DE2433530A1

DE2433530A1 - Steuersystem fuer eine rotierende kupplung

Info

Publication number: DE2433530A1
Application number: DE2433530A
Authority: DE
Inventors: George Sumner Bull; Charles Henry Herr; Gunter Werner Schulz
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1973-09-04
Filing date: 1974-07-12
Publication date: 1975-03-06
Also published as: GB1457949A; NL7408899A; US3872956A; CA1007185A; JPS5053754A

Description

Patenten wa 11 Dipl. Ing. H. J. Hübner 896O Kempten/Allg.

Lindooer Str. 32 · Teleton 083t/2J»i

H

Steuersystem für eine rotierende Kupplung

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine rotierende Kupplung in einem motorbetriebenen Antriebssystem, die ein rotierendes GehSuse aufweist, das mit einer Bohrung versehen ist, in der ein verschiebbarer Betätigungskolben zum Einrücken der Kupplung angeordnet ist, wobei der Kolben mit dem Gehäuse eine BetKtigungekaeeer bildet»

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Eines der Hauptprobleme mit motorbetriebenen Antriebssystemen für verschiedene Fahrzeuge, Schiffe oder dergleichen sind die diversen Erfordernisse für die Aufteilung der Kraft auf die Antriebswelle des Antriebssystems und auf die motorbetriebenen Hilfseinrichtungen unter einer Vielfalt von Arbeitsbedingungen. Zum Beispiel ist es beim engen Manövrieren eines Fahreeuges in einer gegebenen Antriebsübersetzung oft notwendig, die Motorgeschwindigkeit zu reduzieren um den benötigten Grad von Kontrolle und Sicherheit zu gewährleisten. Bedauerlicherweise wird die vom Motor an die Hilfsausrüstung abgegebene Kraft durch verschiedene Kraftabnahmemechanismen ebenfalls reduziert, wenn die Motorgeschwindigkeit reduziert wird. Dies baut den generellen Nutzeffekt der Hilfsausrüstung einschilesslieh der Leistungsabgabe und der Reaktionsgeschwindigkeit wesentlich ab mit dem bedrückenden Resultat, dass die Gesamtwirksamkeit des Fahrzeuges verringert wird. Eine Hauptanforderung an ein solches Antriebssystem und das dazugehörige Kontrollsystem ist daher die Fähigkeit,wesentlich weniger Kraft an die Antriebswelle bei relativ hohen Motorgeschwindigkeiten abzugeben, um die Hilfsausrüstung mit einem relativ wirksamen Geschwindigkeitsanteil anzutreiben und gleichzeitig das Fahrzeug relativ langsam zu bewegen.

Ein anderes Hauptproblem liegt in der Notwendigkeit,die Kupplung des Antriebssystems beim Schalten in ein neues Uebereetcungsverhältniss oder bei der Durchführung einer Richtungsänderung glatt aus-und einzurücken· Bei den Kupplungen die einen hydraulisch betätigten Kolben und eine Anzahl von sich Überlappenden Lamellen aufweisen, ist es notwendig, den Energieabsorbtionswert in den Kupplungen bei solchen momentanen Umständen zu minimalisieren, um die Lebensdauer der Lamellen zu verlängern und gleichzeitig eine relativ ansprechbare Umachaltgeschwindigkeit für einen

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schnellen Arbeitszyklus zu erreichen,, Es sind hochentwickelte und teuere automatische Steuersysteme entwickelt worden, um das Einrücken von solchen Kupplungen zu dämpfen,aber auch diesen Systemen gelingt es nicht den Energi·- absorbtipnswert zur Motorgeschwindigkeit zu proportionieren oder der Bedienungsperson die volle Kontrolle der EinrUckgeschwindigkeit durch Betätigung eines manuell bedienbaren Getriebekontrollheb@ls oder dergleichen zu erlauben. Bisher wurde im wesentlichen eine relativ rasche Kupplungs-EinrUckgeschwindigkeit angewendet die zum Beispiel einer Vorwärts-RUckwärtsschaltüng bei maximaler Motorgeschwindigkeit entspricht. Solch ein System ist unter einer Anzahl von Arbeitsbedingungen allzu ansprechbar und um den notwendigen Grad von Kontrolle und Sicherheit zum engen Manövriersn des Fahrzeuges wiederzuerlangen, ist die Bedienungsperson genötigt, dia Motorgeschwindigkeit zu reduzieren, was zu den vorerwähnten, unerwünschten Resultaten führt.

Verschieden aentrifugalgesteuerte Reibungskupplungen wurden bisher vorgeschlagen, die durch Steuerung der Bedienungsperson kontinuierlich schleift, um die Kraft auf separate Kraftwege aufzuteilen. Ein Beispiel eines solchen Kupplungs- Steuersystems wird in der U.S.Patentschrift 3.352.395 gezeigt.Solche Steuerungen benötigen zentrifugale Dosierventile,die relativ empfindlich auf Geschwindigkeitsänderungen reagieren und die in ihrer Konstruktion komplex sind, um den gewünschten Steuerungegrad zu erreichen. Durch solch ein Dosierventil wird ein relativ hoher Flüssigkeitsdruck in eine komplett geschlossene Kolbenbetätigungskaminer geleitet, wodurch die verschiedenen Kupplungselsaente und deren Steuerung harte Betriebsbedingungen ausgesetzt sind,, die deren Lebensdauer verringert.

Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Probleaen tendieren Steuerey-

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sterne für rotierende Kupplungen dazu^in der eingerückten Stellung zu verbleiben, auch nachdem der Druck von der Steuerquelle nachlasst, da die Flüssigkeit durch die Zentrifugalwirkung oft in der Betätigungskammer hinter der Kupplung eingeschlossen wird. Daher ist eine andere Forderung an ein wünschenswertes Kupplungssteuersystem die Fähigkeit solche eingeschlossene Flüssigkeit freizugeben.

Es ist ebenfalls bekannt, dass das Einrücken einer Kupplung bei niederen Hotorgeschwindigkeiten auf Grund der unmittelbaren Belastungen in einem Abwürgen des Motors resultiert . Demzufolge ist es aus Gründen der Sicherheit weiter wünschenswert, das durch die Kupplung übertragene Drehmoment bei niederen Motorgeschwindigkeiten automatisch auf niedere Werte zu begrenzen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe Bugrunde, ein Steuersystem für eine rotierende Kupplung zu schaffen, bei dem die vorstehend beschriebenen Nachteile der bekannten Steuersysteme vermieden werden.

Die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe ist gekennzeichnet durch eine unter relativ geringem Druck stehende Flüssigkeitsquelle, durch Steuerventilmittel für eine stufenlos regulierbare Zufuhr der Flüssigkeit zu einer Betätigungskammer,in der auf die Flüssigkeit wirkende Zentrifugalkräfte den Betätigungskolben in eine Richtung zum Einrücken der Kupplung drücken und durch Auaströmmittel im Gehäuse.die mit der Betätigungskammer in Verbindung stehen, um ein durch Zentrifugalkräfte bewirktes, kontrollierbares und kontinuierliches Ausströmen von Flüssigkeit aus der Betätigungskammer zur Verringerung des Druckeffektes der Flüssigkeit auf den Betätigungskolben zu gestatten, um ein teilweises Einrücken der

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Kupplung, speziell bei hohen Hotorgeschwindigkeiten zu erreichen, was eine unverha'ltnissmässig kleinere Antriebsgeschwindigkeit bei jeder Einstellung der Steuerventilmittel unter einer vorbestimmten Maximalelnstellung bewirkt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Betätigungskammer radial zum Innern des Gehäuses offen, wobei die Kupplung allein durch ein, von den Zentrifugalkräften in der Betätigungskammmer geformtes Flüssigkeitspolster einrückbar ist.

Vorzugsweise sind zwischen dem Gehäuse und dem Betätigungskolben Federmittel angeordnet, die beim Fehlen von ausreichenden, in der Betätigungskammer auf die Flüssigkeit wirkenden Zentrifugalkräften, die Kupplung ausrücken.

Die Erfindung wird nun anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden und zwar zeigt t

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Schiffsschrauben-Antriebssystems und eines Getriebes, in dem das Kupplungssteuersystem der vorliegenden Erfindung enthalten ist,

Fig.2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe rotierende Kupplung,

Fig.3 einen teilweisen, vergrösserten Schnitt durch die untere Hälfte der Figur 2,

Fig.4 ein Diagramm über das VerhKltnisa von Kupplungskapazität und Kraftbedarf für ein Schiffsschraubensystem in PS zur Motordrehzahl in Umdrehungen pro Hinute und

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Fig. 5 einen vergrösserten Teil des Diagramms nach Fig. 4.

Bin generell mit 10 bezeichnetes Steuersystem für eine rotierende Kupplung ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich, in der Umgebung eines Schiffsantriebssytems 12 angeordnet, das ein Schiffsgetriebe 14 enthält. Ein Motor 16 gibt Über ein Antriebsteil 18 ein Drehmoment an das Schiffsgetriebe 14 ab, und treibt direkt sowohl Hilfseinrichtungen 20, wie etwa Fischnetzwinden oder dergleichen, als auch eine hydraulische Pumpe 22 an . Ein Kupplungssteuerventil oder Getriebesteuerung 24 erhält durch eine Einlassleitung 26 von der Pumpe 22 unter Druck stehende Flüssigkeit und führt diese unter kontrollierten Bedingungen durch eine Anzahl von Leitungen 28 dem Getriebe 14 zu. Diese Anzahl von Flüssig -keitssteuerleitungen 28 zum Getriebe 14 enthalten im Einzelnen eine Vorwärtskupplung-ZufUhrleitung 30 und eine Rückwartskupplung-ZufUhrleitung 32. Mit der Getriebesteuerung 24 ist ein manuell bedienbarer Geschwindigkeits- und Richtungseteuerhebel 34 verbunden, der eine zentral angeordnete neutrale Position N und auf jeder Seite davon,eine Vorwärts- und RUckwärtsposition F und R zur Steuerung der Durchflussmenge von der Einlassleitung 26 zu den Vorwärts - und RUckwSrtskupplung-ZufUhrleitungen 30 und 32 aufweist, wie dies nachstehend beschrieben wird.

Eine rotierende Kupplung 36, die eine vorwartsrotierende Kupplung 38 und eine rUckwBrtsrotierende Kupplung 40 enthält, ist am Eintrittsende des Schiffsgetriebes 14 angeordnet um die Kraft wahlweise an eine Schiffsschrauben«· Antriebswelle 42 abzugeben. Die rotierende Kupplung 36 wird vom Motor 16 und von der Antriebswelle 18 Über ein Antriebszahnrad 46 angetrieben;wie dies aus Figur 2 ersichtlich ist. Die an das Antrlebaaahnrad 46 abgegebene

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Kraft verursacht ein Rotieren der Kupplung 36 um die Längsachse X. Anschliessend wird die Antriebskraft an eine Vorwärtsantriebswelle 48 oder eine RUckwärtsantriebswelle 50 abgegeben, wobei jeweils die Vorwärtskupplung 38 oder die RUckwärtskupplung 40 eingerückt ist. ' Diese zwei Antriebswellen 48 und 50 sind durch ein Getriebe, von der in der U.S.Patentschrift 3,566,707 gezeigten Art, mit der Schiffsschrauben-Antriebswelle 42 des Antriebssystems 12 gekuppelt.

