DE2123481A1 - Hydraulic two-circuit turbo coupling for high performance - Google Patents
Hydraulic two-circuit turbo coupling for high performanceInfo
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Dr-Ing. Wiliiöiin ReichelDr-Ing. Wiliiöiin Reichel
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PLUIDRIVE ENGINEERING COMPANY LIMITED, Isleworth, EnglandPLUIDRIVE ENGINEERING COMPANY LIMITED, Isleworth, England
Hydraulische Zweikreis-Turbokupplung für hohe LeistungenHydraulic two-circuit turbo coupling for high performance
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Zweikreis-Turbokupplung für hohe Leistungen mit einem an dem sich drehenden Kupplungsgehäuse befestigten Zahnradring. Zahnradgetriebe mit derartigen Kupplungen benötigt man beispielsweise bei Schiffsantrieben mit einer Leistung von etwa 25000 PS.The invention relates to a hydraulic two-circuit turbo coupling for high performance with a gear ring attached to the rotating clutch housing. Gear transmission Such couplings are required, for example, for ship propulsion systems with a power of around 25,000 hp.
Die Antriebs- und Abtriebsräder derartiger Zahnradgetriebe müssen, gemessen in der Richtung der Drehachse, breit sein, um die hohe Leistung ohne übermäßig hohe Zahnbelastung zu übertragen. Weiterhin müssen die Getrieberäderzähne äußerst genau geformt sein, um eine möglichst gleichförmige Belastungsverteilung über die Getrieberäderzähne zu erreichen, um beim Ineinandergreifen eine stellenweise Überbelastung zu vermeiden. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß Abweichungen von dem vorgeschriebenen Zahnprofil über äußerst geringe Strecken der Zähne bereits bei Bruchteilen von einem Tausendstel von 25 mm große Änderungen bei der örtlichen oder stellenweisen Belastung des Zahnes hervorrufen und daher keine gleichförmige Zahnbelastung zulassen, die längs der gesamten Breite des Zahnrades erwünscht ist.The drive and output wheels of such gear drives must be wide, measured in the direction of the axis of rotation, to transfer the high performance without excessive tooth load. Furthermore, the gear teeth must be extremely be precisely shaped in order to achieve the most uniform possible load distribution over the gearwheel teeth, in order to avoid overloading in places when interlocking. In practice it has been shown that deviations of the prescribed tooth profile over extremely short distances of the teeth even with fractions of one Thousandths of 25 mm cause large changes in the local or local loading of the tooth and therefore do not allow uniform tooth loading which is desired along the entire width of the gear.
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Zusätzlich zur Breite des Zahnrades selbst ist, gemessen in der axialen Richtung, eine weitere Strecke erforderlich, um für die Traglager des Zahnrades einen Platz vorzusehen. Die Einbeziehung von Flüssigkeitskupplungen in das Getriebe, wie as beispielsweise aus der britischen Patentschrift 1 076 273 bekannt ist, würde die Länge der aus der Flüssigkeitskupplung und dem Zahnradgetriebe bestehenden Anordnung vergrößern. Nun ist aber bei vielen Anwendungsfällen, insbesondere bei Kriegsschiffen, eine große Gesamtlänge des Getriebes unerwünscht oder sogar unannehmbar. Um ein kompakteres Getriebe zu schaffen,' ist es bereits bekannt, bei kleineren Getrieben bis zu einer Leistung von höchstens einigen 100 PS einen Zahnradkranz an dem sich drehenden Gehäuse der Flüssigkeitskupplung zu befestigen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der US-Patentschrift 1 979 930 bekannt.In addition to the width of the gear itself, measured in the axial direction, an additional distance is required in order to to provide a place for the bearing of the gearwheel. The inclusion of fluid couplings in the transmission, such as as from British patent specification 1,076,273, for example is known, the length of the arrangement consisting of the fluid coupling and the gear transmission would increase. However, in many applications, in particular in warships, a large overall length of the transmission is undesirable or even unacceptable. In order to create a more compact transmission, it is already known for smaller transmissions a ring gear on the rotating housing of the fluid coupling up to an output of a few 100 HP to fix. Such an arrangement is known from US Pat. No. 1,979,930, for example.
Es treten jedoch Probleme auf, wenn man diese Anordnung auf Getriebe für hohe Leistungen anwenden will.However, problems arise when applying this arrangement to high power transmissions.
