DE102011009071A1

DE102011009071A1 - Ruderpropeller

Info

Publication number: DE102011009071A1
Application number: DE102011009071A
Authority: DE
Inventors: Manfred Heer
Original assignee: Schottel GmbH
Current assignee: Schottel GmbH
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2012-07-26
Also published as: KR20140041429A; WO2012098021A2; US20130295801A1; JP2014509975A; CN103402868A; US9227716B2; EP2665641A2; CA2824989A1; CN103402868B; WO2012098021A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ruderpropeller mit einer Antriebswelle und einer von der Antriebswelle über einen Winkeltrieb und ein Planetengetriebe antreibbaren Propellerwelle, wobei das Planetengetriebe auf der Propellerwelle angeordnet ist und ein mit dem Winkeltrieb über eine Kupplung verbundenes Sonnenrad, ein feststehendes Hohlrad und zwischen Sonnenrad und Hohlrad ablaufende und an einem Planetenträger gehalterte Planetenräder umfasst und der Planetenträger drehmomentfest mit der Propellerwelle verbunden ist, wobei die Kupplung zwischen dem Winkeltrieb und dem Sonnenrad als doppelt kardanisch wirkende drehstarre Ausgleichskupplung ausgebildet ist, dergestalt, dass radiale und winklige Verlagerungen des Sonnenrades zum Winkeltrieb ausgleichbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ruderpropeller mit einer Antriebswelle und einer von der Antriebswelle über einen Winkeltrieb und ein Planetengetriebe antreibbaren Propellerwelle, wobei das Planetengetriebe auf der Propellerwelle angeordnet ist und ein mit dem Winkeltrieb über eine Kupplung verbundenes Sonnenrad, ein feststehendes Hohlrad und zwischen Sonnenrad und Hohlrad ablaufende und an einem Planetenträger gehalterte Planetenräder umfasst und der Planetenträger drehmomentfest mit der Propellerwelle verbunden ist.
Ruderpropeller der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der DE 28 43 459 A1 bekannt. Der Ruderpropeller dient zum Antrieb und Steuern eines Wasserfahrzeugs, wobei das Motordrehmoment eines üblicherweise innerhalb des Wasserfahrzeugs angeordneten Antriebsmotors über eine vertikal verlaufende Antriebswelle und einen Winkeltrieb, dem ein Planetengetriebe nachgeschaltet ist, auf die horizontal verlaufende Propellerwelle übertragen wird, welche den Propeller trägt. Der Winkeltrieb und das Planetengetriebe sind in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, das außerhalb des Schiffsrumpfes angeordnet und zum Zwecke des Steuerns des Wasserfahrzeugs um die vertikale Achse drehbar ist. Hierbei ist man bestrebt, dieses Gehäuse möglichst strömungsgünstig, d. h. mit geringen Außenabmessungen zu gestalten, was der Lagerdimensionierung der Propellerwelle und weiteren Teilen innerhalb des Gehäuses Grenzen setzt. Andererseits unterliegt insbesondere das Planetengetriebe im Betrieb des Ruderpropellers erheblichen Belastungen z. B. durch den axialen Druck des Propellers auf die Propellerwelle und die sich durch das Eigengewicht des Propellers an der Propellerwelle einstellende Biegelinie. Um trotz dieser auftretenden Kräfte eine möglichst gleichmäßige Lastverteilung auf die Planetenräder des Planetengetriebes zu erreichen, ist es bereits vorgeschlagen worden, zwischen dem Sonnenrad und dem Winkeltrieb eine Kupplung, beispielsweise eine Kupplungsverzahnung vorzusehen, die in eine am Winkeltrieb vorgesehene Innenverzahnung eingreift. Hierdurch wird eine Aufhängung des Sonnenrades unter Führung der Verzahnung erhalten, die dem Sonnerad eine gewisse radiale Ausgleichsmöglichkeit für auftretende Kräfte verleiht. Allerdings wirkt diese Aufhängung des Sonnenrades einem Winkelversatz zwischen Sonnenrad und Winkeltrieb nicht entgegen, so dass eine derartige aus dem Stand der Technik bekannte Kupplung nicht nur aufwändig, sondern nach wie vor verschleißbehaftet ist, was verbesserungswürdig erscheint.