Die Erfindung betrifft ein Kraftübertragungsaggregat zum An¬ trieb einer drehzahlvariablen Arbeitsmaschine, im einzelnen mit den Merkmalen a) bis c), die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben sind.

Ein derartiges Kraftübertragungsaggregat ist bekannt aus der AT-PS 275 988, Fig. 2 oder 4. Es dient zum Antrieb einer Ar¬ beitsmaschine, deren Drehzahl in einem gewissen Bereich, der im einen Fall größer im anderen kleiner sein kann, variabel sein soll. Ein wesentliches Element des Aggregates ist ein Differen¬ tialgetriebe mit drei Getriebegliedern, von denen eines an eine festbremsbare Überlagerungswelle und an das Turbinenrad eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers gekoppelt ist. Die anzu¬ treibende Arbeitsmaschine ist in der Regel eine Strömungsma¬ schine, z.B. Kreiselverdichter oder Kreiselpumpe, insbesondere eine Kesselspeisepumpe. Gemäß Fig. 2 der AT-PS ist folgendes vorgesehen: In einem unteren Betriebsdrehzahlbereich findet die

Kraftübertragung allein über eine hydrodynamische Kupplung und über das erste und das zweite Getriebeglied des Differentialge¬ triebes statt. In diesem Betriebszustand ist die Uberlagerungs- welle festgebremst und der Drehmomentwandler ist ausgeschaltet, d.h. entleert. Die Drehzahl der Arbeitsmaschine kann durch Variieren des Kupplungsfüllungsgrades verändert werden. Wenn parallel zur hydrodynamischen Kupplung eine Uberbrückungskupp- lung vorgesehen ist, dann kann diese dazu benutzt werden, um die Arbeitsmaschine an der obersten Grenze des unteren Be- triebsdrehzahlbereiches anzutreiben.

Soll die Arbeitsmaschine mit einer erhöhten Drehzahl (also in¬ nerhalb eines oberen Drehzahlbereiches) angetrieben werden, so wird der hydrodynamische Drehmomentwandler durch Füllen einge¬ schaltet; außerdem wird die Bremse an der Uberlagerungswelle gelöst. (Hierdurch wird nunmehr ein Teil der Antriebsleistung abgezweigt und über den Drehmomentwandler und über das dritte Getriebeglied des DifferentialgStriebes auf die Abtriebswelle übertragen. Dies ist der sogenannte "Uberlagerungszweig".) Da¬ mit auch in diesem Betriebszustand die Abtriebsdrehzahl vari¬ iert werden kann, wird als Drehmomentwandler ein Stellwandler vorgesehen, vorzugsweise ein Wandler mit verstellbaren Leit¬ schaufeln.

In dem Uberlagerungszweig muß ein Drehmomentwandler (und nicht eine Kupplung) vorgesehen werden, weil nur dieser in der Lage ist, beim Umschalten in den oberen Drehzahlbereich das hohe Drehmoment der Überlagerungswelle mit erträglichen Verlusten und vertretbarem Bauaufwand zu übertragen.

Die aus Fig. 4 der AT-PS bekannte Bauform ohne hydrodynamische Kupplung arbeitet bei feststehender Überlagerungswelle mit ei¬ ner nicht-variablen Abtriebsdrehzahl. Nur in dem darüber lie¬ genden oberen Drehzahlbereich ist - wiederum mittels eines Stellwandlers - ein Variieren der Abtriebsdrehzahl möglich.

In allen Fällen ist - wie auch beim Anmeldunsgegenstand - vor¬ ausgesetzt, daß die Antriebsmaschinen-Drehzahl weitgehend oder vollkommen konstant ist.

