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Einrichtung zum Vermeiden der Übertragung von Schwingungen bei Kraftanlagen,
insbesondere Schiffsantrieben. Bei dem Bestreben, die Leistungen der Ölmaschinen
bei Schiffsantrieben zu vergrößern, traten Systemschwingungen in die Erscheinung,
denen erhöhte Aufmerksamkeit zugewandt werden mußte, um den erforderlichen Gleichgang'
zu wahren. Wenn Olmaschine und Schiffsschraube auf dem gleichen Wellenstrang sitzen,
genügt es im allgemeinen, Schwungmassen in geeigneter Form und an geeigneten Stellen
anzubringen. Doch können die erzeugten und für eine Schraube verwendeten Energien
dann verhältnismäßig nur klein sein, da sowohl Zahl der Zylinder wie Größe derselben
beschränkt ,ist. Auch muß in solchen Fällen die Ölmaschine umsteuerbar sein und
in Anpassung an die Verhältnisse der Schraube entsprechend langsam laufen. Daher
reicht für größeren Energiebedarf bei größeren Schiffen der unmittelbare Antrieb
nicht aus, und man ist dazu übergegangen, die Ölmaschine unter Vermittlung eünes
Rädergetriebes auf die Schraubenwelle wirken zu lassen. In diesen Fällen können
schnellaufende und mehrere Ölmaschinensätze angewendet werden, die je mit einem
Ritzel auf das große Zahnrad der Schraubenwelle arbeiten. Die Schwingungsverhältnisse
-auch hier müssen die Ölmaschinen umsteuerbar sein - werden aber ungleich schwierigere
als bei unmittelbarem Antrieb, da die schneller laufenden Ölmaschinen verschiedene
kritische Drehzahlen durchlaufen müssen und die bei diesen kritischen Drehzahlen
auftretenden starken Beanspruchungen der Zähne soweit wie irgend möglich gerniidert
werden müssen. Man strebt den Gleichgang hier ebenfalls durch Schwungmassen an,
um Schwingungen zu ,dämpfen, oder den einen oder anderen Grundwert des- schwingenden
Systems durch periodisch wirkende äußere Zusatzkräfte zu ändern, oder durch Anordnung-
hohler Ritzelwellen, durch welche die Antriebswellen oder deren Verlängerungen hindurchgeführt
und am von der ölmaschine abgekehrten Wellenende mit den Ritzeln durch Kupplungen
elastischer oder radial oder achsial nachgiebiger Art verbunden sind. Man hat auch
versucht, die hier angeführten, bekannten Arten der Schwingungsdämpfung miteinander
zu verbinden, um einen großen Verschleiß der Räder des Getriebes oder ein Brechen
derselben zu vermeiden.
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Demgegenüber ist Gegenstand der Erfindung eine Einrichtung; durch
welche die Übertragung von Schwingungen bei Kraftanlagen, insbesondere Schiffsantrieben
mit Ölmaschinen und Rädergetriebe, durch Einschalten von Flüssigkeitsgetrieben zwischen
Ölmaschinen und Rädergetriebe vermieden wird. Bei Anwendung mehrerer Ölmaschinen
kann außer den zwischen Ölmaschinen und Rädergetriebe angeordneten Flüssi-gkeitsgetrieben
für
die Umsteuerung der \Velle ein besonderes Flüssigkeitsgetriebe angeordnet sein.
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Der Gegenstand der Erfindung ist auf der Zeichnung beispielsweise
veranschaulicht. Abb. i stellt einen Aufriß, Abb. 2 einen Grundriß einer Kraftanlage
nach der Erfindung dar. Abb. 3 und 4 zeigen in schematischen Darstellungen Schiffsantriebssätze
nach der Erfindung für große Leistungen. Bei den Anordnungen nach Abb. 3 und 4 ist
ein besonderes Flüssigkeitsgetriebe auf der Propellerwelle für deren Umsteuerung
hinzugekommen. Abb. 5 veranschaulicht eine ausgeführte Versuchseinrichtung, an der
die im nachstehenden aufgezählten Vorteile der Erfindung nachgewiesen werden.
