DE3142797A1

DE3142797A1 - Kupplungsanordnung fuer einen schiffsantrieb

Info

Publication number: DE3142797A1
Application number: DE19813142797
Authority: DE
Inventors: Hans 8968 Mutschellen Sigg
Original assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Current assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Priority date: 1981-04-13
Filing date: 1981-10-28
Publication date: 1982-10-28
Also published as: IT8220603A0; JPS57179425A; US4489816A; CA1160476A; IT1150777B; NL8200954A; GB2096719B; GB2096719A

Description

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D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 66 zo 51 telegramm: protectpatent Telex: 5 24070

28.Oktober 1981

Patentanmeldung

Maag-Zahnräder & -Maschinen Aktiengesellschaft Hardstraße 219, Zürich, Schweiz

Kupplungsanordnung für einen Schiffsantrieb

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung für einen ■ Schiffsantrieb mit

- einer normalerweise treibenden ersten Welle, die mit einer antriebsseitigen verzahnten Kupplungshälfte einer synchronisierenden Zahnkupplung sowie mit einem Primärteil einer Strömungskupplung oder eines Strömungswandlers verbunden ist,

- und mit einer normalerweise getriebenen zweiten Welle, die mit einer abtriebsseitigen verzahnten Kupplungshälfte der Zahnkupplung sowie mit einem Sekundärteil der Strömungskupplung bzw. des Strömungswandlers verbunden ist, wobei die Zahnkupplung einen Kupplungsstern aufweist, der mittels einer ersten Verzahnung auf einer der verzahnten

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Kupplungshälften durch ständigen Zahneingriff axial verschiebbar geführt ist und mit einer zweiten Verzahnung in die zweite Kupplungshälfte einrückbar ist und ein Klinkengesperre trägt, das beim Durchlaufen einer Synchrondrehzahl einrastet und eine das Einrücken des Kupplungssterns bewirkende schraubende Relativbewegung zweier Bauteile der Zahnkupplung hervorruft.

Bei einer bekannten Kupplungsanordnung dieser Gattung (E.Fortunato und H.A.Clements "Marine Reversing Gear Incorporating Singfe Reversing Hydraulic Coupling and Direct-Drive Clutch for Each Turbine", ASME'publication von 1979) sind die ständig miteinander in Eingriff stehenden Verzahnungen des Kupplungssterns und. der· einen Kupplungshälfte als Schrägverzahnungen ausgebildet, so daß der Kupplungsstern unmittelbar auf dieser einen Kupplungshälfte verschraubbar und dadurch mit seiner zweiten Verzahnung in die zweite Kupplungshälfte einrückbar ist. Das Klinkengesperre besteht aus einem am Kupplungsstern befestigten ringförmigen . Klinkenträger mit daran gelagerten Klinken und einer an der zweiten Kupplungshälfte ausgebildeten Klinkenverzahnung, in welche die Klinken eingreifen können. Bei vollständig ausgerückter Zahnkupplung nimmt der Klinkenträger eine gegen die Klinkenverzahnung axial versetzte Stellung ein, in der das Klinkengesperre vollständig unwirksam ist und bei Vorwärt sdrehung der ersten Welle sowohl Vorwärtsdrehung wie Rückwärtsdrehung der zweiten Welle ermöglicht. An der zweiten Welle ist ein Lagerring befestigt,.auf der ein Bremsring derart gelagert ist, daß die zwischen beiden herrschende Reibung bestrebt ist, den Bremsring auf der Drehzahl der zweiten Welle zu halten. Der Bremsring weist eine Schrägverzahnung auf, in die eine am Klinkenträger ausgebildete Schrägverzahnung axial verschiebbar eingreift. Diese Schrägverzahnungen verwandeln das vom Lagerring auf den Bremsring übertragene Bremsmoment in eine auf den Klinkenträger einwirkende Axialkraft, die bestrebt ist, das Klinkengesperre

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in seiner unwirksamen Stellung zu halten, solange sich die zweite Welle mit geringerer Geschwindigkeit als die erste Welle vorwärtsdreht oder die zweite Welle stillsteht oder sich rückwärts dreht.

