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Ausrückbare Kupplung für Schiffsantriebe mit einer Einrichtung zur
Dämpfung von Drehschwingungen Zur Dämpfung von Drehschwingungen ist es bekannt,
in Schiffsantriebe hydrostatische Kupplungen einzuschalten. Bei diesen Kupplungen
hat bekanntlich der eine Kupplungsteil eine Reihe von Ritzeln, die mit einem größeren
Zahnrad des anderen Kupplungsteils kämmen. Jedes Ritzel bildet zusammen mit dem
großen Zahnrad eine Zahnradpumpe, und sämtliche Pumpen arbeiten gegen Druckventile
bzw. ein gemeinsames Druckventil, das federbelastet ist. Solange das durch die Kupplung
übertragene Drehmoment den eingestellten Öffnungsdruck des Druckventils nicht überschreitet,
bleibt die Kupplung, abgesehen von einem geringen Eigenschlupf, starr. Treten Drehschwingungen
im Antrieb auf, so öffnet sich das Druckventil, und die Kupplung kommt zum Rutschen.
Ein Nachteil dieser hydrostatischen Kupplungen besteht darin, daß sie während des
Betriebs nicht beliebig ein- und ausschaltbar sind, so daß zusätzliche Reibungskupplungen
eingeschaltet werden müssen. Es ist nämlich nicht möglich, etwa das Druckventil
der hydrostatischen Kupplung zu öffnen, so daß die Kupplung leer läuft. Hierzu müßten
wegen der geförderten großen Ölmenge im Durchmesser sehr weite Leitungen vorgesehen
werden, was konstruktiv zu unbrauchbaren Ausführungen führt.
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Da das Einschalten zweier Kupplungen in den Antrieb naturgemäß wenig
erwünscht ist, besteht schon lange das Problem, ein einheitliches Kupp-. lungsaggregat
zu schaffen. Zusammengebaute Kupplungen sind an sich nicht neu. So ist es beispielsweise
bei
Kraftfahrzeugen bekanntgeworden, Reibscheiben von Kupplungen so auszubilden, daß
sie gleichzeitig als Schwingungsdämpfer wirken, indem die Kupplungsscheiben mit
Dämpfungsfedern vereinigt sind. Ferner sind ausrückbare elastische Kupplungen bekannt,
die gegen kritische Drehzahlen, also auch als Schwingungsdämpfer, wirken.. Diese
bekannten Bauarten eignen sich aber nur fr Antriebe mit verhältnismäßig kleiner
Leistung.
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Infolge des besonderen Aufbaus einer hydrostatischen Kupplung mit
ihren einzelnen Zahnradpumpen, den zugehörigen Leitungen usw. ist eine Vereinigung
dieser dämpfenden Kupplung mit einer Schaltkupplung nicht ohne weiteres möglich.
Es wurde aber nun gefunden, daß das gestellte Problem lösbar ist, wenn die Gesamtkupplung
in folgender Weise aufgebaut wird: a) Die ausrückbare Kupplung ist eine Reibungskupplung,
wobei das Kuppeln über Ringschläuche erfolgt, die bei Einführung eines Druckmittels
den Kuppelvorgang bewirken; b) die Kupplung zur Dämpfung von Drehschwingungen ist
eine hydrostatische Kupplung der bereits erwähnten Art mit innerhalb der Kupplung
angeordneten Zahnradpumpen, die mit einer Innenverzahnung des außenliegenden Kupplungsteils
dieser Kupplung zusammenwirken; c) die Reibungskupplung umgibt die schwingungsdämpfende
Kupplung konzentrisch.
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Durch die Vereinigung dieser Einzelmerkmale entsteht ein Gesamtaggregat,
das die gestellten Bedingungen bestens erfüllt, insbesondere bleibt der Außendurchmesser
der Gesamtkupplung in tragbaren Grenzen. Ferner wird durch die Verwendung der Kupplung
mit Ringschläuchen noch erreicht, daß Kräfte, die sich aus Wellenverlagerungen usw.
ergeben, ausgeglichen werden, so daß eine Schonung der Verzahnung der hydrostatischen
Kupplung eintritt.
