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Hydraulische Steuerungseinrichtung für die Kupplungen einer Schiffsantriebsanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuerungseinrichtung für die Kupplungen
einer Schiffsantriebsanlage.
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Es sind Schiffsantriebsanlagen bekannt, die sowohl mit einer Hauptkraftmaschine
- .z. B. in Form einer Verbrennungskraftmaschine mit hin und her gehender Arbeitsbewegung
oder in Form einer Verbrennungsturbine - als auch mit einer Hilfskraftmasichine
versehen sind und bei, denen die Hauptmaschine mit einer im folgenden als Hauptkupplung
bezeichneten Kupplung und die Hilfsmaschine mit einer Hilfskupplung jeweils über
eine Kraftübertragungseinrichtung mit der Schiffsschraube verbunden sind und die
Kupplungen hydraulisch betätigt wenden.
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Bei der Hilfsantriebsmaschine kann es sich dabei Um eine Hilfsverbrennungskraftmaschine
handeln, die alternativ oder zusätzlich zu ihrer Verwendung als Hilfsantriebsmaschine
auch für andere Zwecke benutzt werden kann, oder es kann sich um einen Elektomotor
oder um ein elektrisches Motor-Generator-Aggregat handeln, das auch zur Versorgung
der elektrischen Einrichtungen des Schiffes dienen kann; beide vorstehend
erwähnten
Anordnungen wunden bereits vorgeschlagen.
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Bei derartigen Antriebsanlagen werden vielfach Beschädigungen an den
Kupplungen oder Kraftübertragungseinrichtrungen durch falsche Betätigung der Kupplungen
verursacht. Die Gefahr solcher Beschädigungen besteht z. B. dann, wenn die Hilfskupplung
während des Laufens der Schiffsschraube eingerückt wird, bevor die Hilfsmaschine
angelassen ist. Die Gefahr besteht aber auch nach dem Anlassen der Hilfsmaschine
dann, wenn das Einrücken der Kupplung bei einer zu hohen Drehzahl der Schraube erfolgt.
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Um diesen Nachteil der bekannten Anlagen zu vermeiden, ist gemäß der
Erfindung zur Betätigung der Hilfskupplung eine Quelle für das hydraulische Steuermittel
vorgesehen, deren Druck durch die Drehzahl Ader Hilfskraftmaschine gesteuert wird
oder auf deren Drehzahl anspricht.
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Wenn der Hilfsmotor nicht in Betrieb ist, wird somit selbsttätig verhindert,
daß der Hilfsmotor mit der Schraubenwelle verbunden wird.
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Die Quelle für das hydraulische Steuermittel besteht vorzugsweise
aus einer hydraulischen Pumpe, die im folgenden als »Hilfsmotorpumpe« bezeichnet
ist, welche durch den Hilfsmotor angetrieben wird und so eingerichtet ist, daß sie
das Steuermittel in eine Druckleitung fördert, die nachstehend als »Hilfskupplungs-Druckleitung«
bezeichnet ist, und auf den Druck in der Hllfskupplungs-Druckleitung ansprechende
Einrichtungen sind so ausgeführt, daß sie das Einrücken der Hilfskupplung nur dann
zulassen, wenn der Hilfsmotor und,damit auch die Hilfsmotorpumpe mit einer vorbestimmten
Drehzahl oder einer höheren Drehzahl läuft.
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Vorzugsweise umfaßt das Antriebsaggregat noch eine zweite Quelle für
ein unter Druck stehendes Steuermittel, die durch die Drehzahl der Schraubenwelle
gesteuert wird oder auf diese Drehzahl anspricht, sowie eine auf den durch diese
Quelle gelieferten Druck ansprechende Einrichtung, die so ausgeführt ist, daß sie
das Einrücken der Hilfskupplung verhindert, wenn der Druck einen vorbestimmten,
verhältnismäßig niedrigen Wert überschreitet, der einer verhältnismäßig niedrigen-
Drehzähl der Schriffsschraubenwelle entspricht.
