produktkatalog HydrauliscH geschaltete lamellen- kupplungen für schiffsgetriebe

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1 Produktkatalog Hydraulisch geschaltete Lamellenkupplungen für Schiffsgetriebe

2 Intergrated Powertrain components, Systems and Solutions Couplings Clutches Gearboxes Driveshafts Brakes Controls Electric Wheels

3 Katalog Nr. D 228 Alle Angaben über hydraulisch geschaltete Lamellenkupplungen für Schiffsgetriebe in Druckschriften älteren Datums sind mit dem Erscheinen dieser Druckschrift nur noch bedingt gültig. Maß- und Konstruktionsänderungen behalten wir uns vor. GKN Stromag-Produkte entsprechen dem Qualitätsstandard nach DIN ISO INHALT > > Lamellenkupplung KMS / KMS...AV / KMS...THC 4 > Aufbau und Wirkungsweise > Hinweis für die Konstruktion > Einschaltvorgänge > Kühlöle für KMs und KMs...Av Kupplungstypen 5 7 > Auswahl der Kupplungsgrösse 8 > Einbaubeispiele 13

4 Hydraulisch geschaltete Lamellenkupplungen für Schiffsgetriebe Lamellenkupplung KMS / KMS...AV / KMS...THC Druckölgeschaltete Lamellenkupplungen für Schiffsgetriebe. Sie werden überall dort eingesetzt, wo auf kleinstem Raum große Drehmomente sicher zu übertragen sind. Richtungsweisend für die GKN Stromag-Entwicklungsarbeit ist die No Limit (KMS ). Sie ist mit einem Nenndrehmoment von mehr als zwei Millionen Nm, 1,2 m Durchmesser und einem Gewicht von fast vier Tonnen eine der größten und leistungsfähigsten Kupplungen auf dem gesamten Antriebssektor. ZU DEN generellen VORTEILEN ZÄHLEN > Sehr günstiges Drehmoment-/ Gewichtsverhältnis > Geringes Massenträgheitsmoment > Hohe Wärmebelastbarkeit > Lange Lebensdauer der Lamellen > Wartungsarm, eventueller Lamellenverschleiß wird durch den Kolbenweg automatisch ausgeglichen > Fernbedienbarkeit > Stufenlose Steigerung des Öldruckes und damit stoßfreies Schalten > Mechanische Notschalteinrichtung bei Ausfall der Druckölversorgung Typenspezifische Vorteile KMS > Für große Drehmomente KMS...AV > Für hohe thermische Belastungen KMS...THC > mit außenliegend mit Gelenkwellenanschluss > Abfuhr der Schaltwärme durch Öl-Innenkühlung > Integriert im Getriebe > Für große Wellendurchmesser > Abfuhr der Schaltwärme durch Öl-Innenkühlung > Integriert im Getriebe > Höhere Wärmebelastbarkeit bei gleichem Drehmoment wie KMS > Benötigt keine Öl-Innenkühlung > Abgelagertes Kupplungsgehäuse für Anwendungen außerhalb des Getriebes > Schutz durch geschlossenes Kupplungsgehäuse > Direkte Anbindung (z.b.) eines PTO s an das Kupplungsgehäuse 4