Um die Gesamtradialabmessungen von Hochleistungsflüssigkeitskupplungen zu vermindern, ist es bekannt, eine Zweikreiskupplung zu verwenden, bei der zwei miteinander verbundene innere Flügelräder nach außen voneinander wegragen und jeweils ein Element des zugeordneten Arbeitskreises bilden und zv/ei außenliegende Flügelräder jeweils das andere nach innen gerichtete Element des jeweiligen Arbeitskreises bilden und durch ein Gehäuse miteinander verbunden sind, das die inneren Elemente umschließt.About the overall radial dimensions of high performance fluid couplings To reduce, it is known to use a two-circuit clutch, in which two interconnected inner Impellers protrude outward from one another and each form an element of the assigned working group and zv / ei outer impellers each form the other inwardly directed element of the respective working group and are interconnected by a housing which encloses the internal elements.
Bei einer solchen Anordnung könnte das Gehäuse selbst den Zahnradring bilden oder ein getrennter Zahnradkranz könnte auf das Gehäuse geschrumpft werden.In such an arrangement, the housing could itself form the ring gear or a separate ring gear could be shrunk onto the housing.
Im Gegensatz dazu ist gemäß der Erfindung der Zahnradring oder Zahnradkranz'an dem Gehäuse nur im mittleren Bereich dieser beiden Teile befestigt und zwischen dem Gehäuse und den axialen Außenabschnitten des Zahnradrings sind Luftabstände vorgesehen.In contrast, according to the invention, the gear ring or gear rim 'on the housing is only in the middle area these two parts are attached and there are air gaps between the housing and the axially outer portions of the gear ring intended.
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Diese Anordnung vermeidet die Gefahr, daß die in den Arbeitskreisen der Kupplung erzeugte Wärme direkt und äußerst schnell zu dem Zahnradkranz übertragen wird, bevor nicht auch andere Teile des Getriebes die Möglichkeit haben, sich auf eine äquivalente Temperatur zu erwärmen.This arrangement avoids the risk of those in the working groups The heat generated by the clutch is transferred directly and extremely quickly to the ring gear before others Parts of the transmission have the opportunity to heat up to an equivalent temperature.
Wo die Flüssigkeitskupplungen wahlweise.gefüllt oder geleert v/erden, um einen Antrieb in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung zu wählen, treten bei einer Schnelländerung von der Vorwärtsrichtung in die Rückwärtsrichtung oder umgekehrt bei einem Schiff innerhalb einer sehr kurzen Zeitperiode abnormal hohe Temperaturen in der Kupplung auf. Obwohl zum Kühlen große Flüssigkeitsmengen durch die Kupplung geleitet werden, beispielsweise 4000 1/mih, kann die Umkehr eines Antriebs mit 25000 PS derart viel Wärme erzeugen, daß die Temperatur innerhalb der Kupplung um etwa 130 0C bis auf eine Endtemperatur von mehr als 150 0C ansteigt.Where the fluid couplings are optionally filled or emptied in order to select propulsion in the forward or reverse direction, abnormally high temperatures in the coupling will occur in a ship within a very short period of time in the event of a rapid change from the forward direction to the reverse direction or vice versa . Although large amounts of liquid are passed through the coupling for cooling, for example 4000 1 / mih, the reversal of a drive with 25000 HP can generate so much heat that the temperature inside the coupling increases by about 130 ° C. to a final temperature of more than 150 ° C increases.
