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Die
Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Schiff
zur wahlweisen Übertragung
eines Antriebsdrehmomentes eines Hauptantriebes oder eines Nebenantriebes
auf eine Propellerwelle des Schiffes mit einem von dem Hauptantrieb
antreibbaren Getriebe, welches über
eine erste Kupplung mit der Propellerwelle verbindbar ist, und einer
zweiten Kupplung, über
die der Nebenantrieb mit der Propellerwelle verbindbar ist, sowie
einen Schiffsantrieb mit einer solchen Drehmomentübertragungsvorrichtung.
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Bisher
ist es bekannt, solche Kupplungen und Getriebe in einem gemeinsamen
Gehäuse
anzuordnen. Bei dieser Lösung
wird das Getriebe jedoch über
das gemeinsame Gehäuse
nachteilig durch dynamische Einflüsse der Kupplungen belastet.
Zudem bauen solche gemeinsamen Gehäuse entsprechend lang und sind
daher, beispielsweise bei Montage oder Ölabdichtung, ungünstig.
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Werden
die Kupplungen und/oder der Nebenantrieb rückschiffseitig, i. e. auf der
dem Propeller zugewandten Seite des Getriebes angeordnet, bedingt
dies zudem einen entsprechend langen Kraftfluß vom Hauptantrieb bzw. dem
von diesem antreibbaren Getriebe zu dem Propeller des Schiffes.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Drehmomentübertragungsvorrichtung
für ein Schiff
zum wahlweisen Antrieb eines Propellers durch einen Haupt- oder einen Nebenantrieb
zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Drehmomentübertragungsvorrichtung mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 14 stellt einen Schiffsantrieb
mit einer solchen Drehmomentübertragungsvorrichtung
unter Schutz, die Unteransprüche betreffen
vorteilhafte Weiterbildungen.
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Eine
erfindungsgemäße Drehmomentübertragungsvorrichtung
für ein
Schiff umfasst ein von einem Hauptantrieb antreibbares Getriebe,
einen Nebenantrieb, sowie eine Propellerwelle zum Antreiben eines
Propellers bzw. einer Schiffsschraube.
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Das
Getriebe ist über
eine erste Kupplung mit der Propellerwelle verbindbar. Diese kann
insbesondere als schaltbare Trennkupplung, beispielsweise als Lamellen- oder Trockenreibkupplung
ausgebildet sein, und gestattet dann ein Abkuppeln des gesamten
Getriebes von der Propellerwelle, was die Verlustleistung durch
Lagerreibung und dergleichen sowie die Geräuschentwicklung vermindert – dies ist insbesondere
bei Schleichfahrt ausschließlich
mit dem Nebenantrieb vorteilhaft. Gleichermaßen kann die erste Kupplung
auch als selbst ein- und auskuppelnde Synchronkupplung ausgebildet
sein, die das Getriebe automatisch mit der Propellerwelle verbindet,
wenn die Getriebeabtriebsdrehzahl die Propellerwellendrehzahl übersteigt.
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Der
Nebenantrieb ist über
eine zweite Kupplung mit der Propellerwelle verbindbar. Auch diese kann
insbesondere als schaltbare Trennkupplung, beispielsweise als Lamellen-
oder Trockenreibkupplung ausgebildet sein, und gestattet dann ein
Abkuppeln des Nebenantriebes von der Propellerwelle, was die Verlustleistung
durch Lagerreibung und dergleichen vermindert – dies ist insbesondere bei
normier Fahrt ausschließlich
mit dem Hauptantrieb vorteilhaft. Gleichermaßen kann die zweite Kupplung
auch als selbst ein- und auskuppelnde Synchronkupplung ausgebildet
sein, die den Nebenantrieb automatisch mit der Propellerwelle verbindet,
wenn die Nebenantriebsdrehzahl die Propellerwellendrehzahl übersteigt.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung können
die erste und zweite Kupplung jeweils wahlweisen geschlossen oder
geöffnet werden,
um so ein Antriebsdrehmoment des Hauptantriebes oder des Nebenantriebes
auf die Propellerwelle des Schiffes zu übertragen. In einer besonders bevorzugten
Ausführung
können
auch beide Kupplungen derart geschlossen werden, dass Antriebsdreh momente
des Hauptantriebes und des Nebenantriebes auf die Propellerwelle übertragen
werden.
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Das
Getriebe ist in einem Getriebegehäuse aufgenommen, während wenigstens
die erste oder zweite Kupplung, bevorzugt beide Kupplungen gemeinsame,
in einem vom Getriebegehäuse
baulich separaten Kupplungsgehäuse
aufgenommen sind. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung von Getriebe und
Kupplung(en) in separaten Gehäusen
sind die Getriebe- und die Schalt- bzw. Kupplungsfunktion vorteilhaft
voneinander entkoppelt und beeinflussen einander nicht negativ.
