DE3706972A1 - Kupplung als schutz von maschinenanlagen - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine, zwischen der anzutreibenden Welle und der Antriebsmaschine liegende, zwei Kupplungen umfaßende Kupplungsanlage, zum Schutz der treibenden Welle vor zufälligen Laständerungen, bei der das von der zweiten Kupplung übertragene Maximaldrehmoment nur ein Teil des von der ersten Kupplung übertragenen Maximaldrehmomentes ist, wobei die treibende und anzutreibende Welle im Normallastzustand durch die erste Kupplung verbunden werden.

In arktischen Verhältnissen fahrende Schiffe können unter außergewöhnlichen Umständen Eishindernisse antreffen, die Schäden an der Maschinenanlage verursachen können. Es wurden verschiedene Systeme zur Verhinderung einer Motorenüberbelastung sowie zur Drehzahlreduzierung bei übermäßig starkem Anstieg der Schiffsschraubenbelastung, entwickelt.

Die Aufgabe vorliegender Erfindung ist eine Minimierung der Nachteile, beim Auftreffen der Schiffsschraube auf Eis oder andere Hindernisse. Die erfindungsgemäße Kupplung, besonders gekennzeichnet dadurch, daß bei einem Lastanstieg das über einen bestimmten Wert geänderte Drehzahlverhältnis zwischen der Primärwelle, der ersten Kupplung und der Sekundärwelle, einen Impuls zum Ausrücken der ersten Kupplung auslöst, wobei die Drehmomentübertragung auf die anzutreibende Welle über die zweite Kupplung erfolgt, und daß nach der Entfernung des, den Lastanstieg verursachenden Hindernisses, und erneuter Änderung des Drehzahlverhältnisses der Wellen ein Impuls zum Wiedereinrücken der ersten Kupplung abgegeben wird. Als erste Kupplung eignet sich eine Reibungskupplung, als zweite eine hydrodynamische Kupplung.

Die Vorrichtung braucht weder eine Zahnradübertragung noch andere entsprechende Einrichtungen. Daher geht es hier um einen sog. "direkten Antrieb" d. h. eine Übersetzung von 1:1. Die Vorrichtung kann, zunächst vor allem wegen ihres "Eingangs", auch mit einem Untersetzungsgetriebe eingesetzt werden.

Die obere Grenze des Leistungskennwertes der Anlage bestimmt in erster Linie die Reibungskupplung.

Nachfolgend wird die Erfindung und ihre Details unter Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen

Abb.

1 eine schematisch von der Seite gesehene, nach vorliegender Erfindung konstruierte Kupplungsanordnung und

Abb.

2 das Schnittbild einer anderen, nach vorliegender Erfindung aufgebauten Kupplungsanordnung zeigt.

In Abb. 1 ist eine Anwendung nach der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Die Hauptmaschine 1 liegt an der Welle 2, die das Zahnrad 3 trägt. Mit dem Zahnrad 3 stehen die zwei gleichgroßen Zahnräder 4 und 5 in Eingriff. Mit Zahnrad 4 auf derselben Welle 6 liegt die Reibungskupplung 7. Die Sekundärhälfte der Reibungskupplung ist an die Welle 8 angebaut, an deren anderem Ende das Zahnrad 9 sitzt. Die Reibungskupplung kann beispielsweise als Lamellenkupplung ausgeführt sein.

Gemeinsam mit dem Zahnrad 5 sitzt auf derselben Welle 10 auch die hydrodynamische Kupplung 11. Die Sekundärhälfte der hydrodynamischen Kupplung sitzt auf der Welle 12, die auch das Zahnrad 13 trägt. Die hydrodynamische Kupplung hat zwei gegenüberliegend angepaßte Laufräder, wobei die Drehbewegung des ersten Laufrades mit Hilfe eines Zwischenmediums in der Kupplung auf das zweite Laufrad übertragen wird.

