DE1074069B

DE1074069B - Drive system with a gas turbine and one of these downstream hydrodynamic gears, for traction vehicles, especially rail traction vehicles or systems with similar operating conditions

Info

Publication number: DE1074069B
Application number: DE1956V0011274
Authority: DE
Inventors: Kugel Dipl Ing Carlotto Baumeister und Dipl Ing Walter Schweizer Heidenheim/Brenz Fritz
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1956-09-27
Filing date: 1956-09-27
Publication date: 1960-01-28
Also published as: GB808339A

Description

Antriebsanlage mit einer Gasturbine und einem dieser nachgeschalteten hydrodynamischen Getriebe für Triebfahrzeuge, insbesondere Schienentriebfahrzeuge, oder Anlagen mit ähnlichen Betriebsverhältnissen Die Gasturbine gewinnt in letzter Zeit für Antriebe von Triebfahrzeugen und vor allem von Schienenfahrzeugen zunehmende Bedeutung. Sie weist nämlich außer geringem Raumbedarf und Gewicht einen Drehmoment-Drehzahl-Verlauf mit sogenannter Reihenschlußcharakteristik auf, d. h. daß bei kleiner Turbinendrehzahl und damit kleiner Fahrgeschwindigkeit hoheDrehmomente abgegeben werden können und umgekehrt, welche Eigenschaften bei Fahrzeugantrieben sehr erwünscht sind. Dieses günstigeBetriebsverhalten der Gasturbine ist allerdings in den meisten Fällen noch nicht ganz ausreichend, um den steigenden Anforderungen des neuzeitlichen Fahrbetriebes hinsichtlich Zugkraft, Größe des Geschwindigkeitsbereiches, Brennstoffverbrauch usw. vollkommen zu entsprechen.Drive system with a gas turbine and a downstream one hydrodynamic gears for locomotives, especially rail locomotives, or systems with similar operating conditions. The gas turbine wins last Time for drives of locomotives and especially of rail vehicles increasing Meaning. In addition to requiring little space and weight, it has a torque-speed curve with so-called series connection characteristic, d. H. that at low turbine speed and thus high torques can be delivered at low driving speeds and conversely, which properties are very desirable in vehicle drives. This however, in most cases the operating behavior of the gas turbine is still favorable not quite sufficient to meet the increasing demands of modern day driving in terms of tractive effort, size of the speed range, fuel consumption etc. to match perfectly.

Hinzu kommt noch der für Gasturbinen. eigentümliche Mangel, daß ihr Drehmoment-Drehzahl-Feld nicht in dem ganzen Arbeitsbereich praktisch ausgenutzt werden kann; vor allem ist in dem Gebiet hoher Drehmomente und kleiner Drehzahlen bei längerer Betriebszeit eine thermische Überbeanspruchung der Beschaufelung zu befürchten. Ferner kann die Gasturbine mit Rücksicht auf .die hohen Drehzahlen und Massenkräfte nicht bis zu ihrer an sich möglichen höchsten Drehzahl ausgefahren werden.There is also that for gas turbines. peculiar defect that ye Torque-speed field not used in practice in the entire working range can be; especially in the area of high torques and low speeds thermal overloading of the blades is possible in the event of prolonged operation fear. Furthermore, with regard to .die high speeds and Mass forces not extended to their maximum possible speed will.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile von Gasturbinenantrieben für Fahrzeuge und auch für stationäre Anlagen mit ähnlichen Betriebsverhältnissen zu vermeiden. Hierbei wird von einem an sich bekannten Gasturbinenantrieb mit einem nachgeschalteten hydrodynamischen Getriebe ausgegangen, das einen Strömungswandler für den unteren und mindestens einen Kupplungsgang für den oberen Geschwindigkeitsbereich aufweist. Gemäß derErfindung wird derStrömungswandlergang-d.h. also der Wandler selbst und die Übersetzung zwischen Gasturbine .und Wandler - so ausgelegt, daß der Strömungswandler von der Gasturbine nur solche Drehmomente abverlangt, die kleiner sind als die dem Gasturbinenarbeitsbereich mit thermischer überbeanspruchung entsprechenden Drehmomente.The invention is based on the aforementioned disadvantages of gas turbine drives for vehicles and also for stationary systems with similar Avoid operating conditions. In this case, a gas turbine drive known per se is used started with a downstream hydrodynamic transmission, which has a flow converter for the lower and at least one clutch gear for the upper speed range having. According to the invention, the flow converter gait-i.e. so the converter itself and the translation between gas turbine .and converter - designed so that the flow converter only demands those torques from the gas turbine that are smaller are than those corresponding to the gas turbine operating range with thermal overload Torques.

