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Doppelschrauben-Z Antrieb für einen Schlepper Die Erfindung betrifft
einen Doppelschrauben-Z Antrieb für einen Schlepper.
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Wie an sich bekannt. ist, müssen Schlepper verschiedene besondere
Arbeiten ausführen können, wie z.B. auf der Stelle drehen, sich seitlich oder schräg
bewegen und mit langsamer Fahrt vorwärts und rückx,zärts fahren, damit sie in einem
begrenzten Hafenbecken Arbeiten ausführen können.
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Diese Funktionen werden bei herkömmlichen Schleppern mit
einem
sogenannten Doppelschrauben-Z Antrieb (Z type propelling means with twin shafts)
dadurch ausgeführt, daß die Vorschubrichtung der beiden Wellen gesteuert wird. FEir
eine Rriech-oder Bugsierfahrt mit kleiner Geschwindigksit müssen nämlich die Schrauben
in eine unterschiedliche Richtung bewegt werden, wie dies in der Fig.l dargestellt
ist, so daß ein Teil der Schubkraft nach außen abgeleitet wird, da eine langsame
Fahrt kaum erreicht werden kann, wenn die Schubkräfte in der Längsrichtung des Schiffsrumpfes
koinzidieren.
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Die Fig.1 zeigt einen Doppelschrauben-Z Antrieb, der zwei Schrauben
aufweist, die jeweils eine durch die Vektoren F1 bezeichnete Schubkraft erzeugen.
Die resultierende Schubkraft, die sich aus diesen beiden Komponenten F1 zusammensetzt,
ist durch den Vektor F bezeichnet. Bezeichnet man den Winkel, unter welchem die
Wellen der Schrauben gegenüber der Längsachse des Schlepperrumpfes geneigt sind,
mit e, dann ergibt sich die resultierende Schubkraft F aus der folgenden Gleichung:
F = 2F1 cos e Wenn der Schlepper mit einer Geschwindigkeit manövriert werden muß,
die kleiner als diejenige Geschwindigkeit ist, die sich aus der Addition der Schubkräfte
F1 ergibt, die sich bei einer minimalen Drehzahl der Hauptantriebsmaschine ergeben,
dann wird der Winkel e so gewählt, daß eine Feineinstellung der resultierenden Schubkraft
F erfolgt. Diese Art der Steuerung der Schubkraft ist jedoch nachteilig, da eine
starke Wasserströmung zur Schlepperseite erzeugt wird, welche die umliegenden Boote
egtreibt oder bewirkt, daß diese Boote gegeneinanderstoßen oder daß Fischernetze
zerrissen werden.
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Die Erfindung ist deshalb darauf gerichtet, einen verbesserten Doppelschrauben-Z
Antrieb für einen Schlepper zu schaffen, der einen langsamen Antrieb des Schlepoers
für eine Kriech- oder Bugsierfahrt ermöglicht, ohne daß die Schraubenrichtung geändert
werden muß. Ferner ist die Erfindung darauf gerichtet, einen Doppelschrauben-Z Antrieb
zu schaffen, der über den gesamten Fahrbereich und über den Kriech- oder Bugsierfahrbereich
mit langsamer Geschwindigkeit durch die Einstellung eines einzigen Hebels steuerbar
ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß zwischen der Hauptantriebs--aschine
des Schleppers und dem Z Antrieb eine im Schlupf verstellbare Ubertragungseinrichtung
angeordnet ist und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die eine Veränderung des
Schlupfes der Übertragungseinrichtung ermöglicht, während die Hauptantriebsmaschine
mit einer minimalen Drehzahl läuft.
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Durch den erfindungsgemäßen Doppelschrauben-Z Antrieb wird es ermöglicht,
daß die Schubkraft jeder Schraube dadurch verändert werden kann, daß der Schlupf
einer Reibungskupplung, die zwischen der Hauptantriebsmaschine und den Schrauben
angeordnet ist, verändert wird, so daß die angestrebte langsame Fahrgeschwindigkeit
für Kriech--oder Bugsierfahrt erreicht wird, ohne daß eine Verstellung der Richtung
der Schrauben erfolgt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß eine Schraubendrehzahl
erreicht werden kann, die kleiner ist als die minimale Drehzahl der Hauptantriebsmaschine,
indem ein entsprechender Schlupf der Kupplung eingestellt wird, so daß eine bessere
Manövrierfähigkeit des Schleppers erzielt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
daß von den Schrauben nur die erforderliche Schubkraft erzeugt wird, so daß die
vorgenannten und bei
Schleppern mit herkömmlichen Schraubenantrieben
unvermeidlichen Unfälle, die durch die erzeugte Wasserströmung hervorgerufen werden,
vermieden werden.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
Darin zeigen: Fig.1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Doppelschrauben-Z
Antriebs und die Art der Steuerung für eine Kriech- oder Bugsierfahrt; Fig.2 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Doppelschrauben-Z Antriebes und die
Art seiner Steuerung für eine Kriech- oder Bugsierfahrt; Fig.3 eine Seitenansicht
des erfindungsgemäßen Doppelschrauben-Z Antriebes; Fig.4 ein Schaltschema des erfindungsgemäßen
Antriebssystems; Fig.5 einen Querschnitt durch eine Reibkupplung, die bei dem erfindungsgemäßen
Antriebssystem Verwendung findet; Fig.6 ein Diagramm, in welchem beispielsweise
die Steuerung der Abtriebswelle dargestellt ist, und Fig.7 ein Diagramm, in welchem
das Verhältnis zwischen der Drehzahl der Hauptantriebsmaschine-und der durch die
Schrauben absorbierten Leistung gezeigt ist.
