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Hydraulischer Gruppenantrieb von Schiffsladewinden öder sonstigen
Leistungsverbrauchern Bei hydraulischen Gruppenantrieben von Schiff sladewinden
oder sonstigen Leistungsverbrauchern ist es bekannt, zum Antrieb der einzelnen Verbraucher
regelbare Hydromotoren vorzusehen, die über nicht regelbare, in an sich bekannter
Weise als Verteiler wirkende Pumpen mit gemeinsamem Antrieb mit einer Hochdruckquelle
verbunden sind. Bei den bekannten Gruppenantrieben dieser Art müssen zwischen den
einzelnen Verteilerelementen und den zugehörigen Hydromotoren besondere Verbindungsleitungen
verlegt werden. Dadurch ergeben sich bei größeren, räumlich ausgedehnten Gruppen
von Leistungsverbrauchern unerwünscht umfangreiche und kostspielige hydraulische
Leitungsnetze.
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Durch vorliegende Erfindung ist ein hydraulischer Gruppenantrieb,
insbesondere für Schiffsladewinden, geschaffen, der sich bei weitgehender Anpassung
an die betrieblichen Erfordernisse durch einfache und raumsparende Bauweise auszeichnet.
Das Wesen des neuen Gruppenantriebes besteht darin, daß die den einzelnen Verbrauchern
zugeordneten Pumpen bzw. Verteiler wie die Verbraucher selbst zu Gruppen zusammengefaßt
sind, denen ihrerseits die Druckflüssigkeit durch eine übergeordnete Verteilergruppe
zugeteilt wird.
Durch diese Verbindung von vor- und nachgeschalteten
Gruppen läßt sich bei ausgedehnten Verbrauchergruppen regelmäßig bei entsprechend
zweckmäßig durchgeführter Bildung von Raumgruppen eine mehr oder weniger große Einsparung
an Verbindungsleitungen erreichen. Besonders günstig wirkt sich die Erfindung aus,
wenn die einzelnen Hydromotoren und die ihnen zugehörigen Arbeitsmaschinen mehrere
ausgeprägte, weit auseinandergelegene Raumgruppen bilden, wie das z. B. für Ladewinden
auf Schiffen der Fall ist. Man kann dann zur Einsparung unnötig langer Einzelleitungen
von den Verteilern zu den Hydromotorengruppen die Verteiler zu entsprechenden, dicht
bei den Verbrauchergruppen angeordneten Verteileruntergruppen zusammenfassen, denen
dann ihrerseits die Druckflüssigkeit von einer übergeordneten Verteilergruppe über
wenige Verbindungsleitungen entsprechend der Zahl der Untergruppen zugeteilt wird.
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Die vom Antrieb der Hochdruckquelle getrennten Verteilergruppen werden
vorteilhaft durch einen an die Hochdruckquelle angeschlossenen Hydromotor angetrieben.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
sie zeigt einen hydraulischen Gruppenantrieb nach der Erfindung in schematischer
Darstellung.
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Das dargestellte Getriebe dient zum Antrieb von Arbeitsmaschinen,
beispielsweise von acht Schiffs-1adewinden durch einzelne Hydromotoren M1 bis M8.
Die Hydromotoren M1 bis M8 sind mit einer gemeinsamen Hochdruckquelle in Form einer
vorzugsweise stufenlos regelbaren Pumpe P verbunden. In die Zuleitungen Z1 bis Z8
sind Verteilerzellen eingeschaltet, denen das zu verteilende Drucköl von der Pumpe
P über eine gemeinsame Leitung I zufließt. In der dargestellten Schaltung sind die
Verteilerzellen zu zwei Gruppen von je vier Zellen V1 bis V4 und V5 bis V8 zusammengefaßt,
denen das Drucköl über Zuleitungen Za und Zb von einem übergeordneten Verteilerzellenpaar
Va, Vb zugeteilt wird.
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Entsprechend der üblichen Anordnung der Winden an Deck des Schiffes
sind zwei Gruppen von je vier Winden und zwei Verteilergruppen V1 bis V4 und V5
bis V8 vorgesehen, die bei der zugehörigen Windengruppe aufgestellt werden und über
Zuleitungen Za, Zb mit einem zweizelligen Gruppenverteiler Va, Vb in Verbindung
stehen. Dieser Gruppenverteiler ist nicht mit dem Antriebsmotor D verbunden, sondern
wird durch einen vom Drucköl der Geberpumpe P angetriebenen Hydromotor Mg angetrieben.
