Schiffsantriebsvorrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schiffs antriebsvorrichtung mit einer im Normalbetrieb nur in einer Richtung drehenden Antriebsmaschine und einem Getriebe mit zwei Kraftwegen sowie zwei Kraftkupplungen und einer mit dem Propeller wirk verbundenen Welle, welche von der nur in einer Richtung kraftübertragenden, antriebsverbundenen Eingangswelle aus in beiden Richtungen drehbar ist, wobei die Kupplungen von der Bauart sind,
bei wel cher beim Rückwärtsdrehen der Eingangswelle ein Zwischenkupplungsglied bezüglich einem zweiten Kupplungsglied eine schraubenförmige Bewegung ausführt und Feststellmittel vorgesehen sind, um wahlweise die eine oder andere Kupplung im einge kuppelten Zustand festzuhalten, und ferner eine Bremse angeordnet ist zum Bremsen einer Welle der angetriebenen Wellengruppe.
Das britische Patent Nr. 512517 beschreibt um steuerbare Getriebe dieser Art mit einer Vorwärts- antriebsübertragung, welche parallel mit einer Rück wärtsantriebsübertragung zwischen einer Antriebs und einer Ausgangswelle versehen ist, wobei jede dieser Übertragungseinrichtungen eine schaltbare synchronisierte Kupplung aufweist. Die synchroni sierten Kupplungen sind beide von der Art, welche ein gezahntes erstes Glied aufweist, ein zweites rela tiv zum ersten Glied drehbares Glied, ein gezahntes, schraubenförmig zum zweiten Glied bewegbares Mit telglied und Mittel, um die Zähne des ersten Gliedes und des Mittelgliedes synchron miteinander in Ein griff zu bringen.
Jede Kupplung ist zudem mit Mitteln versehen, um sie in eingekuppeltem Zustand festzuhalten. Fer ner ist eine Bremse vorhanden, welche als Rückdreh bremse bekannt ist und dazu dienen kann, die An- triebswelle zu bremsen sowie das Getriebe und die Antriebswelle um einen genügenden Winkel zurück- zudrehen, zum Zwecke, das Getriebe in eine Stellung zu drehen, in welcher beide Synchronkupplungen in Eingriff gebracht werden können. Je nach der ge wünschten Drehrichtung kann die eine oder andere Kupplung mittels einer Steuerhülse in der eingerück ten Lage festgehalten werden.
Diese Vorrichtung wäre ungenügend, wenn sie ohne Änderung für Schiffsantriebsvorrichtung mit grossen Kraftübertragungen verwendet würde, da die Bremsrichtung gemäss Fig. 1 des britischen Patentes Nr. 512517 nicht geeignet wäre, das Antriebsmoment der Turbokupplung mit konstanter Füllung und zu sätzlich das Überholmoment, bedingt durch den Pro peller eines Schiffes merklicher Grösse, d. h. von einigen hundert Tonnen oder mehr Gewicht, aufzu nehmen.
Dies gilt insbesondere auch dann, wenn sich das Schiff mit relativ hoher Geschwindigkeit bewegt.
Die Erfindung bezieht sich auf jede eingangs er wähnte Bauart von Kupplungen, welche durch Zu rückdrehen einer Eingangswelle eingerückt werden können.
Gemäss dem britischen Patent Nr. 512517 weisen die Mittel zum Einrücken der Kupplungen Klinken auf, die auf dem Zwischenglied der Kupplung an geordnet sind und mit den Zähnen des ersten Kupp lungsgliedes zusammenwirken. In der normalen Dreh richtung des ersten und zweiten Kupplungsgliedes wird das Zwischenglied, sofern es nicht blockiert ist, auf Grund eines Drehmomentes auf die Eingangs welle in eine ausgefahrene Stellung bewegt.
Umge kehrt wird das Zwischenglied bei einer Umkehrung des Momentes unter dem Einfluss der Klinken aus der ausgefahrenen Stellung in die gekuppelte Stellung bewegt.
Bei der beschriebenen Anordnung der zwei parallelen Übermittlungswege wird es normalerweise vorkommen, dass, wenn die Bremse zum Anhalten und anschliessenden Rückwärtsdrehen der Eingangs welle betätigt wird (die Ausgangswelle und die mit ihr verbundenen Zahnräder werden dann durch diese Bremse ebenfalls angehalten), sich die Klinken der entsprechenden Kupplungen in diesem Zeitpunkt nicht in derselben Winkelstellung bezüglich der Zähne der mit ihnen zusammenarbeitenden ersten Kupplungsglieder befinden,
so dass beim Rückwärts drehen der Antriebswelle eine Klinke der einen Kupplung mit einem Zahn ihres ersten Gliedes in Eingriff gelangt und die Klinke der andern Kupplung, im Winkelmass beurteilt, von den Zähnen des mit ihnen zusammenarbeitenden ersten Kupplungsglie des noch einen gewissen Abstand aufweisen.
Es wäre höchst aussergewöhnlich, wenn die Wellen und die Klinken sowie die mit ihnen zusammenarbei- tenden Zähne der Kupplungsglieder in identischer Winkelstellung anhalten würden, derart, dass das Rückwärtsdrehen der Eingangswelle beide Kupplun gen gleichzeitig in Eingriff mit den entsprechenden Kupplungszähnen bewegen würde.
Da die axialen Bewegungen der Zwischenglieder in einkuppelnder Richtung durch Anschläge begrenzt sind, kann sich eine Lage ergeben, in welcher nur eine der Kupplungen eingerückt ist und an ihrem Anschlag anliegt und in welcher die andere Kupp lung nicht eingerückt werden kann, da ein weiteres Zurückdrehen der Antriebswelle mit den mit ihr ver bundenen vor- und rückwärtsdrehenden Zahnrädern durch den Anschlag der eingerückten Kupplung ver- unmöglicht wird.
Es ist dabei der Tatsache Rech nung zu tragen, dass das ausgangsseitige Wellen system und der Propeller stillstehen und das Dreh moment zum Zurückdrehen dieses System über der Kapazität der Rückdrehbremse liegt, wenn das Rück wärtsgetriebe für grosse Schiffsantriebskräfte ge braucht wird. Es ist daher wünschenswert, auch an der Ausgangswelle eine kräftige Bremse vorzusehen (oder an einer mit der Ausgangswelle verzahnten Nebenwelle), um das Drehmoment zu überwinden oder an der Überwindung des Drehmomentes mitzu helfen, welches Drehmoment dadurch bedingt ist, dass der Propeller infolge der Schiffsbewegung wei terdreht.
