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Verfahren und Vorrichtung zum Antrieb eines Schiffes Die Erfindung
betrifft den Antrieb eines Schiffes im Wasser und insbesondere ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Antreiben eines Schiffes in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung.
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Die vorliegende Erfindung ist in vorteilhafter Weise bei einem Schiffsantrieb
in einem Schiff mit einem feststehenden Schraubenpropeller anwendbar, wobei der
Antrieb eine Umkehrvorrichtung mit Vorwärts- und Rückwärtskupplungen und eine gemeinsame
Eintriebwelle, die mit einer Antriebswelle des
Primärmotors, beispielsweise
eines Schiffsmotors, sowie eine gemeinsame Abtriebwelle aufweist, die mit einer
Propellerwelle verbunden ist.
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In den meisten Schiffen, die einen nicht tunkehrbaren Primärmotor,
beispielsweise einen Dieselmotor oder eine Dampfturbine, aufweisen, ist es bekannt,
das Schiffsantriebssystem mit einer Umkehrvorrichtung der oben beschriebenen Art
zu versehen, um wahlweise das Schiff vorwärts, wenn die Vorwärts-und Rückwäreskupplungen
eingerückt bzw. ausgerückt sind, oder das Schiff rückwärts zu bewegen, wenn die
Vorwärts- und RUckwärtskupplungen ausgerückt bzw. eingerückt sind.
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Im allgemeinen wird der Rückwärtsantrieb eines Schiffes durch die
Dauer g vom Beginn eines Kommando bestimmt, um das Schiff durch Rückwärtsfshrt tatsächlich
im Wasser anzuhalten, wobei diese Dauer T die Summe der folgenden Perioden Ti, T2,
T3, 24 und 25 ist, die in Fig. 1 der anliegenden Zeichnung dargestellt sind.
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T1: Periode vom Beginn des Kommandos bis zu dem Zeitpunkt, bis die
eventuell eingerückte Vorwärtskupplung ausgerückt ist; 22: Periode vom Ausrücken
der Vorwärtshapplung bis zum Beginn des Einrückens der Rückwärtskupplung;
T3:
Periode vom Beginn des Einrückens der Rückwärtskupplung bis zu deren vollständigem
Eindrücken; T4: Periode vom vollständigen Einrücken der Rückwärtskupp lung bis zu
dem Zeitpunkt, bei dem der Propeller, der mit der Motorantriebswelle durch die eingerückte
Kupplung verbunden ist, eine vorbestimmte Anzahl Umdrehungen in Rückwärtsrichtung
durchgeführt hat,und 25: Periode von dem Zeitpunkt, bei dem der Propeller die vorbestimmte
Anzahl von Umdrehungen in Rückwärtsrichtung durchgeführt hat, bis zu dem Zeitpunkt,
bei dem das sich vorwärts bewegende Schiff anhält.
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Daher ist der Rückwärtsantrieb des Schiffes um so wirkungsvoller,
je kurzer die Zeitdauer T ist. Wie jedoch in Fig. 1 dargestellt ist, variieren die
Perioden Ti bis T5 in ihrer Länge zueinander, und die Länge jeder der Perioden T1
bis T5 ist in der folgenden Weise unter Berücksichtigung der Tatsache bestimmt,
daß sich die Gesamtgeschwindigkeit und die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors
und des Propeller gemäß den Kurven X, Y bzw. Z in Fig. 1 ändern.
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Die Länge der Dauer T1 beträgt gewöhnlich größenordnungsmäßig wenige
Sekunden und wird durch eine Befehisperson bestimmt, die den Befehl gibt, das Schiff
in Rückwärtsrichtung
laufen zu lassen. Dementsprechend hat diese
Zeitdauer keine Bedeutung im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung.
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Die Dauer der Periode T2 kann ebenso durch die Befehlsperson in gewünschter
Weise bestimmt werden. Jedoch sei festgestellt, daß während dieser Periode die Vorwärts-
und Rückwärtskupplungen eine neutrale Stellung einnehmen, bei der, während sich
die Motorantriebswelle mit einer vorbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit weiterdreht,
der Propeller unter dem Einfluß der relativen Wasserströmung einer freien Umdrehung
bei einer gewissen UTmdrehungsgeschvindigkeit unterliegt, die der Körpergeschwindigkeit
des sich vorwärts bewegenden Schiffes unter dem Einfluß der Trägheitskraft entspricht,
die auf den Bootskörper wirkt.
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Die P'eriodendauer T3 kann als Reaktionszeit angesehen werden, die
zum vollständigen Einrücken der Rückwärtskupplung erforderlich ist. Diese Dauer
ist kinematisch bestimmt. Für diese Dauer zeigt mit anderen Worten die folgende
Formel (1), daß das Kupplungsdrehmoment auf den Motor wie eine last wirkt, während
die folgende Formel (2) zeigt, daß dasselbe Kupplungsdrehmoment auf den Propeller
wie eine AntriebskraSt wirkt. Aus diesen Formeln (1) und (2) kann die Dauer T3 bestimmt
werden, wie dies durch die folgende Formel (3) ausgedrückt wird, und die Anzahl
der Umdrehungen des Propellers, der bereits mit der Motorantriebswelle durch die
eingerückte Rückwärtskupplung verbunden
ist, kann ebenfalls durch
die folgende Formel (4) bestimmt werden.
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# dne Qe = Qc + # Ie # ................... (1) 30 dt Qp # Ip dnp
Qc = + # # # i2..................... (2) i2 30 i22 dt
Qe = Betrag des durch den Primärmotor erzeugten Drehmomentes Qc = Betrag des Kupplungsdrehmomentes
Ie = Betrag des Trägheitsmomentes des Primärmotors Qp = Betrag des erforderlichen
Drehmomentes, um den Propeller zu drehen, so daß das Schiff nach rückwärts bewegt
wird Ip = Betrag des Trägheitsmomentes des Propellers n3 = Umdrehungszahl des Propellers,
der bereits mit der Motorantriebswelle
durch die eingerückte Rückwärtskupplung
verbunden ist; diese Zahl ist gleich der Umdrehungszahl der Motorantriebswelle während
des Rückwärtsbetriebes -i2 = Verhältnis der Umdrehungszahl der Motorantriebswelle
während des Rückwärtsbetriebes ne1 = Umdrehungszahl der Motorantriebswelle am Beginn
des Einrückens der Rückwärtskupplung np = Umdrehungszahl des Propellers zu Beginn
des Einrückens der Rückwärtskupplung Falls Qe gleich Qc ist, kann aus der Formel
(1) entnommen werden, daß sich das Verhältnis dne/dt und damit die Umdrehungszahl
des Propellers nicht ändert, der bereits mit der Motorantriebswelle durch die eingerückte
Rückwärtskupplung verbunden ist. Da jedoch das Drehmoment der Maschine oder des
Primärmotors in der Praxis durch einen Geschwindigkeitsregler eingestellt ist, um
eine vorbestimmte Umdrehungszahl der Motorantriebswelle beizubehalten, kann der
Wert be als Null (0) so lange angesehen werden, wie die Rückwärtskupplung ausgerückt
ist.
