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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schiffantriebs, bei dem eine Propellerwelle zeitweise blockierbar ist. Ferner werden ein Schiffsgetriebe und eine Schiffsantriebsanordnung vorgeschlagen, mit denen das Verfahren durchgeführt werden kann.
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Zum Antreiben von Schiffen werden häufig Schiffsantriebe eingesetzt, bei denen ein Schiffsgetriebe als Wendegetriebe ausgeführt ist. Dadurch kann eine Propellerwelle des Schiffs durch einen Verbrennungsmotor in einer Vorwärtsfahrtrichtung und in einer Rückwärtsfahrtrichtung angetrieben werden. Da der Verbrennungsmotor in der Regel nur in einer Drehrichtung betreibbar ist, wird die Drehrichtung in dem Schiffsgetriebe umgekehrt, um den Antrieb in der Vorwärtsfahrtrichtung und in der Rückwärtsfahrtrichtung zu ermöglichen. Zum Umschalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt wird die Drehrichtung einer Ausgangswelle des Schiffsgetriebes gegenüber der Drehrichtung einer Eingangswelle des Schiffsgetriebes umgeschaltet, sodass die mit der Ausgangswelle verbundene Propellerwelle in den beiden entgegengesetzten Drehrichtungen antreibbar ist. Ein auf der Propellerwelle befestigter Propeller bewirkt so im Fahrbetrieb den Vorschub im Wasser in der jeweils eingestellten Fahrtrichtung.
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Ein solches Schiffsgetriebe ist beispielsweise aus der
DE 33 32 135 A1 bekannt. Es umfasst eine Vorwärtskupplung und eine Rückwärtskupplung, wobei zum Antreiben der Propellerwelle in einer Vorwärtsfahrtrichtung die Vorwärtskupplung geschlossen und die Rückwärtskupplung geöffnet ist. Zum Antreiben der Propellerwelle in einer Rückwärtsfahrtrichtung ist dagegen die Rückwärtskupplung geschlossen und die Vorwärtskupplung geöffnet. Zusätzlich weist dieses Schiffsgetriebe eine Wellenbremse auf, um die Drehung der Abtriebswelle für die Schiffsschraube anzuhalten.
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Ferner sind aus der WO 2020/ 016 005 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Schiffsantriebs in einem Trolling-Modus und ein entsprechendes Antriebssystem bekannt, bei denen eine Propellerwelle angehalten werden kann, indem gleichzeitig eine Vorwärtskupplung und eine Rückwärtskupplung mit einem Vorfülldruck beaufschlagt werden.
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Darüber hinaus offenbaren die
US 4 574 927 A , die
JP 2004 -
270 762 A und die
JP 2002 -
283 984 A jeweils Wendegetriebe, die durch gleichzeitiges Betätigen einer Vorwärts- und einer Rückwärtskupplung blockiert werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Schiffsgetriebes zu schaffen, welches insbesondere einen großen Funktionsumfang bei einem einfachen Aufbau des Schiffsgetriebes ermöglicht. Ferner soll ein entsprechendes, verbessertes Schiffsgetriebe und eine Schiffsgetriebeanordnung angegeben werden.
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Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1, durch ein Schiffsgetriebe gemäß Anspruch 3 sowie eine Schiffsgetriebeanordnung nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Schiffsantriebs mit einem Antriebsmotor und einer Propellerwelle vorgeschlagen, wobei in einem Antriebsstrang zwischen dem Antriebsmotor und der Propellerwelle eine Vorwärtskupplung und eine Rückwärtskupplung angeordnet sind. Dabei wird zum Antreiben der Propellerwelle in einer Vorwärtsfahrtrichtung die Vorwärtskupplung geschlossen und die Rückwärtskupplung geöffnet. Zum Antreiben der Propellerwelle in einer Rückwärtsfahrtrichtung wird dagegen die Rückwärtskupplung geschlossen und die Vorwärtskupplung geöffnet. Gemäß der Erfindung kann die Propellerwelle blockiert, also festgehalten werden, indem die Vorwärtskupplung und die Rückwärtskupplung geschlossen werden. Die beiden Kupplungen müssen nicht exakt zum gleichen Zeitpunkt geschlossen werden, sie müssen jedoch zumindest über einen bestimmten Zeitraum beide geschlossen sein. Der geschlossene Zustand einer Kupplung liegt vor, wenn über die Kupplung ein Drehmoment übertragbar ist oder übertragen wird, und wenn kein oder nahezu kein Schlupf zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der Kupplung vorliegt. Im geöffneten Zustand kann über die jeweilige Kupplung kein Drehmoment übertragen werden. Die Funktion der Blockierung der Propellerwelle kann dank der vorliegenden Erfindung mit geringem Aufwand erreicht werden, weil auf eine zusätzliche Wellenbremse oder Halteeinrichtung verzichtet werden kann.
