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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schwenkeinrichtung für eine Schiffspropellergondel, wobei die Schwenkeinrichtung als solche eine Antriebseinrichtung umfasst, über welche die Schiffspropellergondel in jeweils geforderte Schwenkstellungen verlagerbar ist.
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Propellergondeln finden als sog. Podantriebe bei Hochsee- und Binnenschiffen Anwendung. Die Propellergondeln sind dabei über eine Schwenklagerung mit dem Schiffsrumpf gekoppelt und hierbei typischerweise so geführt, dass diese um eine im wesentlichen vertikale Achse um zumindest annähernd 360° schwenkbar sind. Ein Beispiel für eine manuell über eine Schwenkeinrichtung schwenkbare Schiffspropellergondel ist aus
US 2,714,866 bekannt.
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Bei größeren Schiffskonstruktionen ist zum Schwenken des jeweiligen Podantriebs eine mechanische Antriebseinrichtung vorgesehen. Hierbei sind Bauformen verbreitet, bei welchen eine schwenkbar gelagerte Ringstruktur mit einer Innen- oder Außenverzahnung versehen ist, in welche ein Antriebsritzel eines Stellmotors eingreift.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben durch welche es möglich wird, eine Schiffspropellergondel wartungsarm präzise zu positionieren.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schwenkeinrichtung für eine Schiffspropellergondel mit:
- – einer Lagereinrichtung die eine rumpfseitig montierte stationäre Ringstruktur und eine gegenüber dieser schwenkbare, gondelseitig montierte Ringstruktur umfasst, und
- – einer Antriebseinrichtung zum Schwenken der gondelseitig montierten Ringstruktur gegenüber der rumpfseitigen Ringstruktur,
- – wobei die Antriebseinrichtung derart ausgebildet ist, dass zum Schwenken der gondelseitigen Ringstruktur an dieser gondelseitigen Ringstruktur eine magnetische Querkraft angreift.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte weise möglich, eine Schwenkeinrichtung für eine Propellergondel zu schaffen die sich durch einen verringerten Montage- und Wartungsaufwand auszeichnet, da nur noch die stationäre Komponente der Lagereinrichtung mit der Umgebungskonstruktion verbunden werden muss und die Montage und Justierung bislang erforderlicher Einzelantriebe entfällt. In weiterhin vorteilhafter Weise ergibt sich gegenüber herkömmlichen Bauformen ein deutlich geringerer Aufwand um die Antriebsenergie zur Verfügung zu stellen. Weiterhin ergibt sich ein Wegfall der Verzahnung und der Schmierung derselben. Durch den Wegfall der Verzahnungsschmierung ergibt sich eine deutlich reduzierte Schmierstoffemission.
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Durch das erfindungsgemäße Konzept wird es auch möglich, die Umgebungskonstruktion zu vereinfachen, da z.B. keine Befestigung für externe Antriebe erforderlich ist. Weiterhin wird gegenüber konventionellen Bauformen auch die Problematik von Verschleiß und Ermüdung an den bislang üblichen Stellmotoren oder der Verzahnung vermieden.
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Die erfindungsgemäße Schwenkeinrichtung erlaubt es auch die Lagerung selbst als abgedichtetes Lager mit Fettschmierung auszubilden. Zudem ergibt sich eine vereinfachte Ansteuerung und eine präzise Stellpositionsrückmeldung.
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Die erfindungsgemäße Lösung beruht in einer Drehverbindung mit integriertem, elektrischen Direktantrieb und einer Bremse unter Einsatz eines an das Lager angebundenen Linearmotors ohne zwischengeschaltetes mechanisches Übertragungselement. Die Drehverbindung fungiert als Azimutantrieb und zugleich als Lagerung für sog. Podantriebe. Erfindungsgemäß kann der Innenring, oder auch der Außenring angetrieben werden. In dem Linearmotor können sowohl Permanentmagnete als auch Elektromagnete verwendet werden. Es können sowohl luftgekühlte, als auch wassergekühlte Linearmotoren verwendet werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Antriebseinrichtung eine Spulenserie, die mehrere in Umfangsrichtung entlang der gondelseitigen Ringstruktur abfolgende Wicklungen aufweist, wobei zum Schwenken der gondelseitigen Ringstruktur durch gesteuerte Spannungsbeaufschlagung der Wicklungen in die gondelseitige Ringstruktur ein Magnetfeld eingekoppelt wird zur Aufbringung einer an der Ringstruktur angreifenden magnetischen Querkraft
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Die zur Querkraftgenerierung herangezogene Spulenserie wird vorzugsweise in Form mehrerer in Umfangsrichtung der gondelseitigen Ringstruktur abfolgende Linearmotorsegmente verwirklicht. Diese Linearmotorsegmente ragen vorzugsweise über einen Luftspalt, oder einen anderweitigen Spalt von geringer Permeabilität an eine entsprechende Zahnung oder Profilierung der Ringstruktur heran.
