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Mittels einer doppelten Flüssigkeitskupplung umsteuerbares, zweistufiges
Untersetzungsgetriebe für Schiffsturbinen Die Erfindung bezieht sich auf ein zweistufiges
Untersetzungsgetriebe für Schiffsturbinen, das mittels einer doppelten Flüssigkeitskupplung
umsteuerbar ist.
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Hierbei wird unter einem zweistufigen Untersetzungsgetriebe ein solches
Getriebe verstanden, bei dem die Drehzahluntersetzung in zwei Stufen stattfindet,
die Zwischenwelle also langsamer läuft als die Antriebswelle.
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Bei einem derartigen Getriebe kennzeichnet sich die Erfindung durch
folgende Maßnahmen: Die Primärteile der doppelten Flüssigkeitskupplung sind an der
schnell laufenden Turbinenwelle befestigt, während das Sekundärteil für Vorwärtsfahrt
mit dem Ritzel der ersten Untersetzungsstufe des Getriebes und :das Sekundärteil
für Rückwärtsfahrt mit einem direkt mit dem großen Feld kämmenden Ritzel verbunden
ist.
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Es ist schon ein Flüssigkeitsgetriebe bekanntgeworden,dessen Anordnung
dem Getriebe der Erfindung ähnlich ist. Das bekannte Getriebe ist jedoch im Gegensatz
zum Getriebe der Erfindung ein einstufiges, bei dem zum Wechsel der Drehrichtung
dem großen Rad eine Vorgelegewelle vor-
,es -fial-tdt --#Xrer#den
ruß;, die . -zur ..- Gewichts- und g JV Raumersparnis , schneller als die Antriebswelle
läuft, wie es bei Wendegetrieben allgemein üblich ist. Aus der bekannten Tatsache,
daß beim Schiffsantrieb üblicherweise als Rückwärtsleistung erheb-_ lieh kleinere
Leistungen als für die Vorwärtsfahrt .:gefö.rdert' werden; zeigt die Erfindung einen
Weg, @=für.di.e Umsteuerung eine besondere Vorgelegewelle zu vermeiden, indem sie
die Antriebsmaschine bei Rückwürtsfahrt direkt auf das große Rad wirken läßt.
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Hierdurch unterscheidet sich das Getriebe der Erfindung vorteilhaft
von einem bekannten zweistufigen Getriebe für Bergwerksmaschinen, in welchem eine
Drehrichtungsänderung ohne Übersetzungsänderung vorgenommen, wird.
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Gemäß einem weiteren, Gedanken .der Erfindung dient zur unmittelbaren
Verbindung des Vorwärtsritzels der ersten Stufe mit der schnell laufenden Turbinenwelle
bei normaler Vorwärtsfahrt eine Zahnkupplung.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch eine Ausführungsform
der Erfindung teilweise im Schnitt. In dieser Zeichnung ist Fig. i ein Querschnitt
durch das Getriebe, Fig.2 ein Längsschnitt der doppelten Flüssigkeitskupplung und
Fig. 3 ein Querschnitt durch die- Zahnkupplung. Die Fig. 2 und 3 sind in einem größeren
Maßstab als Fig. i dargestellt.
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Indem dargestellten Getriebe ist die hochtourige Antriebswelle -mit
zo bezeichnet, die mit langsamer Schraubendrehzahl laufende Abbriebswelle mit ii.
Als gleichachsige .Verlängerung der hochtourigen Antriebswelfe-io sind zwei getrennte,
einander fortsetzende Wellen 12 und 13 vorgesehen. Die Welle 12 läuft innerhalb
der Hohlwelle 14, die außen die Verzahnung für das kleine VoTwärtsritzel 1,5 trägt.
Die beiden Wellen i2 und 14 enden auf :der Antriebsseite in den Kupplungsteilen
16 und 17, welche eine Außenverzahnung 18 bzw. i9 (Fig. 3) tragen.