Um einen Einrückvorgang der bekannten Zahnkupplung einzuleiten, läßt sich der Kupplungsstern, und mit ihm der Klinkenträger mittels eines Servomotors derart verschieben, daß
die Klinken mit der Klinkenverzahnung in Eingriff kommen. Eine solche Verschiebung muß jedoch in dem normalen Betriebszustand der Strömungskupplung, in dem sich die Antriebswelle mit höherer Winkelgeschwindigkeit dreht als die Abtriebswelle, mit Sicherheit verhindert werden, da andernfalls das Klinkengesperre zerstört werden würde. Deshalb ist der bekannten Kupplungsanordnung eine Meß- und Steuereinrichtung zugeordnet., welche die Winkelgeschwindigkeiten der beiden Wellen ständig überwacht und miteinander vergleicht und eine Betätigung des Servomotors nur dann zuläßt, wenn die Drehzahl der ersten Welle unter diejenige der zweiten Welle absinkt. Wenn die Zahnkupplung eingerückt werden soll, ist
es also stets erforderlich, die erste WeIIe₇ und mit ihr
die zugehörige Antriebsmaschine, auf eine Winkelgeschwindigkeit unter derjenigen abzubremsen, welche die zweite Welle bei vorwärtsfahrendem Schiff infolge des Propellerschubes beibehält. Erst dann darf der Servomotor den Kupplungsstern samt Klinkenträger in eine Zwischenstellung verschieben,
in der die Klinken mit der Klinkenverzahnung zusammenwirken können und zunächst über diese hinweg ratschen. Wird dann die Antriebsmaschine allmählich wieder hochgefahren, so greifen die Klinken in die Klinkenverzahnung ein und hindern
den Klinkenträger samt Kupplungsstern, gemeinsam mit der Antriebswelle eine Winkelgeschwindigkeit anzunehmen, die über derjenigen der Abtriebswelle liegt. Der Kupplungsstern bleibt somit in seiner Winkelgeschwindigkeit hinter derjenigen der Antriebswelle zurück, so daß der Kupplungsstern durch

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die ineinandergreifenden Schrägverzahnungen, die ihn mit der ersten Kupplungshälfte verbinden, im Einrücksinne verschoben wird, bis die zweite Verzahnung des Kupplungssterns in die zweite Kupplungshälfte eingerückt ist und der Kupplungsstern eine Anschlagstellung erreicht hat.

Die Notwendigkeit, die erste Welle, und somit die gesamte Antriebsmaschine, in der beschriebenen Weise abzubremsen, ehe der Synchronisiervorgang bei allmählich wieder steigender Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle beginnen kann, bedeutet einen erheblichen, schon in einer Vorphase des Einrückens der Zahnkupplung auftretenden Zeitverlust, der die Wendigkeit eines mit der bekannten Kupplungsanordnung ausgerüsteten Schiffes spürbar vermindern kann. Falls der Servomotor durch ein Versagen der beschriebenen Steuereinrichtung das Klinkengesperre in Eingriff bringt, ehe die Winkelgeschwindigkeit der ersten Welle hinreichend abgesenkt worden ist, wird das Klinkengesperre zerstört, wodurch die Zahnkupplung unbrauchbar wird und der Schiffsantrieb stillgesetzt werden muß, um noch größere Schäden zu vermeiden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung sanordnung der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzubilden, daß die Zahnkupplung sich schneller und ohne Gefährdung des Klinkengesperres einrücken läßt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zahnkupplung von der an sich bekannten Bauart ist, bei der

- die erste Verzahnung des Kupplungssterns gerade ist.,

- eine Schraubmuffe mit der zweiten Kupplungshälfte verschraubt ist,

- die Schraubmuffe und das Klinkengesperre als Ganzes mit dem Kupplungsstern zu gemeinsamer Axialverschiebung verbunden sind,

- und ein von der Schraubmuffe gesteuerter Servomotor zum Fortsetzen der Einrückbewegung vorgesehen ist.

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- und daß das Klinkengesperre so angeordnet .ist, daß es einrastet, wenn die Drehzahl der antriebsseitigen Kupplungshälfte bei normaler Vorwärtsdrehrichtung im Begriff ist, unter die Drehzahl der abtriebsseitigen Kupplungshälfte abzusinken.

Eine Zahnkupplung der im Vorstehenden beschriebenen Bauart ist aus der DE-PS 11 81 992 bekannt. Dort hat der Kupplungsstern im wesentlichen die Form eines Rohrstücks, das an seinen beiden Enden je eine gerade Innenverzahnung aufweist, von denen die eine ständig in eine an der treibenden Welle ausgebildete ..gerade Außenverzahnung eingreift und die andere in eine an der getriebenen Welle ausgebildete Äußenverzahnung einrückbar ist. Etwa in der Mitte zwischen den beiden Innenverzahnungen ist an der Innenseite des Rohrstücks eine ebenfalls als Innenverzahnung ausgebildete Klinkenverzahnung angeordnet. Da diese insgesamt drei Verzahnungen im Querschnitt an den Ecken eines Dreiecks liegen, hat sich für diese Anordnung die Bezeichnung Kupplungsstern ergeben, die in die Beschreibung der vorliegenden Anmeldung übernommen worden ist, ohne daß es erfindungsgemäß darauf ankäme, ob die mit je einer Kupplungshälfte zusammenwirkenden Verzahnungen des Kupplungssterns Innenverzahnungen oder Außenverzahnungen sind. Entsprechendes gilt auch für die Klinkenverzahnung, bei der es im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht entscheidend ist, ob sie als Innen- oder Äußenverzahnung am Kupplungsstern oder an der Schraubmuffe ausgebildet ist; es versteht sich von selbst, daß die Klinken des Klinkengesperres an der Schraubmuffe gelagert sind, wenn die Klinkenverzahnung am Kupplungsstern ausgebildet ist und umgekehrt.