Der Strömungswandlergäng ist also nunmehr so ausgelegt, .daß der Wandler entsprechend seiner bei Null beginnenden und parabolisch verlaufenden Kurve für sein Primärdrehmoment nur Drehmomente von der Gasturbine aufnehmen kann, die stets kleiner sind als die des Turbinenarbeitsbereiches mit thermischer Überlastung. Eine solche Überlastung der Turbinenbeschaufelung ist also nunmehr sowohl bei Voll- als auch bei Teillast der Turbine zwangläufig ausgeschlossen. Erst nach dem Überschreiten des gefährdeten Anfahrdrehzahlbereiches ,der Turbine nimmt der Wandler das volleTurb;inendrehmoment auf. Andererseits liefert der Wandler infolge seiner Fähigkeit zum Momentwandeln trotzdem höhe Anfahrzugkräfte. Da der Wandler ausschließlich im untersten Geschwindigkeitsbereich - also nur während begrenzter Zeiträume - eingeschaltet ist, hat sein mäßiger Wirkungsgrad nur -einen geringen Einfluß auf die Gesamtwirtschaftlichkeit. Während der überwiegenden Betriebszeit wird mit dem oder den Kupplungsgängen im oberen Fahrbereich gearbeitet,- die einen hohen Wirkungsgrad und infolge ihrer geeignet gewählten mechanischen Untersetzung günstige Geschwindigkeitsverhältnisse ergeben.The flow converter course is now designed in such a way that the converter corresponding to its curve starting at zero and running parabolically for its primary torque can only absorb torques from the gas turbine, which is always are smaller than that of the turbine working area with thermal overload. One such overloading of the turbine blading is now both with full and inevitably excluded even with part load of the turbine. Only after crossing of the endangered starting speed range, the converter takes the full turbine torque from the turbine on. On the other hand, the converter delivers due to its ability to convert momentum nevertheless high tractive effort. Because the converter only works in the lowest speed range - so only for limited periods of time - is switched on, has its moderate efficiency only -a little influence on the overall economy. During the vast majority Operating time is worked with the clutch gear or gears in the upper driving area, which have a high degree of efficiency and due to their suitably selected mechanical reduction result in favorable speed conditions.

Es sind wohl bereits früher Gasturbinenantriebe mit einem Strömungsgetriebe bekanntgeworden, das nur einen Strömungswandlergang oder einen Strömungskupplungsgang aufwies. Mit einem solchen Getriebe können jedoch nicht die hohen Anforderungen dies Fahrbetriebes hinsichtlich hoher Zugkraft, eines großen Fahrgeschwindigkeistbereiches-und eines tragbaren Wirkungsgrades und Brennstoffverbrauches erfüllt werden. Bei einem :anderen vorbekanntenAntrieb für Fahrzeuge ist der Gasturbine ein Strömungswandler und diesem ein Zahnradwechselgetriebe nachgeschaltet. In diesem Fall ist der Getriebewirkungsgrad gering, da der Wandler im gesamten Fahrbereich eingeschaltet bleiben muß. Außerdem fehlt diesen Antrieben gerade die wesentliche Erkenntnis der Erfindung, nämlich, .den Strömungswandlergang in bezug auf den Gasturbinenarbeitsbereich mit thermischer Überlastung- in ganz bestimmter Weise auszulegen. Eine andere bekannte Einrichtung betrifft den Antrieb einer Hilfsschwungmasse durch eine als Abdampf-, Abgas-, Druckluft- oder Flüssigkeitsturbine ausgebildete Hilfskraftmaschine (die zusätzlich neben einer Hauptkraftmaschine vorgesehen ist) über ein Strömungsgetriebe mit einem Strömungswandler und einer Strömungskupplung. An der Hilfsschwungmasse herrschen jedoch grundsätzlich andere Betriebsverhältnisse als an den Antrieben, für die die Erfindung bestimmt und zweckmäßig ist. Vor allem ist aber bei diesem Schwungmassenantrieb wie auch bei einem weiteren bekannten Gasturbinen-Schiffsantrieb mit einem Strömungswandlergang und einem Kupplungsgang gleichfalls nichts über die Auslegung des Wandlers geoffenbart.Gas turbine drives with a fluid transmission were probably used in the past became known that only a flow converter gear or a flow coupling gear exhibited. With such a transmission, however, cannot meet the high requirements this driving operation in terms of high tractive effort, a large Fahrgeschwindigkeistbereiches and a portable efficiency and fuel consumption are met. At a : Another previously known drive for vehicles, the gas turbine is a flow converter and this is followed by a gear change transmission. In this case it is the transmission efficiency low, as the converter must remain switched on in the entire driving range. aside from that these drives lack the essential knowledge of the invention, namely, .the flow converter gear with respect to the gas turbine working area with thermal Overload - to be interpreted in a very specific way. Another well-known The device relates to the drive of an auxiliary flywheel by a steam generator, Auxiliary engine (the is also provided next to a main engine) via a fluid flow transmission with a flow converter and a flow coupling. At the auxiliary flywheel However, the operating conditions are fundamentally different from those of the drives, for which the invention is intended and useful. But above all is with this one Flywheel drive as in another known gas turbine ship propulsion system with a flow converter gear and a clutch gear likewise nothing about the Design of the converter disclosed.

