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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftübertragungseinrichtung für Schiffsantrieb sowie einen Schiffsantrieb mit der Kraftübertragungseinrichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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Im Bericht der RIM-Thruster-Konferenz in Kopenhagen 2014 wird angemerkt (Zitat): „... In den numerischen Modellen zeigt sich die Bedeutung der an den beiden Seitenwänden des Rumpfes unterschiedlichen Zu- und Abströmung der durch die unsymmetrische Rotation um den Schiffsrumpf bewegten Wassermengen. Die Berücksichtigung dieser Strömungen kann zu einer Energieeinsparung führen“.
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In der Patentanmeldung
WO2011/029550 „Mechanisch angetriebener nabenloser Schiffspropulsor mit hohem Wirkungsgrad“ wird vorgeschlagen (Zitat), „dass für den Schiffspropulsor ein mechanischer Antrieb mit der klassischen Zahnkranz/Ritzel-Anordnung verwendet wird. Die Ansetzung von zwei nebeneinander liegenden Propulsoren ergibt eine Verbesserung des Abströmverhaltens vom Schiff, da sich die Strömung an das Schiffsheck anlegen kann“.
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Bei dem Schneckengetriebe der Patentanmeldung
DE 2610257 , „Kraftübertragungseinrichtung für Schiffsantriebe“ von J.M. Voith handelt es sich um ein Zahnradgetriebe. Die Kraftübertragung wird auf die Propulsornabe ausgeführt. Das einzige Schneckenrad ist auf der Propulsorantriebswelle angeordnet. Die Schnecke ist auf der Hauptantriebswelle angeordnet. Das gesamte Schneckengetriebe ist um die Antriebswelle drehbar.
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Bei der im Patent
AT 139524 „Schiffsantrieb für Schraubenschiffe“ von L. Kort beschriebenen „Kort-Düse“ werden die rotierenden Propulsoren von einer breiten Felge eingefasst, die wie eine Düse wirkt. Die Richtung der Düse zur Zuströmung bestimmt den projizierten Querschnitt der Düsenöffnung und wird zur Regulierung des Durchflusses genutzt.
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Das im Patent
US 34 15216 „Hull for a navigating vessel“ von A.J. Strobel eingeführte Schneckengetriebe für den Antrieb von zwei verschränkten kontra rotierenden Propulsoren zeigt zwei Schnecken mit gegenläufiger Steigung an den Antriebsachsen in der Nabe der Propulsoren und das gemeinsame Schneckenrad auf der Hauptantriebswelle. Das als Bugruder vorgesehene Getriebe benötigt die aufwendige Lagerung der Propulsorwellen und hat wegen der bei Schneckengetrieben unrationellen Kraftbelastung des Schneckenrades auf die beiden Schnecken einen schlechten Wirkungsgrad.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Kraftübertragungseinrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise beseitigt.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch eine Kraftübertragungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Schiffsantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
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Bereitgestellt wird demnach eine Kraftübertragungseinrichtung für den Antrieb eines Schiffes, die als Schneckengetriebe mit zumindest einer antriebsseitigen Schnecke, zumindest zwei abtriebsseitigen Schneckenrädern und mit zumindest einer antriebsseitigen Schneckenwelle ausgestaltet ist, wobei die zumindest eine Schnecke auf der zumindest einen Schneckenwelle angeordnet ist, und mit zumindest zwei Propulsoren, die kontra rotierend zueinander um jeweils vorbestimmte Rotationsachsen sind,
wobei die zumindest eine Schneckenwelle senkrecht zu den Rotationsachsen der zumindest zwei Propulsoren orientiert ist und
wobei die zumindest zwei Schneckenräder durch die zumindest zwei Propulsoren gebildet sind und eine für jedes der Schneckenräder voneinander unabhängige Verdrehung der Propulsoren um die zumindest eine Schneckenwelle ermöglichen.