Bei der aus der DE-PS 1 181 992 bekannten synchronxsierenden Zahnkupplung ist ebenso wie bei der eingangs beschriebenen, aus der genannten ASME-Veröffentlichung bekannten Zahnkupplung das Klinkengesperre so angeordnet, daß es einrastet,

wenn die Drehzahl der antriebsseitigen Kupplungshälfte bei normaler Vorwärtsdrehrichtung im Begriff ist, die Drehzahl der abtriebsseitigen Kupplungshälfte zu übersteigen.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß zum Einrücken der synchronisierenden Zahnkupplung die Drehzahl der normalerweise treibenden, ersten Welle praktisch nicht unter die Drehzahl der normalerweise getriebenen, zweiten Welle abgesenkt werden muß, denn sobald die erstgenannte Drehzahl nur im Begriff ist, die zweite zu unterschreiten, wird das Klinkengesperre wirksam und zwingt die Schraubmuffe, sich gemeinsam mit dem Kupplungsstern und der mit diesem in ständigem Zahneingriff stehenden ersten Kupplungshälfte zu drehen und somit eine Relativdrehung gegenüber der zweiten Kupplungshälfte, und somit eine Schraubbewegung, auszuführen, bei der die Schraubmuffe einerseits - gegebenenfalls nach Überwindung eines mehr oder weniger großen Axialspiele - den Kupplungsstern in axialer Richtung mitnimmt und andererseits - entweder unmittelbar oder über den Kupplungsstern - den Servomotor so steuertj daß dieser den Kupplungsstern vollends in seine Einrückstellung bewegt. Unmittelbar darauf kann die Drehzahl der normalerweise und nun wieder treibenden ersten Welle durch Hochfahren der Antriebsmaschine wieder erhöht werden, ohne daß diese Drehzahl jemals merklich unter die ursprüngliche Drehzahl der zweiten Welle abgesenkt worden wäre. Die Zeitspanne, während der beim Synchronisieren und Einrücken der Zahnkupplung die Leistungsübertragung von der Antriebsmaschine auf die zweite Welle unterbrochen wird, ist somit bei der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich verkürzt.

Ein weiterer entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung gegenüber der bekannten Anordnung der eingangs beschriebenen Gattung besteht darin, daß besondere Maßnahmen zum Schutz des Klinkengesperres nicht erforder-

lieh sind, da die Klinken gegenüber der Klinkenverzahnunung niemals in axialer Richtung verschoben werden und somit auch nicht der Gefahr ausgesetzt sind, durch eine zur Unzeit stattfindende Betätigung beschädigt oder gar zerstört zu werden. Obwohl das Klinkengesperre bei der erfindungsgemäßen Anordnung stets eingriffsbereit bleibt, paßt sich die Zahnkupplung in ausgerücktem Zustand jedem beliebigem Schlupf in der dann wirksamen Strömungskupplung an; die Klinken ratschen dann einfach über die Klinkenverzahnung hinweg. Das gleiche gilt, wenn bei normaler Vorwärtsdrehung der ersten Welle die zweite Welle sich rückwärtsdreht; in diesem Fall ratschen die Klinken entsprechend schneller über die Klinkenverzahnung hinweg, ohne dadurch beschädigt zu werden.

Zum Ausrücken der Zahnkupplung ist es - wie auch bei bekannten Kupplungsanordnungen - zur Schonung der gegeneinander axial beweglichen Verzahnungen zweckmäßig, wenn nicht unumgänglich, die Antriebsmaschine vorübergehend auf Teillast oder gar auf Leerlauf zu schalten. Dabei kann man bei bekannten Kupplungsanordnungen die normalerweise treibende Welle so stark abbremsen, daß ihre Drehzahl unmittelbar nach dem Ausrücken der Zahnkupplung unter die Drehzahl der normalerweise getriebenen Welle absinkt. Dies muß bei der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung vermieden werden,, da andernfalls das Klinkengesperre einrasten und zusammen mit der Schraubmuffe sofort eine Axialkraft im Einrücksinne erzeugen würde. Deshalb wird die Zahnkupplung bei der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung vorzugsweise unter Teillast ausgerückt., wobei in diesem Zusammenhang auch Leerlauf der Antriebsmaschine noch als Teillast zu verstehen ist, denn dabei kann die Antriebsmaschine noch eine Leistung in der Größenordnung von etwa 5% ihrer Nennleistung abgeben.