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In der Fig.1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Doppelschrauben-Z Antrieb
dargestellt, der zwei Schrauben aufweist, die jeweils eine durch die Vektoren F1
bezeichnete Schubkraft erzeugen. Die resultierende Schubkraft, die sich aus diesen
beiden Komponenten F1 zusammonsetzt, ist durch den Vektor F bezeichnet. Bezeichnet
man den Winkel, unter welchem die Wellen der Schrauben gegenüber der Längsachse
des Schlepperrumpfes geneigt sind, mit e, dann ergibt sich die resultierende Schubkraft
F aus der folgenden Gleichung: F = 2F cos e Wenn der Schlepper mit einer Geschwindigkeit
manövriert werden muß, die kleiner ist, als diejenige Geschwindigkeit, die sich
aus der Addition der Schubkräfte F1 ergibt, die sich bei einer minimalen Drehzahl
der Hauptantriebsmaschine ergeben, dann wird der Winkel e so gewählt, daß eine Feineinstellung
der resultierenden Schubkraft F erfolgt.
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Diese Art der Steuerung der Schubkraft ist jedoch nachteilig, da eine
starke Wasserströmung zur Schlepperseite erzeugt wird, die die umliegenden Boote
wegtreibt oder bewirkt, daß diese Boote gegeneinanderstoßen oder daß Fischernetze
zerrissen werden.
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In der Fig.3 ist mit dem Bezugszeichen 3 eine Antriebsmaschine bezeichnet,
deren Leistung mittels einer Antriebswelle 4 über eine Kupplung 2 an eine Abtriebswelle
5 übertragen wird. Die Abtriebswelle 5 weist an ihrem Ende ein Kegelrad 105 auf,
das mit einem am oberen Ende einer Welle 107 angeordneten weiteren Kegelrad 109
im Eingriff steht.
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Am unteren Ende der Welle 107 ist ein weiteres Kegelrad 111
angeordnet,
das mit einem Kegelrad 117 einer mit einer Schraube 113 ausgestatteten Welle 115
im Eingriff steht.
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Die Welle 107 und die Kegelräder 109 und 111 sind in einer Verkleidung
119 aufgenommen, während die Kegelräder tO5 und 109 in einer weiteren Verkleidung
121 angeordnet sind.
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Im mittleren Teil der Verkleidung 119 ist ein Schneckenrad 123 befestigt,
mittels welchem die Schraube 113 um 3600 um die Welle 107 geschwenkt werden kann.
Die vorbeschriebene Anordnung entspricht einem sogenannten Schrauben-Z Antrieb (Z
type propelling means).
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In der Fig.4 ist der erfindungsgemäße Doppelschrauben-Z Antrieb schematisch
dargestellt, welcher aufweist einen Z Antrieb 1, eine Reibungskupplung 2, eine Hauptantriebsmaschine
3, eine Antriebswelle 4 für die Kupplung 2, eine Abtriebswelle 5, einen Steuerhebel
6 zum Manövrieren,mit dem Steuerhebel 6 verbundene Nocken 7 und 8, einen Mikroschalter
9 zur Abgabe von Signalen, die das Einrücken und Ausrücken der Kupplung steuern,
ein Steuerventil 10 zur Steuerung des Schlupfes der Kupplung 2, ein Drehzahlsteuerventil
11 für die Hauptantriebsmaschine, eine Druckluftquelle 12, die die Ventile 10 und
1t mit Luft speist, ein Ventil 13 zur Betätigung der Kupplung, welches mit dem Mikroschalter
9 elektrisch verbunden ist und mit dem Steuerventil 10 zur Schlupfsteuerung über
eine Luftleitung in Verbindung steht, eine Luftleitung 14, welche die Luft von dem
Steuerventil 10 zur Schlupfsteuerung über das Betätigungsventil 13 zur Supp lung
2 leitet, einen Drehzahlsteuerkolben 15, der mittels Druckluft über das Drehzahlsteuerventil
11 beaufschlagt wird, und einen Regler 16, der die Drehzahl der Hauptantriebsmaschine
regelt.