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Auf diese Weise wird das Einrücken der Hilfsmotorkupplung auch dann
verhindert, wenn die Drehzahl der Schraubenwelle über einem vorbestimmten, verhältnismäßig
niedrigen Wert liegt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist diese zweite Druckquelle
als hydraulische Pumpe ausgebildet, die nachstehend als »Schraubenpumpe« bezeichnet
ist, da sie durch die Schraubenwelle angetrieben wird, sind die auf Druck ansprechende
Einrichtung ist als Ventilteil ausgeführt, das eine Weiterleitung des Steuermittels
von der Hilfsmotorpumpe - zu der Hilfskupplung verhindert, wenn die Drehzahl der
Schraubenwelle einen vorbestimmten niedrigen Wert überschreitet.
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In diesem Fall kann die auf den Druck der Schraubenpumpe ansprechende
Einrichtung darüber hinaus mit einer Stabilisierungseinrichtung versehen sein, die
eine hydraulische Verbindung zur Hilfskupplungs-Druckleitung umfaßt, durch die der
von der zweiten Quelle gelieferte wirksame Druck erheblich herabgesetzt wird, sobald
das Ventil den Durchfluß des Steuermittels in die Hilfskupplungs-Druckleitung geöffnet
hat.
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Es ist zweckmäßig, wenn wenigstens ein Teil der Fördermenge der durch
die Schraubenwelle angetriebenen Pumpe der Hauptübertragungseinrichtung zugeführt
wird, um diese zu schmieren.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt das Antriebsaggregat
eine Einrichtung, die auf den Druck des Steuermittels zwischen der Hilfsmotorpumpe
und der Hilfskupplung anspricht und das Einrücken der Hauptkupplung verhindert,
wenn der Druck in der Hilfskupplungs-Druckleitung einen vorbestimmten Wert übersteigt,
um zu gewährleisten, daß die Hauptkupplung ausgerückt ist, wenn die Hilfskupplung
eingerückt wird.
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Die Hauptkupplung wird somit vorzugsweise ebenfalls hydraulisch .betätigt,
und die auf Druck ansprechende Einrichtung ist als ein auf Druck ansprechendes Ventil
ausgebildet, das den Strom des zum Einrücken der Hauptkupplung dienenden Steuermittels
unterbricht, wenn der Druck in der Hilfskupplungs-Druckleitung den erwähnten vorbestimmten
Wert überschreitet.
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Im vorstehenden wunde von nur einer Hauptkupplung gesprochen, doch
werden in vielen Fällen zwei Hauptküpplungen vorgesehen sein, die so eingerichtet
sind, daß die Hauptantriebsmaschine beim Einrückender einen Kupplung die Schraube
in der einen Richtung und beim Einrücken der anderen Kupplung in der anderen Richtung
antreibt, wobei die Steuereinrichtung der Hauptkupplungen naturgemäß so ausgebildet
sein muß, daß jeweils nur eine der beiden Hauptkupplungen eingerückt werden kann.