Im Einzelnen enthält die rotierende Kupplung 36 in einer Reihenfolge im Wesentlichen das Antriebszahnrad 46 einen Antriebsring 52 für die RUckwärtskupplung 40, einen Kupplungskolben-Aufnahmezylinder 54 einen Antriebsring 56 für die Vorwärtskupplung 38 und eine Endplatte 58, die durch eine Anzahl von peripherisch angeordneten, längsgerichteten Bolzen 60 und einer korrespondierenden Anzahl von Muttern 62 zusammengehalten sind. Im Innern ist die RUckwärtskupplung 40 angeordnet, die eine Anzahl von aussenverzahnten Kupplungsplatten 64„ welche auf einer korrespondierenden Anzahl von an der inneren Peripherie des Antriebsringes 52 angeordneten Antriebszähnen 64 axial verschiebbar sind, und eine Anzahl von innenverzahnten Kupplungsscheiben 68 aufweist, welche auf einer gleichen Anzahl von an der äusseren Peripherie der Rückwärts antriebswelle 50 angeordneten Antriebszähnen 70 axial verschiebbar sind. In gleicher Weise enthält die Vorwärtskupplung 38 eine Anzahl von aussenverzahntem Kupplungsplatten 72, welche auf einer Anzahl von an der inneren Peripherie des Antriebsringes 56 angeordneten Antriebszähnen 74 axial verschiebbar sind und eine Anzahl von innenversahnten Kupplungsscheiben 76, die auf einer gleichen Anzahl von an der äusseren Peripherie der Vorwärtsantriebswell© 48 angeordneten Antriebszähnen 78 axial ver-

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schiebbar sind. Eine Anzahl von Lagern 80, 82 und 84 sind auf die übliche Weise zwischen der rotierenden Kupplung 36 und den Antriebswellen 48 und 50 angeordnet, um eine relative Rotation zwischen diesen zu erlauben. Ein weiteres, gleiches Lager 86 ist auch zwischen der Vorwärtsantriebswelle 48 und einem stationären Gehäuse 88 angeordnet, um die rotierende Kupplung 36 zusätzlich abzustutzen.

Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich, enthalt der Kolbenaufnahmezylinder 54 ein Paar von symetriechen, gegenüberliegenden und axial nach aussen gerichteten Kolbenaufnahmebohrungen 90 und 92, zwischen denen eine radial nach innen gerichtete Mittelwand 94 angeordnet ist, die eine innere Bohrung 96 aufweist. Jeder der Kupplungseinheiten 38 und 40 ist mindestens eine axial nach aussen gerichtete, radial nach innen angeordnete bogenförmige Ausnehmung 98 zugeordnet. Wie aus Figur 3 ersichtlich, weist jede Ausnehmung 98 eine Flttssigkeits- Ueberströmkante 100 auf, die die in einem Radius R1 von der la'ngsgerichteten Uebertragungsachse X entfernt ist. Jede überschüssige Flüssigkeit, die angrenzend an die Mittelwand in der rotierenden Kupplungseinheit 36 eingeschlossen ist, steht mit solches bogenförmigen Ausnehmungen 98 in Verbindung und kann über die Ueberstr&mkante 100 und durch eine Eatlastungsbohruug 104 radial natjh auesen fliessea_e

Der Kolbenaufnahmesylinder 54 enthält ferner mindestens eine Ausströmöffnung 106 für jede der Kupplungseinheiten 38 und 40. Solche Ausströmöffnungen 106 weisen eine vorbestimmte Grosse auf, um einen relativ begrenzten Durchfluss von Flüssigkeit zwischen jeder der Bohrungen 90 und 92 radial an deren Peripherie angrenzend und axial nach aussen an die Mittelwand 94 angrenzend zu gestatten, um Flüssigkeit aus der rotieren-

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den Kupplung 36, radial nach aussen abzuleiten. Vorzugsweise leiten die* Austrb'möffnungen 106 die Flüssigkeit in die Entlastungsbohrung 104 ab. Der Kolbenaufnahmezylinder 54 enthält auch wie aus Figur 2 ersichtlich in diametral gegenüberliegender Beziehung ein Paar von im wesentlichen radial gerichteten Ablaufventilbohrungen 110. Jede dieser Bohrungen 110 weist einen Abflusskanal 112 und Flüssigkeits-Zuführkanal 114 auf, die mit diesen in axialer Verbindung stehen. Die ZufUhrkanäle 114 stehen mit den vorwerwähnten ZufUhrleitungen 30 und für die Vorwärts- und RUckwärtskupplung 38. und 40 durch dazwischenliegende, übliche Kreislaufkanäle in Verbindung, wie das durch eine Anzahl von Strömungspfeilen 116 für_x die Vorwärtskupplung 38 repräsentativ gezeigt ist.