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Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Bremseinrichtung vorgesehen ist, zur Festlegung der gondelseitigen Ringstruktur. Hierdurch wird es möglich, die Schwenkeinrichtung bei Erreichen einer Sollposition stromlos zu halten und die eingestellte Position sicher aufrecht zu erhalten.
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Es ist in vorteilhafter Wiese möglich, die Linearmotorsegmente unmittelbar in eine der Ringstrukturen zu integrieren. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Linearmotorsegmente über eine Ringplatte mit der rumpfseitigen Ringstruktur zu koppeln. Eine im Hinblick auf einen hohen elektrischen Wirkungsgrad besonderes vorteilhafte Ausführungsform der Schwenkeinrichtung ist dadurch gegeben, dass die gondelseitige Ringstruktur mit Permanent-Magnetelementen bestückt ist.
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Die beiden Ringstrukturen sind vorzugsweise jeweils als Lagerringe ausgebildet und gegeneinander durch Wälzkörper abgestützt sind. Diese Wälzkörper können als Kugeln ausgeführt sein, wobei an den Lagerringen Laufrillen ausgebildet sein können, die zu einem axial und radial tragenden Lageraufbau führen. Alternativ zur Ausgestaltung der Wälzkörper als Kugeln ist es auch möglich, die Lagereinrichtung als Axial-/Radial-Zylinderrollenlager oder insbesondere auch als Kreuzrollenlager auszubilden.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine Skizze zur Veranschaulichung eines beispielhaften Grundaufbaus einer erfindungsgemäßen Schwenkeinrichtung für eine Schiffspropellergondel;
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2 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schwenkeinrichtung;
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3 eine weitere Darstellung zur Veranschaulichung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schwenkeinrichtung.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Schwenkeinrichtung für eine Propellergondel 1 dargestellt. Diese Schwenkeinrichtung umfasst eine Lagereinrichtung 2 die wie aus der eingebundenen Detaildarstellung ersichtlich eine rumpfseitig montierte stationäre Ringstruktur 3 und eine gegenüber dieser schwenkbare, gondelseitig montierte Ringstruktur 4 umfasst. Diese Schwenkeinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass diese eine Antriebseinrichtung 5 umfasst zum Schwenken der gondelseitig montierten Ringstruktur 4 gegenüber der rumpfseitigen Ringstruktur 3, wobei die Antriebseinrichtung 5 derart ausgebildet ist, dass zum Schwenken der gondelseitigen Ringstruktur 4 in diese auf magnetischem Wege eine Querkrafteinleitung erfolgt.
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Die Antriebseinrichtung 5 ist hier derart ausgebildet, dass die Querkrafteinleitung durch mehrere in Umfangsrichtung der gondelseitigen Ringstruktur abfolgende Linearmotorsegmente 5a erfolgt. Die Schwenkeinrichtung umfasst weiterhin eine hier nicht näher dargestellte Bremseinrichtung, zur Festlegung der gondelseitigen Ringstruktur 4 gegenüber der rumpfseitigen Ringstruktur 3. Die Bremseinrichtung kann so ausgebildet sein, dass diese über das Magnetfeld der Linearmotorsegmente 5a betätigbar ist, so dass bei entsprechender Spannungsbeaufschlagung der Linearmotorsegmente 5a die Bremseinrichtung einen Freigabezustand einnimmt der eine Drehung der gondelseitigen Ringstruktur unter Wirkung der seitens der Linearmotorsegmente 5a generierten Magnetkräfte ermöglicht. Alternativ zu der hier gezeigten Bauform ist es auch möglich, die Linearmotorsegmente in eine der Ringstrukturen 3, 4, vorzugsweise die stationäre Ringstruktur 3 zu integrieren.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Linearmotorsegmente 5a über eine Ringplatte 6 mit der rumpfseitigen Ringstruktur 3 gekoppelt. Die gondelseitige Ringstruktur 4 ist mit mehreren in Umfangsrichtung abfolgenden, hier nicht näher erkennbaren Permanent-Magnetelementen bestückt.
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Die beiden Ringstrukturen 3, 4 sind bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils als Lagerringe ausgebildet und gegeneinander durch Wälzkörper W abgestützt. Diese Wälzkörper W sind hier als Kugeln ausgeführt, und die so geschaffene Lagereinrichtung fungiert als axial und radial tragendes Kugellager. Die Lagereinrichtung 2 ist als fettgeschmierte Lagereinrichtung ausgeführt ist, und mittels einer hier nicht näher dargestellten Dichtungseinrichtung abgedichtet.
