DE3516614A1 - Zahnkupplung fuer schiffsantriebsanlagen - Google Patents

Zahnkupplung fuer schiffsantriebsanlagen

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DE3516614A1
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Heinz-Jürgen 5810 Witten Bohmann
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Renk GmbH
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Mannesmann AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/30Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements characterised by use of clutches
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D11/00Clutches in which the members have interengaging parts
    • F16D11/14Clutches in which the members have interengaging parts with clutching members movable only axially

Description

  • Die Erfindung betrifft eine im Stillstand schaltbare Zahnkupplung
  • für Schiffsantriebsanlagen, insbesondere zum Kuppeln der Propellerwelle mit der Antriebswelle, bestehend aus mit Außenverzahnungen versehenen Kupplungshälften der Antriebs- und Abtriebsseite sowie einer eine korrespondierende Verzahnung besitzende verschiebbare Schalthülse und einem die Kupplungshälften und die Schalthülse umgebendes Gehäuse.
  • Bei Schiffen, deren Propellerwelle durch eine Kupplung trennbar ist, wird üblicherweise vor und hinter der Kupplung ein Lager angeordnet (vgl. dazu "Sketches and Data from Present-Day Ships and Vessels", Mannesmann Rexroth L+S: RE 75 003 09.83 .1.1.2 Nr. 5). Mindestens eins von den Lagern ist ein Axiallager.
  • Nachteil dieser Anordnung ist neben der hohen Anzahl der Bauteile insbesondere die Anzahl der erforderlichen Fundamente, und zwar mindestens zwei für die Lager und ggf. noch eins für das Gehäuse der Kupplung. Dies bedeutet zum einen, daß während der Montage hoher Aufwand betrieben werden muß, zum anderen, daß während des Betriebes, da der Schiffskörper sich selber verändert, die örtliche Lage der Bauteile zueinander sich ändert. Dies hat negative Auswirkungen auf das Verschleißverhalten der Zahnkupplung, insbesondere auf die Flanken der Zähne.
  • Die zum Einsatz kommenden Zahnkupplungen weisen Radiallager auf (Katalog Flender 4.82 ZAPEX-Kupplungen. 20.2 ZWS). Der Einsatz dieser bekannten Kupplung hat folgenden Nachteil. Wie bereits oben erwähnt, ist der Einsatz von Axiallagern erforderlich, um den Axialschub von der Propellerwelle, wie auch von der Motorwelle aufzunehmen. Es verbleibt aber immer noch eine Axialbewegung zwischen den Kupplungshälften, die zu einem erhöhten Verschleiß der Zahnflanken führt. Beim Anfahren der Schiffsantriebseinheit erwärmt sich das gesamte System. Das bedeutet, daß die Wellenenden sowohl der Propellerwelle wie auch der Antriebswelle infolge der Wärmedehnung In dem Bereich von dem jeweiligen Axiallager zur Kupplung hin sich ausdehnen. Die Folge ist ein Verschleiß der Flankenballen.
  • Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Zahnkupplung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die in kompakter Bauweise ausgeführt ist, sich leicht justieren läßt und in jeder Betriebsphase der Antriebseinheit verschleißarm ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zahnkupplung zwischen dem Gehäuse und der abtriebsseitigen Kupplungshälfte, zwischen den Kupplungshälften und zwischen dem Gehäuse und der antrlebsseitigen Kupplungshälfte Axiallager vorgesehen sind, wobei die Axiallager senkrecht zur Wellenachse angeordnet und zur Aufnahme der insbesondere vom Propeiler bewirkten Schub- bzw. Zugkräfte vorgesehen sind.
  • Die Drucklager nehmen die Druck- und Schubkräfte auf, die über die Propellerwelle und in geringem Maße auch über die Motorwelle in die Kupplung eingeleitet werden. Die üblicherweise zu beiden Seiten der Kupplung eingesetzten Axiallager sind dadurch entbehrlich. In vortellhafter Weise kann nicht nur auf die Fundamente für die Axiallager verzichtet werden, gleichzeitig wird gerade die aufwendige Justierarbeit während der Montage vereinfacht. Hinzu tritt, daß Veränderungen des Körpers keine Lageveränderung der Drucklager zur Kupplung herrufen können, die eine Veränderung der Lage der Zahnflanken zueinander bewirken und dabei erhöhten Verschleiß auslösen.
  • Ein weiterer Vorteil ist der geringe körperliche Abstand der Yerzahnung der Kupplung zu den Drucklagern. Hierdurch wird eine Relativbewegung der Zahnflanken zueinander vermieden, die üblicherweise, in Abhängigkeit der Länge der Wellen vom Drucklager bis zur Zahnflanke infolge Wärmeausdehnung auftritt. Vom kalten Zustand der Antriebseinheit während der Liegezeit eines Schiffes und der relativ kurzen Zeit der Aufwärmung der Antriebseinheit auf Betriebstemperatur verlängern sich die Wellenenden vom Drucklager bis zur Zahnflanke der jeweiligen Kupplungshälfte. Durch die Relativbewegung der Kupplungshälften zueinander verschiebt sich der Kraftübertragungspunkt auf den jeweiligen Zahnflanken. Bei Wellendurchmessern zwischen 300 und 1000 mm und Wellenstumpflängen von wenigen Metern tritt hier eine meßbare Bewegung auf. Durch den extrem kurzen Abstand zwischen Drucklager und Flanke bleibt der Betriebspunkt der Zahnflanken beider Kupplungshälften konstant. Ein Verschleiß, der hervorgerufen wird durch Verschiebung des Arbeitspunktes, kann somit nicht auftreten.