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Erfindungsgemäß sind die
erste Kupplung, die zweite Kupplung und/oder der Nebenantrieb, bevorzugt
alle drei genannten Elemente, auf der einem abtriebsseitigen, zur
Verbindung mit einem Propeller vorgesehenen Ende der Propellerwelle
abgewandten Seite des Getriebes, i. e. im eingebauten Zustand vorschiffsseitig
angeordnet. In einer bevorzugten Ausführung sind die beiden Kupplung
zwischen dem Getriebe und dem vorschiffseitig vor diesem angeordneten
Nebenantrieb angeordnet, wobei in einer weiter bevorzugten Ausführung die
erste Kupplung dem Getriebe benachbart ist, die zweite Kupplung dem
Nebenantrieb.
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Durch
die vorschiffsseitige Anordnung der ersten Kupplung, der zweiten
Kupplung und/oder des Nebenantrieb wird vorteilhaft zum einen der
Kraftfluss zwischen Getriebe und damit Hauptantrieb und Propeller
verkürzt
und so die Belastung der Propellerwelle verringert. Zum anderen
kann durch die Verlagerung der Kupplungen und des Nebenantriebes vorschiffseitig
vor das Getriebe der vorhandene Bauraum besser ausgenutzt werden.
In Verbindung mit dem gegenüber
dem Getriebegehäuse
separaten Kupplungsgehäuse
werden vorteilhaft eine Flexibilität bei der Gestaltung der einzelnen
Baugruppen geschaffen und zugleich die gegenseitigen Einflüsse verringert.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung weist das Getriebe eine von dem Hauptantrieb
beispielsweise über
eine oder mehrere Zahn- und/oder Planetenstufen antreibbare Getriebehohlwelle
auf, durch die die Propellerwelle ge führt ist. Hierdurch wird eine
besonders kompakte Gestaltung geschaffen, die eine fluchtende Anordnung
von Getriebe (bzw. Getriebehohlwelle), Propellerwelle, erster, zweiter
Kupplung und/oder dem Nebenantrieb ermöglicht.
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Die
erste Kupplung kann bevorzugt über
eine Winkel- und/oder axialbewegliche Kupplung, beispielsweise eine
Membran- oder Zahnkupplung, mit dem Getriebe und/oder mit der Propellerwelle
verbunden sein. Hierdurch werden vorteilhaft Toleranzen oder fundamentbedingte
Verlagerungen des Getriebes bzw. des dieses aufnehmenden Getriebegehäuses gegenüber der
ersten Kupplung bzw. des diese aufnehmenden Kupplungsgehäuses ausgeglichen.
Insbesondere in einer solchen Ausgestaltung kann die erste Kupplung über ein
drehelastisches Element, insbesondere über eine, vorzugsweise hohle,
Torsionswelle, mit dem Getriebe und/oder mit der Propellerwelle
verbunden sein, um Schiffs- bzw. Fundamentverformungen, Getriebe-
oder Propellerwellendrehschwingungen und dergleichen zu kompensieren.
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Die
Propellerwelle kann einstückig
ausgebildet oder, bevorzugt, aus mehreren miteinander verbindbaren
Wellenabschnitten zusammengesetzt sein. Wird die Propellerwelle
aus mehreren, beispielsweise über
Flanschverbindungen miteinander verbundene Wellenabschnitte zusammengesetzt,
erleichtert dies die Fertigung und Montage der einzelnen Baugruppen.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist die erste und/oder zweite Kupplung
auf einer Welle des Getriebes oder der Propellerwelle gelagert und/oder
die zweite Kupplung auf der Propellerwelle oder einer Abtriebswelle
des Nebenantriebes. Beispielsweise kann die erste zweite Kupplung
in wenigstens einem Radial-Axial-Lager, bevorzugt zusätzlich in
einem Radiallager auf der Propellerwelle gelagert sein, die zweite
Kupplung in wenigstens einem Radial-Axial-Lager auf einer Abtriebswelle des Nebenantriebes.
Durch die Lagerung einer bzw. beider Kupplungen auf einer der Wellen der
Drehmomentübertragungsvorrichtung
werden vorteilhaft Verspannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen
der Wellen und der Kupplungen verringert bzw. vermieden.
