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Turbinenschiffsantrieb mit Zahnradzwischengetriebe. Bei den bisher
bekanntere Turbinenschiffen mit Zahnradzwischengetrieben dienen zur Vornahme der
Vorwärts-, Rückwärts- sowie gegebenenfalls der Marschfahrt besondere, voneinander
unabhängige Einzelturbinen, welchentsprechend der Fahrbewegung über ein oder mehrere
zwischengeschaltete Zahnradgetriebe auf die Schraubenwelle einwirken. Die der Vorwärtsfahrt
entsprechende Hauptturbine selbst kann dabei in mehrere baulich voneinander unabhängige
Hoch-, Mittel- und Niederdruckturbinen unterteilt sein, welche sämtlich mittels
besonderer Kitzel auf ein gemeinsames, auf der Schraubenwelle sitzendes Zahnrad.
arbeiten. Letztere Anordnung ist insbesondere dann notwendig, wenn auf die Schraubenwelle
größere Leistungen übertragen werden sollen, nachdem bei den bisher bekannten Zahnradzwischengetrieben
für Turbinenschiffe die von einem Kitzel übertragbare Leistung verhältnismäßig.
gering ist.
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Es send u. a. Ausführungen der letzteren Art bekannt, bei welchen
auf das mit der Schraubenwelle verbundene Zahnrad vier Kitzel arbeiten, denen ebenso
viele voneinander unabhängig< Turbinengehäuse mit zugehörigen Läufern zugeordnet
sind, so daß unter Hinzurechnung der bei den bisherigen Anordnungen unbedingt nötigen
Rückwärts- und Marschturbinen an! eine einzige Schraubenwelle insgesamt bis zu sechs
oder sieben verschiedene Turbinengehäusemit ebenso vielen Läufern entfallen. Trotz
dieser Anordnung ist die übertragbare Leistung verhältnismäßig gering und reicht
noch nicht an die Grenze heran, welche bei modernen Turbinenschiffen großer und
größter Leistung erwünscht. ist.
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Es liegt auf der Hand, daß diese bisher bekannte Lösung des Turbinenschiffsantriebes
mit Zahnradzwischengetriebe die vollkommene Lösung dieses Problems nicht darstellt.
Man hat j daher als Zwischenglied zwischen Turbine und Schraubenwelle hydraulische
Getriebe eingebaut i und die Lösung des Turbinenschiffsantriebes i trotz der schlechteren
Wirtschaftlichkeit des i hydraulischen Getriebes in dieser Weise versucht. Es hat
sich jedoch gezeigt, daß das hydraulische Getriebe nur mäßige Übersetzungen zuläßt,
so daß entweder die Turbine, die Schraube oder auch beide nicht mit den günstigsten
Umlaufzahlen laufen können, wodurch gegenüber der sonst für beide bei Einhaltung
der günstigsten Umlaufzahlen erreichbaren Wirtschaftlichkeit noch immer nicht unwesentliche
Verluste zu verzeichnen sind. Auch werden bei diesen Anordnungen, bei denen zwar
die sonst nötigen Rückwärtsturbinen vermieden sind, noch immer besondere Marschturbinen
erforderlich, wodurch, abgesehen von der Verteuerung der Gesamtanlage, weitere unerwünschte
Energieverluste entstehen.
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Zu den Nachteilen der mit Rückwärtsturbinen ausgerüsteten Schiffsantriebe
gehört bekanntlich außer den Ventilationsverlusten, welche durch das stete Mitlaufen
der Rückwäristurbiben mit den Vorwärtsturbinen entstehen, die verhältnismäßig geringe
Rückwärtsleistung, die für größte Ausführungen kaum q.o bis $o Prozent der Vorwärtsleistung
ausmacht. Infolge dieser wesentlich geringeren Rückwärtsleistung ist auch die Manövrierfähigkeit
des Schiffes nur beschränkt, was insbesondere in Augenblicken der Gefahr verhängnisvoll
sein kann. Diese Manövrierfähigkeit ist um so geringer, je heißer der zur Anwendung
kommende Dampf ist. Beim Eintreten des heißen Dampfes in die im kalten Abdampfraum
der Hauptturbine laufende Rückwärtsturbine können nämlich infolge der plötzlichen
sehr starken Temperaturänderung leicht : chaufelhavarien entstehen, so daß infolgedessen
bei den bisherigen Turbinenschiffen auf die Anwendung von überhitztem Dampf und
damit auf eine weit bessere Wirtschaftlichkeit zugunsten der größeren Manövrierfähigkeit
und der Betriebssicherheit zumeist verzichtet wurde.