Um zu verhindern, daß wegen der bei der erf indungsgernäßun Kupplungsanordnung bestehenden Unmöglichkeit, die erste Welle auf eine Drehzahl unterhalb derjenigen der zweiten Welle

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abzubremsen, beim Ausrücken der Zahnkupplungen unter Teillast die außer Eingriff kommenden Verzahnungen beschädigt werden, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dem Servomotor ein Akkumulator vorgeschaltet, in dem eine für ein schlagartiges Ausrücken der Zahnkupplung bei Teillastbetrieb der Kupplungsanordnung ausreichende Energiemenge speicherbar ist. Dadurch läßt sich die Einwirkungsdauer überhöhter Flächenpressungen an den außer Eingriff kommenden Verzahnungen der^art verkürzen, daß Zahnschäden vermieden werden.

Mit dem gleichen Ziel ist gemäß einer anderen, die Erfindung weiterbildenden Maßnahme vorgesehen, daß die zweite Verzahnung des Kupplungssterns, also diejenige, die beim Ausrücken von der zugehörigen Verzahnung der zweiten Kupplungshälfte getrennt wird, einen um 50 bis 150%, vorzugsweise 80 bis 120% größeren Durchmesser hat als die erste Verzahnung des Kupplungssterns, die mit der zugehörigen Verzahnung der ersten Kupplungshälfte ständig in Eingriff bleibt.

Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil bei Kupplungsanordnungen der eingangs beschriebenen Gattung anwendbar, deren Strömungskupplung umsteuerbar ist. Vorallem für solche Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, wenn das Klinkengesperre einen ölstau enthält, der die Bewegung der Klinken dämpft, wenn diese insbesondere bei Rückwärtslauf der zweiten Welle, über die zugehörige Klinkenverzahnung hinwegratschen. Vorzugsweise sind beiderseits der Klinkenverzahnung Stauscheiben angeordnet, die den Ölstau bilden.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig.1 die Draufsicht eines Schiffsantriebs, teilweise im

Längschnitt,
Fig.2 den vergrößerten Längsschnitt II-II in Fig.1 mit weiteren Einzelheiten,

Fig-3 den Querschnitt III-III in Fig.2,

Fig.4 eine weiter vergrößerte Schrägansicht eines Ausschnittes aus Fig.2,

Fig.5a ein Diagramm des Verlaufs der Drehzahl über der Zeit • bei einer bekannten Kupplungsanordnung des in Fig.1 dargestellten Schiffsantriebs und

Fig.5b ein entsprechendes Diagramm der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung,

Fig.6 die Draufsicht eines Schiffsantriebs mit einem Drehmomentwandler, teilweise im Längsschnitt,

Fig.7 den vergrößerten Längsschnitt VII-VII in Fig.6 mit weiteren Einzelheiten,
Fig.8 ein Diagramm der Charakteristiken des Drehmomentwandlers, Zu dem Schiffsantrieb gemäß Fig.. 1 gehört eine Antriebsmaschine 12₇ im dargestellten Beispiel eine Gasturbine, deren Welle 14 mit einem Bremskörper 16 gekuppelt ist; die zugehörige Bremse 18 ist nur andeutungsweise dargestellt. Mit dem Bremskörper 16 ist eine normalerweise treibende, erste Welle 20 gekuppelt, die über eine sychronisierende Zahnkupplung 22 mit einer normalerweise getriebenen zweiten Welle 24 kuppelbar ist. Die erste Welle 20 erstreckt sich durch die als Hohlwelle ausgebildete zweite Welle 24 hindurch und ist mit dieser auch durch eine Strömungskupplung 26 kuppelbar. Zwischen der Zahnkupplung 22 und der Strömungskupplung 26 ist auf der zweiten Welle 24 ein Ritzel 28 befestigt, das mit einem Zahnrad 30 kämmt. Das Zahnrad 30 ist auf einer Propellerwelle 32 befestigt, an die ein Schiffspropeller 34 angeflanscht ist.