Bei den bekannten Bauformen ist das Pumpenrad des Stellwandlers über mehrere Zahnräder und über eine versetzt angeordnete Welle mit der Zwischenwelle verbunden. In ähnlicher Weise ist das Turbinenrad des Stellwandlers über eine versetzt angeordnete Welle und über Zahnräder mit dem Differentialgetriebe verbun¬ den. Diese Konstruktion hat den Nachteil, daß wegen der Größe der notwendigen Zahnräder die Gefahr besteht, daß Schwingungen in dem Kraftübertragungsaggregat auftreten. Außerdem sind eine Vielzahl von Lagern und ein verhältnismäßig großes Gehäuse er¬ forderlich, so daß das Aggregat insgesamt sehr teuer in der Herstellung ist und hohe Verluste in αen Lagern verursacht wer¬ den.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Kfaft- übertragungsaggregat dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine kompakte, schwingungsarme und mit weniger Verlusten behaftete sowie mit geringerem Aufwand herstellbare Konstruktion erzielt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß sämtliche Aggregat-Elemente, d.h. die Wellen, gegebenenfalls die hydrodynamische Kupplung, das Diffe¬ rentialgetriebe und der hydrodynamische Drehmomentwandler zu¬ einander koaxial angeordnet sind. Mit anderen Worten: Die ver¬ setzte Welle und die dazugehörenden Zahnräder und Lager entfal¬ len. Im einfachsten Fall, nämlich wenn die maximale Ausgangs¬ drehzahl ungefähr gleich oder nur wenig größer als die Ein¬ gangsdrehzahl sein soll, werden außer dem Differentialgetriebe keine weiteren Zahnräder benötigt. In vielen Anwendungsfällen wird jedoch eine höhere Gesamtübersetzung gefordert, so daß zwischen dem Wandler und dem Differentialgetriebe ein Getriebe, in der Regel ein Untersetzungsgetriebe, angeordnet werden muß.

In diesem Falle kann dieses Getriebe als Planeten-Standgetriebe ausgebildet und ebenfalls koaxial zu den übrigen Aggregate-Ele¬ menten angeordnet werden (Anspruch 2).

Eine koaxiale Anordnung aller Aggregat-Elemente ist zwar schon bekannt aus der DE-OS 15 00 520. Dort sind jedoch Kraftübertra¬ gungsaggregate anderer Art beschrieben, nämlich solche, bei denen im oberen Drehzahlbereich die gesamte zu übertragende Leistung über eine zusätzliche hydrodynamische Kraftübertra¬ gungseinheit (Kupplung oder Wandler) geleitet werden muß, die im unteren Drehzahlbereich durch Entleeren ausgeschaltet ist. Diese zusätzliche Einheit erfordert somit einen hohen Bauauf¬ wand.

Beim Anmeldungsgegenstand braucht dagegen die zusätzliche Ein¬ heit (d.h. der hydrodynamische Drehmomentwandler) nur für einen kleinen Teil der im oberen Drehzahlbereich zu übertragenden Gesamtleistung bemessen zu werden. Denn der Hauptteil dieser Gesamtleistung wird nach wie vor auf dem normalen Kraftweg übertragen. Deshalb wird nur ein verhältnismäßig kleiner Wand¬ ler benötigt, so daß dessen relativ schlechter Wirkungsgrad den Gesamt-Wirkungsgrad nur geringfügig vermindert.

Es versteht sich, daß das Differentialgetriebe, wie bei der bekannten Konstruktion, vorzugsweise als Planeten-Umlaufgetrie¬ be ausgebildet wird. Dabei können das Sonnenrad, der Planten- träger und das Hohlrad dieses Umlaufgetriebes je nach dem Be¬ darfsfall unterschiedlich mit den übrigen Aggregate-Elementen verbunden sein.

Die Bremse zum Abbremsen der Überlagerungswelle kann wie bei der bekannten Konstruktion als Freilauf oder als mechanische Bremse ausgebildet sein. Vorzugsweise wird man die Bremse je¬ doch - gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung - als hydro¬ dynamische Bremse ausbilden (Anspruch 3). Diese wird, wie an

sich bekannt, durch Füllen oder Entleeren ein- oder ausgeschal¬ tet. Außerdem können durch Variieren des Füllungsgrades der hydrodynamischen Bremse (Anspruch 4) unterschiedliche Drehzah¬ len an der Überlagerungswelle eingestellt werden. Bekanntlich ist bei Verwendung eines Freilaufes anstelle einer Bremse ein Rückwärts-Drehen der Überlagerungswelle ausgeschlossen. Bei Verwendung einer mechanischen Bremse ist zwar ein solches Rück¬ wärts-Drehen der Überlagerungswelle theoretisch möglich, jedoch müßte hierbei der an mechanischen Bremsen übliche Verschleiß in Kauf genommen werden, pemgegenüber ermöglicht es die hydrodyna¬ mische Bremse, daß die Überlagerungswelle ohne Verschleiß im Dauerbetrieb mit einer verhältnismäßig niedrigen Drehzahl rück¬ wärts umläuft. Hierdurch werden zahlreiche Vorteile erzielt:

1. Falls das Aggregat keine hydrodynamische Kupplung aufweist (entsprechend der bekannten Bauform gemäß Fig. 4 der AT-PS 275 988), kann nunmehr auch im unteren Drehzahlbereich durch das schon erwähnte Variieren des Füllungsgrades der Bremse die Abtriebsdrehzahl verändert werden.