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Die Angaben „antriebsseitig“ und „abtriebsseitig“ beziehen sich auf das Schneckengetriebe nur mit zumindest der einen Schnecke und den Schneckenrädern.
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Kern der Erfindung ist der Einsatz zumindest einer auf einer Antriebswelle angeordneten Schnecke, an die zumindest zwei kontra rotierende nabenlose Propulsoren als Schneckenräder angesetzt sind. Kontra rotierend bedeutet, dass die beiden Propulsorfelgen in zueinander entgegengesetztem Drehsinn rotieren.
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Die erfindungsgemäße Kraftübertragungseinrichtung nutzt die Vorteile von kontra rotierenden nabenlosen Propulsoren in einer zylindrischen Felge als Schneckenräder. Sie verbessert durch die an die Schneckenwelle einzeln drehbar montierten Schneckenräder die Zuströmung des Wassers um den Schiffskörper in die Propulsoren, und die Zusammenführung der beschleunigten Wassermenge aus dem Abstrom der Propulsoren mit dem Abstrom des beschleunigten Schiffskörpers
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Eine weitere Verbesserung dieses Prinzips eines Schiffsantriebs liegt in der verdrehbaren Führung der Schneckenräder an der Schneckenwelle. Um die Schneckenwelle kann jeder Propulsor unabhängig vom anderen Propulsor gedreht werden.
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Jedes der Schneckenräder kann als nabenlose Felge ausgeführt sein und jeder Kugelkranz von der jeweiligen Felge trennbar sein.
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Der prinzipiell höhere Reibungsverlust bei Schneckengetrieben gegenüber Zahnradgetrieben mit parallelen Drehachsen (bzw. Drehflächen) kann durch ein Kugelkranz-Schneckenrad vermindert werden. Hierbei ist die Felge des jeweiligen Schneckenrades mit den angesetzten Paddeln des Propulsors anstelle eines Zahnkranzes mit einem Kranz aus gekippt rotierenden Kugeln belegt. Mit diesem Schneckengetriebe sind größere Steigungswinkel realisierbar. Verbunden mit mehrfachen Schneckengängen ergeben diese eine effektive Verbesserung in der Anpassung von Wellendrehzahl zur Drehzahl der Propulsoren.
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Mit der erfindungsgemäßen Kraftübertragungseinrichtung für einen Schiffsantrieb können die Kreisflächen der rotierenden Propulsorenflügel in einem variablem Winkelbereich zueinander eingestellt werden, der im Folgenden als Drehwinkel α bezeichnet wird. Die Anstellwinkel β1, β2 der Kreisflächen der rotierenden Propulsoren zum Strömungsfeld bestimmt die Schubrichtung. Beim Beschleunigen bzw. Verzögern kann der Drehwinkel α der Kreisflächen der rotierenden Propulsoren weiter eingestellt werden; für die große Fahrt ist die parallele Ausrichtung (α=0) günstiger, der engere Drehwinkelbereich kann bei kleiner Fahrt von Vorteil sein. Durch die beidseitige Ausrichtung der Drehwinkelstellung kann die unterschiedliche Richtung der Zuströmung ausgeglichen werden. Diese Anpassung an die Zuströmung kann über ein Regulierungselement erfolgen, das auf die Holme von Drehwinkelstellern wirkt. Mit dem Verstellen der Drehwinkelebene der Propulsoren kann die Richtung der Abströmung zur Richtung der Bewegung des Schiffes vorgegeben werden. Dies unterstützt einerseits die Vereinigung der Abströmungen, um den Wellenschlag zu mindern, bzw. lenkt andererseits die Umströmung des Schiffes in die Propulsoren, um die Bremswirkung des hydrostatischen Druckunterschiedes zu mindern. Mit der optionalen Ausformung von Schutzschalungen zur Ummantelung der Schneckenräder als „Kort-Düsen“ wird die Führung der Strömungen unterstützt.
