CH661571A5 - Kupplungsanordnung an einem getriebe, insbesondere schiffsgetriebe. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung an einem Getriebe, insbesondere Schiffsgetriebe, mit mindestens zwei in parallelen Kraftübertragungswegen angeordneten schaltbaren Zahnkupplungen, nämlich einer selbsttätig einrückbaren Hauptkupplung mit Synchronisiervorrichtung und mindestens einer Nebenkupplung ohne Synchronisiervorrichtung, und mit einem Umsetzer, der eine Einrückbewegung der Hauptkupplung in eine Einrückbewegung der bzw. jeder Nebenkupplung umsetzt.

Kupplungsanordnungen dieser Gattung werden hauptsächlich in sogenannten Locked-train-Getrieben verwendet, das sind Getriebe mit Lastverzweigung, bei denen ein Antriebsritzel mit Zahnrädern auf parallelen Zwischenwellen kämmt, die über je eine schaltbare Zahnkupplung ein Zwischenritzel antreiben und diese Zwischenritzel mit einem gemeinsamen Grossrad kämmen. Über ein solches Getriebe lässt sich beispielsweise in einem Schiff mit Mehrmaschinenantrieb eine Gasturbine nach Bedarf mit einer Propellerwelle verbinden oder von ihr trennen. Gegenüber anderen Getrieben mit Lastverzweigung und nur einer schaltbaren Kupplung, die dann vor dem Antriebsritzel angordnet sein muss, haben Getriebe der beschriebenen Art den Vorteil, dass die aus dem Antriebsritzel und den mit ihm kämmenden Zahnrädern bestehende erste Getriebestufe durch Ausrücken der schaltbaren Zahnkupplungen zusammen mit der zugehörigen Antriebsmaschine, beispielweise Gasturbine, stillgesetzt werden kann, so dass an einer weiteren Drehung der Abtriebswelle, beispielsweise Propellerwelle, nur die zweite Getriebestufe teilnimmt, die aus den Zwischenritzeln und dem mit diesen kämmenden Grossrad besteht.

Beim Einrücken der schaltbaren Zahnkupplungen einer Kupplungsanordnung der beschriebenen Gattung muss darauf geachtet werden, dass die Hauptkupplung nicht oder höchstens mit einem geringen Drehmoment belastet wird, solange die Nebenkupplung nicht eingerückt ist; eine vorzeitige Belastung der Hauptkupplung hätte zur Folge, dass durch Torsion der zugehörigen Zwischenwelle ein Zustand entsteht, bei der die Kupplungsverzahnungen der Nebenkupplung nicht mehr genau Zahn auf Lücke stehen und sich demzufolge nicht mehr störungsfrei einrücken lassen. Andererseits muss auch vermieden werden, dass die Nebenkupplung mit einem nennenswerten Drehmoment belastet wird, ehe sie vollständig eingerückt ist, denn eine solche Belastung könnte Reibungswiderstände zwischen den Kupplungsverzahnungen der Nebenkupplung hervorrufen, die deren vollständiges Einrücken derart erschweren, dass der Umsetzer überlastet wird und sich möglicherweise verklemmt, wenn es sich beispielsweise um ein Hebelgestänge handelt.

Bei bekannten Kupplungsanordnungen der beschriebenen Gattung (GB 1 076 273 Cl, DE 2 009 414 Al und EP 0 002 888 AI) ist eine Hälfte jeder schaltbaren Zahnkupplung von einer Schraubmuffe gebildet, die durch ein Steilgewinde mit einem Zwischenwellenabschnitt verbunden ist und eine Geradverzahnung aufweist, die in eine komplementäre Geradverzahnung einer zweiten Kupplungshälfte einrückbar ist. Die zur Hauptkupplung gehörige Synchronisiervorrichung weist Klinken auf, die an der Schraubmuffe gelagert sind und entweder mit der Geradverzahnung der anderen Kupplungshälfte zusammenwirken (GB 1 076 273 Cl, Fig. 6) oder mit einer gesonderten Klinkenverzahnung zusammenwirken (DE 2009414 AI). Wenn die Klinken von der einen Kupplungshälfte auf die andere ein Drehmoment übertragen, wird dieses über die Steilgewindeverbindung zwischen der Schraubmuffe und dem zugehörigen Zwischenwellenabschnitt in eine Axialkraft umgesetzt, welche die Schraubmuffe derart verschiebt, dass die Kupplungsverzahnungen in Eingriff und die Klinken ausser Eingriff kommen. Um die Klinken zu entlasten, kann die Hauptkupplung schräge Vorverzahnungen aufweisen, die vor den eigentlichen Kupplungsverzahnungen miteinander in Eingriff kommen und dann anstelle der Klinken das vollständige Einrücken bewirken, wobei die Vorverzahnungen schliesslich wieder ausser Eingriff kommen (DE 2 009 414 AI, Fig. 3A).