In den Bohrungen 90 und 92 des Kolbenaufnahmezylinders 54 wird ein Vorwärtskupplung- Betätigungskolben 118 beziehungsweise ein Rück -wärtskupplung- Betätigungskolben 120 aufgenommen, die zusammen mit der Hittelwand 94 eine radial nach innen offene Vorwärtskupplung- Betätigungskammer 122 und eine gleiche RUckwärtdkupplung-Betätigungskammer 124 bilden. Wie repräsentativ in der oberen linken Hälfte von Figur 2 gezeigt, enthält jeder der Betätigungskolben 118 und 120 eine Anzahl von axial nach aussen gerichteten zylindrischen Ausnehmungen 126, die zur Aufnahme einer gleichen Anzahl von relativ leichten KolbenrUckführfedern 128 ausgebildet sind. Diese Federn 128 werden ebenfalls in korrespondierenden, gegenüberliegenden Ausnehmungen in den Antrieberingen 52 und 56 aufgenommen und stellen ein positives Ausrücken der Kupplung in Abwesenheit eines ausreichenden, entgegenwirkenden FlUssigkeitsdruckes in den Betätigungskammern 122 und 124 sicher · Um die äussere Peripherie von

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jedem axial verschiebbaren Betätigungskolben 118 und 120 ist ein ringförmiger Dichtungsring 130 angeordnet, der ein im wesentlichen flUssigkeitadichtes Verhältnis zwischen den Betätigungekolben 118 und 120 und den Bohrungen 90 und 92 herstellt. Wie in der unteren rechten Hälfte der Figur 2 ebenfalls repräsentativ dargestellt, enthält jeder der Betätigungskolben 118 und 120 eine Anzahl von axial nach aussen gerichteten Sackbohrungen 132, in denen eine korrespondierende Anzahl von axial gerichteten Stiften 134 verschiebbar angeordnet sind, die fest mit den Antriebsringen 52 und 54 verbunden sind, sodass eine axiale Gleitbewegung der Betätigungskolben 118 und 120 gestattet, aber jede Rotationsbewegung zwischen diesen verhindert wird.

Vie am besten aus Figur 3 ersichtlich, weist jeder der Betätigungs -kolben 118 und 120 eine Anzahl von axialen VorsprUngen 136 auf, die nach innen auf die Hittelwand 94 gerichtet sind, um einen vorbestimmten, minimalen axialen Abstand D zwischen den Betätigungskolben 118, 120 und der Hittelwand 94 herzustellen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dasβ eine ausreichende KinimalgrQsse der Betätigungskamaern 122 und 124 für ein positives und rasches Einrücken der Kupplungseinheiten 38 und 40 gegeben ist.

In jeder der Ablaufventilbohrungen 110 ist ein Schnellablauf -Steuerkolben 138 angeordnet, der in radialer Richtung zur Achse X frei verschiebbar gelagert ist. In der radial nach innen gerichteten Fositition des Steuerkolbens 138, wie im unteren Teil der Figuren 2 und 3 gezeigt, ist die Betätigungskammer 122 zua Abflusskanal 112 blockiert, während eine zentral ia Steuerkolben 138 angeordnete Durchflussbegrenzungsbohrung 140

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eine direkte Verbindung fUr die Flüssigkeit zwischen dem Zufuhrkanal 114, der Durchflussbegrenzungsbohrung 140 und der BetKtigungskammer herstellt. Um einen aktiven Betriebszustand für die Vorwartskupplung 38 zu erzielen, wird der Steuerhebel 34 gegen die in Figur 1 gezeigte VorwHrtiposition F bewegt. Damit wird bewirkt, dass die Getriebesteuerung 24 die von der Einlassleitung 26 kommende Flüssigkeit zur Vorwärtskupplung-ZufUhrleitung 30 und durch den von den Pfeilen 116 angezeigten Kreislauf zur Bohrung 110 leitet , sodass der Zentrifugaleinfluss auf den Schnellablauf-Steuerkolben 138 überwunden wird, der dazu tendiert, den Steuerkolben 138 nach aussen zu drängen . Auf der anderen Seite ist der gleiche, diametral gegenüberliegende Schnellablauf-Steuerkolben 138, der mit der RUckwärtskupplung 40 in Verbindung ateht, in einer Stellung, in der die Flüssigkeit ablaufen kann_p wie am besten aus dem oberen Teil der Figur 2 ersichtlich ist. Da der Schnellablauf-Steuerkolben 138 in der RUckwärtskupplung 40 keinem Zufuhrdruck in der Rückwärtskupplung-ZufUhrleitung 32 und dem dazugehörenden Zufuhrkanal 114 ausgesetzt ist₉ wird dieser durch die auf die rotierend® Kupplungseinheit 36 wirkende Zentrifugalkraft nach aussen gedrückt„ wo dieser gegen eine Platte 142 anstösst, die mittels einer Anzahl von Bolzen 144 abnehmbar auf der Oberfläche 102 des Kolbenaufnahmezylinders 54 befestigt ist₀ In dieser Stellung des Steuerkolbens 138 steht der Abflusskanal 112 über die Bohrung 110 in direkter Verbindung mit der Betätigungskammer 124,wodurch im wesentlichen die ganz» darin enthaltene) Flüssigkeit schnell durch die Bohrung und den Abflusakanal 112 radial nach aussen fliessen kann«, Bei der im unteren Teil der Figur 2 gazeigten, eingerückten Vorwärtskupplung 38 wird die Flüssigkeit entlang dam mit den Pfeilen 116 bezeichneten Weg und durch

