DE4036578A1 - Verfahren zur verzoegerung eines schiffsantriebes, insbesondere bei einem not-stop-manoever, sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Schiffsantriebe weisen im allgemeinen ein Dreiwellen-Wende- Untersetzungsgetriebe auf, welches zwischen der Brennkraft­ maschine und der Propellerwelle eingeschaltet ist. Bei diesem Getriebe sind die Zahnräder stets im Eingriff. Die Schaltung des Getriebes erfolgt durch Ein- oder Ausrücken von hydraulisch betätigten Kupplungen. Die Kupplungen werden von Deck aus mittels eines Deckschalters unter Zu­ hilfenahme von elektrohydraulischen Ventilen aktiviert. Bei Leerlauf sind beide Kupplungen gelöst. Bei Gleichlauf von Brennkraftmaschine und Propellerwelle ist eine Gleich­ laufkupplung und bei Gegenlauf von Brennkraftmaschine und Propellerwelle ist eine Gegenlaufkupplung eingerückt, während sich die jeweils andere Kupplung in gelöster Stellung befindet. Ein Nachteil eines derartigen Wendege­ triebes ist darin zu sehen, daß bei schneller Drehrich­ tungsänderung durch die Massenträgheitsmomente der Kupp­ lungen, Zahnräder der Propellerwelle und des Propellers ein hoher Verschleiß der Kupplungslamellen auftritt und die Brennkraftmaschine abgewürgt wird, oder sogar im umgekehrten Drehsinn wieder anläuft.

Ausgehend von einem Schiffsantrieb entsprechend dem Gat­ tungsbegriff liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine möglichst schnelle Drehrichtungsänderung der Pro­ pellerwelle zu ermöglichen, ohne daß die Kupplungen des Getriebes zu schnell verschleißen und die Brennkraft­ maschine Gefahr läuft abgewürgt zu werden oder gar in Gegenrichtung wieder anzulaufen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verfahrens­ merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch die eingerückte Gegenlaufkupplung vor dem Umschalten des Getriebes von "Vorwärts" auf "Rückwärts" und die synchrone Betätigung einer Motorbremse wird die Propeller­ welle zunächst rasch abgebremst. Erst wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine auf eine vorgegebene Drehzahl ab­ gesunken ist erfolgt eine Umschaltung des Getriebes, bei­ spielsweise durch Umlegen des Deckschalters in Position "Rückwärts". Durch die Herabsetzung der Drehzahl der im Drehmomentschluß befindlichen Getriebeteile mittels der Motorbremse wird deren Rotationsenergie wesentlich ver­ mindert. Die Folge ist eine hohe Drehzahlverzögerung und eine rasche Drehrichtungsänderung bei Not-Stop, sowie eine starke Verminderung der Reibarbeit in den Kupplungen und des dadurch hervorgerufenen Verschleißes. Darüber­ hinaus wird die Brennkraftmaschine nicht abgewürgt und zudem ein Anlaufen der Brennkraftmaschine in Gegenrich­ tung zuverlässig vermieden.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens nach Anspruch 1 zeichnet sich durch die Merkmale des Patentanspruches 2 aus.

Die Motorbremse erlaubt eine nahezu verschleißfreie Ab­ bremsung der Propellerwelle und der Getriebeteile. Die hohe Bremsverzögerung der Getriebeteile ergibt eine schnelle Drehrichtungsumkehr der Propellerwelle und damit eine hohe Bremsverzögerung des Schiffes. Wird die Drossel­ klappe der Motorbremse in der Warmlaufphase der Brennkraft­ maschine geschlossen führt dies als Nebeneffekt wegen der schnelleren Erwärmung zur Reduzierung des Weißrauches.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Drei­ wellen-Wende-Untersetzungsgetriebes mit Brennkraftmaschine und Propellerwelle;

Fig. 2 einen Deckschalter mit Schaltpositionen;

Fig. 3 ein Diagramm mit Darstellung verschiedener Parameter als Funktion der Zeit.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Dreiwellen-Wende-Unterset­ zungsgetriebe eines Schiffsantriebes. Eine Brennkraft­ maschine 1 treibt zunächst ein erstes Zahnrad 2 mit Gegen­ laufkupplung 3. Das erste Zahnrad 2 ist im Eingriff mit einem zweiten Zahnrad 4 und einer Gleichlaufkupplung 5. Die Gleichlaufkupplung 5 weist eine Umlenkwelle 8 auf, welche drehfest mit einem ersten Ritzel 7 verbunden ist. Die Gegenlaufkupplung 3 weist eine Gegenlaufwelle 8 auf, welche drehfest mit einem zweiten Ritzel 9 verbunden ist. Die beiden Ritzel 7 und 9 stehen im Eingriff mit einem dritten Zahnrad 10, welches wiederum drehfest mit einer Antriebswelle, beispielsweise einer Propellerwelle 11 in Verbindung steht.

