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Formschlüssig snerrbare Überhol-Zahnkun»lungs-Rinrichtung Die Erfindung
betrifft eine formschlüssig snerrbare Überhol-Zahnkupplungs-Einrichtung zwischen
dem Antriebsmotor und dem Propeller einer Schiffsantriebsanlage.
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Schiffs-Hauptantriebsanlagen werden in zunehmendem Itaße mit leistungsstarken
mittelschnellaufenden Dieselmotoren ausgerüstet.
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Bei diesen Motoren lassen sich kleine Störungen nicht mit Sicherheit
vermeiden. Stellt sich z.B. eine Sberhitzung eines Zylinders ein, die ja noch keinen
bleibenden Schaden darstellt, und besitzt die Hauptantriebsanlage keine Eglichkeit,
den Motor vom Pror,eller schnell zu trennen, so wird selbst durch die sofortige
völlige Abstellung der Brennstoffzufuhr der Motor noch nicht stillgesetzt, sondern
durch das in Fahrt befindliche Schiff und den Turbineneffekt des Propellers bis
zum Stillstand des Schiffes mit gleicher Drehrichtung weitergedreht. Dies führt
dann fast mit Sicherheit zum Fressen des Kolbens im betreffenden Zylinder und damit
als Folgeschaden zum Totalschaden und Ausfall des Hauntantriebsmotors.
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Eine solche Auswirkung einer kleinen Störung zu einem Totalschaden
muß nun unter allen Umständen vermieden werden.
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Dies ist möglich durch eine Einrichtung, die eine sofortige
Abtrennung
des Motors von der weiteren Antriebseinrichtung gestattet, denn jetzt wird durch
die Abstellung der Brennstoffzufuhr der Motor sofort stillgesetzt, wodurch eine
Störung am Motor meist problemlos behoben werden kann und sich nicht als Totalschaden
auswirkt.
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Als Lösungen zur sofortigen Abtrennung des Motors von der weiteren
Antriebsanlage kennt die Technik die Anordnung einer schaltbaren trocken- oder naßlaufenden
Reibungskunlung oder Plüssigkeitskunplung, oder bei Planetengetrieben das Öffnen
der Bremse, die auf das äußere Zentralrad einwirkt.
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Diese bekannten Lösungen sind jedoch mit einem großen technischen
Aufwand verbunden und erfordern wegen ihrer Baumaße eine nicht unerhebliche Vergrößerung
der Maschinenraumlage, die auf Kosten der Ladekanazitat des Schiffes geht. Hinzu
kommt, daß diese Einrichtungen wegen ihrer großen Maße eigens gelagert werden müssen.
Schließlich erhöhen alle bekannten Einrichtungen durch ihr großes Trägheitsmoment
beachtlich und störend die Schalt- und Auslaufzeiten.
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Aus diesen Nachteilen der bekannten Einrichtungen ergab sich die Aufgabe,
für die gleichen bereits bekannten Vorgange (Drehmomentübertragung in beiden Drehrichtungen
und im genannten Bedarfsfall sofortige Unterbrechung der Drehmomenübertragung) eine
äußerst einfache und trotzdem zuverlässige Einrichtung zu finden, die außerdem auch
noch organischer Bestandteil einer donoelgelenkigen Zwischenwelle ist.
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Nach der Erfindung bilden bei einer zwischen dem Antriebsmm chor und
dem Proneller eines Schiffes angeordneten formschlüssig sperrbaren Uberhol-Zahnkunplungs-Einrichtung
eine
Zahnkupplungsnabe und ihre Zahnkunnlungsmuffe, die über eine Schrägverzahnung miteinander
verschraubbar verbunden sind, eine doppelgelenkige Zwischenwelle, die an ihrem an
der Zahnkunnlungsnahe befindlichen sekundärseitigen Ende durch eine gelenkige Kupplungsverzahnung
und an ihrem an der ZahnkunPlungsmuffe befindlichen nrimärseitigen Ende im eingekupnelten
Zustand durch eine weitere gelenkige Kuoolungsverzahnung und im ausgekunpelten Zustand
durch ein Lager radial geführt ist.
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ach der Erfindung werden weiter mittels zweier Schaltstücke die beiden
axial bewegbaren Teile Zahnkupplungsmuf' und Snerring in die drei wesentlichen Schaltstellungen
a) Kupplung gesichert ausgerückt" b) "Kupplung geschlossen gesnerrt" und c) 11Kupplung
zur automatischen Kraftflußunterbrechung vorbereitet" geschaltet.
