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Die Erfindung betrifft eine im Stillstand schaltbare Zahnkupplung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt der Kupplung, Fig. 2 eine Teilansicht
eines Schnitts A-A des Gehäuses.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Fig. 2 zeigt einen Teil des Schnittes A-A des Gehäuses 40, das sich
im ausreichenden Abstand zur Außenkante der Schalthülse 30 befindet.
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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.
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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
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