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die Durchflussbegrenzungsbohrung 140 der Betätigungskammer 122 der VorwSrtskupplung 38 zugeleitet und wird durch eine oder mehrere der Ausströmöffnungen 106 nach aussen abgeführt. Bei einer gesteuerten Begrenzung der dem Schnellablass-Steuerkolben 138 zügeführten Flüssigkeitssenge reicht die durch die Ausströmöffnung 106 abfliessende Flüssigkeitsmenge aus, um ein Zwischenniveau von Flüssigkeit in der BetStigungskammer aufzubauen. Wie am besten aus Figur 3 ersichtlich, kann sich solch ein Flüssigkeits-Zwischenniveau von der Bohrung 90 radial nach innen bis zu einer radialen Distanz R2 von der Achse X erstrecken, die grosser ist als die von der Ueberströmkante 100 in der Hittelwand 94 gebildeten Distanz R1. Folgedessen kann der effektive innere Radius der Flüssigkeit variiert werden, um ein stufenlos regulierbares Flüssigkeitspolster zu erreichen, sodass durch die Reaktion eines solchen Flüssigkeitspolster auf den BetStigungskolben 118 der Vorwärtskupplung 38 ein kontinuierliches teilweises Einrücken der Vorwärtskupplung 38 über einen weiten, der Einstellung des Steuerhebels 34 entsprechenden Bereich erreicht wird.

Da die Lager 80, 82, 84 und 66 der rotierenden Kupplung 36 und die verschiedenen Elemente der VorwHrts- und Rückwgrtskupplung 38 und 40 in üblicher Weise kontinuierlich geschmiert werden, um deren Lebensdauer zu verlängern, ist ein Oelabschirmschild* 146 durch eine Anzahl Bolzen 148 abnehmbar an der Ruckwertsantriebswell· 50 befestigt« Dieses Oelabschimschild ist in einer im wesentlichen axial ausgerichteten, nach aussen erweiterten Beziehung zur Mittelwand 94 angeordnet, ua die Vorwärts- und Rückwärtsbetätigungskanmern 122 und 124 absudecken * sodass sichergestellt ist, dasa keine Schwerflüssigkeit Zugang su den Betätigungskaanern

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122 und 124 hat» wo diese andernfalls den kontrollierten Strömungszustand nachteilig beeinflussen konnte. Eine Anzahl von anderen Flüssigkeitsabströmb'ffnungen in der rotierenden Kupplung 36 ₉ die generell mit 150 bezeichnet sind, dienen zur Vergrößerung der radialen und axialen Bewegung der SohmierflUssigkeit von den Betatigungskammern 122 und 124 weg.

Sie Wirkungsweise der Erfindung wird nun anhand der nachstehenden Be Schreibung näher erläutert werden.

Wenn sich der in Figur 1 gezeigte Getriebesteuerhebel 34 in seiner vorderen Position 7 befindet, führt die Getriebesteuerung 24 Flüssigkeit mit einer vorbestimmten, maximalen Durchflussmenge durch die Zuführleitung 30 und die Kanäle 114 der Ablaufventilbohrung 110 Su. Wie am besten aus Figur 3 ersichtlich» drückt di© Flüssigkeit den Schnellablauf-Steuerkolben 138 entgegen der auf die rotierende Kupplung 36 wirkende Fliehkraft radial nach innen und fliesst durch die DurchstrtSmbsgrenzungsuffnung radial nach innen in dia Betätigungskasaer 122 der Vorwärtskupplung 38· Da der Betätigungskammer 122 sine saziaale Durchflussmenge zugeführt wird, und eine oder mehrar© der Ausströmöffnung^ 10S nur eine vorbestinnate, kleiners Menge von Flüssigkeit im wesentlichem radial nach aussen aus der Betätigungskammar 122 ausströmen lassen, hält die Zunahme des Flüasigkeitsriivaaus radial nach innen an„ bis der MinisaumraSius bei R1 erreicht ist· An diesem Funkt,der einer voll eingerückten. Vorwärtskupplung 33 entspricht, wird überschüssig© Flüssigkeit der b®g©af$mig®n Ausnehmung 98 über die Usberströmkant® 100 sugaleitet und kann dnarete ©in® ©der mehrere de? Entlastung@b©hnaEg©a 104 radial aasfa amasea afefli©sis®E<,' Sie g^Saeer© radiale

Distanz der TJeberströmkante 100 gegenüber der inneren Bohrung 96 der Wand 94 stellt sicher, dass sich Jede überschüssige Flüssigkeit nicht axial weiterbewegen kann, wo andernfalls solch ein Ueberfliessen die■ angrenzend angeordnete RUckwärtskupplung-Betätigungskammer 124 nachteilig beeinflussen könnte. Des weiteren begrenzt die Grosse der Durchflussbegrenzungsöffnung 140 die maximale FlUssigkeitsmenge, die der Betätigungskammer 122 zugeführt werden kann und demzufolge wird auch die abströmende UeberschussflUssigkeit begrenzt. Dies verringert die Menge der zirkulierenden Flüssigkeit, die während der gleichmässigen Kupplungsleistung notwendig ist und erhöht die Betriebssicherheit des Systems.