Die Kupplungen für den oberen Geschwindigkeitsbereich des erfindungsgemäßen Antriebes müssen sich im Betrieb schalten lassen und können beispielsweise als mechanische Schaltkupplungen, wie etwa Reibungskupplungen od. dgl., ausgebildet sein. Zweckmäßigerweise werden jedoch Strömungskupplungen verwendet. Diese sowie der Strömungswandler können zwecks Ein- undAusschaltens füll- und entleerbar ausgebildet sein, wie dies bei Strömungsgetrieben für Fahrzeugantriebe an sich bereits bekannt ist. Mit einer solchen Ausbildung erzielt man dann trotz der hohen Drehzahlen und selbst bei großen Leistungen ein einwandfreies und stoßfreies Schalten..The clutches for the upper speed range of the invention The drive must be able to be switched during operation and can be used, for example, as mechanical Clutches such as friction clutches or the like. Be formed. Appropriately however, fluid couplings are used. These as well as the flow converter can be designed to be filled and emptied for the purpose of switching on and off, as is the case with Fluid drives for vehicle drives is already known per se. With such a Training is then achieved despite the high speeds and even with high performance flawless and bumpless switching ..

Ferner ist es vorteilhaft; ein selbsttätiges Umschalten zwischen den einzelnen Gängen (Wandler- und Kupplungsgängen) des Getriebes vorzusehen. Dadurch ist es möglich, die Unzulänglichkeiten der willkürlichen Bedienung zu vermeiden und ein Umschalten in den richtigen Betriebspunkten zu erzielen.It is also advantageous; automatic switching between the individual gears (converter and clutch gears) of the transmission. Through this it is possible to avoid the inadequacies of the arbitrary operation and to achieve switching in the correct operating points.

Weitere Merkmale der Erfindung und deren Wirkungsweise werden an Hand zweier Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert. Hierbei stellt dar Fig. 1 den Antrieb einer schematisch dargestellten Gasturbinenlokamotive mit einem Strömungsgetriebe, das aus einem Wandler- und zwei hydrodynamischen Kupplungsgängen besteht, Fig.2 :ein Diagramm für die Drehmomente der Gasturbine dieser Lokomotive in Abhängigkeit von der Gasturbinendrehzahl, Fig. 3 ein mit .der Fig. 2 korrespondierendes Diagramm für die Gasturbinendrehzahl :in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schienenfahrzeugantriebes mit einem Wandhergang, einem mechanischen Kupplungsgang sowie einem hiermit vereinigten Wendegetriebe.Further features of the invention and its mode of operation are given two exemplary embodiments explained in more detail in the drawing. Here represents Fig. 1 shows the drive of a schematically illustrated gas turbine locomotive motif with a Fluid transmission consisting of a converter and two hydrodynamic clutch gears consists, Fig.2: a diagram for the torques of the gas turbine of this locomotive as a function of the gas turbine speed, FIG. 3 corresponds to FIG. 2 Diagram for the gas turbine speed: as a function of the driving speed and FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a rail vehicle drive with a Wall walk, a mechanical clutch gear and a reversing gear combined with this.