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Bezüglich dieser Periode T3, wenn die Rückwärtskupplung eingerückt
ist, wirkt die Last von der eingerückten Rückwärtskupplung auf den Motor, wodurch
die Umdrehungszahl der Motorantriebswelle verringert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird
der Geschwindigkeitsregler auf Grund der Verringerung der Umdrehungszahl
der
Motorantriebswelle betätigt, wodurch der Motor veranlaßt wird, seine Umdrehungszahl
zu erhöhen, und dadurch nimmt das Drehmoment Qe allmählich zu. Jedoch ist eine gewisse
Zeitdauer erforderlich, damit die Motorantriebswelle das erforderliche Drehmoment
erreicht, um die Rückwärtskupplung anzutreiben. Das Drehmoment, das nicht für das
erforderliche Drehmoment zum Eintreiben der Rückwärtskupplung ausreicht, kann jedoch
kompensiert werden, da der Geschwindigkeitsregler so arbeitet, daß er das Kupplungsdrehmoment
im wesentlichen gleich dem des Drehmomentes macht, das durch den Motor dann erzeugt
wird, wenn die Motorantriebswelle ihre Geschwindigkeit verringert und folglich der
Wert dne/dt negativ wird.
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Das Kupplungsdrehmoment Qc wirkt auf die Propellerwelle als Antriebßkraft,
wie oben beschrieben worden ist, und bildet ein Gleichgewicht, wie es in Formel
(2) ausgedrückt ist.
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Daher ändert sich die Beschleunigung dnp/dt der Propellerwelle in
Abhängigkeit von dem Betrag des Drehmomentes Qp. Mit anderen Worten wird die Beschleunigung
dnp/dt um so niedriger, je höher das Drehmoment Qp wird, und dadurch wird die in
Formel (3) ausgedrückte Periodendauer T3 verlängert.
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Andererseits verringert die Motorantriebswelle, wie oben beschrieben,
während der Periode T3 weiterhin ihre Geschwindigkeit. Palls die Periode 3 verlängert
wird, wird dementsprechend der Wert n3, d.h. die Umdrehungszahl der Propellerwelle,
die
mit dem Motor über die eingerückte Rückwärtskupplung verbunden ist, klein, und in
einem extremen Fall, bei dem der Wert n3 Null (0) ist, wird der Motor nicht mehr
arbeiten.
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Während der Periode T4, die Rückwärtskupplung ist bereits eingerückt,
läuft die Propellerwelle zusammen mit der Motorantriebswelle um, wobei der Wert
n3 erhöht wird. Das Gleichgewicht des Drehmomentes während dieser Periode T4 erfordert
eine Beziehung, wie sie in der folgenden Formel (5) ausgedrückt ist, und die Periodendauer
T4 vom Ende der Periode T3 bis zum Erreichen einer gewünschten oder vorbestimmten
Umdrehungszahl n4 der Propellerwelle, die mit der Motorantriebswelle über die Rückwärtskupplung
verbunden ist, kann folglich durch die folgende Formel (6) ausgedrückt werden.
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Qe = bp + T (Ie + + .dne (5) i2 30 22 dt
Da der Betrag des Drehmomentes Qe begrenzt ist, wird durch eine Zunahme des Drehmomentes
Qp eine Verringerung des Wertes dne/dt erreicht, und dadurch kann die Umdrehungszahl
kaum erhöht werden, wie aus der Formel (5) ersichtlich ist, Falls
das
Drehmoment Qp weiter erhöht wird, um das Drehmoment Qe zu überschreiten, wird der
Motor abgebremst, und dadurch wird der Wert n zu Null (0), d.h. der Motor wird selbst
während dieser Periode T4 nicht mehr arbeiten.
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Während der Periode T5 erreicht die Umdrehungszahl den vorbestimmten
Wert n4, und ein vorbestimmtes Drehmoment Qe wird auf den Propeller ausgeübt, so
daß ein Rückwärtsantrieb auf den Bootskörper ausgeübt werden kann, um das Schiff
nach rückwärts zu bewegen. Das Schiff wird allmählich abgebremst und hält daraufhin
an. Die Länge dieser Periodendauer T5 wird durch den Gesamtwiderstand, die Trägheitskraft
des Bootskörpers und die Leistung des Rückwärtsantriebes bestimmt.
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Wie oben beschrieben, können die Perioden 21 und 22 in gewünschter
Weise bestimmt werden, während die Perioden T3 bis T5 durch die Kinematik bestimmt
werden. Jedoch beeinflußt die Periodendauer 22 in bemerkenswerter Weise den Erfolg
der Maßnahmen während jeder der nachfolgenden Perioden 23 und 4.
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Mit anderen Worten, falls der Propeller umgekehrt angetrieben wird,
während der Bootskörper sich nach vorwärts bewegt, kann das Drehmoment, das durch
den Propeller absorbiert wird, d.h. das Drehmoment Qp, durch die folgende Formel
(7) ausgedrückt werden.
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Qp = -PAp-p/2-v2-(1 2 )2 0.00 (7) C = eine Konstante, die durch die
Viskosität bestimmt wird P = Blattanstellwinkel des Propellers Ap = projizierte
Fläche des Propellers Ç = Diohte des Wassers Q = Geschwindigkeit des Bootskörpers
s = Wirbelkoeffizient Wie oben beschrieben, bewegt sich während des Umschaltens
aus dem Vorwärts- in den Rückwärtsbetrieb des Schiffes im allgemeinen der Schiffskörper
mit einer bestimmten Geschwindigkeit nach vorwärts, und das Wasser strömt nach rückwärts
relativ zu dem Bootskörper. Wenn jedoch der Propeller beginnt, sich in umgekehrter
Richtung zu drehen, um das Schiff in Rückwärtsrichtung zu bringen, ändert sich das
Gleitverhältnis plötzlich, wodurch sich das Drehmoment, das durch den Propeller
absorbiert wird, erhöht, so daß im Vergleich zu dem Nenndrehmoment ein Überschußdrehmoment
erzeugt wird. Andererseits wird auf Grund der Tatsache, daß der Maximalwert des
Überschußdrehmomentes proportional zu dem Quadrat der Geschwindigkeit des Bootskörpers
ist, falls die Periode 22 ausreichend lang ist, die Geschwindigkeit des Bootskörpers
während dieser Periode in natürlicher Weise verringert, wodurch sich das Drehmoment
Qp verringert. Falls umgekehrt ein sich in Vorwärtsrichtung
mit
relativ hoher Geschwindigkeit bewegendes Schiff in einem relativ kurzen Zeitraum
in Rückwärtsrichtung bewegt werden soll, ist das Drehmoment Qp relativ hoch und
dementsprechend ist ein entsprechend hohes Maschinendrehmoment erforderlich, um
jegliche Art von Fehlfunktionen der Maschine oder des Motors zu vermeiden.