Der Umsetzer ist bei bekannten Anordnungen insbesondere von einem zweiarmigen Hebel gebildet, der an seinen beiden Enden je eine Klaue aufweist, die mit erheblichem Axialspiel in eine Ringnut je einer der Schraubmuffen eingreift. Mit diesem Spiel soll erreicht werden, dass die Syn-chronisier-Einrichtung der Hauptkupplung vorerst nur die Hauptkupplung soweit achsial verschiebt, bis eine Vorverzahnung in Eingriff kommt. Anschliessend wird bzw. werden bei weiterem axialem Verschieben die Nebenkupplungen in Eingriff gebracht, um dann über ihre Schraubmuffen selber einen ausreichenden Axialschub zu erzeugen und um das Einrük-ken zu vollenden. Dadurch soll die Hauptkupplung von der Last des Verschiebens der Schraubkupplung der bzw. jeder Nebenkupplung entlastet werden. Bisher wurde ein erhebliches Spiel auch zwischen den Kupplungsverzahnungen der Nebenkupplung für erforderlich gehalten mit der Folge, dass die Hauptkupplung vor der Nebenkupplung ein Drehmoment zu übertragen beginnt. Um zu vermeiden, dass die Hauptkupplung infolge dieses Zahnspiels der Nebenkupplung im eingerückten Zustand beider Kupplungen erheblich stärker belastet ist als die Nebenkupplung, soll bei einer der beschriebenen bekannten Kupplungsanordnungen (EP 0 002 888 AI) die Hauptkupplung in einem Kraftübertragungsweg angeord-

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net sein, dessen Torsionssteifîgkeit erheblich geringer ist als diejenige des Kraftübertragungsweges, in dem die Nebenkupplung angeordnet ist.

Mit diesen bekannten Massnahmen lässt sich jedoch nicht verhindern, dass das bisher für erforderlich gehaltene übergrosse Zahnspiel zwischen Kupplungsverzahnungen störende Geräusche (Zahnhämmern) hervorruft, wenn im Getriebe Drehschwingungen auftreten, die vor allem bei Schiffsgetrieben nicht immer zu vermeiden sind. Die Ausführung eines Locked-train-Getriebes mit Zwischenwellen unterschiedlicher Torsionssteifîgkeit bedeutet im übrigen einen erheblichen Mehraufwand gegenüber einer Gestaltung mit vollständig gleichen Zwischenwellen. Schliesslich lässt sich bei den beschriebenen bekannten gattungsgemässen Kupplungsanordnungen kaum ausschliessen, dass die zum Synchronisieren der Hauptkupplung vorgesehenen Klinken beim Zusammentreffen ungünstiger Betriebsbedingungen stark belastet werden und dadurch beschädigt werden können mit der möglichen Folge, dass die Hauptkupplung und somit auch die Hilfskupplung nicht mehr einrücken kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzubilden, dass sie mehr Betriebssicherheit bietet und weniger Geräuche erzeugt als bekannte gattungsgemässe Anordnungen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst,

- dass die einrückbaren Kupplungsverzahnungen sämtlicher Kupplungen schrägverzahnt und im wesetnlichen spielfrei sind

- und der Umsetzer die Kupplungen im wesentlichen ' spielfrei miteinander verbindet.