5 Aufbau und Wirkungsweise Das Drucköl wird dem Zylinderraum der Kupplung durch eine Bohrung in der Welle zugeführt. Dadurch drückt der Kolben das Lamellenpaket gegen die Druckscheibe und schließt die Kupplung. Durch den so entstehenden Reibschluss zwischen den Innenlamellen und den Außenlamellen kann ein Drehmoment vom Innenkörper zum Außenkörper übertragen werden. Beim Abschalten des Drucköles wird die Drehmomentübertragung beendet, die Schraubendruckfedern bringen den Kolben in seine Lüftstellung. Die Kupplung ist gelüftet. Die Innenlamellen sind aus Stahl und besitzen einen Federeffekt. Sie drücken die einzelnen Lamellen gezielt auseinander. Durch die Zwangslüftung wird die Leerlauferwärmung so gering wie möglich gehalten. Ist auf Grundlage der technischen Randbedingungen eine Öl-Innenkühlung notwendig (KMS, KMS... AV) verfügen die Außenlamellen über einen speziellen Sinterbronzebelag und eine besonders gestaltete Oberfläche, die es erlaubt, auch bei hoher thermischer Belastung genügend Kühlöl von innen nach außen durch das Lamellenpaket zu fördern, damit die Reibungswärme aufgenommen und abgeführt werden kann. Hinweise für die Konstruktion Die Kupplungen sind mit einer mechanischen Notschalteinrichtung versehen. Die Notschaltschrauben am Zylinder müssen gut zugänglich sein. Zur Vermeidung von Leckölverlusten ist zur Kupplungspassung H7 die Wellenpassung m6 bzw. n6 einzuhalten. Der Kupplungs-Außenkörper ist mit dem Anschlussteil ordnungsgemäß abzulagern und wie der Kupplungs-Innenkörper axial festzulegen. Alle Schrauben sind mit einer Schrauben- Sicherungsflüssigkeit gesichert. Um eine Minderung des Kupplungsmomentes zu verhindern, sollten nur Öle ohne reibwertmindernde Stoffe (Additive) verwendet werden. Die Öl-Viskosität richtet sich nach den technischen Bedingungen. Nähere Einzelheiten siehe unter Kühlöle. Die Dimensionierung der Hydraulikleitungen ist entsprechend dem Hubvolumen der Kupplung und der Leitungslänge auszulegen. Scharfe Knicke in den Leitungen sind zu vermeiden. Zu klein dimensionierte Leitungen verschlechtern das Schaltverhalten. Auch die Kühlölzuleitungen müssen ausreichend dimensioniert sein, um eine optimale Kühlung des Lamellenpaketes zu gewährleisten. Die von uns verwendeten Metall-Kolbenringe (Baureihe KMS) lassen eine geringe Menge Lecköl austreten. Bei der Festlegung der Pumpenleistung ist dies zu beachten. Für die Zuführung des Hydraulik- und Kühlöles durch die Welle sind entsprechende Zuführungseinrichtungen notwendig. Diese können an der Stirnseite der Wellen oder radial auf der Welle angeordnet sein. Es gibt eine Vielzahl von Ausführungsmöglichkeiten. Im speziellen Fall bitten wir um Rückfrage. Die axiale Ölzuführung ist leckagefrei. Bei den radialen Ölzuführungen tritt ein geringer Leckölstrom auf, der bei der Bemessung der Pumpenleistung zu berücksichtigen ist. 5

6 Hydraulisch geschaltete Lamellenkupplungen für Schiffsgetriebe Allgemein ist zu sagen, dass die Leckölmenge von Kupplung und Ölzuführung abhängig ist von Baugröße, Fertigungstoleranzen, Druck, Ölviskosität und Temperatur. Im Einzelfall sind entsprechende Angaben zu erfragen. Hydraulikanschluss Kühlöl Bronze verspannungsfrei fixieren verspannungsfrei fixieren Hydraulikanschluss radiale Ölzuführung Kühlöl Bronze Hydraulikanschluss axiale Ölzuführung Kühlöl 6

