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Bei hydraulischen Ruderanlagen von Schiffen beispielsweise sind aus
Sicherheitsgründen meist zwei durch Elektromotoren angetriebene Verstellpumpen vorgesehen,
die jeweils in der Lage sind, für sich allein die volle Nennleistung zum Betrieb
einer Rudermaschine abzugeben. Beiden Verstellpumpen ist jeweils eine Stellwelle
zugeordnet. Die Stellwellen sind miteinander gekoppelt und werden von einer gemeinsamen
Steuereinrichtung betätigt. Meist wirkt jedoch nur eine der beiden Verstellpumpen
auf die Rudermaschine, während die andere Verstellpumpe stillsteht und als Reserve
für einen eventuellen Ausfall der arbeitenden Pumpe dient. Bei einem Ausfall der
arbeitenden Pumpe soll bei augenblicklicher Einschaltung der Reservepumpe der hydraulische
Kraftfluß zur Rudermaschine nicht unterbrochen werden und die Reservepumpe mit der
für beide Pumpen gemeinsamen Steuereinrichtung weiterhin verstellbar sein. Zur Erfüllung
dieser Forderung bieten sich zwei Wege an.
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Bei einer Lösung, die zur Zeit angewendet wird, behält man eine mechanische
Kopplung der Stellwellen beider Verstellpumpen fortwährend bei, so daß durch Steuerbefehle
für die Ruderverstellung die Exzentrizität bzw. der Schwenkwinkel sowohl der arbeitenden
Pumpe als auch der Reservepumpe verstellt wird. In diesem Fall muß jedoch die Reservepumpe
durch entsprechende Sperrventile von .dem hydraulischen Arbeitskreis abgetrennt
sein. Fällt die sich im Betrieb befindliche Pumpe infolge einer Störung aus, so
wird durch öffnen der Sperrventile die Reservepumpe in den Arbeitskreis eingeschaltet,
wobei man ebenfalls mittels Sperrventilen die defekte Pumpe aus dem' Arbeitskreis
herausnimmt. Bei der Verwendung von Sperrventilen, die durch pneumatische, hydraulische
oder elektrische Signale fernbetätigbar sind und damit die Möglichkeit zu einer
selbsttätigen Schaltung bieten, besteht jedoch eine gewisse Betriebsunsicherheit,
die von der Störanfälligkeit verschiedener Sperrventiltypen herrührt. So kann ein
Sperrventil beispielsweise einem Öffnungsbefehl nur verzögert folgen,,,vyenn dessen
Schließkegel beim Losbrechen in seinein"Sitz klemmt. Bedeutend gefährlicher ist
demgegenüber jedoch ein selbständiges öffnen des Sperrventils z. B. infolge eines
Defektes. In diesem Fall wird zu der arbeitenden Pumpe zusätzlich die Reservepumpe
in den Arbeitskreis geschaltet, ohne daß sie als Pumpe von ihrem zugeordneten Motor
angetrieben ist. Sie wirkt demnach als motorischer Antrieb, indem sie die von der
eigen t . lichen Arbeitspumpe abgegebene hydraulische Leistung der Rudermaschine
entzieht und ihrerseits in Bewegungsenergie umsetzt. Eine kontrollierte Ruderverstellung
ist damit unmöglich.
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Die zweite Lösung besteht darin, daß die Reservepumpe ohne Verwendung
von Sperrventilen fortwährend mit dem Arbeitskreis verbunden ist. Dazu muß diese
Pumpe jedoch in ihre Mittelstellung gebracht werden, so daß sich ihre Exzentrizität
bzw. ihr Schwenkwinkel zu Null ergibt. Das bedeutet, daß die der Pumpe zugeordnete
Stellwelle von derjenigen der sich im Betrieb befindlichen Pumpe entkoppelt sein
muß. Diese Entkopplung ließe sich im einfachsten Falle von Hand vornehmen, indem
ein Koppelstift zwischen beiden Stehwellen gelöst wird. Die beschriebene Lösung
hat den Vorteil, daß störanfällige Sperrventile entbehrlich sind, womit zugleich
eine Verringerung des Aufwandes erzielt wird. Die für die Umschaltung auf die Reservepumpe
unerläßliche Forderung einer unverzüglichen, möglichst durch Fernsignalgabe vorzunehmenden
Kopplung zwischen den beiden entkoppelten Stehwellen läßt sich mit Hilfe eines von
Hand einschiebbaren Koppelstiftes jedoch nicht zufriedenstellend erfüllen.