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Bei Schiffsgetrieben werden häufig reibschlüssige, hydraulisch betätigbare Kupplungen verwendet, beispielsweise für die Vorwärtskupplung und die Rückwärtskupplung in den eingangs beschriebenen Wendegetrieben. Zur Betätigung solcher hydraulisch betätigbaren Vorwärts- und Rückwärtskupplungen sind nun gemäß der Erfindung zwei Hydraulikpumpen vorgesehen. Eine erste Hydraulikpumpe kann einen Betätigungsdruck bereitstellen, mit dem entweder die Vorwärtskupplung für die Vorwärtsfahrt oder die Rückwärtskupplung für die Rückwärtsfahrt wechselseitig geschlossen werden können. Zusätzlich kann eine zweite Hydraulikpumpe einen Blockierdruck bereitstellen, mit dem die Propellerwelle durch das Schließen der Vorwärtskupplung und der Rückwärtskupplung blockierbar ist.
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In einer Ausführung kann ferner vorgesehen sein, dass die erste Hydraulikpumpe von dem Antriebsmotor angetrieben wird, und dass die zweite Hydraulikpumpe von einem anderen Antrieb als dem Antriebsmotor angetrieben wird. Dies ermöglicht die Blockierung der Propellerwelle mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens auch dann, wenn der dem Schiffsgetriebe zugeordnete Antriebsmotor ausgeschaltet ist. Typische Schiffsgetriebe umfassen zumindest eine Hydraulikpumpe zur Betätigung der Kupplungen in dem Schiffsgetriebe. Üblicherweise wird eine solche Hydraulikpumpe über einen Nebenabtrieb bzw. PTO (Power Take Off) an dem Schiffsgetriebe mechanisch angetrieben. Sie wird also von dem Antriebsmotor mit angetrieben, welcher über das Schiffsgetriebe auch die Propellerwelle antreibt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die erste Hydraulikpumpe auf diese Weise vom Antriebsmotor mit angetrieben werden und im normalen Fahrbetrieb einen Betätigungsdruck zum wechselseitigen Schließen entweder der Vorwärtskupplung oder der Rückwärtskupplung bereitstellen. Sobald der Antriebsmotor ausgeschaltet ist, wird die erste Hydraulikpumpe nicht mehr angetrieben und kann keinen Betätigungsdruck mehr bereitstellen. Es besteht jedoch die Anforderung die Propellerwelle eines Schiffsantriebs gerade dann zu blockieren, wenn der jeweilige Schiffsantrieb nicht angetrieben wird und der Antriebsmotor ausgeschaltet ist. In diesem Fall kann der erforderliche Blockierdruck für die Vorwärtskupplung und für die Rückwärtskupplung von der zweiten Hydraulikpumpe bereitgestellt werden, sofern diese von einem anderen Antrieb als dem Antriebsmotor angetrieben wird. Eine zusätzliche Wellenbremse ist dabei nicht erforderlich.
