DE2501391B2

DE2501391B2 - Schraubenantrieb fuer einen schlepper

Info

Publication number: DE2501391B2
Application number: DE19752501391
Authority: DE
Inventors: Senzon Tokio; Noguchi Tadamasa Kawasaki Kanagawa; Matsuura Masao Ageo Saitama; Ehata (Japan)
Original assignee: Schraubenantrieb für einen Schlepper Niigata Engineering Co., Ltd., Tokio
Priority date: 1975-01-15
Filing date: 1975-01-15
Publication date: 1977-01-20
Also published as: DE2501391A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schraubenantrieb für Schlepper mit einer zwischen einen Hauptantrieb und einer Schraube dazwischengeschalteten Kupplung, deren Schlupf mit Hilfe einer Reguliereinrichtung stufenlos verstellbar ist, sowie mit einer Einrichtung zur Drehzahlregelung des Hauptantriebes.

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 rückwärts fahren, damit sie in einem begrenzten Hafenbecken Arbeiten ausführen können.

Diese Funktionen werden bei herkömmlichen Schleppern mit einem sogenannten Doppelschrauben-Z-Aatrieb dadurch ausgeführt, daß die Vorschubrichtung der beiden Wellen gesteuert wird. Für eine Kriech- oder Bugsierfahrt mit kleiner Geschwindigkeit müssen nämlich die Schrauben in eine unterschiedliche Richtung bewegt werden, wie dies in der Fig. 1 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 koinzidierea

Die Fig. 1 zeigt einen Doppelschrauben-2-Antrieb, der zwei Schrauben aufweist, die jeweils eine durch die Vektoren Fi bezeichnete Schubkraft erzeugea Die resultierende Schubkraft, die sich aus diesen beiden Komponenten Fi zusammensetzt, ist durch den Vektoi F bezeichnet Bezeichnet man den Winkel, unter welchem die Wellen der Schrauben gegenüber der Längsachse des Schlepperrumpfes geneigt sind, mit Θ, dann ergibt sich die resultierende Schubkraft F aus der folgenden Gleichung:

F= 2Fi · cos θ

Wenn Jer Schlepper mit einer Geschwindigkeit manö\riert werden muß, die kleiner als diejenige Geschwindigkeit ist, die sich aus der Addition der Schubkräfte Fi ergibt, die sich bei einer minimalen Drehzahl der Hauptantriebsmaschine ergeben, dann wird der Winkel θ 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 wegtreibt oder bewirkt daß diese Boote gegeneinanderstoßen oder daß Fischernetze zerrissen werden.

Aus der Zeitschrift MTZ 1960, Seite 453 bis 455 ist ein Schraubenantrieb bekannt, bei welchem die Kupplung aus eine; Föttingerkupplung besteht. Mit Hilfe dieser Kupplung ist es jedoch nur möglich, die Antriebsdrehzahl des Schraubenantriebs bis maximal auf 20% der jeweiligen Antriebsdrehzahl des Hauptantriebs herabzumindern. Eine weitergehende Drosselung der Drehzahl des Schraubenantriebs ist nicht möglich.

Aus der Zeitschrift Schiff und Hafen 1960. Seiten 614 und 615, ist es bekannt, fernsteuerbare, druckluftgeschaltete Reibungskupplungen für Schraubenantriebe zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schraubenantrieb der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der besonders für die Kriech- und Bugsierfahrt eines Schleppers mit einer einfacn beherrschbaren und betriebssicheren Drehzahlregelung für die Schraube besonders in dem Bereich unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Hauptantriebs ausgestattet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Kupplung in an sich bekannter Weise als druckmittelbeaufschlagte Reibungskupplung ausgebildet ist und eine gemeinsame Betätigungseinrichtung sowohl für die Reguliereinrichtung als auch für die Einrichtung zur Drehzahlregelung vorhanden ist, wobei durch die Betätigungseinrichtung über Nocken betätigte Steuerventile in einem ersten Bereich bei Leerlaufdrehzahl des Hauptantriebes der Schlupf der Kupplung bis auf Null verringerbar ist und in einem sich daran

anschließenden zweiten Bereich die Drehzahl des Hauptantriebs bis zur Höchstdrehzahl steigerbar ist

Vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß eine Reibungskupplung· z. B. eine Lamellenkupplung, verwendet wird, die ein ausgereiftes Maschinenbauteil darstellt und eventuell auch auf hoher See mit einfachen mechanischen Vorkenntnissen wieder repariert werden kann. Darüber hinaus bietet diese An von Kupplung gegenüber den Flüssigkeitskupplungen den Vorteil daß sie eine Drehzahlverringerung des Schraubenantriebs bis auf Null ermöglichen.

Die gemeinsame Betätigungseinrichtung für die Kupplung und den Hauptantrieb stellt eine einfache Lösung dar, die das Manövrieren mit dem damit ausgestatteten Schlepper sehr erleichtert Der Schrau benantrieb kann vom Stillstand bis zur Höchstdrehzahl stufenlos mit einem Steuerungshebel reguliert werden. Unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Antriebs geschieht die stufenlose Regulierung mit Hilfe der Veränderung des Schlupfes der Kupplung, während sit darüber über die Drehzahlregelung des Antriebs erfolgt

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand einer Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

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 eines erfindungsgemäßen Doppelschrauben-Z-Antriebs und die Art seiner Steuerung für eine Kriech- oder Bugsierfahrt, Fig.3 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Doppelschrauben-Z-Antriebs,

Fig.4 ein Schaltschema des erfindungsgemäßen Antriebssystems,

Fig.5 einen Querschnitt durch eine Reibkupplung, die bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem Verwendung findet

F i g. 6 ein Diagramm, in welchem beispielsweise die Steuerung der Abtriebswelle dargestellt ist, und

F i g. 7 ein Diagramm, in welchem das Verhältnis zwischen der Drehzahl der Hauptantriebsmaschine und der durch die Schrauben absorbierten Leistung gezeigt

In der F i g. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 em Doppelschrauben-Z-Antrieb dargestellt, der zwei Schrauben aufweist die jeweils eine durch die Vektoren Fi bezeichnete Schubkraft erzeugen. Die resultierende Schubkraft die sich aus diesen beiden Komponenten Fi 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 Θ, dann ergibt sich die resultierende Schubkraft F aus der folgenden Gleichung:

F= 2Fi · cos θ

Wenn der Schlepper mit einer Geschwindigkeit manövriert werden muß, die kleiner ist, als diejenige Geschwindigkeit die sich aus der Addition der Schubkräfte Fi ergibt, die sich bei einer minimalen Drehzahl der Hauptantriebsmaschine ergeben, dann wird der Winkel θ so gewählt, daß eine Feineinstellung der resultierenden Schubkraft Ferfolgt.

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.

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 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 ro Die Welle 107 und die Kegelräder 109 und 111 sind in einer Verkleidung 119 aufgenommen, während die Kegelräder 105 und 109 in einer weiteren Verkleidung 121 angeordnet sind.

Im mittleren Teil der Verkleidung 119 ist ein «5 Schneckenrad 123 befestigt mittels welchem die Schraube 113 um 360° um die Welle 107 geschwenkt werden kann. Die vorbeschriebene Anordnung entspricht einem sogenannten Schrauben-Z-Antrieb (Z type propelling means).

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 11 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, weiche die Luft von dem Steuerventil 10 zur Schlupfsteuerung über das Betätigungsventil 13 zur Kupplung 2 leitet, einen Drehzahlsteuerkolben 15, der mittels Druckluft über das Drehzahlsteuerventil 11 beaufschlagt wird, und einen Regler 16, der die Drehzahl der Hauptantriebsmaschine regelt.

In der F i g. 5 ist die Kupplung 2 im Detail dargestellt, wobei es sich um eine pneumatische Kupplung handelt, die mit Antriebsscheiben 20 und Abtriebsscheiben ausgestattet ist, wobei diese Scheiben zwischen der Antriebswelle 4 und der Abtriebswelle 5 angeordnet sind. Es sind mehrere Wärmeleitrippen 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.