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Ruderpropeller der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem durch einfache konstruktive Maßnahmen eine möglichst verschleißfreie Aufhängung des Sonnenrades zum Ausgleich der auf das Planetengetriebe einwirkenden Lasten bewirkt wird.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die Ausgestaltung eines Ruderpropellers gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße Vorschlag sieht vor, die Kupplung zwischen dem Winkeltrieb und dem Sonnenrad als doppelt kardanisch wirkende drehstarre Ausgleichskupplung auszubilden, dergestalt, dass radiale und auch winklige Verlagerungen des Sonnenrades relativ zum Winkeltrieb ausgleichbar sind. Mit einer solchen Ausgestaltung gelingt es, eine nahezu verschleißfreie doppelt kardanische Aufhängung des Sonnenrades zu realisieren, die die auftretenden Belastungen beim Betrieb eines Ruderpropellers, insbesondere die Druckkraft des Propellers auf die Propellerachse und deren Durchbiegung zuverlässig auszugleichen vermag und sich durch nur geringen Platzbedarf auszeichnet.
Nach einem Vorschlag der Erfindung ist als drehstarre Ausgleichskupplung eine Bogenzahnkupplung vorgesehen. Durch das Bogenzahnprinzip werden bei Winkel- und Radialverlagerungen Kantenpressungen in der Verzahnung vermieden, so dass eine derartige Bogenzahnkupplung nahezu verschleißfrei arbeitet.
Nach einem alternativen Vorschlag der Erfindung kann als drehstarre Ausgleichskupplung auch eine Membrankupplung vorgesehen sein, die zur Sicherstellung der doppelt kardanischen Aufhängung in Doppelanordnung, d. h. mit zwei über Mittelstücke verbundenen Membranteilen ausgeführt ist. Auch mit einer solchen preiswert herstellbaren Membrankupplung kann die gewünschte doppelt kardanische Aufhängung des Sonnenrades trotz geringer Baugröße gewährleistet werden.
Zur weiteren Verbesserung des Lastausgleichs und der Kraftaufnahme des im Rahmen des erfindungsgemäßen Ruderpropellers eingesetzten Planetengetriebes kann darüber hinaus vorgesehen sein, das Hohlrad mittels elastisch verformbarer Biegebolzen im Gehäuse zu haltern, so dass radiale und tangentiale Kräfte auf das Hohlrad von diesen Biegebolzen aufnehmbar sind.
Die Biegebolzen können nach einem Vorschlag der Erfindung in Längserstreckung tailliert ausgeführt sein, wobei sie ausgehend von den Enden zu ihren mittlerem Längsabschnitt einen größer werdenden Durchmesser aufweisen. Die Biegebolzen werden in axiale Durchgangsbohrungen des Hohlrades eingesetzt, wobei ihre jeweiligen Enden über das Hohlrad hinausragen und diese hinausragenden Enden in entsprechende Ausnehmungen im Gehäuse eingreifen.
Hierbei ist vorgesehen, dass diese Biegebolzen sich möglichst spielarm, d. h. Idealerweise spielfrei im Hohlrad und dem Gehäuse befinden.
Das Hohlrad wird nur mittels der Biegebolzen gegen Verdrehen im Gehäuse gesichert, ist jedoch nicht an axialen Bewegungen gehindert.
Die Verwendung der vorangehend erläuterten Biegebolzen verleiht dem Hohlrad eine radiale Verlagerungsfähigkeit, was den Lastausgleich zwischen den einzelnen Zahneingriffen des Planetengetriebes verbessert. Die Biegebolzen lassen sich einfach und preiswert herstellen, so dass insgesamt ein Ruderpropeller mit erheblich verbessertem Verschleißverhalten bei nur gering vergrößertem konstruktiven Aufwand erhalten wird.
Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 die schematische Darstellung der Antriebseinrichtungen in einem erfindungsgemäßen Ruderpropeller, wobei zwei alternative Ausgestaltungen in der Ansicht gemeinsam dargestellt sind.
2 in weiteren Einzelheiten die Lagerung des Hohlrades des Planetengetriebes gemäß 1.
Aus der 1 ist in einer schematischen und lediglich Teile der Gesamtanordnung darstellenden Ansicht der Antrieb eines Ruderpropellers an sich bekannter Ausführung dargestellt. Das grundsätzliche Antriebsprinzip ist beispielsweise aus der DE 28 43 459 A1 vorbekannt, auf die insoweit Bezug genommen wird.
Mit Bezugszeichen 1 ist eine vertikal verlaufende und aus einem Schiffsrumpf nach unten führende Antriebswelle 1 bezeichnet, die von einem nicht näher dargestellten Antriebsmotor in Rotation versetzt wird. Die Antriebswelle ist mittels eines Drehlagers 10 gelagert und verfügt an ihrem Ende über ein Ritzel 11, welches Bestandteil eines nachfolgend erläuterten Winkeltriebes 2 ist.
Mit Bezugszeichen 4 ist die Propellerwelle gekennzeichnet, die rechtwinklig zur Antriebswelle 1 verläuft und in nicht näher dargestellter Weise an ihrem in der Zeichnung gemäß 1 linksseitigen Ende einen Propeller zum Antrieb des Wasserfahrzeugs trägt.
In der nachfolgend geschilderten Weise wird die Propellerwelle 4 durch Drehung der Antriebswelle 1 vom nicht dargestellten Antriebsmotor angetrieben, wobei eine Untersetzung der Drehzahl der Antriebswelle 1 ins Langsame bewirkt wird.
Zunächst treibt die Antriebswelle 1 mit ihrem Ritzel 11 als Bestandteil des Winkeltriebes 2 ein Kegelrad 20 an, welches auf einer Hohlwelle 200 mittels Lagern 21 frei drehbar auf der Propellerwelle 4 gelagert ist. An seinem der Antriebswelle 1 abgewandten Ende 22 weist das Kegelrad 20 eine Innenverzahnung auf, die über eine nachfolgend noch näher erläuterte Kupplung mit einem Sonnenrad 30 eines Planetengetriebes 3 zwecks Antrieb desselben in Wirkverbindung steht. Das Sonnenrad 30 umfasst ebenfalls eine Hohlwelle 300, die an ihrem dem Ende 22 des Ritzels 20 zugewandten Ende 301 eine Innenverzahnung trägt, in die die nachfolgend noch näher erläuterte drehstarre Ausgleichskupplung eingreift.
Das Planetengetriebe 3 umfasst als weitere Bestandteile ein in nicht näher dargestellter Weise verdrehfest in einem Gehäuse gehaltertes Hohlrad 35 sowie mehrere, auf einem Planetenträger 33 mit aus diesem vorstehenden Planetenradachsen 34 gehaltenen Planetenrädern 31, die auf den Planetenradachsen 34 mittels Planetenlagern 32 drehbar gelagert sind und zwischen dem Sonnenrad 30 und dem Hohlrad 35 in an sich bekannter Weise umlaufen. Der Planetenträger 33 ist drehmomentfest mit der Propellerwelle 4 verbunden, beispielsweise aufgeschrumpft. Es ist somit offensichtlich, dass über den Winkeltrieb 2 und das Planetengetriebe 3 eine Untersetzung der Rotation der Antriebswelle 1 ins Langsame auf die Propellerwelle 4 bewirkt wird.