Bei der Anordnung nach der Erfindung dienen die Luftspalte zwischen den beiden Enden des Zahnradkranzes und dem Außengehäuse der Kupplung als Wärmeschranken, so daß zwischen den Außenteilen der Arbeitskreise der Kupplung und dem Zahnradkranz ein verhältnismäßig langer Wärmeleitungsweg entsteht, der sich von den Enden des Gehäuses zur Mitte und dann nach oben zum und durch den Zahnradkranz erstreckt. Auf diese V/eise wird ein sehr schneller Temperaturanstieg vermieden, und die Wärme wird von dem Gehäuse zum Mittelteil des Zahnradkranzes mit einer niedrigeren Geschwindigkeit übertragen, so daß sich die Wärme in Gegensatz zu Anordnungen, bei denen der gesamte Zahnradkranz in wärmeleitender Verbindung mit dem Gehäuse steht, wesentlich gleichförmiger über den gesamten Zahnradkranz verteilt. Die ineinandergreifenden Zahnradzähne v/eisen ein hinreichend hohes Spiel auf, so daß sie sich Ausdehnungen anpassen können.In the arrangement according to the invention, the air gaps are used between the two ends of the ring gear and the outer housing the coupling as thermal barriers, so that between the Outside parts of the working groups of the clutch and the gear rim a relatively long heat conduction path is created, which extends from the ends of the housing to the center and then up to and through the ring gear. To this Alternatively, a very rapid temperature rise is avoided and the heat is transferred from the housing to the central part of the ring gear transferred at a lower speed, so that the heat is in contrast to arrangements in which the entire ring gear is in heat-conducting connection with the housing, much more uniformly over the entire Gear ring distributed. The intermeshing gear teeth v / iron a sufficiently high game so that they expand can customize.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an llind einer Figur beschrieben, die einen Teilschnitt in Achsenrichtung durch eine mit einem Zahnradkranz vereinigte Zweikrei.';.-Flüssigkeitskupplung zeigt. 1Q9848/1389A preferred embodiment of the invention is described with reference to a figure which shows a partial section in the axial direction through a dual circuit combined with a gear rim. 1Q9848 / 1389
Die gezeigte Anordnung enthält zwei Antriebsflügelräder 1 und 2 und zwei Abtriebsflügelräder 3 und 4, die mit dem Rükken aneinander befestigt sind und eine gemeinsame Ausgangswelle (nicht gezeigt) haben. Die Flügelräder 1 und 3 begrenzen einen ringförmigen Arbeitskreis V,,, und die Flügelräder 2 und 4 begrenzen einen weiteren Arbeitskreis Wp. Es sind geeignete Einrichtungen (nicht gezeigt) vorgesehen, die den Arbeitskreisen W^ und VZ2 eine Arbeitsflüssigkeit zuführen, um die Arbeitskreise gefüllt zu halten, wenn von den Antriebsflügelrädern 1 und 2 eine Antriebsenergie auf die Abtriebsflügelräder 3 und 4 übertragen werden soll. Ferner können die Arbeitskreise entleert werden, wenn der Antrieb unterbrochen werden soll. Weiterhin wird auch während der Kraftübertragung eine Arbeitsflüssigkeitsströmung aufrecht erhalten, um die Kupplung zu kühlen. Dazu werden herkömmliche Mittel eingesetzt.The arrangement shown contains two drive vane wheels 1 and 2 and two driven vane wheels 3 and 4, which are fastened to one another with their backs and have a common output shaft (not shown). The impellers 1 and 3 define an annular working group V ,,, and the impellers 2 and 4 delimit a further working party Wp. Appropriate means (not shown) is provided which W ^ and VZ 2 perform the workgroups a working fluid to the working groups to keep filled when a drive energy is to be transmitted to the driven vane wheels 3 and 4 from the drive vane wheels 1 and 2. Furthermore, the working circuits can be emptied if the drive is to be interrupted. Furthermore, a working fluid flow is also maintained during the power transmission in order to cool the clutch. Conventional means are used for this.
Die Antriebsflügelräder 1 und 2 bilden die Enden eines Kupplungsgehäuses 6, das zwei gleiche, etwa zylindrische Körper 7 und 8 enthält, die an Stellen 11 und 12 an Flanschen 9 und 10 der Antriebsflügelräder 1 und 2 befestigt sind. Die in Achsenrichtung innen liegenden Enden der Gehäusekörper 7 und 8 v/eisen radial nach innen zulaufende Flansche 13 und auf, zwischen die ein ebenfalls radial nach innen laufender Mittenflansch 15 eines symmetrisch ausgebildeten Zahnradkranzes 16 eingeklemmt ist. Der Zahnradkranz weist lange Zähne 17 in Schrägverzahnung auf. Die Flansche 13, 14 und 15 werden durch eine Reihe von ringförmig angeordneten Bolzen 18 fest zusammengehalten.The drive vane wheels 1 and 2 form the ends of a clutch housing 6, which contains two identical, approximately cylindrical bodies 7 and 8, which are attached to flanges 9 at points 11 and 12 and 10 of the drive impellers 1 and 2 are attached. The ends of the housing bodies 7 lying inward in the axial direction and 8 v / iron radially inwardly tapering flanges 13 and 13, between which one also extends radially inwardly Center flange 15 of a symmetrically designed ring gear 16 is clamped. The ring gear has long teeth 17 in helical teeth. The flanges 13, 14 and 15 are supported by a series of annularly arranged bolts 18 held together tightly.