Bei der in Fig.1 schematisch dargestellten Gasturbinenlokomotive treibt die Gasturbine 1 über das hydrodynamische Getriebe2, das Werndregetriebe3, die Kardanwellen 4 und 5 und die Achsgetriebe 6 und 7 die Treibechsen 8 und 9 an. Das Getriebe 2 weist einen Strömungswandler W für den unteren und zwei Strömungskupplungen Ki und K2 für den mittleren bzw. oberen Fahrbereich auf. Die Pumpenräder 11,12 und 13 dieser Strömungskreisläufe sind auf einer gemeinsamen Getriebewelle 14 befestigt und stehen über das Zahnräderpaar 15, das die hohe Gasturbinendrehzahl auf einen betrieblich geeigneten Wert reduziert, mit der Gasturbine dauernd tin Triebverbindung. Das Turbinenrad 16 des Wandlers sowie das Turbinenrad 17 der Strömungskupplung KI treiben über eine gemeinsame Hohlwelle und :das Untersetzungs-Zahnräderpaar 18 die Ausgangswelle 13 an. Das Turbinenrad20 der Kupplung K2 steht über das Zahnräderpaar 21, das eine geringere Untersetzung als die Räder 18 aufweist, ebenfalls mit der Welle 19 in Triebverbindung. Letztere treibt das nicht näher dargestellte Wendegetriebe 3 üblicher Bauweise an, das eine Drehrichtungsumkehr und somit ein Schalten auf Vorwärts- und Rückwärtsfahrt ermöglicht.In the gas turbine locomotive shown schematically in Figure 1 drives the gas turbine 1 via the hydrodynamic transmission 2, the reversing transmission 3, the cardan shafts 4 and 5 and the axle gears 6 and 7, the drive axes 8 and 9. The transmission 2 has a flow converter W for the lower and two flow couplings Ki and K2 for the middle or upper travel range. The pump wheels 11, 12 and 13 of these Flow circuits are attached to a common transmission shaft 14 and are available Via the pair of gears 15 that the high gas turbine speed on an operationally appropriate value reduced, with the gas turbine continuously in drive connection. The turbine wheel 16 of the converter and the turbine wheel 17 of the fluid coupling KI drive via a common hollow shaft and: the reduction gear pair 18 the output shaft 13 at. The turbine wheel 20 of the clutch K2 is on the pair of gears 21, the one has a lower reduction than the wheels 18, also with the shaft 19 in Drive connection. The latter drives the reversing gear 3, not shown in detail, more commonly Construction that reverses the direction of rotation and thus switches to forward and Reverse allows.

Durch wahlweises Füllen und Entleeren der drei Strömungskreisläufe W, K1 und K2 wird der erste bzw. zweite oder dritte Fahrgang eingeschaltet. Das Umschalten erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel selbsttätig in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, könnte aber auch von oder noch von anderen Betriebsgrößen abhängig sein, beispielsweise noch vom Drehmoment oder der Turbinenfüllung.By optionally filling and emptying the three flow circuits W, K1 and K2, the first or second or third gear is switched on. That Switching takes place automatically in this embodiment as a function of the driving speed, but could also be due to or from other operating variables be dependent, for example still on the torque or the turbine filling.

Die Wirkungsweise des Lokomotivantriebes sei an Hand des Diagramms der Fig. 2 genauer beschrieben. Hierbei stellt der Linienzug 30 das bei voller Füllung mögliche Gasturbinendrehmoment in Abhängigkeit von der als Abszisse aufgetragenen Turbinendrehzahl nTurb dar. Bei stillstehendem Turbinenläufer (IITurb = Null) ist hiernach ein größtmögliches Turbinendrehmoment Mm"" erreichbar. Mit zunehmender Turbinendrehzahl nimmt das Turbinendrehmoment stetig ab. Eine solche Charakteristik ist für Fahrzeugantriebe an sich günstig. Der schraffierte Bereich 31 des Drehmoment-Drehzahl-Feldes kann jedoch nicht oder höchstens nur für eine sehr kurze Zeit ausgenutzt werden, da sonst die Gasturbinenbeschaufelung wegen zu hoher thermischer Beanspruchung Schaden erleiden würde.The mode of operation of the locomotive drive is shown in the diagram 2 described in more detail. Here, the line 30 represents that when it is fully filled possible gas turbine torque as a function of that plotted as the abscissa Turbine speed nTurb. When the turbine rotor is at a standstill (IITurb = zero) thereafter a maximum possible turbine torque Mm "" can be achieved. With increasing At the turbine speed, the turbine torque steadily decreases. Such a characteristic is in itself favorable for vehicle drives. The hatched area 31 of the torque-speed field However, it cannot be used, or at most only for a very short time, otherwise the gas turbine blading will be damaged due to excessive thermal stress would suffer.