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Bei der in einer Erfindungsvariante gewählten Ansetzung gekippt rotierender Kugeln anstelle eines festen Zahnkranzes des Schneckenrades kann eine Justierung des Eingriffs der Kugeln in die Nut der Schneckenwelle realisiert sein. Hierbei kann jede Propulsorfelge an ihren Rändern mit beidseitigen verstellbaren Führungselementen jeweils oben und unten geführt und dadurch justiert sein. Die Führungselemente sind mit den Drehwinkelstellern verbunden.
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Wenn die Führungselemente, mittels welcher die zumindest zwei Schneckenräder an die zumindest eine Schnecke angesetzt sind, die Schneckenräder und die zumindest eine Schnecke in einem gemeinsamen Gerüst angeordnet sind, das auf einer Drehscheibe gelagert ist, wobei die Drehscheibe an das Schiff ansetzbar ist, wird für beide Schneckenräder eine unabhängige Drehung der Kreisflächen der Propulsoren, und zugleich die als Ruder wirkende Drehung der beiden Propulsoren und der Schneckenkapsel um die senkrecht zum Strömungsfeld angesetzte Antriebswelle ermöglicht.
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Eine getrennte Montierung, Führung und Justierung der Propulsoren erlaubt überdies den Freilauf bzw. Ausbau eines der zumindest zwei Propulsoren (Schneckenrades) alleine. Der Vortrieb der anderen Propulsoren und die Ruderwirkung bleiben dann erhalten.
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Vorteilhafterweise kann die Schnecke durch eine teilbare Kapsel geschützt sein, die mit Stegen an Gerüststreben gehalten wird. Der Eingriff der Kugeln in die Nutspur („Verzahnung“) erfolgt in beidseitig entsprechend weit gehaltenen Ausschnitten dieser Kapsel. An die auf jeder Seite der Felge mit einem Steg und einer Ringfassung verbundenen oberen und unteren Führungselemente werden beidseitig halbierte Schutzschalungen mit durch Abstandhalter an der Peripherie definiertem Spalt montiert. Die Schutzschalungen haben entsprechend weite Ausschnitte zwischen den Führungselementen um die Verdrehung der Schneckenräder um die Schneckenwelle zu ermöglichen.
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Die Schneckenwelle fördert durch die Nutspur den Wasserzufluss auf den Kugelkranz. Bei der Ausführung der Schneckenräder als „Kort-Düsen“ erfolgt die Durchspülung in dem Spalt zwischen den Schutzschalungen zur Abdeckung des Schneckenrades.
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Der dem Vortrieb entgegen gesetzte Widerstand ist wesentlich bestimmt durch die Querschnittsflächen der nicht rotierenden Bauelemente. In der offenen Bauart des erfindungsgemäßen Schiffsantriebes sind die Kapselung der Schnecke, der Gerüststreben und Verbindungsstangen, des Antriebsstrangs, der Führungselemente, der Drehwinkelversteller mit ihrem Steuerungselementen, und der Schutzschalungen der Propulsorfelgen jeweils strömungsgünstig formbar.
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Figurenliste
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Die Erfindung und Ausführungsbeispiele werden anhand der Zeichnung näher beschrieben.
- 1 zeigt eine der Kugeln in der Nut der Schnecke einer Schneckenwelle,
- 2 zeigt den Spurkranz des Schneckenrades als Kugelkranz,
- 3 zeigt eine nabenlose Felge mit Rotorblättern,
- 4 zeigt schematisch zwei Spurkränze (siehe 2),
- 5 zeigt schematisch in der Draufsicht die beiden Spurkränze an der Schneckenwelle; die Schubrichtung wird angezeigt in der gewinkelten Stellung der angenommenen Achsen,
- 6 und 6a zeigen in schräger Aufsicht das Gerüst zum Halten der Konfiguration für ein Schneckenrad,
- 7 zeigt in Schrägsicht die Konfiguration des Ausführungsbeispiels,
- 8 zeigt in Schrägsicht die Schneckenwelle als Sechseck-Stamm mit zwei Schnecken und einer frei drehenden Spule dazwischen,
- 8a, 8b, 8c zeigen Schaltpositionen durch die Verschiebung der Schnecken und der Spule gemäß 8 und
- 9-11 zeigen Anwendungen der Kraftübertragungseinrichtung auf einen Schiffsantrieb für ein Müllprahm.