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Zahnktpplung ist die exakte Ausrichtung der Mittenachsen der jeweiligen Zahnkupplungshälften, die auch im Betrieb keine Änderung erfährt. Durch einen geringen Achsversatz der Mittenachse der Antriebswelle zur Mittenachse der Propellerwelie kommt es zu einer Taumelbewegung der Zahnhülse. Die Taumelbewegungen der Zahnhülse führen bei den jeweiligen Zahnscheiben im Bereich der Zahnflanken zu einer Kippbewegung. Diese Kippbewegung führt zu einer intensiven Schmierung der kompletten Zahnflanke mit in der Kupplung vorhandenem Schmieröl. Hierdurch wird die Verschleißrate enorm gesenkt. Durch die kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Zahnkupplung ist diese Taumelbewegung nicht nur berechenbar und in vorgegebenen Grenzen zu halten, sie ist bereits werkstattmäßig exakt einstellbar und von der Montage vor Ort sowie späteren Änderungen, beispielsweise aus Verlagerungen des Schiffskörpers, unabhängig.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt der Kupplung, Fig. 2 eine Teilansicht eines Schnitts A-A des Gehäuses.
  • Im Schnitt des Getriebes in der Fig. 1 ist die Antriebswelle am Flansch 14 der antriebsseitigen Kupplungshälfte 10 befestigbar. Der Flansch 14 ist ebenso wie der Druckbund 13 an der Welle 16 angeschmiedet. Am Umfang des Druckbundes 13 ist die Verzahnung 15 eingearbeitet.
  • Abtriebsseitig ist die Propellerwelle am Flansch 24 der abtriebsseitigen Kupplungshälfte 20 befestigbar. Der Flansch 24 ist an der Welle 26 angeschmiedet, die antriebsseitig den Druckbund 23 sowie den Wellenstuinpf 22 aufweist. Am Druckbund 23 ist der mit einer Außenverzahnung versehene Zahnring 25 befestigbar. Die Kupplungshälften 10 und 20 sind durch eine verschiebbare Schalthülse 30, die eine Innenverzahnung 35 aufweist, entsprechend der Verzahnung des Zahnringes 25 sowie der Verzahnung 15 des Druckbundes 13, formschlüssig verbindbar. Die Schalthülse 30 besitzt mittig nach innen weisend eine ringförmige Schulter 34, an der der Schalttopf 33 befestigbar ist. Der Schalttopf 33 ist über das Schaltgestänge 31 mit dem Schaltmuffenring 32 verbunden.
  • Im ausgerückten Zustand der Kupplung (obere Bildhälfte) stützt sich die Schalthülse 30 auf der Druckscheibe 28 ab. Dabei ist an der Druckscheibe 28 eine ballige Zahnschulter 27 zum exakten Führen der Schalthülse 30 vorgesehen.
  • Für die Zahnkupplung ist ein Gehäuse 40 vorgesehen, aus der axial Teile der Welle 16 mit dem Flansch 14 und Teile der Welle 26, der vom Schaltmuffenring umgeben ist, sowie der Flansch 24. Die Kupplungshälften 10, 20 stützen sich im Bereich der Wellen 16, 26 radial über die Lager 41, 42 am Gehäuse 40 ab. An den Stirnflächen des Gehäuses 40 sind die Axiallager 11 bzw. 21 angeordnet. Das Lager 21 nimmt dabei die von der Propellerwelle hervorgerufenen Zugkräfte auf. An der Druckscheibe 28, die stirnseitig am Wellenstumpf 22 über die Nase 29 zentrierbar am Wellenstumpf 22 befestigt ist, ist antriebsseitig das Lager 12 angeordnet. Die Lager 11, 12, 21 sind in Segmente zerlegbar, um ihre Montage zu ermöglichen. In axialer Richtung, auf der der Befestigungsseite entgegengesetzten Seite sind sie mit Weißmetall 51, 52, 53 belegt.
  • Wirken Schubkräfte vom Propeller über die Propellerwelle auf die Kupplung so werden die Kräfte über die Welle 26 auf die Druckscheibe 28, von dort über das Axiallager 12 auf den Druckbund 13 und von dort über das Lager 11 auf das Gehäuse 40 und von hier wiederum über den Flansch 45 (Fig. 2) ins Fundament eingeleitet. Bei eingeschalteter Kupplung nimmt das Drucksegment 11 dynamisch den Propellerschub auf, bei ausgeschalteter Kupplung den statischen Schub. Das Drucksegment 12 nimmt bei eingeschalteter Kupplung den Vorausschub statisch und bei entkuppelter Anlage den Schub dynamisch auf.
  • In einer Werkstatt fertigungstechnisch einfach auszuführen, ist die Möglichkeit, die Mittenachsen 43, 44 der Radiallager 41, 42 nicht fluchtend vorzusehen. Dabei ist der Achsabstand a beliebig einstellbar.
  • Fig. 2 zeigt einen Teil des Schnittes A-A des Gehäuses 40, das sich im ausreichenden Abstand zur Außenkante der Schalthülse 30 befindet.
  • Mittig zum Gehäuse 40 ist in einer Ebene E parallel zu den Mittenachsen 43, 44 der Flansch 45 vorgesehen. Der Flansch 45 ist am Fundament des Schiffskörpers befestigbar. Die Mittenachse des Flansches 45 ist vorzugsweise zwischen den Mittenachsen 43 und 44 angeordnet.
  • Bezugszeichenliste 10 antrlebsseltige Kupplungshälfte 11 antriebsseitiges Axiallager 12 Axiallager zwischen den Kupplungshälften 13 Druckbund (antriebsseitig) 14 Flansch 15 Verzahnung 16 Welle 20 abtriebsseitige Kupplungshälfte 21 abtriebsseites Axiallager 22 Wellenstumpf 23 Druckbund (abtriebsseitig) 24 Flansch 25 Zahnring 26 Welle 27 ballige Zahnschulter 28 Druckscheibe 29 Nase 30 Schalthülse 31 Schaltgestänge 32 Schaltmuffenring 33 Schalttopf 34 Schulter 35 Verzahnung 40 Gehäuse 41 Radiallager antriebsseitig 42 Radiallager abtriebsseitig 43 Mittenachse des Radiallagers 41 44 Mittenachse des Radiallagers 42 45 Flansch 50 Gleitschicht 51 Weißmetall für Lager 11 52 Weißmetall für Lager 12 53 Weißmetaal für Lager 21 a Achsversatz E Ebene Leerseite