Damit wird erreicht, dass keine der Kupplungen während des Einrückens und auch - bei Drehmomentumkehr - während des ebenfalls selbsttätigen Ausrückens ein Drehmoment übertragen kann, das grösser ist als das vernachlässigbar geringe Drehmoment, aus dem sich die zum Ein- bzw. Ausrücken der betreffenden Kupplung erforderliche Axialkraft ergibt. Jede der Kupplungen kann ein Betriebsdrehmoment nur dann übertragen, wenn sei eine Anschlagstellung erreicht hat und somit vollständig eingerückt ist. Die im Rahmen des herstellungstechnisch Sinnvollen möglichst gering, d.h. in der Grössenordnung von wenigen Hundertstel Millimeter, gehaltenen Zahnspiele an den Kupplungsverzahnungen ergeben in Verbindung mit Zahnrädern, deren Zahnspiele im Rahmen der üblichen Toleranzen gehalten werden, eine Laufruhe, die mit derjenigen eines nichtschaltbaren Getriebes gleicher Grösse und Betriebsdaten vergleichbar ist. Der Umsetzer wird beim Einrücken der erfindungsgemässen Kupplungsanordnung nur mässig belastet und nicht der Gefahr ausgesetzt,

sich zu verklemmen. Wegen der spielfreien Gestaltung des Umsetzers erreichen die Kupplungen beim Einrücken ihre Anschlagsstellungen gleichzeitig und beginnen infolgedessen auch gleichzeitig, Drehmomente zu übertragen; deshalb können die Zwischenwellen mit gleicher Torsionssteifîgkeit, und somit verhältnismässig billig, gestaltet werden, ohne dass dadurch eine weitgehend gleichmässige Lastverteilung in Frage gestellt wäre.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die ein'rückbaren Kupplungsverzahnungen sämtlicher Kupplungen gleiche Schrägungswinkel auf.

Der Umsetzer kann - wie bei den beschriebenen bekannten Kupplungsanordnungen - eine Hebelanordnung mit in Bezug zu den Kupplungsachsen querliegender Schwenkachse aufweisen. In einem solchen Fall ist der Umsetzer vorzugsweise so gestaltet, dass er die Kupplungen zu gleichläufigen Bewegungen miteinander verbindet. Im Gegensatz dazu führen die Kupplungen der bekannten gattungsgemässen Kupplungsanordnungen jeweils gegenläufige Einrückbewegungen und dementsprechend auch gegenläufige Ausrückbewegungen aus, was voraussetzt, dass Haupt- und Nebenkupplungen entsprechend unterschiedlich gestaltet oder zumindert gegensinnig angeordnet sind.

Wenn der Umsetzer, wie bei den bekannten Kupplungsanordnungen, einen einzigen Hebel aufweist, besteht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass die Schwenkachse des Hebels sich zumindest annähernd parallel zu einem gemeinsamen Lot auf die Kupplungsachsen erstreckt.

Alternativ kann der Umsetzer zwei Hebel aufweisen,

deren Schwenkachsen sich mit Abstand voneinander im rechten Winkel zur gemeinsamen Ebene der beiden Kupplungsachsen erstrecken; dabei sind die Hebel durch ein Wälzgetriebe miteinander verbunden.

Als Hauptkupplung eignet sich besonders eine selbsttätig synchronisierende Kupplung der aus der DE 1 959 184 C3 bekannten Bauart.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 eine teilweise als Axialschnitt dargestellte Gesamtdraufsicht eines Schiffsgetriebes mit einer erfindungsgemässen Kupplungsanordnung,

Fig. 2 die Ansicht der Kupplungsanordnung in Richtung des Pfeils II in Fig. 1,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Kupplungsanordnung,

Fig. 4 die Teilansicht in Richtung des Pfeils IV in Fig. 3

und

Fig. 5a bis d einen Einrückzyklus der Kupplungsanordnung.

Das in Fig. 1 dargestellte Schiffsgetriebe in Locked-train-Bauweise verbindet eine Gasturbine 10 mit einer Propellerwelle 12. Zu dem Getriebe gehört ein von der Gasturbine 10 antreibbares Ritzel 14 erster Stufe, das mit zwei gleichen Rädern 16 und 16' kämmt. Jedes der Räder 16 und 16' ist über eine Torsionswelle 18 bzw. 18' und eine Hauptkupplung 20 bzw. Nebenkupplung 20' mit einem Ritzel 22 bzw. 22' zweiter Stufe verbunden. Die beiden Ritzel 22 und 22' kämen gemeinsam mit einem Grossrad 24, das mit der Propellerwelle 12 fest gekuppelt ist.