In diesem Falle verhütet die Ausgangswel- lenbremse das Zurückdrehen des Getriebewellen systems mittels der Eingangswellenbremse unter den vorstehend dargelegten Bedingungen, bei welchen das Zurückdrehen um den vollen Betrag eine not wendige Voraussetzung ist, um die zwei Kupplungen in den gezahnten Eingriff zu bringen und damit wahlweise die Vor- oder Rückwärtskupplung im ein gerückten Zustand festzuhalten.
Die im vorstehenden beschriebenen Schwierig keiten träten in ähnlicher Weise auch bei den selbst einrückbaren Synchronkupplungen auf, auch wenn diese andere Mittel zum Einrücken der Kupplung aufwiesen, z. B. magnetische Mittel, wie diese im schweizerischen Patent Nr. 331929 oder axial arbei tende, elastische Mittel, Wie sie im schweizerischen Patent Nr. 337375 beschrieben sind.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es daher, die vorstehenden Nachteile beim Gebrauch von Kupplungen der eingangs geschilderten Bauart zu umgehen und ein für Schiffsantriebe brauchbares übertragungssystem für grössere Kräfte zu schaffen, bei welchem eine kraftvolle Bremse mit einer Aus gangswelle zusammenwirkt (welche nicht unbedingt die Propellerwelle sein muss), um das Wellensystem anzuhalten, zusammen mit Mitteln, um die Antriebs- bzw. Eingangswelle in notwendiger Weise rückwärts zu drehen, beide Kupplungen einzurücken und wahl weise die eine oder andere festzuhalten.
Die erfindungsgemässe Schiffsantriebsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei stillstehender und festgehaltener Ausgangswelle die Zwischen kupplungsglieder beider Kupplungen bezüglich der zweiten Kupplungsglieder beim Rückwärtsdrehen der Eingangswelle auch im teilweise eingefahrenen Zu stand der Kupplung relativ zueinander um einen vor bestimmten Winkel drehbar sind, welcher das voll ständige Einrücken beider Kupplungen und das wahlweise Festhalten einer der Kupplungen zur Übertragung des Antriebsmomentes erlaubt.
Die Schiffsantriebsvorrichtung kann dabei derart ausgebildet sein, dass die Kupplungen ein gezahntes erstes Kupplungsglied, ein zweites Kupplungsglied und ein gezahntes Zwischenglied besitzen und dass Mittel vorgesehen sind, um beim Zurückdrehen der Eingangswelle jedes dieser Zwischenglieder in ge zahnten Eingriff mit dem zusammenarbeitenden er sten Kupplungsglied zu bringen, wobei mindestens eines der zusammenarbeitenden Glieder jeder Kupp lung Zähne von derartiger axialer Breite besitzt, dass das Zwischenglied der Kupplung durch Zurückdrehen der Eingangswelle axial so weit verschiebbar ist, dass es einerseits im Eingriff mit dem zugehörigen ersten.
Kupplungsglied bleibt und anderseits dem Zwischen glied der anderen Kupplung ermöglicht wird, mit seinem ersten Kupplungsglied in den gewünschten Zahneingriff zu gelangen, in dem es dann festgehal ten werden kann.
Die Schiffsantriebsvorrichtung weist vorteilhaf- terweise ein gezahntes erstes Kupplungsglied, ein zweites Kupplungsglied und ein gezahntes Mittelglied auf und ferner Mittel, um bei rückwärtsdrehender Eingangswelle jedes Zwischenglied in gezahnten Ein griff mit dem zusammenarbeitenden ersten Glied zu bringen, wobei Massnahmen getroffen sind, um beim weiteren Rückwärtsdrehen der Welle mindestens eines der Zwischenglieder axial in eine Stellung wei terzuschieben, in welcher es ausser Eingriff mit sei nem zusammenarbeitenden ersten Kupplungsglied ge langt, und Mittel vorgesehen sind,
um das sich aus- ser Eingriff befindende Glied wieder in den gezahn ten Eingriff mit dem zusammenarbeitenden Kupp lungsglied zu bringen, wenn die Eingangswelle des Getriebes anschliessend in Normaldrehrichtung ver setzt wird. Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden anschliessend anhand von Zeichnungen ein gehend dargelegt.
Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ge triebeanordnung und Rückdreheinrichtung in einem Kraftübertragungssystem ; Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 1 mit einem Kupplungsteil; Fig. 3 eine Seitenansicht einer Rückdrehbremse, und Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer Kupp lung analog Fig. 2.
Das in Fig. 1 dargestellte Kraftübertragungs- system weist eine Eingangswelle 1 auf, die mittels einer Dampf- oder Gasturbine oder eines Diesel motors über eine dazwischengeschaltete hydraulische Turbokupplung angetrieben wird, wobei diese Kupplung beispielsweise die im britischen Patent Nr. 493703 beschriebene Bauart aufweisen kann. Auf der Eingangswelle 1 sitzt ein Ritzel A, welches mit einem Zahnrad B auf einer Vorwärtsvorgelege- welle 2 in Eingriff steht.
Auf dieser Welle 2 ist ein Vorwärtsritzel F angeordnet, welches mit einem auf einer Ausgangswelle 3 befestigten Zahnrad D im Eingriff steht. Das Zahnrad B kämmt mit einem Zahnrad C auf einer Rückwärtsvorgelegewelle 4, auf welcher ein Rückwärtsritzel R angeordnet ist, das ebenfalls mit dem Zahnrad D auf der Ausgangswelle 3 im Eingriff steht. Dem Zahnrad B ist eine Vor wärtskupplung CL2 zugeordnet, mittels welcher das Zahnrad B wahlweise mit der Vorwärtsvorgelege- welle 2 gekuppelt oder von dieser entkuppelt werden kann.
Dem Zahnrad C ist eine Rückwärtskupplung CL4 zugeordnet, durch welche das Zahnrad C wahl weise mit der Rückwärtsvorgelegewelle 4 gekuppelt oder von dieser entkuppelt werden kann.
