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Kennwort: "Eisbrechergetriebe"
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Mydrodynamisches Getriebe Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches
Getriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die zu solchen Getrieben gehörenden
hydrodynamischen Drehmomentwandler sind seit langem bekannt (DE-PS 221 422). Sie
wurden schon ursprünglich in Schiffsantrieben verwendet und dienten dort zur Kraftübertragung
von einer Dampfturbine auf den Schiffspropeller, und zwar ohne Zwischenschalten
eines mechanischen Getriebes. Dabei wurde Je ein Wandler für die Vorwärts- und für
die Rückwärtsfahrt vorgesehen.
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Die Kraftübertragung mittels eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers
ist naturgemäß mit einem gewissen Energieverlust verbunden, in der Größenordnung
von etwa 8 bis 20 . Es ist bekannt, aus diesem Grunde den hydrodynamischen Drehmomentwandler
durch eine mechanische Schaltkupplung zu ergänzen (DE-PS 977 135). Dadurch kann
die Kraftübertragung wahlweise über den Drehmomentwandler oder über die Schaltkupplung
stattfinden. Aus Fig. 1 der DE-PS ist ferner bekannt, die beiden Hälften der Schaltkupplung
unter Verwendung von Zahnradgetrieben derart mit der Eingangs- bzw. der Ausgangswelle
des Drehmomentwandlers zu verbinden, daß beim Arbeiten-des Drehmomentwandlers im
Bereich hohen Wirkungsgrades wenigstens angenähert Drehzahlgleichheit zwischen den
beiden Kupplungshälften der Schaltkupplung besteht. Dadurch wird ein stoß- und verlustarmes
Einrücken der Schaltkupplung ermöglicht. Das bekannte Getriebe hat aber - insbesondere
weil die Schaltkupplung auf der Wandler-Eingangswelle angeordnet ist - den Nachteil,
daß bei ausgeschaltetem Wandler und bei eingerückt er Schaltkupplung die Kraftübertragung
über zahlreiche Zahnräder stattfindet. Dies verursacht
wiederum
Verluste, wenn auch in geringerer Höhe als beim Betrieb mit dem hydrodynamischen
Drehmomentwandler. Ein weiterer Nachteil des bekannten hydrodynamischen Getriebes
besteht darin, daß ihm ein drehzahlerhöhendes mechanisches Getriebe vorgeschaltet
werden muß, wenn als Antriebsmaschine ein langsam laufender Dieselmotor vorgesehen
ist. In diesem Falle sind weitere Energieverluste in Kauf zu nehmen. Außerdem ist
der Platzbedarf für ein solches Vorschaltgetriebe beträchtlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrodynamisches aetriebe
mit einer den Drehmomentwandler überbrückenden Schaltkupplung anzugeben, das eine
möglichst verlustarme Kraftübertragung zuläßt, insbesondere bei eingeschalteter
Uberbrückungskupplung.
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Für die Verwendung in einem Schiffsantrieb soll das Getriebe außerdem
so gebaut sein, daß der Platzbedarf für die Antriebsanlage möglichst gering ist.
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Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene hydrodynamische
Getriebe gelöst.
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Während in dem bekannten Getriebe nach DE-PS 977 135 die beiden mechanischen
Getriebestufen nur dazu dienen, in der UberbrUckungskupplung bei einem günstigen
Betriebszustand des Wandlers Drehzahlgleichheit herzustellen und somit ein stoß-
und verlustarmes Einrücken der Uberbrückungskupplung zu ermöglichen, werden in dem
erfindungsgemäßen Getriebe, insbesondere durch die Anordnung der Uberbrückungskupplung
auf der Achse der Nebenwelle und durch das angegebene Ubersetzungsverhältnis in
der ersten Getriebestufe, zahlreiche weitere Vorteile erzielt, die nachfolgend angeführt
werden.
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Falls als Antriebsmaschine eine mit verhältnismäßig kleiner Drehzahl
umlaufende Kolbenbrennkraftmaschine, in der Regel ein Dieselmotor, eingesetzt werden
soll, kann dieser unmittelbar, d.h. ohne ein drehzahlerhöhendes Vorschaltgetriebe,
an die Nebenwelle angeschlossen werden. Denn gemäß der Erfindung findet die zwischen
dem Dieselmotor und den Drehmomentwandlern erforderliche Drehzahlerhöhung in der
ersten mechanischen Getriebestufe statt. Damit
trotz der hohen Übersetzung
in dieser Getriebestufe die Voraussetzung erfüllt bleibt, daß beim Arbeiten des
Drehmomentwandlers im Bereich hohen Wirkungsgrades in der Schaltkupplung wenigstens
angenähert Drehzahlgleichheit besteht, muß auch in der zweiten mechanischen etrebestufe
eine verhältnismäßig hohe Übersetzung vorgesehen werden, und zwar von der Wandler-Ausgangswelle
zur Abtriebswelle eine tibersetzung ins langsame. Dies ist aber auch insofern von
Nutzen, als fast immer in dem Kraftübertragungsweg nach dem Wandler eine DrehzahlXeduzierung
stattfinden muß.