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Die Erfindung bezieht sich deshalb auf eine Einrichtung zur Kopplung
bzw. Entkopplung zweier in beiden Richtungen längsverschieblicher Stehwellen, die
gemeinsam von einem an der ersten Stellwelle angreifenden Stellantrieb betätigt
werden, insbesondere zum Verstellen hydraulischer Verstellpumpen, unter Anwendung
einer Arretiereinrichtung für die zweite Stellwelle und eines an der Kopplungsstelle
zwischen beiden Stellwellen angeordneten Federelementes, mit Hilfe dessen die erste
Stellwelle gegenüber der zweiten Stellwelle verschieblich ist, wenn diese mittels
der Arretiereinrichtung festgesetzt ist.
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Zur Betätigung von Verstellstangen sind prinzipiell Verstellzylinder
mit einem mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolben bekannt, der unter einer Federvorspannung
steht. Hierbei wird die Stellkraft durch den Druck des Mediums erzeugt, der auf
die Kolbenfläche wirkt und einen bestimmten Stellweg der Verstellstange bewirkt.
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Zur Aufhängung bzw. Abfederung von Fahrzeugen ist eine Vorrichtung
bekannt, die aus einem Zylinder und zwei in dem Zylinder einander gegenüberstehenden
Kolben besteht, .deren Kolbenstangen durch die Zylinderdeckel hindurch- und in diesen
geführt sind. In dem zwischen beiden Kolben gebildeten Raum wird ein Vakuum erzeugt,
indem dieser Raum über eine Bohrung an luftabsäügende Mittel angeschlossen ist.
Die Enden beider Kolbenstangen können gleichzeitig oder nacheinander von dem Zylinder
wegbewegt werden, indem an den Enden eine nach außerhalb wirkende Kraft angreift,
derart, daß der Abstand der Kolbenstangenenden größer wird. Der hierzu benötigte
Kraftaufwand ist in beiden Fällen gleich groß.
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Als federnde Pleuelstange bei Antriebsvorrichtungen für Wagen ist
eine Anordnung bekannt, bei der die Pleuelstange sowohl für Zug als auch für Druck
elastisch nachgiebig eingerichtet ist. Die Anordnung besteht aus einem festhaltbaren
Zylinder, in den eine mit einem ringförmigen Ansatz versehene Kolbenstange hineinragt.
Beidseitig dieses Ansatzes sind auf der Kolbenstange bewegliche Kolben angeordnet,
die über sich gegen die Zylinderdeckel abstützende Federn izegen einen etwa mittiizen,--an
dem Zylinder festen Ansatz und gegen den ringförmigen Ansatz auf der Kolbenstange
gepreßt werden. Bei einer an der Kolbenstange angreifenden Zug- bzw. Druckkraft
ist -die Kolbenstange unter-überwindung der Federkraft aus dem Zylinder ausziehbar
bzw. in diesen einschiebbar.
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Aufgabeder Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, die die Voraussetzungen für eine fernbetätigbare Auslösung und
eine selbsttätige Durchführung des Koppelvorganges schafft und damit eine unverzügliche
Kopplung bzw. Entkopplung beider Stellwellen zueinander ermöglicht. Die Aufgabe
wird dadurch gelöst, daß die Arretiereinrichtung auf der zweiten Stellwelle, wie
an sich bekannt, zwei verschiebbar angeordnete Zylinderringe und zwischen diesen
Ringen einen fest mit der Stellwelle verbundenen Anschlagring und einen zu der Stellwelle
konzentrischen, feststehenden Zylinder
mit einem mittig angeordneten,
ringförmigen Anschlag aufweist, wobei zwischen den Zylinderringen und den Deckeln
des Zylinders abstützende Federn vorgesehen sind, und daß der Zylinder eine Druckmittelzuführung
durch den ringförmigen Anschlag hat, um zum Aufheben der Arretierwirkung die Zylinderringe
zu beaufschlagen, wobei die Federn der Arretiereinrichtung eine größere Steifigkeit
aufweisen als das Federelement an der Kopplungsstelle zwischen der ersten und der
zweiten Stellwelle.
