DE102019205335A1

DE102019205335A1 - Antriebsanordnung für einen Strahlruderantrieb und Strahlruderantrieb

Info

Publication number: DE102019205335A1
Application number: DE102019205335.1A
Authority: DE
Inventors: Bernd Ziegler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2020-10-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für einen Strahlruderantrieb (100). Die Antriebsanordnung (50) umfasst eine Antriebswelle (3), ein oberes Umlenkgetriebe (4), eine Verbindungswelle (6), ein unteres Umlenkgetriebe (8) und eine durch das untere Umlenkgetriebe (8) antreibbare Propellerwelle (9). Die Verbindungswelle (6) ist mittels einer ersten Wellen-Nabe-Verbindung (10) mit dem oberen Umlenkgetriebe (4) und mittels einer zweiten Wellen-Nabe-Verbindung (20) mit dem unteren Umlenkgetriebes (8) verbunden. Die erste Wellen-Nabe-Verbindung (10) umfasst eine erste Nabe (11) mit einer ersten Innenverzahnung (12), die mit einer ersten Außenverzahnung (13) der Verbindungswelle (6) und mit einer Außenverzahnung (14) einer Ausgangswelle (5) des oberen Umlenkgetriebes (4) formschlüssig verbunden ist. Es ist vorgesehen, dass zumindest eine der beiden Außenverzahnungen (13, 14) eine Breitenballigkeit aufweist, wobei ein Kopfkreisdurchmesser der zumindest einen Außenverzahnung (13, 14) mit der Breitenballigkeit über die gesamte Zahnbreite gleich groß ist.Ferner wird ein entsprechender Strahlruderantrieb (100) vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft Antriebsanordnungen für einen Strahlruderantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 oder 2. Ferner betrifft die Erfindung einen Strahlruderantrieb mit einer derartigen Antriebsanordnung. Strahlruderantriebe werden zum Antreiben und Manövrieren von Booten und Schiffen verwendet, beispielsweise als Bugstrahlruder. Strahlruderantriebe sind auch unter der englischen Bezeichnung Thruster bekannt.
Aus der EP 2468624 A1 ist ein Strahlruderantrieb bekannt, bei dem die Antriebsleistung eines Hauptmotors von einer horizontal angeordneten Antriebswelle über ein oberes Kegelradgetriebe auf eine vertikal angeordnete Verbindungswelle und über ein unteres Kegelradgetriebe auf eine horizontal angeordnete Propellerwelle mit einem Propeller übertragen wird. Das obere Kegelradgetriebe ist dabei mit einer oberen Getriebeeinheit im Schiffsrumpf befestigt, während das untere Kegelradgetriebe und die Propellerwelle zu einer unteren Getriebeeinheit gehören. Die untere Getriebeeinheit ist unterhalb des Schiffsrumpfs verdrehbar angeordnet. Die vertikale Verbindungswelle verbindet die obere Getriebeeinheit mit der unteren Getriebeeinheit. Die untere Getriebeeinheit mit der Propellerwelle ist verdrehbar um eine Vertikalachse angeordnet, um so eine Schubrichtung bzw. Antriebsrichtung des Strahlruderantriebs einstellen zu können.
In der WO 2019/038132 A1 ist eine Antriebsanordnung für einen Strahlruderantrieb beschrieben, bei der eine vertikal angeordnete Verbindungswelle mittels zweier Wellen-Nabe-Verbindungen mit den jeweiligen Anschlusswellen verbunden ist. Eine Außenverzahnung der Verbindungswelle weist dabei eine Breitenballigkeit auf, um so Belastungen durch Ausrichtungsfehler zu reduzieren.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine solche Antriebsanordnung für einen Strahlruderantrieb und einen entsprechenden Strahlruderantrieb weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Antriebsanordnungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2 sowie durch einen Strahlruderantrieb gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausführungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Demnach wird eine Antriebsanordnung für einen Strahlruderantrieb vorgeschlagen, wobei die Antriebsanordnung eine Antriebswelle, ein oberes Umlenkgetriebe, eine Verbindungswelle, ein unteres Umlenkgetriebe und eine durch das untere Umlenkgetriebe antreibbare Propellerwelle umfasst.
Die Verbindungswelle verbindet das obere Umlenkgetriebe mit dem unteren Umlenkgetriebe, sodass die Propellerwelle von der mit einem Antriebsmotor verbundenen Antriebswelle über das obere und das untere Umlenkgetriebe antreibbar ist. Die Verbindungswelle ist dabei zumindest annähernd vertikal ausgerichtet und rotiert im Betrieb um eine Vertikalachse, während die Antriebswelle und die Propellerwelle horizontal ausgerichtet sind, das heißt sie sind rotierbar um eine Horizontalachse angeordnet.
Die Verbindungswelle ist mittels einer ersten Wellen-Nabe-Verbindung mit dem oberen Umlenkgetriebe und mittels einer zweiten Wellen-Nabe-Verbindung mit dem unteren Umlenkgetriebes verbunden. Die erste Wellen-Nabe-Verbindung umfasst eine erste Nabe mit einer ersten Innenverzahnung. Die erste Innenverzahnung ist mit einer ersten Außenverzahnung der Verbindungswelle und mit einer Außenverzahnung einer Ausgangswelle des oberen Umlenkgetriebes formschlüssig verbunden. Die Ausgangswelle des oberen Umlenkgetriebes ist wie auch die Verbindungswelle rotierbar um eine Vertikalachse angeordnet, sodass die Ausgangswelle mittels der ersten Nabe einfach mit dem oberen Ende der vertikal ausgerichteten Verbindungswelle verbunden werden kann. Das Drehmoment wird formschlüssig, über die ineinandergesteckten axialen Innen- und Außenverzahnungen übertragen. Als Verzahnungsart eignet sich beispielsweise eine normale Evolventenverzahnung.