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Die Erfindung umfasst auch ein entsprechendes Schiffsgetriebe mit einer Vorwärtskupplung und einer Rückwärtskupplung, wobei zum Antreiben einer Propellerwelle in einer Vorwärtsfahrtrichtung die Vorwärtskupplung geschlossen und die Rückwärtskupplung geöffnet ist. Zum Antreiben der Propellerwelle in einer Rückwärtsfahrtrichtung ist dagegen die Rückwärtskupplung geschlossen und die Vorwärtskupplung geöffnet. Das Schiffsgetriebe umfasst eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Vorwärtskupplung und der Rückwärtskupplung, welche so eingerichtet ist, dass die Vorwärtskupplung und die Rückwärtskupplung gleichzeitig geschlossenen werden können, sodass die Propellerwelle blockiert ist.
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Die genannte Betätigungseinrichtung umfasst eine erste Hydraulikpumpe, die einen Betätigungsdruck zum wechselseitigen Betätigen der Vorwärtskupplung und der Rückwärtskupplung bereitstellt und eine zweite Hydraulikpumpe, mit der ein Blockierdruck zum gleichzeitigen Schließen der Vorwärtskupplung und der Rückwärtskupplung bereitstellbar ist. Wechselseitig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass mithilfe des von der ersten Hydraulikpumpe bereitgestellten Drucks jeweils nur eine der beiden Kupplungen zu gleicher Zeit geschlossen sein kann, also entweder die Vorwärtskupplung oder die Rückwärtskupplung. Dies entspricht insoweit der üblichen, herkömmlichen Betätigung derartiger Kupplungen in Schiffsgetrieben. Die wechselseitige Betätigung der beiden Kupplungen kann im normalen Fahrbetrieb mit laufendem Antriebsmotor erfolgen, um die jeweils gewünschte Fahrtrichtung einzustellen. Die zweite Hydraulikpumpe braucht während dieser Zeit nicht angetrieben zu werden. Durch die Verwendung der separaten zweiten Hydraulikpumpe können auch herkömmliche Schiffsantriebe einfach nachgerüstet werden, um die beschriebene Blockierung der Propellerwelle ohne eine zusätzliche Wellenbremse zu ermöglichen.
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Soll der Schiffsantrieb nicht mehr von dem Antriebsmotor angetrieben werden und die Propellerwelle blockiert werden, so kann der Antriebsmotor energiesparend ausgeschaltet werden und die zweite Hydraulikpumpe wird in Betrieb genommen. Durch den von der zweiten Hydraulikpumpe erzeugten Blockierdruck werden die Vorwärtskupplung und die Rückwärtskupplung geschlossen, wodurch die Propellerwelle blockiert ist.
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Die Betätigungseinrichtung kann zumindest ein Hydraulikventil umfassen, mit dem entweder eine Antriebsstellung oder eine Blockierstellung einstellbar ist. In der Blockierstellung wirkt ein Blockierdruck der zweiten Hydraulikpumpe auf die Vorwärts- und die Rückwärtskupplung, sodass beide Kupplungen geschlossen werden und die Propellerwelle blockiert ist. In der Antriebsstellung wird der Blockierdruck der zweiten Hydraulikpumpe gegenüber den beiden Kupplungen abgesperrt. In der Antriebsstellung sind die Vorwärtskupplung und die Rückwärtskupplung mithilfe der ersten Hydraulikpumpe wechselseitig betätigbar. In der Blockierstellung werden die Vorwärtskupplung und die Rückwärtskupplung mithilfe der zweiten Hydraulikpumpe geschlossen gehalten.
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Es kann ein einziges Hydraulikventil mit der Funktion eines Wechselventils zum Einstellen der Antriebs- oder der Blockierstellung verwendet werden. In einer anderen Ausführung kann jeweils ein zugeordnetes Hydraulikventil für die Vorwärts- und die Rückwärtskupplung verwendet werden. Es eignen sich dazu beispielsweise Wegeventile wie 3/2-Wegeventile, die in einer Hydraulikleitung zwischen der zweiten Hydraulikpumpe und der jeweiligen Kupplung angeordnet werden.