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Diese Nachteile werden im Sinne der vorliegenden Erfindung vermieden,
indem das Problem des Turbinenschiffsantriebes mit Zahnradzwischengetrieben derart
gelöst wird, daß von einer einzigen Turbine, unter besonderen Verhältnissen mit
einem einzigen Turbinengehäuse nicht nur die Vorwärts-, sondern auch die Rückwärts-
und nötigenfalls auch die Marschfahrt unter Zwischenschaltung eines umkehrbaren
und regelbaren Zahnradgetriebes zwangläufig
abgeleitet wird, wobei
sowohl im Vorwärts- als auch im Rückwärtssinne stets die ganze Maschinenleistung
zur Verfügung steht.
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Um dieses neue Problem des Turbinenschiffsantriebes in einwandfreier
Weise zu lösen, mußten besondere Schwierigkeiten überwunden werden..
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Schon die Lösung des Turbinenschiffsantriebes mit einem nicht umkehrbaren
Zahnradzwischengetriebe hat bekanntlich ganz ungewöhnliche Schwierigkeiten verursacht,
und trotzdem ist auch dieses Problem selbst in den bisher bekannten Ausführungen
noch immer nicht in vollständig befriedigender Weise gelöst. Infolge der bisherigen
Unmöglichkeit, die Kräfte auf die einzelnen Ritzel- und Radhälften, ferner auf mehrere,
gleichzeitig mit ein und demselben Ritzel arbeitende Räder gleichmäßig zu verteilen,
konnten mit dem einseitig auf das zugeordnete Rad einwirkenden Ritzel nur verhältnismäßig
geringere Leistungen übertragen werden. Durch die einseitig wirkenden Kräfte wurden
nämlich in dem durch die sonst auftretende Umfangsgeschwindigkeit dem Durchmesser
nach beschränkten Ritzel sowie in den mit denselben zusammenhängenden Getriebeteilen
schädliche Durchfederungen und damit Schwingungen hervorgerufen, so daß die in dieser
Weise übertragbaren Kräfte und Umfangsgeschwindigkeiten nur in verhältnismäßig engen
Grenzen geblieben sind.
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Waren demnach schon bei der Einführung des Zahnradgetriebes allein
für die Vorwärtsfahrt sehr große Schwierigkeiten zu überwinden, so konnte an die
Einführung eines Zahnradwechselgetriebes für Turbinenschiffe, welches zwar an sich
für kleinere sowie gröbere Kraftübertragungen schon bekannt ist, infolge der dabei
in weit höherem Maße auftretenden Schwierigkeiten gar nicht gedacht werden, um so
weniger, als bei neuzeitlichen Turbinenschiffen sogar mehrere Zehntausende von Pferdestärken
bei höchsten Umlaufzahlen auf eine einzige Schraubenwelle übertragen werden sollen.
Infolgedessen wurden bei den bisher bekannten Turbinenschiffen mit Zahnradzwischengetriebe
zum. Zwecke der Rückwärts- und Marschfahrt durchweg von den Vorwärtsturbinen unabhängige
Rückwärts- und Marschturbinen angewendet.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß, um das Getriebe
für die Übertragung selbst der höchsten bisher bei Turbinenschiffen vorkommenden
Leistungen geeignet zu machen, sämtliche zum Getriebe gehörenden Zahnräder derart
ausgebildet sind, daß ein vollkommener Kraftausgleich nicht nur in den Radhälften,
sondern auch in den Rädern unter sich stattfindet.
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Abgesehen von dieser besonderen Gestaltung der einzelnen Zahnradpaare
wird durch die Erfindung jedes einzelne Glied des Getriebes derart ausgebildet,
daß dadurch erst die einwandfreie Lösung des Erfindungsproblems in -:einer Gesamtheit
gegeben wird, wie dies aus !er nunmehr folgenden Beschreibung hervorgeht.
