DE10222813B3

DE10222813B3 - Schaltkupplung, insbesondere für Schiffsgetriebe

Info

Publication number: DE10222813B3
Application number: DE2002122813
Authority: DE
Inventors: Hartmut Hultsch; Burkhard Dr.-Ing. Pinnekamp
Original assignee: Renk GmbH
Current assignee: Renk GmbH
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-05-22
Also published as: CH696446A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltkupplung, insbesondere für Schiffsgetriebe, mit Betätigungsmitteln (11) zum Schließen oder Trennen einer drehfesten Verbindung zwischen einer Welle (1) und einem Zahnrad (7), wobei weitere Mittel vorgesehen sind, die an der getrennten Schaltkupplung ein vorgebbares Schleppmoment zwischen der Welle (1) und dem Zahnrad (7) erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltkupplung, insbesondere für Schiffsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Schiffen mit Kombinationsantrieben, das heißt Antriebsanlagen zum alternativen Antrieb mit z.B. Dieselmotoren oder mit z.B. Gasturbinen, müssen zur Anpassung der unterschiedlichen Drehzahlen Mehrganggetriebe vorgesehen werden, um die Drehzahlen der Antriebsmaschinen optimal an die jeweilige Propellerdrehzahl anzupassen, die je nach Betriebsart unterschiedlich ist.
Bei Mehrgang Schaltgetrieben läuft im allgemeinen nur eine Schaltstufe belastet und überträgt das Antriebsmoment. Die Zahnräder der nicht geschalteten Gänge laufen als unbelastete sogenannte Losräder, die keine drehfeste Verbindung mit der Welle haben. Zum Herstellen einer drehfesten Verbindung sind Schaltkupplungen vorgesehen, die beispielsweise als lastschaltbare Lamellenkupplungen ausgeführt sind und üblicherweise so konstruiert sind, daß sie in ausgeschaltetem Betriebszustand ein möglichst geringes Schleppmoment aufweisen, um unnötige Verlustleistung zu vermeiden.
In bestimmten Betriebszuständen können die Antriebsmaschinen höhere Wechseldrehmomente in den Antriebsstrang eintreiben, die in den unbelasteten Schaltstufen ein Abheben der Verzahnungen verursacht und sich als sogenanntes "Losrad-Hämmern" akustisch auswirkt.

Aus der DE 39 35 742 C1 ist ein Verfahren zur Vermeidung von Getriebegeräuschen bei Schiffswendegetrieben bekannt. Der jeweils freilaufende Getriebestrang wird durch geringfügiges Einrücken seiner zugehörigen Kupplung angebremst, so dass die Zahnflanken ständig unter Kraftschluss sind und bei Torsionsschwingungen nicht abheben können. Dadurch sollen Getriebegeräusche zuverlässig vermieden werden.

Die DE 2 042 289 B geht von dem Problem aus, dass die Mitnehmerverzahnungen der Kupplungslamellen bzw. der Kupplungsnaben bei mangelnder Schmierung allmählich zerstört werden. Zur Lösung dieses Problems wird der Ölabfluss anhand einer Ölabflusskante so begrenzt, dass die Mitnehmerverzahnungen in einem Ölring laufen.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung eine Schaltkupplung zu schaffen, die in ausgeschaltetem Betriebszustand das Abheben unbelasteter Verzahnungen dauerhaft verhindert und das sogenannte "Losrad-Hämmern" vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

An einer erfindungsgemäß ausgeführten Kupplung läßt sich in vorteilhaft einfacher Weise das Losrad-Hämmern verhindern, so dass ein geräuscharmer Schiffsantrieb möglich ist.

Durch die Erfindung läßt sich in vorteilhafter Weise an einer ausgekuppelten Kupplung ein vorgebbares Schleppmoment verschleißfrei übertragen.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung.

