DE4036578A1 - Verfahren zur verzoegerung eines schiffsantriebes, insbesondere bei einem not-stop-manoever, sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur verzoegerung eines schiffsantriebes, insbesondere bei einem not-stop-manoever, sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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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.
Priority Applications (3)
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