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Die meisten bekannten Umkehrvorrichtungen, die in Verbindung mit
Schiffedieselmaschinen verwendet werden, sind gemäß den Fig. 2 bis 5 der anliegenden
Zeichnung ausgebildet. Jedoch ist im allgemeinen irgendeine der bekannten Umkehrvorrichtungen
so ausgebildet, daß ein Verhältnis der Umdrehungszahl der Abtriebwelle der Umkehrvorrichtung
relativ zu der Umdrehungszahl der Eintriebwelle über die Rückwärtskupplung, wenn
die Vorwärts- und Rückwärtskupplungen ausgerückt bzw. eingerückt sind, gleich oder
kleiner ist als das Verhältnis der Umdrehungszahl der Abtriebwelle relativ zu der
Umdrehungszahl der Eintriebwelle über die Vorwärtskupplung, wenn die Vorwärts-und
Rückwärtskupplungen eingerückt bzw. ausgerückt sind. Dies ist teilweise deshalb
vorgesehen, da es wünschenswert ist, die gesamte Leistung des Motors zu verwenden,
indem die Umdrehungszahl der Abtriebwelle während des Rückwärtsbetriebes im wesentlichen
gleich der Umdrehungszahl der Abtriebwelle während des Vorwärtsbetriebes gemacht
wird; teilweise ist dies auch vorgesehen, obwohl es wünschenswert ist, daß das Verhältnis
der Umdrehungszahl der Abtriebwelle relativ zu der Umdrehungszahl der Eintriebwelle
während des Rückwärtsbetriebes, wobei
dieses Verhältnis im folgenden
als Rückwärtsübersetzungsver hältnis bezeichnet wird, im wesentlichen gleich dem
Verhältnis der Umdrehungszahl der Abtriebwelle relativ zu der Umdrehungszahl der
Eintriebwelle während des Vorwärtsbetriebes ist, wobei dieses Verhältnis im folgenden
als Vorwärtsübersetzungsverhältnis bezeichnet wird; die Ausführung und die strukturellen
Einzelheiten der Umkehrvorrichtung und zugehöriger Teile gestatten es nicht, diese
Rückwärts- und Vorwärtsübersetzungsverhältnisse einander gleich zu machen,und daher
neigt das Rückertsizbersetzungsverhältnis dazu, kleiner zu sein als das Vorwärtsübersetzungsverhältnis.
Die Umkehrvorrichtung gemäß Fig. 2 schließt den zuerst erwähnten Grund ein.
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Gemäß Fig. 2 weist die Umkehrvorrichtung einen Vorwärtsantriebskreis,
der eine Verbindung zwischen einer gemeinsamen Eintriebwelle 51 und einer gemeinsamen
Abtriebwelle 56 über eine Vorwärtskupplung 53, ein erstes Getriebe 54 und ein zweites
Getriebe 55 in der oben angegebenen Reihenfolge darstellt, und einen Rückwärtsantriebskreis
auf, der eine Verbindung zwischen der gemeinsamen Eintriebwelle 51 und der gemeinsamen
Abtriebwelle 56 über ein drittes Getriebe 52, ein viertes Getriebe 57, eine Rückwärtskupplung
58, ein fünftes Getriebe 59 und das zweite Getriebe 55 in der oben angegebenen Reihenfolge
darstellt. In dieser in Fig. 2 dargestellten Anordnung weisen das dritte und das
vierte Getriebe 52 und 57 den gleichen Durchmesser auf, und das erste und das fünfte
Getriebe 54 und
59, die in Eingriff mit dem zweiten Getriebe 55
stehen, weisen den gleichen Durchmesser auf, so daß die Rückwärts- und Vorwärtsübersetzungsverhältnisse
zueinander gleich sein können.
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Andererseits weisen die in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Umkehrvorrichtungen
den zweiten erwähnten Grund auf.
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Gemäß Fig. 3(I) stellt der Vorwärtsantriebskreis eine Verbindung
zwischen einer gemeinsamen Eintriebwelle 61 und einer gemeinsamen Abtriebwelle 60
über ein erstes Getriebe 62, ein zweites Getriebe 63, eine Vorwärtskupplung 64,
ein drittes Getriebe 65 und ein viertes Getriebe 66 in der oben angegebenen Reihenfolge
dar, während der Vorwärtsantriebskreis eine Verbindung zwischen den gemeinsamen
Eintrieb- und Abtriebwellen 61 und 60 über das erste Getriebe 62, ein fünftes Getriebe
67, eine Vorwärtskupplung 68, ein sechstes Getriebe 69 und das vierte Getriebe 66
darstellt. Die Umkehrvorrichtung der in Fig. 3 dargestellten Konstruktion ist derart,
wie sie in Fig. 3(II) dargestellt ist, wobei die gemeinsamen Eintrieb-und Abtriebwellen
61 und 60 zueinander auf einer Geraden angeordnet sind, da zur Installation nur
ein begrenzter Raum in dem Bootskörper zur Verfügung steht. Gemäß Fig. 3 muß das
Getriebe 67 einen kleineren Durchmesser als das Getriebe 63 haben, während die Getriebe
65 und 69, die den gleichen Durchmesser haben, mit dem Getriebe 66 in Eingriff stehen,
da es notwendig ist, daß das Getriebe 67 in Eingriff mit dem Getriebe
63
steht, während die Getriebe 67 und 62 voneinander getrennt sind. Diese Anordnung
ist ebenfalls derart, daß das Rückwärtsübersetzungsverhältnis kleiner ist als das
Vorwärtsübersetzungsverhältnis.
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In der Umkehrvorrichtung gemäß Fig. 4 stellt der Vorwärtsantriebskreis
eine Verbindung zwischen den gemeinsamen Eintrieb- und Abtriebwellen 71 und 79 über
eine Umkehrkupplung 73, ein erstes Getriebe 74 und ein zweites Getriebe 75 in der
oben beschriebenen Reihenfolge dar, während der Rückwärtsantriebskreis eine Verbindung
zwischen den gemeinsamen Eintrieb- und Abtriebwellen 71 und 79 über die Umkehrkupplung
72, ein drittes Getriebe 77, ein viertes Getriebe 78 und ein fünftes Getriebe 76
in der oben beschriebenen Reihenfolge darstellt. Andererseits stellt in der Umkehrvorrichtung
einer Xonstruktion gemäß Fig. 5 der Vorwärtsantriebskreis eine Verbindung zwischen
gemeinsamen Eintrieb- und Abtriebwellen 81 und 89 über eine Umkehrkupplung 82, ein
erstes Getriebe 84 und ein zweites Getriebe 85 in der oben beschriebenen Reihenfolge
dar, während der Rückwärtsantriebskreis eine Verbindung zwischen den gemeinsamen
Eintrieb- und Abtriebwellen 81 und 89 über die Umkehrkupplung 83, ein drittes Getriebe
86, ein viertes Getriebe 87 und ein fünftes Getriebe 88 in der oben beschriebenen
Reihenfolge darstellt.
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Bei beiden Anordnungen gemäß Fig. 4 und 5 erfordern die Vorwärts-
und Rückwärtsantriebskreise zwei bzw. drei Getriebe, die zwischen den Eintrieb-
und Abtriebwellen 71 und 79 bzw.
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81 und 89 angeordnet sein müssen, die sich zueinander parallel erstrecken.
Dementsprechend sind die Getriebe in dem Rückwärtsantriebskreis in ihrem Durchmesser
unvermeidlich klein, und daher ist das Rückwärtsübersetzungsverhältnis kleiner als
das Vorwärtsübersetzungsverhältnis.
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In jedem Fall ist jede der bekannten Umkehrvorrichtungen gemäß den
Fig. 2 bis 5 so ausgebildet, um zu erreichen, daß das Rückwärtstibersetzungsverhältnis
möglichst genau gleich dem Vorwärtsübersetzungsverhältnis ist.