Bei der obenerwähnten maximalen FlUssigkeitsmenge oder beim maximalen Flüssigkeitspolster in der Betätigungskamiaer 122 ist die zum Andrücken der sich überlappenden Kupplungsplatten 72 und Kupplungsscheiben 76 auf den Betätigungskolben 118 der Vorwärtskupplung 38 wirkende Totalkraft direkt proportional zur Drehzahl der Kupplunge -einheit 36. Dieses Verhältniss ist generell durch das Diagramm der Figur gezeigt, in dem die mit A bezeichnete strichpunktierte Kurve die maximale Kupplungsleistung in FS in Bezug auf zunehmende Motordrehzahl in Umdrehungen pro Minute zeigt. Die Kurve A berücksichtigt die Tatsache, dass der Betätigungskolben 118, 120 durch die RUckfUhrfedern 128 in AusrUck -richtung gedrückt wird, sodass eine relativ feste Federkraft von der Kraft der Fliehkraftflüssigkeitssäule in der Betätigungskammer 122, subtrahiert werden buss, um bei der effektiven oder resultierenden Leistungskurve A ansukouMn ·

Wenn das Schiffeantriebseysfcea 12 einen saximalen FS Bedarf aufweist, wie

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er durch die voll ausgezogene Kurve B im Diagramm der Figur 4 und speziell im vergrtSsserten Abschnitt dar Figur 5 dargestellt ist, wird ihr Schnittpunkt mit der resultierenden Leistungskurve A als Rutschpunkt C bezeichnet. Wenn die Drehzahl des Motors 16 durch die Übliche Betätigung des nicht gezeigten Gashebels sum Beispiel auf einen relativ niederen Wert eingestellt wird, dann kann der Antriebssystembedarf Über der Leistung des Motors 16 liegen und das voll aufgefüllte Oelpolster in der Betätigungskammer 122 der Vorwärtskupplung 38 ist nicht ausreichend um die Kupplung 38 voll eingerückt zu halten „ Dieser Zustand des kontinuierlichen Rutschens der Kupplung 38 tritt im gegebenen Beispiel unter einer Motor— drehzahl von 357 U/min auf, wobei dieses Rutschen der Kupplung 38 eine •Ueberbelastung des Motors 16 verhindert. Infolgedessen dient die rotierende Kupplungseinheit 36 als eine Sicherheitsvorrichtung um bei niederen Motordrehzahlen eine Ueberbelastung des Motors 16 durch Verringerung der Kraftübertragung auf die Schiffsschraube 44 in einer kontrollierten Art zu verhindern.

Während die Drehzahl des,Motors 16 durch die Betätigung des Gashebels reduziert werden kann um die auf die Schiffsschraube 44 übertragene Energie zu verringern, kann die Leistung der vom Motor 16 direkt angetriebenen Hilfsausrüstung 20 und der Pumpe 22 nachteilig beeinflusst werden, indem diese langsamer ansprechen und eine schlechtere Leistung erbringen. Das Steuersystem der vorliegenden Erfindung erlaubt aber ©in genaues Regulieren der Durchflussmeng© zu und von den Betätigungskammern 122 oder 124 um eine verringerte KuppXungsleistung su erreieh@n, die ein kontrolliert·· Rutschen der Kupplung 38 ©d©i> 40 und damit wenigst Kraft sur Sohlffatohraub·

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gestattet, während die Geschwindigkeit des Motors 16 beibehalten wird. Wie am besten aus Figur 1 ersichtlich, kann der Steuerhebel 34 in eine Position zwischen den Positionen P und R der maximalen Vorwärts- und RUckwärts-Durchflussmenge und der zentral angeordneten, neutralen Position N gebracht werden, wie dies durch die unterbrochenen Linien beispielsweise dargestellt ist. Durch dieses Zwischeneinstellen des Steuerhebels 34 kann die der vorderen Betätigungskammer 122 zugeftlhrte Durchflussmenge begrenzt werden, sodass der in Figur 3 gezeigte Flüssigkeitsradius R2 erreicht wird. Das Steuersystem der vorliegenden Erfindung erlauht dadurch eine genau regulierte Abnahme des FlUssigkeitspolsters in der Betätigungskammer 122 oder 124 vom maximalen inneren FlUssigkeitsradius R1,der der vollen Vorwärts- oder Rückwärtsposition des Steuerhebels 34 entspricht, auf einen dazwischenliegenden , inneren FlUssigkeitsradius R2 , da die Durchflussmenge in die Betätigungskammer 122 oder 124 stufenlos variierbar mit der durch die Ausstrumöffnungen 106 abfliessenden Durchflussmenge abgestimmt ist. Diese Abstimmung wird durch die allmähliche Bewegung des Steuerhebels 34 durch die Bedienungsperson erreicht, wobei es nicht notwendig ist, dass die Bedienungsperson den Steuerhebel 34 in eine neutrale Position zurückbringt, um die radial nach innen offene Betätigungskamaer 122 oder 124 völlig zu entleeren, bevor eine solche Zwischenposition des Steuerhebels 34 eingestellt und die Grosse des FlUeeigkeitspolsters aufgebaut wird, wie dies ohne die Ausströmöffnungen 106 der Fall sein würde. Solch ein schmaleres Flüssigkeitspolster in der Betätigungskammer 122 oder 124 resultiert demzufolge in einer.in den Figuren 4 und 5 gezeigten, unterbrochenen Kupplungsleistungskurve D. Mit der gleichen PS-Bedarfkurve B ergibt sich ein neuer Rutschpunkt E, der darauf hinweist, dass die Vorwärtakupplung 38 bei einer höheren Motordreh-

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zahl rutscht. Dies gibt dem FS-Bedarf der Hilfsausrüstung 20 und der Pumpe 22 eine grössere Priorität, als dem PS-Bedarf der Schiffsschraube 44. Diese Flexibilität in der Kraftaufteilung ist besonders erwünscht, wenn das Schiff eng manövrieren muss und wenn ein relativ hoher PS - Bedarf der Hilfsausrüstung 20 gedeckt werden muss.Der leicht variierbare inner· Radius des Flüssigkeitspolster in den Betätigungskamnern 122 und 124 erlaubt eine präzise Abstimmung der Kupplungsleistung auf den spezifischen Kraftbedarf des Schiffsantriebssystems 12 einschliesslich der Schiffsschraube 44> der Hilfsausrüstung 20 und der Pumpe 22.