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Die Drehmomentübertragung in beiden Drehrichtungen mit gesperrer Stellung
der Einrichtung wird hierbei erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein mit der Zahnkupplungsnabe
funktionell einstückiger Snerring eine Außenverzahnung besitzt, die mittels der
geraden Innenverzahnung einer Sperrhülse mit der geraden Außenverzahnung der ZahnkuPplungsmuffe
verdrehfest verhunden wird.
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Zur Vorbereitung der sofortigen automatischen Unterbrechung der Drehmomentiibertragung
lm genannten Bedarfsfall befindet sich nach der Erfindung die Zahnkupplungsrriuffe
in der eingerückten Stellung und wird wo trend der Drehmomentrichtung zur Voraus
fahrt mittels eines der boiden Schaltstücke die Soerrhülse in die Zwischenstellung
gebracht, bei der die Innensperrverzahnung der Saerrhülse nurmehr in die Außensperrverzahnung
der Zahnkupplungsmuffe eingreift.
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Zur erreichung der Schaltstellung "Kunnlung gesichert ausgerückt"
nach dem selbsttätigen automatischen Ausrücken der Kunplungseinrichtung werden nach
der Erfindung mittels der beiden Schaltstiicke die Zahnkupplungsmuff, und die Snerrhiilse
in ihre nrimärseitigen Grenzlagen gebracht.
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Die Erfindung ist in den Abtildungen 1 bis .3 schematisch und beispielsweise
dargestellt und wird auch mittels dieser Abbildungen in ihrer Funktion erklärt.
Dazu zeigen die Abb. 1 die gesicherte ausgerückte Stellung der Kuonlung, die Abb.
2 ... 5 die einzelnen Zwischenstellungen heirq Einriicken der Kupplung, die Abb.
6 die geschlossene und gesperrte Stellung der Kunplung fiir die Drehmomentübertragung
in hei,-den Drehrichtungen, die Abb. 7 die zur sicheren automatischen Kraftflußunterbrechung
im Gefahrenfall vorbereitete Stellung der Kupplung und die Abb. 8 die automatisch
geöffnete Kupnlung beim Auftreten einer relativen negativen Verdrehung des Pronellers
gegenüber dem intriebsmotor.
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Das Blanschteil 1, das mit der nicht weiter dargestellten Antriebseinrichtung
verbunden ist, besitzt einen TJagerzapfen 2 und ist mit der eine gerade Innenverzahnung
3 besitzenden nrimärseitigen Zahnkupplungshülse 4 verschraubt.
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Das sekundärseitige Ende der Zahnkupplungsnabe 5 befindet sich mit
seiner geraden Außenverzahnung 6 immer im Eingriff mit der Innenverzahnung 7 der
sekundärseitigen Zahnkupplungshülse R, die sich beispielsweise in einem ungelagerten
inneren Zentralrad eines Planetenrxdergetriebes befindet.
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Die Zahnkupolungsnabe 5 besitzt an ihrem nrimarseitigen Ende die schrage
Außenverzahnung 9, auf der die Zahnkunlungsmuffe 10 mit ihrer ebenfalls schrägen
Innenverzahnung 11 verschraubbar ist. Die Zahnkupolungsmuffe 10 besitzt an ihrem
Brimarsettigen Ende die gerade Außenverzahnung 12, an
ihre sekundärseitigen
Ende die gerade Außen-Sperrverzahnung 13, dazwischen den primärseitigen Schaltring
14 und den sekundärseitigen Schaltring 15, und ist an ihrem Drimärseitigen Ende
mit der Lagerbüchse 16 verschraubt.
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In der einen Grenzlage der Zahnkupplungsmuffe 10 (Abb. 1) sind die
Verzahnungta 7 und 12 außer Eingriff und ist die Euffe 10 an ihrem Drim-irseitigen
Ende über die Lagerbchse.16 auf dem Lagerzanfen 2 drehbar gelagert.
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In der anderen Grenzlage der Zahnkunnlungsmuffe 10 (Abb.