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Die Erfindung wind im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel umfaßt das Schiffsantriebsaggregat
zwei Schiffsschrauben, von denen jede durch ein gesondertes Aggregat angetrieben
wird; aus Gründen der Einfachheit ist jedoch in der Zeichnung nur eine Schiffsschraube
mit dem zugehörigen Antriebsaggregat dargestellt. Jedes Antriebsaggregat umfaßt
einen Hauptdieselmotor Io, der über ein Getriebe 13, das ein Umkeh.rgetriebe umfaßt,
eine Schraubenwelle i i mit einer Schiffsschraube 12 antreiben kann. Das Getriebe
13 umfaßt eine Krafteinleitungswelle 14, die mit der Kurbelwelle des Hauptmotors
verbunden ist und ein Flanschteil 15 trägt, das als gemeinsames Krafteinleitungsteil
für die beiden bei 16 und 17 allgemein angedeuteten hydraulisch betätigten Reihungskupplungen
dient. Die Kupplung 16, @d. h. die Haupt-Vorwärtskupplung, welche die Antriebskraft
von dem Motor io zu der Schraube 12 überträgt, um das Schiff in Vorwärtsrichtung
anzutreiben, umfaßt eine angetriebene Kupplungsscheibe 18, die auf einer mit der
Welle 14 konzentrischen Buchse ig sitzt; diese. Buchse ist fest mit
einem
Ritzel 2o verbunden, das in ein weiteres Ritzel 2I auf der angetriebenen Welle 22
eingreift. Ein zweites Ritzel 23 auf der Welle 22 kämmt mit einem Ritzel 24 auf
oder Schraubenwelle Ii. Es ist ein ringförmiges Kolbenteil 25 vorgesehen, das gegen
die angetriebene Kupplungsscheibe 18 gedrückt wenden kann; dies. geschieht -durch
den Druck einer hydraulischen Flüssigkeit in einer Kamm-er 26, der die Flüssigkeit
durch eine radiale Bohrung in dem Flanschteil I5 und eine Bohrung 28 in der Welle
I4 zugeführt wird. Der Druck in der Kammer 26 wird ständig durch eine enge Austrittsöffnung
29 entspannt, so daß die Kupplung selbsttätig ausgerückt wird, wenn man die Zufuhr
der hydraulischen Flüssigkeit zu der Kammer 26 unterbricht.
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Die Kupplung I7, welche die Haupt-Rückwärtskupplung zwischen dem Hauptmotor
Io und der Schraubenwelle bilidet, ist ebenso ausgeführt wie die Haupt-Vorwärtskupplung
I6, und sie umfaßt eine angetriebene Kupplungsscheibe 3o, die auf einer Buchse 3I
sitzt; diese Buchse - ist fest mit einem Ritzel 32 verbunden, welches das Ritze1
23 über ein Zwischenritzel 33 antreibt. Die hydraulische Flüssigkeit für die Betätigung
der Haupt-Rückwärtskupplung I7 wird durch eine radiale Bohrung 34 in dem Flanschteil
und einen ringförmigen Kanal 35 in Ader Welle I4 zugeführt.
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Durch Einrücken einer der Hauptkupplungen I6 und I7 kann- man somit
bewirken, daß der Hauptmotor Io die Schraube I2 in der Vorwärts- bzw. in der Rückwärtsricbtung
antreibt; wenn jedoch beide Kupplungen ausgerückt sind, ist die Verbindung zwischen
dem Hauptmotor und der Schraubenwelle unterbrochen.
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Die hydraulische Flüssigkeit zum Betätigen der Haupt-Vorwärtskupplung
I6 und der Haupt-Rückwärtskupglung I7 wind durch eine Zahnradpumpe 4o gefördert,
die unmittelbar von der Kurbelwelle des Hauptmotors Io aus angetrieben wird. Die
von der Pumpe 40 geförderte Flüssigkeit wird dem mittleren Teil eines Schieberwählventils
4I sowie einem handbetätigten Vorsteuerventi1 42 zugeführt. Das letztere Ventil
wird durch einen Nocken 43 gesteuert, der mit dem nicht dargestellten Haupt-Vorwärts-
und Rückwärtswählhebel des Schiffes verbunden ist; das Venti1 42 dient dazu, die
Druckseite der Pumpe 4o wahlweise mit dem einen oder dem anderen Ende des Schieberventils
41 zu verbinden. Ein in diesem Ventil vorgesehener Kolbenschieber 44 bewegt sich
dabei entsprechend zum einen oder anderen Ende des Ventils und verbindet die Druckseite
der Pumpe 40 mit einer der beiden Druckleitungen 45 und 46, die jeweils über ein
Hauptkupplung-Absperrventil 47 mit den zu den Kupplungen I6 bzw. I7 führenden Leitungen
28 bzw. 35 verbunden wenden. Das Absperrventil 47 tritt unter bestimmten Betriebsbedingungen
automatisch in Tätigkeit, um die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zu den beiden Hauptkupplungen
I6 und I7 zu unterbrechen.