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Wenn das Rückwärtsübersetzungsverhältnis im wesentlichen gleich oder
kleiner ist als das Vorwärtsübersetzungsverhältnis, wie dies durch irgendeine der
bekannten Umkehrvorrichtungen erreicht wird, wird das Motordrehmoment, wenn die
Rückwärtskupplung eingerückt ist, gleich oder kleiner als das während des Vorwärtsbetriebes,
und zusätzlich wird das Drehmoment, das durch den Motor während eines optimalen
Zustandes erzeugt wird, auf etwa 110% des nennwerte begrenzet. Wenn die Rückwärtskupplung
eingerückt ist, während die Geschwindigkeit des Bootskörpers relativ hoch ist, nimmt
außerdem das Drehmoment Qp, das durch den Propeller absorbiert wird, zu, wodurch
irgendeine der Perioden ICS und T4 verlängert wird, so daß die
Abbremsbewegung
der Maschine während dieser Periode in einem Maße zunimmt, bis die Maschine außer
Betrieb ist. Dies wird häufig bei den meisten Schiffen festgestellt, insbesondere
bei Schiffen wie Schlepper und Fähren, die eine hohe Flexibilität beim Manövrieren
im Wasser erfordern.
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Bei derartigen Schiffen, die eine hohe Zanövrierfähigkeit im Wasser
erfordern, muß einerseits, wie oben beschrieben, ein ausreichender Spielraum für
die Periode T2 berücksichtigt werden, um Maschinenschäden oder Betriebsfehler zu
vermeiden, und andererseits muß die Rückwärtskupplung so betätigt werden, daß sie
einrückt, nachdem die Geschwindigkeit des Bootskörpers sich erniedrigt hat, wodurch
sich das Drehmoment Qp, das von dem Propeller absorbiert wird, reduziert. Angesichts
der Tatsache, daß das Umschalten zwischen dem Rückwärts- und Vorwärtsbetrieb häufig
ausgeführt wird, geschieht es in der Praxis jedoch häufig, daß die Rückwärtskupplung
einrückt, ohne einen ausreichenden Spielraum für die Periode T2 zu geben, und daher
neigen die in derartigen Schiffen verwendeten Maschinen dazu, in der oben beschriebenen
Weise fehlerhaft zu arbeiten.
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Andere Schiffe, die, obwohl sie die Umkehrvorrichtung gemaß der Erfindung
verwenden, keine derartige Flexibilität in der Manövrierfähigkeit wie Schlepper
und Fähren erfordern, werden ohne wesentliche Maschinenschäden betrieben, da ein
ausreichender Spielraum in der Periode T2 besteht. Mit anderen
Worten
geht aus dieser Tatsache hervor, daß die Umkehrvorrichtung, die in derartigen Schiffen
verwendet wird, derart ausgebildet ist, die Rückçrärts- und Vorwärtsausgangsleistung
zu vergleichmäßigen, und demgemäß ist es nicht erforderlich, die Beziehung zwischen
den Vorwärts- und Rückwärtsübersetzangsverhältnissen zu berücksichtigen.
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Bei Umkehrvorrichtungen, bei denen das Rückwärtsübersetzungsverhältnis
im wesentlichen gleich dem Vorwärtsübersetzungsverhältnis ist, tritt oft das Problem
auf, daß beim schnellen Umschalten aus dem Vorwärtsbetrieb in den Rückwärtsbetrieb
kein Überschuß des Maschinendrehmomentes im Vergleich zu dem propellerbelasteten
Drehmoment erhalten werden kann.
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Dieses Problem tritt häufig auf, insbesondere bei Umkehrvorrichtungen
in Schleppern und Fähren.
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Es ist wohlbekannt, daß derartige Betriebsfehler der Maschine, die
in der oben beschriebenen Weise auftreten können, eine potentielle Gefahr darstellen,
beispielsweise in Form eines Zusammenstoßes, einer Strandung oder eines ernsthaften
Unglücksfalles bei Notfällen.
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Dementsprechend ist es eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine verbesserte Umkehrvorrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einem
Schiffsmotor zu schaffen,
wobei ein Umschalten zwischen dem Rückwärts-
und Vontärtsbetrieb leicht und wirkungsvoll in kurzer Zeit erfolgen kann, wobei
die Nachteile der bekannten Umkehrvorrichtungen im wesentlichen vermieden werden.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte
Umkehrvorrichtung der oben beschriebenen Art zu schaffen, durch die jede potentielle
Gefahr, beispielsweise Zusammenstöße oder Strandung, vermieden werden kann, die
einem Schiff im anderen Fall zustoßen könnte.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zum Antreiben eines Schiffes unter Verwendung der Umkehrvorrichtung der oben beschriebenen
Art zu schaffen.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung des Bremseffektes
auf ein sich vorwärts bewegendes Schiff, um dieses durch Rückwärtsdrehen des Schraubenpropellers
anzuhalten oder in Rückwärtsrichtung zu bewegen, weist der Rückwärtsantriebskreis
ein größeres Rückwärtsübersetzungsverhältnis auf als ein Vorwärtsübersetzungsverhältnis
des Vorwärtsantriebskreises, so daß das Maschinendrehmoment in gberschuß zu dem
propellerbelasteten Drehmoment beim Umschalten der Umdrehungsrichtung des Propellers
erzeugt werden kann.
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Insbesondere ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, daß
die Umdrehungszahl des Propellers zum Zeitpunkt des vollständigen
Einrückens
der Rückwärtskupplung größer gemacht wird als die, bei der die Maschine außer Betrieb
ist, und etwa 15 % größer als die Nennumdrehungszahl, d.h. die Umdrehungszahl zum
Zeitpunkt, zu dem das Schiff mit maximaler Geschwindigkeit vorwärts bewegt wird,
wobei die Rückwärtsausgangslei stung etwa 35 ffi größer ist als die Vorwärtsausgangsleistung.
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Um dies zu erreichen, ist die erfindungsgemäße Umkehrvorrichtung
so ausgebildet, daß ein Verhältnis der Umdrehungszahl zum Zeitpunkt des vollständigen
Einrückens der Rückwärtskupplung relativ zu der Nennumdrehungszahl der Maschine
zum Zeitpunkt des Umschaltens der Umdrehungsrichtung des Propellers einen Wert aufweist,
der nicht in einen Bereich fällt, in dem die Maschine außer Betrieb gerät.
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Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der Änderungen
der Geschwindigkeit des Bootskörpers, der Umdrehungszahl der Maschine und der Umdrehungszahl
des Propellers zum Zeitpunkt des Umschaltens aus dem Vorwärtsbetrieb in den Rückwärtsbetrieb,
Fig. 2 eine schematische Ansicht senkrecht zur Längsachse einer bekannten Umkehrvorrichtung,
Fig.
