DE102011089895A1 - Bearing device for supporting drive shaft of ship i.e. luxury yachts, has coupling bolt arranged within casings for coupling housing with supporting frame, and resilient deformable element arranged between coupling bolt and casings - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Lagerungsvorrichtung zum Lagern einer Antriebswelle eines Schiffes.The invention relates to a storage device for supporting a drive shaft of a ship.
In Schiffen, einschließlich Luxusyachten, sind Antriebswellen vorzufinden, die mit dem Antrieb und der Schiffsschraube gekoppelt sind und dazwischen eine Strecke von mehreren Metern überbrücken. Die Länge der Antriebswellen erfordert Wellenlager zwischen dem Antrieb und der Schiffsschraube zur radialen Lagerung bzw. Stützung der Antriebswelle. Problematisch ist hierbei die Übertragung von Schwingungen, insbesondere des Antriebs auf die Antriebswelle, die wiederum über die Wellenlager auf die Schiffsstruktur übertragen werden. Die Schwingungen pflanzen sich bis zu den Passagierkabinen fort und führen zu einer Abstrahlung von Schall über die Wand- und/oder Fensterflächen.In ships, including luxury yachts, drive shafts are found, which are coupled to the drive and the propeller and bridge in between a distance of several meters. The length of the drive shafts requires shaft bearings between the drive and the propeller for radial support or support of the drive shaft. The problem here is the transmission of vibrations, in particular the drive to the drive shaft, which in turn are transmitted via the shaft bearing on the ship's structure. The vibrations propagate up to the passenger cabins and lead to a radiation of sound over the wall and / or window surfaces.
Bei Getrieben treten bisweilen Schwingungen im Frequenzbereich von 350 Hz bis 20 kHz auf, die subjektiv von vielen Passagieren als besonders störend empfunden werden. Diese Schwingungen sind in den Passagierkabinen als hochstimmiger Heulton hörbar. Bei Getrieben ist es im Hinblick auf die Antriebe zwar möglich, mittels genauer Fertigung der Zahnräder und Ritzel die Schwingungen bzw. Vibrationen im Antrieb zu verringern, die beim Eingreifen des Zahnrads in das Ritzel entstehen. Eine solche Maßnahme ist jedoch nur bis zu einem bestimmten Grade möglich, ist kostenintensiv und führt zu einer längeren Produktionsdauer. In transmissions occur sometimes oscillations in the frequency range from 350 Hz to 20 kHz, which are subjectively perceived by many passengers as particularly disturbing. These vibrations are audible in the passenger cabins as a high-pitched howling sound. In gearboxes, it is possible with regard to the drives, by means of accurate production of the gears and pinions to reduce the vibrations or vibrations in the drive, which arise when engaging the gear in the pinion. However, such a measure is only possible to a certain extent, is costly and leads to a longer production period.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lagerungsvorrichtung für Antriebswellen eines Schiffes aufzuzeigen, durch welche eine Übertragung von Schwingungen der Antriebswelle auf die Schiffstruktur verringerbar ist, die die obigen Nachteile möglichst vermeidet.The object of the invention is therefore to show a storage device for drive shafts of a ship, by which a transmission of vibrations of the drive shaft can be reduced to the ship structure, which avoids the above disadvantages as possible.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Lagerungsvorrichtung zum Lagern einer Antriebswelle eines Schiffes, mit einem Gehäuse zum Aufnehmen eines axialen Abschnitts der Antriebswelle, einem an einer Schiffsstruktur befestigbaren Traggestell zum Befestigen des Gehäuses, und mehreren an dem Gehäuse oder an dem Traggestell angeordneten Hülsen, wobei innerhalb der Hülsen jeweils ein Kopplungsbolzen zum Koppeln des Gehäuses mit dem Traggestell angeordnet ist, und jeweils zwischen einem Kopplungsbolzen und einer Hülse ein elastisch verformbares Element angeordnet ist.The object is achieved by a storage device for supporting a drive shaft of a ship, with a housing for receiving an axial portion of the drive shaft, a mountable to a ship structure support frame for securing the housing, and a plurality of arranged on the housing or on the support frame sleeves, wherein the sleeves are each a coupling pin for coupling the housing to the support frame is arranged, and in each case between a coupling pin and a sleeve, an elastically deformable element is arranged.