7 Einschaltvorgänge Beim Zuschalten der Lamellenkupplung unter Differenzdrehzahl wird zum einen die Kupplung mechanisch und thermisch belastet und zum anderen die mit der Kupplung in Verbindung stehenden Antriebselemente (Wellen, Zahnräder, weitere Kupplungen...) mit dem Kupplungsdrehmoment belastet. Der zeitliche Verlauf des Einschaltdruckes ist daher sorgfältig zu wählen. Eine Überprüfung der Kupplungsbelastung erfolgt im Rahmen der Kupplungsauslegung (siehe Auswahl der Kupplungsgröße ). Die Überprüfung der weiteren Antriebselemente ist ggfs. durch den Anwender durchzuführen. Für die Realisierung eines zeitlich veränderlichen Einschaltdruckes gibt es verschiedene hydraulische Komponenten und Ansteuerungsmöglichkeiten. Beispielsweise können Proportionaldruckregelventile zum Einsatz kommen. Grundsätzlich empfehlen wir die Zuschaltung der Kupplung in zwei Stufen, d.h. einen niedrigeren Einschaltdruck, bei dem der Antriebsstrang unter geringer Last synchronisiert wird. Anschließend ist eine Druckanhebung auf den vollen Betriebsüberdruck notwendig, um die volle Antriebsleistung sicher übertragen zu können. Kühlöle Für KMS und KMS...AV Kupplungstypen Kühlöle dienen der Schmierung und der Wärmeabfuhr der im Lamellenpaket während des Kupplungsvorgang und im Leerlauf erzeugten Reibwärme. Der störungsfreie Betrieb insbesondere das Reibverhalten hängt in starkem Maße vom Einsatz geeigneter Öle ab. Bei Getrieben mit Lamellenkupplungen ist teilweise ein Kompromiss notwendig; Öle, die für eine hohe Zahnradbelastung günstig sind spezielle Additive können nachteilig für das Reibverhalten der Lamellenkupplung sein. Anforderungen an das Kühlöl, spezielle Hinweise > Hohe Alterungs- und Wärmebeständigkeit > Guter Korrosionsschutz > Neutral gegen übliche Dichtungswerkstoffe, Farben, Buntmetalle und Stahl > Max. Korrosionsgrad 2 DIN EN ISO 2160 > Die alkalische Einstellung muss kleiner TBN = 20 sein > Kein Absetzen von Ölkohle > Additive dürfen das Reibverhalten nicht wesentlich beeinträchtigen. Fettschmierstoffe wie MoS2 dürfen nicht verwendet werden. > EP- und HD-Zusätze (CLP-/HLP-Öle) verringern den Reibwert > Üblicher Viskositätsbereich: mm²/s, Sonderfälle bis 220 mm²/s bei 40 C > Bei hoher Viskosität leidet das Schaltverhalten, das Leerlaufmoment kann zu hoch werden Zur Auswahl eines geeigneten Kühl- und Schmieröles können wir eine Empfehlungsliste zur Verfügung stellen. Auf Anfrage können auch weitere Öle bei uns im Haus getestet werden. Spezielle Einsatzbedingungen können jedoch negative Auswirkungen auf das Reibverhalten haben. 7

8 Hydraulisch geschaltete Lamellenkupplungen für Schiffsgetriebe Auswahl der KupplungsgröSSe Die Festlegung der Kupplungsgröße sollte nach Möglichkeit durch uns vorgenommen werden. Sie erfolgt nach dem zu übertragenden Drehmoment und der anfallenden Schaltwärme. Hieraus und unter Berücksichtigung der Leerlaufwärme ermittelt sich die zweckmäßige Kühlölmenge. Sie muss auf die jeweilige Kupplungsgröße und die technischen Bedingungen des einzelnen Anwendungsfalles abgestimmt werden. 1. Bestimmung des erforderlichen dynamischen Kupplungsmomentes T Kdyn erf. = K A x T An T Kdyn T Kdyn erf. T Kdyn erf. Erforderliches dynamisches Drehmoment der Schaltkupplung T Kdyn Vorhandenes dynamisches Drehmoment der Schaltkupplung T An K A Nenndrehmoment der Antriebsmaschine, errechnet aus Nennleistung und Nenndrehzahl Anwendungsfaktor (ohne Eisklasse-Faktor), abhängig von: > Einfach- oder Mehrfachantrieb > Art der elastischen Kupplung (dämpft) > Art des Propellers oder PTO Bei Bestimmten Einsatzfällen muss noch der Eisklasse-Faktor berücksichtigt werden. Dieselanschluss mittels hochelastischer Kupplung Einfachantrieb Mehrfachantrieb Fest-Propeller Verstell-Propeller Waterjet-Propeller PTO-Antrieb Nachrechnung der Schaltkupplung bezüglich der Reibwärmebelastung Die mit Drehmomentstoß-Faktor K A ausgewählte Kupplung ist hinsichtlich der auftretenden Reibwärmebelastung nachzurechnen. Wenn die zulässige Wärmebelastung nicht ausreicht, muss eine Kupplung mit entsprechend höherer zul. Wärmebelastung gewählt werden und zwar unabhängig vom Faktor K A. 8