Problematisch beim Betrieb eines solchen Ruderpropellers ist jedoch, dass die Längsachse L der Propellerwelle 4 nicht idealisiert geradlinig verläuft, sondern aufgrund der vom Propeller auf die Propellerachse 4 ausgeübten Druckkraft P und des auf der Propellerwelle 4 lastenden hohen Eigengewicht des Propellers sich ein Verlauf gemäß der Biegelinie BL einstellt, der in der Zeichnung gemäß 1 zur besseren Verdeutlichung übertrieben dargestellt ist. Um angesichts einer solchen Biegelinie BL gleichwohl einen zufrieden stellenden Zahneingriff des Planetengetriebes 3 sicherzustellen, ist zwischen dem Winkeltrieb 2 und dem Sonnenrad 30 die bereits erwähnte drehstarre Ausgleichskupplung vorgesehen, wobei in der Zeichnung gemäß 1 zwei alternative Ausgestaltungen derselben zugleich dargestellt sind, nämlich eine Bogenzahnkupplung 5 oberhalb der Mittelachse L und eine Membrankupplung 6 unterhalb der Mittelachse L, die jeweils alternativ Verwendung finden können.
Für den Fall der Verwendung einer Bogenzahnkupplung 5 als drehstarre Ausgleichskupplung greift diese im Querschnitt betrachtet etwa U-förmige Hülse an ihren beiden Schenkelenden mit entsprechenden Bogenverzahnungen in die Innenverzahnung am Ende 22 des Ritzels 20 und die Innenverzahnung am Ende 301 des Sonnenrads 30 ein, wobei aufgrund der im Bogenzahnprinzip innewohnenden doppelt kardanischen Arbeitsweise einer solchen Bogenzahnkupplung 5 sowohl radiale wie auch winklige Verlagerungen des Sonnenrads 30 relativ zum Kegelrad 20 des Winkeltriebes 2 ausgeglichen werden können. Dies resultiert in einem trotz des angedeuteten Biegelinienverlaufs BL der Mittelachse deutlich vergleichmäßigten Zahneingriff innerhalb des Planetengetriebes 3, wodurch das Planetengetriebe 3 und auch die Bogenzahnkupplung 5 nahezu verschleißfrei arbeiten.
In der alternativ unterhalb der Mittellinie L dargestellten Ausführungsform wird eine in Doppelanordnung vorliegende Membrankupplung 6 als drehstarre Ausgleichskupplung verwendet, welche ebenfalls doppelt kardanisch wirkt und radiale wie auch winklige Verlagerungen des Sonnenrades 30 relativ zum Kegelrad 20 ausgleicht. In diesem Falle weisen die Enden 22 bzw. 301 von Kegelrad 20 und Sonnenrad 30 keine Innenverzahnung auf, sondern sie tragen jeweils ein aus geeignetem Material gefertigtes Membranteil 60, 61, wobei die Membranteile 60, 61 über ein Mittelstück 62 miteinander verbunden sind und aufgrund der den Membranteilen 60, 61 innewohnenden Flexibilität radiale wie auch winklige Verlagerungen und überdies auch noch axiale Kräfte kompensiert werden können, was zu einem äußerst gleichmäßigen und verschleißfreien Lauf des Planetengetriebes 3 führt.
Eine weitere Steigerung der Lasttoleranz wird durch eine spezielle, aus der 2 ersichtliche Befestigung des feststehenden Hohlrades 35 innerhalb des Gehäuses erreicht.
Das Gehäuse ist in der 2 mit Bezugszeichen 37 gekennzeichnet, mit 37a ist eine in das Gehäuse einschraubbare Gehäuseglocke bezeichnet, die im dargestellten Einbauzustand ebenso Bestandteil des feststehenden Gehäuses 37 wird.
Das Hohlrad 35 weist nahe seines Außenumfanges axiale, d. h. parallel zu dem Planetenradachsen 34 und auch der Propellerwelle 4 verlaufende Durchgangsbohrungen 350 auf, in die Biegebolzen 36 aufgenommen sind und das Hohlrad 35 gegen Verdrehung sichern.