Die Gegenlaufkupplung 3 bzw. die Gleichlaufkupplung 5 können hydraulisch über eine erste, bzw. zweite Drucköl­ zufuhr 12 bzw. 13 ein- oder ausgerückt werden. Die Druck­ ölzufuhr kann von Deck aus über einen Deckschalter 14 (Fig. 2) gesteuert werden.

Wenn beide Druckölzufuhren 12, 13 drucklos sind wird die Brennkraftmaschine 1 im Leerlauf betrieben.

Bei Betätigung der zweiten Druckölzufuhr 13 durch Umlegen des Deckschalters 14 in Position I (Fig. 2) ist die Gleichlaufkupplung 5 eingerückt, während die Gegenlauf­ kupplung 3 ausgerückt ist. Das zweite Zahnrad 4 ist dreh­ momentschlüssig mit der Umkehrwelle 6 verbunden, wodurch die Propellerwelle 11 im Gleichlauf mit der Brennkraft­ maschine 1 ist.

Bei Betätigung der ersten Druckölzufuhr 12 durch Umlegen des Deckschalters 14 in Position III (Fig. 2) ist die Gegenlaufkupplung 3 eingerückt, während die Gleichlauf­ kupplung 5 ausgerückt ist. Die Brennkraftmaschine 1 ist somit über die Gegenlaufkupplung 3 direkt mit der Gegen­ laufwelle 8 drehmomentschlüssig verbunden, wodurch die Propellerwelle 11 in umgekehrter Richtung wie die Brenn­ kraftmaschine 1 läuft.

Bei Fahrgastschiffen besteht nun die Forderung, das Schiff durch Umsteuerung der Drehrichtung der Propellerwelle 11 möglichst rasch zum Stehen zu bringen, um Kollisionen zu vermeiden. Hierzu ist das in Fig. 1 gezeigte Dreiwellen- Wende-Untersetzungsgetriebe nur bedingt geeignet. Der Hauptnachteil besteht darin, daß sämtliche Zahnräder und Ritzel 2, 4, 7, 9, 10 ständig im Eingriff sind. Diese Getriebeteile weisen zusammen mit Propellerwelle und Propeller eine hohe Rotationsenergie auf. Soll nun die Drehrichtung der Propellerwelle 11 bei Not-Stop umgekehrt werden, so müssen zunächst diese rotierenden Drehmassen durch Entzug ihrer Rotationsenergie zum Stillstand gebracht werden, ehe eine Drehrichtungsumkehr erfolgen kann. Nach bisheriger Verfahrensweise wird zunächst die Gleichlauf­ kupplung 5 ausgerückt. Da aber die Gegenlaufwelle 8 über Ritzel 9 einen umgekehrten Drehsinn wie die Brennkraft­ maschine 1 aufweist muß beim Einrücken der Gegenlaufkupp­ lung 3 zur Drehrichtungsumkehr der Propellerwelle 11 zu­ nächst die Gegenlaufwelle 8, die damit drehmomentschlüssig verbundene Propellerwelle 11 und die Umkehrwelle 6 samt Gleichlaufkupplung abgebremst werden, ehe eine Umkehr der Drehrichtung erreicht wird.

Um eine schnelle Drehrichtungsumkehr zu erreichen ist leicht einzusehen, daß dies zu einem hohen Verschleiß der Gegenlaufkupplung 3 führt, da diese die Reibarbeit zur Umwandlung der Rotationsenergie der Getriebeteile zu verrichten hat. Bei zu schneller Umkehr der Drehrichtung kann es vorkommen, daß die Brennkraftmaschine 1 total abgewürgt wird, oder sogar in umgekehrter Drehrichtung wieder anläuft.

Eine konstruktiv aufwendige Abhilfe wäre entweder eine Pro­ pellerwellenbremse oder eine Erhöhung der primärseitigen rotierenden Drehmassen, um ein Abwürgen der Brennkraftma­ schine zu verhindern.