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In der Fig.5 ist die Kupplung 2 im Detail dargestellt, wobei es sich
um eine pneumatische Kupplung handelt, die mit Antriebsscheiben 20 und Abtriebsscheiben
17 ausgestattet ist, wobei diese Scheiben zwischen der Antriebswelle 4 und der Abtriebswelle
5 angeordnet sind. Es sind mehrere WVärmeleitrippen 18 vorgesehen, die die während
des Schlupfes der Scheiben erzeugte Wärme ableiten. Mit dem Bezugszeichen 19 ist
ein Kupplungskolben bezeichnet, welcher über die Luftleitung 14 mit dem Steuerventil
10 zur Schlupfsteuerung in Verbindung steht.
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Während des Betriebes werden nach einer Betätigung des Steuernehels
6 elektrische Signale von dem xlikroschalter 9 abgegeben, und das Betätigungsventil
13 zur Betätigung der Kupplung wird eingeschaltet, so daß die Luft vom zur Schlupfsteuerung
dienenden Steuerventil 10 zum Kupplungskolben 19 gelangt, der daraufhin die Reibscheiben
20 und 17 zusammendrückt. Das System ist derart ausgelegt, daß die von der Druckluft
auf den Supplungskolben 19 ausgeübte Kraft verändert wird, wenn das zur Schlupfsteuerung
dienende Steuerventil 10 von dem Steuerhebel eingestellt wird, so daß der Anpreßdruck
zwischen den Scheiben 20 und 17 verändert wird und sich ein unterschiedlicher Schlupf
einstellt.
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Mit Hilfe des zur Schlupfsteuerung dienenden Steuerventils 10 kann
die Drehzahl der Abtriebswelle 5 verändert werden, während die Drehzahl der Antriebswelle
4 konstant gehalten wird.
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Diese Funktion, die gewöhnlich dann ausgeführt wird, wenn sich die
Antriebswelle mit einer minimalen Drehzahl dreht, entspricht einem wesentlichen
nIerkmal der vorliegenden Erfindung. Es wird nämlich dadurch ermöglicht, den Schlepper
mit einer Kriechfahrt
oder Bugsierfahrt zu manövrieren, ohne daß
dazu eine Änderung der Richtung der Schrauben des Z Antriebes erforderlich ist.
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In der Fig.6 ist beispielsweise dargestellt, wie die Abtriebswelle
5 mittels des Steuerhebels 6 gesteuert werden kann. Das Bezugszeichen a gibt diejenige
Stellung des Steuerhebels 6 an, bei welcher die Kupplung ausgerückt ist; während
das Bezugszeichen b diejenige Stellung anglbt, in welcher die Kupplung gerade eingerückt
ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Stellung b dem größten Schlupf der Kupplung
entspricht, während die Stellung c derjenigen Stellung entspricht, bei welcher der
Schlupf der Kupplung Null ist.
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Die Drehzahl der Hauptantriebsmaschine und die Größe des Schlupfes
der Kupplung sind mit den Bezugs zeichen d bzw. e bezeichnet. Das Bezugszeichen
f bezeichnet einen Bereich, in welchem durch die Einstellung des Steuerhebels 6
eine minimale- Drehzahl der Maschine eingestellt wird, während das Bezugszeichen
g diejenige Stellung bezeichnet, bei welcher durch den Steuerhebel die maximale
Drehzahl der Maschine eingestellt wird.
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In der Fig.7 ist das Verhältnis zwischen der Drehzahl der Hauptantriebsmaschine
und der von den Schrauben aufgenommenen Leistung dargestellt, wobei sich die Leistung
entsprechend der Stellung des Steuerhebels 6 ändert. Die Bezugszeichen b, c und
g in Fig.7 entsprechen den Bezugszeichen gemäß Fig.6.
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Es ergibt sich daraus, daß die auf die Schrauben übertragene Leistung
im Bereich b und c durch eine Veränderung des Schlupfes der Kupplung verändert wird,
wobei sich die Hauptantriebsmaschine mit einer minimalen Drehzahl dreht, während
in dem Bereich zwischen
c und g die Kupplung keinen Schlupf aufweist
und die von den Schrauben aufgenommene Leistung durch eine Veränderung der Drehzahl
der Hauptantriebsmaschine verändert wird.
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Selbstverständlich ist es auch denkbar, daß an Stelle der pneumatischen
Kupplung irgendeine andere Ubertragungseinrichtung vorgesehen sein kann, die einen
veränderlichen Schlupf ermöglicht, wie z.B. eine hydraulische Peibungskupplung,
eine elektromagnetische Kupplung oder eine hydraulische Kupplung.
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Gleichzeitig ist es möglich, die Kupplung derart auszulegen, daß die
Größe des Schlupfes zunimmt, wenn die von dem Kupolungskolben 19 ausgeübte Kraft
zunimmt oder derart, daß die Größe des Schlupfes abnimmt, wenn die von dem Kupplungskolben
19 ausgeübte Kraft abnimmt.