Zumindest eine der beiden genannten Außenverzahnungen weist dabei eine Breitenballigkeit auf. Das heißt, dass entweder die erste Außenverzahnung der Verbindungswelle oder die Außenverzahnung der Ausgangswelle des oberen Umlenkgetriebes eine Breitenballigkeit aufweist, oder dass beide genannten Außenverzahnungen eine Breitenballigkeit aufweisen. Ferner ist vorgesehen, dass ein Kopfkreisdurchmesser, der zumindest einen Außenverzahnung mit der Breitenballigkeit über die gesamte Zahnbreite gleich groß ist. Der Verlauf des Kopfkreisdurchmessers beschreibt über die Zahnbreite also eine zylindrische Form. Trotz des über die gesamte Zahnbreite gleich großen Kopfkreisdurchmessers ist ein im Folgenden beschriebener Ausgleich von Ausrichtungsfehlern möglich. Vorteilhaft ist jedoch die Tragfähigkeit gegenüber einer herkömmlichen Verzahnung mit Breitenballigkeit erhöht, bei der der Kopfkreisdurchmesser im Verlauf der Zahnbreite von der Mitte zu den Seiten hin kleiner wird.
Unter Breitenballigkeit wird eine Zahnformkorrektur in Richtung der Zahnbreite verstanden. Dabei reduziert sich die Zahndicke von der Mitte des Zahns zu den Seiten hin nach einem konvexen Profil. In Bezug auf die genannten Wellen und deren Rotationsachsen verändert sich die Zahndicke also in axialer Richtung. Die Breitenballigkeit sorgt dafür, dass Ausrichtungsfehler zwischen den Bauteilen der Antriebsanordnung ausgeglichen werden können. Die Ausrichtungsfehler können in Form von Winkelabweichungen und in Form von Koaxialitätsabweichungen an den Wellen-Nabe-Verbindungen auftreten. Diese Ausrichtungsfehler werden auch Winkelversatz oder Radialversatz genannt. Häufig treten auch beide Ausrichtungsfehler gleichzeitig auf. Derartige Ausrichtungsfehler können bereits bei der Produktion und Montage der Bauteile im Zusammenhang mit Bauteiltoleranzen entstehen. Ferner entstehen Ausrichtungsfehler auch während des Betriebs eines Strahlruderantriebs durch eine Verlagerung der Bauteile der Antriebsanordnung unter Last. Die Ausrichtungsfehler können hohe Kräften, Belastungen und Flankenpressungen im Bereich der ersten und der zweiten Wellen-Nabe-Verbindung bewirken, sodass Flankenschäden an den Verzahnungen und sogar ein Bruch der jeweiligen Nabe drohen.
Die Belastung in den Verzahnungen bleibt dank der Breitenballigkeit trotz der Ausrichtungsfehler etwa in der Mitte des jeweiligen Zahns. Dadurch werden seitliche Zahnbelastungen reduziert. Die Breitenballigkeit erlaubt daher größere Ausrichtungsfehler unter Beibehaltung einer zentralen Zahnbelastung. Ausfälle durch Beschädigung können dadurch vermieden und die Lebensdauer der Antriebsanordnung kann dadurch verlängert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Endrücknahme als Breitenballigkeit verstanden. Eine Endrücknahme ist eine Korrektur der Zahndicke nur über einen Teil der Zahnbreite auf beiden Seiten des Zahns. Auch hier verringert sich die Zahndicke in dem korrigierten Teil des Zahns zur jeweiligen Seite des Zahns hin. Die Endrücknahme hat eine ähnliche Wirkung wie die Breitenballigkeit. Das heißt auch damit wird die seitliche Zahnbelastung reduziert, wodurch Ausfälle vermieden und die Lebensdauer erhöht werden kann.
Die Lageangaben „oben“ bzw. „oberes“ und „unten“ bzw. „unteres“ beziehen sich auf eine Antriebsanordnung, die bestimmungsgemäß in ein Schiff eingebaut ist, und wobei das Schiff in ruhigem Wasser liegt. Ebenso beziehen sich die Richtungsangaben horizontal und vertikal auf ein in ruhigem Wasser liegendes Schiff und eine darin bestimmungsgemäß eingebaute Antriebsanordnung. Die Bezeichnungen vertikal und horizontal sind als grobe Richtungsangaben zu verstehen. Das bedeutet, dass auch Anordnungen mit entsprechend horizontal oder vertikal angeordneten Bauteilen darunter zu verstehen sind, wenn die Bauteile um einige Winkelgrade (bis zu 10 Grad) von einer exakt horizontalen oder vertikalen Ausrichtung abweichen.