3(I) eine schematische Ansicht ähnlich Fig. 2 einer anderen Umlrehrvorrichtung,
Fig. 3(in) eine schematische Ansicht einer Anordnung verschiedener Getriebe der
Umkehrvorrichtung gemäß Fig. 3(I) in Längsrichtung, Fig. 4 und 5 schematische Darstellungen
anderer bekannter Umkehrvorrichtungen, Fig. 6 eine schematische Darstellung in Richtung
senkrecht zur Längsachse einer Umkehrvorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung,
Fig. 7 eine schematische Endansicht der Umkehrvorrichtung gemäß Fig0 6 mit der relativen
Lage der verschiedenen Getriebeteile in der Umkehrvorrichtung, Pig. 8 eine schematische
Seitenansicht eines Schleppers mit der Umkehrvorrichtung gemäß den Fig. 5 und 6,
wobei der Schlepper schwenkbar mit dem Heck eines Lastkahn verbunden ist, um eine
der zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung darzustellen, Fig. 9 ein Diagramm,
das eine 3beziehung zwischen einem Verhältnis des Vorwärtsübersetzungsverhältnisses
zu dem Rückwärtsübersetzungsverhältnis und einem Verhältnis der Nennumdrehungszahl
und
der minimalen Umdrehungszahl darstellt, wie es durch die Formel (4) ausgedrückt
wird, Fig. 10 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Verhältnis des Vorwärtsübersetzungsverhältnisses
zu dem Rückwärtsübersetzungsverhältnis und dem Verhältnis der maximalen Rückwärtsausgangsleistung
zu der maximalen Vorwärtsausgçlgsleistung darstellt, Fig. 11 ein schematisches Diagramm,
das die Änderungen der Geschwindigkeit des Bootskörpers, der Umdrehungszahl der
Maschine und der Umdrehungszahl des Propellers darstellt, wobei das Diagramm die
Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Umkehrvorrichtung zeigen soll, Fig. 12 eine schematische
Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Umkehrvorrichtung aus einer Ansicht
in Richtung senkrecht zur Längsachse der Vorrichtung, Fig0 13(I) eine schematische
Darstellung ähnlich Fig. 12 mit einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform,
Fig. 13(II) eine schematische Darstellung einer Anordnung verschiedener Getriebeteile
der Umkehrvorrichtung gemäß Fig. 13(I) in Längsrichtung,
Fig. 14
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit zwei Umkehrvorrichtungen
gleicher Konstruktion mit entsprechenden zugehörigen Schiffsmotoren, wobei diese
Anordnung insbesondere zur Verwendung in einer Fähre vorteilhaft ist, Fig. 15 eine
schematische Darstellung einer Anordnung verschiedener Getriebeteile einer der Umkehrvorrichtungen
in der Fähre gemäß Fig. 14, Fig. 16(I) eine teilweise weggebrochene Seitenansicht
der Fähre zur Darstellung der Umkehrvorrichtungen und Fig. 16(II) eine teilweise
weggebrochene Aufsicht der Fähre zur Darstellung der Umkehrvorrichtungen.
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Gemäß Fig0 6 ist ein Schiffsmotor 1 operativ mit einem Schraubenpropeller
3 über eine Kraftübertragungseinheit 2 verbunden. Die Kraftübertragungseinheit 2
weist eine Umkehrvorrichtung mit einem Vorwärtsantriebskreis 8, der in Betrieb ist,
wenn das nicht dargestellte Schiff in Vorwärtsrichtung bewegt werden soll, und mit
einem Rückwärtsantriebskreis 13 auf, der in Betrieb ist, wenn das Schiff in Rückwärtsrichtung
bewegt werden soll, und gemeinsame Eintrieb- und Abtriebwellen 4 bzw. 9 sind mit
dem Schiffsmotor 1 und dem Propeller 3 verbunden.
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Der Vorwärtsantriebskreis 8 überträgt, wenn das Schiff in Vorwärtsrichtung
bewegt werden soll, die von dem Motor abgegebene Kraft von der Eintriebwelle 4 auf
die Abtriebwelle 9 über ein großes Vorwärtszahnrad oder Getriebe 5, eine Vorwärtskupplung
6, ein kleineres Zahnrad oder Getriebe 7 und ein Abtriebzahnrad 9a in der oben angegebenen
Reihenfolge, während der Rückwärtsantriebskreis 13, wenn das Schiff in Rückwärtsrichtung
bewegt werden soll, die abgegebene Kraft des Motors von der Eintriebwelle 4 auf
die Abtriebwelle 9 über das große Vorwärtszahnrad 5, ein großes Rückwärtszahnrad
10, eine Rückwärtskupplung 11, ein kleines Rückwärtszahnrad 12 und das Abtriebszahnrad
9a in der oben angegebenen Reihenfolge überträgt.
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Es sei festgestellt, daß gemäß der dargestellten Ausführungsform das
große Vorwärtszahnrad 5 und das große Rückwärts zahnrad 10 kämmen, wobei der Durchmesser
des Zahnrades 5 kleiner ist als der des Zahnrades 10, so daß das RUckwärtsübersetzungsverhältnis
größer ist als das Vorwärtsübersetzungsverhältnis.
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In der Umkehrvorrichtung gemäß den Fig. 6 und 7 kann das Vorwärtsübersetzungsverhältnis
iah zwischen entsprechenden Umdrehungszahlen der Eintrieb- und Abtriebwellen 4 und
9 während des Vorwärtsbetriebes, d.h. wenn der Vorwärtsantriebskreis 8 in Betrieb
ist, in Abhängigkeit von der Art der Schiffskonstruktion bestimmt werden, während
das Rückwärtsübersetzungsverhältnls ias zwischen entsprechenden Umdrehungszahlen
der Eintrieb- und Abtriebwellen 4 und 9 während des
Rückwärtsbetriebes,
d.h. wenn der Rücktvärtsantriebskreis 13 in Betrieb ist, so bestimmt wird, daß es
durch die folgende Formel (8) ausgedrückt werden kann, ias α = > 1 ....................
(8) iah wobei g das Verhältnis des Vorwärtsübersetzungsverhältnisses zu dem Rückwärtsübersetzungsverhältnis
ist.
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Die Vorwärts- und Rückwärtsübersetzungsverhältnisse iah und ias werden
entsprechend durch die folgenden Formeln (9) und (10) ausgedrückt, ne iah = .......................
(9) npah ne ias = ..................... (10) npas wobei ne = Umdrehungszahl des
Motors, npah = Umdrehungszahl des Propellers während des Vorwärtsbetriebes, npaS
= Umdrehungszahl des Propellers während des Rückwärtsbetriebes.
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Aus dem Obigen ist zu entnehmen, daß die Umkehrvorrichtung gemäß
der Ausführungsform der Fig. 6 und 7 so ausgebildet ist,
daß das
Verhältnis L größer ist als der Wert Eins (1). Dementsprechend ist das Motordrehmoment
während des Rückwärtsbetriebes immer größer als während des Vorwärtsbetriebes, und
zwar mit einem Betrag, der durch das Verhältnis x dargestellt wird, und daher kann
ein größerer Betrag des Motordrehmomentes auf den Propeller übertragen werden, als
es durch irgendeine der bekannten Umkehrvorrichtungen erzielt werden kann. Da das
Drehmoment Qp, das erforderlich ist, um das Schiff in Rückwärtsrichtung zu bewegen,
während es sich in Vorwärtsrichtung mit maximaler Geschwindigkeit bewegt, aus der
Formel (4) berechnet werden kann, sollte andererseits der Wert des Verhältnissen
α so bestimmt werden, um die folgende Beziehung zu erfüllen, selbst wenn das
Drehmoment Qp das maximale Drehmoment (d.h. Nenndrehmoment) während des Vorwärtsbetriebes
überschreitet, d.h. Qpo = Qe.i.
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Qp α > Qp ....................... (11) Qpo Falls obige Beziehung
(11) erfüllt ist, ist der Wert dn/dt in den Formeln (2) und (5) positiv, und daher
tritt kein Maschinenschaden auf.
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Das Drehmoment Qp.Qpo variiert in Abhängigkeit von der Art der Schiffskonstruktion,
und dementsprechend sollte der Wert bestimmt werden in Abhängigkeit von der Art
des zu konstruierenden Schiffes. Da jedoch der Schiffsmotor dazu neigt, fehlerhaft
zu
arbeiten, wenn der Wert :t Eins (1) wird, hat der WertoL einen bestimmten unteren
Grenzwert. Falls andererseits der Wert erhöht wird, wird die Rückwärtskraft verringert,
und daher hat der Wert a ebenfalls einen bestimmten oberen Grenzwert.