Nachfolgend werden die Merkmale der vorliegenden Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. In den zugehörigen schematischen Zeichnungen zeigt, die
1 eine erfindungsgemäß ausgeführte Lamellenkupplung.
Die 1 zeigt einen axialen Ausschnitt einer, an der Symmetrielinie abgebrochen dargestellten, Welle 1 eines Schaltgetriebes auf der ein Zahnrad 7 in Lagern 2 angeordnet ist. Das Zahnrad 7 kämmt mit einem weiteren – nicht dargestellten – Zahnrad, das auf einer anderen – ebenfalls nicht dargestellten – Welle angeordnet ist und beide stellen eine schaltbare Übersetzung des Getriebes dar. Zum Schalten dieser Übersetzungsstufe wird zwischen der Welle 1 und dem Zahnrad 7 eine drehfeste Verbindung hergestellt. Dazu schiebt die Kolbeneinheit 11 die Außen- und Innenlamellen 6, 9 der Schaltkupplung zusammen, schließt die Lüftungsspalte 10 und verspannt die Lamellen 6, 9 an einem Gegenlager 14 miteinander, so daß das Zahnrad das an der Welle 1 anliegende Drehmoment übertragen kann. Die Außenlamellen 6 sind dazu drehfest aber axial verschieblich mit dem Zahnrad 7 und die Innenlamellen 9 entsprechend mit der Welle 1 verbunden. Ein zur Verspannung der Lamellen 6, 9 vorgesehener Kolben der Kolbeneinheit 11 ist in der schematischen Zeichnung nicht dargestellt. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, können die Innenlamellen 9 auch über einen Mitnehmer 15 mit der Welle 1 verbunden sein.
Wird eine andere – nicht dargestellte – Schaltstufe des Getriebes geschaltet, so wird die Kolbeneinheit 11 angesteuert und die Verspannung der Lamellen 6, 9 aufgehoben, so daß sich zwischen den einzelnen Lamellen 6, 9 sowie den Gegenlagern Lüftungsspalte 10 bilden. In diesem – in 1 dargestellten – Betriebszustand ist das Zahnrad 7 in seinen Lagern 2 auf der Welle 1 frei drehbar. Es kämmt weiterhin mit dem anderen, nicht dargestellten, Zahnrad und läuft, entsprechend der anderen eingeschalteten Übersetzungsstufe, mit einer anderen Drehzahl als die Welle 1 weiterhin um, ohne Drehmoment zu übertragen. Diese sogenannten "Losräder" können in bestimmten Betriebszuständen durch Wechsel- Drehmomente aus den Antriebsmaschinen zu Drehschwingungen angeregt werden. Dabei können sich ihre Verzahnungen aufgrund des Flankenspieles voneinander abheben und die Flanken der beiden Zahnräder schlagen aufeinander, was auch als sogenanntes "Losradhämmern" bezeichnet wird und sich in ungünstiger Weise akustisch bemerkbar machen kann.
Der wesentliche Kern der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Abheben der Zahnflanken zu verhindern, indem an der Schaltkupplung auch in ausgekuppeltem Betriebszustand ein Schleppmoment erzeugt wird, durch das die Zahnflanken der Losräder mit einer ausreichenden Kraft gegeneinander gedrückt werden. Dieses erfindungsgemäße Schleppmoment ist einstellbar und wird so gewählt, daß das Losrad-Hämmern verhindert wird und gleichzeitig die Verlustleistung verhältnismäßig klein bleibt.
Dazu wird in der beispielhaft dargestellten Schaltkupplung das Schmiermittel 12 in der Kupplung gestaut, so daß es sich in einer vorbestimmbaren Rückstauhöhe 13 sammelt und die Lamellen 6, 9 in das Schmiermittel 12 eintauchen. Aufgrund der Zentrifugalwirkung wird das Schmiermittel 12 radial nach außen gedrückt, wo es über den gesamten Umfang im Inneren des Zahnrades 7 einen Schmiermittelstau-Ring bildet. Aufgrund der Relativ-Geschwindigkeit zwischen den Innen- 9 und Außenlamellen 6 entsteht in den Lüftungsspalten 10 Flüssigkeitsreibung zwischen den Lamellen. Diese Flüssigkeitsreibung kann ein entsprechendes Schleppmoment erzeugen. Die Größe dieses Schleppmomentes wird vorzugsweise über die Schmierölmenge bzw. die Rückstauhöhe 13 eingestellt.
An der Welle 1 sind Schmiermittelkanäle 8 vorgesehen, die in der Kupplung weitergeführt sind und der beispielhaft dargestellten Lamellenkupplung Schmiermittel, vorzugsweise Öl, zuführen. Das Schmiermittel 12 umströmt die Lamellen 6, 9 vorzugsweise zur Kühlung und/oder Schmierung und fließt durch Bohrungen 4 aus der Kupplung ab. Es sind vorzugsweise eine Vielzahl von Bohrungen 4 an den beiden Seitenteilen des Zahnrades 7 angeordnet, die gleichmäßig am Umfang verteilt sind. Um den Abfluß des Schmiermittels 12 zu behindern, sind an beiden Seiten kreisringförmig umlaufende Rückstaubleche 3 angeordnet, deren Wandungen mit Abstand zu den Auslaufbohrungen 4 radial nach innen verlaufen. Die Rückstauhöhe 13 wird dadurch festgelegt, wie weit diese Wandungen radial nach innen gehen. Das durch diese Rückstau-Vorrichtung am Abfluß gestörte Schmiermittel 12 sammelt sich im Inneren des Zahnrades 7 und bildet aufgrund der Rotation einen umlaufenden Stauring mit der Breite der Rückstauhöhe 13.
Je weiter der Stauring radial nach innen reicht, umso tiefer tauchen die Lamellen in das Schmiermittel 12 ein und der Betrag der Flüssigkeitsreibungskraft nimmt zu. Entsprechend nimmt auch das davon abhängige Schleppmoment der ausgekuppelten Kupplung zu.
Statt der Rückstaubleche 3 können an den Bohrungen 4 auch Drosseln vorgesehen werden, welche die Durchflußmenge reduzieren, so daß weniger Schmier mittel 12 abfließen kann als durch die Schmiermittelkanäle 8 zugeführt wird. Über die Drosselwirkung kann die Rückstauhöhe 13 und damit das Schleppmoment eingestellt werden.
Ebenso ist es denkbar alleine durch Vergrößerung des Volumenstromes des zugeführten Schmiermittels 12 einen Rückstau zu erzeugen. Die Rückstauhöhe 13 ergibt sich dabei aus der zugeführten Schmiermittelmenge und den Querschnitten der Abflußbohrungen 4. Die zugeführte Schmiermittelmenge kann durch die Querschnitte der Schmiermittelkanäle 8 oder den Zulaufdruck des Schmiermittels 12 geregelt werden. Die Veränderung des Zulaufdruckes ermöglicht eine Anpassung des Schleppmoments während dem Betrieb.
Die Rückstau-Vorrichtung kann auch durch gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnete, radial in die Kupplung hineinstehende Röhren gebildet werden, durch welche das Schmiermittel ablaufen kann. Die Rückstauhöhe wird durch die Länge bestimmt, mit der diese Röhren-Düsen radial nach Innen überstehen. Es kann ein Verstellmechanismus vorgesehen werden, mit welchem die radiale Eintauchtiefe der Röhren-Düsen, und damit die Rückstauhöhe auch im Betrieb verstellt werden können.
Selbstverständlich sind auch andere Einrichtungen möglich, die den Abfluß des Schmiermittels 12 entsprechend behindern können.
Die erläuterten Vorrichtungen zum Erzeugen eines Rückstaus können auch miteinander kombiniert angewendet werden.
Ebenso kann über die Wahl und die Eigenschaften des Rückstaumediums, z. B. über die Schmierölviskosität, das Schleppmoment gezielt beeinflußt werden.
Am Zahnrad 7 können radial nach außen führende Drainagebohrungen 5 vorgesehen werden, durch welche das Schmiermittel 12 Verschleißpartikel ausspülen kann.