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Wird die hydrostatische Kupplung mit der antreibenden Welle verbunden,
so daß also die Reibungskupplung antriebsmäßig auf der von der Maschine abgewendeten
Seite liegt, so ergibt sich beispielsweise bei den Anlagen, in denen der hydrostatische
Teil der Kupplung als Schwungmasse benutzt wird, der weitere Vorteil, daß die hydrostatische
Kupplung auch bei abgeschaltetem Antrieb und dann leer laufender Maschine Schwingungen
dämpft, die zu starken Ausschlägen der Antriebswelle (Kurbelwelle) führen können.
Wenn das Druckventil in diesem Falle anspricht, wird der Sekundärteil der hydrostatischen
Kupplung von den umlaufenden Triebwerksmassen abgeschaltet, wodurch das Schwingungssystem
gestört wird. Zusätzlich wirken die Rutschkräfte innerhalb der hydrostatischen Kupplung
den Ausschlägen der Antriebswelle entgegen und bremsen diese ab. Die zusammengebaute
Kupplung der Erfindung hat also die vorteilhafte Wirkung, daß sie nicht nur bei
der kritischen Drehzahl der im Betrieb befindlichen Anlage eine Dämpfungswirkung
ausübt, sondern auch bei Leerlauf ihre Dämpfungswirkung beibehält. Dies kann nicht
eintreten, wenn die hydrostatische Kupplung selbst ausschaltbar gemacht wird.
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Der Zusammenbau der beiden erwähnten Kupplungen in der beschriebenen
Weise ermöglicht schließlich eine besonders günstige und einfache Schaltung beider
Kupplungen. Die Reibungskupplung wird auch mit Druckflüssigkeit bzw. Drucköl bedient,
und es kann ein kombiniertes Druckölsystem für beide Kupplungen benutzt werden.
Außerdem kann eine weitere Sicherheitsmaßnahme getroffen werden, indem die Reibungskupplung
bei Überschreiten des in der hydrostatischen Kupplung eingestellten Drehmoments
automatisch abschaltet. Zu diesem Zweck kann in die Zufuhrleitung der hydrostatischen
Kupplung ein federbelasteter Steuerschieber eingeschaltet werden, der bei normalem
Druck in dieser Leitung durch einen Kolbenschieber die Rückleitung von der Reibungskupplung
sperrt und bei durch Schlupf der hydrostatischen Kupplung eintretendem Druckabfall
in der Zufuhrleitung durch einen zweiten Kolbenschieber die Zuleitung zur Reibungskupplung
sperrt, während jeweils die andere Leitung zur Reibungskupplung geöffnet ist. Wenn
die hydrostatische Kupplung durch Überschreiten des Drehmoments zum Ansprechen kommt
und die Zahnradpumpen Öl fördern, so entsteht nämlich in der Zufuhrleitung zu dieser
Kupplung ein Druckabfall. Dieser Druckabfall wird über den erwähnten Steuerschieber
benutzt, um die Zufuhr zur Reibungskupplung abzusperren und die Rückleitung zu öffnen,
wodurch die Reibungskupplung ausgeschaltet wird.
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Zur gemeinsamen Schaltung der beiden Kupplungen dient ein gemeinsamer
handbetätigter Drehschieber.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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An der hohlen Antriebswelle I ist der Primärteil a der hydrostatischen
Kupplung angeschraubt, der gleichmäßig über den Umfang verteilt axial verlaufende
Bohrungen hat, in denen sich die Pumpenritzel 3 befinden. Die Bohrungen öffnen sich
nach außen, so daß die herausragenden Ritzel 3 mit der Innenverzahnung des Sekundärteils
q. kämmen.
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Dieser Sekundärteil q. bildet den Primärteil für eine ihn konzentrisch
umgebende Reibungskupplung, deren Sekundärteil 5 an einem Tragring 6 befestigt ist,
der seinerseits auf der Antriebswelle z aufgekeilt ist. Die Reibungskupplung hat
zwei Ringschläuche 7 mit Reibbelägen. Den Ringschläuchen wird durch eine Bohrung
8 der Antriebswelle und Rohrstücke 9, io Druckmittel zugeführt, wodurch infolge
der Ausdehnung der Ringschläuche der Kuppelvorgang bewirkt wird.