Ferner wird eine weitere Ausführungsform einer Antriebsanordnung für einen Strahlruderantrieb vorgeschlagen, die dieselbe erfinderische Idee beinhaltet. Der Unterschied zur ersten beschriebenen Ausführungsform ist die Anordnung eines vertikal ausgerichteten Antriebsmotors und einer vertikal angeordneten Antriebswelle, wodurch auf das obere Umlenkgetriebe verzichtet werden kann. Die Antriebsanordnung gemäß der weiteren Ausführungsform umfasst demnach einen vertikal angeordneten Antriebsmotor, eine vertikal angeordnete Antriebswelle, eine Verbindungswelle, ein unteres Umlenkgetriebe und eine durch das untere Umlenkgetriebe antreibbare Propellerwelle. Die Verbindungswelle verbindet die vertikal angeordnete Antriebswelle mit dem unteren Umlenkgetriebe. Die Verbindungswelle ist mittels einer ersten Wellen-Nabe-Verbindung mit der vertikal angeordneten Antriebswelle und mittels einer zweiten Wellen-Nabe-Verbindung mit dem unteren Umlenkgetriebe verbunden. Dabei umfasst die erste Wellen-Nabe-Verbindung eine erste Nabe mit einer ersten Innenverzahnung, wobei die erste Innenverzahnung mit einer ersten Außenverzahnung der Verbindungswelle und mit einer Außenverzahnung der vertikal angeordneten Antriebswelle formschlüssig verbunden ist. Zumindest eine der beiden Außenverzahnungen weist dabei eine Breitenballigkeit auf. Auch hier ist vorgesehen, dass ein Kopfkreisdurchmesser, der zumindest einen Außenverzahnung mit der Breitenballigkeit über die gesamte Zahnbreite gleich groß ist.
Die vorteilhaften Wirkungen der Breitenballigkeit sind bei der weiteren Ausführungsform gleich, wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform. Vorzugsweise ist der vertikal angeordnete Antriebsmotor als Elektromotor ausgebildet, wobei eine Motorwelle des vertikal angeordneten Antriebsmotors die vertikal angeordnete Antriebswelle bildet. Das bedeutet, dass die Motorwelle des elektrischen Antriebsmotors mittels der ersten Wellen-Nabe-Verbindung unmittelbar mit der Verbindungswelle verbunden ist. Es sind also noch weniger Bauteile erforderlich als bei der eingangs erwähnten Ausführungsform. Dadurch wird ebenfalls die Aufgabe gelöst eine einfach aufgebaute und kompakte Antriebsanordnung mit hoher Lebensdauer zu schaffen.
Der vertikal angeordnete Antriebsmotor kann in dem Schiffsrumpf befestigt werden, während das untere Umlenkgetriebe in einem unteren Getriebegehäuse angeordnet ist, welches zusammen mit der Propellerwelle um eine Vertikalachse verdrehbar ist. Durch das Verdrehen des unteren Getriebegehäuses mit der Propellerwelle verdreht sich die Schubrichtung des Propellers, wodurch die Fahrtrichtung des Schiffs verändert werden kann.
Bevorzugt umfasst bei beiden oben beschriebenen Ausführungsformen auch die zweite Wellen-Nabe-Verbindung eine zweite Nabe mit einer zweiten Innenverzahnung, wobei die zweite Innenverzahnung mit einer zweiten Außenverzahnung der Verbindungswelle und mit einer Außenverzahnung einer Eingangswelle des unteren Umlenkgetriebes formschlüssig verbunden ist. Die Eingangswelle des unteren Umlenkgetriebes ist ebenfalls in vertikaler Richtung ausgerichtet, sodass sie mittels der zweiten Nabe einfach mit dem unteren Ende der ebenfalls vertikal ausgerichteten Verbindungswelle verbunden werden kann.
Vorzugsweise weist auch an der zweiten Wellen-Nabe-Verbindung zumindest eine der beiden Außenverzahnungen eine Breitenballigkeit auf, bei der der Kopfkreisdurchmesser über die gesamte Zahnbreite gleich groß bleibt. Durch jeweils zumindest eine Außenverzahnung mit Breitenballigkeit an der ersten und an der zweiten Wellen-Nabe-Verbindung können insbesondere Koaxialitätsabweichungen zwischen der Ausgangswelle des oberen Umlenkgetriebes und der Eingangswelle des unteren Umlenkgetriebes ausgeglichen werden. Eine Koaxialitätsabweichung liegt dann vor, wenn die Ausgangswelle des oberen Umlenkgetriebes und die Eingangswelle des unteren Umlenkgetriebes nicht mehr koaxial zueinander angeordnet sind. Die koaxiale Anordnung der beiden genannten Wellen zueinander ist die angestrebte Grundanordnung. Diese koaxiale Anordnung wird jedoch beispielsweise durch Kräfte, die während der Fahrt des Schiffs vom Wasser auf das Unterwassergehäuse des unteren Umlenkgetriebes wirken, verschoben. Die beiden breitenballigen Verzahnungen wirken bei dem Ausgleich der radialen Abweichungen zusammen mit der Verbindungswelle in der Art einer kardanischen Kupplung. Allerdings ist der Aufwand mithilfe der vorliegenden Erfindung deutlich geringer als es durch eine herkömmliche kardanische Kupplung mit einer Mehrzahl an Bauteilen der Fall ist.