Das Einstellen des Steuerhebels 34 in die neutrale Position N bewirkt, dass durch Entleeren der Vorwärtskupplung-ZufUhrleitung 30 der den Schnellablauf-Steuerkolben 138 radial nach innen drückende Flüssigkeitsdruck nachlässt, wodurch sich der Steuerkolben 138 schnell radial nach aussen in seine Anschlagposition an der Platte 142 bewegen kann. Die Flüssigkeit in der Betätigungskammer 122 kann dann relativ rascher und freier durch die Abflussöffnungen 112 abfliessen als durch die Ausströmöffnungen 106j wenn der Steuerkolben 138 und di· Abflusskanüle nicht vorhanden wären. Demzufolge erlaubt das Steuersystem sowohl ein SchnellausrUcken als auch ein progressiv gesteuertes Ausrücken der Kupplung 38 oder 40 das dann auftritt, wenn der Stauerhebel 34 langsam von der vollen Vorwärtsposition F in die neutrale Position H bewagt wird«

Ungeachtet einer schnellen Bewegung des Steuerhebels 34 von der Vorwärtsppsiton F in die RUckwärtsposition R folgt dem unmittelbaren Ausrücken der Vorwärtskupplung 38 ein wünschenswert glattes und kontrolliertes.Einrücken der RückwKrtskupplung 40. Sie Zuwachsrate des Flüssigkeitspolster·

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in der Betätigungskammer 124 hängt in erster Linie von der Grosse der Ausströmöffnungen 106, der Durchflussbegrenzungsöffnung 140 im Schnellablaufsteuerkolben 138 und der Drehzahl der rotierenden Kupplung 36 ab. Es ist daher zweckmässig die verschiedenen Oeffnungskennwerte des Kupplungskontrollsystems anzupassen, um die beim Vor- und Rückwärts -schalten auftretenden Stösse zu dämpfen oder andernfalls aufzufangen. Dies wird erstens durch das Vorsehen einer vorbestimmten, maximalen Durchflussmenge in und zweitens einer vorbestimmten, maximalen Durchflussmenge aus der Betätigungskammer 122 oder 124 erreicht.um demzufolge eine maximale Zuwachsrate des Flüssigkeitspolsters in der Betätigungskanaer 122 oder 124 zu bewirken. Bei einer erfolgreichen AusfUhrungsform des Kupplungssteuersystems weist die Durchflussbegrenzungsöffnung 140 einen Durchmesser von 4,8 ma auf, während eine einzelne Ausströmöffnung 106 einen Durchmesser von 2,4 am aufweist.

Das Kupplungssteuersystem der vorliegenden Erfindung sorgt für ein glattes EinrUcken einer rotierenden Kupplung 36 durch Ausnutzung der Zentrifugalkraft eines Flüssigkeitspolster, das den Betätigungskolben 118, 120 gegen eine Anzahl von sich Überlappenden Kupplungsscheiben 68, 76 und Kupplungsplatten 64, 72 drückt. Da die von der Flüssigkeit erzeugte Kraft entsprechend dea Zentrifugalgesets, ia Quadrat der Motordrehzahl variiert, wird das andernfalls mögliche , su schnelle EinrUcken der entgegengesetzt gerichteten Kupplung 38 oder 40,die damit mögliche Umkehr der Motordrehrichtung und damit ein Schaden verhindert. Dieses Merkaal ist speziell für ein Schiff vorteilhaft, indem eine solche Kupplung 36 als Schiffsschrauben. <-brems· während den Uakehrungen der Schiffeschraubendrehrichtung wirkt wodurch die Uakehrseit der Schiff sechraub« 44 ainiaalisiert wird. Die

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rotierende Kupplung 36 vermag des weiteren die Schiffsschraube 44 beim manövrieren in der Nähe von Hafenanlagen oder anderen Wasserfahrzeugen mit stufenlos variierenden, niederen Geschwindigkeiten zu drehen. Dies geschieht durch variieren des inneren Radius des Flüssigkeitspolster beim richtigen Einstellen des Steuerhebels 34 oder durch variieren der Motordrehzahl mit einem vollen Flüssigkeitspolster oder bei einer Kombination von beiden Operationen^wo eine relativ feine Steuerung notwendig ist. Während die vorhergehende Beschreibung ein Kupplungssteuersystem mit einem Schneilab lauf-Steuerkolben 138 für ein relativ rasches Ausrücken der Kupplung 36 unter bestimmten Antriebsanforderungen enthält, kann auch eine langsamere Ausrückgeschwindigkeit der Kupplung wünschenswert sein. Dies kann - ohne vom Prinzip der vorliegenden Erfindung abzuweichen- durch Weglassen des Schnellablauf-Steuerkolbens 138 und durch Anordnung des Betätigungskolbens 118, 120 in einer geschlossenen Bohrung 90 erreicht werden, sodass die nur durch eine oder mehrere der Ausströmöffnungen 106 aus der Betätigungskammer 122 oder 124 ausströmende Durchflussmenge das Ausrücken der Kupplung 38 oder 40 nach einer ausreichenden Reduktion der der Betätigungskammer 122 oder 124 zugeführten Flüssigkeit steuern würde. Nach Beendigung der Flüssigkeitszufuhr zur Betätigungskammer 122 oder 124 würde die Ausrückgeschwindigkeit der Kupplung 38 oder 40 in erster Linie durch die Grosse der. Ausströmöffnungen 106 bestimmt werden. BetätigungsflUssigkeit könnte der Betätigungskammer 122 oder von einer radial einwärts angeordneten Leitung oder dergleichen (nicht gezeigt) im wesentlichen unter Atmosphärendruck radial nach aussen zugeleitet werden. Jeder gewünschte innere Radius des Flüssigkeitspolsters könnte auf diese Weise durch Abstimmung der zugeführten Flüssigkeit durch