Die synchronisierende Zahnkupplung 22 hat gemäß Fig.2 und eine antriebsseitige Kupplungshälfte 36 mit einer geraden Verzahnung 38, die im dargestelltenBeispiel als Innenverzahnung ausgebildet ist, sowie eine abtriebsseitige Kupp-

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lungshälfte 40 mit einer geraden Verzahnung 42, die im dargestellten Beispiel ebenfalls als Innenverzahnung ausgebildet ist. Der Teilkreisdurchmesser der Verzahnung 42 der abtriebsseitigen Kupplungshälfte 40 ist erheblich größer, im dargestellten Beispiel um etwa 80% größer als der Teilkreisdurchmesser der Verzahnung 38 der antriebsseitigen Kupplungshälfte 36.

An der abtriebsseitigen Kupplungshälfte 40 ist radial innerhalb der geraden Verzahnung 42 eine schräge Verzahnung 44, im dargestellten Beispiel ebenfalls eine Innenverzahnung, ausgebildet. Von der abtriebsseitigen Kupplungshälfte 40 ragt in Richtung zur antriebsseitigen Kupplungshälfte 36, gleichachsig mit den Verzahnungen 42 und 44 eine Führungs- . buchse 46 weg, auf der eine Schraubmuffe 48 begrenzt axial verschiebbar geführt ist. Der Verschiebeweg der Schraubmuffe 48 ist einerseits durch die abtriebsseitige Kupplungshälfte 40 selbst und andererseits durch einen am Ende der Führungsbuchse 46 ausgebildeten Bund 50 begrenzt. Die Schraubmuffe 48 hat eine schräge Verzahnung 52, die in jeder möglichen axialen Stellung der Schraubmuffe in die schräge Verzahnung 44 der abtriebsseitigen Kupplungshälfte 40 eingreift. Der Schrägungswinkel der Verzahnungen 44 und 52 ist so gewählt, daß jede Relativdrehung der Schraubmuffe 48 in bezug auf die abtriebsseitige Kupplungshälfte 40 eine axiale Relatiwerschiebung hervorruft, die Schraubmuffe also in bezug auf Drehmomente selbsthemmungsfrei ist.

An der Schraubmuffe 48 ist eine Klinkenverzahnung 54, im dargestellten Beispiel als Außenverzahnung, ausgebildet. Diese ist von einem insgesamt hülsenartigen, im Axialschnitt jedoch sternförmig aussehenden Kupplungsstern 56 umschlossen. Der Kupplungsstern 56 hat eine erste gerade Verzahnung 58, die ständig, jedoch axial verschiebbar, mit der geraden Verzahnung 38 der antriebsseitigen Kupplungshälfte 36 in Eingriff steht und deshalb im dargestellten Beispiel als Außenver-

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zahnung ausgebildet ist. Ferner hat der Kupplungsstern 56 eine zweite gerade Verzahnung 60, die in die gerade Verzahnung 42 der abtriebsseitigen Kupplungshälfte 40 einrückbar ist und deshalb im dargestellten Beispiel als Außenverzahnung ausgebildet ist.

An der Innenseite des Kupplungssterns 56 ist ein Klinkenträger 62 ausgebildet, der mehrere, im dargestellten Beispiel fünf, Ausnehmungen 64 für je eine Klinke 66 aufweist. Die Klinken 66 haben an ihrer Außenseite je eine Kante 68, mit der sie sich an Klinkenträger 62 abstützen, und um die sie wippenartig kippbar sind. Jeder Klinke 66 ist eine Feder 70 zugeordnet, die bestrebt ist, die Klinke in die Klinkenverzahnung 64 der Schräubmuffe '48 einrasten zu lassen.

Die Antriebsmaschine 12 ist nicht umsteuerbar, hat also eine ständig gleichbleibende Drehrichtung, so daß sich auch die normalerweise treibende erste Welle 20, und mit ihr der Kupplungsstern 56, bei laufender Antriebsmaschine 12 stets in einer bestimmten Richtung dreht, die in Fig.3 und 4 mit einem Pfeil a bezeichnet ist. Die Vorwärtsdrehrichtung der normalerweise getriebenen zweiten Welle 24, und somit auch der abtriebsseitigen Kupplungshälfte 40 ist mit einem Pfeil b bezeichnet. Dreht sich die erste Welle 20 im Sinne des Pfeils a schneller als die zweite Welle 24, so ratschen die Klinken 66 über die Klinkenverzahnung 54 hinweg. Das gleiche gilt, wenn die zweite Welle 24 stillsteht oder sich rückwärts, also entgegen dem Pfeil b dreht. Die Klinken 66 rasten nur dann in die Klinkenverzahnung 54 ein, wenn - durch Drosseln der Antriebsmaschine 12 und/oder durch Betätigen der Bremse 18 die erste Welle 20 soweit abgebremst wird, daß sie im Begriff ist, von der zweiten Welle 24 überholt zu werden. In diesem Fall üben die Klinken 66 auf die Schraubmuffe 48 ein abbremsendes Drehmoment aus, das bestrebt ist, die Schraubmuffe aus der in Fig.2 oben abgebildeten Stellung in die unten abgebildete Stellung zu verschieben.