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Vorzugsweise kann die hydraulische Einrichtung so ausgeführt sein, dass das zumindest eine Hydraulikventil druckbetätigt in die Blockierstellung gebracht wird, sobald ein von der zweiten Hydraulikpumpe erzeugter Blockierdruck anliegt. Es kann in einer Ausführung vorgesehen sein, dass das zumindest eine Hydraulikventil bzw. die mehreren Hydraulikventile federbetätigt in der Antriebsstellung gehalten werden, solange kein Blockierdruck von der zweiten Hydraulikpumpe erzeugt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführung kann das zumindest eine Hydraulikventil zusätzlich zur Feder auch von dem Betätigungsdruck der ersten Hydraulikpumpe in die Antriebsstellung geschaltet werden, sobald und solange dieser Betätigungsdruck von der ersten Hydraulikpumpe an dem Hydraulikventil oder an den Hydraulikventilen anliegt. Falls nämlich aus irgendwelchen Gründen ein Hydraulikventil von der Feder nicht in die Antriebsstellung zurückbewegt werden kann, könnte dies über den Kupplungsdruck zwangsbewegt werden, und die Kupplung in Antriebsstellung geschaltet werden. Das ist bei einem Schiff die sichere Stellung. Ein Verlust des Antriebs muss ausgeschlossen werden. Diese Sicherheitsfunktion kann beispielsweise erreicht werden, indem Steuerflächen des zumindest einen Hydraulikventils so dimensioniert werden, dass auch bei fehlerhaftem Anliegen des Blockierdrucks der von der ersten Hydraulikpumpe bereitgestellte Betätigungsdruck das zumindest eine Hydraulikventil in die Antriebsstellung schalten kann.
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Die Erfindung umfasst auch eine Schiffsantriebsanordnung mit mindestens einem Schiffsantrieb, der ein solches Schiffsgetriebe umfasst. Die beschriebene Blockierung der Propellerwelle kann bei einem solchen Schiffsantrieb dazu genutzt werden, um bei Schiffen, die in strömendem Wasser festgemacht werden, ein Mitdrehen der des Propellers und der Propellerwelle durch das strömende Wasser zu verhindern. Dadurch können beispielsweise Schäden an einer Gleitlagerung der Propellerwelle vermieden werden, welche mitunter durch langsames Mitdrehen des Propellers verursacht werden. Vorteilhaft lässt sich das vorgeschlagene Schiffsgetriebe auch in einer Schiffsantriebsanordnung mit zwei Schiffsantrieben nutzen. Schiffe mit einer solchen Schiffsantriebsanordnung sollen in bestimmten Betriebsphasen nur von einem der beiden Schiffsantriebe angetrieben werden, während die Propellerwelle des anderen Schiffsantriebs stillstehen soll. Dies lässt sich vorteilhaft mit jeweils einem erfindungsgemäßen Schiffsgetriebe realisieren. Dasselbe gilt auch für Schiffsantriebsanordnungen mit einer noch größeren Anzahl an Schiffsantrieben, bei denen zumindest einer der Schiffsantriebe zeitweise stillsteht und dessen Propellerwelle festgehalten werden soll.
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Im Folgenden werden die Erfindung und deren Vorteile anhand der in den anliegenden Figuren abgebildeten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 einen Schiffsantrieb mit einem Schiffsgetriebe gemäß der Erfindung in einer schematischen Darstellung und
- 2 ein Steuerschema zum Betätigen zweier hydraulischer Kupplungen in einem Schiffsgetriebe.
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Der in der 1 gezeigte Schiffsantrieb 100 umfasst einen Antriebsmotor 8, der über ein Schiffsgetriebe 1 eine Propellerwelle 4 antreibt. Auf der Propellerwelle 4 sitzt ein Propeller 18, der im Wasser rotierend eine Vorschubkraft für das Schiff bewirkt. Eine Motorwelle des Antriebsmotors 8 ist verdrehfest mit einer Antriebswelle 11 des Schiffsgetriebes 1 verbunden. Das Schiffsgetriebe 1 umfasst eine Vorwärtskupplung 2 und eine Rückwärtskupplung 3, über die in einem Antriebsmodus die Propellerwelle 4 entweder in einer Vorwärtsfahrtrichtung oder in einer Rückwärtsfahrtrichtung angetrieben werden. Zum Antreiben der Propellerwelle 4 in der Vorwärtsfahrtrichtung wird die Vorwärtskupplung 2 geschlossen und die Rückwärtskupplung 3 geöffnet. Zum Antreiben der Propellerwelle 4 in der Rückwärtsfahrtrichtung wird die Rückwärtskupplung 3 geschlossen und die Vorwärtskupplung 2 geöffnet. Die Vorwärtskupplung 2 und die Rückwärtskupplung 3 sind beide als Lamellenkupplungen ausgeführt.
