NL8901803A - Krachtoverbrengingsaggregaat voor het met variabel toerental aandrijven van een werkmachine. - Google Patents

Description

Krachtoverbrengingsaggregaat voor het met variabel toerental aandrijven van een werkmachine

De uitvinding betreft een krachtoverbrengingsaggregaat voor het met variable toerental aandrijven van een werkmachine met de volgende kenmerken: a) een eerste drijfwerklid van een differenti-! aaldrijfwerk is met een ingangsas verbonden; b) een tweede drijfwerklid van het differenti-aaldrijfwerk is voortdurend met een uitgangsas gekoppeld; c) een derde drijfwerklid van een differenti-aaldrijfwerk is door middel van een overbrengingsas met het turbinewiel van een eerste te vullen en te ledigen hydrody-namische koppelwisselaar alsmede met een element van een reminrichting gekoppeld; d) tussen de eerste koppelwisselaar en het dif-ferentiaaldrijfwerk is een drijfwerk met een constante over-brengingsverhouding aangebracht; e) de assen van het differentiaaldrijfwerk en van de eerste momentwisselaar zijn coaxiaal ten opzichte van elkaar opgesteld.

Een dergelijk krachtoverbrengingsaggregaat is bekend uit het Duitse octrooischrift 34 41 877. Dit dient voor het aandrijven van een werkmachine met variabel toerental bij in hoofdzaak constant toerental van de aandrijfmo-tor. Hetzij direct hetzij door middel van een stromingskop-peling met veranderbare vulling is een aandrijfas enerzijds met de werkmachine verbonden, en anderzijds met een differentiaaldrijfwerk. De met de werkmachine verbonden uitgangsas van het drijfwerk is eveneens met het differentiaaldri j fwerk gekoppeld. Ter bereiking van een veranderlijk aandrijf toerental is een verstelbare hydrodynamische koppelwisselaar aanwezig, waarvan het pompwiel in verbinding staat met de aandrijfas en waarvan het turbinewiel via een af te remmen as eveneens met het differentiaaldrijfwerk in verbin- ding staat. Voor het af remmen met de turbinewielas van de rotor is een hydrodynamische rem verbonden, waarvan de vul-lingsgraad veranderlijk is, zodat verschillende toerentallen van de turbinewielas (overbrengingsas) en aldus van de drijfwerkuitgang kunnen worden ingesteld. De hydrodynamische rem heeft tegelijkertijd de functie van een vrijloop en deze is zonder slijtage ook in langdurig bedrijf mogelijk, zodanig dat de overbrengingsas zelfs achteruit met lager toerental kan draaien.

In elke bedrijfstoestand is echter met het in bedrijf stellen van de hydrodynamische rem een koppelafzetting ten opzichte van het vaststaande huis verbonden, hetgeen een volledige omzetting van de telkens overeenkomstige rotatie-energie aan de turbinewielas in warmte betekent. Daarbij is weliswaar het door de koppelwisselaar tot in het differentiaaldrijfwerk geleide vermogensdeel en aldus ook het maximaal in de rem omgezette vermogensdeel betrekkelijk gering, daar het grootste deel langs de directe weg wordt overgedragen. Echter op den duur is het -oneconomisch voortdurend een zeker vermogensdeel in warmte om te zetten, afgezien van de noodzaak deze warmte ook voortdurend te moeten afvoeren. In het bijzonder bij hoog toerental van de remmotor is met een groot warmtebestand-deel te rekenen.

De uitvinding heeft derhalve ten doel het bekende krachtoverbrengingsaggregaat zodanig verder te ontwikkelen dat zijn rendement hoger en zijn toerentalre-gelgebied vergroot wordt.