Dabei sind die beiden Zellen des Gruppenverteilers auf einer gemeinsamen Welle angeordnet,
so daß sie ständig mit gleicher Geschwindigkeit umlaufen. Ebenso werden auch die
Verteiler V1 bis V4 und V5 bis V8 je auf einer gemeinsamen Welle von Hydromotoren
Ma und Mb angetrieben. Auch hierbei wird ein Energierückgewinn erzielt, indem ein-
Teil der Zellen als Hydromotor laufen und diejenigen Verteilerzellen als Pumpe antreiben,
deren Winde bzw. Hydromotor mit hohem Druck arbeitet. Die Drehzahl der Verteiler
richtet sich jeweils nach der Gesamtleistung.
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Durch die Unterteilung in zwei Untergruppen V1 bis V4 und V5 bis V8
ergibt sich eine wesentliche Einsparung an Zuleitungslänge, da die Verbraucher=
gruppen nahe bei den Hydromotoren liegen und infolgedessen nur kurze Zuleitungen
Z1 bis Z8 erforderlich sind, während für die lange Verbindung vom Gruppenverteiler
Va, Vb zu den Einzelverteilern V1 bis V8 nur zwei Zuleitungen Za und Zb und für
die Verbindung von der Pumpe P zum Gruppenverteiler nur eine Zuleitung I erforderlich
sind. Gegebenenfalls können auch die Verteilerantriebsmotoren so regelbar sein,
daß ihre Drehzahl sich selbsttätig mit der von den Hydromotoren H1 bis H8 verlangten
Druckölmenge verändert. Der Gruppenverteiler Va, Vb kann auch gemeinsam mit der
Pumpe P vom Dieselmotor D angetrieben werden. Schließlich könnte auch im Gruppenantrieb
eine Umschaltung der Gruppenverteilerzellen von der Hochdruckpumpe oder sonstigen
Hochdruckquelle auf Betrieb durch die als Pumpen wirkenden Verteilerzellen allein
vorgesehen sein.
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Das von den Verteilern den Ölmotoren zugeleitete Öl strömt aus den
Motoren über eine Sammelleitung 6 wieder in den Ölbehälter B.
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Im dargestellten Gruppenantrieb werden Verteiler Va, Vb sowie V1 bis
V8 und Pumpe P getrennt angetrieben, und zwar die Pumpe P durch einen Dieselmotor
D und die Verteiler Va, Vb sowie V1 bis V8 durch Ölmotoren Mg, Ma und Mb, die wie
die Verteiler an die Pumpendruckleitung I und die Verteilleitungen Zu, Zb angeschlossen
sind und dessen Ablauf mit der Sammelleitung 6 zum Ölbehälter verbunden ist.
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Als Verteilerzellen können einfache Zahnradpumpen benutzt werden,
deren Förder- und Durchsatzmenge von der Drehzahl abhängig ist, mit der sie angetrieben
werden.
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Indem nun die Verteilerzellen gruppenweise gemeinsam angetrieben werden,
wird erreicht, daß sie den einzelnen Hydromotoren Drucköl in bestimmtem, durch ihre
Größe und ihre Drehzahl gegebenen Mengenverhältnis zuteilen. Die Pumpe P liefert
den Verteilern diese Olmenge mit vorzugsweise gleichbleibendem Druck, während sich
in den einzelnen Zuleitungen Z1 bis Z8 und Za, Zb Drücke einstellen, wie sie von
den einzelnen Hydromotoren bzw. den Hydromotorengruppen zum Betrieb jeweils beansprucht
werden.
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Die als Flügel- oder Verdrängerpumpen ausgebildeten Verteilerzellen
sind an sich geeignet, einen gewissen Öldruck zu erzeugen, der jedoch nur einen
Teilbetrag des von der Geberpumpe P erzeugten Öldruckes ausmacht. Der von den Verteilerzellen
erzeugte Öldruck kann daher nur einen Teil des geforderten Höchstdrehmomentes decken.
Die Hauptaufgabe der Verteilerzellen besteht darin, das von der Pumpe P gelieferte
Öl hohen Druckes auf die Leitungen Z1 bis Z$ der einzelnen Antriebe zu verteilen
und die Druckdifferenz zwischen
der Pumpenleitung I und den Motorenleitungen
aufzunehmen.
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Da die Pumpe P wahlweise mit dem einen oder anderen Ölmotor verbunden
wird, so ist es zweckmäßig, sie als Nullhubpumpe auszubilden. Durch Erprobung ist
festzustellen, wie groß diese Nullhubpumpe gewählt werden muß. Sie wird etwa so
groß sein müssen, daß sie bei voller Lieferung etwas mehr liefern kann, als vier
Ölmotoren gleichzeitig verbrauchen. Diese Hochdruck-Niederdruck-Umschaltung hat
den Vorteil, daß die anzuordnende Hochdruckpumpe wesentlich kleiner und billiger
sein kann, und der Leerlaufleistungsbedarf der kleineren Pumpe ist entsprechend
geringer. Von der Hochdruckpumpe wird nur diejenige hydraulische Leistung erzeugt,
die tatsächlich im Hochdruckgebiet verbraucht wird. Eine mit schlechtem Wirkungsgrad
ablaufende Leistungsrückgewinnung wird vermieden. Der Leistungsbedarf an der Dieselmaschine
wird geringer und infolgedessen auch die Gesamtwirtschaftlichkeit der Anlage verbessert.