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Der untere Grenzwert des Wertes X kann aus einem in Fig. 9 dargestellten
Diagramm entnommen werden. In Fig. 9 stellt die Abszisse die Veränderung des Wertes
s dar, während die Ordinate ein Verhältnis der Nennumdrehungszahl n0 relativ zu
der minimalen Umdrehungszahl n3 darstellt, die durch die Formel (4) ausgedrückt
wird. Die Punkte B und C in dem Diagramm der Fig. 9 stellen entsprechende Daten
dar, die aus getrennten Experimenten erhalten wurden, die mit Schiffsantrieben durchgeführt
wurden, mit denen Werte ot von 1,2 bzw. 1,0 während des Rückkehrbetriebes erzielbar
waren, während eine Linie A aus der Formel (4) erhalten worden ist. Es ist oft festgestellt
worden, daß die Maschine außer Betrieb geht, wenn die Umdrehungszahl des Propellers
zum Zeitpunkt des vollständigen Einrückens der Rückkehrkupplung während des Umschaltens
aus dem Vorwärtsbetrieb in den Rückwärtsbetrieb nicht mehr als 15 % der Nennumdrehungszahl
der Maschine aufweist. Dementsprechend stellt ein schraffierter Bereich in dem Diagramm
der Fig. 9 einen überzogenen Bereich dar, in dem die Maschine betriebsuntüchtig
wird. Daher ist der Betrieb der Maschine innerhalb des überzogenen Bereiches instabil
und die Maschine neigt dazu, außer Betrieb zu geraten. Beispielsweise ist herausgefunden
worden,
daß bei einem Wert ch = 1,0 ein Einrücken der Rückwärtskupplung am Punkt C dazu
führte, daß die Maschine außer Betrieb geriet.
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Wie aus dem Diagramm der Fig. 9 entnommen werden kann, neigt die
Umdrehungszahl n3 bei einem Wert OL , der im folgenden als Verhältniswert bezeichnet
wird, von 1,1 oder weniger dazu, in den überzogenen Bereich zu fallen, und obwohl
der untere Grenzwert des Verhältniswertes sich ändert in Abhängigkeit von der Art
des Schiffes, so ist zumindest der Verhältniswert gleich 1 , 1 so wirkungsvoll,
daß angenommen.werden kann, daß der untere Grenzwert von 1,1 für den Verhältniswert
praktisch annehmbar ist.
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Hinsichtlich des oberen Grenzwertes des Verhältniswertes führt andererseits
eine Zunahme des Verhältniswertes dazu, daß die Umdrehungszahl des Propellers mehr
während des Rückwärtsbetriebes als während des Vorwärtsbetriebes abnimmt, und daher
verringert sich die Leistung für die Rückwärtsrichtung in einem Maße, wie sie durch
die folgende Formel (12) ausgedrückt werden kann, N2 1 = ......................
(12) N0 α³ wobei N0= maximale Ausgangsleistung während des Vorwärtsbetriebes,
N2
= maximale Rückwärtsausgangsleistung, nachdem die Geschwindigkeit des Bootskörpers
den vorbestimmten Wert erreicht hat.
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Fig. 10 zeigt ein Diagramm, dessen Abszisse den Verhältniswert c
und dessen Ordinate das Verhältnis N2/No darstellt.
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Eine in dem Diagramm der Fig. 10 gezeigte Kurve D stellt eine Reduktion
der Rückwärtsausgangsleistung dar, wie sie durch die Formel (12) wiedergegeben wird.
Ein schraffierter Teil des Diagramms der Fig. 10 stellt einen Bereich dar, in dem
die Rückwärtsausgangsleistung zu gering ist. Im allgemeinen fordern die Schiffseigner,
daß der Wert N2/No nicht kleiner als 35 ° sein sollte.
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Wie oben erwähnt, kann bei einem Dieselantrieb, der die Umkehrvorrichtung
eines derartigen indirekten Typs wie hier beschrieben oder eines direkten Typs verwendet,
100 ffi Rückwärtsausgangsleistung erzielbar sein, wie in dem Diagramm der Fig. 10
dargestellt ist, wenn der Verhältniswert Eins (1) ist.
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Jedoch ist im Fall einer nicht umkehrbaren Turbine, die nicht die
Umkehrvorrichtung des direkten Typs verwenden kann, ein zusätzlicher Motor in einem
Schiff erforderlich, um dieses nach rückwärts zu bewegen, wobei dessen Ausgangsleistung
meist innerhalb eines Bereiches von 35 «/o bis 50 % aus ökonomischen und praktischen
Gründen festgelegt ist. Dementsprechend hat es sich als praktisch erwiesen, den
oberen Grenzwert des Verhältniswertes
auf 1,42 festzulegen, so
daß der Wert N2/N0 0,35 wird.
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Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Umkehrvorrichtung wird in vorteilhafter
Weise in einem Schlepper verwendet, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Insbesondere
stellt Fig. 8 einen seegängigen Schlepper 100 von der Art dar, wie er zum Ziehen
oder Schieben eines Lastschiffes 200 verwendet wird, wobei der Schlepper schwenkbar
mit einem Heckteil des Lastschiffes 200 mittels einer bekannten Schwenkverbindung
verbunden ist, die allgemein mit 250 gekennzeichnet ist. Zu diesem Zweck ist das
Heckteil des Lastschiffes nach innen ausgespart, um einen Bugteil des Schleppers
100 aufzunehmen. Diese Kombination aus Schlepper und Lastschiff, auf die die Umkehrvorrichtung
der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise angewendet werden kann, ist in
der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 17914/1974, veröffentlicht am 10. Mai 1974,
geoffenbart, und daher wird für Einzelheiten auf diese Druckschrift Bezug genommen.
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Bezugnehmend auf Fig. 11 wird die Wirksamkeit der Umkehrvorrichtung
der Konstruktion gemäß den Fig. 6 und 7 beschrieben.
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In dem Diagramm der Fig. 11 stellt t1 den Zeitpunkt dar, zu dem der
Befehl gegeben wird, das Schiff in Rückwärtsrichtung zu bewegen; zu diesem Zeitpunkt
läuft das Schiff in Vorwärtsrichtung mit maximaler Geschwindigkeit, und danach wird
das
Schiff abgebremst, während es sich noch in Vorwärtsrichtung
bewegt. Wenn das Ruder zum Zeitpunkt t2 in eine neutrale Stellung gebracht wird,
wird das Maschinendrehmoment, das durch eine Kurve I' dargestellt wird, allmählich
verringert und wird annähernd Null (O) zum Zeitpunkt t2. Zum Zeitpunkt t2 ändert
sich die Geschwindigkeit, die durch die Kurve II' dargestellt wird, andererseits
nicht wesentlich, und die Umdrehungszahl des Propellers, die durch eine Kurve III'
dargestellt wird, ist jedoch in gewissem Umfang durch die Bremswirkung der Maschine
verringert. enn der Steuerhandgriff nachfolgend zu einem Zeitpunkt t3 in eine Rückwärtsstellung
gebracht ist, beginnt die Rückwärtskupplung ii einzurücken und der Propeller beginnt,
sich in umgekehrter Richtung zu drehen, während die Rückkehrkupplung 11 rutscht.