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Das Antriebsaggregat umfaßt ferner einen Hilfsmotor 5o, der über eine
Hilfskupplung 5I mit der Schraubenwelle II gekuppelt werden kann, wenn das Schiff
mit geringer Geschwindigkeit fahren oder manövrieren muß. Der Hilfsmotor kann in
beliebiger Weise ausgeführt sein, z. B. als Verbrennungsmotor, als Elektromotor
oder als elektrisches Motor-Generator-Aggregat; im vorliegenden Fall ist angenommen,
daß es sich um einen umsteuerbaren Elektromotor handelt, der somit mit beliebiger
Drehrichtung !betrieben werden kann.
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Die Kraftabgabewelle 52 des Hilfsmotors ist mit einer antreibenden
Kupplungsscheibe 53 verbunden, während die angetriebene Kupplungsscheibe 54 auf
einer Kraftabgabewelle 55 der Kupplung sitzt, die ihrerseits mit der Kraftübertragungswelle
22 verbunden ist. Die Hilfskupplung 5I umfaßt ferner ein ringförmiges Kolbenteil
56, das durch Schwenkhebel 49 mit einer Druckplatte 48 verbunden ist, die durch
Druckfedern 36 ständig gegen die Kupplungsscheibe 53 gedrückt wind. Das Kolbenteil
56 steht unter der Spannung der Federn 37, die bestrebt sind, die Kupplung auszurücken,
und es wird durch hydraulische Druckflüssigkeit in einer Kammer 57 hinter dem Kolbenteil
gesteuert; die Flüssigkeit wird dieser Kammer durch einen Kanal 59 in der Welle
52 zugeführt. Wenn der Druck in der Kammer 57 einen vorbestimmten Wert erreicht,
kann sich die Druckplatte 48 somit in Richtung auf die Kupplungsscheibe 53 bewegen,
und die Kupplung wird eingerückt.
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Die hydraulische Flüssigkeit zum Betätigen der Hilfskupplung 5I wird
durch eine umsteuerbare Hilfsmotorzahnradpumpe 6o gefördert, die unmittelbar von
dem Hilfsmotor aus angetrieben wird und ohne Rücksicht auf ihre Drehrichtung Druckflüssigkeit
liefert. Die Förderseite der Hilfsmotorpumpe 6o ist mit einer Öffnung 6I in der
Wand eines auf Druck ansprechenden Ventils 62 verbunden. Dieses Ventil enthält .einen
Kalbenschieber 63, auf dessen eines Ende eine Druckfeder 64 wirkt, während sein
anderes Ende dem Druck ausgesetzt ist, der in der Kammer 65 herrscht, die an die
Förderseite einer »Schrauben«-Pumpe 66 angeschlossen ist, welche von der Schraubenwelle
II aus angetrieben wird; diese Pumpe 66 ist in dem Getriebegehäuse I3 untergebracht.
DieFörderseite der »Schrauben«-Pumpe 66 steht über die Kammer 65 außerdem mit -einem
zur Aufrechterhaltung eines !bestimmten Druckes dienenden Ventil 67 in Verbindung,
das mit einem engen Umgehungskanal parallel geschaltet ist; von dem Umgehungskanal
aus wird Druckflüssigkeit zu einer Anzahl von Düsen geleitet, (durch welche sie
zum Zwecke der Schmierung auf die Zahnräder des Getriebes 13 :gespritzt wind. Da
die »Schrauben«-Pumpe zusammen mit der Schraubenwelle i i umläuft, ist somit eine
gute Schmierung des Getriebes 13 auch dann gewährleistet, wenn beide Hauptkupplungen
16 undi 17 ausgerückt sind' und der Hauptmotor nicht in. Betrieb ist, z. B. wenn
das Schiff sich im Schlepptau befindet'.