Das gleiche gilt sinngemäß, wenn an Stelle einer Hochdruckpumpe ein Hochdruckbehälter
mit Ladepumpeneinrichtungvorgesehen ist. Die PumpeP ist über eine zweite Leitung
mit Sicherheitsventil 4 auch druckseitig mit dem Ölbehälter B verbunden.
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Im Windenbetrieb ist es vorteilhaft, daß die Ölmotoren bei großer
Last mit geringer Drehzahl, bei kleinerer Last mit größerer Drehzahl umlaufen und
daß sie sich der Last selbsttätig anpassen. Es können hierzu Ölmotoren, z. B. nach
Bauart Pittler, verwendet werden, die mit Hilfe einer Vollhubverstellung das Hubvolumen
selbsttätig der zu hebenden Last anpassen. Die Vollhubverstellung wirkt bekanntlich
so, daß das Verstellglied des regelbaren Ölmotors durch Feder- oder Gewichtskraft
auf minimale Hubvolumen bzw. minimales Drehmoment eingestellt wird. Durch einen
Kolben, der vom Flüssigkeitsdruck der Zuleitung beaufschlagt wird, wird nun bei
zunehmender Belastung das Verstellglied entgegen der Feder- oder Gewichtskraft auf
großes Hubvolumen und damit großes Drehmoment eingestellt. Hieraus geht hervor,
daß ein gewisses Druckgefälle zwischen größtem und kleinstem Drehmoment, d. h. zwischen
größtem und kleinstem Hubvolumen, erforderlich ist, bei Radialkolbenmotoren zwischen
größter und kleinster Exzentrizität und bei Axialkolbenmotoren zwischen größtem
und kleinstem Schwenkwinkel. Mit größtem Druck ist größte Exzentrizität bzw. größter
Schwenkwinkel und mit kleinstem Druck kleinste Exzentrizität bzw. kleinster Schwenkwinkel
verbunden. Die einzelnen stufenlos regelbaren Ölmotoren vermögen also unter Ausnutzung
einer durch den Ölmengenverteiler ermöglichten Steigerung oder Absenkung des Flüssigkeitsdruckes
unter Benutzung einer Vollhubverstellung ihr Drehmoment und ihre Drehzahl nach dem
Gesetz annähernd konstanter Leistung den Forderungen des Schiffswindenbetriebes
beim Hubvorgang anzupassen.
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Der beschriebene Gruppenantrieb ist nicht nur für Ladewinden, sondern
auch für andere Anlagen sinngemäß zu gebrauchen. Eine weitere wichtige Anwendungsmöglichkeit
liegt beispielsweise bei Kohlenstaubfeuerungen vor, wo einzelne Hydromotoren zur
Speisung der verschiedenen Brenner oder Kohlenstaubdüsen in Verbindung mit einem
Gruppenantrieb im Sinne der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können.
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Zur -Anpassung an die jeweiligen Betriebsverhältnisse kann man die
Verteiler auch mit verschiedenen, in bestimmtem Verhältnis zueinander stehenden
Drehzahlen laufen lassen oder sie mit unterschiedlichen Fördervolumen bauen. Will
man auf eine Wirkung der Verteiler als Pumpe verzichten, so kann man reine Verteiler,
z. B. nach Art der bekannten Junkers-Kompressoren mit frei fliegendem hin- und hergehendem
Kolben oder sonstige reine Verteiler verwenden. Umgekehrt kann man bei als Pumpen
wirkenden Verteilern auf die Hochdruckquelle gegebenenfalls auch ganz verzichten.
Bei hydraulischem Antrieb der Verteiler kann man unter Umständen auch auf die Anordnung
eines besonderen Hydromotors zum Antrieb der Verteiler verzichten und die Verteiler
unmittelbar durch die Druckflüssigkeit antreiben, wobei die nicht oder wenig belasteten
Verteiler als Hydromotoren laufen und die anderen Verteiler als Pumpen mit antreiben.
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Beim Windenbetrieb ist die Kraftduelle, z. B. die Hochdruckpumpe,
so zu bemessen, daß sie ausreicht, etwa die Hälfte der Winden gleichzeitig im Hubvorgang
zu betreiben.