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, einen direkten ungedämpften Kontakt zwischen dem Gehäuse und dem Traggestell mittels eines elastisch verformbaren Elements zu unterbinden, so dass sämtliche von der Antriebswelle auf das Gehäuse verursachten Schwingungen nur gedämpft ins Traggestell gelangen. Die elastisch verformbaren Elemente sind derart angeordnet, dass die Hülsen und die Kopplungsbolzen nur mittelbar über die elastisch verformbaren Elemente miteinander gekoppelt sind und keinen direkten ungedämpften Kontakt zueinander haben. Der Übertragungsweg der Schwingungen verläuft auf diese Weise stets durch die elastisch verformbaren Elemente, so dass eine effektive Abschwächung der Schwingungsübertragung stattfindet. Vorzugsweise ist die Hülse länglich ausgebildet und bietet eine ausreichende Druckfläche zum Tragen der statischen und dynamischen Lagerkräfte. Die Verringerung der Schwingungsamplituden am Traggestell bewirkt, dass in den Passagierkabinen eine spürbare Senkung des Geräuschpegels feststellbar ist.The invention is based on the idea to prevent a direct undamped contact between the housing and the support frame by means of an elastically deformable element, so that all caused by the drive shaft to the housing vibrations only attenuated get into the support frame. The elastically deformable elements are arranged such that the sleeves and the coupling pins are coupled together only indirectly via the elastically deformable elements and have no direct undamped contact with each other. The transmission path of the vibrations in this way always runs through the elastically deformable elements, so that an effective attenuation of the vibration transmission takes place. Preferably, the sleeve is elongate and provides a sufficient pressure surface for supporting the static and dynamic bearing forces. The reduction of the vibration amplitudes on the support frame causes a noticeable reduction in the noise level in the passenger cabins.
Die Abmessungen sowie die physikalischen Eigenschaften der Dämpfungseinrichtung sind ferner an die im Betrieb auftretenden Kräfte angepasst. Diese hängen unter anderem vom Gewicht der Antriebswelle ab. Üblicherweise hat die Antriebswelle einen Durchmesser von mehreren hundert Millimetern und ein Gewicht von mehreren Tonnen. Die Wellendurchmesser liegen zwischen 150mm und 500 mm, die Lagerlasten zwischen 10kN und 100 kN.The dimensions and the physical properties of the damping device are further adapted to the forces occurring during operation. These depend inter alia on the weight of the drive shaft. Usually, the drive shaft has a diameter of several hundred millimeters and a weight of several tons. The shaft diameters are between 150mm and 500mm, the bearing loads between 10kN and 100kN.
Unter Schwingungen sind im Sinne dieser Erfindung Vibrationen und Körperschall zu verstehen. Die Amplituden der Schwingungen sind derweil gering, so dass sie zwar z. B. mittels eines Beschleunigungssensors messbar, aber mit bloßem Auge kaum sichtbar sind. Vibrations in the sense of this invention are vibrations and structure-borne noise. The amplitudes of the vibrations are meanwhile low, so that while z. B. by means of an acceleration sensor measurable, but barely visible to the naked eye.
Messungen an einem Ausführungsbeispiel haben ergeben, dass in einem Frequenzbereich von 0 bis 3 kHz eine Verringerung der Schwingungsamplitude am Traggestell von bis zu 77 % erreicht wird. Insbesondere in dem Frequenzbereich um 350 Hz konnten die Schwingungsamplituden um etwa 20 % verringert werden. Measurements on an embodiment have shown that in a frequency range of 0 to 3 kHz, a reduction of the vibration amplitude of the support frame of up to 77% is achieved. In particular, in the frequency range around 350 Hz, the vibration amplitudes could be reduced by about 20%.
Zur Messung wurden Beschleunigungssensoren an zwei Messpunkten installiert, wobei sich ein erster Messpunkt am Gehäuse und ein zweiter Messpunkt am Traggestell befanden. Die an dem zweiten Messpunkt gemessene Eingangsschwingung wurde anschließend zu der an dem ersten Messpunkt gemessenen Ausgangsschwingung prozentual verrechnet. Die angegebenen Werte beziehen sich auf die Schwingungsamplitude in vertikaler Querrichtung zur Wellenachse. For measurement, acceleration sensors were installed at two measuring points, with a first measuring point on the housing and a second measuring point on the supporting frame. The input oscillation measured at the second measuring point was then calculated as a percentage of the output oscillation measured at the first measuring point. The values given refer to the vibration amplitude in the vertical transverse direction to the shaft axis.