1: Welle
2: Lager
3: Rückstaublech
4: Bohrung
5: Drainagebohrung
6: Außenlamelle
7: Verzahnung/Zahnrad
8: Schmiermittelkanal
9: Innenlamelle
10: Lüftungsspalt
11: Kolbeneinheit
12: Schmiermittel
13: Rückstauhöhe/Schmiermittelstand

Claims

Schaltkupplung, insbesondere für Schiffsgetriebe, mit Betätigungsmitteln (11) zum Schließen oder Trennen einer drehfesten Verbindung zwischen einer Welle (1) und einem Zahnrad (7), wobei die Kupplung als Lamellenkupplung ausgeführt ist und Schmiermittelkanäle (8) zur Schmierung und/oder Kühlung vorgesehen sind, und das Schmiermittel (12) so beim Abfließen behinderbar ist, dass es in der Kupplung auf eine vorgebbare Rückstauhöhe (13) staubar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstauhöhe (13) so einstellbar ist, dass die Lamellen (6, 9) der Lamellenkupplung in das Schmiermittel (12) eintauchen, wodurch in den Lüftungsspalten (10) zwischen den Kupplungslamellen (6, 9) Flüssigkeitsreibung auftritt, durch welche mit der getrennten Schaltkupplung ein vorgebbares Schleppmoment zwischen der Welle (1) und dem Zahnrad (7) übertragbar ist.
Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Rückstauen des Schmiermittels (12) ein Rückstaublech (3) vorgesehen ist, das kreisringförmig umlaufend mit Abstand zu Auslaufbohrungen (4) an der Außenseite der Kupplung angeordnet ist und dessen radiale Erstreckung nach innen die Rückstauhöhe (13) bestimmt.
Schaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Rückstauen des Schmiermittels (12) Drosseln vorgesehen sind, die den Abfluß des Schmiermittels durch die Abflußbohrungen (4) behindern.
Schaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstau des Schmiermittels (12) durch radial in die Kupplung hineinstehende Röhren gebildet wird, deren über den Innenrand der Kupplung überstehende Länge die Rückstauhöhe (13) bestimmt, und zum Verstellen der Überstandslänge ein Verstellmechanismus vorgesehen ist.
Schaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstau des Schmiermittels (12) dadurch gebildet wird, dass das Schmiermittel (12) in einer so großen Menge zugeführt wird, dass es sich beim Abfließen aus der Kupplung staut und die Rückstauhöhe (13) durch die Schmiermittelmenge einstellbar ist.
Schaltkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelmenge durch die Querschnitte der Schmiermittelkanäle (8) oder den Zulaufdruck des Schmiermittels (12) regelbar ist.
Schaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass radial nach außen führende Drainagebohrungen (5) vorgesehen sind, durch die Verschleißpartikel abfließen können.