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Der Kupplungsstern 56 greift mit seinem Klinkentr^ger 62 derart über die Klinkenverζahnung 54, daß Schraubmuffe 48 und Kupplungsstern 56, abgesehen von einem geringfügigen Axialspiel zwischen beiden, nur gemeinsam in axialer Richtung verschiebbar sind. Wenn also die Schraubmuffe 48, ausgehend von der in Fig.2 oben abgebildeten Stellung, weiter in die schräge Verzahnung 44 hineingeschraubt wird, dann nimmt sie den Kupplungsstern 56 mit, so daß dessen gerade Verzahnung 60 beginnt, in die Verzahnung 42 der abtriebsseitigen Kupplungshälfte 40 einzurücken. In diesem Augenblick wird das aus der Klinkenverzahnung 54, dem Klinkenträger 62 und den Klinken 66 bestehende Klinkengesperre jedoch unwirksam, so daß der Einrückvorgang mit anderen, weiter unten beschriebenen Mitteln vollendet werden muß.

Den Ausnehmungen 64 wird durch nicht dargestellte Bohrungen öl zugeführt, das die Bewegungen der Klinken 66"dämpft, wenn diese über die Klinkenverzahnung 54 hinwegrat'schen. Beiderseits der Klinkenverzahnung 54 sind Stauscheiben 72 angeordnet, die den Abfluß des Öls behindern und somit einen ölstau hervorrufen, der die Ausnehmungen 64 und die Zahnlücken der Klinkenverζahnung 54 teilweise füllt.

Der Kupplungsstern 56 ist in seiner in Fig.2 oben abgebildeten ausgerückten Stellung durch den gegenseitigen Eingriff der Verzahnungen 38 und 58 in bezug auf die antriebsseitige Kupplungshälfte 36 geführt und zentriert. Um diese Führung und Zentrierung noch zu verbessern, weist der Kupplungsstern 56. einen zylindrischen Führungsansatz 74 auf,, der in der ausgerückten Stellung des KupplungsSterns in einer an der antriebsseitigen Kupplungshälfte 36 ausgebildeten zylindrischen Innenfläche 76 geführt ist. Beim Einrücken des Kupplungssterns 56 trennt sich der Führungsansatz 74 von der Innenfläche 76 in dem Augenblick, in dem die Verzahnung 60

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des Kupplungssterns 56 beginnt, in die Verzahnung 42 der abtriebsseitigen Kupplungshälfte 40 einzugreifen.

Der Kupplungsstern 56 ist über eine an seiner Außenseite ausgebildete ringförmige Führung 78 und eine in dieser gelagerte Schaltklaue 80 mit einem Servomotor 82 verbunden/ der im dargestellten Beispiel als hydraulische Kolben-Zylindereinheit mit einem Kolben 84 ausgebildet ist und zwei Druckmittelanschlüsse 86 und 86' aufweist. Der Kolben 84 ist in Fig.2 mit vollen Linien in der Stellung abgebildet, die er einnimmt, wenn die Zahnkupplung 22 eingerückt ist» Mit gestrichelten Linien ist diejenige Stellung des Kolbens 84 angedeutet, die dem ausgerückten Zustand der Zahnkupplung 22 entspricht; daraus ist erkennbar, daß der Kolben 24' den Druckmittelanschluß 86 derart steuert, daß er einen Druckmittelzustrom durch diesen Druckmittelanschluß 86 nur dann zuläßt, wenn er aus seiner dem ausgerückten Zustand der Zahnkupplung 22 entsprechenden^ in Fig.2 rechten Endstellung heraus um ein Geringes im Einrücksinn verschoben worden ist, was. durch die beschriebene schraubende Bewegung der Schraubmuffe 48 bewirkt wird.

Die Druckmittelans.chlüsse 86 und 86" sind durch ein Steuerventil 88 wahlweise mit einer Pumpe 90 und einem Druckmittelbehälter 92 verbindbar. Zwischen der Pumpe 90 und dem Steuerventil 88 ist ein Akkumulator 94 angeordnet., der in Fig„2 als Akkumulator mit einem Gaspolster angedeutet ist, aber auch einen Energiespeicher in Form einer mechanischen·Federanordnung aufweisen könnte. Zwischen der Pumpe 90 und dem Akkumulator 94 ist ein einstellbares Druckbegrenzungsventil 96 angeordnet, so daß im Rahmen der erreichbaren Förderhöhe der Pumpe 90 der von dieser aufbaubare Druck, und somit die im Akkumulator 94 bei gegebener Größe dieses Akkumulators speicherbare Energie einstellbar ist.