Wenn die Kupplung CL2 eingekuppelt und die Kupplung CL4 ausgekuppelt ist, so erfolgt der An trieb von der Eingangswelle 1 zu der Ausgangswelle 3 in Vorwärtsdrehrichtung, d. h. über A, B, F und D. Wenn die Kupplung CL2 ausgekuppelt und die Kupplung CL4 eingekuppelt ist, so erfolgt der An trieb von der Eingangswelle 1 zur Ausgangswelle 3 in Rückwärtsdrehrichtung über A, B, C, R und D.
Die Ausgangswelle 3 ist mit einer kraftvollen Bremse BR3 und die Eingangswelle 1 mit einer Rückdrehvorrichtung BR1 ausgerüstet.
Fig. 2 stellt die Kupplung CL2 dar, welche mit dem Zahnrad B und der Vorwärtsvorgelegewelle 2 verbunden ist. Die Kupplung weist einen Ring mit innern Zähnen 5 im Zahnrad B auf (welches das erste Kupplungsglied bildet), schraubenlinienförmige Nuten 6 auf der Vorgelegewelle 2 (welche das zweite Kupplungsglied bildet) und ein Zwischenglied 7, welches mit innern schraubenlinienförmigen Kei len versehen ist, die in die Nuten 6 der Welle 2 ein greifen.
Das Zwischenglied 7 ist hierbei für zwang läufige schraubenförmige Bewegung auf der Welle 2 vorgesehen, wobei das Ausmass der Bewegung durch einen axialen Anschlag in Form einer Schulter 8 auf der Welle 2 und eine gezahnte Hülse 9, die auf der Welle 2 angeordnet ist, begrenzt wird.
Das Zwischenglied 7 ist mit äusseren Kupplungs zähnen 10 versehen und trägt Klinken 11, die an Stiften l l' montiert sind. In der in Fig. 2 dargestell ten Stellung mit dem Zahnrad B mit Blickrichtung von links in der Figur im Uhrzeigersinn rotierend, rätschen die Kupplungszähne 5 über die Klinken 11. Wenn jedoch die relative Drehrichtung des Zahn rades B umkehrt, so werden eine oder mehrere Klin ken 11 von den Kupplungszähnen 5 erfasst und das Zwischenglied 7 wird schraubenförmig längs der Welle 2 bewegt, wobei die Kupplungszähne 10 des Zwischengliedes 7 reibungslos in Eingriff mit den Kupplungszähnen 5 gebracht werden.
Da die Kupp lungszähne 5 länger sind als die Kupplungszähne 10, bleiben sie mit den Kupplungszähnen 5 auch in Ein griff, wenn das Zwischenglied 7 an den axialen An schlag 8 anstösst. Die Kupplung ist mit einer Stell hülse 12 ausgerüstet, die einen Ring mit innern Tei len 13 besitzt, welche fortwährend im Eingriff stehen mit geraden Nuten 14 auf dem Zwischenglied 7. Die Stellhülse 12 besitzt weiterhin zwei Ringe mit In nenzähnen 15 und 16, die, wenn die Kupplung aus gekuppelt ist (Fig. 2), axial von den Ringen mit den Sperrzähnen 17 und 18 auf der Hülse 9 getrennt sind.
Wenn die Kupplungszähne 10 in vollen Eingriff mit den Kupplungszähnen 5 eingefahren sind, jedoch nicht über diese Lage hinaus (die rechten Seiten der Zähne 10 nehmen dann eine in Fig. 2 mit einer gestrichelten Linie X angegebene Stellung ein) kann die Steuerhülse 12 axial verschoben werden, um ihre Zähne 15 und 16 in Eingriff mit den Sperrzähnen 17 und 18 zu bringen, wobei die Kupplung in der gekuppelten Stellung festgehalten wird.
Wenn die Steuerhülse 12 zurück in die dargestellte Stellung bewegt wird, so ist die Kupplung nicht blockiert und die Vorwärtsdrehung der Eingangswelle mit Drehung des Zahnrades B im Uhrzeigersinn verursacht das Lösen der Kupplung, wobei das Zwischenglied 7 sich in die dargestellte Lage zurückschraubt, in wel cher die Zähne 5 über die Klinken 11 rätschen.
Die Kupplung CL4 zwischen dem Zahnrad C und der Rückwärtsvorgelegewelle 4 ist ähnlich wie die Kupplung CL2 aufgebaut. Sie unterscheidet sich von ihr nur durch die schraubenlinienförmigen Keile in ihrem Zwischenglied und den Nuten auf der Vor gelegewelle 4, welche rechtsgängig sind, wobei die Klinken derart gerichtet sind, dass, wenn das Zahn rad C mit Blickrichtung von links in Fig. 1 sich im Uhrzeigersinne dreht (auf Grund der Eingangswelle 1, welche rückwärts dreht),
die Kupplung CL4 einge rückt wird. Wenn die Eingangswelle 1 mit der Stell hülse 12 der Kupplung CL4 in der entkuppelten Stellung vorwärtsdreht, so wird die Kupplung ent- kuppelt und die innern Kupplungszähne 5 des Zahn rades C rätschen über die Klinken 11 der Kupplung CL4, da sich das Zahnrad C im Gegenuhrzeigersinn dreht.
Die Bremse BR3 auf der Ausgangswelle 3 ist als kräftige Plattenbremse ausgebildet, mit einem auf der Welle 3 befestigten Teller 20 sowie Bremsschuhen 21, welche mittels Flüssigkeitsdruck durch die Lei tungen 22 gegen den Teller 20 gedrückt werden. Diese Bremse kann die Propellerwelle 3 abbremsen und sie in diesem Zustand halten, d. h. sie kann die grosse Kraft überwinden, welche den Propeller zu treiben versucht, wenn das Schiff noch eine wesent liche Geschwindigkeit besitzt.
Mit der Rückwärtsdrehvorrichtung gemäss Fig. 3 kann die Eingangswelle 1 angehalten und in ent gegengesetzter Richtung gedreht werden, wenn die Ausgangswelle 3 stillsteht. Sie umfasst eine Brems trommel 24 auf der Welle 1, welche das Ritzel A trägt, und Bremsschuhe 25, welche mit Rückzieh federn 26 ausgerüstet sind. An einem Hebel 28 ist ein Nocken 27 vorgesehen, und der Hebel 28 selbst ist drehbar an einem Drehkreuz 36 befestigt sowie über einen Lenker 29 mit der Kolbenstange eines flüssigkeitsbetätigten Servomotors (nicht dargestellt) verbunden.