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Die
Propellerwelle kann beispielsweise im Getriebe, insbesondere einer
Getriebehohlwelle, dem Getriebegehäuse und/oder im Kupplungsgehäuse ein-
oder mehrfach radial und/oder axial gelagert sein. Zusätzlich oder
alternativ kann die Propellerwelle auch in einem weiteren separaten
Gehäuse gelagert
sein, um die wechselseitige Beeinflussung der Lagerungen, des Getriebes
bzw. der Kupplung, etwa durch Schwindungen, Abrieb oder dergleichen, zu
reduzieren.
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Eine
erfindungsgemäße Drehmomentübertragungsvorrichtung
kann vorteilhaft kurz bauen. Hierzu kann bevorzugt der maximale
Abstand zwischen dem Getriebe- und dem Kupplungsgehäuse dem
höchstens
acht-, bevorzugt höchstens
siebenfachen minimalen Durchmesser der Propellerwelle entsprechen.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung sind das Getriebe- und das Kupplungsgehäuse elastisch,
insbesondere öldicht,
miteinander verbunden. Durch die elastische Verbindung werden gegenseitige
Einflüsse
der Gehäuse auf
Getriebe bzw. Kupplung minimiert, während gleichzeitig vorteilhaft
ein gemeinsames Schmiersystem genutzt werden kann.
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Der
Hauptantrieb kann eine oder mehrere Gasturbinen und/oder Dieselmotoren
umfassen, die bei normaler Fahr einen besonders wirtschaftlichen Schiffsantrieb
darstellen. Der Nebenantrieb kann einen oder mehrere Elektromotor
umfassen, die insbesondere eine leise Schleichfahrt gestatten. Insbesondere,
wenn Haupt- und
Nebenantrieb beide mit der Propellerwelle verbunden sind, um ein
maximales Antriebsdrehmoment aufzubringen, können dabei hohe Drehmomentbelastungen
auftreten. In einer bevorzugten Ausführung ist die Drehmomentübertragungsvorrichtung
daher für
große
Propellerdrehmomente, insbesondere von mindestens 250 kNm, bevorzugt
von wenigstens 300 kNm ausgebildet.
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Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel. Hierzu zeigt,
teilweise schematisiert, die einzige
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1 einen
Schiffsantrieb mit einer Drehmomentübertragungsvorrichtung nach
einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung.
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Der
in 1 in Teilen dargestellte Schiffsantrieb umfasst
eine Drehmomentübertragungsvorrichtung
nach einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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Eine
Propellerwelle ist aus mehreren, über Flansche miteinander verbundene
Wellenabschnitt 1, 2 und 3 zusammengesetzt
und trägt
an einem rückschiffseitigen
Ende einen Propeller.
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Ein
als Gasturbine (nicht dargestellt) ausgebildeter Hauptantrieb kann über eine
Getriebezahnstufe 10 eine damit drehfest verbundene Getriebehohlwelle 11 antreiben,
wobei die Turbinendrehzahl durch nicht im Detail dargestellte Zahnrad- und/oder Planetenstufen
auf eine gewünschte
Propellerdrehzahl übersetzt
wird. Die Getriebehohlwelle 11 ist in zwei Lagern 19, 20 beiderseits
der Getriebezahnstufe 10 in einem Getriebegehäuse 6 drehbar
gelagert, welches seinerseits fest mit einem Fundament des Schiffes
verbunden, beispielsweise verschraubt oder verschweißt ist.
Hierzu ist das vorschiffseitige (rechts in 1) Lager 20 als
Radial-Axial-Lager, das rückschiffseitige
Lager 19 als reines Radiallager ausgebildet.
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Die
Getriebehohlwelle 11 ist über eine Winkel- und axialbewegliche
Membrankupplung 12 axial- und winkelausgleichend an einer
hohlen Torsionswelle 13 befestigt, die ihrerseits drehfest
mit einem Außenlamellenträger 16 einer
ersten schaltbaren Trennkupplung 14 verbunden ist. Der
Außenlamellenträger 16 ist
in einem dem Getriebe zugewandten Radial-Axial-Lager 21 und
einem von dem Getriebe abgewandten Radial-Lager 22 auf
dem Kupplungsabschnitt 3 der Propellerwelle gelagert und
dabei in einem Kupplungsgehäuse 7 aufgenommen.
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Drehfest
mit dem Kupplungsabschnitt 3 der Propellerwelle verbundene
Innenlamellen wirken bei geschlossener erster Kupplung 14 reibschlüssig mit den
im Außenlamellenträger 16 drehfest
angeordneten Außenlamellen
zusammen und übertragen
ein Antriebsdrehmoment der Gasturbine über das Getriebe auf den durch die
Getriebehohlwelle 11 hindurchgeführten Getriebeabschnitt 2 der
Propellerwelle. Durch die Fest-Los-Lagerung 21, 22,
die Winkel- und axialbewegliche Membrankupplung 12 sowie
die elastisch verformbare hohle Torsionswelle 13 sind Verformungen
und Toleranzen des Schiffsfundamentes vorteilhaft ausgleichbar.