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solch eine radial nach innen angeordnete Leitung auf die durch die Ausströmöffnungen 106 aus der Bet&tigungskammer 122 o^er 124 ausströmenden Flüssigkeit beibehalten werden.-

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Claims

PATENTANSPRUECHE

Steuersystem für eine rotierende Kupplung in einem motorbetriebenen Antriebssystem, die ein rotierendes Gehäuse aufweist, das mit einer Bohrung versehen ist in der ein verschiebbarer Betätigungskolben zum BinrUcken der Kupplung angeordnet ist, wobei der Kolben mit des Gehäuse eine Betätigungskammer bildet, gekennzeichnet durch eine unter relativ geringem Druck stehende FlUssigkeitsquelle, durch Steuerventilmittel(24)fUr eine stufenlos regulierbare Zufuhr der Flüssigkeit zu einer Betätigungskammer (122,124) in der auf die Flüssigkeit wirkende * Zentrifugalkräfte den Betätigungskolben (118,12O) in eine Richtung zum Einrücken der Kupplung(38,40)drücken und durch Ausströmmittel (106) in Gehäuse(54), die mit der Betätigungskammer(122,124) in Verbindung stehen um ein durch Zentrifugalkräfte bewirktes, kontrollierbares und kontinuierliches Ausströmen von Flüssigkeit aus der Betatigungskammer (122, 124) zur Verringerung des Druckeffektes der Flüssigkeit auf den Betätigungskolben (118,120) zu gestatten, um ein teilweises Einrücken der Kupplungeeinheit (38, 40) , speziell bei hohen Motordrehzahlen zu erreichen, das eine unverhaltnissmässig kleinere Antriebsgesehwindigkeit bei jeder Einstellung der Steuerventilmittel (24) unter einer vorbestimmten Maximaleinstellung bewirkt.
2) Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungskammer (122,124) radial zum Innern dee Gehäuses (54) off« ist und dass die Kupplung allein durch ein von den Zentrifugalkräften in der Betätigungekammer (122,124) geformtes Flüssigkeitspolster ein-

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rückbar ist.
3) Steuersystem nach Anspruch 1 und 2,dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (52) und dem Betätigungekolben (118,12O) Federmittel (ΐ2β) angeordnet sind, die beim Fehlen von ausreichenden, in der Betätigungskammer (122,124) auf die Flüssigkeit wirkenden Zentrifugalkräften , die Kupplung (38,4θ) ausrücken.
4) Steuersystem nach den Ansprüchen 1 bis 3 · dadurch gekennzeichnet, dass von den Ausströmöffnungen (106) in einem radialen Abstand nach innen FlUssigkeitsüberlaufmittel (98,104) zum automatischen Abführen von überschüssiger Flüssigkeit aus der Betätigungskammer (122, 124) angeordnet sind, um das maximale Flüssigkeitspolster in der Betätigungskammer (122,124) zu bestimmen.
5) Steuersystem nach den Ansprüchen 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Steuerventilmitteln (24) und der Betätigungskammer (122,124) Zufuhrkanäle (114,11O) und Ablaufventilmittel (138) angeordnet sind, die mit dem rotierenden G_ehäuse (54) verbunden sind und dass mit den ZufUhrkanälen (HO) Ablaufkanäle (II2) in Verbindung stehen, um beim Fehlen einer ausreichenden Flüssigkeitszufuhr von den Steuerventilmitteln(24) zum vollen Einrücken der Kupplung,die Flüssigkeit unmittelbar aus der Betätigungskammer (122,124) abzuführen.
6) Steuersystem nach den Ansprüchen 1 bis 5 » dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmmittel (106) im Gehäuse (54) mindestens eine Ausströmöffnung (IO6) von vorbestimmter Grosse enthalten, die im wesentlichen in einer

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peripherisch ausgerichteten Beziehung zur Bohrung (9O) angeordnet ist, um aus der Betatigungskammer (122„ I24) kontinuierlich Flüssigkeit nach aussen abzuführen, wodurch die Grosse des Flüssigkeitspolster bei einer Reduktion der zugeführten Flüssigkeit von den Steuerventilmitteln (24) für ein nur teilweises Einrücken der Kupplung (38,40) reduzierbar ' ist.
7) Steuersystem nach den Ansprüchen 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventilmittel (24) ein manuell bedienbares Ventil zur stufenlos variierbaren Steuerung der der BetMtigungskammer (122,124) zugeführten Durchflussmenge enthält, die entgegengesetzt zu der durch die Ausströmöffnungen (IO6) aus dieser BetBtigungskammer (122,124) ausfliessende Flüssigkeit gerichtet ist, um sowohl ein volles Ein- und Ausrücken der Kupplung (38,40) als auch ein kontinuierliches teilweises Einrücken der Kupplung (38,40) zu gestatten.

θ) Steuersystem nach den Ansprüchen 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (36) zwei entgegengesetzt wirkende Betätigungskolben ( 118, 120) aufweist.

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