Die gleichgroßen Zahnräder 9 und 13 stehen in Eingriff mit dem auf der Welle 14 sitzenden Zahnrad 15. Auf dieser Welle 14 sitzt auch die das Fahrzeug antreibende Schiffsschraube 16. Die Steueranlage 17 steht mit den Wellen 6 und 8 in Verbindung und tastet deren Drehzahlen über die Drehzahlgeber 19 ab. Die Steueranlage steuert die hydraulische Betätigungsvorrichtung 18 der Reibungskupplung sowie die Brennstoffzufuhr für den Hauptmotor 1.

Die in Abb. 1 gezeigte Anlage funktioniert wie folgt: Der Hauptmotor 1 treibt über die Zahnräder 3, 4 die Primärwelle 6 der Reibungskupplung 7 an. Eingerückt nimmt die Reibungskupplung 7 die Sekundärwelle 8 direkt mit. Bei eingerückter Reibungskupplung 7 läuft die hydrodynamische Kupplung 11 frei, weil beim Antrieb der Zahnräder 3, 5 und 15, 13 durch die Wellen 10 und 12, kein Schlupf d. h. (Geschwindigkeitsdifferenz) zwischen den beiden Wellen auftritt.

Rutscht die Reibungskupplung 7 durch, entstehen zwischen Primär- und die Sekundärwelle 6, 8 unterschiedliche Geschwindigkeiten. Jetzt gibt die Steueranlage 17 der Betätigungsvorrichtung 18 der Reibungskupplung 7 den Befehl den Andruck der Reibungskupplung 7 bis auf einen vorher festgelegten konstruktiven Maximalwert zu verstärken, wenn die von den Drehzahlgebern 19 festgestellte Drehzahldifferenz klein war.

Trifft die Schiffsschraube 16 auf ein Hindernis rutscht die Reibungskupplung 7 durch. Die Drehzahldifferenz zwischen den Wellen 6 und 8 ist groß. Jetzt gibt die Steueranlage 17 den Befehl zum Ausrücken der Reibungskupplung an die Betätigungsvorrichtung 18. Gleichzeitig regelt die Steueranlage 17 den Hauptmotor 1, durch Drosseln der eingespritzten Brennstoffmenge ab, und hält so die Drehzahl im gewünschten Bereich.

Bei ausgerückter Reibungskupplung 7 und am Hindernis festsitzender Schiffsschraube 16, erzeugt die hydrodynamische Kupplung 11 beim Übertragen der Drehbewegung der Welle 10 über die Zahnräder 15, 13 auf die Schraubenwelle 14 ein Drehmoment an dieser Welle. Die Größe des Drehmomentes hängt von der gewählten Reibungskupplung 7 ab.

Nach der Befreiung der Schiffsschraube 16 vom Hindernis ändert sich das Drehzahlenverhältnis zwischen den Wellen 6 und 8. Jetzt steuert die Steueranlage 17 die Betätigungsvorrichtung 18 zum Einrücken der Reibungskupplung 7 an, und erhöht die Brennstoffzufuhr am Hauptmotor 1 entsprechend. Damit ist der normale Betriebszustand wieder erreicht.

Abb. 2 zeigt eine andere Anwendung der Erfindung, bei der die hydrodynamische Kupplung 11 konzentrisch zur Reibungskupplung 7 liegt.

Die Lamellen 20 der Reibungskupplung 7 sind am, sich mit der Welle 2 und dem Hauptmotor 1 drehenden Kupplungsgehäuse 21 montiert, während die Lamellen 22 an der Schraubenwelle 14 befestigt sind. Die Lamellen 20 und 21 werden durch Erhöhen des Drucks im ringförmigen Teil 23 zusammengepreßt.

Das erste Laufrad 24 der hydrodynamischen Kupplung 11 ist am Gehäuse 21 der Reibungskupplung 7 befestigt und dreht sich mit diesem mit. Das zweite Laufrad 25 der hydrodynamischen Kupplung 11 ist fest mit der Welle 14 verbunden. Die Verbindung zwischen Laufrad 25 und Laufrad 24, ebenso wie die Verbindung zwischen Laufrad 25 und dem Gehäuse 21 ist gleitend.