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Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbei-:-.piele des neuen Turbinenschiffsantriebes
mit Zahnradzwischengetriebe im Grundriß.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. z treibt das von der Turbine
angetriebene Ritzel a je zwei Radhälften b, b1, welche auf je einer zugeordneten
Scheibe d lose sitzen. Letztere sind ihrerseits auf der anzutreibenden Welle e verschiebbar
aufgekeilt, während zur Mitnahme derselben die Wellen e rechtes und: linkes Gewinde
f, f 1 besitzen, auf welchem je eine Mutter g, g1 angeordnet ist. Durch letztere
werden die beiden Radhälften b, b1 unter Zwischenlage von elastischen Ringen h gegen
die Scheiben d gepreßt und damit auch gegeneinander, so daß hierdurch infolge der
zwischen den beiden Radhälften b, b1, ferner zwischen den Ringen
h und den Scheiben d entstehenden Reibung letztere und damit die Wellen e
an der Drehbewegung zwangläufig teilnehmen. Zur Weiterleitung der Leistung sind
die Wellen e mit den verzahnten Kupplungsscheiben i versehen, indem letztere auf
die konischen Zapfen der Wellen e mittels der Muttern j angepreßt und lediglich
durch die zwischen ihnen sowie den konischen Zapfen entstehende Reibung unter Vermeidung
von Keilen oder ähnlichen Maschinenteilen mitgenommen werden. Die Kupplungsscheiben
i selbst können mittels der entsprechend ausgebildeten Muffen k und den Gegen.kupplungsscheiben
1, h entweder mit den zwecks Aufnahme der Antriebswelle e hohl ausgebildeten,
z. B. der Vorwärtsfahrt entsprechenden und mit Ritzeln m, n ausgerüsteten
Wellen o oder aber mit den der Rückwärtsbewegung entsprechenden Wellen p gekuppelt
werden. Die beiden sekundären Ritzel m, n stehen ihrerseits mit je einer
Radhälfte y, A in Eingriff, welche auf einer auf der Welle s verschiebbar aufgekeilten
Scheibe t lose sitzen und gegen dieselbe mittels der Muttern v, v1 unter Zwischenlcgung
von elastischen Ringen 2a durch Gewindewirkung angepreßt werden.
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Auf den z. B. der Rückwärtsfahrt entsprechenden Wellen p sitzen die
Ritzel w, welche in das innen verzahnte Rad: x eingreifen. Die Ritzel w werden erfindungsgemäß
von den zugeordneten Wellen p lediglich infolge Reibung mitgenommen, indem "sie
mittels, der Muttern y durch Gewindewirkung gegen den konisch ausgebildeten Zapfen
der Wellen P angepreßt werden. Die Hohlräder x sind unabhängig von der anzutreibenden
Welle s gelagert und können damit mittels der Klaucnkupplung z gekuppelt werden.
Schließlich wird die Bewegung von der Welle s über die auf letzterer sitzende Bremsscheibe
=
auf die Druckwelle a und von hier in bekannter Weise auf die Schraube
weitergeleitet.
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Die Wirkungsweise des Getriebes ist folgende: Vor dem Einbau werden
die beiden Radhälften b, bi durch die Muttern g, g1 unter Zwischenlage der
elastischen Ringe lt gegen die verschiebbar aufgekeilten Scheiben d und damit auch
gegeneinander mit einem bestimmten Anfangsdruck gepreßt, so daß infolge der dabei
zwischen den Einzelteilen b, lt, d, h, b1 entstehenden Reibung das Rad nunmehr
als Ganzes wirkt und zur Übertragung von Umfangskräften geaignet ist. Hierauf werden,
falls in dem Gewinde f, f1 eine größere Reibung zu erwarten ist als zwischen den
Muttern g, g1 und den beiden Radhälften b, b1, die Muttern g, g1 im. Verhältnis
zu den Radhälften b, b1 mittels Schrauben festgestellt.
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Sollen mehrere Räder b, b1 mit ein und demselben Ritzel gleichzeitig
eingreifen, so ist, um eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte auf die einzelnen
gemeinsam arbeitenden Räder zu erzielen, darauf zu achten, daß die in d°r beschriebenen
Weise erzeugte Anfangspressung bei allen Rädern möglichst gleich. ist, was gegebenenfalls
dynamometrisch festgestellt werden kann.