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Es bezeichnen nach Abb. i bis 4: i die Ölmaschinen, 2 feste Kupplungen,
3 vereinigte Trag und Drucklager, 4 Flüssigkeitsgetriebe (hydraulische Kupplungen
mit Übersetzungsverhältnis i : i oder hydraulische Getriebe mit Übersetzungsverhältnis
i : x), 5 Sdhiebekupphingen, 6 Ritze], 7 große Zahnräder (auf der Schraubenwelle),
8 Schraubemvellendrucklager, 9 Schraubenwelle.
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Die Flüssigkeitsgetriebe erniögliclien im besonderen ein leichtes
Anpassen der Ülniaschinenantriebe aneinander und bilden gleichzeitig Schwingungen
ausgleichende 1l lassen und verhindern die Übertragung von Schwingungen von der
einen auf die andere Kupplungsseite, was bei der Verschiedenartigkeit des Betriebes
der Ölmaschinen sehr wichtig ist. Ist ein Ölmaschinensatz zum Wellenantrieb mitgeschaltet,
so bildet <las Flüssigkeitsgetriebe (hydraulische Kupplung) als Ganzes ein Schwingungsausgleichsmoinent
zwischen Ö1masdhinensatz und mechanischen" Getriebe. Ist der betreffende Olniaschinensatz
vom Wellenantrieb abgeschaltet und dient für sich möglicherweise zur elektrischen
Krafterzeugung, so bildet der Priinärteil der hydraulischen Einrichtung für den
betreffenden Ölmaschinensatz ein Schwingungen ausgleichendes Moment. Der zugehörige
Sekundärteil läuft auf der Ritzelwelle für diese oder für den mechanischen Getriebesatz,
der nun von anderen Ülmaschinensätzen angetrieben wird, als Schwingungen ausgleichendes
Moment mit. Man hat es durch einen Schiffsantrieb der Erfindung weitgehendst in
der Hand, die Maschinensätze nach Abb. 3 und 4 zu häufen. Die Sätze können in sich
und im ganzen für viele Antriebsmöglichkeiten ausgeglichen und diese letzteren wieder
vielseitig, zweckentsprechend und antriebssicher gestaltet werden.
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In den Darstellungen nach Abb. i und 2 besitzen die Flüssigkeitsgetriebe
4 (hydraulische Kupplungen) einen Rückwärtskreislauf, wenn die 0lrnaschinen nicht
umsteuerbar sein sollen.
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In den Anordnungen nach Abb.3 und 4 können die Flüssigkeitsgetriebe
4 den Rückwärtskreislauf entbehren, weil das besonders angeordnete Flüssigkeitsgetriebe
(Übersetzungsverhältnis i : i oder i : x) auf der Schraubenwelle mit einen Rückwärtskreislauf
ausgestattet ist.
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Dementsprechend betreffen die Abb. 3 und 4 eine Weiterentwicklung
des vorher :in Abb. i und 2 niedergelegten Erfindungsgedankens eines Schiffsantriebes,
der aus mehreren Ölmaschinen besteht, die über Zahnrädergetriebe auf eine gemeinsame
Propellerwelle arbeiten. Diese Weiterentwicklung wird darin erblickt, daß zwischen
jeder einzelnen Ölmaschine und dem Rädergetriebe ein m#draulisches Getriebe oder
eine hydraulische Kupplung und auf der Welle, an welche alle Ölmaschinen ihre Leistung
abgeben, ein hydraulisches Getriebe zur Ermöglichung des Xiiderns des Drehsinns
der Welle angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, daß alle Ölmaschinen stets mir
im gleichen Drehsinn laufen können und nicht umsteuerbar zu sein brauchen, ferner,
daß 'Maschinenschwingungen durch die hydraulischen Getriebe oder hydraulischen Kupplungen
an der Fortpflanzui#g verhindert werden, Änderungen der Fahrtrichtung des Schiffes
nur durch (las hydraulische Übersetzungsgetriebe auf der Propellerwelle erfolgen
können und Schwingungen vom Propeller her am hydraulischen Getriebe an der Fortpflanzung
verhindert «-erden. Die für Radzähne bekannter Massen sehr schädlichen Schwingungen
von seiten der Antriebsmaschinen und des Propellers werden auf diese Weise vom Zahnrädergetriebe
ferngehalten.
