DE3306131A1

DE3306131A1 - Kupplungsanordnung an einem getriebe, insbesondere schiffsgetriebe

Info

Publication number: DE3306131A1
Application number: DE19833306131
Authority: DE
Inventors: Hans Mutschellen Sigg; Otto Dipl.-Ing.(HTL) Menzingen Staedeli
Original assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Current assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Priority date: 1983-02-02
Filing date: 1983-02-22
Publication date: 1984-08-30
Also published as: IT8419407A0; GB8402513D0; FR2540067B1; IT1196011B; DE3306131C2; CH661571A5; GB2134607A; FR2540067A1; US4552258A; JPS59147120A; GB2134607B; JPH0243927B2

Description

D-8000 MÜNCHEN 90 Maag-Zahnräder schweigerstrasse 2

22. Februar 198 3 telefon: (089)66205!

TELEGRAMM: PROTECTPATENT TELEX: J 24 070

Kupplungsanordnung an einem Getriebe, insbesondere Schiffsgetriebe

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 angeordnet sein muß, haben Getriebe der beschriebenen Art den Vorteil, daß die aus dem Antriebsritzel

- /t - lA-56 904

und den mit ihm kämmenden Zahnrädern bestehende erste Getriebestufe durch Ausrücken der schaltbaren Zahnkupplungen zusammen mit der zugehörigen Antriebsmaschine, beispielsweise 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 Kupplungsverζahnungen 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 88 8 Al) 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 komple-

- 3- - lA-56 904

-S-

mentäre Geradverzahnung einer zweiten Kupplungshälfte einrückbar ist. Die zur Hauptkupplung gehörige Synchronisiervorrichtung 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 Al). 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 Al, 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 Hauptkupplung das Einrücken der bzw. jeder Nebenkupplung nur einzuleiten braucht und die Nebenkupplung dann über ihre Schraubmuffe selber einen ausreichenden Axialschub erzeugt, um das Einrücken 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

- V- lA-56

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 88 8 Al) die Hauptkupplung in einem Kraftübertragungsweg angeordnet sein, dessen Torsionssteifigkeit 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 Torsionssteifigkeit 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 Geräusche erzeugt als bekannte gattungsgemäße Anordnungen.

- JSr - 1Λ-56 904

-?-
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst,

- daß die einrückbaren Kupplungsverzahnungen sämtlicher Kupplungen schrägverzahnt und im wesentlichen 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 sie 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 Torsionssteifigkeit, und somit verhältnismäßig billig, gestaltet werden, ohne daß dadurch eine weitgehend gleichmäßige Lastverteilung in Frage gestellt wäre.

- β" - lA-56 904

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die einrückbaren 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 zumindest 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.

- T^- 1A-56

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 Lockedtrain-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' kämmen 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 Kupplungs-

330613Ί

lA-56 904

Verzahnung 32 bzw. 32', die in eine komplementäre Kupplungsverzahnung 34 bzw. 34' an einer antriebsseitigen 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 A¹ 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.

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 Hebel wirkenden 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 par-

- /H

3 3 ο 6131

lA-56 904

allel zu einem gemeinsamen Lot L auf die beiden Kupplungsachsen A und A¹.

Bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten, Ausführungsform sind die beiden Kupplungsmuffen 30 und 30' miteinander durch einen gegenüber Fig. 2 abgewandelten Umsetzer 5 6 verbunden. Zu diesem gehören zwei Wellen 58 und 58', die je eine zur gemeinsamen Ebene der beiden Kupplungsachsen A und A¹ 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. 5a bis d sind Einzelheiten der einander zugeordneten Kupplungsverzahnungen 32 und 34 sowie 32' und 34' ersichtlich. Diese Kupplungsverzahnungen haben übereinstimmend einen Schrägungswinkel ß, der erheblich kleiner ist, als der Schrägungswinkel ß„ 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 ß~ abgeschrägt, wodurch das Einrücken erleichtert wird.

Zu Beginn des Einrückens besteht gemäß Fig. 5 a zwischen den einander zugeordneten Kupplungsverzahnungen 32 und

3306

1A-56 904

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 entscheidend 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 ausgeglichen.

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' imstande, Drehmomente zu übertragen. Bis dahin muß allerdings noch ein Lastausgleich zwischen den beiden Kupplungen ermöglicht werden, und zwar beim Erreichen ihrer Endstellung gemäß Fig. 5d, damit sie das volle Drehmoment übertragen können. Dazu wird der Umsetzer 46 oder 56 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 Ausgangsstellung, in der 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.

56VI28

Claims

OJUU ίο ι PATENTANWÄLTE ^UESTHQFF-ν. PECHMAN N -BEHREN S-GOETZ * ™.™»-'w>'™*V»™* (»9*7-1956) DIPL-[NC. OI RHAKl) I1IHS (l 95 J-I ij"71) EUROPEANPATENTATTORNEYS DIPL,CHHM.UR.H..R,n,t-KH VON P DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPFRT GOETZ D-8000 MÜNCHEN 90 Maag-Zahnräder schweigerstrasse 2 22. Februar 1983 telefon: (o89) 66*0$ 1 TELEGRAMM: PROTECTPATENT TELEX: 524 070 Patentansprüche :

1.) Kupplungsanordnung an einem Getriebe, insbesondere Schiffsgetriebe, mit mindestens zwei in parallelen Kraftubertragungswegen angeordneten schaltbaren Zahnkupplungen, nämlich einer selbsttätig einrückbaren Hauptkupplung (20) mit Synchronisiervorrichtung (40) und mindestens einer Nebenkupplung (20¹) ohne Synchronisiervorrichtung, und mit einem Umsetzer (40; 56), der eine Einrückbewegung der Hauptkupplung (20) in eine Einrückbewegung der bzw. jeder Nebenkupplung (2Ό¹) 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 (ß,) aufweisen.

- 2 - lA-5 6 90 6

3. Kupplungsverzahnung nach Anspruch 1, deren Umsetzer (46; 56) eine Hebelanordnung mit in Bezug zu den Kupplungsachsen (A, A¹) 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, A¹) 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, A¹) erstrecken, und die Hebel durch ein Wälzgetriebe (Zahnsegmente 66, 66') miteinander verbunden sind.