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5 bis 7) sind die Verzahnungen 7 und 12 voll im Eingriff und ist die
Lagerung 2, 16 axial getrennt. Die Zahnkupnlungsnabe 5 und die Zahnkupplungsmuffe
10 bilden daher mit ihren in den Gegenverzahnungen 3 und 7 gelenkig ausgeführten
Verzahnungen 12 und 6 eine doppelgelenkige Zwischenwelle. Auf der Zahnkupplungsnabe
5 befindet sich weiter der mit ihr in der Axial und Drehrichtung fest verbundene
Sperring 17 mit der geraden Außen-Snerrverzahnung 13.
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Auf dem Sperring 17, axial verschiebbar und je nach seiner Lage auch
verdrehbar, ist die Snerrhülse 19, die die Innenverzahnung 20 sowie außen den Schaltring
21 besitzt. In der einen Grenzlage der Zahnkupplungsmuffe 10 und der Sperrhülse
19 (Abb. 1) ist die Snerrhülse 19 auf dem Sperrring 17 frei drehbar und iiberdecken
sich die Verzahnungen 13 und 20. Die Betätigungseinrichtung für die axial beweglichen
Teile (Zahnkupnlungsrnuffe 10 und Sperrhülse 19) besteht aus dem Schaltsti.ickgehäuse
22, dem ZahnkupDlungsmuffen-Schaltstück 23, dem Sperhülse-Schaltstück 24, der Druckfeder
25 und dem Federbolzen 26, wobei die Schaltstücke 23 und 24 nicht unbedingt ringförmig
ausgebildet sein müssen. Die Bewegung des Schaltstückgehauses 22 erfolgt durch eine
nicht weiter dargestellte hydraulische oder pneumatische Einrichtung.
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In der Abb. 1 ist nun die gesicherte ausgerückte Stellung dargestellt,
bei der die Schalteinrichtung 22 ... 26 die Zahnku-oplungsl.luffe 10 und die Sperrhülse
19 an ihre rechten Anschläge halt, wodurch die Verzahnungen 3 und 12 außer Eingriff
sind und damit die Drehmomentbertragung in jeder Dreh- und Xraftflußrichtung unterbrochen
ist und bleibt.
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Zum Einrücken der Kupplung werden bei stehender Propellerwelle und
Nabe 5 der Antriebsmotor und die mit ihm verbundenen Teile 1 und 4 durch eine eigene
Antriebseinrichtung in eine langsame "Vorwarts-" Drehung versetzt und wird das SchaltstückgehhC;nse
22 nach links bewegt. Damit laufen nun einige Vorgnge stufenweise nach einander
ab. Anfangs bewegt sich nur, durch d , Schaltstück 24 beeinflußt, die SDerrhülse
19 nach links, bis auch das Schaltstiick 23 am sekundärseitigen linken Schaltring
15 anliegt (Abb. 2). Von jetzt ab nimmt die Schalteinrichtung auch die Muffe 10
nach links mit, bis die gerade Außenverzahnung 12 an der Innenverzahnung 3 der Zahnkupplungshülse
4 anliegt (Abb. 3). Erst durch das langsame Weiterdrehen des Motors und der mit
ihm verbundenen Teile 1 bis 4 kommt an den Kupplungsverzahnungen 3 und 12 "Zahn
auf Lücke", wodurch die Schalteinrichtung mit dem Schaltstbck 23 nun die Außenverzahnung
12 in die Innenverzahnung 7 hineinziehen und mit dem Schaltstück 24-die Snerrhülse
19 weiter nach links ziehen kann.
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Das Einziehen der Verzahnung 12 in die Verzahnung 3 erfolgt hierbei
langsam fortschreitend in dem Maße, wie sich durch die Drehung des Motors und der
jetzt auch mit ihm verbundenen Muffe 10 diese sich mit ihrer schrägen Innenverzahnung
11 auf der schrägen Außenverzahnung 9 der Nabe 5 axial verschraubt. Gleichzeitig
mit dem Einziehen
der Verzahnung 12 in die Verzahnung 3 erfolgt
das axiale Abgleiten der mit der Muffe 10 verbundenen lagerbüchse 16 vom lagerzaofen
12. 'hrend dieser Bewegungsphase kommt nun die nerrhülse 19 mit ihrer geraden Innenverzahnung
SO an der geraden Außenverzahnung 18 des Sperrings 17 zur Anlage (Abb. 4). Nachdem
die Einrückkraft am SchaBstückgehause 22 weiterhin nach links wirkt und durch die
Motordrehung die Muffe 10 weiter nach links verschraubt wird, folgen das Schaltstück
27) und das Schaltstückgehäuse 22 der Axialbewegung der Nuffe 10, wodurch jetzt
durch das stehenbleibende Schaltstück 24 die Feder 25 gespannt wird.