Die elastisch verformbaren Elemente können entweder als passive oder als aktive elastisch verformbare Elemente ausgebildet sein. Die elastisch verformbaren Elemente werden derart ausgewählt, um eine hartelastische Lagerung der Antriebswelle zu erreichen. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Schwingungserregung der Schiffsstruktur verringert wird, ohne zugleich die Steifigkeit der gesamten Lagerungsvorrichtung wesentlich zu beeinträchtigen.The elastically deformable elements can be designed either as passive or as active elastically deformable elements. The elastically deformable elements are selected so as to achieve a hard elastic bearing of the drive shaft. This ensures that the vibration excitation of the ship's structure is reduced is without significantly affecting the rigidity of the entire storage device at the same time.
Die passiven elastisch verformbaren Elemente sind aus einem Material hergestellt, das die Schwingungsenergie der Antriebswelle absorbiert. Das Material des passiven elastisch verformbaren Elements ist besonders platzsparend zwischen der Hülse und dem Kopplungsbolzen einbringbar. Die elastisch verformbaren Elemente weisen einen linearen oder einen von der Schwingungsfrequenz abhängigen Verlustwinkel auf. Passive elastisch verformbare Elemente sind beispielsweise hydrostatische oder elastische Elemente. Vorteilhafterweise weisen die elastisch verformbaren Elemente einen besonders hohen Verlustwinkel in einem Frequenzbereich von 300 Hz bis 1 kHz Hz auf.The passive elastically deformable elements are made of a material that absorbs the vibration energy of the drive shaft. The material of the passive elastically deformable element can be introduced in a particularly space-saving manner between the sleeve and the coupling bolt. The elastically deformable elements have a linear or a loss frequency dependent on the loss angle. Passive elastically deformable elements are, for example, hydrostatic or elastic elements. Advantageously, the elastically deformable elements have a particularly high loss angle in a frequency range of 300 Hz to 1 kHz Hz.
Mittels aktiver elastisch verformbarer Elemente ist ein aktives Entgegenwirken gegen Schwingungen in variablen Frequenzbereichen erreichbar, um selektive Frequenzbereiche besonders stark zu dämpfen. Vorzugsweise handelt es sich bei den aktiven elastisch verformbaren Elementen um piezoelektrische Elemente mit einer externen Steuerung und/oder Regelung zum Regeln der Elemente. By means of active elastically deformable elements, active counteracting of vibrations in variable frequency ranges can be achieved in order to dampen selective frequency ranges particularly strongly. Preferably, the active elastically deformable elements are piezoelectric elements with an external control and / or regulation for controlling the elements.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Lagerungsvorrichtung ein elastisch verformbares Element auf, das eine mindestens teilweise Ummantelung aufweist, vorzugsweise aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium. Das elastisch verformbare Element ummantelt den Kopplungsbolzen vollständig oder abschnittsweise entlang der Längsachse und schirmt diesen von der Hülse ab. Auf diese Weise ist die Dämpfung der Antriebswelle besonders variabel und kostengünstig realisierbar. Je nach Bedarf kann die Kontakt- bzw. Druckfläche zwischen der Hülse und dem Kopplungsbolzen mittels der Ummantelung variiert werden. Vorteilhafterweise ist die Ummantelung mit dem Kopplungsbolzen kraftschlüssig oder rutschfest verbindbar.Preferably, the storage device according to the invention has an elastically deformable element, which has an at least partially sheath, preferably made of metal, in particular steel or aluminum. The elastically deformable element completely or partially encloses the coupling bolt along the longitudinal axis and shields it from the sleeve. In this way, the damping of the drive shaft is particularly variable and cost feasible. Depending on requirements, the contact or pressure surface between the sleeve and the coupling bolt can be varied by means of the sheath. Advantageously, the sheath with the coupling bolt is positively or non-slip connectable.