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Auch an der Antriebswelle sitzt ein Kupplungsteil 2o, mit Außenverzahnung
2-i. .Mit diesen Kupplungsteilen arbeitet ein in zwei Stellungen verschieblicher
Kupplungsteil 22 zusammen, der die entsprechenden drei Innenverzähnüngskränze 23,
24 und 25 hat. Die Verzahnung 2i,desi Antriebswellenkupplungsteils 2o kuppelt entweder
mit der Innenverzahnung 23 öder mit der Innenverzahnung 24 des verschieblichen Kupplungselements
22. Ebenso kuppelt auch die Zahnreihe 18 des Innenwellenkupplungs.teils 16 ständig
entweder mit der Zahnreilie 24 oder - mit- der Zahnreihe 25, so daß die Antriebswelle
io in beiden Betriebsstellungen des verschieblichen Teils 22 mit. der Innenwelle
12 fest gekuppelt-bleibt. Andererseits ist die Zahnreihe i9 des Hohlwellenteils
17 nur in einer Stellung des verschieblichen- Teils 2a mit der Zahnreihe 2,5 im
Eingriff; in der anderen Stellung kuppelt die Hohlwelle 14 nicht mit -der Antriebswelle
io: Der verschiebfiche Teil 22 kann durch-jedes beliebige nicht :dargestellte Mittel
in jede seiner beiden Stellungen gebracht werden. Am anderen Ende der Im?enwelle
12 sind die Triebteile 26, 27 einer doppelten Flüssigkeitskupplung befestigt. Der
angetriebene Teil 28 für Vorwärtsfahrt sitzt an- der_ Hohlwelle 14, der angetriebene
Teil für Rückwärtsfahrt :29- an der Welle 13, die mit einer Verzahnung für das Rückw
ärtsritzel 30 versehen ist.
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Die Welle 31 trägt auf der einen Seite das Zahnrad 32 der ersten Untersetzungsstufe,
das mittleren Durchmesser hat und mit dem Ritzel 15 der Hohlwelle 14 im Eingriff
steht; auf der anderen Seite sitzt das Ritzel 33, das über das große Zahnrad 34
auf die Schraubenwelle i i wirkt. Das Rückwärtsritzel 30 kämmt gleichfalls.
mit diesem Zahnrad 34.
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In dem Ausführungsbeispiel bilden die beiden Kupplüngseinheiteiz 26;
28 und a7, 29 die: doppelte Flüssigkeitskupplung. Die Kupplung wird durch Kanäle
in den Wellen mit Öl versorgt (Kupplungsflüssigkeit). Das C51 für die Vorwärtseinheit
26, 28 wird durch einen ringförmigen Spalt 35 zwischen der Innenwelle 12 undtder
Hohlwelle 14 zugeführt; das Öl zu der Rückwärtseinheit 27, 29 gelangt dorthin durch
eine zentrale Bohrung 36 in der Rückwärtsritzelwelle 13. Die Teile der Flüssigkeitskupplung
sind in bekannter Weise ausgeführt (Fig. 2). Die Primärteile 26 und 27,-die sog.
Pumpenteile, sind Rücken gegen Rücken angeordnet und sitzen mit ihren Naben 38 auf
der Innenwelle 12. 28 und 29 bilden die dazugehörigen Turbinenteile, auf welche
das Drehmoment übertragen wird, und zwar auf 28 für eine Vorwärtskupplung und auf
29 für eine Rückwärtskupplung: --Der Primärteil 26 arbeitet mit dem angetriebenen
Teil 28, der Treiberteil 27 mit dem angetriebenen Teil 29 .zusammen.
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Das Kupplungsöl gelangt, durch jeden der angetriebenen Teile hindurch,
entweder in den entsprechenden Pumpenteil, wodurch die Kupplung - einrückt, oder
zum Öläuslaß 41 hinaus, wodurch die Kupplung ausrückt. Jeder angetriebene Teil ist
der Teil eines Gehäuses, zu dem auch noch der Außenteil 42 bzw. 43 - gehört, -welcher
seinerseits den entsprechenden Turbinenteil 26 bzw. 27 umschließt. Zwischen jedem
der Turbinenteile 26 oder 27 und den entsprechenden Gehäuseteilen 42 oder 43 liegt
ein Öldurchlaß 44. -Der Gehäuseteil 42 hat einen Innenansatz 45, welcher die Naben
38 der Primärteile umfaßt und mit diesen eine Dichtung bildet. Der Gehäuseteil 43
der Rückwärtskupplung hat einen. äußeren Ansatz 46, der den inneren Ansatz 45 umfaßt
und mit diesem ebenfalls eine Dichtung bildet. Beide Dichtungen sind bekannte Konstruktionen.