9 Dabei sind zu berücksichtigen > Motortyp > Motornennleistung und -drehzahl > Drehmomentkennlinie des Motors > Massenträgheitsmoment der Antriebsseite mit Motor (vor der Kupplung) > Kupplungsantriebsdrehzahl bei Schaltbeginn > Einschaltstrategie > Gewünschte Beschleunigungszeit > Gesamtes zu beschleunigendes Massenträgheitsmoment (Getriebe- und Kupplungsteile, Propellerwelle, Propeller und Wasserzuschlag) > Lastmoment bzw. Lastmomentkennlinie während des Schaltvorganges > Schalthäufigkeit Die Wärmeberechnung erfolgt bei uns im Hause unter Beachtung der zulässigen spezifischen Belastungswerte der jeweiligen Kupplungsgröße. Auf Wunsch stellen wir ein Ergebnisprotokoll zur Verfügung. 3. Bestimmung des zulässigen Dauerwechseldrehmomentes Die mit Drehmomentstoß-Faktor K A ausgewählte Kupplung ist hinsichtlich der auftretenden Reibwärmebelastung nachzurechnen. Wenn die zulässige Wärmebelastung nicht ausreicht, muss eine Kupplung mit entsprechend höherer zul. Wärmebelastung gewählt werden und zwar unabhängig vom Faktor K A. 3.1 Vermeidung von Zahnflankenabheben T KW < T Last Das Dauerwechseldrehmoment muss bei allen Betriebszuständen kleiner als das jeweils vorhandene Lastdrehmoment sein, damit kein Abheben der Zahnflanken entstehen kann (kein Drehmoment-Nulldurchgang). Ausnahme: Zügiges Durchfahren des kritischen Drehzahlbereiches. 3.2 Vermeidung mechanischer Überlastung T KW ± (K A - 1) x T An (K A - 1) x T A n stellt den Unterschied zwischen T Kdyn erf. Und T An dar. Ein Wechseldrehmoment in dieser Größe belastet die Kupplungsverzahnung max. mit T Kdyn erf., welches T Kdyn ist. Damit wird die Verzahnung nicht überlastet. 4. Bestimmung der maximal zulässigen Kupplungsdrehzahl Die max. zulässige Drehzahl der Kupplung ist fallweise zu überprüfen. Dabei ist zu unterscheiden zwischen: > Drehzahl bei geschlossener Kupplung (Vergleich mit n max im Datenblatt) > Drehzahl bei offener Kupplung a) Innenkörper (Vergleich mit n max im Datenblatt) b) Differenzdrehzahl Außen-/Innenkörper (Vergleich n rel im Datenblatt) 9