Angrenzend an den Fuß des Flansches 15 weist der Zahnradkranz 16 zwei zylindrische Sitzflächen 19 und 20 auf, in die sich zapfenartige Zentrierflächen der Gehäusekörper 7 und 8 einsetzen, um während des Zusammenbaus den Zahnradkranz 16 zu unterstützen. Nachdem der Zahnradkranz 16 genau ausgerichtet ist, werden durch die Flansche 13, 14 und Ip Löcher gebohrt und aufgerieben, die Paßstifte (nicht gezeigt) aufnehmen.Adjacent to the foot of the flange 15, the ring gear 16 has two cylindrical seat surfaces 19 and 20 into which Insert pin-like centering surfaces of the housing bodies 7 and 8 in order to close the ring gear 16 during assembly support. After the ring gear 16 is properly aligned, holes are drilled through the flanges 13, 14 and Ip and rubbed open the dowel pins (not shown).
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Wie es aus der Figur deutlich hervorgeht, sind die übrigen Abschnitte des Zahnradkranzes 16 durch Luftspalte 21 und von den benachbarten Abschnitten der Gehäusekörper 7 und 8 getrennt. Dadurch entsteht ein langer Wärmeleitungsweg zwischen den Arbeitskreisen \L und Wp und dem Zahnradkranz 16. Es sei beispielshalber angenommen, daß die Arbeitskreise \'L und V/p entleert sind und daß sich die Antriebsflügelräder 1 und 2 gegenüber den Abtriebsflügelrädern 3 und 4 in entgegengesetzter Richtung drehen. Wenn jetzt die Arbeitskreise \L und Wo plötzlich mit der Arbeitsflüssigkeit gefüllt werden, wird in ihnen äußerst schnell e'ine große Wärmemenge erzeugt, die dadurch entsteht, daß die mit den Abtriebsflügelrädern 3 und 4 verbundenen Maschinenteile zunächst abgebremst und anschließend in der Drehrichtung der Antriebsflügelräder 1 und 2 beschleunigt werden.As can be clearly seen from the figure, the remaining sections of the ring gear 16 are separated from the adjacent sections of the housing bodies 7 and 8 by air gaps 21. This creates a long heat conduction path between the working circuits \ L and Wp and the ring gear 16. It is assumed for the sake of example that the working circuits \ 'L and V / p are empty and that the drive vane wheels 1 and 2 are opposite to the driven vane wheels 3 and 4 Turn direction. If the working circuits \ L and Wo are suddenly filled with the working fluid, a large amount of heat is generated in them extremely quickly, which arises from the fact that the machine parts connected to the driven vane wheels 3 and 4 first braked and then in the direction of rotation of the drive vane wheels 1 and 2 are accelerated.
Dabei kann, wie bereits erwähnt, ein Temperaturanstieg bis zu 130 0C auftreten. Wenn der Zahnradkranz 16 auf seiner Gesamtlänge in direktem wärmeleitenden Kontakt mit den Gehäusekörpern 7 und 8 wäre, würde sich der schnelle Temperaturanstieg unmittelbar auf die Außenenden des Zahnradkranzes übertragen. Diese Enden wurden sich sofort ausdehnen, während der verhältnismäßig kühle Mittenabschnitt des Zahnradkranzes seine normale Abmessung behalten würde. Die Folge davon wäre, daß sich das genau ausgebildete Schrägverzahnungsprofil durchbiegen und verwölben und die gesamte Zahnbelastung von den "hohen Stellen" aufgenommen werden würde, die gegenüber der Gesamtfläche der Zahnradflanke klein wären. Dies hätte zwangsläufig schwerwiegende Schaden zur Folge. As already mentioned, a temperature rise of up to 130 ° C. can occur here. If the ring gear 16 were in direct thermally conductive contact with the housing bodies 7 and 8 over its entire length, the rapid temperature rise would be transmitted directly to the outer ends of the ring gear. These ends would expand instantly while the relatively cool center portion of the ring gear would maintain its normal dimension. The consequence of this would be that the precisely formed helical tooth profile would bend and warp and the entire tooth load would be absorbed by the "high points", which would be small compared to the total surface of the gear wheel flank. This would inevitably result in serious damage.