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Eine Entkopplung zwischen der ersten Stellwelle, die beispielsweise
in dem eingangs ausgeführten System auf eine sich im Betrieb befindliche Verstellpumpe
arbeitet, und der zweiten Stellwelle, die die Reservepumpe verstellt, ist im Dauerbetrieb
durch das mechanische System der Arretiereinrichtung gegeben, ohne daß es dazu einer
Hilfsenergie bedarf. Die zweite Stellwelle ist mittels der Arretiereinrichtung festgesetzt,
so daß sich die erste Stellwelle unter überwindung der Federvorspannung des Federelementes
an der Kopplungsstelle relativ zur zweiten Stehwelle verschieben läßt. Zur Umschaltung
von der arbeitenden Pumpe auf die Reservepumpe wird die Verbindungsleitung der Arretiereinrichtung
an einen Druckerzeuger angeschlossen, wodurch der Zufluß eines Hilfsdruckmittels
in den Zwischenraum zwischen Anschlagring und Gehäuse der Arretiereinrichtung freigegeben
wird. Der auf die dem Anschlagring zugewandten Flächen der Zylinderringe wirkende
Druck bewirkt eine Verschiebung der Zylinderringe entgegen ihrer Federvorspannung
und hält diese danach in ihrer angeschlagenen Stellung fest. Dadurch wird der Anschlagring
gegenüber dem festen Gehäuse frei, wodurch die beiden Stellwellen starr miteinander
gekoppelt sind. Die zur Beseitigung der Entkopplung nötige Hilfsenergie kann aus
einem bereits vorhandenen Druckmittelkreis bezogen werden. Der Energieaufwand zur
Beseitigung der Entkopplung ist sehr gering. Die Einrichtung kann auch derart ausgebildet
sein, daß eine Entkopplung bzw. Kopplung zweier nur in einer Richtung verschieblicher
Stellwellen möglich ist.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung gestattet es nun, entgegen der ersten
eingangs beschriebenen Lösung auf hochbelastete Sperrventile vor der Reservepumpe
zu verzichten und bei zuvor entkoppelten Stehwellen eine nachfolgende Kopplung mit
einfachen Mitteln und betriebssicher vorzunehmen, wobei diese vor allem unverzüglich
durch Fernsignalgabe ausgelöst werden kan.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
Zeichnung zeigt zwei Stellwellen 10 und 11, die gemeinsam von einem an der Stellwelle
10 angreifenden Stellantrieb betätigt werden, der hier nicht weiter gezeigt ist.
Die Stellwellen 10 und 11 sollen beispielsweise zur Verstellung jeweils einer zugeordneten
Verstellpumpe dienen. Davon ist hier nur das Gehäuse 12 einer Verstellpumpe 13 an
der Stellwelle 11 gezeigt. Zwischen den Stellwellen 10 und 11 ist an einer Kopplungsstelle
14 ein Federelement 15 vorgesehen. Das Federelement 15 besteht hier im einzelnen
aus einer zylindrischen Schraubenfeder 16, die zwischen zwei auf einem Endabsatz
17 der Stellwelle 11 verschiebbaren Anschlaghülsen 18 und 19 angeordnet ist. Die
Vorspannung der Feder 16 läßt sich durch Stellmuttern 20 am Ende der Stellwelle
11 einstellen. Das Federelement 15 wird von der hier teilweise als Hohlwelle ausgebildeten
Stellwelle 10 aufgenommen und ist zwischen einem Anschlagring 21 und einer überwurfmutter
22 der Stellt welle 10 gehalten. Wird die Stehwelle 11 festgesetzt; so kann die
Stellwelle 10 unter überwindung der Federvorspannung in der Feder 16 gegenüber
der feststehenden Stellwelle 11 weiterhin verschoben werden. Über eine Arretiereinrichtung
23 auf der Stellwelle 11 läßt sich diese wahlweise starr mit der Stellwelle 10 koppeln
bzw. durch Arretierung entkoppeln. Die Arretiereinrichtung 23 weist einen auf der
Stellwelle 11 befestigten, von einer Zylinderbuchse 24 getragenen Anschlagring
25 sowie einen zur Stellwelle 11 konzentrischen, dieser gegenüber feststehenden
Zylinder 26 auf. Der Anschlagring 25 kann auch direkt auf der Stellwelle 11 befestigt
sein. Der Zylinder 26 bildet mit der Zylinderbuchse 24 einen im wesentlichen zylindrischen,
beidseitig durch Zylinderdeckel 27 und 28 begrenzten Raum 29, der durch den Anschlagring
25 in zwei etwa gleich große; über einen Zwischenraum 30 zwischen Anschlagring 25
und Zylinder 26 miteinander in Verbindung stehende Ringräume 31 und 32 unterteilt
ist. In den Ringräumen 31, 32 ist jeweils ein auf der Zylinderbuchse 24 und im Zylinder
26 verschiebbarer Zylinderring 33 bzw. 34 angeordnet. Jeder Zylinderring 33 bzw.
