrichtung braking means
- 2828
- Regeleinrichtung/Schöpfrohr Control device / scoop tube
- 2929
- hydrodynamische Breme hydrodynamic brems
- 30 30
- Gehäusecasing
- 3131
- Antriebsstrang powertrain
- K1, K2K1, K2
- Kupplungsteil coupling part
- SS
- Stator stator
- RR
- Rotor rotor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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