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Druckmittelbetätigte Reibungskupplung, besonders für kuppelbare Getrieberäder
zur Übertragung hoher Antriebsleistungen Die Erfindung bezieht sich auf eine mit
Druckflüssigkeit betätigte Reibungskupplung, die besonders für kuppelbare Getrieberäder
in Wendegetrieben zur Übertragung höher Antriebsleistungen benutzt werden soll,
und zwar vornehmlich bei durch Turbinen angetriebenen Wendegetrieben für Schiffsantriebe.
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Man hat bereits vorgeschlagen, Zahnräder mit einer darin untergebrachten,
druckmittelbetätigten Reibungskupplung auszurüsten und solche kuppelbaren Zahnräder
bei Wendegetrieben zu verwenden, bei denen sich dann die Drehrichtung der angetriebenen
Welle durch Ein- und Ausrücken der in den Zahnrädern angeordneten Kupplungen umschalten
läßt. Es ist auch bekannt, bei druckmittelbetätigten Reibungskupplungen mit zwischen
den Kupplungsteilen angeordnetem Druckraum am Umfang des Druckraumes enge Auslaßöffnungen
vorzusehen, durch die die Druckflüssigkeit ständig abfließen kann. Die Auslaßöffnungen
müssen dabei kleiner als der Druckmitteleinlaß bemessen sein, damit ein ausreichender
Einrückdruck während des Betriebes der Kupplung gewährleistet ist. Bei derartigen
Kupplungen wird der Druckraum ständig von der Druckflüssigkeit durchströmt, wobei
die Druckflüssigkeit zugleich als Kühlmittel dient, um die in der Kupplung erzeugte
Wärme abzuführen. Um für diese Aufgabe eine ausreichende Flüssigkeitsströmung in
der Kupplung zu sichern, muß der Gesamtquerschnitt der engen Auslaßöffnungen am
Umfang des Druckraumes vergleichsweise groß bemessen werden und die Zuführung der
Druckflüssigkeit unter vergleichsweise hohem Druck erfolgen. Dies hat aber den Nahteil,
daß die Kupplung plötzlich und hart eingerückt wird, weil die anfänglich im Druckraum
der Kupplung befindliche Luft schon entweicht, ehe der volle Einrückdruck erzielt
ist und die Druckflüssigkeit nach dem Füllen des Druckraumes ein inkompressibles
Medium darstellt, das bei seiner Druckzunahme einen raschen Kupplungseingriff verursacht.
Dies ist nachteilig insbesondere bei mit solchen Reibungskupplungen ausgerüsteten
Zahnrädern von Wendegetrieben für hohe Antriebsleistungen, weil der rasche Kupplungseingriff
beim Umschalten der Drehrichtung Getriebestöße zur Folge hat, die eine Beschädigung
der Zahnräder nach sich ziehen können.
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Die Erfindung ist darauf gerichtet, diesen Nachteil zu vermeiden und
die mit Druckflüssigkeit betätigte Reihungskupplung für Getrieberäder zur Übertragung
hoher Antriebsleistungen trotz ständiger Strömung der Flüssigkeit durch die Kupplung
so auszubilden, daß ein weiches und nachgiebiges Einrücken der Kupplungen in den
Getrieberädern zustandekommt und insbesondere bei Wendegetrieben mit kuppelbaren
Getrieberädern ehe ausreichende Nachgiebigkeit des Getriebes beim Wechsel der Drehrichtung
sichergestellt ist.
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Die Reibungskupplungen derartiger Getrieheräder für hohe Antriebsleistungen
sind in bekanuter Weise mit doppelten Kupplungsgliedern versehen, die mit konzentrisch
zur Drehachse liegenden, ringförmigen Nuten und Stegen von V-förmigem Querschnitt
in Eingriff kommen, und bei denen der Druckraum zum Einrücken der Kupplung zwischen
den inneren Kupplungsgliedern angeordnet ist, und die Erfindung kennzeichnet sich
dadurch, daß die Öffnung bzw. Öffnungen für den Druckmittelauslaß am Umfang des
Druckraumes so klein bemessen sind, daß nach dem Einrücken der Kupplung durch Einleiten
der Druckflüssigkeit in den zunächst luftgefüllten Druckraum ein unter Druck stehendes
Luftpolster im Druckraum verbleibt, das erst allmählich mit der am Umfang des Druckraumes
austretenden Druckflüssigkeit entweicht. Der Gesamtquerschnitt der Auslaßöffnungen
am Umfang des Druckraumes ist hierbei so klein, daß die im Druckraum der Kupplung
befindliche Luft beim Einleuten der Druckflüssigkeit nicht schnell genug abströmen
kann, um den Druckraum schon vor dem Eingreifen der Kupplungsglieder für eine vollständige
Ausfüllung mit der Druckflüssigkeit zu entleeren. Vielmehr werden die sehr engen
Auslaßöffnungez von der durch die Fli@e!hkraft nach außen getriebenen Druckflüssigkeit
für den LuftdurchJaß zeitweilig versperrt, so daß sich beim Einrücken der Kupplungsglieder
noch ein kompressibles Luftpolster
innerhalb des Druckrammes befindet,
das nur allmählich abgebaut wird. Hierdurch wird ein weiches Einrücken der Kupplung
erzielt und jegliche Beschädigung der mit erheblicher Massenträgheit umlaufenden
Teile beim Wechseln der Drehrichtung vermieden.