Wenn auf den Zylinder des Servomotors Druck gegeben wird, bewegt sich der Lenker 29 in Pfeilrichtung, der Nocken 27 dreht sich um seine Achse und drückt einen Bremsbelag 32 auf den Bremsschuhen 25 gegen die Bremstrommel 24. Wenn die Bremse fest angedrückt ist, so hört die Drehbewegung des Nockens 27 um seine Achse auf und die weitere Bewegung der Kolbenstange des Servomotors veranlasst die Bremsvorrichtung und die Eingangswelle 1, sich als Ganzes zu drehen, wo bei das Drehkreuz 36 sich um die Achse der Welle 1 gegen die Kraft einer Rückführfeder 31 dreht, welche Feder zwischen einem Arm 34 am Drehkreuz 36 und einem Verankerungsorgan 37 angeordnet ist.
Es wird vorausgesetzt, das Schiff sei mit einge kuppelter Vorwärtskupplung CL2 angetrieben, wel che Kupplung mittels der Steuerhülse 12 in Einrück stellung festgehalten wird. Die Zähne 10 befinden sich mit den linken Teilen der Zähne 5 im Eingriff, nämlich mit den Teilen zwischen der linken Kante dieser Zähne und der gestrichelten Linie X in Fig. 2.
Die Rückwärtskupplung CL4 befindet sich in ihrer Rätsch- oder Freidrehstellung und ist mit schweren Zentrifugalschwanzklinken versehen, so dass bei nor maler Drehzahl die Klinkenspitzen aus der Berüh rung mit den innern Kupplungszähnen des Zahn rades C zurückgezogen werden.
Beim Übergang zum Rückwärtsantrieb bei vor wärtsbewegtem Schiff wird die Brennstoffsteuerung der Maschine so weit geschlossen, dass diese im Leer lauf dreht. Die Steuerhülsen der Kupplungen CL2 und CL4 werden derart betätigt, dass die Vorwärts- kupplung CL2 entsperrt wird.
Dies kann mittels eines Steuerhebels 40 (Fig. 1) erfolgen, welcher die Feststellhülsen 12 über elastische Hebel und Gabeln, die in Vertiefungen in den Feststellhülsen 12 ein greifen, verschiebt. Die Bremse BR3 wird anschlies- send derart betätigt, dass sie das Wellensystem zur Ruhe und die Vorwärtskupplung CL2 ausser Ein- griff bringt.
Während dieser Zeit, und bis der Pro peller stillsteht, hält die Drehung der Wellen des Ge triebes die Rückwärtskupplung CL4 ausser Eingriff, und deren Klinken gelangen infolge der sich verrin gernden Zentrifugalkraft in Rätschverbindung mit den Kupplungszähnen des Zahnrades C, kurz bevor das Wellensystem stillsteht.
Wenn die Ausgangswelle 3 stillsteht, wird die Rückwärtsdrehbremse BRI betätigt, welche die Ein gangswelle 1 zurückdreht (zusammen mit der Aus gangswelle der Turbine oder Turbokupplung, die un ter Leerlaufbedingungen drehen), bei welcher Bewe gung sowohl die Vorwärtskupplung CL2 als auch die Rückwärtskupplung CL4 unter dem Einfluss ihrer Klinken in die eingekuppelte Stellung bewegt werden.
Wenn das Zwischenglied der Rückwärtskupplung CL4 weit genug gegen die volle Kupplungsstellung fortbewegt ist, so wird dessen Feststellhülse betätigt, um die Rückwärtskupplung festzuhalten und damit in die Lage zu bringen, das Antriebsmoment zu über tragen, sobald die normale Drehung der Eingangs welle 1 einsetzt. was erfolgt, nachdem die Bremsen BR1 und BR3 gelöst und die Brennstoffzufuhr zur Antriebsmaschine geöffnet wird.
Während des Eingriffs der Rückwärtskupplung CL4 (angenommen, die Vorwärtskupplung CL2 sei die erste gewesen, deren Klinke einen innern Kupp lungszahn erfasst habe und somit die erste, welche in Eingriff gekommen sei) veranlasst das Zurück drehen der Eingangswelle 1 relativ zur stillstehenden Ausgangswelle 3 mittels der Bremse BR1 das Zwi schenglied 7 der Vorwärtskupplung CL2, sich weiter axial in derselben Richtung zu bewegen (nach rechts in Fig. 2), wobei die Zähne 10 des Zwischengliedes in Eingriff mit den breiten Zähnen 5 bleiben.
Wenn die Rückwärtskupplung CL4 voll eingekuppelt ist, wird eine weitere Bewegung des Zwischengliedes 7 der Vorwärtskupplung CL2 durch die Schulter 8 der Kupplung CL4 vereitelt und eine weitere Rück drehbewegung angehalten, da der Kupplungsvorgang der Kupplung CL4 vollzogen ist.
Wenn die Eingangswelle 1 in Vorwärtsrichtung durch den Antriebsmotor angetrieben und die Rück wärtskupplung CL4 zur Übertragung des Antriebs momentes in Einrückstellung festgehalten wird (mit tels des Glücks 12), beginnt die Propellerwelle 3 in Rückwärtsrichtung zu drehen. Die Vorwärtskupp- lung CL2 wird, da sie nicht in Einrückstellung fest gehalten ist, entkuppelt, indem sich ihr Zwischen glied 7 in die ausgekuppelte Stellung, wie in Fig. 2 ersichtlich, bewegt.
Die Betätigungen zum Übergang von der Rück wärtsdrehbewegung zur Vorwärtsdrehbewegung sind ähnlich.
In einer andern Ausführungsart sind die Kupp lungen anstatt von der vorbeschriebenen Art, in wel cher die Kupplungszähne 10 des Zwischengliedes 7 in Eingriff mit abnormal breiten Zähnen 5 bleiben, wenn dieses Zwischenglied über seine Stellung des vollständigen Eingriffs hinausbewegt wird, von der- jenigen Bauart, in welcher die Kupplungszähne des Zwischengliedes und die entsprechend mit diesen zu sammenwirkenden Zähne normale Breite aufweisen.