Die Funktion der Steueranlage 17 ist gleich wie beim Anwendungsfall auf Abb. 1. Bei eingerückter Reibungskupplung 7 laufen die Wellen 2 und 14 gleich schnell. Stößt die Schiffsschraube auf ein Hindernis, rutscht die Reibungskupplung 7 durch, die Drehzahlgeber 19 stellen eine Drehzahldifferenz zwischen den Wellen 2 und 14 fest und die Steueranlage 17 gibt der Betätigungsvorrichtung 18 Befehl zum Ausrücken der Reibungskupplung. Jetzt übernimmt das sich mit dem Gehäuse 21 und der Welle 2 mitdrehende Laufrad 24 der hydrodynamischen Kupplung 11 die Drehmomentübertragung, die ein Indikator für den Belastungszustand der Schiffsschraube ist. Nach der Eliminierung des Hindernisses steigt die Umlaufgeschwindigkeit der Welle 14 und die Steueranlage gibt der Betätigungsvorrichtung den Befehl zum Wiedereinrücken der Reibungskupplung. Auch die Regelung der Brennstoffzufuhr für die Hauptmaschine erfolgt wie bei der Anwendung auf Abb. 1.

Diese Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die oben dargestellten Anwendungsarten, sondern kann im Rahmen der Patentforderungen vielgestaltig variieren.

Das System läßt sich auch ohne die Steueranlage 17 manuell steuern.

Die Kupplungsanlage ist außer in Wasserfahrzeugen auch an anderer Stelle einsetzbar. Sie ist überall dort wo während gelegentlicher Lasterhöhung die Antriebsmaschinerie geschützt werden soll einsetzbar. Als Antriebsmaschinen können außer Verbrennungsmotoren auch andere Antriebsmaschinen angewandt werden.

Anstatt der hydrodynamischen Kupplung sind für die Übertragung auch mit Hilfe anderer Medien oder Magnetfeldern drehende Kupplungsorgane, wie z. B. Generatoren verwendbar.

Claims (6)

1. Kupplungsanlage zwischen der anzutreibenden Welle (14) und der Antriebsmaschine (1) zum Schutz der Maschinenanlage vor zufälligen Laständerungen der anzutreibenden Welle, bei der die Kupplungsanlage zwei Kupplungen (7, 11) umfaßt, bei denen das von der zweiten Kupplung (11) übertragene maximale Drehmoment nur ein Teil des von der ersten Kupplung (7) übertragenen Drehmomentes ist, wobei die Verbindung zwischen der antreibenden Welle (2) und der angetriebenen Welle (14), während Normallast über die erste Kupplung (7) und bei über der Normallast liegender Belastung über die Kupplung (11) hergestellt wird, gekennzeichnet dadurch, daß beim Lastanstieg die Änderung des Drehzahlverhältnisses der Primärwelle (6 oder 2) der Kupplung (7) und der Sekundärwelle (8 oder 14) über einen gewissen Wert, einen Impuls zum Ausrücken der ersten Kupplung (7) abgibt, wonach die zweite Kupplung (11) ein Drehmoment auf die anzutreibende Welle (14) überträgt, das als Indikator für den Lastzustand der Schiffsschraube dient, sowie daß nach Beseitigung des lasterhöhenden Hindernisses und erneuter Änderung des Drehzahlverhältnisses zwischen den Wellen (6 oder 2, 8 oder 14), diese Änderung einen erneuten Impuls zum Wiedereinrücken der ersten Kupplung (7) abgibt.

2. Kupplungsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß beim Ausrücken der ersten Kupplung (7) auch ein Impuls zur Herabsetzung der Leistung der Antriebsmaschine (1) abgegeben wird, und auch nach dem Wiedereinrücken der ersten Kupplung (7) ein entsprechender Impuls zur Erhöhung der Leistung der Antriebsmaschine (1) abgegeben wird.

3. Kupplungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die erste und zweite Kupplung (7, 11) auf den parallel angeordneten Wellen (6, 8 und 10, 13) sitzen.

4. Kupplungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die erste und zweite Kupplung (7, 11) konzentrisch auf den Wellen (2, 14) sitzen.

5. Kupplungsanlage nach einem der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet dadurch, daß die erste Kupplung (7) als Reibungskupplung ausgeführt ist.

6. Kupplungsanlage nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet dadurch, daß die zweite Kupplung (11) als hydrodynamische Kupplung ausgeführt ist.