2. Falls im Uberlagerungszweig (zwischen Wandler und Differen¬ tialgetriebe) ein Getriebe, vorzugsweise ein Planeten- Standgetriebe vorhanden ist, wird der Nachteil der bekann¬ ten Bauformen vermieden, daß im unteren Betriebsdrehzahlbe¬ reich (d.h. wenn der Wandler ausgeschaltet ist) die Zahnrä¬ der des Standgetriebes stillstehen. Ein solcher Stillstand kann nämlich zur Folge haben, daß sich im Dauerbetrieb un¬ ter Last an den Zahnrädern und an den Lagern des Standge¬ triebes, sogenannte Standmarken bilden.

3. Wenn eine hydrodynamische Kupplung vorhanden ist, dann kann - bei Kraftübertragung im unteren Drehzahlbereich über die hydrodynamische Kupplung - deren Schlupf auf einen kleine¬ ren Wert eingestellt werden, so daß die Verluste in der hydrodynamischen Kupplung im Dauerbetrieb kleiner sind.

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Insbesondere ist es möglich, die Kupplung mit dem maximalen Füllungsgrad zu betreiben, wobei der Flüssigkeitsumlauf durch den äußeren Kreislauf unterbunden werden kann, so daß die dort verursachten Verluste vermieden werden.

4. Falls eine hydrodynamische Kupplung mit Überbrückungskupp- lung vorhanden ist, kann gleichzeitig mit dem Schließen der Überbrückungskupplung eine Teil-Entleerung der Bremse aus¬ gelöst werden, so daß ein Sprung in der Abtriebsdrehzahl und der damit verbundene Dreh omenten-Stoß vermieden wird.

Der Gedanke des Anspruchs 3 kann auch bei Kraftübertragungs¬ aggregaten angewandt werden die nicht sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweisen (Beanspruchung von Elementenschutz). Beispiele:

1. Bei den aus der AT-PS 275 988 bekannten Bauformen wird der Freilauf oder die mechanische Bremse durch eine hydrodyna¬ mische Bremse ersetzt.

2. Falls zum Antrieb der Überlagerungswelle anstelle des hy¬ drodynamischen Drehmomentwandlers ein kleiner drehzahlva¬ riabler und ebenfalls koaxial zu den übrigen Aggregat-Ele¬ menten angeordneter Motor (vorzugsweise Elektromotor) vor¬ gesehen ist, kann die Überlagerungswelle ebenfalls mittels einer hydrodynamischen Bremse abgebremst werden, so daß wiederum das Variieren der Abtriebsdrehzahl nicht nur im oberen, sondern auch im unteren Drehzahlbereich möglich ist.

3. Denkbar ist z.B. auch, daß als Haupt-Antriebsmaschine ein polumschaltbarer Elektromotor und außer diesem nur ein Differentialgetriebe mit hydrodynamischer Bremse vorgesehen werden. In diesem Fall kann in den Drehzahlbereichen, die zwischen den Drehzahlen des Elektromotors liegen, die Ab¬ triebsdrehzahl wiederum mittels der hydrodynamischen Bremse variiert werden.

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Zwar ist es aus der DE-OS 31 44 902 schon bekannt, eine hydro¬ dynamische Bremse zum Abbremsen eines Getriebegliedes eines Differentialgetriebes zu verwenden. Dort handelt es sich jedoch um ein Schaltgetriebe, in dem die hydrodynamische Bremse dazu benutzt wird, um die Antriebswelle des Schaltgetriebes aus dem Stillstand heraus in Rotation zu versetzen, wonach der Rotor der hydrodynamischen Bremse mittels einer mechanischen Bremse stillgesetzt wird.

Verschiedene vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben. Sie werden nachfol¬ gend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Darin zeigt jede der Figuren 1 bis 5 ein Kraftübertragungsaggregat in einem schematisch vereinfachten Längsschnitt.

In allen Figuren sind funktionsgleiche Aggregat-Elemente wie folgt mit den gleichen Bezugszeichen versehen:

10 Eingangswelle,

11 hydrodynamische Kupplung,

12 Zwischenwelle,

13 Differentialgetriebe (= Planeten-Umlaufgetriebe),

14 Ausgangswelle,

15 hydrodynamischer Drehmomentwandler (vorzugsweise als Stellwandler ausgebildet),

16 Überlagerungswelle,

17 Bremse (in den Fig. 1 bis 3: hydrodynamische Bremse, in den Figuren 4 und 5: mechanische Bremse).

In den Figuren 1 bis 3 ist zusätzlich eine parallel zur hydro¬ dynamischen Kupplung 11 angeordnete Überbrückungskupplung 18 vorgesehen. In den Figuren 2 und 3 ist zusätzlich zwischen dem Stellwandler 15 und dem Differentialgetriebe 13 ein Planeten- Standgetriebe 19 angeordnet. Ein Aggregatgehäuse ist in allen Figuren mit 20 bezeichnet.

