DE19727798C2 - Schaltbare Scheibenkupplung oder Scheibenbremse - Google Patents
Schaltbare Scheibenkupplung oder ScheibenbremseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine schaltbare
Scheibenkuppung oder Scheibenbremse gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
Die schaltbare Scheibenkupplung wird vorzugsweise
im Antriebsstrang eines Schiffes zwischen einer
Antriebsmaschine und einer Schiffspropellerwelle
verwendet.
Es sind Schiffsantriebsanlagen bekannt,
insbesondere für Shuttle-Tanker, welche einen
Dieselmotor, insbesondere einen Zweitakt-
Dieselmotor enthalten, der über eine elastische,
nicht-schaltbare Kupplung und eine Zahnkupplung mit
einer Schiffspropellerwelle antriebsmäßig verbunden
ist. Die Schiffspropellerwelle ist mit einem
Axialdrucklager zur Aufnahme von axialen
Schubkräften versehen. Die zwischen der elastischen
Kupplung und der Zahnkupplung angeordnete
Wellenverbindung kann mit einem
Nebenabtriebsgetriebe (PTO-Antrieb, Power Take Off
Drive) zum Antrieb eines elektrischen Generators
und/oder anderer Aggregate des Schiffes versehen
sein. Bei Fahrbetrieb des Schiffes treibt der
Schiffsmotor sowohl die Propellerwelle als auch
über den Nebenabtrieb den Bordgenerator an. Damit
der Bordgenerator auch bei Schiffsstillstand
angetrieben werden kann, beispielsweise wenn das
Schiff im Hafen liegt, muß die
Schiffspropellerwelle vom Schiffsantriebsstrang
getrennt werden. Dies erfolgt durch Öffnen der
Zahnkupplung. Die Zahnkupplung kann jedoch nur bei
völligem Stillstand sowohl der Motorwelle als auch
der Schiffspropellerwelle geöffnet oder geschlossen
werden. Dieses Öffnen und Schließen der
Zahnkupplung wird beim Stand der Technik von Hand
vorgenommen, wobei es beim Schließen der
Zahnkupplung stets sehr zeitaufwendig und schwierig
ist, die Zähne des einen Kupplungsteils auf
Zahnlücken des anderen Kupplungsteils auszurichten
und in Eingriff zu bringen. Hierfür muß häufig die
Schiffspropellerwelle blockiert werden, damit sie
nicht vom Fahrwasser gedreht wird. Der
Schiffsantriebsmotor muß mit langsamer Drehzahl
gefahren und unter Berechnung seines Auslaufweges
so exakt abgeschaltet werden, daß die Motorwelle
die Zähne des einen Kupplungsteils auf die
Zahnlücken des anderen Kupplungsteils ausrichtet.
Ein weiterer Nachteil der Zahnkupplung ist, daß sie
nicht fernbedienbar ist, sondern vor Ort von Hand
betätigt werden muß. Das Einrücken und Ausrücken
der Zahnkupplung ist mehrmals am Tag erforderlich,
wenn es sich bei dem Schiff beispielsweise um einen
Shuttle-Tanker handelt. Ein weiterer Nachteil der
Zahnkupplung ist, daß die Zähne des einen
Kupplungsteils in den Zahnlücken des anderen
Kupplungsteils etwas Spielraum haben müssen, damit
sie einkuppelbar sind. Dies hat jedoch
Schwingungsprobleme zur Folge und die Zähne
schlagen gegeneinander, wodurch eine
Materialabnutzung erfolgt und starke Geräusche
entstehen. Wenn die von Hand schaltbare
Zahnkupplung durch eine fernbedienbare schaltbare
Lamellenkupplung ersetzt wird, besteht die Gefahr,
daß bei einem Ausfall des Kupplungsschließdruckes
die Belastung der Schiffspropellerwelle plötzlich
vom Schiffsantriebsmotor getrennt wird und dadurch der
Schiffsantriebsmotor überdreht und beschädigt wird. Ein
weiteres Problem bei allen Antriebsanlagen ist, dass für sie
nur wenig Bauraum im Schiff oder in einem anderen
Maschinenraum zur Verfügung steht.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine
schaltbare Kupplung zu schaffen, deren beiden Kupplungsteile
zum Kuppeln radial miteinander zentriert werden sollen und
die Zentriereinrichtung bei Bedarf von den
Betriebsbelastungen entlastet werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die
kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Durch die Erfindung ist eine Scheibenkupplung
gegeben, welche fernbetätigbar ist, eine kleine Baugröße hat,
mindestens eine Redundanz enthalten kann, durch welche bei
Ausfall eines Kupplungsschließsystems automatisch ein
anderes Kupplungsschließsystem die Funktionsfähigkeit der
Lamellenkupplung aufrechterhält, so dass die Gefahr
eines plötzlichen Lastabfall vom
Schiffsantriebsmotor und damit auch ein Überdrehen
und Zerstören des Schiffsantriebsmotors vermieden
wird.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den
Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die
Zeichnungen anhand einer bevorzugten
Ausführungsform als Beispiel beschrieben. In den
Zeichnungen zeigen
Fig. 1 einen gemäß der Erfindung ausgebildeten
Schiffsantriebsstrang, insbesondere für
einen Shuttle-Tanker,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine
Scheibenkupplung nach der Erfindung, wie
sie in der Schiffsantriebsanlage von Fig.