Die Anordnung ist derart, daß, wenn eine der beiden Kupplungen wirksam ist, über
die Durchlässe 44 Öl -an beide Kupplungsstellen herangebracht wird.
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Die verschiedenen Lager 48 für die Getriebe- i wellen sind alle in
üblicher Art in einem feststehenden Gehäuse. angeordnet, von dem Gestellteile 49
dargestellt sind. Das Gestell umschließt ein inneres Gehäuse einschließlich eines
Kastens 50, in dem die doppelte Flüssigkeitskupplung und ihr Schaltmechanismus enthalten
ist.
Die vorher genannten Ölauslässe 41 der Vorwärts- und Rückwärtskupplung
werden durch Schieber 51 und 52 mittels axial verschieblicher Steuerbrücken 53 geregelt.
In dem Ausführungsbeispiel sind drei derartige Steuerbrücken in gleichen Abständen
rings um die Getriebeachse angeordnet. In der Zeichnung ist aber nur eine von ihnen
dargestellt. Diese Brücken werden ihrerseits von einem Nockenring 54 gesteuert,
welcher in den schrägen Einschnitt 55 jeder Brücke 53 eingreift. Er ist gleichachsig
zur Getriebewelle mittels einer von ihrem Ende aus einstellbaren Zahnstange 56 drehbar.
Die Zähne der Zahnstange kämmen dabei mit Zähnen am Umfang des Stellrings 54. Die
Stange 56 ragt aus :dem Gehäusekasten 5o so weit hervor, daß sie sowohl in die eine
als auch in die andere seiner beiden Arbeitsstellungen bewegt werden kann. Hierbei
ist die Anordnung -so- getroffen, daß der Stellring 54, wenn er durch. die Stange
56 in eine seiner beiden Grenzstellungen" kommt, die Schieber 51 und 52 öffnet,
so daß die Ölauslässe 41 der einen Einheit geöffnet und die Ölauslässe der anderen
Einheit geschlossen «-erden. Die geöffneten Ölauslässe haben ihren Ausfluß in das
Gehäuse 5o.
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Bei Vorwärtslauf unter Benutzung der verschieblichen Vorwärtskupplung,
z. B. während des Manövrierens des Schiffes, wird der verschiebliche Kupplungsteil
22 so eingestellt, :daß die Zahnreihe 25 mit dem Kupplungsteil 16 der Innenwelle
12 im Eingriff steht, während der Teil 17 der Hohlwelle 14 nicht im Eingriff steht.
Auf diese Weise wird die Antriebskraft von der hochtourigen Welle 1o über die Innenwelle
12 und die Vorwärtskupplung 26, 28 an die Hohlwelle 14 übermittelt, die sie dann
über die Zahnräder 15, 32 und 33, 34 an die Schraubenwelle 11 gibt. Das Getriebe
ist dadurch für eine zweistufige Untersetzung der Antriebsdrehzahl eingestellt.
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Zur Rückwärtsfahrt nimmt der verschiebliche Kupplungsteil 22 dieselbe
Stellung ein. Die Antriebskraft wird jetzt von der Innenwelle 12 über die Rückwäxtskupplung
27, 29 an die Außenwelle 13 gegeben und dann über das Rückw,ärtsritzel 30 unmittelbar
an das Abtriebsrad 34. Das heißt, das Getriebe ist jetzt für einstufige Untersetzung
der Antriebsdrehzahl eingestellt.
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Für die Vorwärtsfahrt unter Benutzung der Zahnkupplung als Ersatz
für die Flüssigkeitskupplung nimmt der verschiebliche Kupplungsteil ?2 eine Stellung
ein, in der die Zahnreihe 24 mit dem Kupplungsteil 16 auf der Innenwelle 12 und
die Zahnreihe 25 mit dem Kupplungsteil 17 auf der Hohlwelle 14 im Eingriff steht.