Es kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass nur die beiden Außenverzahnungen der Verbindungswelle die Breitenballigkeit aufweisen. Diese Ausführungsform erfordert die aufwändigere Fertigung der breitenballigen Verzahnungen nur an einem Bauteil, nämlich der Verbindungswelle. Trotzdem ist der beschriebene Ausgleich von Abweichungen am oberen und am unteren Ende der Verbindungswelle, also an der ersten und an der zweiten Wellen-Nabe-Verbindung gegeben.
Alternativ dazu kann die Breitenballigkeit auch nur an den Außenverzahnungen der Ausgangswelle des oberen Umlenkgetriebes und der Eingangswelle des unteren Umlenkgetriebes vorgesehen sein. So kann die Verbindungswelle mit der einfacher herzustellenden Standardverzahnung gefertigt werden.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass jeweils beide Außenverzahnungen an der ersten Wellen-Nabe-Verbindung und an der zweiten Wellen-Nabe-Verbindung eine Breitenballigkeit aufweisen. Auf diese Weise können die größten Ausrichtungsfehler bzw. Abweichungen ausgeglichen werden. Trotzdem kann der Kopfkreisdurchmesser der beiden Außenverzahnungen mit der Breitenballigkeit über die gesamte Zahnbreite gleich groß bleiben, wodurch die Übertragbarkeit einer hohen Leistung gewährleistet bleibt.
Die erste Nabe und/oder die zweite Nabe können jeweils als einstückiger, im Wesentlichen rohrförmiger Körper ausgebildet sein. Einstückig bedeutet, dass die jeweilige Nabe aus nur einem Stück gefertigt ist. Die vorgeschlagenen Wellen-Nabe-Verbindungen erfordern also jeweils lediglich ein kraftübertragendes zusätzliches Bauteil, nämlich die Nabe.
Die Außenverzahnungen sind direkt auf den Wellenenden der Ausgangswelle, der Verbindungswelle und der Eingangswelle angeordnet. Anstatt wie bei herkömmlichen Bogenzahnkupplungen außenverzahnte Naben auf den zu verbindenden Wellenenden anzuordnen sind die Außenverzahnungen hier jeweils unmittelbar auf den Wellenenden angeordnet, sodass keine separaten außenverzahnten Naben vorgesehen werden müssen. Die vorgeschlagene Antriebsanordnung kann aufgrund der klein bauenden Wellen-Nabe-Verbindungen besonders kompakt ausgeführt sein und trotzdem hohe Drehmomente übertragen. Sie eignet sich aufgrund der geringen Masse auch für hohe Drehzahlen. Gegenüber herkömmlichen Antriebsanordnungen mit herkömmlichen Welle-Nabe-Verbindungen weist die vorliegende Antriebsanordnung zudem einen geringeren Verschleiß und eine höhere Tragfähigkeit auf.
Das obere Umlenkgetriebe kann als Kegelradgetriebe ausgeführt sein. Das obere Umlenkgetriebe weist dabei ein oberes treibendes Kegelrad und ein oberes getriebenes Kegelrad auf, die miteinander im Eingriff sind. Das obere treibende Kegelrad ist dabei rotierbar um eine Horizontalachse angeordnet. Das obere treibende Kegelrad kann entweder unmittelbar oder über eine schaltbare Kupplung mit der Antriebswelle verbunden sein. Das obere getriebene Kegelrad und die Ausgangswelle des oberen Umlenkgetriebes sind rotierbar um die Vertikalachse angeordnet. Vorteilhaft kann die Ausgangswelle des oberen Umlenkgetriebes einstückig mit dem oberen getriebenen Kegelrad ausgeführt sein. Diese Ausführung ermöglicht eine stabile und kompakte Bauweise mit wenigen Einzelteilen.
Auch das untere Umlenkgetriebe kann als Kegelradgetriebe ausgeführt sein. Dazu weist das untere Umlenkgetriebe ein unteres treibendes Kegelrad und ein unteres getriebenes Kegelrad auf, die miteinander im Eingriff sind. Die Eingangswelle des unteren Umlenkgetriebes und das untere treibende Kegelrad sind rotierbar um die Vertikalachse angeordnet, während das untere getriebene Kegelrad rotierbar um eine Horizontalachse angeordnet ist. Vorteilhaft kann die Eingangswelle des unteren Umlenkgetriebes einstückig mit dem unteren treibenden Kegelrad ausgeführt sein, um auch hier eine stabile und kompakte Bauweise zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung umfasst schließlich auch einen Strahlruderantrieb mit einer Antriebsanordnung nach einer der oben beschriebenen Ausführungen. Dabei ist das untere Umlenkgetriebe in einem unteren Getriebegehäuse angeordnet, welches zusammen mit der Propellerwelle um eine Vertikalachse verdrehbar ist. Durch das Verdrehen des unteren Getriebegehäuses mit der Propellerwelle verdreht sich die Schubrichtung des Propellers, wodurch die Fahrtrichtung des Schiffs verändert werden kann.
Zu diesem Zweck kann das untere Getriebegehäuse an einem Steuerrohr befestigt sein, welches mittels eines Steuerantriebs um die Vertikalachse verdrehbar ist. Vorteilhaft sind die erste und die zweite Wellen-Nabe-Verbindung in dem genannten Steuerrohr angeordnet, wodurch sich ein besonders kompakter Aufbau des Strahlruderantriebs ergibt.
