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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 mit einer zweiten Kupplung, über die der Nebenantrieb mit der Propellerwelle verbindbar ist, und die erste Kupplung, die zweite Kupplung und/oder der Nebenantrieb auf der einem Propeller abgewandten Seite des Getriebes angeordnet sind sowie einen Schiffsantrieb mit einem Hauptantrieb und einem Nebenantrieb zum wahlweisen Antreiben einer Propellerwelle eines Schiffes mit einer solchen Drehmomentübertragungsvorrichtung.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2005 050 021 A1 ist eine gattungsgemäße Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Schiff bekannt.
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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 Olabdichtung, ungünstig.
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Werden die Kupplungen und/oder der Nebenantrieb rückschiffsseitig, d. h. 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, bei einer Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Schiff zum wahlweisen Antrieb eines Propellers durch einen Haupt- oder einen Nebenantrieb Einflüsse von Kupplungen auf ein Getriebe zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch eine Drehmomentübertragungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 13 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 und/oder zweite Kupplung in einem vom Getriebegehäuse separaten Kupplungsgehäuse aufgenommen und die erste Kupplung ist über ein drehelastisches Element mit dem Getriebe und/oder mit der Propellerwelle verbunden ist. Diese Kupplung 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 wahlweise 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 Antriebsdrehmomente 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, d. h. im eingebauten Zustand vorschiffsseitig angeordnet. In einer bevorzugten Ausführung sind die beiden Kupplungen zwischen dem Getriebe und dem vorschiffsseitig 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 Nebenantriebs 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 vorschiffsseitig 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 geführt 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 Schwingungen, 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 Fahrt einen besonders wirtschaftlichen Schiffsantrieb darstellen. Der Nebenantrieb kann einen oder mehrere Elektromotore 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
- 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 Wellenabschnitte 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 vorschiffsseitige (rechts in 1) Lager 20 als Radial-Axial-Lager, das rückschiffsseitige 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 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 Wellenabschnitt 3 der Propellerwelle gelagert und dabei in einem Kupplungsgehäuse 7 aufgenommen.
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Drehfest mit dem Wellenabschnitt 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 Wellenabschnitt 2 der Propellerwelle. Durch die Fest-Los- Lagerung der ersten Kupplung 14, 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 Wellenabschnitt 2 der Propellerwelle, der mit dem Wellenabschnitt 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 Lagergehäuse 8 aufgenommenen Lager 18 gelagert.
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Eine mehrteilige, mittels Flanschverbindung zusammengesetzte Abtriebswelle (Wellenabschnitte 4, 5) eines als Elektromotor ausgebildeten Nebenantriebes (nicht dargestellt) trägt an ihrem dem Propeller zugewandten Ende einen Satz Innenlamellen und ist in einem Radial-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 vorschiffsseitig in einem Radial-Axial-Lager 24 gelagert ist und rückschiffsseitig drehfest mit dem im Radiallager 23 gelagerten Wellenabschnitt 3 der Propellerwelle verbunden ist.
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Wird diese ebenfalls in dem Kupplungsgehäuse 7 aufgenommene 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 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 Radial-Axial-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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Das Getriebegehäuse 6 und das Kupplungsgehäuse 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
- Wellenabschnitt (der Propellerwelle)
- 3
- Wellenabschnitt (der Propellerwelle)
- 4
- Wellenabschnitt (der Propellerwelle)
- 5
- Wellenabschnitt (der Propellerwelle)
- 6
- Getriebegehäuse
- 7
- Kupplungsgehäuse
- 8
- Lagergehäuse
- 9
- Verbindung (flexibel, 01 dicht)
- 10
- Getriebezahnstufe
- 11
- Getriebehohlwelle
- 12
- Membrankupplung (Winkel-und/oder axial beweglich)
- 13
- Torsionswelle
- 14
- Kupplung
- 15
- Kupplung
- 16
- Außenlamellenträger der ersten Kupplung
- 17
- Außenlamellenträger der zweiten Kupplung
- 18
- Radiallager
- 19
- Lager
- 20
- Lager
- 21
- Radial-Axial-Lager
- 22
- Radiallager
- 23
- Radiallager
- 24
- Radial-Axial-Lager
- 25
- Radiallager