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Detaillierte Beschreibung
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1 bis
7 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftübertragungseinrichtung, bei welchem die Spurkränze der Schneckenräder
3,
4 der Propulsoren
7,
8 als Kugelkränze
33,
44 ausgestaltet sind. Jeder der Spurkränze führt also Kugeln 55. Eine mögliche Ausführung eines derartigen Kugelkranzes
33,
44 ist im Patent
DE 10 2016 123 890 beschrieben.
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In
1 ist eine der Kugeln 55 in Eingriff in der Nut der Schnecke
1,
2 einer Schneckenwelle
5,
6 gezeigt (siehe wiederum Patent
DE 10 2016 123 890 ).
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2 zeigt den Spurkranz des Schneckenrades als Kugelkranz
33,
44, wie er im Patent
DE 10 2016 123 890 beschrieben ist. Der Kugelkranz
33,
44 kann von der Felge
17,
18 gelöst werden.
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3 zeigt eine nabenlose Felge 17, 18 mit Rotorblättern 27, 28. Der Ansatz der Rotorblätter 27, 28 in der Felge 17, 18 erlaubt die Führung der Felge 17, 18 durch beidseits innen und außen angesetzte Führungselemente 11, 12.
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4 zeigt schematisch die beiden Propulsoren 7, 8 mit den Felgen 17, 18 mit Kugelkränzen 33, 44 als Spurkränze gemäß 2, die als Schneckenräder 3, 4 an die Schneckenwelle 5 angesetzt sind. Die Schnecke 1 ist gekapselt ausgeführt. Die Kapsel 20 der Schnecke 1 wird mittels Gerüststreben 21 gehalten.
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5 zeigt schematisch in der Draufsicht mit Kugelkränzen 33, 44 an der Schneckenwelle 5. Die Schubwirkung wird angezeigt in der gewinkelten Stellung der angenommenen Rotationsachsen 9, 10 der Schneckenräder 3, 4. Die Kreisflächen der rotierenden Propulsoren 7, 8 können in einem variablem Winkelbereich (Drehwinkel α) zueinander eingestellt werden. Die Anstellwinkel β1, β2 der Kreisflächen der rotierenden Propulsoren zum Strömungsfeld (hier angenommen die Symmetrieachse) bestimmen die Schubrichtung.
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6 und 6a zeigen in schräger Aufsicht das Gerüst zum Halten einer Konfiguration für ein Schneckenrad;
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6 zeigt in Schrägsicht die Schneckenwelle 5 nach 1 und direkt angesetzt eine des beiden Schneckenräder 3, 4 mit Kugelkranz (als Spurkranz) 33, 44 (schematisch; genauer siehe 2), gehalten mit drehbaren Verstellerscheiben 15, 16 oben und unten, sowie innen und außen angesetzten Führungselementen 11, 12. Unter der oberen Verstellerscheibe 15 ist in der Figur rechts ein Regulierungselement (Drehwinkelversteller) 14 angesetzt. Die Verstellerscheiben 15, 16 werden oberhalb und unterhalb an Verstellerstreben 22 und an Gerüststreben 21 geführt, die auch die Schneckenkapsel 20 führen. Die Lagerscheiben der Schneckenachse und die Lagerscheiben der Antriebsachse werden über und unter den Verstellerscheiben von den Gerüststreben 21 geführt.
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In 6a ist erkennbar, dass die Verdrehung der Schneckenräder 3, 4 um die jeweilige Schneckenwelle 5, 6 durch das Steuerungselement (der „Griff“ in den und und den Drehwinkelversteller 14 erfolgt.