Bei der ersten Ausführungsform der Antriebsanordnung kann das obere Umlenkgetriebe in einem oberen Getriebegehäuse angeordnet sein, welches in einem Schiffsrumpf befestigbar ist. Das obere Getriebegehäuse kann beispielsweise starr oder über elastische Elemente zur Schwingungsdämpfung mit dem Schiffsrumpf oder mit tragenden Bauteilen des Schiffs bzw. des Schiffsrumpfs verbunden werden.
Im Folgenden wird die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Merkmalen anhand von in den nachfolgenden Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Dabei zeigen die

1 einen Strahlruderantrieb mit einer ersten Ausführungsform einer Antriebsanordnung in einer schematischen Darstellung;
2 eine vereinfacht dargestellte erste Ausführungsform der Antriebsanordnung für einen Strahlruderantriebs mit der Darstellung eines Ausrichtungsfehlers in Form einer Winkelabweichung;
3 die vereinfacht dargestellte Antriebsanordnung aus 2 mit der Darstellung eines Ausrichtungsfehlers in Form einer Koaxialitätsabweichung;
4 eine erfindungsgemäße erste Ausführungsform der Antriebsanordnung in einer schematischen Darstellung;
5 eine erfindungsgemäße zweite Ausführungsform einer Antriebsanordnung in einer schematischen Darstellung und
6 eine Darstellung eines Zahns der Außenverzahnung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung in drei Ansichten.

Der in 1 dargestellte Strahlruderantrieb 100 umfasst einen Antriebsmotor 1, der über eine Gelenkwelle 2 eine Antriebswelle 3 antreibt. Anstatt der Gelenkwelle 2 kann in anderen Ausführungen die Motorwelle des Antriebsmotors 1 auch unmittelbar, über eine starre Welle oder über eine schaltbare Kupplung mit der Antriebswelle 3 verbunden werden.
Die Antriebswelle 3 ist Teil eines oberen Umlenkgetriebes 4, das in einem Schiffsrumpf 32 befestigt ist. Eine Verbindungswelle 6 verbindet das obere Umlenkgetriebe 4 mit einem unteren Umlenkgetriebe 8, welches unterhalb des Schiffsrumpfes 32 angeordnet und gegenüber dem Schiffsrumpf 32 verdrehbar ist. Über das untere Umlenkgetriebe 8 ist eine Propellerwelle 9 mit den darauf befestigten Propeller 33 antreibbar, wodurch das zugeordnete Schiff im Wasser angetrieben werden kann. Durch Verdrehen des unteren Umlenkgetriebes 8 mit der Propellerwelle 9 kann die Schubrichtung des Propellers 33 und damit die Fahrtrichtung des Schiffs geändert werden.
Das obere Umlenkgetriebe 4 ist in einem oberen Getriebegehäuse 17 angeordnet. Das obere Getriebegehäuse 17 ist in dem Schiffsrumpf 32 befestigt. Das obere Umlenkgetriebe 4 ist als Kegelradgetriebe ausgebildet. Es umfasst ein oberes treibendes Kegelrad 15 und ein oberes getriebenes Kegelrad 16, die miteinander im Eingriff sind. Das obere treibende Kegelrad 15 ist rotierbar um eine Horizontalachse angeordnet und verdrehfest mit der Antriebswelle 3 verbunden. Das obere treibende Kegelrad 15 und die Antriebswelle 3 können auch aus einem Stück gefertigt sein. Das obere getriebene Kegelrad 16 ist rotierbar um die Vertikalachse 30 angeordnet und verdrehfest mit einer Ausgangswelle 5 des oberen Umlenkgetriebes 4 verbunden. Die Ausgangswelle 5 des oberen Umlenkgetriebes 4 ist über eine erste Wellen-Nabe-Verbindung 10 mit dem oberen Ende der Verbindungswelle 6 verbunden.
Das untere Ende der Verbindungswelle 6 ist mittels einer zweiten Wellen-Nabe-Verbindung 20 mit einer Eingangswelle 7 des unteren Umlenkgetriebes 8 verbunden. Auch das untere Umlenkgetriebe 8 ist als Kegelradgetriebe ausgebildet. Es umfasst ein unteres treibendes Kegelrad 25 und ein unteres getriebenes Kegelrad 26, die miteinander im Eingriff sind. Das untere treibende Kegelrad 25 ist in der angestrebten Grundanordnung rotierbar um die Vertikalachse 30 angeordnet und verdrehfest mit der Eingangswelle 7 des unteren Umlenkgetriebes 8 verbunden. Das untere treibende Kegelrad 25 und die Eingangswelle 7 können auch aus einem Stück gefertigt sein. Das untere getriebene Kegelrad 26 ist zusammen mit der Propellerwelle 9 rotierbar um die horizontal ausgerichtete Propellerrotationsachse 35 angeordnet.
Die 2 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung einer Antriebsanordnung 50 für einen Strahlruderantrieb in einem Schiff. In dieser Darstellung wird ein Ausrichtungsfehler in Form einer Winkelabweichung X gezeigt, der mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ausgeglichen werden kann. Die Winkelabweichung X entsteht durch eine Verdrehung des unteren Umlenkgetriebes 8 um eine Horizontalachse, welche die Propellerrotationsachse 35 rechtwinklig schneidet. Mit dem unteren Umlenkgetriebe 8 wird zwangsläufig eine untere Rotationsachse 34 verdreht, um die die Eingangswelle 7 des unteren Umlenkgetriebes 8 rotiert. Dadurch entsteht die Winkelabweichung X der unteren Rotationsachse 34 gegenüber der Vertikalachse 30. Die Vertikalachse 30 bildet auch die Rotationsachse der Ausgangswelle 5 des im Schiffsrumpf 32 befestigten oberen Umlenkgetriebes 4. Die Winkelabweichung X kann mehrere Winkelgrade betragen und wird beispielsweise durch Bauteiltoleranzen und/oder Verlagerung unter Last verursacht.