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Beim nunmehr folgenden Anlassen des Getriebes unter einer Belastung,
welche größer ist, als dies der zwischen den Einzelteilen des Rades b, b1 durch
die Vorspannung erzeugten Reibung entspricht, bleibt zunächst die Welle e mitsamt
der Scheibe d stehen, und nur die Radhälften b, b1 drehen sich, und zwar so lange,
bis sie durch die mitgenommenen Muttern g, g1 über die elastischen Scheiben A derart
an die Scheibe d angepreßt werden, daß die zwischen diesen Radbestandteilen entstehende
Reibung zur Mitnahme der Scheibe d und damit der Welle e genügt. Wesentlich ist
dabei auch der Umstand, daß die Scheiben d auf den zugehörigen Wellen e mit einem
gewissen achsialen Spiel aufgekeilt sind. Infolgedessen pflanzt sich nämlich der
Druck der Radhälfte b auf die Radhälfte b1 fort und umgekehrt, so daß die von den
beiden Radhälften übertragenen Umfangskräfte, gleiche Reibungsverhältnisse vorausgesetzt,
vollkommen gleich sind. In dieser Art wird, praktisch genommen, ein genauer Ausgleich
der Kräfte l in den beiden Rad-- oder Ritzelhälften und damit ein ruhiger Gang des
Getriebes erzielt.
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In ähnlicher Weise vollzieht sich der Kraftausgleich auch auf mehrere
mit ein und demselben Ritzel arbeitende Räder, wie dies auch bei dem Ausführungsbeispiel
dargestellt ist. Erfindungsgemäß kann sich jedes einzelne Rad. in die jeweils nötige
theoretische Lage frei ein- , stellen, so daß bei glaichen Reibungsverhältnissen
und gleicher Belastung der beiden Welten e die beiden Räder b, b1 in vollkommen
gleicher Wsise belastet werden. Dies ist aber gleichbedeutend mit der vollkommenen
Entlastung des Ritzels von Biegungskräften, «-as eine Grundbedingungfür seinen ruhigen
Gang ist.
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Außer dieser unbeschränkten Leistungsfähigkeit des neuen Getriebes
besteht auch der Vorteil, daß die einzelnen Räder durch die achsialen Kräfte derart
zusamm@ngepreßt werden, daß sie als einheitliches Ganzes zur Wirkung gelangen, wobei
das Ritzel a- selbst mit beliebig versetzterVerzahnung ausgeführtseinkann. Auch
werden durch die elastischen Ringe h die Schallschwingungen gedämpft, so daß auch
hierdurch der ruhige Gang des Getriebes gefördert wird.
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Wesentlich ist für die einwandfreie Lösung der gestellten Aufgabe
auch die weitere Ausbildung des Getriebes.
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Hierher gehört vor allem, daß die auf der Welle e befestigte Kupplungsscheibe
i zwischen den Ritzeln m, ia bzw. w angeordnet ist, wobei die Welle e die
hohl ausgebildeten Ritzel: na, iZ durchsetzt. Die Welle e selbst ist einseitig gelagert
und trägt auf ihren langen, frei schwebenden Enden die Kupplungsscheibe i, so daß
sich letztere, entsprechend der elastischen Deformation der Welle e, in die jeweils
nötige Lage frei einstellen kann und die Kraftübertragung elastisch erfolgt. Hierdurch
werden schädliche, durch Montage- oder Herstellungsfehler entstandene Einflüsse
stark gedämpft, wenn nicht ganz beseitigt.
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Nicht minder wichtig ist der Umstand, daß die Kupplungen i unter Vermeidung
von Keilen o. dgl. mit den Wellen e verbunden sind. Hierdurch wird eine selbsttätige
Verbindung erreicht, welche, obwohl starr, dennoch derart ist, daß sich die beiden
Kupplungsscheiben. zur Welle e frei einstellen können, was zum richtigen Eingriff
der Zahnkupplungen i, 1, 11 unerläßlich ist.