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Die Zuführung der Druckflüssigkeit kann durch eine in die Zuführungsleitung
eingeschaltete Vorrichtung derart geregelt werden, daß die Flüssigkeit beim Einschalten
der Kupplung zunächst nur langsam und mit verhältnismäßig geringem Druck zugeführt
wird, bis bei einem Wechsel der Drehrichtung in Wendegetrieben die angetriebene
Welle in der geänderten Drehrichtung umläuft, worauf dann der Flüssigkeitsdruck
auf den normalen Betriebsdruck von z. B. 4 bis 5 at gesteigert wird. Auf diese Weise
wird, ein elastischer Antriebswechsel ermöglicht, der sich ohne Gefahr einer Beschädigung
der Getrieberäder vollzieht.
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Um eine Zuführung der Druckflüssigkeit mit gleichmäßigem Druck zu
gewährleisten, kann die Zuführungsleitung ein den Zuführungsdruck abgleichendes
Reduzierventil, einen Windkessel oder einen Ausgleichzylinder enthalten, in dem
die Flüssigkeit mit einem federbelasteten Kolben unter Druck gesetzt ist.
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Um bei einem Wendegetriebe für hohe Antriebsleistungen, dessen Getrieberäder
mit Reibungskupplungen nach der Erfindung ausgerüstet sind, die Nachgiebigkeit in
der Antriebsübertragung beim Wechsel der Drehrichtung zusätzlich zu erhöhen, empfiehlt
es sich, die zu übertragende Antriebskraft auf mehrere parallel liegende und gleichzeitig
arbeitende, kuppelbare Getrieberäder zu verteilen. Ein derartiges Wensdegetriehe
wird daher vorzugsweise mit zwei oder mehr Zwischenwellen versehen, die je zwei
koppelbare Getrieberäder, je eines für den Vorwärts-und für den Rückwärtsgang tragen,
wobei diese koppelbaren Getrieberäder für den Vorwärts- und Rückwärtsantrieb zweckmäßig
mit der Eingangswelle des Wendegetriebes im Eingriff stehen.
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Eine solche Anordnung der mit Reibungskupplungen nach der Erfindung
ausgerüsteten Getrieberäder von Wendegetrieben zur Übertragunsg hoher Antriebsleistungen
empfiehlt sich insbesondere für Wendegetriebe, die von einer oder von mehreren Turbinen
angetrieben werden, weil die mit Reibungskupplungen nach der Erfindung ausgerüsteten
Getrieberäder die für diesen Fall besonders erforderliche Nachgielbigkeit beim Wechsel
der Drehrichtung der angetriebenen Welle, z. B. einer Schifsschraubenwelle, in den
Getriebesatz einschalten.
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Die Zeichnung zeigt Beispiele für die Ausführung und Anwendung der
Reibungskupplung nach der Erfindung für Wendegetriebe zur Übertragung hoher Antriebsleistungen,
und zwar zeigt Fig.1 einen senkrechten Längsschnitt durch ein Wendegetriebe, Fig.2
einen Grundriß dieses Getriebes im waagerechten Schnitt nach Linie A-A der Fig.
1, Fig.3 eine andere Ausführungsform in schematischer Darstellung im Grundriß und
Fig. 4 einen Querschnitt nach Linie A-A der Fig. 3. In Fig. 1 und 2 bedeutet a die
Eingangswelle, die durch eine oder mehrere, nicht dargestellte Turbinen stets in
gleicher Richtung angetrieben wird. Diese in den Lagern a' und a'' gelagerte Welle
weist ein Ritzel b zum Antrieb des Zahnrades c auf, das auf der Welle d sitzt, die
in den Lagern d' und d'' gelagert ist. Diese Welle trägt die mit ihr fest verbundenen
Vorwärtsgang- und Rückwärtsgangritzel e und f. Das Ritzel e steht unmittelbar mit
kuppelbaren Zahnrädern g und h im Eingriff, während das Ritzel f die koppelbaren
Zahnräder i und j über das ebenfalls koppelbare Leerrad k antreiben kann. Die Zahnräder
h und j sind, auf einer gemeinsamen Zwischenwelle Z montiert, während die Zahnräder
i und g auf einer Zwischenwelle m setzen. Diese Wellen sind in den Lagern l', 1"
und l"' und m', m'' und m' " gelagert.