Eine elegantere Lösung wird mit dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren vorgeschlagen. Bei Not-Stop wird zunächst eine nicht dargestellte Motorbremse der Brennkraftmaschine 1 betätigt, während die Gleichlaufkupplung 5 zunächst eingerückt bleibt, um die miteinander im Eingriff stehenden Getriebeteile und die Propellerwelle 11 auf eine vorgegebene Drehzahl abzu­ bremsen, die von der Massenträgheit der rotierenden Teile abhängt und von Fall zu Fall so festzulegen ist, daß nach dem Ausrücken der Gleichlaufkupplung 5 die Drehzahl der Gegenlaufwelle 8 vor Einrückung der Gegenlaufkupplung 3 zur Drehzahlumkehr nahezu auf Null abgesunken ist.

Damit wird der Verschleiß der Gegenlaufkupplung 3 wesent­ lich reduziert, da sie nicht erst die aus der Stellung "Vorwärts" gegenläufige Drehbewegung der Getriebeteile 7, 9, 10, 11 abzubremsen hat. Ebenso zuverlässig wird ein Anlaufen der Brennkraftmaschine 1 in umgekehrter Richtung vermieden.

Die Schaltung des Getriebe wird in der Regel von einem Deckschalter 14 übernommen, der schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Der Deckschalter 14 weist einen Schalt­ hebel 15 auf, der Schaltpositionen 0 bis IV ermöglicht. Die Schaltstellung 0 bedeutet "Leerlauf" also ausgerückte Gleich- und Gegenlaufkupplung 5 und 3 (Fig. 1). Die Schaltpositionen I bzw. III bedeuten "Vorwärts" bzw. "Rückwärts", wobei entweder die Gleichlaufkupplung 5 bzw. die Gegenlaufkupplung 3 eingerückt und die jeweils andere Kupplung ausgerückt ist. Jenseits der Positionen I bzw. III, also zwischen den Positionen I und II bzw. III und IV wird die Last der Brennkraftmaschine 1 geregelt, die in den Positionen II und IV Vollast erreicht, einmal in Position II bei "Vorwärts" und bei Position IV "Rückwärts".

Bei Not-Stop wird der Deckschalter 14 zunächst in Position I arretiert, bis die Propellerwelle 11 (Fig. 1) in der Drehzahl abgesunken ist, erst dann kann über Position 0 auf Position III für "Rückwärts" umgeschaltet werden.

Es ist aber auch denkbar, daß der unter Fig. 1 beschrie­ bene Ablauf des Not-Stop-Manövers durch Betätigen eines Not-Stop-Schalters erfolgt, welcher eine elektronische Steuerung aktiviert, die das Bremsmanöver im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens regelt, während der Deck­ schalter 14 abgeschaltet ist.

Der Ablauf des Bremsmanövers ist qualitativ gesehen aus einem Diagramm in Fig. 3 ersichtlich.

Kurve a gibt die Position des Deckschalters 14 wieder, wie er in Fig. 2 dargestellt ist.

Bei voller Fahrt "Vorwärts" steht dieser in Position II: Nach Kurve b ist die Drosselklappe der Motorbremse offen. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine beträgt entsprechend Kurve c in Position II 100%, bei Teillast durch Verschie­ ben in Richtung Position I entsprechend weniger.

Die Propellerwellendrehzahl beträgt entsprechend Kurve d in Position II entsprechend einem starren Übersetzungsver­ hältnis 100% der Nenndrehzahl.

Die Geschwindigkeit des Schiffes ist nach Kurve e konstant und beträgt 100%.

Im Zeitpunkt t0 setzt das Not-Stop-Manöver ein. Erfindungs­ gemäß wird der Deckschalter 14 (Fig. 2) in Position I gebracht, wie in Kurve a gezeigt. Als wesentliches Merkmal der Erfindung wird der Deckschalter 14 solange in Position I gehalten, bis die Propellerwelle weitgehend abgebremst ist.

Nach Kurve b wird zum Zeitpunkt t0 die Drosselklappe der Motorbremse geschlossen und damit die Propellerwelle und die Getriebeteile in Stellung "Vorwärts" mittels der Motor­ bremse zunächst schnell abgebremst. Nach Kurve d erfolgt die Abbremsung auf ca. 40% der Propellerwellen-Nenndrehzahl. Durch Zurücknahme der Drehzahl der Brennkraftmaschine sinkt nach Kurve e die Geschwindigkeit des Schiffes geringfügig.