Die folgenden Einzelteile sind wiederum in allen Ausführungs¬ formen vorhanden, jedoch teilweise nur in Fig. 1 mit Bezugszei¬ chen versehen:

21 mit der Eingangswelle 10 rotierendes Primärschaufelrad der Kupplung 11,

22 mit der Zwischenwelle 12 rotierendes Sekundärschaufelrad der Kupplung 11,

23 mit der Eingangswelle 10 rotierende Kupplungsschale,

24 bewegliches Schöpfrohr der Kupplung 11,

25 Pumpenrad des Stellwandlers 15 (rotiert in Fig. 1 - 3 mit der Zwischenwelle 12, in Fig. 4 mit der Eingangswelle 10 und in Fig. 5 mit der Ausgangswelle 14),

26 mit der Überlagerungswelle 16 rotierendes Turbinenrad des Stellwandlers 15,

27 Versteileinrichtung für die schwenkbaren Leitschaufeln 27a des Stellwandlers 15,

28 Sonnenrad des Differentialgetriebes 13,

29 Planetenräder des Differentialgetriebes 13,

30 Planetenträger des Differentialgetriebes 13,

31 Hohlrad des Differentialgetriebes 13.

Der Stellwandler 15 hat, wie dargestellt, vorzugsweise eine feststehende Schale 15a, in der die zentripetal durchströmten Leitschaufeln 27a in bekannter Weise schwenkbar gelagert sind. Beide Schaufelräder, nämlich das Pumpenrad 25 und das Turbinen¬ rad 26, sind, wie ebenfalls dargestellt, vorzugsweise zentrifu¬ gal durchströmt. In Figur 1 ist das Turbiπenrad 26 mittels der Überlageruhgswelle 16 unmittelbar mit dem Differentialgetriebe 13 verbunden; d.h. im Uberlagerungszweig fehlt ein Über- oder Untersetzungsgetriebe. In diesem Falle ist es vorteilhaft, die drei Getriebeglieder 28, 30 und 31 des Differentialgetriebes 13 wie folgt mit den übrigen Aggregat-Elementen zu verbinden: Das Sonnenrad 28 mit der Überlagerungswelle 16, den Plantenträger 30 mit der Ausgangswelle 14 und das Hohlrad 31 mit der Zwi¬ schenwelle 12.

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In Figur 2 ist dagegen zwischen dem Stellwandler 15 und dem Differentialgetriebe 13 ein untersetzendes Planeten-Standge¬ triebe 19 angordnet. Deshalb ist nun das Sonnenrad 28 des Dif¬ ferentialgetriebes 13 mit der Ausgangswelle 14, der Planeten¬ träger 30 mit der Zwischenwelle 12 und das Hohlrad 31 mit dem Hohlrad 32 des Planeten-Standgetriebes 19 gekoppelt. Dessen Planetenräder 33 rotieren auf einem gehäusefesten Planetenträ¬ ger 34. Sein Sonnenrad 35 ist mit der Überlagerungswelle 16 verbunden.

Während in Figur 2 das Planeten-Standgetriebe 19 einfache Pla¬ netenräder 33 aufweist, die sowohl mit dem Hohlrad 32 als auch mit dem Sonnenrad 35 kämmen, ist in Figur 3 folgendes vorgese¬ hen: Hier hat das Planeten-Standgetriebe 19 Doppel-Planeten 33', deren Radhälften unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Die kleinere Radhälfte kämmt mit dem Hohlrad 32 und die größere Radhälfte mit dem Sonnenrad 35. Diese Anordnung dient zur Er¬ zielung einer größeren Untersetzung zwischen dem Sonnenrad 35 und dem Hohlrad 32. Dies ist günstig, weil in Figur 3, abwei¬ chend von Figur 2, das Hohlrad 31 des Differentialgetriebes 13 mit der Zwischeπwelle 12 verbunden ist und der Planetenträger 30 mit dem Hohlrad 32 des Planeten-Standgetriebes 19.

Weitere besondere Merkmale der in den Figuren 1 bis 3 darge¬ stellten Ausführungsbeispiele sind in den Ansprüchen 5, 6 und 7 angegeben. Erwähnt sei noch eine Alternative zu der im Anspruch 5 beschriebenen Anordnung: Wenn die hydrodynamische Kupplung 11 entfällt (und somit auch- keine Überbrückungskupplung 18 vorhan¬ den ist), dann ist die Zwischenwelle 12 zugleich die Eingangs¬ welle.