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Die Öffnung 61 in der Wand des Ventils 62 steht über eine Ausdrehung
.dies Ventilschiebers 63 mit einer Austrittsöffnung 68 in Verbindung, und der
Ventilschieber
besitzt einen Steg 69, durch den die Austrittsöffnung 68 geschlossen werden kann,
wenn sich der Schieber engegen der Kraft der Feder 64 bewegt, da sich der Druck
in der Kammer 65 erhöht. Die Austrittsöffnung 68 ist an eine Druckleitung 7o angeschlossen,
welche die Hilfskupplungs-Druckleitung darstellt, und diese Druckleitung steht ferner
mit der die Feder 64 enthaltenden Kammer in Verbindung, um so den Ventilschieber
63 zu stabilisieren und das Schließen der Öffnung 68 zu verhindern, wenn sich der
Druck in der Kammer 65 späterhin erhöht, wenn sich die Schraubenwelle iI dreht,
da von dem Hilfsmotor aus Kraft auf die Schraubenwelle übertragen wird.
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Die Hilfskupplungs-Druckleitung 7o führt über das Hauptkupplungs-Absperrventil
47 zu einem handbetätigten Steuerventil 7i mit einem einfachen Kolbenschieber 72,
auf dessen eines Ende eine Feder 73 wirkt und der am anderen Ende durch einen Nocken
74 gesteuert wird, der über ein Kegelradgetriebe 75 mit einem Handsteuerbebel. 76
gekuppelt ist, der seinerseits einer Steuereinrichtung-77 zugeordnet` ist, mittels
deren der Hilfsmotor angelassen und gesteuert wird. Die Austrittsöffnung 78 des
Ventils 7i ist mit dem Kanal 59 verbunden, der die Verbindung mit der Druckkammer
57 der Hilfskupplung 5i herstellt.
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Solange der Druck in der Kammer 65, der sich mach der Drehzahl der
»Schrauben«-Pumpe 66 richtet, einen vorbestimmten Wert überschreitet, der einer
vorbestimmten, verhältnismäßig niedrigen Drehzahl der Schraubenwelle i i entspricht;
kann somit die durch die Hilfsmotorpumpe 6o geförderte Flüssigkeit nicht zu der
Hilfskupplungs-Druckleitung 7o gelangen, so daß es unter diesen Bedingungen unmöglich
ist, die Hilfskupplung 5 i einzurücken. Solange ferner die Hilfsmotorpumpe 6o nicht
arbeitet, d. h. solange der Hilfsmotor 50 nicht mit einer über einem vorbestimmten
Mindestwert liegenden Drehzahl läuft, ist es außerdem unmöglich, die Hilfskupplung
einzurücken, denn es steht kein Druck zum Betätigen der Kupplung zur Verfügung.
Es besteht daher keine Gefahr, daß der Hilfsmotor infolge des hohen Übersetzungsverhältnisses
des Getriebes i3 beschäligt wird.
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Das Hauptkupplungs-Abstellventil 47 enthält einen einfachen Kolbenschieber
8o, auf dessen eines Ende eine schwache Feder 8i wirkt, während sein anderes Ende
dem nn der Hilfskupplungs-Druckleitung 7o aufrechterhaltenen Druck ausgesetzt ist.
Die Feder 8i hält den Ventilschieber normalerweise von diesem Ende der Ventilkammer
entfernt, so daß die Hauptkupplungs-Druckleitungen 45 und 46 in unmittelbarer Verbindung
mit den Kanälen 28 bzw. 35 stehen. Wenn der Druck in der Hilfskupplungs-Druckleitung
7o jedoch einen vorbestimmtenWert überschreitet, drückt der Kolbenschieber 8o die
Feder 8i zusammen und nimmt die in der Zeichnung dargestellte Lage ein, bei der
die :beiden Hauptkupplungs-Druckleitungen 45 und. 46 geschlossen sind. In diesem
Fall sind beide Hauptkupplungen i6 und i7 ausgerückt. Das Hauptkupplungs-Abstellventil
47 besitzt ferner eine Verbindung mit dem entsprechenden Ventil (nicht dargestellt),
das dem zweiten Schiffs= antriebsaggregat mit der zweiten Schraube zugeordnet ist.