Die beiden Kupplungen 20 und 20' sind schaltbare Zahnkupplungen mit je einer geradverzahnten antriebsseitigen Kupplungshälfte 26 bzw. 26', die ständig mit einer entsprechenden Innenverzahnung 28 bzw. 28' in einem Endbereich einer axial verschiebbaren Kupplungsmuffe 30 bzw. 30' verbunden ist. Jede der Kupplungsmuffen 30 und 30' hat in ihrem anderen Endbereich eine schräge Kupplungsverzahnung 32 bzw. 32', die in eine komplementäre Kupplungsverzahnung 34 bzw. 34' an einer abtriebsseitigen Kupplungshälfte 36 bzw. 36' einrückbar ist. Jede der beiden Kupplungsmuffen 30 und 30' hat ferner eine äussere Ringnut 38 bzw.

38'.

Die beiden Kupplungen 20 und 20' stimmen in ihren bisher beschriebenen Bestandteilen vollständig überein; die Kupplungsachsen A und A' sind in gleichen Abständen beiderseits einer Mittelebene des Getriebes angeordnet, welche die Achsen des Ritzels 14 und des Grossrades 24 enthält.

Ein Unterschied zwischen den beiden Kupplungen 20 und 20' besteht allein darin, dass nur die Hauptkupplung 20 eine Synchronisiervorrichtung 40 aufweist; diese hat die Form einer Schraubhülse, die in einem Steilgewinde 42 an der abtriebsseitigen Kupplungshälfte 36 geführt und durch ein Klinkengesperre 44 mit der Kupplungsmuffe 30 verbindbar ist. Die Hauptkupplung 20 kann beispielsweise mit derjenigen übereinstimmen, die aus der DE 1 959 184 C3 der Anmelderin bekannt ist.

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Die beiden Kupplungsmuffen 30 und 30' sind gemäss Fig. 1 und 2 durch einen Umsetzer 46 miteinander verbunden. Dieser besteht im wesentlichen aus zwei einstellbar miteinander gekuppelten Wellen 48 und 48', deren gemeinsame geometrische Achse die Schwenkachse 50 des als Hebelwirkenden Umsetzers 46 bildet. An jeder der Wellen 48 und 48' ist ein Paar radialer Arme 52 bzw. 52' befestigt, an deren Ende je ein Gleitstein 54 bzw. 54' gelagert ist. Jedes Paar Gleitsteine 54 bzw. 54' greift in die Ringnut 38 bzw. 38' der zugehörigen Kupplungsmuffe 30 bzw. 30' ein. Die Schwenkachse 50 erstreckt sich parallel zu einem gemeinsamen Lot L auf die beiden Kupplungsachsen A und A'.

Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform sind die beiden Kupplungsmuffen 30 und 30' miteinander durch einen gegenüber Fig. 2 abgewandelten Umsetzer 56 verbunden. Zu diesem gehören zwei Wellen 58 und 58', die je eine zur gemeinsamen Ebene der beiden Kupplungsachsen A und A' lotrechte Schwenkachse 60 bzw. 60' definieren und je ein Paar radialer Arme 62 bzw. 62' aufweisen. An den Enden der Arme 62 und 62' ist wiederum je ein Gleitstein 64 bzw. 64' gelagert, und jedes Paar Gleitsteine greift in die Ringnut 38 bzw. 38' der zugehörigen Kupplungsmuffe 30 bzw. 30' ein. An den beiden Wellen 58 und 58' ist je ein Zahnsegment 66 bzw. 66' befestigt; diese Zahnsegmente kämmen miteinander.

Beiden Umsetzern 46 und 56 ist gemeinsam, dass sie jede axiale Bewegung der Kupplungsmuffe 30 so gut wie möglich spielfrei in eine gleichgrosse und gleichgerichtete axiale Bewegung der Kupplungsmuffe 30' umsetzen.

Aus Fig. 5 a bis d sind Einzelheiten der einander zugeordneten Kupplungsverzahnungen 32 und 34 sowie 32' und 34' ersichtlich. Diese Kupplungsverzahnungen haben übereinstimmend einen Schrägungswinkel ßi, der erheblich kleiner ist, als der Schrägungswinkel ß2 des Steilgewindes 42 der Synchronisiervorrichtung 40. Die Zähne sämtlicher Kupplungsverzahnungen 32, 34 und 32', 34' sind an ihren in ausgerücktem Zustand einander gegenüberstehenden Enden unter dem Schrägungswinkel ß2 abgeschrägt, wodurch das Einrücken erleichtert wird.