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Die Zwischenwellen Z und m tragen weiterhin Zahnräder n und o, die
den Antrieb auf ein Zahnrad p der in den Lagern q', q" und q"' gelagerten Abtriebswelle
q übertragen. Alle obengenanuten Lager sitzen in dem Hauptrahmen r, der oben, durch
das Gehäuse r' umsschlossen und unten auf den Stegen r" einer Grundplatte r''' gelagert
ist.
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Die durch Druckflüssigkeit betätigten Kupplungen in den Zahnrädern
g, h, i und j arbeiten in ähnlicher Weise und sind je mit einer Anzahl von verengten
Öffnungen 1 versehen, die auf dien Umfang der Kupplung verteilt sind und durch die
Luft in den Kupplungsraum s eintreten kann, wenn die Kupplung ausgerückt ist. Wird
beim Einsrücken der Kupplung die Druckflüssigkeit in den Raum si eingeleitet, so
wird die Luft durch die Öffnumgen 1 und. durch Leckbohrungen 2 und 3 ausgetrieben.
Der Querschnitt der Öffnungen 1 ist so bemessen, daß ein unter Druck stehendes,
federnd wirkendes Luftpolster in dem Hohlraum verbleibt, während die beweglichen
Kupplungsteile 4 mit den beim Einrücken unbewegten Stirnplatten 5 in Eingriff kommen.
Dieses abfedernd wirkende Luftpolster ist so lange vorhanden, bis der Raum s mit
der Druckflüssigkeit vollständig gefüllt ist, worauf sich dann der Kupplungsdruck
erhöht, weil die Flüssigkeit weniger schnell durch die Öffnungen 1 ausströmen kann
als die Luft.
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Der Druck der Flüssigkeit wird durch einen Ausgleichzylinder oder
eine sonstige, den Flüssigkeitsdruck bei der Weiterleitung der Druckflüssigkeit
beeinflussende Regelvorrichtung derart gesteuert, daß die beaufschlagte Kupplung
den Antrieb langsam und im Maße der Zunahme des Flüssigkeitsdruckes in der Kupplung
aufnimmt.
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Wird die Flüssigkeitszufuhr in den Kupplungshohlraum s vermindert
oder gesperrt, so fließt die in dem Raums noch enthaltene Flüssigkeit unter Wirkung
der Zentrifugalkraft durch die Öffnungen 1 nach außen und wird durch Luft ersetzt.
Die inneren Kupplungsteile 4 werden dann von den Stirnplatten 5 durch Federn oder
durch Druckmittel gelöst, das in die Kammern 6 in bekannter Weise eingeleitet wird.
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Das lose laufende Zahnrad k, das mit dem Zahnrad f in ständigem Eingriff
ist und bei Einschaltung der Kupplungen der Zahnräder i, j den Rückwärtsgang vermittelt,
ist mit einer als Reibungsbremse wirkenden Kupplung ausgerüstet. Dieses Zahnrad
läuft lose auf einer festen Achse t, an der die innerem Kupplungsglieder aufgekeilt
und axial verschiebbar gelagert sind. Werden die Kupplungsglieder eingerückt, so
wird das lose laufende Zahnrad k an der ortsfesten Achse t gebremst und diese Bremsung
auch auf die Eingangswelle übertragen. Die Zuführung der DTuckflüssigkeiit erfolgt
hier durch Kanäle, die in der festen Achse t in bekannter Waise angeordnet -sind.
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Fig. 3 und 4 zeigen schematisch eine Getriebeanordnung, bei der sechs
Turbinen t' biss t& mime Schsffsschraubenw-elley .antreiben. Die drei Turbinen
t1, t2, t3 auf der einen Getriebeseite können z. B. Hoch-, Mittel- und Niederdruckburbinen
sein, während die drei Turrbinen t4; t5; ts auf der anderen Getriebeseite
Hoch-,
Nieder- und Niederdruckturbinen sind. Jede der Turbinen ist auf eine Antriebswelle
geschaltet, die ein Vorwärtsgetriebe u und ein Rückwärtsgetriebe ul aufweist, wobei
die Getriebe u die Zahnräder v unmittelbar und die Getriebe u1 das Rad w über Zwischenräder
x antreiben. Die Räder v und w sind auf der an die Schraubenwelle angeschlossenen
Ausgangswelle des Getriebesatzes befestigt. Die Zahnräder u und, u1 sind alles kuppelbare
Getrieberäder ausgebildet, deren Kupplungen schematisch durch Zickzacklinien angedeutet
sind- und die zuvor baschriebene Ausführung aufweisen sollen. Die lose laufenden
Zwischenräder x können gegebenenfalls mit flüssigkeitsbetätigten Kupplungen. ausgerüstet
sein, die als Bremsen wirken.
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Die Erfindung ist nicht auf Einzelheiten in der Ausführung der Kupplungen,
in der Ausbildung des Wendegetriebes und in der Ausführung der Mittel zur Steuerung
des Flüssigkeitsdruckes und sonstiger Einzelheiten beschränkt.