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Um eine vollkommen gleichmäßige Verteilung der Kräfte auf die einzelnen
Räder zwangläufig herbeizuführen, ist bei dem Ausführungsbeispiel das auf der Welle
s sitzende und z. B. für die Vorwärtsfahrt bestimmte Zahnrad y, A ähnlich ausgeführt
wie die Räder b, b1. Infolgedessen sind die beiden Radhälften y, A und damit die
beiden Ritzet m, n und in weiterer Folge auch die Räder b, b1 praktisch gleich
belastet.
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Zur Ableitung der Rückwärtsbewegung dienen bei dem Ausführungsbeispiel
die beiden Ritzel n, welche mit den zugehörigen Achsen P in gleicher Weise befestigt
sind wie die Kupplungsscheiben i mit den Wellen e, wodurch sich auch
die Ritzel w zwecks Ausschaltung von Herstellungs-und Montagefehlern frei in die
richtige Lage einstellen können. Die Ritzel w können aber auch in ähnlicher Weise
ausgeführt werden wie die Räder b, bl, wodurch nicht nur eine gleichmäßige Verteilung
der Kräfte auf die beiden 12 Ritzel, sondern auch ein Ausgleich derselben in den
beiden Ritzelhälfen zwangläufig erfolgt.
Ein sehr wesentliches Merkmal
der Erfindung bildet schließlich auch die Anwendung der Bremse r für die Schraubenwelle,
zum Zwecke, die Manövrierbewegungen des Schiffes rasch ausführen zu können. Erfindungsgemäß
wird nämlich beim Übergang von der Vorwärtsfahrt auf die Rückwärtsfahrt und umgekehrt
mit der Bremse = die Schraubenwelle unter gleichzeitigem Abstellen des Dampfzuflusses
für die Turbinen so weit abgebremst, daß das Ankuppeln der bis dahin stillstehenden
Wellen p mittels der Kupplung i, h ohne namhaften Stoß erfolgen kann. Dieses Ankuppeln
der Wellen oder bei umgekehrtem Manöver der Wellen o kann dabei vorteilhaft selbsttätig
in der Weise erfolgen, daß durch einen von einer beliebigen Welle des Getriebes
angetriebenen Regler die Kupplung i, l oder i, h entsprechend beeinflußt
wird. Sobald die Wellen P und damit die Ritzen na, n angekuppelt sind, kann durch
die Relativbewegung der Kupplungsmuffe k die Kupplung n unter gleichzeitigem Lüften
der Bremse x und darauffolgendem selbsttätigen Öffnen des Dampfeinlasses für die
Turbine eingeschaltet werden, so daß nunmehr die Schraube in entgegengesetzter Richtiuig
läuft. Wichtig ist dabei, daß das Ankuppeln bei verhältnismäßig geringer Umlaufzahl
des Getriebes erfolgt, wodurch einerseits Stöße vermieden werden, andererseits das
Ankuppeln der im vorliegenden Falle allein in Betracht kommenden Zahn- oder Klauenkupplungen
leichter erfolgt. Infolge dieser Ausbildung-- kann das Umsteuern der Schraube in
wenigen Sekunden erfolgen, was insbesondere in Augenblicken der Gefahr von großer
Bedeutung sein kann.
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Ähnlich ist die Ausbildung des Getriebes bei dem in Abb.2 dargestellten
Ausführungsbeispiel. Ein Unterschied besteht nur darin, daß bei diesem Ausführungsbeispiel
auch eine Marschstufe 3, 4 dargestellt ist. Wesentlich ist dabei, daß das zugehörige
Ritzen 3 unmittelbar in die Hauptantriebswelle e oder e1 eingeschnitten ist. Bei
größten Leistungen ergeben sich nämlich derart große Abmessungen für die Welle e,
daß infolge des Abstandes zwischen den Wellen e und f die für die Marschfahrt nötigen
Ritzen in von der Antriebswelle e1 unabhängiger Ausbildung nicht angewendet werden
können. Erfindungsgemäß kann nun dem in der Weise abgeholfen werden, daß die Ritzen
3 hinter den Ritzeln w und die Zahnräder 4. selbst innerhalb des Hohlrades x angeordnet
werden. In dieser Weise können die Ritzen 3 beliebig klein ausgebildet werden, zumal
da die Marschleistung viel kleiner ist als die volle Leistung des Antriebes.