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Das in der 1 schematisch dargestellte Schiffsgetriebe 1 weist einen in der Praxis häufig angewendeten mechanischen Aufbau auf. Die Antriebswelle 11 ist verdrehfest mit einem ersten Außenlamellenträger 12 der Vorwärtskupplung 2 verbunden. Der erste Außenlamellenträger 12 ist permanent über eine erste Außenverzahnung 16 mit einer zweiten Außenverzahnung 17 eines zweiten Außenlamellenträgers 13 antriebswirksam verbunden. Der zweite Außenlamellenträger 13 ist Teil der Rückwärtskupplung 3. Über die Antriebswelle 11 und die beiden miteinander im Eingriff stehenden Außenverzahnungen 16 und 17 werden beide Außenlamellenträger 12 und 13 permanent angetrieben, solange die Antriebswelle 11 von dem Antriebsmotor 8 angetrieben wird. Die Vorwärtskupplung 2 und die Rückwärtskupplung 3 weisen beide jeweils einen Innenlamellenträger 14 bzw. 15 auf, der durch das Schließen der jeweiligen Kupplung 2 oder 3 mit dem dazugehörigen Außenlamellenträger 12 bzw. 13 verdrehfest verbunden werden kann. Durch wahlweises Schließen entweder der Vorwärtskupplung 2 oder der Rückwärtskupplung 3 kann die Antriebsleistung des Antriebsmotors 8 über die jeweils geschlossene Kupplung 2 oder 3 und über eine abtriebsseitig angeordnete Stirnradebene 17 auf die Propellerwelle 4 übertragen werden.
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Das Schließen und das Öffnen der Vorwärtskupplung 2 und der Rückwärtskupplung 3 wird mittels einer hydraulischen Betätigungseinrichtung 5 bewirkt. Die Betätigungseinrichtung 5 kann in Form einer Hydrauliksteuereinheit an das Schiffsgetriebe 1 angebaut sein und ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch Teil des Schiffsgetriebes 1. Die Betätigungseinrichtung 5 umfasst eine erste Hydraulikpumpe 6, die in dem Antriebsmodus einen Betätigungsdruck zum wechselseitigen Betätigen der Vorwärtskupplung 2 und der Rückwärtskupplung 3 bereitstellt.
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Neben dem Antriebsmodus ist ein Blockiermodus vorgesehen. In dem Blockiermodus ist die Propellerwelle 4 blockiert. Das heißt die Propellerwelle steht fest und kann nicht rotieren. Die Blockierung der Propellerwelle 4 wird erreicht, indem die Vorwärtskupplung 2 und die Rückwärtskupplung 3 gleichzeitig geschlossenen gehalten werden. Der Antriebsmotor 8 ist im Blockiermodus in der Regel abgeschaltet und gibt keine Leistung ab. Zur Betätigung der beiden Kupplungen 2 und 3 in dem Blockiermodus umfasst die Betätigungseinrichtung 5 eine zweite Hydraulikpumpe 7, mit deren erzeugtem Blockierdruck die Vorwärtskupplung 2 und die Rückwärtskupplung 3 gleichzeitig beaufschlagbar sind.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 ist eine übergeordnete Antriebssteuerung 20 vorgesehen, der Antriebsmotor 8 sowie die erste und zweite Hydraulikpumpe 6 und 7 angesteuert werden können. Von der Antriebssteuerung 20 können die jeweils erforderlichen Steuersignale generiert werden, um den Schiffsantrieb 100 im gewünschten Modus zu betreiben. Mit der Antriebssteuerung 20 ist beispielsweise ein Drucksensor 21 signalübertragend verbunden. Die Signale des Drucksensors 21 können in der Antriebssteuerung dazu verwendet werden den Antriebsmotor 8 zu verblocken, d.h. dessen Start und Antrieb zu blockieren, solange beide Kupplungen 2 und 3 geschlossen sind. Dies ist der Fall, solange die zweite Hydraulikpumpe 7 läuft und den Blockierdruck bereitstellt, der dann an dem Drucksensor 21 ansteht. Anstatt des Drucksensors 21 kann auch ein Druckschalter zu demselben Zweck vorgesehen sein.