Die 3 zeigt ebenfalls die stark vereinfachte Darstellung der Antriebsanordnung 50 für einen Strahlruderantrieb in einem Schiff. In dieser Darstellung wird ein Ausrichtungsfehler in Form einer Koaxialitätsabweichung Y gezeigt, der auch mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ausgeglichen werden kann. Die Koaxialitätsabweichung Y entsteht durch eine Verschiebung des unteren Umlenkgetriebes 8 in Richtung der Propellerrotationsachse 35. Mit dem unteren Umlenkgetriebe 8 wird zwangsläufig die untere Rotationsachse 34 verschoben und es entsteht die Koaxialitätsabweichung Y zwischen der unteren Rotationsachse 34 und der Vertikalachse 30. Mit anderen Worten ist die Eingangswelle 7 des unteren Umlenkgetriebes 8 gegenüber der Ausgangswelle 5 des im Schiffsrumpf 32 befestigten oberen Umlenkgetriebes 4 verschoben. Durch die mit einer Breitenballigkeit ausgeführten Außenverzahnungen 13, 14, 23, 24 an der ersten und/oder der zweiten Wellen-Nabe-Verbindung 10 bzw. 20 kann auch eine solche Koaxialabweichung Y ausgeglichen werden. Die Koaxialitätsabweichung Y kann mehrere Millimeter betragen und kann ebenfalls durch Bauteiltoleranzen und/oder Verlagerung unter Last verursacht werden.
Im Fahrbetrieb des Ruderstrahlantriebs 100 treten die beiden Ausrichtungsfehler auch gemeinsam auf, sodass gleichzeitig eine Winkelabweichung X und eine Koaxialitätsabweichung Y vorliegt. Auch diese kombinierten Ausrichtungsfehler können mit Hilfe der vorliegenden Erfindung bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen werden.
Dadurch können Spannungen in den Bauteilen minimiert und die Lebensdauer der Antriebsanordnung erhöht werden.
Schließlich zeigt die 4 eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung 50 mit dem oberen Umlenkgetriebe 4, dem unteren Umlenkgetriebe 8 und mit der die beiden Umlenkgetriebe 4 und 8 verbindenden Verbindungswelle 6. Von dem unteren Umlenkgetriebe 8 wird die Propellerwelle 9 angetrieben, die im Betrieb mit dem Propeller 33 um die Propellerrotationsachse 35 rotiert. Das obere und das untere Umlenkgetriebe 4 und 8 sind beide als Kegelradgetriebe ausgebildet. Sie umfassen jeweils ein treibendes Kegelrad 15 bzw. 25 und ein getriebenes Kegelrad 16 bzw. 26, die jeweils miteinander im Eingriff sind.
Die Verbindungswelle 6 ist mittels der ersten Wellen-Nabe-Verbindung 10 mit dem oberen Umlenkgetriebe 4 und mittels der zweiten Wellen-Nabe-Verbindung 20 mit dem unteren Umlenkgetriebe 8 verbunden. Die Verbindungswelle 6 weist dazu an ihrem oberen Ende eine erste Außenverzahnung 13 und an ihrem unteren Ende eine zweite Außenverzahnung 23 auf. Die erste Wellen-Nabe-Verbindung 10 umfasst eine erste Nabe 11 mit einer ersten Innenverzahnung 12. Die erste Innenverzahnung 12 ist mit der ersten Außenverzahnung 13 der Verbindungswelle 6 und mit einer Außenverzahnung 14 einer Ausgangswelle 5 des oberen Umlenkgetriebes 4 formschlüssig verbunden. Im vorliegenden Beispiel weisen beiden Außenverzahnungen 13 und 14 eine Breitenballigkeit auf.
Die zweite Wellen-Nabe-Verbindung 20 umfasst eine zweite Nabe 21 mit einer zweiten Innenverzahnung 22. Die zweite Innenverzahnung 22 ist mit der zweiten Außenverzahnung 23 der Verbindungswelle 6 und mit einer Außenverzahnung 24 einer Eingangswelle 7 des unteren Umlenkgetriebes 8 formschlüssig verbunden. Im vorliegenden Beispiel weisen beide Außenverzahnungen 23 und 24 eine Breitenballigkeit auf. Somit ist in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass jeweils beide Außenverzahnungen 13, 14, 23 und 24 an der ersten und an der zweiten Wellen-Nabe-Verbindung 10 und 20 eine Breitenballigkeit aufweisen, um möglichst große Ausrichtungsfehler ausgleichen zu können.
Die erste Nabe 11 und die zweite Nabe 21 sind beide jeweils als einstückiger, rohrförmiger Körper mit einer Innenverzahnung 12 bzw. 22 ausgebildet. Die beiden Naben 11 und 12 sind die einzigen Elemente, die zusätzlich zu den zu verbindenden Wellenenden die beiden Wellen-Nabe-Verbindungen 10 und 20 bilden. Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist daher der einfache und kompakte Aufbau der Antriebsanordnung. Dadurch ergeben sich bei der Konstruktion des Strahlruderantriebs vorteilhafte konstruktive Freiheiten.