1 verwendet wird,
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht längs
der Ebene III-III von Fig. 2.
Fig. 1 ist unmaßstäblich und in wesentlich
kleinerem Maßstab gezeichnet als die Fig. 2 und 3.
Fig. 1 zeigt in Antriebsrichtung nacheinander einen
Zweitakt-Dieselmotor 2, dessen Motorwelle 4 über
eine elastische Kupplung 6, einen
Zwischenwellenstrang 8 und eine fernbetätigbare
schaltbare Scheibenkupplung 10 mit einer
Schiffspropellerwelle 12 antriebsmäßig verbunden,
die mit einem Schiffspropeller 14 versehen ist. Die
Schiffspropellerwelle 12 ist mit einer
Axiallageranordnung 16 zur Aufnahme von
Axialschüben versehen. Der Zwischenwellenstrang 8
treibt außer der Schiffspropellerwelle 12 auch
einen Nebenabtriebsstrang 18 für Bordaggregate des
nicht dargestellten Schiffes an, beispielsweise
einen elektrischen Generator 20 zur Erzeugung des
Bordstromes. Der Nebenabtriebsstrang 18 (PTO, Power
Take Off) kann gemäß Fig. 1 aus mehreren Zahnrädern
bestehen, deren Abtriebszahnrad 22 über eine
schaltbare Nebenabtriebs-Kupplung 24 an den
Generator 20 angeschlossen ist. Der Generator 20
kann auch als elektrischer Motor zur Rückführung
von elektrischer Energie in den
Zwischenwellenstrang 8 dienen.
Die fernbetätigbare, schaltbare Scheibenkupplung
10, welche auch als Scheibenbremse verwendbar ist,
hat zwei Kupplungsteile 30 und 32, von welchen der
eine oder der andere den Eingang oder den Ausgang
bilden kann. Im vorliegenden Beispiel ist
angenommen, daß der eine Kupplungsteil 30 der
Ausgangsteil und der andere Kupplungsteil 32 der
Eingangsteil ist. Der eine Kupplungsteil 30 hat
einen Wellenabschnitt 34, an welchen die
Schiffspropellerwelle 12 angeschlossen ist, und
einen im Durchmesser größeren Zylinderabschnitt 36.
Der Zylinderabschnitt 36 enthält eine erste
Vielzahl von ringförmig um eine Kupplungs-Drehachse
38 angeordneten ersten Kolben 40 und eine zweite
Vielzahl von mit axialem Abstand von dem ersten
Kolben 40 mit ihnen fluchtend und ringförmig um die
Drehachse 38 herum angeordneten zweiten Kolben 42.
Die Kolben 40 und 42 sind in Zylinderbohrungen 43
bzw. 44 mittels Betätigungs-Druckflüssigkeit
parallel zur Drehachse 38 entgegengesetzt
zueinander spannbar, um die radial äußeren
Reibteile 46 bzw. 47 von Reibscheiben 48 und 50 mit
ihren einander zugewandten stirnseitigen
Reibflächen 52 bzw. 53 gegen entgegengesetzt
voneinander wegragende stirnseitige Reibflächen 54
bzw. 55 einer Druckscheibe 58 zu drücken und
dadurch die Scheibenkupplung zu schließen. Die
Druckscheibe 58 ist ein in allen Richtungen
starrer, unflexibler Ring, welcher mit dem einen
Kupplungsteil 30 in allen Richtungen (axial und
radial) unbeweglich starr verbunden ist.