Die erfindungsgemäße Lagerungsvorrichtung wird dadurch weitergebildet, dass die Ummantelung jeweils abschnittsweise an den axialen Enden des Kopplungsbolzens ausgebildet ist. Vorteilhafterweise sind die Ummantelungen vom Mittelpunkt der Hülse in axialer Richtung gleichermaßen beabstandet, so dass die Gewichtskräfte der Hülse symmetrisch auf die beiden Endbereiche des Kopplungsbolzens verteilt sind. Auf diese Weise wird auch eine gleichmäßige Verteilung der Schwingungen auf die Ummantelungen erreicht. The storage device according to the invention is further developed in that the casing is formed in each case in sections at the axial ends of the coupling pin. Advantageously, the sheaths are equally spaced from the center of the sleeve in the axial direction, so that the weight forces of the sleeve are distributed symmetrically on the two end portions of the coupling pin. In this way, a uniform distribution of the vibrations is achieved on the sheathing.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerungsvorrichtung weist das elastisch verformbare Element einen Verlustwinkel im Bereich von 2° bis 15.° auf. Die elastisch verformbaren Elemente mit Verlustwinkel in diesem Bereich eignen sich besonders zum Dämpfen und zur hartelastischen Lagerung von Antriebswellen von Schiffen. Die elastisch verformbaren Elemente sind vorzugsweise als Dämpfungselement ausgebildet.In a preferred embodiment of the storage device according to the invention, the elastically deformable element has a loss angle in the range of 2 ° to 15 °. The elastically deformable elements with loss angles in this range are particularly suitable for damping and hard-elastic storage of drive shafts of ships. The elastically deformable elements are preferably formed as a damping element.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerungsvorrichtung enthält das elastisch verformbare Element ein Material aus der Gruppe der Elastomere und/oder Metalle Das elastisch verformbare Element enthält ein oder mehrere Materialien aus dieser Gruppe als Hauptbestandteil. Die Materialen liegen als Gemisch oder als Verbundwerkstoff vor. Die Materialien weisen korrosionsbeständige Eigenschaften gegen Meerwasser auf und haben Glasübergangstemperaturen, die unterhalb der minimalen Einsatztemperatur liegen, im Bereich von 5°C bis 10°C. Besonders bevorzugte Materialien sind Gummi, Elstomere und Polymerschaumstoff (NR, NBR, SBR, IR, EPDM) in Qualitäten Shore A von 30° bis 90°.In a further preferred embodiment of the storage device according to the invention, the elastically deformable element contains a material from the group of elastomers and / or metals. The elastically deformable element contains one or more materials from this group as the main constituent. The materials are available as a mixture or as a composite material. The materials have corrosion-resistant properties against seawater and have glass transition temperatures below the minimum use temperature in the range of 5 ° C to 10 ° C. Particularly preferred materials are rubber, elastomers and polymer foam (NR, NBR, SBR, IR, EPDM) in qualities Shore A of 30 ° to 90 °.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lagerungsvorrichtung weist eine Ummantelung auf aus einem Material, insbesondere Stahl, welches ein wesentlich größeres, insbesondere um etwa den Faktor 10 größeres Elastizitätsmodul als der Kopplungsbolzen aufweist. Die erfindungsgemäße Lagerungsvorrichtung wird vorzugsweise durch ein Traggestell weitergebildet, das an einem Boden eines Innenraums des Schiffes befestigbar ist. Durch die Befestigung des Traggestells an dem Boden des Innenraums pflanzen sich die Schwingungen von dem Traggestell auf den Boden des Innenraums fort, bevor sie über die Schiffswände in die Passagierkabinen übertragen werden. Ausgehend von der Antriebswelle verlängert sich auf diese Weise der Übertragungsweg bis zu einer Passagierkabine und sorgt zusätzlich zu einer Abschwächung der Schwingungen an der Schiffsstruktur und in der Passagierkabine. Ferner ist mittels dieser Ausführungsform eine besonders steife, platzsparende und herstellungsgünstige Befestigung der Lagerungsvorrichtung an der Schiffstruktur erreichbar.A preferred development of the storage device according to the invention comprises a casing on a material, in particular steel, which has a much larger, in particular by about a factor of 10 larger elastic modulus than the coupling pin. The storage device according to the invention is preferably developed by a support frame which can be fastened to a floor of an interior of the ship. By attaching the support frame to the floor of the interior, the vibrations propagate from the support frame to the floor of the interior, before being transmitted to the passenger cabins via the ship's walls. Starting from the drive shaft extends in this way the transmission path up to a passenger cabin and also provides a weakening of the vibrations of the ship structure and in the passenger cabin. Furthermore, by means of this embodiment, a particularly rigid, space-saving and low-production attachment of the storage device to the ship structure can be achieved.