In das gleiche Schaubild ist noch die Kurve 32 für das durch,den Wandler W von,der Gasturbine abverlangte Drehmoment eingezeichnet, .das mit zunehmender Drehzahl von Null aus parabolisch ansteigt. Wie ersichtlich, wird also beim Fahren im Wandlergang die Turbine nur mit Drehmomenten belastet, die stets kleiner sind als die Drehmomentwerte des Arbeitsbereiches mit thermischer Überbelastung. Erst bei der beträchtlichen Turbinendrehzahl nu, bei .der eine solche Überbelastung der Gasturbine nicht mehr zu befürchten ist, nimmt der Wandler entsprechend dem Betriebspunkt 33 nunmehr das volle Gasturbinenmoment auf. Dabei ist infolge der Drehmomentwandlung des Wandlers trotzdem eine hohe Anfahrzugkraft an den Treibachsen verfügbar.In the same diagram there is also curve 32 for the converter W drawn in by the torque demanded by the gas turbine, that with increasing Speed increases parabolically from zero. As can be seen, so when driving In the converter gear, the turbine is only loaded with torques that are always smaller than the torque values of the working range with thermal overload. First at the considerable turbine speed nu, at .der such an overload of the Gas turbine is no longer to be feared, the converter takes according to the operating point 33 now the full gas turbine torque. It is due to the torque conversion of the converter, a high starting tractive effort is still available on the driving axles.

Zum Vergleich sei. noch auf die punktierte Kurve 34 verwiesen, die .das der Gasturbine abverlangte Drehmoment Beines Antriebes darstellt, dessen Strömungswandler nicht erfindungsgemäß ausgelegt ist. Hierbei -ist in dem Drehzahlbereich zwischen den Betriebspunkten 35 und 36 eine thermische Überlastung möglich.For comparison, let. still referred to the dotted curve 34, the .The torque demanded from the gas turbine represents the drive, its flow converter is not designed according to the invention. Here -is in the speed range between a thermal overload is possible at the operating points 35 and 36.

Reicht die mfit dem Wandlergang erzielbare höchste Fahrgeschwindigkeit nicht mehr aus, so wird, wie bereits erwähnt, selbsttätig in Abhängigkeit beispielsweise von der Fahrgeschwindigkeit durch Entleeren des Wandlers W und durch Füllen -der Strömungskupplung K1 auf den nächsthöheren Fahrgang umgeschaltet(Betriebspunkt33). In diesem Kupplungsgang wird das jeweilige Gasturbinendrehmoment, bei Betrieb mit größter Turbinenfüllung also ein Moment nach der Linie 33-37, stets in voller Höhe vom Getriebe aufgenommen und mit hohem Wirkungsgrad übertragen. Die Drehzahlsteigerung erfolgt in diesem Gang ausschließlich durch Veränderung der Turbinendrehzahl von nu bis auf yto.If the mfit is sufficient for the converter gear, the highest driving speed achievable is no longer off, then, as already mentioned, it is automatically dependent, for example of the driving speed by emptying the converter W and by filling the Fluid coupling K1 switched to the next higher gear (operating point33). In this clutch gear, the respective gas turbine torque, when operated with the largest turbine filling, a moment after the line 33-37, always in full absorbed by the gearbox and transmitted with high efficiency. The speed increase takes place in this gear exclusively by changing the turbine speed from nu except for yto.

Um die Fahrgeschwindigkeit noch weiter zu steigern, wird beim Erreichen der der Turbinendrehzahl svo entsprechenden Fahrgeschwindigkeit die Strömungskupplung KI entleert und -die Strömungskupplung K2 gefüllt. Da deren Abtrieb eine geringere Untersetzung aufweist, ist die hiermit erzielbare Fahrgeschwindigkeit größer als im vorhergehenden Kupplungsgang.In order to increase the driving speed even further, when reaching the driving speed corresponding to the turbine speed svo, the fluid coupling KI emptied and the fluid coupling K2 filled. Since their downforce has a lower reduction ratio, is the driving speed that can be achieved with it larger than in the previous clutch gear.