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In der hohlen Antriebswelle i ist die Ölzuführung ii und die Ölabführung
12 für die durch die Ritzel3 mit der Innenverzahnung des Sekundärteils q. gebildeten
Zahnradpumpen untergebracht. Ferner befindet sich in der Antriebswelle i das für
alle Zahnradpumpen gemeinsame Druckventil 13
und ein automatisches Umsteuerventil
1q., das die
Zu- und Abflußleitung bei Wechsel der Drehrichtung
der Kupplung automatisch umsteuert. Die besondere Ausbildung dieses Umsteuerventils
14 gehört nicht zur vorliegenden Erfindung und ist daher nicht im einzelnen dargestellt
und beschrieben.
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Das Druckventil 13 öffnet, wenn der Druck in der Ölabführung I2 zu
hoch wird. Sein Öffnungsdruck wird hydraulisch eingestellt, indem Öl über die Leitung
15 auf das Ventil im schließenden Sinne mittels eines Druckkolbens einwirkt. Die
Ölzufuhrleitung 16 und die Ölableitung 17 für die hydrostatische Kupplung und die
Druckölleitung I8 für die Steuerung des Druckventils 13 sind sämtlich an das Lager
I9 der Kupplungs-Eingangswelle I angeschlossen. Die Leitungen 16, 18 führen zu den
Leitungen II und I.2 innerhalb der Antriebswelle, während die Leitung 17 an den
Boden des Lagers I9 angeschlossen ist.
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Die Zuführleitung 2o für das Druckmittel der Reibungskupplung ist
durch einen Ring 2I auf der Abtriebswelle 2 angeschlossen.
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Aus einem Sammelbehälter 22 saugt eine Zahnradpumpe 23 Öl an und fördert
es über Filter 24 durch ein Sicherheitsventil 25 hindurch in die Leitung 16. Der
Öldruck wird durch ein einstellbares Überdruckventil 26 eingeregelt. Eine zweite
Zahnradpumpe 27 fördert Öl über ein Filter 28, einen Drehschieber 29, Leitung
30 und weiter über das Sicherheitsventil 25 und Zuführungsleitung 31 in die
Leitung 2o. Die ebenfalls mit der Leitung 20 verbundene Leitung 32 führt über das
Sicherheitsventil 25 und Leitung 33 zum Drehschieber 29 und von hier weiter über
Leitung 34 zum Sammelbehälter zurück. Ferner geht eine weitere Leitung 35 vom Drehschieber
29 zum Sicherheitsventil 25.
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Das Sicherheitsventil hat ein zylindrisches Gehäuse, in dem ein dreiteiliges
Steuerorgan längs verschieblich angeordnet ist. Dieses besteht aus zwei Kolbenschiebern
36, 37 und einem Steuerschieber 38, die sämtlich im Abstand voneinander liegen und
miteinander verbunden sind. Der Steuerschieber 38 hat einen größeren Durchmesser
als die Kolbenschieber und ist auf der von den Kolbenschiebern abgewandten Seite
durch eine Druckfeder 39 belastet, deren Druck einstellbar ist.
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Der Druck des von der Zahnradpumpe 27 geförderten Öls ist durch ein
Überdruckventil 4o einstellbar. Dieser Druck wird durch eine vor dem Drehschieber
29 abzweigende Leitung 41, die zur Leitung 18 führt, auf das Druckventil 13 der
hydrostatischen Kupplung übertragen.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Die Zahnradpumpe 23 fördert das angesaugte
Öl über das Sicherheitsventil 25 in die Leitung 16, von der es über das Lager I9
und die Ölzuführung II zu den Pumpenritzeln 3 gelangt. Kommt die hydrostatische
Kupplung zum Rutschen, so wird Öl über die Abführung I2 zum Druckventil 13 gefördert,
da sich dieses geöffnet hat. Das überströmende Öl läuft drucklos über die Leitung
17 zum Sammelbehälter zurück. Der Druck, bei dem das Druckventil 13 öffnet, wird
durch Einstellung des Überströmventils 4o eingeregelt, so daß dadurch das Überlastungsmoment,
bei dem die hydrostatische Kupplung zum Rutschen kommt, einstellbar ist.
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Für die Lieferung des Öldrucks am Druckventil 13 kann auch eine besondere
Zahnradpumpe vorgesehen werden.