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerungsvorrichtung weist ein Traggestell mit einem Lagerbock zum Befestigen der Kopplungsbolzen auf, wobei der Lagerbock mittels einer Dämpfungseinrichtung und/oder mittels federelastischer Elemente am Traggestell gelagert ist. Mittels dieser Ausführungsform ist je nach Ausmaß der im Betrieb auftretenden Schwingungsenergie und Lagerkräfte eine zusätzliche Dämpfung und/oder eine federelastische Lagerung des Lagerbocks zum Rest des Traggestells optional einsetzbar. A further advantageous embodiment of the storage device according to the invention comprises a support frame with a bearing block for fixing the coupling bolts, wherein the bearing block is mounted by means of a damping device and / or by means of resilient elements on the support frame. By means of this embodiment, depending on the extent of the vibration energy and bearing forces occurring during operation, an additional damping and / or a resilient mounting of the bearing block to the rest of the support frame can optionally be used.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerungsvorrichtung sind die Längsachsen der Hülsen jeweils parallel zur Längsachse der Antriebswelle ausgerichtet, so dass die Lagerungsvorrichtung in der Breite besonders platzsparend dimensionierbar ist, ohne die Länge der Hülse einschränken zu müssen. Die variable Dimensionierung der Länge der Hülse kann zur großzügigen Dimensionierung der Druckfläche genutzt werden.In an advantageous embodiment of the storage device according to the invention, the longitudinal axes of the sleeves are each aligned parallel to the longitudinal axis of the drive shaft, so that the Storage device in the width is particularly space-saving dimensioned without having to limit the length of the sleeve. The variable dimensioning of the length of the sleeve can be used for generous dimensioning of the printing surface.
Bevorzugt ist ferner eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerungsvorrichtung, bei dem die Längsachsen der Hülsen und der Antriebswelle in einer horizontalen Ebene angeordnet sind. Mittels dieser Ausführungsform ist eine besonders steife Befestigung des Gehäuses an dem Traggestell und eine gleichmäßige Verteilung der statischen und dynamischen Lagerkräfte erreichbar. Durch diese Anordnung treten keine Kippmomente auf.Also preferred is an embodiment of the storage device according to the invention, in which the longitudinal axes of the sleeves and the drive shaft are arranged in a horizontal plane. By means of this embodiment, a particularly rigid attachment of the housing to the support frame and a uniform distribution of the static and dynamic bearing forces can be achieved. By this arrangement occur no tilting moments.
Die erfindungsgemäße Lagerungsvorrichtung weist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform Hülsen auf, die jeweils mittels eines Flansches am Gehäuse befestigt sind. Die Flansche sind derart mit dem Gehäuse und der Hülse verbunden, dass eine Torsion und Biegung der Hülse aufgrund der Lagerkräfte verhindert werden. Auf diese Weise ist eine besonders steife Verbindung des Gehäuses mit den Flanschen realisierbar.The storage device according to the invention has, according to a further preferred embodiment, sleeves, which are each fastened by means of a flange on the housing. The flanges are connected to the housing and the sleeve such that torsion and bending of the sleeve due to the bearing forces are prevented. In this way, a particularly rigid connection of the housing with the flanges can be realized.
Vorzugsweise sind die Kopplungsbolzen axial aus dem Traggestell herausziehbar angeordnet, so dass sie einfach austauschbar sind, beispielsweise zu Wartungszwecken.Preferably, the coupling bolts are arranged axially pulled out of the support frame, so that they are easily replaceable, for example for maintenance purposes.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. The invention will be described in more detail below with reference to an embodiment.
Es zeigen:Show it:
Das Gehäuse
Jeweils an den Seiten des Gehäusemantels
Am oberen Scheitelpunkt des Gehäusemantels
Die Wandplatten
Innerhalb des Innenraums des Gehäuses
Das Traggestell
Der Lagerbock
In
Der Kopplungsbolzen
An den Stirnseiten der Hülse
Der Kopplungsbolzen
Zwischen dem Haltesteg
Die elastisch verformbaren Elemente
Die Erfindung ist nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt sondern, umfasst auch weitere alternativen Ausführungsbeispiele, die den Grundgedanken der Erfindung verwirklichen. Bevorzugt ist beispielsweise auch ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der Lagerbock
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