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In 6a sind drei Ebenen dargestellt, die um die Schneckenwelle 5, 6 angesetzt sind. Die obere Schablone 15 fixiert die Antriebsachse über (nicht eingezeichnet) Kugellager. In den vier Ecken sind Bohrungen 19 für die vier Gerüststreben 21, die durchgängig die obere Schablone 15 (in der 6 nur als Halbrund gezeigt) mit ihrem Gegenstück 16 dieser Schablone 15 - zuunterst der drei Ebenen in 6 -, zusammen die dazwischen eingebettete Schnecke führen und fixieren. In 6 sind zwei der Gerüststreben 21 eingezeichnet.
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Das untere Element zusammen mit dem mittleren Element 13 bilden den Drehwinkelversteller 14. Das untere Element hat zur Mitte hin vorne und hinten Einkerbungen, in welche die in 6 erkennbaren Führungselemente mit ihren Verbindungszargen (nicht erkennbar) eingeschoben werden, die damit die Felge 17, 18 des Schneckenrades 3, 4 halten und führen. Die äußeren Einkerbungen vorne und hinten sind für die zwei Verstellerschrauben mit Stellmuttern eingearbeitet. Mit einem kurzen Verbindungsstab (nicht gezeichnet) in der durchgängigen Querbohrung werden die Verbindungszargen der Führungselemente und die Ösen der Verstellerschrauben gemeinsam geführt.
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Die mittlere Schablone 13 - bezeichnet als Steuerungselement - wird oberhalb bzw. unterhalb der Schnecke jeweils mit dem Drehwinkelversteller 14 verbunden. Diese als Halbkreis geformte Spange erlaubt mit dem breiten Ausschnitt den Ansatz der Führungselemente 11, 12 und den Zugriff auf die Stellmuttern der Verstellerschrauben. Die Bohrungen an der Mittellinie dieser Schablone liegen über den entsprechenden Bohrungen im mittleren Element. Durch diese Bohrungen werden Verbindungsstäbe 22 geführt, die den oberen mit dem unteren Drehwinkelversteller verbinden. Diese Verbindungsstäbe können verlängert werden, um ein zusätzliches Steuerungselement oberhalb der „Kraftübertragungseinrichtung“ auf die Gerüststreben 21 einsetzen und führen zu können. Dazu dienen die im Verstellwinkel ausgeschnittenen Bögen in der oberen bzw. der unteren Schablone. Die ebenfalls im Verstellwinkel ausgeschnittenen Bögen an den Armen der Spange erlauben den Durchgriff und die freie Drehung der Gerüststreben 21. Die Verbindungstäbe und die Gerüststreben 21 sind in 6 erkennbar, ebenso die Schneckenwelle.
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Das gemeinsame Gerüst kann als ein Rohr bzw. Zylinder ausgestaltet sein, in dem die Antriebswelle zentrisch montiert geführt wird. Die Schnecke 1, 2 und die daran angesetzten Schneckenräder 3, 4 werden an diesem Rohr bzw. Zylinder montiert. Das Rohr bzw. der Zylinder kann als Ruder gedreht werden, siehe auch 9.
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7 zeigt in Schrägsicht die Konfiguration des Ausführungsbeispiels. Es wird die mit einer weiteren Felge in den Verstellwinkelpositionen symmetrisch vervollständigte „Kraftübertragungseinrichtung“ in einer Schrägsicht von unten gezeigt. Unter den Antriebsblock 40 aus Motor und Untersetzungsgetriebe mit der Antriebsachse ist die Schnecke 1 gesetzt; unten links in der Figur ist eine Felge 18 mit Kugelkranz (Spurkranz) 44 in der Mittelstellung gezeigt, geführt mit Drehwinkelverstellern oben und unten; unten rechts wird die Stellung des Kugelkranzes 33 in drei Drehwinkelstellungen gezeigt; die Variation der Schubwirkung wird mit den angenommenen Rotationsachsen 9, 10 der Kugelkränze 33, 44 dargestellt.