Dit doel wordt volgens het kenmerk van conclusie 1 opgelost, doordat als reminrichting voor de met het differentiaaldrijfwerk verbonden turbinewielas van een koppelwisselaar een verder hydrodynamische koppelwisselaar in plaats van een hydrodynamische rem is aangebracht. Het door het pompwiel van de verdere koppelwisselaar vereiste opneem-vermogen komt aldus overeen met het sinds lange tijd aan de remrotor toegevoerde vermogen, maar wordt met een ander toerental- en draaimomentverhouding weer aan het krachtover-brengaggregaat toegevoerd. Daardoor treedt enerzijds de ge wenste remming aan het differentiaaldrijfwerk respectievelijk aan de turbinewielas van de eerste koppelwisselaar op; en geschiedt anderzijds tegelijkertijd een terugvoeding van het vermogen tot in de krachtweg. Een totaalverlies van energie zoals bij toepassing van een hydrodynamische rem treedt niet op. Tegelijkertijd wordt het toerentalregelge-bied verruimd, daar een koppelwisselaar niet slechts bij klein toerental een hoog koppel ontwikkelt, maar ook tijdens het in de andere richting draaien met een hoger remkoppel kan worden.bedreven.

In de onderconclusies 2 tot 9 zijn voordelige verdere ontwikkelingen van de uitvinding aangeduid. Het verdient de voorkeur de tweede koppelwisselaar als tegenloop-wisselaar voor tegengestelde pomp- respectievelijk turbine-draairichting uit te voeren en deze tweede koppelwisselaar coaxiaal met de eerste koppelwisselaar aan te brengen. Daarbij kan weer de uitvoering als instelwisselaar met leid-schoepenregeling en/of inrichting voor het veranderen van de vullingsgraad worden toegepast. Bijvoorkeur wordt het pomp-wiel van de tweede koppelwisselaar met het turbinewiel van de eerste koppelwisselaar verbonden, en wordt het turbinewiel van de tweede koppelwisselaar met het pompwiel van de eerste koppelwisselaar verbonden. Daardoor is een bijzonder economische terugvoeding van de door het pompwiel remmend vanaf het diffentiaal drijfwerk overgenomen energie via het turbinewiel van de tweede koppelwisselaar op de aandrijfas verkregen.

Een dergelijke tegenloopwisselaar kan bijvoorkeur een axiaal doorstroomd turbinewiel hebben.

Een en ander kan bovendien zodanig zijn uitgevoerd, dat de eerste koppelwisselaar een tegenloopwisselaar is en dat de tweede koppelwisselaar een gelijkloopwisselaar is. Daardoor kan voor het afremmen van het differentiaal-drijfwerk een bouwconstructie van de wisselaar worden toegepast, waarvan de schoepen voor deze aandrijfwijze nog beter geschikt is.

Verdere constructieve uitvoeringen volgens de conclusies 10-14 betreffen de aanbrenging van de tweede koppelwisselaar in het huis van het krachtoverbrengingsaggregaat alsmede de voordelige kinematische aankoppeling aan het drijfwerk met constante overbrengingsverhouding en aan het differentiaaldrijfwerk.

Twee uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding worden hierna aan de hand van de tekening verduidelijkt. Hierin tonen: figuur 1 een schematische langsdoorsnede door het krachtoverbrengingsaggregaat; figuur 2 een langsdoorsnede overeenkomend met figuur 1 betreffende een alternatieve uitvoeringsvorm van de koppelwisselaar.

Figuur 1 toont in een schematische langsdoorsnede een in een huis 1 ingebouwd krachtoverbrengingsaggregaat met een aandrijfas 2 die verbonden is met een niet-weergege-ven aandrijfmotor respectievelijk een voorgeschakelde stro-mingskoppeling. Op de aandrijfas 2 is het pompwiel 11 van een coaxiaal daarmee aangebrachte eerste koppelwisselaar 10 bevestigd. De aandrijfas 2 zet zich door tot aan een als planeetdrijfwerk uitgevoerd differentiaaldrijfwerk 30 en drijft daarbij de planeetdrager 33 aan. Het zonnewiel 31 staat met een aandrijfas 3 in verbinding die naar een niet-weergegeven werkmachine leidt. Een hol wiel 34 omhult de planeetwielen 32 van het differentiaaldrijfwerk 30. De eerste koppelwisselaar 10 heeft bijvoorkeur een vaststaand huis 14 dat met het huis 1 is verbonden.