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In der gezeichneten Stellung des Steuerventils 88 sorgt der im Servomotor 82 herrschende Druck dafür, daß die Zahnkupplung 22 eingerückt bleibt. Wird das Steuerventil 88 jedoch

in im Sinne des Pfeils c umgeschaltet, so wird die/Fig.2 rechte Kammer des Servomotors 82 vom Druckmittel entlastet, während dessen voller Druck nun in der linken Kammer herrscht und den Kolben 84 samt dem Kupplungsstern 56 "und der Schraubmuffe 48 in Ausrückrichtung bewegt. Dies geschieht schlagartig, da der Akkumulator 94 eine genügende Druckmittelmenge bei dem eingestellten Drück zur Verfügung stellt. Erst wenn' der Kolben 84 den Druckmittelanschluß 86 abdeckt und dadurch das weitere Entweichen von Druckmittel aus der in Fig.2 rechten Kammer des Servomotors 82 verhindert, tritt eine Endlagendämpfung ein.

Die Strömungskupplung 26 ist von bekannter Bauart und braucht deshalb nicht im einzelnen beschrieben zu werden. In Fig.1 ist erkennbar, daß die Strömungskupplung 26 einen mit der ersten Welle 20 verbundenen Primärteil 100, einen mit der zweiten Welle 24 verbundenen Sekundärteil· 102 sowie einen Kranz radial· verstellbarer Leitschaufeln 104 aufweist. Die Leitschaufel 104- bewirken in ihrer abgebildeten, radial inneren Stellung eine Strömungsumkehr, so daß bei ausgerückter Zahnkupplung 22 die Strömungskupplung 26 die zweite We^e 24 in einer Drehrichtung antreibt, die derjenigen der ersten We^e 20 entgegengesetzt ist. Aus der abgebiideten Ste^ung lassen sich die Leitschaufeln 104 in eine SteUung bringen, in der die Strömungskuppiung 26 die ihrem Primärteil· 100 von der Welle 20 mitgeteilte Bewegung über das Sekundärteil 102 gleichsinnig auf die zweite Welle 24 überträgt. Solange die Zahnkupplung 22 ausgerückt bleibt,tritt in der Strömungskupplung 26 stets ein gewisser, lastabhängiger Schlupf auf, so daß sich die zweite Welle 24 etwas langsamer dreht als die erste We^e 20.

Dieser Zustand ist in Fig.5a und 5b dargestel·^, wobei die Drehzahl· der ersten Welle 20 mit n1, und die Drehzahl der zweiten We^e 24 mit n2 bezeichnet ist. In Fig. 5a ist nun

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der weitere Drehzahlverlauf über der Zeit t für den Fall dargestellt, daß anstelle der Zahnkupplung 22 eine bei vergleichbaren Kupplungsanordnungen übliche synchronisierende Zahnkupplung eingebaut ist. Dabei ist der weitere Verlauf der Drehzahl n1 beim Synchronisieren und Einrücken der Zahnkupplung mit einer gestrichelten Linie,der weitere Verlauf der Drehzahl n2 mit einer punktierten Linie und schließlich die gemeinsame Drehzahl der ersten Welle 20 und der zweiten Welle 24 mit einer strichpunktierten Linie dargestellt. Es ist ersichtlich/ daß die Verwendung einer bekannten Zahnkupplung aus den eingangs erläuterten Gründen dazu zwingt, vor dem Einrüaken der bekannten Zahnkupplung die erste Welle 20 auf eine Drehzahl n3 abzubremsen, die erheblich unter der ursprünglichen Drehzahl n2 der zweiten Welle 24 liegt.

Diesem bekannten Drehzahlverlauf ist in Fig.5b derjenige Drohzahlvorlauf gegenübergestellt, der sich durch den Einbau der erfindungsgemäßen Zahnkupplung 22 in die Kupplungsanordnung ergibt. Hierbei wird die Drehzahl der ersten Welle 20 nur auf die ursprüngliche Drehzahl n2 der zweiten Welle 24 abgesenkt/ und schon dabei findet die Synchronisierung und das Einrücken .der Zahnkupplung 22 statt. Infolgedessen kann der gesamte in Fig.1 dargestellte Schiffsantrieb schon von der Drehzahl n2 aus wieder hochgefahren werden, so daß der für das Einrücken der Zahnkupplung und das erneute Erreichen der ursprünglichen Antriebs- und nun auch Abtriebsdrehzahl nl erforderliche Zeitbedarf erheblich geringer ist als bei dem in Fig.5a dargestellten Einrückvorgang.