Die erste Vielzahl von ringförmig angeordneten
ersten Kolben 40 und die zweite Vielzahl von
zweiten Kolben 42 wird in ihren Zylinderbohrungen
43 und 44 von zwei voneinander getrennten
Druckmittelsystemen 60 und 62 betätigt. Das eine
Druckmittelsystem 60 ist in Umfangsrichtung um die
Drehachse 38 herum an die erste, dritte, fünfte,
siebte, neunte usw. Zylinderbohrung 43 und 44 zur
Betätigung von deren Kolben 40 und 42 hydraulisch
angeschlossen, und die in Umfangsrichtung jeweils
dazwischenliegenden zweiten, vierten, sechsten,
achten, zehnten usw. Zylinderbohrungen 43 und 44
sind zur Betätigung von deren Kolben 40 und 42
jeweils an das andere Druckmittelsystem 62
hydraulisch angeschlossen. Dabei sind die beiden
einander axial gegenüberliegenden Zylinderbohrungen
43 und 44 jeweils an das gleiche Druckmittelsystem
60 oder 62 angeschlossen. Dadurch können die
Reibteile 46 und 47 der Reibscheiben 48 und 50 im
Normalbetrieb von der Druckflüssigkeit von beiden
Druckmittelsystemen 60 und 62 gegen die
Druckscheibe 58 gedrückt werden, wobei im Falle des
Ausfalles eines der beiden Druckmittelsysteme der
Druck des weiterhin funktionierenden
Druckmittelsystems 60 oder 62 ausreicht, die
Reibteile 46 und 47 dar Reibscheiben 48 und 50
ausreichend stark an die Druckscheibe 58
anzudrücken, damit eine Relativbewegung zwischen
den Reibscheiben 48 und 50 und der Druckscheibe 58
vermieden wird, wenn die Kupplung geschlossen
werden soll. Die beiden Druckmittelsysteme 60 und
62 haben jeweils ein eigenes Kanalsystem, welches
sich jeweils von einem Druckmittelanschluß 64 bzw.
65 am Wellenabschnitt 34 des einen Kupplungsteils
30 durch dieses Kupplungsteil 30 hindurch bis zu
den betreffenden Zylinderbohrungen 43 und 44
erstreckt. Gemäß abgewandelten Ausführungsformen
können auch zwei oder mehr in
Kupplungsumfangsrichtung nebeneinander angeordnete
Zylinderbohrungen 43 und 44 an das gleiche
Druckmittelsystem 60 oder 62 angeschlossen sein und
sich in den dazwischen befindlichen
Umfangsabschnitten eine entsprechende Anzahl von
Zylinderbohrungen 43 und 44 befinden, die an das
betreffende andere Druckmittelsystem 62 oder 60
angeschlossen sind.
Die Druckscheibe 58 ist ein in allen Richtungen
unflexibler starrer Körper und ist unbeweglich
starr mit dem einen Kupplungsteil 30 verbunden.
Dies ist die bevorzugte Ausführungsform, in
abgewandelter Ausführungsform könnte die
Druckscheibe 58 eine in Axialrichtung
federelastisch flexibel bewegliche Membran sein,
die jedoch in Umfangsrichtung um die Drehachse 38
steif ist und starr mit dem einen Kupplungsteil 30
verbunden ist.
Jede Reibscheibe 48 und 50 hat an ihrem radial
inneren Ende einen Anschlußteil 66, welcher am
anderen Kupplungsteil 32 axial und radial
unbeweglich starr verbunden ist. Bei jeder
Reibscheibe 48 und 50 ist ihr Anschlußteil 66 über
einen in einer Radialebene liegenden membranartig
dünnen, axial federelastisch flexiblen
Verbindungsteil 68 mit dem Reibteil 46 bzw. 47
verbunden. Der federelastische flexible
Verbindungsteil 68 hält die Reibteile 46 und 47
jeweils in axialem Abstand von der Druckscheibe 58
und bringt sie in diese ausgerückte
Kupplungsposition zurück, wenn der Druck des
Druckfluides in den Zylinderbohrungen 43 und 44 auf
einen Wert abfällt, dessen Axialkraft kleiner ist
als die Axialkraft der federelastisch flexiblen
Verbindungsteile 68. Die Druckflüssigkeit in den
Zylinderbohrungen 43 und 44 muß deshalb zum
Schließen der Kupplung den axialen Federdruck der
flexiblen Verbindungsteile 68 überwinden.