Fig. 4 stellt eine Kupplung dieser letzterwähnten Bauweise dar, welche als Kupplung CL2 der Fig. 1 verwendbar ist. Die in den Fig. 4 und 2 sich entspre chenden Teile sind gleich numeriert. Es ist ersichtlich, dass die Kupplungszähne 5 und 10 gleiche Breite aufweisen, so dass, wenn die Rückwärtsdrehbremse BR 1 während des Überganges von der Rückwärts zur Vorwärtsdrehung verwendet wird und das Zwi schenglied 7 sich gegen die Schulter 8 bewegt, die Kupplungszähne 10 durch die Kupplungszähne 5 hindurch und über diese hinausgeschoben werden.
Um dem Zwischenglied 7 zu ermöglichen, sich wäh rend der Vorwärtsbewegung der Eingangswelle 1 nach links zu bewegen, ist ein weiterer Ring mit Hilfsklinken 11" vorgesehen, deren Nasen in umge kehrter Richtung wie die Nasen der Klinken 11 wei sen.
Wenn sich das Zwischenglied 7 in seiner voll ständigen Rechtslage befindet, so sind die Klinken 11" bezüglich der Kupplungszähne 5 in Rätschstel- lung, so dass bei Wiederaufnahme der Vorwärtsdre hung (mit der Steuerhülse 12 in nicht blockierter Stellung) eine oder mehrere Klinken 11" von den Kupplungszähnen 5 erfasst und das Zwischenglied 7 nach links geschoben wird,
wobei die Kupplungs zähne 10 des Zwischengliedes 7 zurück in Eingriff mit den Kupplungszähnen 5 gebracht werden und das Zwischenglied 7 anschliessend unter dem von den Kupplungszähnen 5 auf die Kupplungszähne 10 ausgeübten Einfluss weiter nach links geschoben wird, bis die in Fig. 4 dargestellte Stellung erreicht wird, in welcher die Kupplungszähne 10 von den Kupplungszähnen 5 getrennt sind und die Klinken 11 sich in Rätschstellung befinden.
In einer andern Ausführungsform der letztbe schriebenen Kupplung sind die Hilfsklinken 11" weg gelassen und das Zwischenglied 7 mit einer schwa chen Feder ausgerüstet, welche zusammengedrückt wird, wenn das Zwischenglied über diejenige Stellung hinausgeschoben wird, in welcher sie im gezahnten Eingriff und in der Nähe der Schulter 8 steht und welche Feder das Zwischenglied wieder axial in den teilweisen Eingriff mit seinem zusammenarbeitenden ersten Kupplungsglied zurückdrückt, wenn die Ein gangswelle 1 sich wiederum in Vorwärtsrichtung dreht.
In den vorbeschriebenen Ausführungen wird die Kraft der Antriebsmaschine vorteilhafterweise über eine Turbokupplung mit veränderbarem Füllungs grad auf die Antriebswelle übertragen, d. h. durch eine Kupplung von der Bauart, welche mit einem ein stellbaren Schöpfrohr versehen ist, dessen Stellung den Füllungsgrad des Arbeitskreislaufes bestimmt. In diesen Fällen wird das Schöpfrohr der Turbo kupplung betätigt, um die Füllung des Arbeitskreis laufes zu verringern, wenn die Brennstoffzufuhr ge drosselt und die Maschine im Hinblick auf den Wechsel in der Drehrichtung in Leerlaufstellung ge- setzt wird.
Das Schöpfrohr wird ferner derart einge stellt, dass der Arbeitskreis wieder aufgefüllt wird, wenn die Bremsen losgelassen und bevor der Zufluss des Brennstoffs zur Antriebsmaschine erhöht wird.
Die Turbokupplung kann, wie dies im . schweize rischen Patent Nr. 338062 dargelegt ist, mit Mitteln ausgerüstet sein, welche erlauben, den im Schöpf- rohrsystem entwickelten Druck unter der Kontrolle eines Steuerorgans (Schieber) zum Verschieben des Schöpfrohres zu benützen. Die Bremsen BR1 und BR3 können derart angeordnet sein, dass sie durch den Flüssigkeitsdruck aus dem Schöpfrohrsystem der Turbokupplung betätigt werden können.
Wenn die Antriebsmaschine anstatt eines Ver brennungsmotors eine Gasturbine mit einer getrenn ten Kraftturbine oder eine Hochdruckheissdampf- turbine ist, welche zur Erzeugung einer Rückwärts- drehung ungeeignet ist, so wird keine Turbokupp lung verwendet, da die Welle der Antriebsturbine direkt mit der Eingangswelle gekuppelt wird.
Bei die ser Anordnung müssen die Mittel zum Rückwärts- drehen der Eingangswelle auch ein Untersetzungs- zahnradgetriebe aufweisen, welches Getriebe ge- bräuchlicherweise dazu vorgesehen ist, den Rotor einer solchen Turbine zu sperren, wenn diese nicht unter Last steht.
Eine derartige Vorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt, in welcher die Bremse BRl eine Reibungskupplung 38 besitzt, welche derart betätigt werden kann, dass eine Antriebsbewegung mit der Eingangswelle über ein Schneckenrad 39 hergestellt wird, welches fortlaufend im Gegendrehsinn der Ein gangswelle 1 durch eine Schnecke 40 eines Sperr antriebs angetrieben wird.
Die Kupplungssteuersysteme in einem Turbinen antriebssystem werden vorzugsweise so ausgebildet, dass die Vorwärtskupplung CL2 nur in die ausge rückte Stellung bewegt werden kann, wenn die Rück wärtskupplung CL4 in Kupplungsstellung blockiert ist und umgekehrt, wie dies schematisch in Fig. 1 dargestellt ist.
Wenn das System zur Ruhe kommt und sich die Kupplungen und Steuerungen in Zufallstellungen be finden, wird das Getriebe in Vorwärts- oder Rück- wärtstrieblage versetzt, indem mittels der Bremse BRl die Eingangswelle rückwärts gedreht wird, wo bei die Bremse BR3 die Ausgangswelle festhält, wenn diese z. B. auf Grund einer Flutströmung sich dreht, wobei die Kupplungen in vollen Zahneingriff ge bracht und wahlweise festgehalten werden.