34 ist mittels sich gegenüber dem zugeordneten Zylinderdeckel 27 bzw. 28 abstützender
Federn 35 bzw. 36 gegen den Anschlagring 25 gepreßt. Die Federn 35 bzw. 36 sind
hier als Tellerfedern ausgebildet und können mit Stellelementen versehen sein, über
die sich die Federvorspannung an unterschiedliche Stehkräfte anpassen läßt. Sie
weisen eine größere Steifigkeit auf als die Feder 16 an der Kopplungsstelle 14.
Der Zwischenraum 30 ist über eine Verbindungsleitung 37 an einen nicht weiter gezeigten
hydraulischen oder pneumatischen Druckerzeuger anschließbar. Wird der Verbindungsleitung
37 das Druckmittel zugeführt, so wird dieses über einen Kanal 38 im Zylinder 26
und über vom Kanal 38 abzweigende Einzelkanäle 39 in einem ringförmigen, mittigen
Zylinderanschlag 40 in den Zwischenraum 30 geführt. Der zwischen den Zylinderringen
33, 34 und der inneren Wandung des Zylinders 26 hindurchfließende Leckölstrom oder
aber eine bestimmte Leckölmenge, .die sich in dem von den Federn 35, 36 eingenommenen
Raum gesammelt hat, wird über Verbindungskanäle 41, 42 auf einen Leckölsammelkanal
43 geführt, der mit einer drucklosen Ausgleichsleitung verbunden ist oder, wie hier
gezeigt, zum Inneren der Verstellpumpe 13 hin geöffnet ist. Dadurch fließt die Leckölmenge
in die Verstellpumpe 13 ab, ohne daß sie die Gehäusedichtung 44 besonders belastet.
Zur Abdichtung der Stellwelle 11 gegenüber der Zylinderbuchse 24 ist eine weitere
Dichtung 45 vorgesehen. Die Arretiereinrichtung 23 ist hier teilweise in das Gehäuse
12 der Verstellpumpe 13
hineingezogen, wobei sie mit ihrem Gehäusedeckel
28 einen Teil des Pumpengehäuses 12 bildet.
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Die Befestigung erfolgt mittels Schrauben 46. Die gesamte Arretiereinrichtung
23 ist auf die Stellwelle 11 aufgeschoben, auf der sie über die Zylinderbuchse 24
mittels eines lösbaren Steckstiftes 47 befestigt ist. Dadurch läßt sich die Arretiereinrichtung
23 fertig montieren und erst bei der Justierung der Stellängen beider Stellwellen
10,11 auf eine der Stellwellen aufschieben.
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In der gezeigten Stellung der Arretiereinrichtung 23 erfolgt eine
mechanische Arretierung der Stellwelle
11 durch die mittels Federkraft
gegen den Anschlagring 25 gepreßten Zylinderringe 33 und
34, die sich über die Federn 35, 36 gegen den feststehenden Zylinder 26 abstützen.
Gegenüber der feststehenden Stellwelle 11 kann die Stellwelle 10 über
das Federelement 15 an der Kopplungsstelle 14 in beiden Richtungen verschoben werden.
Soll nun die Arretierung der Stellwelle 11 gelöst werden, so wird ein Druckmittel
über die Verbindungsleitung 37, den Kanal 38 und die von diesem abzweigenden Einzelkanäle
39 in den Zwischenraum 30 geführt. Dadurch werden die Zylinderringe 33, 34 entgegen
ihrer Federvorspannung beidseitig von dem Anschlagring 25 weggedrückt, bis sie ihre
Endanschläge erreichen. Der Verschiebeweg der Zylinderringe ist dabei so gewählt,
daß er dem zur maximalen Pumpenverstellung erforderlichen Steilweg entspricht. Somit
ist der Anschlagring 25 und damit die Steilwelle 11 gegenüber dem festen Zylinder
26 verschiebbar. Die Entkopplung ist dadurch beseitigt. Bei eventuellen Störungen
in der Arretiereinrichtung 23 kann eine zusätzliche Kopplung bzw. Entkopplung mit
Hilfe des lösbaren Steckstiftes 47 vorgenommen werden.