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In 2 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schwenkeinrichtung für eine Propellergondel dargestellt. Diese Schwenkeinrichtung umfasst wiederum eine Lagereinrichtung 2 die eine rumpfseitig montierte stationäre Ringstruktur 3 und eine gegenüber dieser schwenkbare, gondelseitig montierte Ringstruktur 4. Auch diese Schwenkeinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass diese eine Antriebseinrichtung 5 umfasst zum Schwenken der gondelseitig montierten Ringstruktur 4 gegenüber der rumpfseitigen Ringstruktur 3, wobei die Antriebseinrichtung 5 derart ausgebildet ist, dass zum Schwenken der gondelseitigen Ringstruktur 4 in diese auf magnetischem Wege eine Querkrafteinleitung erfolgt.
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Die Antriebseinrichtung 5 umfasst mehrere in Umfangsrichtung der Ringstruktur 4 abfolgende Linearmotorsegmente 5a. Die Linearmotorsegmente 5a sind wiederum über eine Ringplatte 6 mit der rumpfseitigen Ringstruktur 3 gekoppelt. Die gondelseitige Ringstruktur 4 ist mit mehreren in Umfangsrichtung abfolgenden Permanent-Magnetelementen 4a bestückt.
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Die Lagereinrichtung 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Axial-/Radial-Zylinderrollenlager ausgebildet. An der gondelseitigen Ringstruktur 4 ist ein Ringsteg 4b ausgebildet. Dieser Ringsteg 4b bildet eine obere und eine unter Lauffläche 4c, 4d. Der Ringsteg 4b ist über obere und untere Zylinderrollen 2a, 2b axial und über seitliche Zylinderrollen 2c radial in der rumpfseitigen Ringstruktur 4 abgestützt. Die Lagereinrichtung 2 ist als fettgeschmierte Lagereinrichtung ausgeführt ist, und mittels einer hier nicht näher dargestellten Dichtungseinrichtung abgedichtet. Die Lagereinrichtung 2 kann vollständig mit einem wasserabweisenden Fett gefüllt sein.
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Bei der in 2 gezeigten Variante ist ein direkt angetriebenes Axial/Radial-Zylinderrollenlager (Y-Bauform) vorgesehen. Der Außenring 3 steht und ist mit dem Schiffsrumpf verbunden. Der Innenring 4 ist mit dem Antriebspod verbunden und dreht. Der Außenring 3 ist als zweiteiliger Ring ausgeführt und umfasst einen Basisring 3a der die Laufflächen 3b, 3c für die Zylinderrollen 2a, 2c bildet. Weiterhin umfasst der Außenring 3 einen Deckelring 3d der als solcher eine Lauffläche 3e für die Zylinderrollen 2b bildet.
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In Verbindung mit den vorangehend beschriebenen 1 und 2 wird der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Propellergondel-Schwenkein-richtung veranschaulicht. Die erfindungsgemäße Schwenkeinrichtung fungiert als Azimutantrieb mit einem feststehenden, d.h. mit dem Schiffsrumpf oder einer mit dem Schiffsrumpf verbunden Struktur, verbundenem Außenring 3 und drehendem, mittels mehrerer segmentförmiger Linearmotoren 5a, angetriebenen und mit der Antriebsgondel 1 verbundenem Innenring 4. Bei beiden dargestellten Ausführungsformen sind am Innendurchmesser des Innenringes 4 über den Umfang verteilt Magnete befestigt die in Verbindung mit den Linermotoren 5a eine Querkraftgenerierung ermöglichen. Die Linearmotoren sind an einer Deckplatte 6 befestigt. Die Deckplatte 6 wiederum ist mit dem Außenring 3 verbunden.
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Die Unterschiede zwischen den Ausführungsformen nach den 1 und 2 bestehen im wesentlichen darin, dass in 1 ist eine Variante dargestellt ist, bei welcher eine Drehlagerung in Form eines Kugellagers realisiert ist, wogegen in 2 eine Variante veranschaulicht ist, bei welcher die Lagerung als Zylinderrollenlager ausgeführt ist.
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Für eine alternative Ausführung mit drehendem Außenring 3, werden die Magnete am Außenring 3 befestigt und die Linearmotorsegmente 5a sind dann um den Außenring 3 herum angeordnet. Die Deckplatte 6 ist dann mit dem Innenring 4 verbunden.
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Die Aktivierung der Linearmotorsegmente 5a erfolgt über eine elektronisch angesteuerte Leistungselektronik. Diese ist vorzugsweise so aufgebaut, dass über diese die Induktivität der einzelnen Spulen der Linearmotorsegmente erfasst werden kann und hierauf basierend die momentane Drehposition der Lagerringe 3, 4 zueinander bestimmt werden kann.