10 Gew.-Bohr. K Pass.-Bohr J p Notschaltung p Optionale Welle-Nabe-Verbindungen > 60 Druckölzuführung Kegelpressverband mit Passfeder(n) Zahnwellenverbindung (z.b. nach DIN 5480) 120 r v n v n s s m Ø f q w Kühlölzuführung Kupplungsgröße KMS Drehmoment T dyn. Nm Betriebsüberdruck bar min. 25 3) Federrückdruck bar 2,7 2,7 2,7 2,6 2,6 2,7 2,7 2, ,8 Drehzahl min -1 n max. rel. 1) Kühlölmenge min. l/min max. l/min Hubvolumen Neuzustand max. Verschl. Massenträgheitsmoment innen außen min dm 3 0,13 dm 3 0,20 kgm 2 0,1 kgm 2 0, ,18 0,28 0,175 0, ,19 0,31 0,285 0, ,18 0,30 0,400 0, ,29 0,46 0,521 0, ,24 0,40 0,652 0, ,37 0,59 0,844 0,816 Gewicht kg a b c dmax e e f g ,48 0,8 1,62 1, ,75 1,19 2,7 2, ,96 1,54 4,76 4, ,52 2,3 8,03 6, ,1 3,1 13,95 9, ,0 4,4 31,5 22, ,7 4,8 63,4 41, ,4 6,3 69,4 48, ,0 8,5 117,0 69, ,7 11,4 195,0 116,0 Längen mm Durchmesser mm h k 2) 12xM10 12xM10 12xM10 12xM12 12xM12 12xM14 12xM14 18xM12 18xM14 18xM14 18xM20 24xM20 18xM24 24xM24 24xM24 18xM30 24xM30 j 2) 12x8 12x10 12x12 12x12 12x12 12x16 12x16 12x16 12x16 16x16 16x20 16x24 16x24 16x24 16x24 16x30 16x30 l m n , ,5 224,5 p q r , ,5 104,5 s t v w 6,5 6,5 8,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 11,5 11, ) Max. Relativdrehzahl zwischen Innen- und Außenteil unter Beachtung der Drehrichtung 2) Die Gewinde und Paßst.-Bohrungen sind von Kunden zu fertigen 3) Max.zulässig 29 bar t l 60 Ø a Ø c Ø d H7 Ø d H7 Ø e1 Ø e1 Ø g Ø b H7 Ø e Ø h 120 s s m Ø f q w t r l Ø c Ø g Ø b H7 Ø e Ø a Ø h

11 Gew.-Bohr. K Pass.-Bohr J p Notschaltung Druckölzuführung Optionale Welle-Nabe-Verbindungen > r s s Ø f w Kühlölzuführung Kegelpressverband mit Passfeder(n) Zahnwellenverbindung (z.b. nach DIN 5480) v n q m 1) Max. Relativdrehzahl zwischen Innen- und Außenteil unter Beachtung der Drehrichtung 2) Die Gewinde und Paßst.-Bohrungen sind von Kunden zu fertigen 3) Max.zulässig 29 bar t l 60 Ø a Ø c Ø d H7 Ø b H7 Ø e1 Ø g Ø e Ø h 120 Kupplungsgröße KMS...AV Drehmoment T dyn. Nm Betriebsüberdruck bar min. 25 3) Federrückdruck bar 3 2,5 2,5 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,8 2,6 2,6 2,6 2,6 2,7 Drehzahl n max. rel. 1) min -1 Kühlölmenge min. max. Hubvolumen Neuzustand max. Verschl. Massenträgheitsmoment innen außen min l/min l/min dm 3 0,62 dm 3 0,98 kgm 2 1,55 kgm 2 1, ,48 0,77 2,0 1, ,9 1,4 2,6 2, ,79 1,2 3,7 3, ,2 1,9 4,5 4, Gewicht kg a b c dmax e e f g ,1 1,6 6,2 5, ,3 2,0 6,9 5, ,6 2,5 7,6 6, ,3 3,5 13,0 10, ,8 2,6 18,1 12, ,3 4,7 23,5 19, ,5 4,9 61,0 40, ,2 6,2 66,8 46, ,6 12, ,5 Längen mm Durchmesser mm h k 2) 18xM12 18xM14 18xM14 18xM16 18xM16 18xM20 18xM20 18xM20 18xM24 18xM24 18xM24 24xM24 24xM24 36xM30 j 2) 12x16 12x16 12x16 12x16 12x16 12x20 12x20 12x20 12x24 16x24 16x24 16x24 16x24 - l m n 90, p q r 36, s t v w - 11,5 11,5 11,5 11,