Während des Betriebes werden nach einer Betätigung des Steuerhebels 6 elektrische Signale von dem Mikroschalter 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 Kupplungskolben 19 ausgeübte Kraft verändert wird, wenn das zur Schlupfsteuerung lienende 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.

Mit Hilfe des zur Schlupfsteuerung dienenden Steuerventils 10 kann die Drehzahl der Abtriebswelle

verändert werden, während die Drehzahl der Antriebswelle 4 konstant gehalten wird.

Diese Funktion, die gewöhnlich dann ausgeführt wird, wenn sich die Antriebswelle mit einer minimalen Drehzahl dreht, entspricht einem wesentlichen Merkmal 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.

In der F i g. 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 angibt, 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

Die Drehzahl der Hauptantriebsmaschine und die Größe des Schlupfes der Kupplung sind mit den Bezugszeichen c/bzw. e bezeichnet. Das Bezugszeichen / 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.

In der F i g. 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 F i g. 6.

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.

Selbstverständlich ist es auch denkbar, daß an Stelle der pneumatischen Kupplung irgendeine andere Übertragungseinrichtung vorgesehen sein kann, die einen veränderlichen Schlupf ermöglicht, wie z.B. eine hydraulische Reibungskupplung, eine elektromagnetische Kupplung oder eine hydraulische Kupplung.

Gleichzeitig ist es möglich, die Kupplung derart auszulegen, daß die Größe des Schlupfes zunimmt, wenn die von dem Kupplungskolben 19 ausgeübte Kraft zunimmt, also derart, daß die Größe des Schlupfes abnimmt, wenn die von dem Kupplungskolben 19 ausgeübte Kraft abnimmt

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schraubenantrieb för einen Schlepper mit einer zwischen einen Hauptantrieb und einer Schraube S dazwischengeschalteten Kupplung, deren Schlupf mit Hilfe einer Reguliereinrichlung stufenlos verstellbar ist, sowie mit einer Einrichtung zur Drehzahlregelung des Hauptantriebes, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (2) in an sich bekannter Weise als druckmittelbeaufschlagte Reibungskupplung ausgebildet ist und eine gemeinsame Betätigungseinrichtung (6) sowohl für die Reguliereinrichtung als auch für die Einrichtung zur Drehzahlregelung vorhanden ist, wobei durch die Betätigungseinrichtung über Nocken (7,8) betätigte Steuerventile (10, 11) in einem ersten Bereich bei Leerlaufdrehzahl des Hauptantriebes der Schlupf der Kupplung (2) bis auf Null verringerbar ist und in einem sich daran anschließenden zweiten Bereich die Drehzahl des Hauptantriebes bis zur Höchstdrehzahl steigerbar ist

2. Schraubenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (10) der Reguliereinrichtung von einer Druckluftquelle gespeist ist und über eine Leitung mit der Kupplung (2) verbunden ist, die von einem von der Betätigungseinrichtung (6) gesteuerten Schalter (9) unterbrechbar ist der mit einem Kupplungsbetätigungsventil (13) elektrisch verbunden ist.

3. Schraubenantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (11) der Einrichtung zur Drehzahlregelung von einer Druckluftquelle gespeist ist und über eine Leitung mit einem einen Regler (16) des Hauptantriebs beaufschlagenden Steuerkolben (15) verbunden ist.

4. Schraubenantrieb nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reguliereinrichtung so gestaltet ist, daß bei einer Erhöhung des Arbeitsdruckes auf Grund einer Betätigung des Steuerventils (10) der Schlupf der Kupplung (2) kleiner wird.

5. Schraubenantrieb nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reguliereinrichtung so gestaltet ist daß bei einer Erhöhung des Arbeitsdruckes auf Grund einer Betätigung des Steuerventils (10) der Schlupf der Kupplung (2) größer wird.

6. Schraubenantrieb nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (2) mit Wärmeleitrippen (18) ausgestattet ist.

7. Schraubenantrieb nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung ein mit den Nocken (7, 8) antriebsverbundener Steuerhebel (6) ist.