Dementsprechend wird die Antriebskraft durch die Hohlwelle 14 unmittelbar auf das
erste Vorwärtsritzel 15 übertragen. Das bedeutet: die Innenwelle 12 übernimmt in
diesem Falle kein Drehmoment, sondern läuft leer im gleichen Drehsinn wie die Hohlwelle
14 mit. Durch diese Maßnahme wird der Leistungsverlust beim Dauerlauf vermieden,
der mit der Übermittlung des Drehmoments über eine Flüssigkeitskupplung verbunden
ist. Der normale Vor- , wärtslauf unterscheidet sich also vom Manövrierlauf. Es
ist von Vorteil, daß die Innenwelle gezwungen wird, im gleichen Drehsinn mit der
Hohlwelle mitzulaufen, weil hierdurch die Reibung im Lager 57 zwischen der Innenwelle
und der Hohlwelle auf ein Minimum gebracht wird. Dieses Lager ist nämlich schwer
zugänglich. Es muß betont werden, daß eine Reibung überhaupt nur dann eintritt,
wenn die Kraftübertragung über die Vorwärts- oder Rückwärtsflüssigkeitskupplung
geschieht. Um Schläge zu vermeiden, wenn der verschiebliche Kupplungsteil 22 eingerückt
wird, um die Flüssigkeitskupplungsteile 26, 28 für Vorwärtsfahrt in Drehung zu versetzen,
sind Reibklötze 58 vorgesehen.
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Diese Reibklötze sitzen in einem Halter 59, der mit der Hohlwelle
14 verbunden ist, und werden durch Federn 6o auf den Kupplungsteil 22 aufgedrückt.
Die Reibklötze 58 sind bestrebt, die UmcTi=@li-üngsbibchwindiglzeit der Hohlwelle
14 der Umdrehungsgeschwindigkeit der Innenwelle 12 anzugleichen., bevor die Zahnreihe
2.5 :des Kupplungsteils 22 einrückt.
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Durch die Erfindung wird in vorteilhafter Weise eine Verminderung
der Umdrehungsgeschwindigkeit durch zweistufige Untersetzung des Vorwärtsganges
von der hochtourigen Welle 1o über die Zwischenwelle 31 mit mittlerer Drehzahl zu
der langsam laufenden Schraubenwelle i i erreicht, so daß die Turbine oder eine
andere hochtourige Antriebsmaschine an der Welle 1o unter optimalen Arbeitsbedingungen
laufen kann. Auf der anderen Seite kommt die einstufige Untersetzung nur für den
Rückwärtslauf zur Wirkung, und zwar bei einem langsameren Lauf der Welle 1o und
dementsprechend mit minder gutem Wirkungsgrad. Die Erfindung macht also von der
Tatsache vorteilhaften Gebrauch, daß die für die Rückwärtsfahrt eines Schiffes notwendige
Kraft gewöhnlich wesentlich geringer ist als die höchste für die Vorwärtsfahrt benötigte
Kraft und daß, da für den Antrieb der Turbine unter beiden Bedingungen etwa dieselbe
Menge Dampf oder Gas verfügbar ist, eine Verminderung des Turbinenwirkungsgrades,
wie sie in Verbindung mit einem Abfall der Turbinenumlaufzahl eintritt, in Kauf
genommen werden kann, wenn man :eine einfache Untersetzung für das Rückwärtsgetriebe
einschaltet.
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Vorzugsweise ist, wie dargestellt, das Rückwärtsritzel3o in seinem
Durchmesser wesentlich kleiner als das Zwischenritzel 33, das mit ihm zusammen auf
das gleiche Abtriebsrad arbeitet. So wird der im Verhältnis zu der normalen zweistufigen
Untersetzung bei einstufiger Untersetzung verminderte Wirkungsgrad der Turbine durch
das Anwachsen des Wirkungsgrades wieder etwas ausgeglichen, was durch die Benutzung
des Rückwäirtsritzels mit kleinerem Durchmesser erreicht wird. Dabei ist die Zahnbelastung
je Breit.eneinheit im Rückwä:rtsritzel wegen des Verlustes an Wirkungsgrad der langsamer
laufenden Turbine vermindert; auch kann eine höhere Belastung je Breiteneinheit
des Getriebes im Verhältnis zum
Zahnraddurchmesser oder zum halben
Drehmoment, oder als was sonst immer eine solche Funktion des Durchmessers als Kriterium
der wirksamen Zahnbelastung, betrachtet werden kann, vom RückwIrtsritzel wegen der
im Gegensatz zum Vorwärtsritzel begrenzten Betriebsdauer ertragen werden. Schließlich
ist aus dem gleichen Grunde eine größere Biege- und Torsionsbelastung zulässig.