DE2700459B1 - Summiergetriebe,insbesondere fuer Schiffsantriebe - Google Patents

Description

Summiergetriebe fassen .nehrere Antriebe zu einem 5« gemeinsamen Abtrieb zusammen, z. B. bei einem Schiffsantrieb mit einer Hochdruck , Mitteldruck- und Niederdruckturbine.

Getriebe dieser Art können antriebsseitig auch mit anderen Antriebsmaschinen, z. B. mit Gasturbinen oder « Verbrennungsmotoren und abtriebsseitig mit Arbeitsmaschinen aller Art verbunden sowie als Unter- oder Übersetzungsgetriebe gebaut sein.

Das zu einer Hauptantriebsanlage für Schiffe gehörende Untersetzungsgetriebe hat bekanntlich den -t'-¹ Zweck, die zu hohen Drehzahlen der Antriebsaggregate auf eine solche Drehzahl des Propellers zu reduzieren, daß dieser einen bestmöglichen Wirkungsgrad erreicht. Bei insbesondere den mit Dampfturbinen arbeitenden Hauptantriebsanlagen haben sich bisher im wesentlichen als Untersetzungsgetriebe für den hier genannten Zweck zwei Konstruktionen durchgesetzt. Zum einen handelt es sich um solche Getriebe, bei denen die Antriebsleistung einer ersten Stufe zugeführt wird, die aus je einem Ritzel und mit diesen kämmenden Rädern besteht. Diese übertragen das Drehmoment über je ein weiteres, als zweite Stufe dienendes Ritzel auf das mit der Propellerwelle in Verbindung stehende Großrad (diese Getriebeart wird auch mit »articulated« bezeichnet, s. F i g. 1 a und 1 b).

Zum anderen sind Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (bzw. nach Fig. Id) bekannt, die vornehmlich bei großen Antriebsleistungen und bei beengten Platzverhältnissen verwendet werden. In jedem Leistungsstrang können die mit der Drehzahl der w) Antriebsmaschine angetriebenen Eingangsritzel der ersten Stufe mit jeweils zwei Untersetzungsrädern, auf deren Wellen je ein weiteres, mit dem Großrad kraftschlüssig verbundenes Zwischenritzel sitzt (s. Fig. Ic und Id). Der Vorteil dieser, auch mit "> »locked-train« bezeichneten Getriebeart besteht neben den bereits eingangs genannten Vorteilen insbesondere darin, daß die Ritzel der ersten Stufe dank ihres zweifachen Eingriffs in die ihnen zugeordneten Räder bei gleichem Drehmoment nur halb so hohe Zahndrücke übertragen und keine Durchbiegung erfahren, sondern nur auf Torsion beansprucht werden. Bei an sich gleichen Abmessungen können diese Getriebe gegenüber der erstgenannten Ausführung mit der doppelten Leistung belastet werden. Bei diesen Summiergetrieben stehen die einzelnen Leistungsstränge jedoch antriebsseitig untereinander nicht in Verbindung, so daß von daher kein Einfluß auf eine gleichmäßige Leistungsverteilung, insbesondere im Hinblick auf eine optimale Auslegung und Nutzung des Getriebes, gegeben ist. So muß eine Vielzahl verschiedenster Bauteile, jeweils nach verschiedenen Zeichnungen gefertigt, vorgesehen werden. Das bedeutet auch eine große Anzahl von Reserveteilen, die ständig auf Lager gehalten werden müssen, verbunden mit dem dafür benötigten Raum und den auflaufenden Kosten. Das Abtriebsrad als Großrad muß aber stets nach der größeren Leistung der beiden Leistungseingänge ausgelegt werden. Ist also beispielsweise die Leistung eines Antriebsritzels doppelt so groß wie die des anderen, so wird die Zahnbreite vom Großrad für die Leistung des größeren Leistungseingangs berechnet, während sie für den kleineren nur halb so breit zu sein brauchte. Dadurch erhält das Großrad das doppelte Gewicht. Das ist zwar etwas vereinfacht ausgedrückt, aber naturgemäß beeinflußt ein solcher Leistungsunterschied sämtliche Getriebeabmessungen und damit auch das Gewicht, den Preis, den Wirkungsgrad, den Ölbedarf, die Fundamentierung und den Raumbedarf im Schiff oder an der Baustelle. Eine Antriebsanlage zeitigt insbesondere dann einen optimalen Wirkungsgrad, wenn sie z. B. als Dampfturbinenanlage in drei Teilturbinen — nämlich eine Hochdruck-, eine Mitteldruck- und schließlich eine Niederdruckturbine — aufgeteilt wird. Die Leistung jener drei Teilturbinen verteilt sich etwa so, daß die Hochdruck- und die Mitteldruckturbine je 30% und die Niederdruckturbine etwa 40% aufbringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst gleichmäßige Leistungsaufteilung auf die einzelnen Stränge zu erzielen.

Die erfindungsgemäße Lösung führt unter Beibehaltung aller bisherigen Vorteile zu einer Bauweise (»verbesserte locked-train-Bauweise«), die in der ersten Stufe wenigstens ein Untersetzungsrad weniger benötigt. Verschieden große Leistungen der Antriebsmaschinen bzw. der Eingangsritzel werden gleichmäßig über das Getriebe und damit auf das Abtriebsrad verteilt, da der Separatcharakter der Einzelstränge aufgehoben ist. Bei drei Leistungseingängen ändern sich die Getriebeabmessungen gegenüber der bekannten »locked-train«- Ausführung mit zwei Leistungseingängen nicht, sofern in beiden Fällen eine gleiche Gesamtleistung vorgesehen ist. Man hat also neben der Einsparung von zwei Rädern der ersten Stufe sowie zwei Ritzeln der zweiten Stufe und den beiden zugehörigen verbindenden Wellen einschließlich zweier elastischer Kupplungen, Torsionsstäbe od. dgl. und der Einsparung von 8 Traglagern den gleichen Getriebewirkungsgrad wie bei einem Getriebe gleicher Bauart mit nur zwei Leistungseingängen. Aber auch das Getriebegehäuse wird in seiner konstruktiven Gestaltung durch den Wegfall von zwei örtlich genau festgelegten Bohrungen, den Tragstühlen für die entsprechenden Lager usw. nicht komplizierter als ein Getriebegehäuse mit zwei Lasteingängen.

Durch die mehrfache Leistungsverteilung bei einem Getriebe mit drei Leistungseingängen besteht auch die

Möglichkeit, eine kleinere Getriebetype zu erhalten, weil die Eingangsritzel kleinere Durchmesser erhalten, was sich über sämtliche Zahnräder fortpflanzt, so daß letztlich auch das Großrad im Durchmesser kleiner und schmaler wird.

Hinzu kommt, daß ein solches geschildertes Getriebe mit drei Leistungseingängen nicht nur den Gesamtwirkungsgrad der ganzen Anlage zu verbessern mag — nämlich aufgrund der Reduzierung der Anzahl der Zahnräder, Wellen und Lager und zum anderen wegen ιυ der Möglichkeit der optimalen Auslegung der Teilturbinen —, denn bekanntlich stellt die Baulänge der Gesamtanlage mit Rücksicht auf die Laderaumkapazität eines Frachtschiffes einen nicht zu unterschätzenden Faktor dar. Mit einem »locked-train«-Getriebe mit drei Leistungseingängen entsprechend der Erfindung wird eine extrem kurze und relativ wenig raumbeanspruchende Antriebsanlage mit kompakter Bauweise geschaffen.

Die ganze Anlage baut so kurz und stellt ein komplettes Ganzes dar, so daß sie auch verdoppelt — also bei einem Zweischraubenschiff — noch gut in einem verhältnismäßig schmalen Hinterschiff nebeneinander unterzubringen ist. Sie erlaubt einen maximal erzielbaren Wirkungsgrad. Das Gesamtgewicht einer solchen vorgeschlagenen Anlage ist geringer als dasjenige bei gleicher Leistung aber anderem Aufbau und anderer Getriebekonstruktion.

Selbst wenn man die Zwischenwellen nic'n gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als «> Torsionswellen ausgebildet, ist eine bessere Leistungsverteilung gegeben. Die Ausbi'dung der Zwischenwellen als Torsionswellen nach Anspruch 2 ist aus diesem Grund bekannt (Zeitschrift »The Marine Engineer«). Es ist auch bekannt (DE-AS 11 58 786), die Eingangsritzel r> möglichst in einer Ebene anzuordnen (Anspruch 3).

Besonders zweckmäßig ist es, die Leitungen der einzelnen Antriebsmaschinen so aufeinander abzustimmen, daß die Leistungsaufnahme der Zwischenwellen möglichst gleich groß ist. Dadurch werden die Zahnbeanspruchungen des Großrades durch die Zwischenritzel der zweiten Stufe gleichmäßiger und die Zahnabmessungen kleiner, das Großrad also leichter.

Die Erfindung ist anhand einiger Beispiele in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung von Querschnitten verschiedener Getriebearten, von denen die Ausbildungen »a«bis »e«den Stand der Technik und die Ausbildungen »f« bis »i« Formen von Getrieben gemäß der Erfindung zeigen, ^r>o

Fig.2 einen Querschnitt gemäß Fig. Ig in vergrößertem Maßstab,

Fig.3 eine perspektivische Ansicht eines Getriebes ohne Gehäuse gemäß F i g. 2 für Turbinenantrieb,

F i g. 4 eine Seitenansicht und >5

Fig.5 eine Draufsicht auf Antriebsanlage und Getriebe gemäß F i g. 3.

Die Fig. If bis Ii zeigen verschiedene Getriebearten mit zwei bis sechs Eingangsritzeln. Der Aufbau dieser Getriebe ist im Prinzip derselbe wie anhand der F i g. 2 «ι und 3 nachstehend beschrieben wird.

F i g. 3 zeigt vier Ritzel 16', ein Untersetzungsrad 100 in der ersten und ein Ritzel 200 in der zweiten Untersetzungsstufe.

In F i g. 2 und 3 stellen die z. B. von der Hochdruck-, * > Mitteldruck- und Niederdruckturbine kommenden drei Leistungseingänge, nämlich die Eingangsritzel 1, 2 und 16 und die mit ihnen kämmenden Untersetzungsräder 3, 4, 10 und 11 die erste Stufe des Untersetzungsgetriebes dar.

Mit den Untersetzungsrädern 3,4,10 und 11 sind über Zwischenwellen 7, 8, 14 und 15 koaxial je ein weiteres Ritzel, Zwischenritzel 5,6,12 und 13 verbunden, die mit einem Großrad 9 als Abtriebsrad kämmen. Dieses und die Zwischenritzel 5,6,12 und 13 stellen die zweite Stufe des Getriebes dar. An dem Großrad 9 wird in bekannter Weise die nicht dargestellte Wellenleitung bzw. Propellerwelle angeflanscht.

In F i g. 4 und 5 ist die Hochdruckturbine mit 21, die Mitteldruckturbine mit 22 und die Niederdruckturbine mit 23 bezeichnet. Alle Turbinen 21, 22, 23 stehen mit dem Summiergetriebe 26 in Verbindung.

Wie insbesondere aus F i g. 1 ersichtlich ist, hat man es in der Hand, die Zwischenritzel der zweiten Stufe auf dem Umfang des Großrades 9 so weit nach oben zu verlagern, bis die koaxial zu den Eingangsritzeln der zweiten Stufe angeordneten Untersetzungsräder der ersten Stufe in der Lage sind, mit dem dritten für die Niederdruckturbine 23 bestimmten und entsprechend berechneten Ritzel 16 der ersten Stufe zu kämmen.

Auf diese Weise hat man gewissermaßen ein Getriebe der verbesserten »locked-train«-Bauart erhalten. Wie bei der bekannten »Iockedtrain«-Bauart ist gewährleistet, daß die Ritzel 1, 2 und 16 der ersten Stufe von Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckturbine zweifachen Zähneingriff haben und jedem Ritzel der ersten Stufe zwei Räder 3 und 10,4 und 11 und 10 und 11 der ersten Stufe zugeordnet sind. Die Eingangsritzel I₁2 und 16 werden also nicht mehr auf Biegung, sondern nur auf Torsion beansprucht. Die Räder 10 und 11 der ersten Stufe werden ebenfalls nicht höher beansprucht, als es beim bekannten »locked-train«-Getriebe der Fall ist, bzw. als die Räder 3 und 4 der ersten Stufe, weil der Eingriff des Ritzels 16 der Niederdruckturbine 23 etwa 180° versetzt gegenüber den Ritzeln 1 und 2 der Hochdruckturbine 22 und der Mitteldruckturbine 21 vorgesehen ist, was eine zusätzliche stabilisierende Wirkung zur Folge hat.

Wenn man an das oben angeführte Beispiel anknüpft, so übertragen die beiden zur ersten Stufe gehörenden Ritzel 1 und 2 je 30% und das ebenfalls zur ersten Stufe gehörende Ritzel 16 etwa 40% der Leistung. Es wird also über die Wellen 7 und 8 der beiden Untersetzungsräder 3 und 4 der ersten Stufe jeweils 15% der Leistung zu den beiden Ritzeln 5 und 6 der zweiten Stufe geleitet, während über die Wellen 14 und 15 etwa 15%+ 20% = 35% der Leistung zu den Ritzeln 12 und 13 der zweiten Stufe gebracht werden.

Bei einem unterhalb der Turbinen liegenden Kondensator 24 kann man den Kondensator 24 selbst als Fundament für die drei kurzen Turbinen 21, 22, 23 benutzen oder aber den Kondensator — falls erforderlich — mit einem gesonderten Fundament überbrücken. Es besteht die Möglichkeit, die drei Achsmitten, d. h. die Ritzel 1,2 und 16 der drei Teilturbinen 21,22,23 nahezu auf einer Höhe anzuordnen, was die Überwachung während des Betriebes und die Montagearbeiten bei Revisionen erheblich erleichtert. Bei Havarien ist die Abschaltbarkeit einzelner Teilburbinen ohne Schwierigkeiten möglich.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Summiergetriebe mit n-Leistungseingängen von Antriebsmaschinen, z. B. bei einer aus einer Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckturbine beste- ^r> henden als Schiffsantrieb auf ein Untersetzungsgetriebe arbeitenden Dampfturbinenanlage, wobei in jedem Leistungsstrang die Leistung von einem Eingangsritzel über zwei Untersetzungsräder und zwei Zwischenritzel auf ein gemeinsames Abtriebs- ic rad geleitet wird und die einzelnen Stränge in gleichem Abstand aufeinander folgend auf dem Umfang des Antriebsrades angeordnet sind, d a durch gekennzeichnet, daß bei η Leistungssträngen (Eingangsritzel 1, 2,16) n+ 1 Unter- ι > setzungsräder (3, 4, 10, 11) vorgesehen sind, wobei die Leistungsstränge in der ersten Stufe (1,3,10; 2,4, 11; 16, 10, U) getrieblich miteinander verbunden sind.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwellen (7, 8, 14, 15) der Leistungsstränge als Torsionswellen od. dgl. ausgebildet sind.

3. Getriebe nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Eingangsritzel (1,2,16) etwa in einer Ebene liegen.