Zu diesem Zweck enthält das von der Feder 8i abgewandte Ende des Ventilgehäuses
47 einen freien Kolbenschieber 82, der innerhalb der Ventilkammer gleitend beweglich
ist, und das äußere Ende der diesen Schieber enthaltenden Kammer ist durch die Leitungen
83 .und 84 mit der dem zweiten Antriebsaggregat zugeordneten Hilfskupplungs-Drudkleitung,
die der Hilfskupplungs-Druckleitung 7o des dargestellten Aggregats entspricht, in
Reihe geschaltet. Wenn die Hauptkupplungs-Vorwärts- und -Rückwärts-Druckleitungen
45 und 46 beide geschlossen werden, so geschieht dies somit dann, wenn der Druck
in der Hilfskupplungs-Druckleitung 7o ansteigt oder wenn sich der Druck in der zweiten
Hilfskupplungs-Druckleitung 83, 84 steigert, um so zu gewährleisten, daß die Hauptkupplungen
i6 und i7 ausgerückt werden, wenn eine der Kupplungsdrucklentungen Druckflüssigkeit
enthält. Der zwischen dem Hauptkupplungs-Abstellventil 47 .und. dem Steuerventil
7i liegende Abschnitt der Hilfskupplungs-Druckleitung 7o ist, wie durch die gestrichelten
Linien schematisch angedeutet, ebenfalls derart in Reihe geschaltet, daß ein Druck
auf einen freien Kolbenschieber (nicht dargestellt) ausgeübt wird, der dem Schieber
82 entspricht und dem zweiten Antriebsaggregat zugeordnet ist, so daß die Hauptkupplungen
des zweiten Antriebsaggregats ebenfalls ausgerückt werden, wenn der Druck in einer
der Hilfskupplungs-Druckleitungen einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Die Form des Nockens 74 ist so gewählt, daß der Kollbenschieber 72
bei einer anfänglichen kleinen Bewegung des Hebels 76 zum Anlassen des Hilfsmotors
So nicht in bemetkbarem Ausmaß bewegt wird, so daß die Verbindung zwischen der Öffnung
78 und der Druckleitung 7o unterbrochen bleibt. Die Hilfskupplung 5i bleibt daher
ausgerückt, doch der Hilfsmotor 50 läuft an, und die Pumpe 6o fördert Druckflüssigkeit
zu der Öffnung 6i des Ventils 62. Diese Druckflüssigkeit kann nur dann zu der Druckleitung
7o gelangen, wenn die Schraube i2 und damit auch die Pumpe 66 mit einer niedrigen
Drehzahl umläuft, die das Einkuppeln des Hilfsmotors gestattet. Wenn die Drehzahl
der Schraubenwelle auf den richtigen vorbestimmten Wert absinkt, bewegt sich der
Schieber 63 unter dem Einfluß :der Feder 64, und die Druckflüssigkeit kann dann
in die Druckleitung 7o gelangen, so daß die Hauptkupplungen i6 :un:d i7 sofort selbsttätig-
ausgerückt werden, wenn sie nichtschon mit Hilfe des Vorsteuerventils 42 ausgerückt
worden waren.
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Die Erfindung verhindert somit das Einrücken der Hilfsmotorkupplung
5 i, solange nicht beide Hauptkupplungen i6 und. i7 ausgerückt sind und solange
nicht sowohl die Schraubenwelle i i und der Hilfsmotor 5o - mit geeigneten Drehzahlen
laufen, wodurch, jede Gefahr ausgeschaltet wird,
daß - eine Beschädigung
des Getriebes oder des Hilfsmotors infolge .eines Einrückens der Hilfskupplung bei
ungeeigneten Drehzahlen eintritt.