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Der
Getriebeabschnitt 2 der Propellerwelle, der mit dem Kupplungsabschnitt 3 über eine
Flanschverbindung verbunden ist, ist in einem in dem Kupplungsgehäuse 7 aufgenommen
Radiallager 23 und einem in einem separaten, mit dem Schiffsfundament verbundenen
Gehäuse 8 aufgenommenen
Lager 18 gelagert.
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Eine
mehrteilige, mittels Flanschverbindung zusammengesetzte Abtriebswelle 4, 5 eines
als Elektromotors ausgebildeten Nebenantriebes (nicht dargestellt)
trägt an
ihrem dem Propeller zugewandten Ende einen Satz Innenlamellen und
ist in einem Lager 25 im Kupplungsgehäuse 7 gelagert. Ein
mit den Innenlamellen zusammenwirkender Satz von Außenlamellen
ist in einem Außenlamellenträger 17 einer zweiten
Kupplung 15 drehfestgelegt, der vorschiffseitig in einem
Radial-Axial-Lager 24 gelagert
ist und rückschiffseitig
drehfest mit dem im Radiallager 23 gelagerten Kupplungsabschnitt 3 der
Propellerwelle verbunden ist.
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Wird
diese ebenfalls in dem Kupplungsgehäuse 7 aufgenomme zweite
Kupplung 15 geschlossen, übertragen die Innen- und Außenlamellen
reibschlüssig
das Antriebsdrehmoment des Elektromotors auf die Propellerwelle.
Ist dabei gleichzeitig die erste Kupplung 14 geöffnet, wird
der Propeller nur vom Elektromotor angetrieben, ohne dass das Getriebe
mitdreht, was insbesondere zur leisen Schleichfahrt günstig ist.
Wird umgekehrt nur die erste Kupplung 14 geschlossen, während die
zweite Kupplung 15 geöffnet
ist, wirkt die Gasturbine nur auf den Propeller, ohne unter Verlust
den Elektromotor mitzudrehen. Werden hingegen beide Kupplungen 14, 15 geschlossen,
prägen
Gasturbine und Elektromotor beide ein Antriebsdrehmoment auf die
Propellerwelle 1, 2, 3 auf und leisten
so maximale Antriebskraft. Sind schließlich beide Kupplungen 14, 15 geöffnet, kann
die Propellerwelle verlustfrei drehen.
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Durch
die Radial-Axial-Lagerung 21, 24 der Kupplungen 14, 15 auf
der Propellerwelle bzw. Abtriebswelle wird ein negativer Einfluss
einer Wärmedehnung
auf die beiden Kupplungen 14, 15 vorteilhaft verringert.
Denn über
die beiden Lager 21, 24 werden die Kupplungen 14, 15 bei
einer Wärmedehnung
in axialer Richtung mit verschoben. Der dabei entstehende Versatz
wird von der axial- und winkelausgleichenden Membrankupplung 12 kompensiert.
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Die
beiden Gehäuse 6, 7 sind über eine
flexible, öldichte
Verbindung 9 miteinander verbunden, so dass die Kupplungen 14, 15 und
das Getriebe eine gemeinsame Ölversorgung
nutzen können.
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- 1
- Wellenabschnitt
der Propellerwelle
- 2
- Getriebeabschnitt
der Propellerwelle
- 3
- Kupplungsabschnitt
der Propellerwelle
- 4
- Wellenabschnitt
einer E-Motor-Abtriebswelle
- 5
- Wellenabschnitt
einer E-Motor-Abtriebswelle
- 6
- Getriebegehäuse
- 7
- Kupplungsgehäuse
- 8
- Lagergehäuse
- 9
- flexible öldichte
Verbindung
- 10
- Getriebezahnstufe
- 11
- Getriebehohlwelle
- 12
- Winkel-
und axialbewegliche Membrankupplung
- 13
- hohle
Torsionswelle
- 14
- erste
Kupplung
- 15
- zweite
Kupplung
- 16
- Außenlamellenträger der
ersten Kupplung
- 17
- Außenlamellenträger der
zweiten Kupplung
- 18
- Radiallager
- 19
- Radiallager
- 20
- Radial-Axial-Lager
- 21
- Radial-Axial-Lager
- 22
- Radiallager
- 23
- Radiallager
- 24
- Radial-Axial-Lager
- 25
- Radiallager