Tussen de eerste koppelwisselaar 10 en het dif-ferentiaaldrijfwerk 30 bevindt zich een verder tandwiel-drijfwerk 40 met een vaste overbrengingsverhouding, dat als planeetdrijfwerk met een vaststaande planeetdrager 43 (standdrijfwerk) is uitgevoerd. Het holle wiel 44 van dit tandwieldrijfwerk 40 staat in rotatieverbinding met het holle wiel 34 van het differentiaaldrijfwerk 30 via een roterende schaal 35. Het zonnewiel van het tandwieldrijfwerk 41 is verbonden met het turbinewiel 12 van de eerste koppelwisselaar 10 via een overbrengingsas 45.

Binnen in de rondlopende schaal 35 bevindt zich tussen de beide wielen 34 en 44 een verder coaxiaal met de aandrijfas 2 aangebrachte koppelwisselaar 20. Het huis 24 daarvan is aan de vaste planeetdrager 43 van het tandwiel-drijfwerk 40 bevestigd en is aldus vast aan het huis 1 bevestigd. Het pompwiel 21 van deze tweede koppelwisselaar 20 is via de overbrengingsas 45, die om de as 2 coaxiaal is aangebracht, gekoppeld met het zonnewiel 41 van het tand-wieldrij fwerk 40 en is aldus gekoppeld met het turbinewiel 12 van de eerste koppelwisselaar 10. Het turbinewiel 22 van de tweede koppelwisselaar 20 staat in verbinding met de aandrijfas 2 en staat aldus in verbinding met het pompwiel 11 van de eerste koppelwisselaar 10 en met de ronddraaiende planeetdrager 33 van het differentiaaldrijfwerk 30. De beide koppelwisselaars 10 en 20 zijn bijvoorkeur uitgerust met een inrichting voor het veranderen van de vullingsgraad van een stromingsmedium en is uitgerust met verstelbare leidschoepen 13, 23.

Zoals bij het bekende krachtoverbrengingsaggre-gaat vindt bij normaal langdurig bedrijf de krachtoverbren-ging plaats bij een geledigde eerste koppelwisselaar 10. Daarbij is de tweede koppelwisselaar 20 door een geregelde vulling of gekozen leidschoepinstelling zodanig werkzaam, dat het holle wiel 34 van het differentiaaldrijfwerk het met het gewenste aandrijftoerental overeenkomende toerental aanneemt. Daarbij neemt het pompwiel 21 van de tweede koppelwisselaar vermogen van het holle wiel 34 van het differentiaaldrijfwerk 30 op, dat via het tandwieldrijfwerk 40 wordt ingeleid.

In overeenstemming met het toerental van de aandrijfas 2 ontstaat in de tweede koppelwisselaar 20 een bepaalde toerentalverhouding tussen het turbinewiel 22 en het pompwiel 21, dat maatgevend is voor het ontwikkelde rem-of aandrijf moment en aldus ook voor een eventuele vermogens-terugvoeding tot in de aandrijfas 2. Tussen het holle wiel 34 van het differentaaldrijfwerk 30 en het turbinewiel 22 van de tweede koppelwisselaar circuleert slechts een gering vermogensdeel in "bypass” waarbij het natuurlijke verlies in de koppelwisselaar beduidend lager is als het verlies van de stromingsrem van het bekende krachtoverbrengingsaggregaat.

In geval het toerental van de aandrijfas 3 moet worden veranderd, in het bijzonder moet toenemen, dan wordt, zoals bekend, de eerste koppelwisselaar 10 gevuld bij tenminste gedeeltelijk geledigde tweede koppelwisselaar 20, zodat het gehele vermogen voor een klein gedeelte via de koppelwisselaar 10, en het tandwieldrijfwerk 40 en voor het grotere gedeelte direct via de aandrijfas 2 van het diffe-rentiaaldrijfwerk 30 wordt geleid.

Ook het bedrijf van het krachtoverbrengingsag-gregaat met voorgeschakelde stromingskoppeling en eventuele overbruggingskoppeling heeft plaats als bij de bekende uitvoeringsvorm .