Ein vollständiges Einrücken der Rückkehrkupplung 11 kann zum Zeitpunkt t4 erreicht
werden.
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Obwohl die Geschwindigkeit II' des Bootskörpers sich nicht wesentlich
während einer Periode vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t4 ändert, während sich das
Schiff in Vorwärtsrichtung bewegt, wird die Umdrehungsrichtung des Propellers in
einer relativ kurzen Zeitdauer umgekehrt, so daß das Rutschverhältnis sich schnell
ändert, wodurch sich folglich die Propellerdrehmomentkonstante derartig erhöht,
wie dies durch eine Kurve VII gezeigt wird. Wie aus dem Diagramm der Pig. 11 entnommen
werden kann, wird der Maximalwert der Propellerdrehmomentkonstante VII bei einem
Punkt A erreicht.
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Da dieser Wert proportional zu dem Quadrat der Geschwindigkeit des
Schiffskörpers wie oben beschrieben ist, überschreitet das Propellerdrehmoment häufig
das Nenndrehmoment der Maschine während des normalen Vorwärtsbetriebes in dem Fall,
in dem die Geschwindigkeit des Schiffes relativ hoch ist.
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In jedem der bekannten Schiffsantriebssysteme ist das Vorwärtsübersetzungsverhältnis
i ah und das Rückwärtsübersetzungsverhältnis i as im wesentlichen gleich. Dementsprechend
ist das Drehmoment, das dem Propeller während des Rückwärtsbetriebes zugeführt wird,
das durch eine Kurve IV in dem Diagramm der Fig. 11 dargestellt ist, im wesentlichen
gleich oder kleiner als das während des Vorwärtsbetriebes, so daß nur das Propellerlastdrehmoment
zu einem Betrag, der dem an dem Punkt Ä entspricht, zugeführt werden kann. Dementsprechend
verringert sich die Umdrehungszahl des Propellers, um ein Gleichgewicht zu halten,
während Trägheitsenergien von den Wellen abgegeben werden. Im Palle eines relativ
großen Schiffes mit relativ großer Trägheitskraft kann jedoch das Gleichgewicht
während dieser Periode nicht aufrechterhalten werden, da die Geschwindigkeit des
sich vorwärts bewegenden Schiffes kaum verringert werden kann, und dementsprechend
ist der Zeitraum, in dem ein außerordentlich hohes Lastdrehmoment ausgeübt wird,
relativ lang, so daß die Umdrehungszahl des Propellers, wie in der Kurve V dargestellt,
verringert wird. Palls die Verringerung der Umdrehungszahl des Propellers, wie durch
die Kurve V dargestellt
ist, groß ist, gerät die Maschine außer
Betrieb.
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Im Gegensatz dazu ist die vorliegende Erfindung derartig ausgebildet,
daß das Rückwärtsübersetzungsverhältnis s as immer größer ist als das Vorwärtsübersetzungsverhältnis
1ah Falls T e = Maschinennenndrehmoment Tpah = Vorwärtsdrehmoment für den Propeller
Tpas = Rückwärtsdrehmoment für den Propeller so gilt Tpah = iah # Te Tpas = ias
# Te Dementsprechend kann erreicht werden, daß Tpas / Upah und daher kann das Drehmoment,
das dem Propeller während des Rückwärtsbetriebes zugeführt werden soll, dem Plropeller
in einem Betrag zugeführt werden, der durch i as/i ah gemäß Kurve VI in dem Diagramm
der Fig. ii erhöht ist. Insbesondere ist erfindungsgemäß das Verhältnis ias/iah
in geeigneter Weise vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 1,1 bis 1,42 ausgewählt.
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Folglich kann das Drehmoment, das ausreichend ist, um das maximale
Lastdrehmoment des Propellers zu erreichen, d.h. das Drehmoment, das ausreichend
ist, um die Umdrehungszahl des Propellers zum Zeitpunkt des vollständigen Einrückens
der Rückwärtskupplung i1 auf einem Wert 15 Vo oder mehr oberhalb der Nennumdrehungszahl
des Propellers zu halten, dem Propeller zugeführt werden, ohne daß wesentlich überschüssige
Last auf den Propeller ausgeübt wird, wodurch in vorteilhafter Weise
irgendein
Maschinenschaden vermieden wird und ein weiches und schnelles Umschalten aus dem
Vorwärts- in den Rückwärtsbetrieb erleichtert wird.
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Andererseits hält das Schiff nach dem Durchführen der Umkehwoperation
zeitweise an und bewegt sich dann mit einer vorbestimmten Umdrehungszahl nach rücicwärts.
Zu diesem Zeitpunkt hat die maximale Ausgangsleistung N2 eine Beziehung relativ
zu der maximalen Vorwärtsausgangsleistung N0, wie es durch die obige Formel (12)
ausgedrückt wird. Dementsprechend wird die Geschwindigkeit des Schiffes während
des Rückkehrbetriebes verringert, wenn das Rückwärtsübersetzungsverhältnis kleiner
eingestellt ist als das Vorwärtsübersetzungsverhältnis, wie dies in der vorliegenden
Erfindung erreicht wird. Da jedoch der Verhältniswert erfindungsgemäß so ausgewählt
ist, daß er innerhalb des Bereiches von etwa 1,1 bis 1,42 ist, und die Rückwärtsausgangsleistung
55 %0 oder mehr oberhalb der maximalen Ausgangsleistung während des Vorwärtsbetriebes
ist, tritt eine Verringerung der Geschwindigkeit während des Rückwärtsbetriebes
nicht in einem derartigen Umfang auf, daß eine praktische Anwendbarkeit nicht mehr
möglich ist.
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Die obige Beschreibung der Erfindung ist insbesondere mit Bezug auf
die Fig. 6 und 7 in Verbindung mit der Ausführungsform dieser Figuren durchgeführt
worden. Diese Beschreibung ist ebenfalls anwendbar auf die anderen Ausführungsformen,
insbesondere
gemäß den Fig. 12 und 13. Es sei festgestellt, daß in der folgenden Beschreibung
gleiche Teile durch gleiche Bezugszahlen in den Fig. 6 bis 13 gekennzeichnet sind.
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Die Umkehrvorrichtung gemäß Fig. 12 weist eine Konstruktion auf,
die ähnlich der der Fig. 6 ist. Während die Zahnräder 5 und 10 den gleichen Durchmesser
aufweisen, ist jedoch in der Ausführungsform der Fig. 12 das Zahnrad 12 kleiner
im Durchmesser als das Zahnrad 7. Abgesehen von obigen Unterschieden zwischen den
Ausführungsformen der Fig. 6 und 7 und der Ausführungsform der Fig. 12 arbeitet
die Umkehrvorrichtung der Fig0 12 im wesentlichen in gleicher Weise wie die Umkehrvorrichtung
der Fig. 6 und 7, ohne daß die Leistungsfähigkeit wesentlich verringert ist.