Bei der in der Figur gezeigten Anordnung kann der schnelle Temperaturanstieg der Arbeitskreise sich erst auf den Zahnradkranz 16 auswirken, wenn die erzeugte Wärme über die Gehäusekörper 7 und 8 zum Mittenflansch 15 des Zahnradkranzes geströmt ist. Der Flansch 15 weist daher bereits einenIn the arrangement shown in the figure, the rapid rise in temperature of the working circuits can only affect the ring gear 16 affect when the heat generated over the Housing body 7 and 8 has flowed to the center flange 15 of the ring gear. The flange 15 therefore already has one
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erheblich niedrigeren Temperaturanstieg als die axialen Außenenden der Gehäusekörper 7 und 8 auf. Y/eiterhin wird die erzeugte Wärme zu dem .Zahnradkranz über eine verhältnismäßig große Fläche und an einem verhältnismäßig dicken Abschnitt des Zahnradkranzes übertragen, so daß die Wärmeleitungswege innerhalb des Zahnradkranzes zu allen Stellen verhältnismäßig kurz sind. Auf diese Weise wird der Temperaturanstieg des Zahnradkranzes durch die Gehäusekörper 7 und 8 vermindert, und die übertragene Wärmemenge wird gleichzeitig und gleichförmig über die gesamte Länge des Zahnradkranzes verteilt. Da weiterhin die gesamte Anordnung aus den Arbeitskreisen, den Gehäusekörpern 7 und 8 und dem Zahnradkranz vollkommen symmetrisch ist, sind die Wärmeleitungswege und die Wärmeausdehnungen zu beiden Seiten der durch die symmetrische Anordnung gebildeten Symmetrieebene gleich groß.significantly lower temperature rise than the axial outer ends of the housing body 7 and 8. Y / will continue to be the heat generated to the .Zahnradkranz over a relatively large area and on a relatively thick Transfer portion of the ring gear, so that the heat conduction paths within the ring gear to all points are relatively short. In this way, the temperature rise of the ring gear is caused by the housing body 7 and 8, and the amount of heat transferred is simultaneously and uniformly over the entire length of the Gear ring distributed. Since the entire arrangement from the working groups, the housing bodies 7 and 8 and the ring gear is perfectly symmetrical, the heat conduction paths and the thermal expansions are on both sides the plane of symmetry formed by the symmetrical arrangement is the same size.
Die Unterseite des Zahnradkranzes 16, die die eine Begrenzungsfläche des Luftspaltes 31 und 32 bildet, kann ein solches Profil aufweisen, daß der Zahnradkranz eine derartige Festigkeit und Steifigkeit hat, die auf der gesamten Länge der Zahnflanke eine gleichmäßige Berührung mit der Gegenzahnflanke sicherstellt. Das erforderliche Profil kann anfangs berechnet und anschließend durch Versuche nachgeprüft werden, wenn man die tatsächliche Auflagefläche der Zähne mit dem Auge überprüfen kann» Das Profil kann dann entsprechend nachgearbeitet werden.The underside of the ring gear 16, which is a boundary surface of the air gap 31 and 32 forms, can have such a profile that the ring gear such Has strength and rigidity, which over the entire length of the tooth flank has an even contact with the opposing tooth flank ensures. The required profile can initially be calculated and then verified through tests when the actual contact surface of the teeth can be checked with the eye »The profile can then be adapted accordingly be reworked.
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Claims (5)
dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Außenabschnitte des Zahnradrings (16) mit abnehmendem Abstand von den Stirnenden des Zahnradrings eine fortschreitend kleiner v/erdende radiale Dicke aufweisen.2. Coupling according to claim 1,
characterized in that the axial outer sections of the gear ring (16) have a progressively smaller radial thickness as the distance from the end faces of the gear ring decreases.
dadurch gekennzeichnet, daß die den axialen Außenabschnitten des Zahnradrings (16) gegenüberliegenden Außenflächenabschnitte des Gehäuses (6) entsprechend geformt sind, so daß die Luftspalte ringförmig sind und etwa parallel verlaufende Begrenzungsflächen aufweisen. 3. Coupling according to claim 2,
characterized in that the outer surface portions of the housing (6) opposite the axial outer portions of the gear ring (16) are correspondingly shaped so that the air gaps are annular and have approximately parallel boundary surfaces.
dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnradring (16) einen innenliegenden Kittenflansch (15) aufweist, der zwischen gleichförmig ausgebildeten Gehäusekörpern (7 und 8) eingeklemmt ist.5. coupling according to claim 4,
characterized in that the gear ring (16) has an internal kitten flange (15) which is clamped between uniformly designed housing bodies (7 and 8).
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Li / Gu.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |