DE2700459C2 - Summiergetriebe, insbesondere für Schiffsantriebe - Google Patents
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Description
Summiergetriebe fassen mehrere Antriebe zu einem w
gemeinsamen Abtrieb zusammen, z. B. bei einem Schiffsantrieb mit einer Hochdruck-, Mitteldruck- und
Niederdruckturbine.
Getriebe dieser Alt körnen antriebsseitig auch mit anderen Antriebsmaschinen, z. B. .<
-rt Gasturbinen oder κ 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 ·*»
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 wesentli- *5
chen 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 so 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. Fig. la und Ib).
Zum anderen sind Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I (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 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 μ
»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 Summiergeirieben stehen dia einzelnen Leistungsstränge jedoch antriebsseitig untereinander nicht in Verbindung, so Jaß 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 Olbedarf, 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 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-trainw-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 — nc?h 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 nicht gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als
Torsionswellen ausgebildet, ist eine bessere Leistungsverteilung gegeben. Die Ausbildung 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
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
Fig. I iiine schematische Darstellung von Querschnitten
verschiedener Getriebearten, von denen die Ausbildungen »a«b\s »e«den Stand der Technik und dir;
Ausbildungen »f« bis »i« Formen von Getrieben gemäß der Erfindung zeigen,
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
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 Fi g. 2
und 3 nachstehend beschrieben wird.
In F i g. 2 und 3 stellen die z. B. von der Hochdruck-, Mitteidruck- und Niederdruckturbine kommenden drei
Leistungseingänge, nämlich die Eingangsritzel 1, 2 und 16 und die mit ihnen kämmenden Untersetzungsräder 3,
4,10 und U 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
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
lu Weise die nicht dargestellte Wellenleitung bzw.
Propellerwelle angeflanscht.
In Fig.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 cü;n 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 »locked-trainw-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
jo ersten Stufe zwei Räder 3 und 10,4 und 11 und 10 und 11
der ersten Stufe zugeordnet sind. Die Eingangsritzel 1,2 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
r> 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
4i) 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 I und 2 je 30% und das ebenfalls zur ersten Stufe
4i 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 Konden sator 24 kann man den Kondensator 24 selbst als
F-.indi.msnt für die drei kurzen Turbinen 21, 22, 23
benutzen oder aber den Kondensator — falls erforderlich — mit einem gesonderten Fundament übe/brücken.
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
μ während des Betriebes und die Montagearbeiten bei
Revisionen erheblich erleichtert. Bei Havarien ist die Abschaltbarkeit einzelner Teilburbinen ohne Schwierigkeiten möglich.
Claims (3)
1. Summiergetriebe mit n-Leistungseingängen von
Antriebsmaschinen, z. B. bei einer aus einer Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckturbine beste-
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 Abtriebsrad geleitet wird und die einzelnen Stränge in
gleichem Abstand aufeinander folgend auf dem Umfang des Antriebsrades angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei π Leistungssträngen (Eingangsritzel 1,2,16) n+1 Unter- ^
setzungsräder (3, 4, 10, 11) vorgesehen sind, wobei
die Leistungsstränge in der ersten Stufe (1,3,10; 2,4,
11; 16, 10, II) 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.
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