Claims (9)

  1. Zahnkupplung für Schiffsantriebsanlagen Patentansprüche 1. Im Stillstand schaltbare Zahnkupplung für Schlffsantriebsanlagen, insbesondere zum Kuppeln der Propellerwelle mit der Antriebswelle, bestehend aus mit Außenverzahnungen versehenen Kupplungshälften der Antriebs- und Abtriebsseite sowie einer eine korrespondierende Verzahnung besitzende verschiebbare Schalthülse und einem die Kupplungshälften und die Schalthülse umgebendes Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, 1.1 daß zwischen dem Gehäuse (40) und der abtriebsseitigen Kupplungshälfte (20) ein Axiallager (21) 1.2 daß zwischen den Kupplungshälften (10, 20) ein Axiallager (12) und 1.3 daß zwischen dem Gehäuse (40) und der antriebsseitigen Kupplungshälfte (10) ein Axiallager (11) vorgesehen ist, wobei die Axiallager (11, 12, 21) senkrecht zur Wellenachse angeordnet sind und zur Aufnahme der insbesondere vom Propeller bewirkten Schub- bzw. Zugkräfte vorgesehen sind.
  2. 2. Zahnkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Axiallager (11, 12, 21) ringförmige Gleitlager sind.
  3. 3. Zahnkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (11, 12, 21) in Segmente zerlegbar sind.
  4. 4. Zahnkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente mit einer besondere Gleiteigenschaften besitzenden Schicht (51, 52, 53), vorzugsweise Weißmetall, belegt sind.
  5. 5. Zahnkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungshälften (10, 20) in radialer Richtung mit Lagern (41, 42), insbesondere Gleitlager, im Gehäuse (40) geführt sind.
  6. 6. Zahnkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenachsen (43, 44) der Radiallager (41, 42) mit einem Achsversatz (a) zueinander achsparallel geführt sind.
  7. 7. Zahnkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsversatz (a) eine Größe von bis zu zwei Tausendstel des Wellendurchmessers aufweist.
  8. 8. Zahnkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (40) einen Flansch (45) aufweist, der mit einem Fundament des Schiffes verbindbar ist.
  9. 9. Zahnkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (45) mittig das Gehäuse (40) in einer Ebene (E) umgibt, die parallal zu den Mittenachsen (43, 44) angeordnet ist.
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