Ship propulsion device The present invention relates to a ship propulsion device with a drive machine rotating in normal operation only in one direction and a transmission with two power paths as well as two power clutches and a shaft that is effectively connected to the propeller, which is driven by the input shaft that transmits power in only one direction and is drive-connected in both Directions rotatable, the couplings being of the type
in wel cher when the input shaft rotates backwards an intermediate coupling member with respect to a second coupling member executes a helical movement and locking means are provided to selectively hold one or the other clutch in the coupled state, and also a brake is arranged for braking a shaft of the driven shaft group.
British Patent No. 512517 describes controllable transmissions of this type with a forward drive transmission which is provided in parallel with a reverse drive transmission between a drive and an output shaft, each of these transmission devices having a switchable synchronized clutch. The synchronized clutches are both of the type having a toothed first member, a second rela tiv to the first member rotatable member, a toothed, helically movable to the second member with middle link and means to synchronize the teeth of the first link and the middle link to bring one another into engagement.
Each coupling is also provided with means to hold it in the engaged state. Furthermore, there is a brake, which is known as a reverse rotation brake and can be used to brake the drive shaft and to rotate the transmission and the drive shaft back by a sufficient angle for the purpose of turning the transmission into one position which both synchronizer clutches can be brought into engagement. Depending on the desired direction of rotation, one or the other clutch can be held in the engaged position by means of a control sleeve.
This device would be inadequate if it were used without modification for ship propulsion devices with large power transmissions, since the braking direction according to Fig. 1 of British patent no. 512517 would not be suitable for the drive torque of the turbo coupling with constant filling and additionally the overtravel torque due to the Per peller of a ship of noticeable size, i. H. of a few hundred tons or more in weight.
This also applies in particular when the ship is moving at a relatively high speed.
The invention relates to each type of clutches mentioned above, which can be engaged by turning back an input shaft.
According to British Patent No. 512517, the means for engaging the clutches have pawls which are arranged on the intermediate member of the clutch and cooperate with the teeth of the first coupling member. In the normal direction of rotation of the first and second coupling member, the intermediate member, provided it is not blocked, moved due to a torque on the input shaft in an extended position.
Conversely, when the moment is reversed, the intermediate link is moved from the extended position into the coupled position under the influence of the pawls.
With the described arrangement of the two parallel transmission paths, it will normally happen that when the brake is operated to stop and then reverse the input shaft (the output shaft and the gears connected to it are then also stopped by this brake), the pawls of the the corresponding clutches are not in the same angular position with respect to the teeth of the first coupling elements working with them at this point in time,
so that when the drive shaft rotates backwards a pawl of one clutch engages a tooth of its first link and the pawl of the other clutch, judged in terms of angle, is still at a certain distance from the teeth of the first clutch link that works with them.
It would be extremely unusual if the shafts and the pawls and the teeth of the coupling members working together with them would stop in an identical angular position such that rotating the input shaft backwards would move both couplings into engagement with the corresponding coupling teeth at the same time.
Since the axial movements of the intermediate links are limited in the engaging direction by stops, a situation can arise in which only one of the clutches is engaged and rests against its stop and in which the other hitch development can not be engaged because a further turning back The drive shaft with the forward and backward rotating gears connected to it is made impossible by the stop of the engaged clutch.
It must be taken into account that the output shaft system and the propeller are stationary and the torque for turning back this system is above the capacity of the reverse brake when the reverse gear is needed for large ship propulsion forces. It is therefore desirable to provide a powerful brake on the output shaft (or on a secondary shaft that is toothed with the output shaft) in order to overcome the torque or to help overcome the torque, which torque is caused by the propeller being driven by the movement of the ship turned further.
In this case, the output shaft brake prevents the transmission shaft system from turning back by means of the input shaft brake under the conditions set out above, in which turning back the full amount is a necessary prerequisite to bring the two clutches into toothed engagement and thus optionally the Hold the forward or reverse clutch in the engaged state.
The difficulties described in the foregoing would occur in a similar manner with the self-engageable synchronizer clutches, even if they had other means for engaging the clutch, eg. B. magnetic means, such as those in Swiss patent no. 331929 or axially arbei tend, elastic means, as described in Swiss patent no. 337375.
The purpose of the present invention is therefore to circumvent the above disadvantages when using clutches of the type described above and to create a transmission system for larger forces that can be used for ship propulsion, in which a powerful brake interacts with an output shaft (which is not necessarily the propeller shaft must be) in order to stop the shaft system, together with means to rotate the drive or input shaft backwards in a necessary manner, to engage both clutches and optionally to hold one or the other.
The ship propulsion device according to the invention is characterized in that when the output shaft is stationary and fixed, the intermediate coupling members of both clutches with respect to the second coupling members when the input shaft is rotated backwards, even in the partially retracted state of the coupling, can be rotated relative to one another by a certain angle, which means that both are fully engaged Clutches and the optional holding of one of the clutches for the transmission of the drive torque allowed.
The ship propulsion device can be designed such that the clutches have a toothed first coupling member, a second coupling member and a toothed intermediate member and that means are provided to bring each of these intermediate members into toothed engagement with the cooperating coupling member when the input shaft rotates back , wherein at least one of the cooperating members of each Kupp development teeth of such an axial width that the intermediate member of the coupling is axially displaceable by turning back the input shaft so that it on the one hand in engagement with the associated first.
Coupling member remains and on the other hand the intermediate member of the other coupling is enabled to get into the desired tooth engagement with its first coupling member, in which it can then be held fast.
The ship propulsion device advantageously has a toothed first coupling element, a second coupling element and a toothed middle element and further means to bring each intermediate element into toothed engagement with the cooperating first element when the input shaft rotates backwards, with measures being taken to prevent further backward rotation the shaft of at least one of the intermediate members axially further pushing into a position in which it disengages from its cooperating first coupling member and means are provided,
in order to bring the disengaged member back into toothed engagement with the cooperating coupling member when the input shaft of the transmission is then rotated in the normal direction of rotation. Embodiments of the subject matter of the invention are then presented in detail using drawings.
1 shows a schematic representation of the gear arrangement and reverse rotation device in a power transmission system; FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1 with a coupling part; FIG. 3 shows a side view of a reverse rotation brake, and FIG. 4 shows another embodiment of a coupling analogous to FIG. 2.