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Das von der Zahnradpumpe 27 geförderte Öl zum Schalten der Reibungskupplung
wird durch den Drehschieber 29 von Hand gesteuert. Dieser Drehschieber kann in drei
Stellungen »Aus«, »Anfahren«, »Betrieb« eingestellt werden. In der Stellung »Aus«
sind die Leitungen 30, 31 bzw. 32, 33 und 35 mit der zum Sammelbehälter 22 zurückführenden
Leitung 34 verbunden, so 'daß die Leitung 20 über die Leitung 31 bzw. 32 und das
Sicherheitsventil 25 mit dem Sammelbehälter 22 in Verbindung steht. Die Reibungskupplung
hat also keinen Druck und ist ausgeschaltet.
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Wird der Drehschieber in die Stellung »Anfahren« bewegt, -so wird
die Leitung 3o mit der Zahnradpumpe 27 verbunden. Das in die Leitung 30 gelangende
Öl wird jedoch vorläufig noch durch den Kolbenschieber 37 blockiert. In der Stellung
»Anfahren« wird aber auch die Leitung 35 mit der Zahnradpumpe 27 verbunden, so daß
Öl hinter den Kolbenschieber 36 gelangt und das Steuerorgan 36, 37, 38 in der Zeichnung
nach rechts verschiebt, wobei die Feder 39 zusammengedrückt wird. Dadurch wird die
Einschaltstellung der Kolbenschieber 36, 37 erreicht. Der Durchfluß von Leitung
30 zu 31 wird durch den Kolbenschieber 37 freigegeben und der Durchfluß von
Leitung 32 zu Leitung 33 wird durch den Kolbenschieber 36 blockiert. Das Öl kann
nunmehr aus der Leitung 3 0 über die Leitung 3i, Leitung 20 USW. zur Reibungskupplung
gelangen, diese wird also eingeschaltet.
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Nachdem nunmehr die Kupplung in Betrieb ist, wird der Drehschieber
in die Stellung »Betrieb« umgelegt. Hierdurch wird der Zufluß des Öls durch die
Leitung 35 zum Sicherheitsventil 25 wieder unterbrochen und die Leitung 35 mit der
Leitung 34 verbunden, so daß die Leitung 35 und der Raum im Sicherheitsventil 25
hinter dem Kolben 36 drucklos wird. Das Steuerorgan 36, 37, 38 bleibt aber trotzdem
in der bisherigen Lage, weil der Öldruck von der Pumpe 23 auf den größeren Steuerschieber
38 stärker wirkt. Wird jetzt die Antriebswelle 2 durch Überlastung mehr oder weniger
blockiert, so wälzen sich die Ritzel 3 in der Innenverzahnung des ebenfalls blockierten
Sekundärteils 4 der hydrostatischen Kupplung ab. Sie fördern damit Öl über das Druckventil
13 in den Sammelbehälter zurück und saugen also Öl aus der Leitung 16 an.
Da die Zahnradpumpe 23 eine konstante Ölmenge liefert, sinkt durch das Ansaugen
der Ritzel 3 der Öldruck in der Leitung 16 ab. Damit vermindert sich auch der Öldruck
vor dem Steuerschieber 38, und die entsprechend eingestellte Feder 39 führt das
Steuerorgan 36,_ 37, 38 in die Ausgangsstellung, nämlich die Ausschaltstellung für
die Reibungskupplung, zurück. Der Kolbenschieber 37 blockiert wieder den Durchgang
von Leitung 30 zu Leitung 31 und der Kolbenschieber
36 öffnet
den Durchgang von der Leitung 32 zur Leitung 33. Die Reibungskupplung wird drucklos
und damit ausgeschaltet.
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Der Druckabfall in der Ölzuführungsleitung 16 zur hydrostatischen
Kupplung wird also zum Abschalten der Reibungskupplung benutzt. Selbstverständlich
ist es aber auch möglich, die Impulsgebung für das Abschalten der Reibungskupplung
anders auszuführen. So könnte beispielsweise in der Leitung 16 ein Manometer mit
Minimumkontakt eingebaut sein, das bei Unterschreiten eines Mindestdruckes anspricht
und daß Schaltorgan der Reibungskupplung auf elektrischem Wege umsteuert. Gegebenenfalls
kann sogar die Reibungskupplung magnetisch gesteuert werden.