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Die Umkehrvorrichtung gemäß den Fig. 13(1) und (II) ist so ausgebildet,
daß die Eintrieb- und Abtriebwellen 20 und 21 zueinander in ähnlicher Weise ausgerichtet
sind wie bei der bekannten Umkehrvorrichtung gemäß Fig. 3. Diese erfindungsgemäße
Umkehrvorrichtung weist den Vorwärtsantriebskreis, der die Ausgangsleistung der
Maschine von der Eintriebwelle 20 auf die Abtriebwelle 21 über ein erstes Zahnrad
22, ein zweite tes Zahnrad 23, eine Kupplung 24, ein drittes Zahnrad 25 und ein
viertes Zahnrad 26 in der oben beschriebenen Reihenfolge überträgt, und den Rückwärtsantriebskreis
auf, der die Ausgangsleistung der Maschine von der Eintriebwelle 20 auf die
Abtriebwelle
21 über das erste Zahnrad 22, das zweite Zahnrad 23, ein fünftes Zahnrad 27, ein
sechstes Zahnrad 28, eine Kupplung 29, ein siebtes Zahnrad 30 und das vierte Zahnrad
26 in der oben beschriebenen Reihenfolge überträgt. Es sei festgestellt, daß das
Zahnrad 27 mit dem Zahnrad 28 kämmt, wobei der Durchmesser des Zahnrades 28 größer
ist als der des Zahnrades 27, so daß die erhaltene Umkehrvorrichtung gemäß den Fig.
13(I) und (II) eine T.eistungsfähigkeit aufweisen kann, die vergleichbar ist mit
der Äusführungsform der Fig. 6 und 7.
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In der Ausführungsform der Fig, 15(I) und (II) kann der Durchmesser
des Zahnrades 27 gleich dem des Zahnrades 28 sein, wobei in diesem Fall das Zahnrad
30 einen kleineren Durchmesser haben sollte, als das Zahnrad 25.
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In den Fällen, in denen ein Schiff, insbesondere eine Fähre, zwei
getrennte Schiffsmotoren aufweist, können zwei Umkehrvorrichtungen der gleichen
Konstruktion gemäß den Fig. 14, 15 und 16(I) und (II) vorgesehen sein.
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In den Fig. 14 bis 16(II) sind die Schiffsmotoren 80 und 90 mit den
Propellern 3a bzw. Db durch die Umkehrvorrichtungen der gleichen Konstruktion verbunden.
Jede der Umkehrvorrichtungen weist den Vorwärtsantriebskreis auf, der betätigbar
ist, wenn das Schiff in Vorwärtsrichtung bewegt werden soll, so daß die Eintriebwelle
50 mit der Abtriebwelle 51 über ein
erstes Zahnrad 52, eine Vorwärtskuppllmg
54, ein zweites Zahnrad 56, ein drittes Zahnrad 58, ein viertes Zahnrad 59 und ein
fünftes Zahnrad 60 in der oben beschriebenen Reihenfolge verbunden ist, und der
Rückwärtsantriebskreis wird betätigt, wenn das Schiff nach rückwärts bewegt werden
soll, so daß die Eintriebwelle 50 mit der Abtriebwelle 51 über das erste Zahnrad
52, ein sechstes Zahnrad 53, eine Rückwärtskupplung 55, ein siebtes Zahnrad 57,
das dritte Zahnrad 58, das vierte Zahnrad 59 und das fünfte Zahnrad 60 verbunden
ist. Indem der Durchmesser des Zahnrad es 53 größer gemacht wird als der des Zahnrades
52, wird eine ähnliche Leistungsfähigkeit wie die der Umkehrvorrichtung der Fig.
6 und 7 in den Umkehrvorrichtungen der Fig. 14 bis 16(II) erreicht.
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Es sei festgestellt, daß die Zahnräder 52 und 53 den gleichen Durchmesser
haben können, wobei in diesem Fall der Durchmesser des Zahnrades 57 kleiner sein
sollte als der des Zahn rades 56.
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Es sei festgestellt, daß in den Fällen, in denen der Propeller derartig
ausgebildet ist, daß der Blattanstellwinkel im wesentlichen um 1800 entgegengesetzt
zu dem üblicherweise verwendeten ist, der Vorwärtsantriebskreis und der Rückwärtsantriebskreis
jeder der in den Fig. 14 bis 16(II) dargestellten Umkehrvorrichtungen wahlweise
betätigt werden kann, wenn es erwünscht ist, das Schiff rückwärts bzw. vorwärts
zu bewegen.
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Außerdem ist ein Zahnradübersetzungsgetriebe, bestehend aus den Zahnrädern
59 und 60, die miteinander kämmen, nicht immer erforderlich, wobei dies von der
Größe des Bropellers abhängt. Mit anderen Worten, in dem Pall, in dem der Propeller
relativ groß ausgebildet ist, ist das durch den Propeller absorbierte Drehmoment
so groß, daß ein Überschußdrehmoment der Maschine erforderlich ist, das dem durch
den Propeller absorbierten Drehmoment entspricht, um den Propeller anzutreiben,
und daher sind die Zahnräder 59 und 60 erforderlich. In dem anderen Pall, bei dem
der Propeller relativ klein ausgebildet ist, wie dies bei den meisten Schiffen der
Fall ist, kann das Zahnradübersetzungsgetriebe 59 und 60 weggelassen werden. In
jedem Fall sollte die Notwendigkeit des Zalmradübersetzungsgetriebes 59 und 60 in
Abhängigkeit von dem Schiffstyp bestimmt werden Obwohl die Erfindung vollständig
anhand von Beispielen beschrieben worden ist, sei festgestellt, daß verschiedene
Änderungen und Modifikationen für den Fachmann möglich sind.
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Beispielsweise können das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung
in gleicher Weise in dem Fall angewendet werden, bei dem eine Vorrichtung oder eine
Umkehrvorrichtung ein Vorwärtsübersetzungsverhältnis von 1 aufweist. Außerdem können
in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Getriebe, die dort als aus Zahnrädern
bestehend beschrieben sind, im Rahmen der Erfindung ein Getriebe mit Ketten anstelle
der Zahnräder aufweisen.
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Außerdem wird eine einzelne Umkehrvorrichtung gemäß der Erfindung
nicht immer in Verbindung mit einem einzelnen Schiffsmotor verwendet. Mit anderen
Worten, die einzelne Umkehrvorrichtung gemäß der Erfindung kann beispielsweise betrieblich
mit einer Mehrzahl von Schiffsmotoren über die Eintriebwelle verbunden sein sowie
mit einem oder mehreren Schiffspropellern über Abtriebwellen.
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Aus der obigen vollständigen Beschreibung der Erfindung kann entnommen
werden, daß die Umkehrvorrichtung so ausgebildet ist, daß das Rückwärtsübersetzungsverhältnis
größer ist als das Vorwärtsübersetzungsverhältnis, wodurch das Maschinendrehmoment
im Überschuß zu dem Propellerlastdrehmoment zum Zeitpunkt des Umschaltens aus dem
Vorwärtsbetrieb in den Rückwärtsbetrieb zugeführt werden kann. Dementsprechend ist
der Schiffsmotor nicht über Gebühr belastet und das Auftreten von Maschinenschäden,
die in anderen Fällen beim Umschalten aus dem Vorwärtsbetrieb in den Rückwärtsbetrieb
auftreten können, kann in vorteilhafter Weise vermieden werden. Die Umkehrvorrichtung
gemäß der Erfindung kann in Verbindung mit einem Schiffsmotor verwendet werden,
der in irgendeinem Schiff, insbesondere Schlepper und Währen, eingesetzt ist, ohne
daß ein relativ großer Raum zur Installation erforderlich ist.
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Außerdem ist es auf Grund der vereinfachten Konstruktion der erfindungsgemäßen
Umkehrvorrichtung ersichtlich, daß diese billig in der Instandhaltung und Herstellung
ist.