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Mit anderen Worten, den mechanischen Getriebestufen kommt eine Doppelfunktion
zu. Sie dienen zum Synchronisieren der Schaltkupplung und zugleich zum Überbrücken
der beträchtlichen Drehzahlunterschiede zwischen der Antriebsmaschine und der Getriebeabtriebswelle
einerseits und den Wandler-Ein- und Ausgangswellen andererseits.
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Zwar addieren sich bei der Krafttibertragung über den hydrodynamischen
Drehmomentwandler die im Wandler und die in den beiden mechanischen Getriebestufen
auftretenden Verluste. Der Wandler wird jedoch in der Regel nur zum Anfahren benutzt,
oder, im Falle eines eisbrechenden Schiffes, bei Fahrt im Eis. Demgegenüber findet
die weitaus häufiger stattfindende Kraftübertragung auf dem Wege silber die Uberbrilekungskupplung
unter besonders günstigen Umständen statt, nämlich ohne Beteiligung der mechanischen
Getriebestufen. Dadurch sind hierbei die Verluste besonders gering.
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Falls als Antriebsmaschine eine mit verhältnismåßig hoher Drehzahl
umlaufende Gasturbine eingesetzt werden soll, kann diese unmittelbar an die Wandler-Eingangswelle
angeschlossen werden. Auch hierbei kann die Kraftübertragung wahlweise über den
hydrodynamischen Drehmomentwandler oder über die Uberbrücklmgskupplung stattfinden.
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Im letzteren Falle wird mittels des ersten mechanischen Getriebeteiles
die erforderliche Drehzahlreduzierung vorgenommen.
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An das erfindungsgemäße Getriebe kann auch bei Bedarf sowohl ein Dieselmotor
als auch eine Gasturbine angeschlossen werden, die letztere in diesem Falle zweckmäßig
über eine Trennkupplung, einen Einspeis-Drehmomentwandler od.gl.
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Schließlich kann als Antriebsmaschine auch eine Dampfturbine vorgesehen
werden, insbesondere eine zweistufige Dampfturbine. Hierbei wird der Hochdruckteil
an die Wandler-Eingangswelle und der mit geringerer Drehzahl umlaufende Niederdruckteil
an die Nebenwelle angeschlossen.
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Das erfindungsgemäße Getriebe ist somit sehr vielseitig einsetzbar.
Sein Hauptvorteil besteht jedoch darin, daß die mechanischen Getriebeteile und die
hydrodynamischen Drehmomentwandler eine kompakte Baueinheit bilden und daß aufgrund
der Doppelfunktion der mechanischen Getriebeteile, die ein zusätzliches Vorschaltgetriebe
überflüssig macht, eine beträchtliche Verringerung des Platzbedarfes der gesamten
Antriebsanlage erzielt wird. In dieser Hinsicht können durch die Anwendung der Merkmale
der Ansprüche 2 und/oder 3 noch weitere Verbesserungen erzielt werden.
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Falls das hydrodynamische Getriebe als Wendegetriebe ausgebildet und
deshalb für jede Fahrtrichtung einen separaten Wandler aufweist, muß beim Umsteuern
der Abtriebsdrehrichtung durch Umfüllen der beiden Wandler dafür gesorgt werden,
daß die Antriebsmaschine nicht entlastet wird. Hierzu ist es bekannt, während des
Umsteuerns vorübergehend beide Wandler gefüllt zu halten (DE-PS 354 990). Diese
bekannte Methode kann aber nicht in allen Betriebszuständen das Entlasten der Antriebsmaschine
mit der notwendigen Sicherheit unterbinden. Es wird deshalb vorgeschlagen, gemäß
Anspruch 4 oder 5 eine Bremse vorzusehen, mit deren Hilfe die Antriebsmaschine vorübergehend
zusätzlich belastet werden kann.
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In der beigefügten Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
schematisch dargestellt. Dort sind die wesentlichen Teile eines erfindungsgemäßen,
als hydrodynamisches Wendegetriebe ausgebildeten Getriebes wie folgt bezeichnet:
10
Vorwärtswandler 11 Pumpenrad des Vorwärtswandlers 10 12 Zweistufiges Turbinenrad
des Vorwärtswandlers 10 13 Feststehendes Wandlergehäuse 14 Leitschaufelkranz, befestigt
im Gehäuse 13 20 Rückwärtswandler 21 Pumpenrad des Rückwärtswandlers 20 22 Turbinenrad
des Rückwärtswandlers 20 23 Feststehendes Wandlergehäuse 24 Zweistufiger Leitschaufelkranz,
befestigt im Gehäuse 23 30 Gemeinsame Wandler-Eingangswelle 31 Hohle Verbindungswelle
zwischen den Turbinenrädern 12 und 22 32 Gemeinsame Wandler-Ausgangswelle 33 Auf
der Eingangswelle 30 befestigt es Zahnrad 34 Auf der Ausgangswelle 32 befestigtes
Zahnrad 35 nebenwelle 36 Abtriebswelle, als Hohlwelle ausgebildet und die Nebenwelle
35 umschließend 37 Mit dem Zahnrad 33 kämmendes und auf der Nebenwelle 35 bebefestigtes
Zahnrad 38 Mit dem Zahnrad 34 kämmendes und auf der Abtriebswelle 36 befestigtes
Zahnrad 39 Auf der Abtriebswelle 36 befestigtes und zwischen den Zahnrädern 37 und
38 angeordnetes Abtriebszahnrad 40 Als Lamellenschaltkupplung ausgebildete Uberbrückungskupplung,
mit der die Nebenwelle 35 an die Abtriebswelle 36 angekuppelt werden kann.