Die gegenseitige Zuordnung der Gasturbinendrehzahl nT"Tb und der Fahrzeuggeschwindigkeit V ist für den Beharrungszustand aus dem Diagramm der Fig. 3 ersichtlich. In dem Fahrgeschwindigkeitsbere@ich von O bis T11 ist der Wandlergang eingeschaltet, wobei die Turbinendrehzahl konstant, und ,zwar gleich dem Wert % nach Fig. 2 .ist. Die Zugkraft- und Geschwindigkeitsänderung bewirkt in diesem Bereich der Strömungswandler W auf Grund der ihm eigentümlichen Wandlungscharakteristik. Bei ,der Eahrgeschwindigkeit T11 wird automatisch auf den Gang der Kupplung K1 umgeschaltet. Von nun an ,ist zum Steigern der Fahrgeschwindigkeit eine ihr proportionale Erhöhung für Turbinendrehzahl erforderlich. Beim Erreichen einer Fahrgeschwindigkeit von T12, die der Turbinendrehzahl no zugeordnet sei, wird schließlich auf den Gang der Kupplung K2 mit kleinerer Untersetzung umgeschaltet. Der Verlauf der Gasturbinendrehzahl nach Fig. 3 gilt auch für die Drehzahl der Getriebewelle 14 (Primärwelle), wobei deren Drehzahl lediglich entsprechend der Untersetzung des Räderpaares 15 kleiner ist.The mutual assignment of the gas turbine speed nT "Tb and the vehicle speed V can be seen for the steady state from the diagram in FIG. 3. By doing Driving speed range from O to T11, the converter gear is switched on, whereby the turbine speed is constant, namely equal to the value% according to FIG. 2. the The flow converter causes changes in tractive force and speed in this area W due to the characteristic of the transformation that is peculiar to it. At, the speed of travel T11 is automatically switched to the gear of clutch K1. From now on, is to increase the driving speed a proportional increase for the turbine speed necessary. When reaching a driving speed of T12, the turbine speed no is assigned, finally the gear of clutch K2 with a smaller reduction ratio switched. The course of the gas turbine speed according to FIG. 3 also applies to the Speed of the gear shaft 14 (primary shaft), the speed of which is merely corresponding the reduction of the gear pair 15 is smaller.

Aus :der Fig.3 ist erkennbar, daß dem Fahrgeschwinidigkeitsbereich jedes Kupplungsganges ein Turbinendrehzahlbereich von n,i bis n, zugeordnet ist. Die Turbinendrehzahl n, sei dabei so hoch gewählt, wie dies mit Rücksicht auf einen tragbaren Brennstoffverbrauch und die höchstzulässigen Drehzahlen und Massenkräfte möglich ist. Der Antrieb erfüllt damit noch die weiteren Merkmale der Erfindung, wonach nämlich die Untersetzung jedes der Kupplungsgänge K1 und K2 so bemessen und .die selbsttätige Schalteinrichtung für solche Umschaltpunkte - hier für ein Schalten bei den Fahrgeschwindigkeiten T11 und T12 - ausgelegt sein soll, daß jeder Kupplungsgang einem Drehzahlbereich ,der Gasturbine entspricht, der oberhalb der mit Rücksicht auf die thermische Überlastung zulässigen niedrigsten sowie unterhalb der noch tragbaren höchsten Gasturbinendrehzahl liegt. Es wird dann in jedem Kupplungsgang gerade der ohne Schwierigkeiten aasnutzbare günstige Teil des Turbinenarbeitsbereiches verwendet.From: FIG. 3 it can be seen that the driving speed range of each clutch gear is assigned a turbine speed range from n, i to n. The turbine speed n, is chosen to be as high as possible with a view to sustainable fuel consumption and the maximum permissible speeds and inertia forces. The drive thus still fulfills the further features of the invention, according to which the reduction of each of the clutch gears K1 and K2 is so dimensioned and .the automatic switching device for such switching points - here for switching at the driving speeds T11 and T12 - should be designed that each clutch gear a speed range which corresponds to the gas turbine, which is above the lowest permissible with regard to the thermal overload and below the highest gas turbine speed that can still be tolerated. The favorable part of the turbine working range that can be used without difficulty is then used in each clutch gear.

Die Fig.4 zeigt das Schema einer abgewandelten Antriebsanlage, die ebenfalls für ein Schienenfahrzeug bestimmt ist. Hierbei treibt die Gasturbine 101 wiederum über ein Untersetzungsräderpaar 102 .die Getriebewelle 103 des hydrodynamischen Getriebes an. Dieses weist einen dauernd gefüllt gehaltenen Strömungswandler W für den unteren und eine Lamellenreibungskupplüng K für .den oberen Fahrgang auf. Das Turbinenrad 105 des Wandlers steht über ein Untersetzungsräderpaar 106 mit der Getriebezwischenwelle 107 in Verbindung, desgleichen ist auch der getriebene Teil der mechanischen Kupplung K über ein Untersetzungsräderpaar 108, allerdings mit kleinerer Untersetzung als 106, mit der Welle 107 verbunden.The Fig.4 shows the scheme of a modified drive system, the is also intended for a rail vehicle. The gas turbine 101 drives here again via a reduction gear pair 102 .the gear shaft 103 of the hydrodynamic Transmission on. This has a permanently filled flow converter W for the lower and one lamellar friction clutch K for the upper gear. That Turbine wheel 105 of the converter is connected to the intermediate transmission shaft via a reduction wheel pair 106 107 in connection, the same is also the driven part of the mechanical clutch K via a reduction gear pair 108, but with a smaller reduction than 106 connected to shaft 107.

Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform weist der unterste Gang in an sich bekannter Weise einen Freilauf 109 auf, ider hier zwischen dem Turbinenrad 105 und dem Räderpaar 106 angeordnet ist. Der Freilauf unterbricht die Verbindung des 1. Ganges stets dann selbsttätig, sobald dessen Abtriebsgeschwindng- i keit niedriger wird als die des bereits (und gleichzeitig) eingeschalteten nächsthöheren Ganges. Das Leitrad 104 des Wandlers W löst sich hierbei über einen zweiten Freilauf 117 von dem Gehäuse und läuft ebenfalls frei um, so daß der Wandler W unwirksam wind. Bei Antrieben mit mehreren Kupplungsgängen können auch die unteren Kupplungsgänge je einen sinngemäß in gleicher Weise angeordneten Freilauf erhalten. Durch diese Ausbildung wird nicht nur eine Zugkraftminderung oder gar eine Zugkraftunterbrechung beim Schalten vermieden, sondern auch eine plötzliche Entlastung und damit ein Durchgehen der Turbine unterbunden.According to an expedient embodiment, the lowest aisle has in In a manner known per se, a freewheel 109, in this case between the turbine wheel 105 and the pair of wheels 106 is arranged. The freewheel interrupts the connection of 1st gear always automatically as soon as its output speed becomes lower than that of the next higher one already switched on (and at the same time) Ganges. The stator 104 of the converter W is released via a second freewheel 117 from the housing and also revolves freely, so that the converter W is ineffective wind. In the case of drives with several clutch gears, the lower clutch gears can also be used each received a correspondingly arranged freewheel in the same way. Through this Training is not just a reduction in traction or even an interruption in traction avoided when switching, but also a sudden relief and thus a runaway the turbine prevented.

Das hydrodynamischeGetriebe nachFig.4istaußerdem in einer dem Prinzip nach bekannten Weise unmittelbar mit einem Wendegetriebe vereinigt, .das ein Zahnrad 110 für :den Vorwärtsgang und ein Umkehrzahnrad 111 sowie ein Zahnrad 112 für den Rückwärtsgang aufweist. Die Räder 110 und 112 sind lose auf der Abtriebswelle 113 gelagert und können durch die Wendeschaltmuffe 114 wahlweise mit der Welle 113 gekuppelt werden. Die unmittelbare Vereinigung des hydrodynamischen Getriebes mit :dem Wendegetriebe ergibt eine Verringerung des Bauaufwandes und des Raumbedarfs, da unter anderem die Zahnräder auf der Vorgelegewelle 107 einen doppelten Zweck erfüllen; sie dienen nämlich einerseits als Ausgangsräder des hydrodynamischen Stufengetriebes 103 bis 108 und andererseits als Eingangsräder des Wendegetriebes 107, 110 bis 112,114. Mit 115 und 116 sind die zu den nicht dargestellten Treibachsen führenden Kardanwellen bezeichnet.The hydrodynamic transmission according to FIG. 4 is also in one of the principles in a known manner directly combined with a reversing gear. That is a gear 110 for: the forward gear and a reverse gear 111 and a gear 112 for the Has reverse gear. The wheels 110 and 112 are loose on the output shaft 113 and can optionally be coupled to the shaft 113 by the reversing sleeve 114 will. The direct union of the hydrodynamic gear with: the reversing gear results in a reduction in the cost of construction and the space required, since, among other things the gears on countershaft 107 serve a dual purpose; they serve namely on the one hand as output gears of the hydrodynamic step transmission 103 to 108 and on the other hand as input gears of the reversing gear 107, 110 to 112, 114. 115 and 116 are the cardan shafts leading to the driving axles (not shown) designated.