Im Zeitraum zwischen t1 und t2 wird der Deckschalter 14 nach Freigabe der Position I als Funktion der gesunkenen Drehzahl in die Position 0 gebracht, die Drosselklappe ist wieder geöffnet. Das Getriebe steht in Stellung "Leerlauf". Die Motordrehzahl nimmt nach Kurve c weiter ab, bis im Zeit­ punkt t2 die Leerlaufdrehzahl erreicht wird. Die Propeller­ drehzahl und die Geschwindigkeit des Schiffes bleiben nahezu unverändert.

Nach Umlegen des Deckschalters 14 in Position III erfolgt ab Zeitraum t3 die Richtungsumkehr des Getriebes und der damit verbundenen Propellerwelle. Die Motordrehzahl und die Propellerwellendrehzahl sind nach den Kurven c und d kon­ stant. Die Geschwindigkeit des Schiffes nimmt nach Kurve c geringfügig durch den Eigenwiderstand ab.

Im Zeitpunkt t3 wird der Deckschalter 14 (Fig. 2) von Position III in Richtung auf die Position IV umgelegt. Eine Regelstange des Motors geht in Stellung Vollast. Nach Kurve c nimmt die Drehzahl des Motors wieder schnell zu, ebenso wie die über das Getriebe gekoppelte Propellerwellen­ drehzahl, entsprechend Kurve d. Die Drehrichtung der Pro­ pellerwelle hat sich natürlich umgekehrt. Dadurch wird die Geschwindigkeit des Schiffes gemäß Kurve e stark verzögert.

Erfindungsgemäß wird also durch das Abbremsen der Pro­ pellerwelle bei gleichzeitig geschlossener Drosselklappe der Motorbremse die Drehrichtungsumkehr erheblich be­ schleunigt, die Kupplungen des Dreiwellen-Wende-Unterset­ zungsgetriebes geschont und eine Drehrichtungsumkehr der Brennkraftmaschine mit Sicherheit vermieden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Deckschalter 14 in Position I durch eine Arretierung auf mechanischem Wege fixiert werden, bis die Propellerwelle abgebremst ist.

In vorteilhafter Weise kann das Verfahren auch auf elek­ tronischem Wege durchgeführt werden, indem ein Not-Stop- Schalter betätigt wird, der den Deckschalter 14 für den Not-Stop außer Betrieb setzt und das Dreiwellen-Wende- Untersetzungsgetriebe durch Programm so steuert, daß das erfindungsgemäße Verfahren vollzogen wird.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß bei einem Kaltstart die Drosselklappe der Motorbremse kurz­ fristig geschlossen wird, so daß die dadurch erhöhte Aus­ schiebearbeit in Form von Wärme im Motor selbst verbleibt und dessen Warmlaufphase verkürzt, was zur Minderung von Weißrauch führt.

Claims (2)

1. Verfahren zur Verzögerung eines Schiffsantriebes, insbe­ sondere bei einem Not-Stop-Manöver, bei dem der Schiffs­ antrieb aus einer Brennkraftmaschine, einer Propeller­ welle und einem zwischengeschalteten Dreiwellen-Wende- Untersetzungsgetriebe gebildet wird welches in drei Schaltpositionen, nämlich "Leerlauf", "Vorwärts" und "Rückwärts" mittels eines Deckschalter schaltbar ist und der Deckschalter außerhalb der Positionen "Vorwärts" und "Rückwärts" zugleich die Regelung der Drehzahl der Brennkraftmaschine erlaubt, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einleiten des Not-Stop-Manövers zur Drehrichtungs­ umkehr des Schiffsantriebes nach Zurücknahme einer Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine (1) auf Leerlauf zunächst eine Motorbremse der Brennkraftmaschine (1) aktiviert wird, während eine Gleichlaufkupplung (5) des Dreiwellen-Wende-Untersetzungsgetriebes solange eingerückt bleibt, bis die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) durch die Motorbremse auf eine vorgegebene Drehzahl abgesunken ist, und daß anschließend die Gleichlaufkupplung (5) aus- und eine Gegenlaufkupplung (3) eingerückt wird, sowie nach dem Einrücken der Gegenlaufkupplung (3) die Brennkraftmaschine (1) wieder auf volle Drehzahl hoch­ gefahren wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorbremse aus einer Drosselklappe in einem Auspuffrohr der Brenn­ kraftmaschine (1) gebildet wird, und daß die Drossel­ klappe exzentrisch gelagert ist.