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41 Aus den Zahnrädern 33 und 37 gebildete erste mechanische Getriebestufe
42 Aus den Zahnrädern 34 und 38 gebildete zweite mechanische Getriebestufe 43 Auf
der Wandler-Eingangswelle 30 angeordnete hydrodynamische Bremse 44 An der Wandler-Eingangswelle
30 befestigter Anschlußflansch, z.B. für eine Gasturbine GT 45 An der Nebenwelle
35 befestigter Anschlußflansch, z.B. für einen Dieselmotor DM
46
Schiffspropeller (Festpropeller, d.h. Schaufeln nicht schwenkbar) 47 Propellerwelle
48 Auf der Propellerwelle 47 befestigtes und mit der Abtriebswelle 39 kämmendes
Hauptrad.
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In der praktischen Ausführung eines Schiffsantriebes für einen schweren,
eisbrechenden Tanker wird man das Hauptrad 48 durch mehrere, über den Umfang verteilt
angeordnete Antriebs anlagen der dargestellten Art antreiben. Dabei wid man jedem
der hydrodynamischen Wendegetriebe entweder einen Dieselmotor oder eine Gasturbine
zuordnen.
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Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß das Durchmesserverhältnis der
Zahnräder 33/37 etwa 1:6, dasjenige der Zahnräder 34/38 etwa 1:3 beträgt. Somit
sind die Drehzahlen der Wellen 35 und 36 ungefähr gleich, wenn der Vorwärtswandler
10 mit einem Drehzahlverhältnis von etwa 0,5 arbeitet, das ist das Drehzahlverhältnis
zwischen den Wellen 32 und 30. In diesem Betriebszustand kann die Lamellenkupplung
40 unter Vermeidung längeren Schlupfbetriebes eingerückt werden. Dabei ist angenommen,
daß das Wirkungsgrad-Optimum des Vorwärtswandlers in der Nähe des genannten Drehzahlverhältnisses
0,5 liegt. Für einen Vorwärtswandler, dessen Wirkungsgrad-Optimum bei einem anderen
Drehzahlverhältnis liegt, müssen die Übersetzungsverhältnisse der Getriebestufen
41 und 42 entsprechend geändert werden.
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Das Anfahren der Antriebsmaschine DM oder GT erfolgt bei entleerten
Wandlern 1G und 20 und bei gelöster Kupplung 40. Zum Hochfahren der Propellerwelle
47 wird je nach gewünschter Fahrtrichtung einer der beiden Wandler gefüllt. Hierbei
verläuft, z.B. in Vorwärtsfahrtrichtung bei Antrieb durch den Dieselmotor DM, der
Kraftfluß über die Teile 45, 35, 37, 33, 30> 11, 12J 32, 34, 38, 36, 39> 48,
47, 46. Bei Fahrt i freiem Wasser kann, wenn in der Kupplung 40 annähernd Drehzahlgleichheit
erreicht worden ist, diese eingerückt und der Wandler 10 entleert werden; dann verläuft
der Kraft fluß über die Teile 45, 35> 40, 36, 39, 48, 47, 4G. Bei Fahrt im Eis
mit der hierbei wesentlich höheren Drehmomentanforderung erfolgt jedoch die Kraftübertragung
grundsätzlich über einen der Drehmomentwandler.
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Das Reversieren z.B. von Vor- auf Rückwärtsfahrt erfolgt durch Füllen
des Rückwärtswandlers 20 und Entleeren des Vorwärtswandlers 10. Die Strömungsbremse
43 ist normalerweise stets entleert. Während des Reversierens - insbesondere wenn
dieses Manöver stattfinden muß, solange die Antriebsmaschine mit voller Leistung
arbeitete - wird die Bremse kurzzeitig gefüllt, um das Hochgehen der Antriebsmaschine
DM oder GT zu vermeiden. Wenn sich das Schiff bei Antrieb durch eine Gas turbine
mit nur geringer Geschwindigkeit fortbewegen soll, dann kann ebenfalls die Bremse
eingesetzt werden, um einen Teil der von der Gasturbine abgegebenen Leistung aufzunehmen.
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