The power transmission system shown in FIG. 1 has an input shaft 1 which is driven by means of a steam or gas turbine or a diesel engine via an interposed hydraulic turbo coupling, this coupling being, for example, of the type described in British Patent No. 493703. A pinion A is seated on the input shaft 1 and meshes with a gear B on a countershaft 2.
A forward pinion F is arranged on this shaft 2 and meshes with a gear D fastened on an output shaft 3. The gear wheel B meshes with a gear wheel C on a reverse countershaft 4, on which a reverse pinion R is arranged, which also meshes with the gear wheel D on the output shaft 3. A forward clutch CL2 is assigned to the gearwheel B, by means of which the gearwheel B can either be coupled to the forward countershaft 2 or uncoupled from it.
The gear C is assigned a reverse clutch CL4, through which the gear C can optionally be coupled to the reverse countershaft 4 or uncoupled from it.
When the clutch CL2 is engaged and the clutch CL4 is disengaged, the drive from the input shaft 1 to the output shaft 3 takes place in the forward direction of rotation, d. H. via A, B, F and D. When clutch CL2 is disengaged and clutch CL4 is engaged, the drive is from input shaft 1 to output shaft 3 in reverse direction via A, B, C, R and D.
The output shaft 3 is equipped with a powerful brake BR3 and the input shaft 1 with a reverse rotation device BR1.
FIG. 2 shows the clutch CL2 connected to the gear B and the countershaft 2. The clutch has a ring with internal teeth 5 in gear B (which forms the first coupling member), helical grooves 6 on the countershaft 2 (which forms the second coupling member) and an intermediate member 7 which is provided with internal helical Kei len which engage in the grooves 6 of the shaft 2 a.
The intermediate member 7 is provided for forced helical movement on the shaft 2, the extent of the movement being limited by an axial stop in the form of a shoulder 8 on the shaft 2 and a toothed sleeve 9, which is arranged on the shaft 2 .
The intermediate member 7 is provided with external coupling teeth 10 and carries pawls 11 which are mounted on pins l l '. In the dargestell th position in Fig. 2 with the gear B as viewed from the left in the figure rotating clockwise, the clutch teeth 5 ratchet on the pawls 11. However, if the relative direction of rotation of the gear B reverses, one or more Klin ken 11 is detected by the coupling teeth 5 and the intermediate member 7 is moved helically along the shaft 2, the coupling teeth 10 of the intermediate member 7 being brought into engagement with the coupling teeth 5 without friction.
Since the coupling teeth 5 are longer than the coupling teeth 10, they remain with the coupling teeth 5 also in A when the intermediate member 7 hits the axial stop 8 on. The coupling is equipped with an adjusting sleeve 12, which has a ring with inner parts 13, which are continuously in engagement with straight grooves 14 on the intermediate member 7. The adjusting sleeve 12 also has two rings with teeth 15 and 16, which, when the coupling is coupled out (Fig. 2), axially from the rings with the ratchet teeth 17 and 18 on the sleeve 9 are separated.
When the clutch teeth 10 are fully engaged with the clutch teeth 5, but not beyond this position (the right sides of the teeth 10 then assume a position indicated in Fig. 2 with a dashed line X), the control sleeve 12 can be moved axially to bring their teeth 15 and 16 into engagement with the ratchet teeth 17 and 18, the clutch being held in the coupled position.
When the control sleeve 12 is moved back into the position shown, the clutch is not blocked and the forward rotation of the input shaft with clockwise rotation of the gear wheel B causes the clutch to be released, the intermediate member 7 being screwed back into the position shown, in wel cher Ratchet the teeth 5 over the pawls 11.
The clutch CL4 between the gear C and the reverse countershaft 4 is constructed similarly to the clutch CL2. It differs from her only by the helical wedges in its intermediate member and the grooves on the front layewelle 4, which are right-handed, the pawls are directed such that when the toothed wheel C looking from the left in Fig. 1 is in Turns clockwise (due to input shaft 1, which turns backwards),
the clutch CL4 is engaged. When the input shaft 1 with the adjusting sleeve 12 of the clutch CL4 rotates forward in the decoupled position, the clutch is disengaged and the inner clutch teeth 5 of the gear C ratchet over the pawls 11 of the clutch CL4, as the gear C rotates counterclockwise turns.
The brake BR3 on the output shaft 3 is designed as a powerful plate brake, with a plate 20 attached to the shaft 3 and brake shoes 21 which are pressed against the plate 20 by means of fluid pressure through the lines 22. This brake can brake the propeller shaft 3 and keep it in this state, i. H. it can overcome the great force that tries to drive the propeller when the ship still has a substantial speed.
With the reverse rotation device according to FIG. 3, the input shaft 1 can be stopped and rotated in the opposite direction when the output shaft 3 is stationary. It comprises a brake drum 24 on the shaft 1, which carries the pinion A, and brake shoes 25, which springs 26 with retraction are equipped. A cam 27 is provided on a lever 28, and the lever 28 itself is rotatably attached to a turnstile 36 and is connected to the piston rod of a fluid-operated servomotor (not shown) via a link 29.
When pressure is applied to the cylinder of the servomotor, the handlebar 29 moves in the direction of the arrow, the cam 27 rotates around its axis and presses a brake lining 32 on the brake shoes 25 against the brake drum 24. When the brake is firmly pressed, the stops Rotational movement of the cam 27 around its axis and the further movement of the piston rod of the servo motor causes the braking device and the input shaft 1 to rotate as a whole, where the turnstile 36 rotates around the axis of the shaft 1 against the force of a return spring 31, which spring is arranged between an arm 34 on the turnstile 36 and an anchoring member 37.
It is assumed that the ship is driven with a coupled forward clutch CL2, wel che clutch by means of the control sleeve 12 is held in the engagement position. The teeth 10 are in engagement with the left parts of the teeth 5, namely with the parts between the left edge of these teeth and the dashed line X in FIG. 2.
The reverse clutch CL4 is in its ratchet or free rotation position and is provided with heavy centrifugal pawls so that the pawl tips are withdrawn from the contact with the inner clutch teeth of the gear C at normal speed.
When switching to reverse drive when the ship is moving forward, the fuel control of the engine is closed so far that it rotates while idling. The control sleeves of the clutches CL2 and CL4 are actuated in such a way that the forward clutch CL2 is released.