Das untere Getriebegehäuse 27 ist an einem Steuerrohr 31 befestigt, welches um die Vertikalachse 30 verdrehbar ist, um dadurch die Fahrtrichtung des Schiffs verändern zu können. Zum Verdrehen des Steuerrohrs 31 ist eine hier nicht dargestellte Steuereinrichtung vorgesehen, die beispielsweise neben dem oberen Umlenkgetriebe 4 in dem Schiffrumpf 32 angeordnet sein kann.
Die kompakte Ausführung der ersten und der zweiten Wellen-Nabe-Verbindung 10 und 20 ermöglicht es, dass die beiden Wellen-Nabe-Verbindungen 10 und 20 in dem Steuerrohr 31 angeordnet werden können, wobei das Steuerrohr 31 einen verhältnismäßig geringen Durchmesser aufweisen kann. Dadurch wird ein besonders schlankes und stromlinienförmiges Design der Unterwasserelemente des Strahlruderantriebs ermöglicht, was die Fahreigenschaften des Schiffs im Wasser verbessert.
In der 5 ist als zweite Ausführungsform eine Antriebsanordnung 51 dargestellt. Diese unterscheidet sich von den oben beschriebenen Ausführungsformen 50 lediglich im oberen Bereich. Alle weiteren Bauteile sind gleich und daher hier nicht nochmals beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist kein oberes Umlenkgetriebe vorgesehen. Stattdessen sind in der Antriebsanordnung 51 ein vertikal angeordneter Antriebsmotor 41 und eine vertikal angeordnete Antriebswelle 40 vorgesehen, die über die Verbindungswelle 6 mit dem unteren Umlenkgetriebe 8 verbunden ist. Die vertikal angeordnete Antriebswelle 40 wird durch die Motorwelle, des als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotors 41 gebildet. Die Verbindungswelle 6 ist mittels der ersten Wellen-Nabe-Verbindung 10 mit der vertikal angeordneten Antriebswelle 40 und mittels der zweiten Wellen-Nabe-Verbindung 20 mit dem unteren Umlenkgetriebe 8 verbunden. Dabei umfasst die erste Wellen-Nabe-Verbindung 10 eine erste Nabe 11 mit einer ersten Innenverzahnung 12, wobei die erste Innenverzahnung 12 mit einer ersten Außenverzahnung 13 der Verbindungswelle 6 und mit einer Außenverzahnung 42 der vertikal angeordneten Antriebswelle 40 formschlüssig verbunden ist.
Die erste Außenverzahnung 13 der Verbindungswelle 6 weist dabei eine Breitenballigkeit auf, sodass auch hier Ausrichtungsfehler zwischen den Bauteilen der Antriebsanordnung ausgeglichen werden können wie bereits oben beschrieben.
In der 6 ist ein Zahn der ersten Außenverzahnung 13 in drei einander zugeordneten Ansichten dargestellt. Es ist erkennbar, dass der Kopfkreisdurchmesser d_a über die gesamte Zahnbreite b gleich groß ist, während ein Fußkreisdurchmesser d_f von der Mitte zu den Seiten hin abnimmt. Der Fußkreis d_f ist mit anderen Worten bombiert, was durch eine zum Fertigen der Breitenballigkeit erforderliche Werkzeugbahn bedingt ist.
In einer Draufsicht ist im Schnitt A - A die Breitenballigkeit der Außenverzahnung dargestellt. Die Zahntiefe nimmt dabei über die Zahnbreite b von der Mitte zu den Seiten hin ab.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsmotor
2: Gelenkwelle
3: Antriebswelle
4: oberes Umlenkgetriebe
5: Ausgangswelle
6: Verbindungswelle
7: Eingangswelle
8: unteres Umlenkgetriebe
9: Propellerwelle
10: erste Wellen-Nabe-Verbindung
11: erste Nabe
12: erste Innenverzahnung
13: erste Außenverzahnung
14: Außenverzahnung
15: oberes treibendes Kegelrad
16: oberes getriebenes Kegelrad
17: oberes Getriebegehäuse
20: zweite Wellen-Nabe-Verbindung
21: zweite Nabe
22: zweite Innenverzahnung
23: zweite Außenverzahnung
24: Außenverzahnung
25: unteres treibendes Kegelrad
26: unteres getriebenes Kegelrad
27: unteres Getriebegehäuse
30: Vertikalachse
31: Steuerrohr
32: Schiffsrumpf
33: Propeller
34: untere Rotationsachse
35: Propellerrotationsachse
40: vertikal angeordnete Antriebswelle
41: vertikal angeordneter Antriebsmotor
42: Außenverzahnung
50: Antriebsanordnung
51: Antriebsanordnung
100: Strahlruderantrieb
b: Zahnbreite
d_a: Kopfkreisdurchmesser
d_f: Fusskreisdurchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2468624 A1 [0002]
WO 2019/038132 A1 [0003]

Claims

Antriebsanordnung (50) für einen Strahlruderantrieb (100), wobei die Antriebsanordnung (50) eine mit einem Antriebsmotor (1) verbindbare Antriebswelle (3), ein oberes Umlenkgetriebe (4), eine Verbindungswelle (6), ein unteres Umlenkgetriebe (8) und eine durch das untere Umlenkgetriebe (8) antreibbare Propellerwelle (9) umfasst, und wobei die Verbindungswelle (6) das obere Umlenkgetriebe (4) mit dem unteren Umlenkgetriebe (8) verbindet, wobei die Verbindungswelle (6) mittels einer ersten Wellen-Nabe-Verbindung (10) mit dem oberen Umlenkgetriebe (4) verbunden ist, dass die Verbindungswelle (6) mittels einer zweiten Wellen-Nabe-Verbindung (20) mit dem unteren Umlenkgetriebe (8) verbunden ist, dass die erste Wellen-Nabe-Verbindung (10) eine erste Nabe (11) mit einer ersten Innenverzahnung (12) umfasst, wobei die erste Innenverzahnung (12) mit einer ersten Außenverzahnung (13) der Verbindungswelle (6) und mit einer Außenverzahnung (14) einer Ausgangswelle (5) des oberen Umlenkgetriebes (4) formschlüssig verbunden ist, und dass zumindest eine der beiden Außenverzahnungen (13, 14) eine Breitenballigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass. ein Kopfkreisdurchmesser der zumindest einen Außenverzahnung mit der Breitenballigkeit über die gesamte Zahnbreite gleich groß ist.