Zu Beginn des Einrückens besteht gemäss Fig. 5 a zwi-5 sehen den einander zugeordneten Kupplungsverzahnungen 32 und 34 sowie 32' und 34' noch ein geringes Einschraubspiel s in der Grössenordnung von etwa 0,5 mm.

Gemäss Fig. 5b beginnen beide Kupplungen 20 und 20' ungefähr gleichzeitig einzurücken, wobei es nicht entschei-lo dend ist, welches Paar Kupplungsverzahnungen 32, 34 oder 32', 34' als erstes in gegenseitigen Eingriff kommt. Geringfügige Herstellungs- oder Montageungenauigkeiten werden durch ein gegenseitiges Verdrehen der Getrieberotoren innerhalb ihres Flankenspiels eingeglichen.

15 Gemäss Fig. 5c kommen die Flanken beider Kupplungen 20 und 20' so zum Anliegen und können damit ihre Einrückbewegungen nun vollständig synchron fortsetzen, bis sie ihre Endstellung erreichen, die durch je einen Anschlag 68 bzw. 68' festgelegt ist. Nun erst sind die Kupplungen 20 und 20' 2o imstande, Drehmomente zu übertragen. Allerdings muss vorgängig noch ein Lastausgleich zwischen den beiden Kupplungen ermöglicht werden, und zwar beim Erreichen ihrer Endstellung gemäss Fig. 5d, damit sie eben das volle Drehmoment übertragen können. Dazu wird der Umsetzer 46 oder 56 25 mit einem elastischen Glied 49 (Fig. 2) versehen, bzw. werden die Wellenabschnitte 58 bzw. 58' elastisch ausgebildet (Fig. 3).

Bei Drehmomentumkehr rücken beide Kupplungen 20 und 20' selbsttätig aus; die vollständige Rückkehr in eine 30 Ausgangsstellung, in die jegliche gegenseitige Berührung der Kupplungsverzahnungen 32 und 34 bzw. 32' und 34' ausgeschlossen ist, kann durch einen nicht dargestellten mechanischen Kraftspeicher oder hydraulischen Zylinder bewirkt werden.

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3 Blatt Zeichnungen

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1. Kupplungsanordnung an einem Getriebe, insbesondere Schiffsgetriebe, mit mindestens zwei in parallelen Kraftübertragungswegen angeordneten schaltbaren Zahnkupplungen, nämlich einer selbsttätig einrückbaren Hauptkupplung (20) mit Synchronisiervorrichtung (40) und mindestens einer Nebenkupplung (20') ohne Synchronisiervorrichtung, und mit einem Umsetzer (40; 56), der eine Einrückbewegung der Hauptkupplung (20) in eine Einrückbewegung der bzw. jeder Nebenkupplung (20') umsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die einrückbaren Kupplungsverzahnungen (32,34; 32', 34') sämtlicher Kupplungen (20,20') schrägverzahnt und im wesentlichen spielfrei sind und der Umsetzer (46; 56) die Kupplungen (20,20') im wesentlichen spielfrei miteinander verbindet.

2. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einrückbaren Kupplungsverzahnungen (32,34; 32', 34') sämtlicher Kupplungen (20, 20') gleiche Schrägungswinkel (ßi) aufweisen.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, deren Umsetzer (46; 56) eine Hebelanordnung mit in bezug zu den Kupplungsachsen (A, A') querliegender Schwenkachse (50; 60, 60') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzer (46; 56) so gestaltet ist, dass er die Kupplungen (20,20') zu gleichläufigen Bewegungen miteinander verbindet.

4. Kupplungsanordnung nach Anspruch 3, deren Umsetzer (46) einen einzigen Hebel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (50) des Hebels sich zumindest annähernd parallel zu einem gemeinsamen Lot (L) auf die Kupplungsachsen (A, A') erstreckt.

5. Kupplungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzer (56) zwei Hebel aufweist, deren Schwenkachsen (60,60') sich mit Abstand voneinander im rechten Winkel zur gemeinsamen Ebene der beiden Kupplungsachsen (A, A') erstrecken, und die Hebel durch ein Wälzgetriebe (66,66') miteinander verbunden sind.