Die Erfindung ist keineswegs auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. An Stelle der Strömungskupplungen oder mechanischen Kupplung könnten beispielsweise auch elektromagnetische oder andere im Betrieb schaltbare Kupplungen vorgesehen sein, und das Ausschalten des Wandlers ist auch durch Verschieben eines Schaufelkranzes (z. B. des Turbinenrades) oder noch andere, bekannte Maßnahmen möglich. Ferner sind Ausführungen mit drei und mehr Kupplungsgängen ausführbar. Außerdem kann die Erfindung sinngemäß auch :dann. angewandt werden, wenn die Gasturbine mit zwei parallel geschaltetenStrömungsgetrieben zusammenarbeitet undwenn etwa für den 1. Gang zwei parallel geschaltete Wandler und für den 2. Gang zwei parallel geschaltete Kupplungen vorgesehen sind. Andererseits kann zwecks Raumersparnis eine Kupplung mit dem Strömungswandler räumlich eng zusammengebaut oder -sogar in dessen Nabe oder Kernraum angeordnet sein. Des weiteren ist es sogar möglich, @daß der Strömungswandler und eine Strömungskupplung zu einem einzigen Kreislauf vereinigt werden, der wahlweise mit feststehendem Leitraid (bei Wandlerbetrieb) oder mit frei umlaufendem Leitrzd (bei Kupplungsbetrieb) arbeiten kann.The invention is in no way limited to the illustrated embodiments limited. Instead of the fluid couplings or mechanical coupling could for example, electromagnetic or other clutches that can be switched during operation be provided, and turning off the converter is also possible by moving a Blade ring (e.g. of the turbine wheel) or other known measures are possible. Furthermore, versions with three or more clutch gears are possible. aside from that the invention can also: then. be applied when using the gas turbine two fluid drives connected in parallel work together and if for example for the 1st gear two converters connected in parallel and two converters connected in parallel for 2nd gear Couplings are provided. On the other hand, a coupling can be used to save space spatially closely assembled with the flow converter or even in its hub or core space. Furthermore it is even possible that the flow converter and a fluid coupling can be combined into a single circuit, which is optional with a fixed guide bracket (for converter operation) or with a freely rotating guide bracket (with clutch operation) can work.

Wie bereits eingangs erwähnt wurde, kann .die Erfindung außer für Triebfahrzeuge auch für stationäre Antriebsanlagen mit ähnlichen Betriebsverhältnissen, unter anderem für Tiefbohranlagen, vorteilhaft verwendet werden.As already mentioned at the beginning, the invention can except for Locomotives also for stationary drive systems with similar operating conditions, can be used advantageously for deep drilling rigs, among other things.

Die Ansprüche 2 bis 4, 6 und 7 sollen als reine Unteransprüche gelten und nur im Zusammenhang mit dem Anspruch 1 Schutz genießen.Claims 2 to 4, 6 and 7 are intended to be purely subclaims and only enjoy protection in connection with claim 1.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Propulsion system with a gas turbine and one of these downstream hydrodynamic gears, which has a flow converter for the lower and at least one clutch gear for the upper speed range, for traction vehicles, in particular rail traction vehicles, or systems with similar operating conditions, characterized by such a design of the flow converter gear (Converter W and input ratio 15 or 102) that the flow converter only demands such torques from the gas turbine (1) - which are smaller than the torques corresponding to the gas turbine working range (31) with thermal overload.

2. Drive system according to claim 1, characterized in that that the clutch gear or gears have fluid couplings (K1 and K2).

3. Propulsion system according to claim 1 or 2, characterized in that the flow converter (W) and the fluid coupling or couplings (K1 or K2) for the purpose of switching on and off can be filled and emptied.

4. Drive system according to claim 1, 2 or 3, characterized through automatic switching between the gears (converter and clutch gears) of the hydrodynamic transmission.

5. Drive system according to claim 4, characterized in that the mechanical reduction of each clutch gear (K or K2) is dimensioned and the automatic switching device is designed for such switching points that each clutch gear has a speed range (nu to n) of the gas turbine ( 1) is assigned between the lowest permissible turbine speed with regard to thermal overloading and the highest still acceptable turbine speed.

6. Propulsion system according to one of claims 1 to 5, in particular with a permanently filled flow converter and mechanical clutch gears, characterized in that? that the lowest gear (Converter W and input ratio 102) or the lower gears each have a freewheel (109) in such a way that each freewheel connects the associated gear automatically interrupts as soon as. whose output speed is lower than that of the already switched on next higher gear.

7. Propulsion system after one of claims 1 to 6, characterized in that the hydrodynamic transmission (102 to 109) is directly combined with a reversing gear (110 to 114). In References considered: German Patent Specifications No. 902116, $ 80,988; German patent applications D 7478 IIl20b (published September 25, 1952), P 3089 'XIII 47 h (published November 13, 1952); "Glaser's Annals," April 1952, p. 80.