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Wie der 2 zu entnehmen ist, umfasst die Betätigungseinrichtung 5 bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Hydraulikventile 9, 10, mit denen entweder eine Antriebsstellung oder eine Blockierstellung einstellbar ist. Die Antriebsstellung der Hydraulikventile 9, 10 in der Betätigungseinrichtung 5 entspricht dem oben erwähnten Antriebsmodus. In der Antriebsstellung sind die Vorwärtskupplung 2 und die Rückwärtskupplung 3 wechselseitig betätigbar mithilfe der ersten Hydraulikpumpe 6. In der Antriebsstellung kann entweder die Vorwärtskupplung 2 oder die Rückwärtskupplung 3 geschlossen werden, was mithilfe weiterer Hydraulikventile der Betätigungseinrichtung 5 in der herkömmlichen Art und Weise erfolgen kann. Dazu ist in der Betätigungseinrichtung 5 eine herkömmliche Hydrauliksteuereinheit 19 vorgesehen, welche die weiteren Hydraulikventile und die erste Hydraulikpumpe 6 umfasst. Eine solche Hydrauliksteuereinheit 19 ist dem Fachmann bekannt und daher nicht näher dargestellt. In der Antriebsstellung und im entsprechenden Antriebsmodus kann die Propellerwelle 4 sozusagen im Normalbetrieb wahlweise vorwärts oder rückwärts angetrieben werden.
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In der Blockierstellung der Hydraulikventile 9 und 10 werden die Vorwärtskupplung 2 und die Rückwärtskupplung 3 dagegen mithilfe des von der zweiten Hydraulikpumpe 7 erzeugten Druckes geschlossen und beide gleichzeitig geschlossen gehalten. Sobald ein von der zweiten Hydraulikpumpe 7 erzeugter Blockierdruck anliegt, werden die beiden Hydraulikventile 9 und 10 druckbetätigt in die Blockierstellung gebracht. In der Blockierstellung, d.h. im Blockiermodus wird die oben beschriebene normale Antriebssteuerung quasi übersteuert. Die Blockierstellung der beiden Hydraulikventile 9 und 10 wird eingelegt, sobald und solange die zweite Hydraulikpumpe 7 läuft und dabei einen Ansteuerdruck für die Hydraulikventile 9 und 10 sowie den Blockierdruck für die Vorwärtskupplung 2 und die Rückwärtskupplung 3 bereitstellt.
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Wird dagegen kein Blockierdruck von der zweiten Hydraulikpumpe 7 erzeugt, so werden die beiden Hydraulikventile 9 und 10 federbetätigt in der Antriebsstellung gehalten. Die Antriebsstellung entspricht dem oben beschriebenen Antriebsmodus.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schiffsgetriebe
- 2
- Vorwärtskupplung
- 3
- Rückwärtskupplung
- 4
- Propellerwelle
- 5
- Betätigungseinrichtung
- 6
- erste Hydraulikpumpe
- 7
- zweite Hydraulikpumpe
- 8
- Antriebsmotor
- 9
- Hydraulikventil
- 10
- Hydraulikventil
- 11
- Antriebswelle
- 12
- erster Außenlamellenträger
- 13
- zweiter Außenlamellenträger
- 14
- erster Innenlamellenträger
- 15
- zweiter Innenlamellenträger
- 16
- erste Außenverzahnung
- 17
- zweite Außenverzahnung
- 18
- Propeller
- 19
- Hydrauliksteuereinheit
- 20
- Antriebssteuerung
- 21
- Drucksensor
- 100
- Schiffsantrieb