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In 3 ist eine dritte Variante einer erfindungsgemäßen Schwenkeinrichtung für eine Propellergondel dargestellt. Diese Schwenkeinrichtung umfasst wiederum eine Lagereinrichtung 2 die eine an einem Schiffsrumpf VB montierte stationäre Ringstruktur 3 und eine gegenüber dieser schwenkbare, gondelseitig montierte Ringstruktur 4 aufweist. Auch diese Schwenkeinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass diese eine Antriebseinrichtung 5 umfasst zum Schwenken der gondelseitig montierten Ringstruktur 4 gegenüber der rumpfseitigen Ringstruktur 3, wobei die Antriebseinrichtung 5 derart ausgebildet ist, dass zum Schwenken der gondelseitigen Ringstruktur 4 in diese auf magnetischem Wege eine Querkrafteinleitung erfolgt.
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Die Antriebseinrichtung 5 umfasst mehrere in Umfangsrichtung der Ringstruktur 4 abfolgende Linearmotorsegmente 5a. Die Linearmotorsegmente 5a sind wiederum über eine Ringplatte 6 mit der rumpfseitigen Ringstruktur 3 gekoppelt. Die gondelseitige Ringstruktur 4 ist mit mehreren in Umfangsrichtung abfolgenden Permanent-Magnetelementen 4a bestückt.
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Die Lagereinrichtung 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Kreuzrollenlager ausgebildet. Dieses Kreuzrollenlager ist vorzugsweise leicht vorgespannt, so dass die gondelseitige Ringstruktur 4 über den Kreuzrollensatz im wesentlichen spielfrei an der rumpfseitigen Ringstruktur 3 drehbar abgestützt ist. An der gondelseitigen Ringstruktur 4 ist eine Kreuzrollenlaufnut 40b ausgebildet die in an sich bekannter Weise zwei zueinander angestellte Laufflächen 40c, 40d bildet. Über diese Kreuzrollenlaufnut 40b stützt sich die gondelseitige Ringstruktur auf dem Kreuzrollensatz 20 ab. Der Kreuzrollensatz 20 wiederum läuft in einer äußeren Kreuzrollenlaufnut 30a. Auch diese Lagereinrichtung 2 ist vorzugsweise als fettgeschmierte Lagereinrichtung ausgeführt ist, und mittels einer hier nicht näher dargestellten Dichtungseinrichtung abgedichtet.
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Bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist jeweils die mit dem Magnetfeld der Linearmotorsegmente beaufschlagte Gegenkomponente entweder integral mit dem Laufring 3 oder durch an diesen angesetzte Magnete gebildet. Es ist möglich, diese mit den entlang einer Kreisbahn abfolgend angeordneten Linearmotorsegmenten zusammenwirkende Gegenkomponente auch als separate Ringstruktur zu bilden die direkt, oder unter Zwischenlage anderer Komponenten an die entsprechende Ringstruktur angebunden und durch diese geführt ist. Je nach Anforderung an das aufzubringende Drehmoment kann insbesondere die axiale Bauhöhe der Linearmotorsegmente vergrößert werden. Die Linearmotorsegmente können auch einen L- oder U-förmigen Querschnitt aufweisen und damit eine vergrößerte Feldaustrittsfläche bilden.
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Die Linearmotorsegmente werden vorzugsweise mit der stationären Struktur des Schiffes gekoppelt, so dass keine Spannungsübertragung über flexible Leitungen oder Schleifringsysteme in das bewegte System erforderlich ist. Grundsätzlich, und zwar insbesondere bei Anwendungen die keine deutlich über 360° hinausgehenden Schwenkbewegungen erfordern ist es möglich die Linearmotorsegmente an das bewegliche System anzubinden und die vom entsprechenden Magnetfeld erfasste Gegenkomponente rumpfseitig festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Propellergondel
- 2
- Lagereinrichtung
- 2a
- Zylinderrollen
- 2b
- Zylinderrollen
- 2c
- Zylinderrollen
- 3
- stationäre Ringstruktur
- 3a
- Basisring
- 3b
- Lauffläche
- 3c
- Lauffläche
- 3d
- Deckelring
- 3e
- Lauffläche
- 4
- gondelseitig montierten Ringstruktur
- 4b
- Ringsteg
- 5
- Antriebseinrichtung
- 5a
- Linearmotorsegmente
- 6
- Ringplatte
- 30a
- Kreuzrollenlaufnut
- 40b
- Kreuzrollenlaufnut
- 40c
- angestellte Lauffläche
- 40d
- angestellte Lauffläche
- VB
- Schiffsrumpf
- W
- Wälzkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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