Antriebsanordnung (51) für einen Strahlruderantrieb (100), wobei die Antriebsanordnung (51) einen vertikal angeordneten Antriebsmotor (41), eine vertikal angeordnete Antriebswelle (40), eine Verbindungswelle (6), ein unteres Umlenkgetriebe (8) und eine durch das untere Umlenkgetriebe (8) antreibbare Propellerwelle (9) umfasst, und wobei die Verbindungswelle (6) die vertikal angeordnete Antriebswelle (36) mit dem unteren Umlenkgetriebe (8) verbindet, wobei die Verbindungswelle (6) mittels einer ersten Wellen-Nabe-Verbindung (10) mit der vertikal angeordneten Antriebswelle (40) verbunden ist, dass die Verbindungswelle (6) mittels einer zweiten Wellen-Nabe-Verbindung (20) mit dem unteren Umlenkgetriebe (8) verbunden ist, dass die erste Wellen-Nabe-Verbindung (10) eine erste Nabe (11) mit einer ersten Innenverzahnung (12) umfasst, wobei die erste Innenverzahnung (12) mit einer ersten Außenverzahnung (13) der Verbindungswelle (6) und mit einer Außenverzahnung (42) der vertikal angeordneten Antriebswelle (40) formschlüssig verbunden ist, und dass zumindest eine der beiden Außenverzahnungen (13, 42) eine Breitenballigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopfkreisdurchmesser der zumindest einen Außenverzahnung mit der Breitenballigkeit über die gesamte Zahnbreite gleich groß ist.
Antriebsanordnung (50, 51) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wellen-Nabe-Verbindung (20) eine zweite Nabe (21) mit einer zweiten Innenverzahnung (22) umfasst, wobei die zweite Innenverzahnung (22) mit einer zweiten Außenverzahnung (23) der Verbindungswelle (5) und mit einer Außenverzahnung (24) einer Eingangswelle (7) des unteren Umlenkgetriebes (8) formschlüssig verbunden ist, dass zumindest eine der beiden Außenverzahnungen (23, 24) eine Breitenballigkeit aufweist, und dass ein Kopfkreisdurchmesser der zumindest einen Außenverzahnung mit der Breitenballigkeit über die gesamte Zahnbreite gleich groß ist.
Antriebsanordnung (50, 51) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils beide Außenverzahnungen (13, 14, 23, 24, 42) an der ersten Wellen-Nabe-Verbindung (10) und an der zweiten Wellen-Nabe-Verbindung (20) eine Breitenballigkeit aufweisen.
Antriebsanordnung (50, 51) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Nabe (11) und/oder die zweite Nabe (21) jeweils als einstückiger, im Wesentlichen rohrförmiger Körper ausgebildet ist.
Antriebsanordnung (50) nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Umlenkgetriebe (4) ein oberes treibendes Kegelrad (15) und ein oberes getriebenes Kegelrad (16) aufweist, und dass die Ausgangswelle (5) des oberen Umlenkgetriebes (4) einstückig mit dem oberen getriebenen Kegelrad (16) ausgeführt ist.
Antriebsanordnung (50, 51) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Umlenkgetriebe (8) ein unteres treibendes Kegelrad (25) und ein unteres getriebenes Kegelrad (26) aufweist, und dass die Eingangswelle (7) des unteren Umlenkgetriebes (8) einstückig mit dem unteren treibenden Kegelrad (25) ausgeführt ist.
Strahlruderantrieb (100) mit einer Antriebsanordnung (50, 51) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Umlenkgetriebe (8) in einem unteren Getriebegehäuse (27) angeordnet ist, welches zusammen mit der Propellerwelle (9) um eine Vertikalachse (30) verdrehbar ist.
Strahlruderantrieb (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Getriebegehäuse (27) an einem Steuerrohr (31) befestigt ist, welches um die Vertikalachse (30) verdrehbar ist, und wobei die erste Wellen-Nabe-Verbindung (10) und die zweite Wellen-Nabe-Verbindung (20) in dem Steuerrohr (31) angeordnet sind.