Die Biegebolzen 36 ihrerseits sind nicht mit einem zylindrischen Außendurchmesser ausgestattet, sondern leicht tailliert, dergestalt, dass sie von ihren Enden 36a, 36b zum mittleren Längserstreckungsabschnitt 36c jeweils einen ansteigenden Durchmesser aufweisen. Demzufolge liegt der größte Durchmesser im Bereich des mittleren Längsabschnittes 36c. Mit diesem größten Durchmesser im mittleren Längsabschnittbereich 36c ist der Biegebolzen 36 möglichst spielfrei innerhalb der Durchgangsbohrung 350 im Hohlrad 35 aufgenommen und weist eine solche Länge auf, dass die Enden 36a, 36b über den Umfang des Hohlrades 35 vorstehen und dort in entsprechenden Aufnahmebohrungen des Gehäuses 37 bzw. der zugehörigen Gehäuseglocke 37a ebenfalls spielfrei aufgenommen sind. Das Hohlrad 35 ist an seinem Außendurchmesser nicht in einer Passung im Gehäuse 37 aufgenommen, sondern beweglich, allerdings gegen Verdrehung durch die Biegebolzen 36 gesichert gehalten. Damit ist das Hohlrad axial fixiert, jedoch können sowohl radiale als auch tangentiale Kräfte auf das Hohlrad von den elastisch verformbaren Biegebolzen 36 auf einfache Weise aufgenommen werden. Insoweit wird mit einem vergleichsweise geringen konstruktiven Aufwand eine weitere Verbesserung des Zahnflankeneingriffs innerhalb des Planetengetriebes trotz der auftretenden Lasten und Verformungen durch die Propellerwelle 4 bewirkt.
Mit der vorangehend erläuterten Erfindung wird somit ein Ruderpropeller erhalten, der trotz geringer Baugröße und preiswerter Konstruktion auch im Dauerbetrieb unter hoher Last nahezu verschleißfrei betrieben werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2843459 A1 [0002, 0017]

Claims

Ruderpropeller mit einer Antriebswelle (1) und einer von der Antriebswelle (1) über einen Winkeltrieb (2) und ein Planetengetriebe (3) antreibbaren Propellerwelle (4), wobei das Planetengetriebe (3) auf der Propellerwelle (4) angeordnet ist und ein mit dem Winkeltrieb (2) über eine Kupplung verbundenes Sonnenrad (30), ein feststehendes Hohlrad (35) und zwischen Sonnenrad (30) und Hohlrad (35) ablaufende und an einem Planetenträger (33) gehalterte Planetenräder (31) umfasst und der Planetenträger (33) drehmomentfest mit der Propellerwelle (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung zwischen dem Winkeltrieb (2) und dem Sonnenrad (30) als doppelt kardanisch wirkende drehstarre Ausgleichskupplung (5, 6) ausgebildet ist, dergestalt, dass radiale und winklige Verlagerungen des Sonnenrades (30) zum Winkeltrieb (2) ausgleichbar sind.
Ruderpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als drehstarre Ausgleichskupplung eine Bogenzahnkupplung (5) vorgesehen ist.
Ruderpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als drehstarre Ausgleichskupplung eine Membrankupplung (6) vorgesehen ist.
Ruderpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (35) mittels elastisch verformbarer Biegebolzen (36) in einem Gehäuse (37, 37a) gehaltert ist, dergestalt, dass radiale und tangentiale Kräfte auf das Hohlrad (35) von den Biegbolzen (36) aufnehmbar sind.
Ruderpropeller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegebolzen (36) in Längserstreckung tailliert mit von den Enden (36a, 36b) zum mittleren Längsabschnitt (36c) größer werdenden Durchmesser ausgebildet sind und in axiale Durchgangsbohrungen (350) des Hohlrades (35) eingesetzt sind, wobei die Enden (36a, 36b) über das Hohlrad (35) hinausragen und in das Gehäuse (37, 37a) eingreifen.
Ruderpropeller nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegebolzen (36) spielfrei im Hohlrad (35) und im Gehäuse (37, 37a) gelagert sind.