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Nach Abb.3 arbeiten die Ölmaschinen beispielsweise in zwei Gruppen
von je vier Maschinen, und zwar liegen je zwei Maschinen jeder Gruppe hintereinander,
während nach Abb.4 die Maschinen jeder Gruppe nebeneinander angeordnet sind. Nach
Abb.3 arbeiten die beiden hintereinanderliegenden Maschinen auf ein gemeinsames
Ritze16 und treiben das große Rad 7 an, während bei Abb. 4 jede Maschine auf ein
Ritze] 6a und 6b arbeitet, was wiederum zwei große Räder 7a und 71' bedingt. Die
Rädergetriebe jeder der zwei Gruppen sind durch die Verbindungswelle 9' miteinander
verkuppelt und übertragen die Leistung auf das hydraulische Getriebe.', 4'', welche;
die Propelt_erwe:le 9 und somit den Propeller antreibt.
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Zusammenfassend seien die Vorteile, die durch eine Einrichtung zum
Vermeiden der Übertragung von Schwingungen bei Kraftanlagen, insbesondere Schiffsantrieben
mit Ölniaschinen
und Rädergetrieben, unter Mitbenutzung von Flüssigkeitsgetrieben
gemäß der Erfindung erreicht werden, hier aufgezählt.
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i. Durch den Einbau der hydraulischen Kupplungen wird zvmischen den
ölmaschinen und den Ritzeln des Zahnradgetriebes eine vollständig elastische Verbindung
geschaffen, so daß Torsionsschwingungen, welche durch die Impulse oder Ölinaschiiien
hervorgerufen werden können, von den Zahnradgetrieben unter allen Umständen ferngehalten
werden. Auch alle von den Ölmaschinen herrührenden Stöße, wie sie z. B. beim Anlaufenlassen
derselben auftreten können, -werden durch die Zwischenschaltung der Kupplungen in
vollendeter Weise unschädlich gemacht. Durch keine andere Kupplungsart, insbesondere
auch nicht durch den Einbau von langen elastischen Wellen zwischen Ölmaschinen und
Ritzel, kann auch nur annähernd eine ähnliche Wirkung erreicht werden.
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z. Bei einer Anlage ohne hydraulische Kupplungen müssen die Ölmaschinen
mit verhältnismäßig großen Schwungrädern <urgerüstet werden, um die auf die Zahnradgetriebe
kommenden Drehmomente möglichst gleichmäßig zu gestalten und unter allen Umständen
ein Klappern der Zähne zu vermeiden. Diese großen Schwungräder erschweren aber das
Umsteuern der Ölmaschinen außerordentlich. Es werden Vorrichtungen erforderlich,
durch -welche die Schwungräder beim 'Manövrieren abgebremst werden müssen. Diese
Nachteile fallen bei einer Anlage mit hydraulischen Kupplungen vollständig fort,
,da die Öhnaschinen stets in der gleichen Richtung umlaufen und besondere Schwungmassen
zur Erzielung eines gleichförmigen Drehmoments an den Zahnradgetrieben nicht erforderlich
sind, denn die hydraulischen Kupplungen dämpfen nicht nur, wie unter i. erwähnt,
Torsionsschwingungen vollständig ab, sonclern wandeln auch die von den Olmaschinengelieferten
schwankenden Drehmomente in ein vollkommen gleichmäßiges- Drehmoment allein durch
ihre hydraulischen Eigenschaften um, ohne daß besondere Schwungmassen hinzugefügt
-werden müßten.
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3. Während bei allen Anlagen, bei denen zwei Ölmaschinen mit Hilfe
eines Zahnradgetniebes auf eine gemeinsame Schraubenwelle treiben (also auch bei
Anlagen mit elastischen Wellen zwischen Ölmaschinen und Zahnradgetrieben), besondere
Vorkehrungen (Verblockungen usw.) getroffen -werden müssen, um ein gleichzeitiges
Anspringen und Stillsetzei der beiden ölmaschinen beim Manövrieren zu gewährleisten,
sind solche Einrichtungen bei der Verwendung von hydraulischen Kupplungen nicht
erforderlich; cla diese ohne weiteres ein Nacheilen der einen Maschine gegenüber
der anderen, ja sogar ein Drehen der beiden Maschinen in verschiedenen Drehrichtungen
zulassen, ohne daß die auftretenden Beanspruchungen in den Getrieben usw. nicht
zu übersehende Beträge erreichten.