12 Notschaltung Notschaltung u Ø m Verzahnung (DIN 5480) y o n Ø c Ø i Ø h H7 Ø g Ø f Ø e Ø d Ø b Ø a s Ø k Ø l q p Gew.-Bohr. w Gew.-Bohr. v v n Kupplungsgröße KMS...THC Drehmoment T dyn. Nm Betriebsüberdruck bar min. 27 2) Federrückdruck bar 1,28 1,08 1,7 2,68 3,01 3,99 4,01 Drehzahl n max. Hubvolumen Neuzustand max. Verschl. Massenträgheitsmoment innen außen rel. 1) min -1 min dm 3 0,035 dm 3 0,065 kgm 2 0,027 kgm 2 0, ,050 0,101 0,037 0, ,060 0,099 0,072 0,251 Verzahnung DIN 5480 y N 40 x 2 x 18 N 50 x 2 x 24 N 65 x 3 x 20 N 80 x 3 x 25 N 90 x 3 x 28 N 100 x 3 x 32 N 130 x 3 x 42 Gewicht kg a b c ,5 155, d 90 j6 110 j6 110 j6 140 j6 175j6 175 j6 250j6 e f 35 H7 45 H7 55 H7 70 H7 75 H7 90 H7 120 H7 g 36 H9 46 H9 59 H9 74 H9 84 H11 94 H9 124 H11 h 45 H7 55 H7 70 H7 85 H7 100 H7 110 H7 140 H7 j g k l F H7 275H7 n ,5 215, o 2 2,5 2, p q r s 10,5 17,5 17, ,5 22,5 21,5 t 33,5 27,5 33,5 33,5 39,5 43,5 43,5 u 72, ,5 94,5 100,5 Gewindebohrungen v w 8xM12 12xM8 8xM14 12xM8 10xM16 12xM ,111 0,222 0,21 0,7 8xM18 8xM ,179 0,313 0,436 1,105 8xM20 12xM ,184 0,406 0,71 3,17 8xM22 12xM ,293 0,586 1,37 5,20 10xM24 12xM16 t r Längen mm Durchmesser mm 1) Max. Relativdrehzahl zwischen Innen- und Außenteil unter Beachtung der Drehrichtung 2) Max.zulässig 29 bar

13 Einbaubeispiele > Drucköl betätigte Lamellenkupplung KMS angeordnet auf der Getriebeabtriebsseite, Antrieb einer Doppelrumpf-Hochgewindigkeitsfähre über Gasturbinen (2xBb., 2xStb., jeweils Vater und Sohn) und je ein Doppeluntersetzungsgetriebe auf Water Jets. Kupplung Water jet MSCC GT1 GT2 Water jet Kupplung 13

14 Hydraulisch geschaltete Lamellenkupplungen für Schiffsgetriebe Hydraulisch geschaltete Lamellen-Doppelkupplung KMS als Spezialausführung mit kleinem Außendurchmesser (geringer Achsabstand Motor-Propellerwelle) im Hauptgetriebe eines Shuttle-Tankers. Dazu weitere KMS Lamellenkupplungen zum Zuschalten von Hilfsantrieben. PTO Pumpen Motor PTO Generator Propeller Hydraulisch geschaltete Lamellenkupplung KMS 14

15 Hydraulisch betätigte KMS Lamellenkupplung eingebaut innerhalb eines Zahnrades in einem Schiffshauptgetriebe. Generator Dieselmotor Zum Propeller Hydraulisch geschaltete Lamellenkupplung KMS 9000 außen angeordnet am Hauptgetriebe eines RO-RO-Container-Frachter mit 2 Motorenanlagen. Motor Kupplung Propeller Motor Kupplung PTO 15

16 GKN Land Systems 2014 PO Box 55, Ipsley House, Ipsley Church Lane, Redditch, Worcestershire B98 0TL P: +44 (0) Couplings Clutches Gearboxes Driveshafts Brakes Controls Electric Wheels GKN Stromag AG Hansastraße Unna P: F: The GKN Stromag AG is a company of GKN Land Systems Find out more about GKN Stromag global trade representatives GKN LS 37 DE 0914 FL 1-0,25