This can be done by means of a control lever 40 (FIG. 1), which moves the locking sleeves 12 via elastic levers and forks that engage in recesses in the locking sleeves 12. The brake BR3 is then actuated in such a way that it brings the shaft system to rest and the forward clutch CL2 out of engagement.
During this time, and until the propeller comes to a standstill, the rotation of the shafts of the gear unit keeps the reverse clutch CL4 out of engagement, and its pawls come into ratchet connection with the clutch teeth of gear C just before the shaft system comes to a standstill due to the decreasing centrifugal force.
When the output shaft 3 is stationary, the reverse rotary brake BRI is actuated, which rotates the input shaft 1 back (together with the output shaft of the turbine or turbo coupling, which rotate under idling conditions), during which movement both the forward clutch CL2 and the reverse clutch CL4 under be moved into the engaged position under the influence of their pawls.
When the intermediate link of the reverse clutch CL4 is moved far enough against the full clutch position, its locking sleeve is actuated to hold the reverse clutch in place and thus enable it to transmit the drive torque as soon as the normal rotation of the input shaft 1 begins. which happens after the brakes BR1 and BR3 are released and the fuel supply to the prime mover is opened.
During the engagement of the reverse clutch CL4 (assuming that the forward clutch CL2 was the first whose pawl had caught an inner clutch tooth and thus the first to be engaged) causes the input shaft 1 to rotate back relative to the stationary output shaft 3 by means of the Brake BR1 the inter mediate member 7 of the forward clutch CL2 to move further axially in the same direction (to the right in Fig. 2), the teeth 10 of the intermediate member in engagement with the wide teeth 5 remain.
When the reverse clutch CL4 is fully engaged, further movement of the intermediate member 7 of the forward clutch CL2 is thwarted by the shoulder 8 of the clutch CL4 and a further reverse rotational movement is stopped because the coupling operation of the clutch CL4 is completed.
When the input shaft 1 is driven in the forward direction by the drive motor and the reverse clutch CL4 for transmitting the drive torque is held in engagement position (with means of luck 12), the propeller shaft 3 begins to rotate in the reverse direction. The forward clutch CL2, since it is not held firmly in the engaged position, is decoupled in that its intermediate member 7 moves into the decoupled position, as can be seen in FIG.
The operations to transition from reverse rotation to forward rotation are similar.
In another embodiment, the couplings are instead of the type described above, in which the coupling teeth 10 of the intermediate member 7 remain in engagement with abnormally wide teeth 5 when this intermediate member is moved beyond its position of full engagement, of that type, in which the coupling teeth of the intermediate member and the corresponding teeth cooperating with these have normal width.
FIG. 4 shows a clutch of this last-mentioned construction, which can be used as clutch CL2 of FIG. The corresponding parts in FIGS. 4 and 2 are numbered the same. It can be seen that the clutch teeth 5 and 10 have the same width, so that when the reverse rotation brake BR 1 is used during the transition from reverse to forward rotation and the intermediate member 7 moves against the shoulder 8, the clutch teeth 10 through the clutch teeth 5 can be pushed through and beyond this.
To enable the intermediate member 7 to move to the left during the forward movement of the input shaft 1, another ring with auxiliary pawls 11 "is provided, the lugs in the opposite direction as the lugs of the pawls 11 wei sen.
When the intermediate member 7 is in its fully right position, the pawls 11 ″ are in ratchet position with respect to the clutch teeth 5, so that when forward rotation is resumed (with the control sleeve 12 in the unlocked position) one or more pawls 11 ″ grasped by the coupling teeth 5 and the intermediate link 7 is pushed to the left,
wherein the coupling teeth 10 of the intermediate member 7 are brought back into engagement with the coupling teeth 5 and the intermediate member 7 is then pushed further to the left under the influence exerted by the coupling teeth 5 on the coupling teeth 10 until the position shown in FIG. 4 is reached , in which the coupling teeth 10 are separated from the coupling teeth 5 and the pawls 11 are in ratchet position.
In another embodiment of the coupling described last, the auxiliary pawls 11 "are omitted and the intermediate member 7 is equipped with a weak spring which is compressed when the intermediate member is pushed beyond the position in which it is in toothed engagement and in the vicinity of the Shoulder 8 is and which spring pushes the intermediate member back axially into partial engagement with its cooperating first coupling member when the input shaft 1 rotates in turn in the forward direction.
In the embodiments described above, the power of the drive machine is advantageously transmitted to the drive shaft via a turbo coupling with a variable filling degree, d. H. by a coupling of the type, which is provided with an adjustable scoop tube, the position of which determines the degree of filling of the working circuit. In these cases, the suction tube of the turbo coupling is actuated to reduce the filling of the working circuit when the fuel supply is throttled and the machine is set to idle with a view to changing the direction of rotation.
The scoop tube is also set in such a way that the working circuit is refilled when the brakes are released and before the flow of fuel to the prime mover is increased.
The turbo coupling can, as shown in. Swiss Patent No. 338062 should be equipped with means which allow the pressure developed in the scoop pipe system to be used under the control of a control element (slide) to move the scoop pipe. The brakes BR1 and BR3 can be arranged in such a way that they can be actuated by the fluid pressure from the suction pipe system of the turbo coupling.
If the prime mover instead of an internal combustion engine is a gas turbine with a separated power turbine or a high pressure hot steam turbine, which is unsuitable for generating a reverse rotation, no turbo coupling is used because the shaft of the drive turbine is coupled directly to the input shaft.
In this arrangement, the means for rotating the input shaft backwards must also have a reduction gear, which gear is usually provided to lock the rotor of such a turbine when it is not under load.
Such a device is shown in Fig. 1, in which the brake BRl has a friction clutch 38 which can be operated such that a drive movement with the input shaft is produced via a worm wheel 39, which is continuously in the opposite direction of the input shaft 1 by a worm 40 of a locking drive is driven.
The clutch control systems in a turbine drive system are preferably designed so that the forward clutch CL2 can only be moved into the disengaged position when the reverse clutch CL4 is blocked in the clutch position and vice versa, as shown schematically in FIG.
When the system comes to rest and the clutches and controls are in random positions, the transmission is placed in the forward or reverse drive position by rotating the input shaft backwards using the brake BR1, while the brake BR3 holds the output shaft in place if this z. B. rotates due to a flood flow, the clutches in full mesh ge brought and optionally held.