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Die linke Endstellung der Muffe 10 ist erreicht durch ihr Anliegen
am Sperring 17 (Abb. 5). Dabei ist jetzt die Verzahnung 3, 12 voll eingerückt, die
Lagerbüchse 16 vom lagerzapfen 9 voll abgezogen und die Feder 25 am stsi,rksten
gespannt. Durch die Verschraubung der Muffe 10 auf der Nabe 5 stehen jetzt auch
die Verzahnungen 18 und 20 "Zahn auf lücke", wodurch unter der Wirkung der gespannten
Feder 25 die Sperrverzahnung 20 der Snerrhülse 19 auch über die Verzahnung 18 geschoben
wird (Abb. 6). Die linke Endlage der Sperrhülse 19 ist gegeben durch ihr Anliegen
am Ring 27 bzw. die linke Grenzlage des Schaltstücks 24 im Schaltstiickgehäuse 22.
In dieser besonderen Grenzlage aller axial bewegbaren Teile ("Sperrstellung") ist
die Kupnlung voll eingerückt. In der Vorwärts-Drehrichtung führt der Drehmomentenfluß
über die Teile bzw. Funktionselemente 3 - 12 - 10 - 11 - 9 - 5 - 6 - 7, die Sperrhülse
19 mit ihrer Verzahnung 20 ist hierbei ohne jede Belastung. In der Rückwärts-Drehrichtung
führt der Drehmomentenfluß über die Teile bzw. Funktionselemente*) wobei außerdem
durch die Überdeckung der geraden Sperraußenverzahnungen 13 und 18 durch die gerade
Innensperrverzahnung 20 der Sperrhülse 19 ein Zurückschrauben der Muffe 10 und ein
damit verbundenes selbsttätiges Öffnen der Kupplungsverzahnungen 3, 12 gesperrt
ist. Die Kupplung kann also *) 3 - 12 - 10 - 13 - 20 -18 -17 - 5 - 6 - 7
in
dieser Stellung Drehmomente in beiden Drehrichtungen in voller Höhe übertragen und
das Schiff in beiden Fahrtrichtungen voll fahren. In dieser Lage wirkt jetzt auch
die gesamte Anordnung der Teile 12 - 10 - 5 - 6, in sich starr, zwischen den Verzahnungen
3 und 7 als doppelgelenkige Zwischenwelle.
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Zur Vorbereitung der sicheren automatischen Kraftlußunterbrechung
während der Vorwcirtsfahr-t des Schiffes im genannten Gefahrenfall wird das Schaltstü.ckgehäuse
22 mit den beiden Schaltstücken 27 und 24 nach rechts bewegt, bis das Schaltstück
27 am DrimhTseitigen Schaltring 14 der Muffe 10 anliegt. Dadurch wird durch das
Schaltstück 24 die Sperrhülse 19 in die "entsperrte Lage" nach der Abb. 7 bewegt,
in der die Snerrverzahnungen 13 und 18 durch die Sperrverzahnung 20 der Sperrhiilse
19 nicht mehr gesperrt sind.
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Wird nun beim Auftreten eines genannten Gefahrenfalles während der
Vorwärtsfahrt des Schiffes der Antriebsmotor durch die völlige Abstellung seiner
Brennstoffzufuhr stillgesetzt, so tritt durch den erwähnten Turbineneffekt des Schiffsnropellers
zwischen ihm und dem Antriebsmotor eine sogenannte negative Verdrehung auf, durch
die die Muffe 10 auf der Nahe 5 in ihre rechte Grenzlage zurückgeschraubt, die Lagerbüchse
16 wieder auf den Lagerzapfen 2 aufgeschoben und die Kunplungsverzahnungen 3, 12
axial geöffnet werden (Abb. 8), wodurch der Kraftfluß für jede nun folgende Drehrichtung
unterbrochen ist. In dieser Stellung, die der nach der Abb. 2 entspricht, ist edoch
die axiale Lage der Muffe 10 noch nicht gesichert.
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Zu ihrer Sicherung muß das Schaltstiickgehause 22 mit den beiden Schalt
stücken 23 und 24 in seine rechte Grenzlage nach der Abb. 1 gebracht werden.