Die Zeichnungen zeigen nur eine Kupplungseinheit
bestehend aus einer Druckscheibe 58 zwischen zwei
Reibscheiben 48 und 50. Gemäß abgewandelten
Ausführungsformen können mehrere solche
Kupplungseinheiten axial hintereinander angeordnet
sein, wobei jeweils die Druckscheibe 58 ein
Bestandteil des einen Kupplungsteils 32 und die
Reibscheiben 48 und 50 ein Bestandteil des anderen
Kupplungsteils 42 sind. Da die Kupplungs-
Schließkräfte auf beide Stirnseiten der
Druckscheibe 58 wirken, können hohe Schließkräfte
erzeugt und damit hohe Drehmomente übertragen
werden, ohne daß eine volumenmäßig große Kupplung
mit vielen Teilen erforderlich ist.
Die beiden Kupplungsteile 30 und 32 sind durch eine
Lageranordnung 70 axial und radial ineinander
gelagert.
Durch die besondere Konstruktion der schaltbaren
Scheibenkupplung 10 sind die beiden Kupplungsteile
30 und 32 über die Druckscheibe 58 und die
Reibscheiben 48 und 50 spielfrei starr miteinander
verbunden, wenn die Kupplung geschlossen ist. In
einer Lageranordnung wie der Lageranordnung 70 sind
jedoch immer Spielräume vorhanden. Zur Vermeidung
von radialen Fluchtungsfehlern zwischen den beiden
Kupplungsteilen 30 und 32 ist eine
Zentriervorrichtung 72 vorgesehen, welche die
beiden Kupplungsteile 30 und 32 jeweils radial
miteinander zentriert auf die Mittelachse 38, bevor
die Kupplung vom geöffneten Zustand in den
Schließzustand geschaltet wird. Die
Zentriervorrichtung 72 hat einen in der Drehachse
38 axial angeordneten Zentrierbolzen 74 mit einer
axialen Kegelspitze 76 am einen Kupplungsteil 30
und eine ihr axial gegenüberliegende
Zentrieröffnung 78 im anderen Kupplungsteil 32.
Die Zentrieröffnung 78 hat eine zur kegelförmigen
Spitze des Zentrierbolzens komplementäre
Trichterform. Der Zentrierbolzen 74 ist relativ zu
den beiden Kupplungsteilen 30 und 32 axial
verstellbar. Die Kegelspitze 76 des Zentrierbolzens
74 wird jeweils vor dem Schließen der
Scheibenkupplung in die Zentrieröffnung 78 bis zur
Anlage an deren Öffnungswand eingesetzt und kann
nach dem Öffnen der Scheibenkupplung wieder soweit
zurückgezogen werden, daß sie in der
Zentrieröffnung 78 nicht mehr anliegt. Der
Zentrierbolzen 74 wird vorzugsweise entgegen der
Kraft von Federmitteln (nicht dargestellt) durch
Druckflüssigkeit in einer Druckkammer 79, die im
einen Kupplungsteil 30 gebildet ist, axial in die
Zentrieröffnung 78 vorgeschoben, wobei als
Druckflüssigkeit die Druckflüssigkeit eines der
beiden Druckmittelsysteme 60 oder 62 oder eine
andere Druckflüssigkeit verwendet werden kann, die
jeweils gleichzeitig mit der Druckflüssigkeit der
Druckmittelsysteme 60 und 62 unter Druck gesetzt
wird. Eine Steuervorrichtung 80 steuert jeweils die
Druckmittelzufuhr und die Druckmittelentlastung der
Druckflüssigkeiten für die Druckmittelsysteme 60
und 62 und die Zentriervorrichtung 72.
Druckflüssigkeit ist das bevorzugte Medium zur
Betätigung der Druckmittelsysteme 60 und 62 sowie
der Zentriervorrichtung 72. Gemäß abgewandelten
Ausführungsformen ist jedoch auch Druckluft oder
ein elektromagnetisches System möglich.
Die Druckscheibe 58 und die Reibscheiben 48 und 50
haben jetzt die Form eines Ringes, welcher
konzentrisch zur Drehachse 38 angeordnet ist.
Gemäß einer nicht dargestellten, abgewandelten
Ausführungsform kann der Zentrierbolzen 74 im
anderen Kupplungsteil 32 axial verstellbar
angeordnet sein und die Zentrieröffnung 78 im einen
Kupplungsteil 30 gebildet sein.
Damit das Schiff bei totalem Ausfall von beiden
Druckmittelsystemen 60 und 62 nicht fahruntauglich
wird, sondern auch in diesem Fall der
Schiffsantriebsmotor 2 mit der
Schiffspropellerwelle 12 antriebsmäßig verbunden
werden kann, sind mechanische Mittel,
beispielsweise in Form von Gewindebolzen 86
vorgesehen, welche parallel zur Drehachse 38 in den
einen Kupplungsteil 30 einschraubbar sind, um mit
ihnen die Kolben 40 und 42 zusammen mit den
Reibscheiben 48 und 50 gegen die Druckscheibe 58 zu
pressen und damit die Kupplung zu schließen.