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Die Ölmaschinen brauchen nicht umgesteuert zu werden, es fallen also
die Umsteuereinrichtungen fort, so daß sich eine Ersparnis von bewegten Teilen ergibt.
Außerdein wird die Betriebssicherheit außerordentlich .dadurch erhöht, daß das Einlassen
von kalter Luft in die erhitzten Zylinder - wie dies bei umsteuerbaren Ölmaschinen
-der Fall ist - und damit die Gefahr von Rißb:ildung, insbesondere an den Deckeln,
wegfällt.
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5. Das Manövrieren geschieht lediglich durch Auffüllen und.Entleeren
der Kreisläufe der hydraulischen Kupplungen, während die Ölmasclvinen dauernd in
der gleichen Drehrichtung weiterlaufen. Ein Durchgehen ist unmöglich, .da bei Stopp
sowohl der Vorwärtswie der Rückwärtskreislauf mit Flüssigkeit `eEillt und außerdem
die Ölmaschinen mit einem Sicherheitsregler versehen sind. Beim Umsteuern sind also
lediglich die Hebel der Umstcuermaschine, welche den gemeinsamen Steuerschieber
für die Kupplungen beider Ölmaschinen bewegt, zu bedienen. Ein Eingreifen an den
Ölmaschinen selbst .ist nicht erforderlich, so daß die Manöver von -einem einzigen
Maschinisten ohne Schwierigkeit ausgeführt werden können.
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Jede COlmaschine kann während des Betriebes durch Leerlaufenlassen
der entsprechenden hydraulischen Kupplung vom Wellenantrieb abgeschaltet werden,
ohne daß ein -weiterer Eingriff in den Betrieb notwendig ist. Zu diesem Zweck befindet
sich in der Wasserzulaufleitung zu jeder hydraulischen Kupplung außer dem Steuerschieber
noch eine Absperrvorrichtung, welche von Hand bedient werden kann. Durch deren Schließen
und durch gleichzeitiges öffnen der Entleerungsventile -wird die Wasserzufuhr abge--,perrt
und ein Entleeren der Kupplung her-I:eigeführt. Es .ist also möglich, jede Maschine,
bei welcher irgendwie Störungen auftreten, sogleich abzusetzen und nach Über- i
holung lediglich durch Wiedereinlassen von Wasser und .Schließen .der Entleerungsventile
-wieder in Betrieb zu nehmen. Hierbei ist ein Anlassen der Maschine finit Hilfe
von Preßluft nicht erforderlich, da dieselbe durch eine der anderen in Betrieb gebliebenen
ölmaschinen selbsttätig angedreht wird, sobald die Kupplung mit Wasser gefüllt ist.
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Es ist .auch möglich, bei verminderter Schiffsgeschwindigkeit mit
wenigen Ölmaschinen, ja mit nur einer Ölmaschine zu fahren, wodurch eine Ersparnis
an Treiböl eintritt,
da die in Betrieb bleibenden -Maschinen oder
1laschitie mit vollem indizierten Druck laufen können und dabei geringeren Ölverbrauch
haben, als wenn sie mit verminderter Leistung betrieben «-erden. Ferner tritt hierbei
eine Ersparnis an Schmieröl und anderen Betriebsmitteln sowie an Pumpenleistung
für Kühlwasser- und ölptimpen ein. Dadurch, daß die ölniaschinen bei leeren 1#,'upplungskreisläufen
angelassen werden können, ist es möglich, diese: schon vor Abfahrt des Schiffes
ohne Belastung anlaufen zu lassen und auf ihre Betriebsbereitschaft zu prüfen. Das
Zuschalten der einzelnen Ölmaschine zum Wellenantrieb kann bei voller Propellerdrehzahl
nach genügender Durchwärinung der Ölmaschine erfolgen. Das letztere ist wesentlich,
wenn die Ölmaschinen finit schweren billigen Ölen betrieben werden. Es kann ferner
jede der vorhandenen Olinascliinen sowohl im Hafen wie auf See durch Leerlaufenlassen
der Kupplung von der Welle abgeschaltet werden, um sie mit der vollen Kompressorleistung
auf die etwa leer gewordene Anlaßflaschenbatterie arbeiten zu lassen. Aus diesem
Grunde und wegen des Fortfalls des Manövrierend finit den Ölmaschinen kann die Zahl
und Größe der Anlaßluftflascben sowie die Hilfskompressoranlage kleiner bemessen
werden.