Beim normalen Dauerbetrieb findet die Kraftübertragung bei ent¬ leertem Stellwandler 15 und eingeschalteter Bremse 17 über die hydrodynamische Kupplung 11 oder die Überbrückungskupplung 18 statt. Die Überlagerungswelle 16 rotiert hierbei mit geringer

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Drehzahl rückwärts. Beim Arbeiten mit der hydrodynamischen Kupplung 11 (d.h. bei gelöster Überbrückungskupplung 18) kann - vorzugsweise in einem oberen Teil des unteren Drehzahlbe¬ reichs - durch Variieren des Füllungsgrades der hydrodynami¬ schen Bremse 17 die negative Drehzahl der Überlagerungswelle 16 derart eingestellt werden, daß die hydrodynamische Kupplung 11 mit möglichst geringem Schlupf, also nahezu verlustfrei arbei¬ tet. Mit anderen Worten: Die Kupplung 11 arbeitet mit dem maxi¬ malen Füllungsgrad, wobei das Schöpfrohr 24 auf Förderung Null eingestellt ist, so daß die Verluste im äußeren Flüssigkeits¬ kreislauf weitgehend oder vollkommen vermieden werden. Soll die Ausgangswelle 14 mit einer erhöhten Drehzahl, d.h. im oberen Drehzahlbereich rotieren, so wird der Wandler 15 gefüllt und die Bremse 17 durch Entleeren ausgeschaltet. Zweckmäßig wird hierbei auch noch die Überbrückungskupplung eingeschaltet, so daß das Wandler-Pumpenrad 25 mit der Drehzahl der Eingangswelle 10 rotiert. In jedem Fall sind nun zwei parallele Kraftwege wirksam; d.h. nun überträgt der Wandler 15 einen Teil der Ge¬ samtleistung auf das Differentialgetriebe 13, während der übri¬ ge größere Leistungsanteil weiterhin auf dem oben beschriebenen normalen Kraftweg übertragen wird.

Wenn man in den Figuren 1 bis 3 die Überbrückungskupplung 18 wegläßt, dann ist es zweckmäßig, das Wandler-Pumpenrad 25 nicht an die Zwischenwelle 12, sondern an die mit der Eingangswelle 10 rotierende Kupplungsschale 23 zu koppeln. In den Fig. 1 bis 3 kann bei Bedarf auch die gesamte hydrodynamische Kupplung 11 einschließlich der Überbrückungskupplung 18 entfallen; so z.B. für den Antrieb eines Kreiselverdichters, dessen Drehzahl nur im oberen Drehzahlbereich variiert wird und darunter konstant bleibt.

Unter Umständen ist es erforderlich, das erfindungsgemäße Kraftübertragungsaggregat an eine verhältnismäßig langsam ro¬ tierende Antriebsmaschine anzupassen. Hierzu kann gemäß den

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Figuren 4 und 5 die Eingangswelle 10 über ein Hochgang-Zahnrad¬ getriebe 41 mit einer versetzt angeordneten Antriebswelle 40 verbunden werden. Das Hochgang-Zahnradgetriebe 41 hat ein auf der Eingangswelle 10 sitzendes Ritzel 42 und ein auf der An¬ triebswelle 40 sitzendes Großrad 43. In diesem Falle ist es zweckmäßig, die Lager 44 für die Eingangswelle 10 unmittelbar zu beiden Seiten des Ritzels 42 anzuordnen. Die in Figur 4 dar¬ gestellte Anordnung der übrigen Aggregat-Elemente ist im An¬ spruch 9 beschrieben.

Gemäß Figur 5 kann die Ausgangswelle 14 über ein Ausgangs-Zahn¬ radgetriebe 45 mit einer versetzt angeordneten Abtriebswelle 49 verbunden werden. Die Zahnräder dieses Getriebes 45 sind mit 46 und 47 bezeichnet und die Lager der Ausgangswelle 14 mit 48. Die Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl ein Hochgang-Zahnradgetriebe 41 als auch ein Ausgangsgetriebe 45 vorhanden ist. Die dargestellte Anordnung der Aggregat-Elemente i∑tt im Anspruch 11 beschrieben. Bei Bedarf kann man jedoch in Figur 5 das Hochganggetriebe 41 weglassen und die hydrodynami¬ sche Kupplung 11, ähnlich wie in den Figuren 1 bis 3, unmittel¬ bar über eine außen angeordnete koaxiale Eingangswelle 10 an¬ treiben.