Bij de in figuur 1 weergegeven tweede koppelwisselaar 20 is zowel het leidwiel 13 (met leidschoepenverstel-ling) als ook het daarop aansluitende turbinewiel 12 centripetaal doorstroomd. In figuur 2 is een andere uitvoeringsvorm van de koppelwisselaar voorgesteld met een axiaal doorstroomd turbinewiel 25. De overige componenten van het weergegeven aggregaat zijn identiek met die van figuur- 1 en hebben dezelfde verwijzingsgetallen. Het voordeel van een axiale turbine 25 schuilt daarin, dat deze uitvoeringsvorm bijzonder geschikt is als tegenloopkoppelwisselaar, dat wil zeggen voor in tegengestelde richting roterende pomp 21 ten opzichte van de turbine 25. Wanneer het zoals in het onderhavige toepassingsgeval, in het bijzonder aankomt op het remeffect van de tweede koppelwisselaar 20 op het holle wiel 34 van het differentiaaldrijfwerk 30, dan wordt bijvoorkeur een tegenloopkoppelwisselaar gekozen, die bij tegengestelde rotatierichting van pomp- en turbinewiel het gewenste hoge overgebrachte draaimoment opbrengt. Door de bouwwijze van het tandwieldrijfwerk 40 als standdrijfwerk loopt het zonnewiel 41 namelijk steeds in tegengestelde richting ten opzichte van het holle wiel 44, terwijl de overbren-gingsas 45 met het turbinewiel 12 van de eerste koppelwisselaar 10 in dezelfde richting loopt als de aandrijfas 2 en het pompwiel 11. Door deze inrichting van een gelijkloopkop-pelwisselaar 10 met omkerend standdrij fwerk 40 komt de voor een toerentalverhoging van de aandrijfas 3 vereiste toeren- taloverbrenging tot stand. Het is derhalve voordelig de combinatie toe te passen van een gelijkloopkoppelwisselaar met een tegenloopkoppelwisselaar als reminrichting, daar deze met geringe afmetingen is uit te voeren en binnen in de rondlopende schaal 35 is onder te brengen.

Zo zou het ook in principe denkbaar zijn de eerste koppelwisselaar als tegenloopwisselaar en de tweede koppelwisselaar als gelijkloopwisselaar uit te voeren bij overeenkomstige uitvoering van het tandwieldrijfwerk 40. Bovendien zou het denkbaar zijn de beide koppelwisselaars als gelijkloopwisselaar of als tegenloopwisselaar uit te voeren, hetgeen dan echter een overeenkomstige aanpassing van het tandwieldrijfwerk 40 zou behoeven.

Het zou bovendien ook mogelijk zijn de beide koppelwisselaars naast elkaar voor het tandwieldrijfwerk 40 op te stellen. Dan moet echter de ene koppelwisselaar een zogenaamde doordrijfwisselaar zijn, waarbij de rotatie van de turbine van de andere koppelwisselaar er doorheen wordt geleid. Dit is echter constructief met hogere kosten verbonden en dit leidt tot hogere dynamische verliezen.

Door de inbouw volgens de uitvinding van een koppelwisselaar in het bekende krachtoverbrengingsaggregaat wordt het toerentalregelgebied ervan verbreed tot op ongeveer 30 tot 100% van het aandrijftoerental. Dit komt tot stand door geschikte benutting van de ten opzichte van een hydrodynamische rem principieel anders geaarde curve van een koppelwisselaar, hetgeen in het bijzonder tot verhoging van het rendement leidt.

Claims (14)

1. Krachtoverbrengingsaggregaat voor het met variabel toerental aandrijven van een werkmachine, met de volgende kenmerken: a) een eerste drijfwerklid (32) van een diffe-rentiaaldrijfwerk (30) is met een ingangsas (2) verbonden; b) een tweede drijfwerklid (31) van het diffe-rentiaaldrijfwerk (30) is voortdurend met een uitgangsas (3) gekoppeld; c) een derde drijfwerklid (34) van een diffe-rentiaaldrijfwerk (30) is door middel van een overbrengings-as (45) met het turbinewiel (12) van een eerste te vullen en te ledigen hydrodynamische koppelwisselaar (10) alsmede met een element van een reminrichting gekoppeld; d) tussen de eerste koppelwisselaar (10) en het differentiaaldrijfwerk (30) is een drijfwerk (40) met een constante overbrengingsverhouding aangebracht; e) de assen (2, 3) van het differentiaaldrijf-werk (30) en van de eerste momentwisselaar (10) zijn coaxiaal ten opzichte van elkaar opgesteld; met het kenmerk, dat f) de reminrichting als tweede hydrodynamische koppelwisselaar (20) is uitgevoerd.

2. Krachtoverbrengingsaggregaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tweede koppelwisselaar (20) coaxiaal met de eerste koppelwisselaar (10) is aangebracht.

3. Krachtoverbrengingsaggregaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat telkens een van de koppel-wisselaars (10, 20) als gelijkloopwisselaar, en de andere als tegenloopwisselaar is uitgevoerd.

4. Krachtoverbrengingsaggregaat Volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de tweede koppelwisselaar (20) als tegenloopwis elaar is uitgevoerd, die voorzien is van schoepen die ingericht zijn voor het in tegengestelde richting doen roteren van het pompwiel (21) ten opzichte van het turbinewiel (22, 25).

5. Krachtoverbrengingsaggregaat volgens één van de conclusies 1 tot 4, met het kenmerk, dat de tweede koppelwisselaar (20) als instelwisselaar met leidschoepen-regeling (23) is uitgevoerd.

6. Krachtoverbrengingsaggregaat volgens één van de conclusies 1 tot 5, met het kenmerk, dat de tweede koppelwisselaar (20) als een te vullen en te ledigen wisselaar is uitgevoerd.

7. Krachtoverbrengingsaggregaat volgens één van de conclusies 1 tot 6, met het kenmerk, dat het pompwiel (21) van de tweede koppelwisselaar (20) in verbinding staat met het turbinewiel (12) van de eerste koppelwisselaar (10) en het turbinewiel (22, 25) van de eerste koppelwisselaar (20) met het pompwiel (11) van de eerste koppelwisselaar (10) in verbinding staat.

8. Krachtoverbrengingsaggregaat volgens één van de conclusies 1 tot 7, met het kenmerk, dat het turbinewiel (22, 25) van de tweede koppelwisselaar (20) met de tussenas (3) is verbonden.

9. Krachtoverbrengingsaggregaat volgens één van de conclusies 1 tot 8, met het kenmerk dat de tweede koppelwisselaar (20) een turbinewiel is (25) dat axiaal doorstroomd wordt.

10. Krachtoverbrengingsaggregaat volgens één van de conclusies 1 tot 9, met het kenmerk, dat het drijfwerk met een constante overbrengingsverhouding als planeetdrijf-werk (standdrijfwerk 40) met vaststaand lijf (43) is uitgevoerd en tussen de beide koppelwisselaars (10, 20) is aangebracht.

11. Krachtoverbrengingsaggregaat volgens één van de conclusies 1 tot 10, met het kenmerk, dat de buitenkrans (44) van het standdrijfwerk (40) verbonden is met het diffe-rentiaaldrijfwerk (30), bijvoorkeur met het derde drijfwerk-lid (34) daarvan.

12. Krachtoverbrengingsaggregaat volgens één van de conclusies 1 tot 11, met het kenmerk, dat het pompwiel (21) van de tegenloopwisselaar (20) met het turbinewiel (12) van de tegenloopwisselaar (10) op de als holle as uitgevoerde as (45) voor het zonnewiel (41) van het standdrijfwerk (40) zijn aangebracht.

13. Krachtoverbrengingsaggregaat volgens één van de conclusies 1 tot 12, met het kenmerk, dat het pompwiel (11) van de gelijkloopwisselaar (10) en het turbinewiel (22, 25) van de tegenloopwisselaar (20) op de tussenas (3) zijn aangebracht.

14. Krachtoverbrengingsaggregaat volgens één van de conclusies 1 tot 13, met het kenmerk, dat het huis (24) van de tweede koppelwisselaar (20) met het lijf (43) van het standdrijfwerk (40) is verbonden.