2
Motor
4
Motorwelle
6
Elastische Kupplung
8
Zwischenwellenstrang
10
Schaltbare Scheibenkupplung
12
Propellerwelle
14
Schiffspropeller
16
Axiallageranordnung
18
Nebenabtriebsstrang (PTO)
20
Generator
22
Abtriebszahnrad
24
Nebenabtriebs-Kupplung
30
Kupplungsteil
32
Kupplungssteil
34
Wellenabschnitt
36
Zylinderabschnitt
38
Kupplungsdrehachse
40
1
. Kolben
42
2
. Kolben
43
Zylinderbohrung
44
Zylinderbohrung
46
Reibteil von
48
47
Reibteil von
50
48
Reibscheibe
50
Reibscheibe
52
Reibfläche von
48
53
Reibfläche von
50
54
Reibfläche von
58
55
Reibfläche von
58
58
Druckscheibe
60
Druckmittelsystem
62
Druckmittelsystem
64
Druckmittelanschluss
65
Druckmittelanschluss
66
Anschlussteil von
48
und
50
68
(Membranartiges) Verbindungsteil von
48
und
50
70
Lageranordnung
72
Zentriervorrichtung
74
Zentrierbolzen
76
Kegelspitze
78
Zentrieröffnung
79
Druckkammer
80
Steuervorrichtung
86
Gewindebolzen
Claims (7)
1. Schaltbare Reibscheibenkupplung oder Reibscheibenbremse mit zwei Kupp
lungsteilen (30, 32), welche relativ um eine Drehachse (38) drehbar sind, da
durch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Kupplungsteilen (30, 32) ei
ne im Betrieb ein- oder ausrückbare Zentriervorrichtung (72) vorgesehen ist.
2. Schaltbare Reibscheibenkupplung oder Reibscheibenbremse nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriervorrichtung (72) mit einem dreh
bar gelagerten Zentrierbolzen (74) versehen ist, welcher eine kegelförmige
Spitze (76) aufweist, axial beweglich im einen Kupplungsteil (30; 32) angeord
net ist und in eine zur Spitze (76) komplementäre trichterförmige Zentrieröff
nung (78) am anderen Kupplungsteil (32; 30) einfügbar und wieder trennbar
ist.
3. Schaltbare Reibscheibenkupplung oder Reibscheibenbremse nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden
Kupplungsteilen (30, 32) mindestens je eine Kupplungsscheibe (58, 48; 50)
mit mindestens einer Reibfläche (54; 55, 52; 53) vorgesehen ist, die durch
Betätigungsmittel (60, 62) und Druckelemente (40, 42) relativ zueinander be
wegbar und damit kuppelbar oder trennbar sind und auch die Zentriervorrich
tung (72) durch diese Betätigungsmittel (60, 62) betätigbar ist.
4. Schaltbare Reibscheibenkupplung oder Reibscheibenbremse nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckraum
(79) der Zentriervorrichtung (72) und die Betätigungsmittel (60, 62) der Reib
scheibenkupplung oder Reibscheibenbremse funktionell derart miteinander
verbunden sind, daß beim Einkuppeln der Reibflächen (52, 53, 54, 55) auto
matisch der Zentrierbolzen (74) in die Zentrieröffnung (78) eingesetzt und da
durch die beiden Kupplungsteile (30, 32) miteinander radial zentriert werden.
5. Schaltbare Reibscheibenkupplung oder Reibscheibenbremse nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungs
mittel (60, 62) mittels einer Steuereinrichtung (80) fernbetätigbar sind und auf
mindestens zwei voneinander unabhängige Betätigungsmittelsysteme (60, 62)
aufgeteilt sind, die je nach Betriebsbedingung gemeinsam oder einzeln, die
Kupplungsteile (30, 32) miteinander kuppeln oder voneinander trennen sowie
die Zentriervorrichtung (72) betätigen.
6. Schaltbare Reibscheibenkupplung oder Reibscheibenbremse nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungs
mittel (60, 62) mit Druckflüssigkeit, Druckluft oder mit einem elektromagneti
schen System fernbetätigbar sind.
7. Verwendung einer schaltbaren Reibscheibenkupplung (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche im Antriebsstrang eines Schiffes zwischen der
Antriebsmaschine (2) und einer Schiffspropellerwelle (12).
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19727798A Expired - Fee Related DE19727798C2 (de) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | Schaltbare Scheibenkupplung oder Scheibenbremse |
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