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7. Bei einer Anlalre ohne hydraulische Kupplungen wir<.- das Hängenbleiben
eines Ölmasehinenkolbens infolge der großen, mit .dieser Ölmaschine fest gekuppelten
rotierenden Massen sowie infolge der mit voller Kraft weiterlaufenden, auf das gleiche
Getriebe wirkenden zweiten' Ölmaschine fast sicher zu einer schweren Havarie nicht
nur an den Ölmaschinen selbst, sondern auch an Getrieben und den anderen Übertragungsteilen
führen. Dagegen wird bei der Zwischenschaltung von hydraulischen Kupplungen diese
Gefahr durch die elastischen Eigenschaften derselben beseitigt.
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B. Die hydraulischen Kupplungen sind auch quer zu den Wellen genügend
nachgiebig, so daß Verlagerungen der Olmaschnnenwelle gegenüber der Ritzelwelle
nicht nachteilig auf das Getrielae wirken können. Diese Eigenschaft ist nicht nur
in Rücksicht auf Abnutzung der Lager, sondern in Anbetracht der bei den verschiedenen
Beladungszuständen des Schiffes und bei schwerem Wetter auftretenden Verbiegungen
des Schiffskörpers von nicht zu unterschätzender Bedeutung.
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Die vorstehend aufgezählten Vortelle haben sich an einer -'erstichseinrichtung
gemäß dein Eriinduri`-s23wie sie in Abb. ; sehe-1 dargestellt ist, erwiesen.
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Die Versuchsanordnung besteht aus einer schnellaufenden Ohnaschin.e
c mit Zylindern von 35 cm Durchmesser und 35 ein Hub, welche für eine Leistung von
55o P. S. bei d5o Umdrehungen in der Minute konstruiert ist. Als Schwungrad dient
der Primärteil des Flüssigkeitsgetriebes (hydraulische Kupplung) d. Die Leistung
wird mit einer Wasserbremse e abgebremst. T, und T-. sind Torsiographen,
durch welche die zu ermittelnden Schwingungen aufgezeichnet werden. T, ist zwischen
Ölmaschine c und Flüssigkeitskupplung d, T2 zwischen Flüssigkeitskupplung
d
und Wasserbremse e angeordnet. Genaue Messungen haben ergeben, daß sich
die Leistungen vor und hinter der Flüssigkeitskupplung wie die zugehörigen Drehzahlen
verbalten, daß also der Verlust an Leistung dem Slip entspricht.
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Dies entspricht übrigens auch der theoretischen Überlegung. Die Flüssigkeitskupplung
besitzt nämlich keinerlei Leitvorrichtungen, sondern nur je einen rotierenden primären
und sekundären Teil. Es müssen infolgedessen die an beiden Teilen angreifenden Drehmomente
einander gleich sein, d. h. Primär- und Sekundärleistung verhalten sich wie die
zugehörigen Drehzahlen.
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Bei den Versuchen verzeichnete der Torsiograph T, beim Durchfahren
der Bereiche der kritischen Drehzahlen heftige Schwingteigen. Nach dein Durchfahren
derselben ebbten die Schwingungen ab, so daß der Torsiograph T, nunmehr ein normales
Schwingungsbild aufzeichnete. Der Torsiiograpli T_ verzeichnete in allen Versuchsphasen
das gleiche: schwingungslose Bild, nämlich eine praktisch gerade Linie.