Beim Schiffsantrieb gemäß Fig.6 und Fig.7 ist anstelle der Strömungskupplung ein Strömungswandler 120 vorgesehen. Zu diesem gehören ein mit der ersten Welle 20 verbundener Primärteil 122, ein mit der zweiten Welle 24 verbundener Sekundärteil 124, ein Kranz Umkehrschaufein 126 und ein ortsfestes nicht rotierendes Gehäuse 128 mit einem Kranz Statorschaufeln 130. Die ümkehrschaufeln 126 können axial in eine Stellung 126' in der Mitte

des Strömungswandlers 120 und außerhalb des Strömungsmxttelweges zurückgefahren werden. Ein solcher Strömungswandler ist aus der DE-OS 30 22 075 bekannt.

Der Strömungswandler 120 ist so ausgelegt, daß gemäß dem Diagramm in Fig.8 das Ausgangsdrehmoment M, am Sekundärteil 124 erst dann auf Null absinkt, wenn das Drehzahlverhältnis n_T/n vom Sekundärteil zum Primärteil· größer als 1 wird. Dadurch wird erreicht, daß die synchronisierende Zahnkupplung 22 einrücken kann, ohne daß die erste Welle 20 entweder von der Antriebsmaschine 12 oder von der Bremse 18 abgebremst werden muß.

Claims

»β α ti 1Α-54 591 ν H- - Patentansprüche

1. Kupplungsanordnung für einen Schiffsantrieb mit einer normalerweise treibenden ersten Welle (20), die mit einer antriebsseitigen verzahnten Kupplungshälfte (36) einer synchronisierenden Zahnkupplung (22) sowie mit einem Primärteil (100;122) einer Strömungskupplung (26) oder eines Strömungswandlers (120) verbunden ist und mit einer normalerweise getriebenen zweiten Welle (24), die mit einer abtriebsseitigen verzahnten Kupplungshälfte (40) der Zahnkupplung (22) sowie mit einem Sekundärteil (102;124) der Strömungskupplung (26) bzw. des Strömungswandlers (120) verbunden ist, wobei die Zahnkupplung (22) einen Kupplungsstern (56) aufweist, der mittels einer ersten Verzahnung (58) auf einer der verzahnten Kupplungshälften (36 oder 40) durch ständigen Zahneingriff axial verschiebbar geführt ist, und mit einer zweiten Verzahnung (60) in die zweite Kupplungshälfte (40 oder 36) einrückbar ist und ein Klinkengesperre (54,62,66) trägt, das baim Durchlaufen einer Synchrondrehzahl einrastet und eine das Einrücken des Kupplungs stern's (56) bewirkende schraubende Relativbewegung zweier Bauteile· der Zahnkupplung (22) hervorruft, dadurch gekennzeichnet , daß die Zahnkupplung (22) von der an sich bekannten Bauart ist, bei der

- die erste Verzahnung (58) des Kupplungssterns (56) gerade ist,

- eine Schraubmuffe (48) mit der zweiten Kupplungshälfte (40) verschraubt ist,

- die Schraubmuffe (48) und das Klinkengesperre (54,62,66) als Ganzes mit dem Kupplungsstern (56) zu gemeinsamer Axialverschiebung verbunden sind,

- und ein von der Schraubmuffe (48) gesteuerter Servomotor (82) zum Fortsetzen der Einrückbewegung vorgesehen ist,

- und daß das Klinkengesperre (54,62,66) so angeordnet ist, daß es einrastet, wenn die Drehzahl der antriebsseitigen Kupplungshälfte (36) bei normaler Vorwärtsdrehrichtung im Begriff ist,

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unter die Drehzahl der abtriebsseitigen Kupplungshälfte (40) abzusinken.

2. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Servomotor (82) ein Akkumulator (94) vorgeschaltet ist, in dem eine für ein schlagartiges Ausrücken der Zahnkupplung (22) bei Teillastbetrieb der Kupplungsanordnung ausreichende Energiemenge speicherbar ist.

3. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verzahnung (60) des Kupplungssterns (56) einen um 50 bis 150%, vorzugsweise 80 bis 120% größeren Durchmesser hat als die erste Verzahnung (58).

4. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1 mit umsteuerbarem Strömungswandler (120) , dadurch gekennzeich- · · net, daß das Klinkengesperre (54,62,66) einen ölstau enthält, der die Bewegung der Klinken (66) dämpft, wenn diese,-insbesondere bei Rückwärtslauf der zweiten Welle (24) über die zugehörige Klinkenverzahnung (54) hinwegratschen.

5. Kupplungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, -daß beiderseits der Klinkenverzahnung (54) Stauscheiben (72) angeordnet sind, die den ölstau bewirken.

6. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß an der normalerweise treibenden Welle (24) eine Bremse (1.8) angeordnet ist.