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8 zeigt in Schrägsicht eine Schneckenwelle 5 als Sechseck-Stamm mit zwei Schnecken 1, 2 mit der frei drehenden Spule 77 dazwischen. Im Beispiel haben die Schnecken 1, 2 unterschiedliche Drehrichtungen, jedoch gleiche Steigungen und die gleiche Höhe. Diese drei Elemente sind einzeln austauschbar. Die Schaltklaue besteht aus zwei an den Außenrändern der Schnecken 1, 2 angesetzten Klauen 61, 62 und mittig aus zwei an den Innenrändern der Schnecken 1, 2 angesetzten als Block 66 verbundenen Klauen 63, 64. Der Block 66 führt die Spule 77, die zwischen den Schnecken 1, 2 eingefügt ist. Die Höhe der Spule 77 entspricht dem für einen Freilauf geforderten Abstand der Schnecken 1, 2. Die Schaltklaue verschiebt die Schnecken 1, 2 und die Spule 77 auf dem Sechseck-Stamm 5 für den Eingriff in eine der Schnecken 1, 2 oder in die Freilaufstellung dazwischen.
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In den 8a, 8b, 8c sind Schaltpositionen durch die Verschiebung der Schnecken 1, 2 und der Spule 77 gezeigt. 8a zeigt das Schneckenrad 3 in Eingriff mit der Schnecke 2, 8b zeigt das Schneckenrad 3 an der Spule 77, und 8c zeigt das Schneckenrad 3 in Eingriff mit der Schnecke 1.
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Nachfolgend, mit Bezug auf 9 bis 11, werden Anwendungsvarianten der Erfindung für die maritime Müllabfuhr beschrieben. Bei der maritimen Müllabfuhr ist das Beladen der Müllcontainer die zentrale Aufgabe. Der Transport der vollen Müllcontainer zu den Aufbereitungsanlagen und die Logistik des Containeraustauschs ist eine Erweiterung dieser Aufgabenstellung. Bekannte Beispiele sind der Schiffstransport mit Müllcontainern als Stückgut und der Müll als Schüttgut mit Verladung auf Prahmen und Transport im Schubverband. Die Prahme haben dabei bislang keinen eigenen Schiffsantrieb sondern werden von angedockten Schubschiffen bewegt. Um den Müllcontainer-Transport zu vereinfachen, werden hier für die Prahme mit den Müllcontainern eigene Antriebssysteme vorgeschlagen, mit denen diese autark manövrieren können.
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Die erfindungsgemäße Kraftübertragungseirichtung für einen Schiffsantrieb kann in einer solchen Müll-Transporteinheit mit großem Vorteil eingesetzt werden. Mit der Anwendung der erfindungsgemäßen Kraftübertragungseirichtung für einen Schiffsantriebes mit Schneckengetriebe mit zwei kontra rotierenden Propulsoren 7, 8 ist eine modulare Antriebseinheit verfügbar, die an den Müll-Prahm angesetzt werden kann.
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Die spezifischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Schiffsantriebes sind für die Bedingungen dieser Transportaufgabe zutreffend. Die Bauteile sind einzeln montierbar. Die Wartung ist vor Ort möglich.
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Die hohe Untersetzung eines Schneckengetriebes ermöglicht einen direkten Antrieb ohne zusätzliche Getriebestufen. Die Drehwinkel α der Rotationskreise bzw. der Rotationsachsen 9, 10 der Propulsoren 7, 8 können an die Strömungsbedingungen der Fahrtrinne in den Flusswindungen angepasst werden.
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Der erfindungsgemäße Schiffsantrieb kann nabenlose Propulsoren 7, 8 haben, die auch mit flexiblen Flügeln bestückt werden können. Selbst Folien oder Netzgewebe können durch diese Propulsoren 7, 8 geschwemmt werden. Die teilweise unter der Wasserlinie treibenden Hindernisse können die herkömmlichen Schiffsantriebe mit Schrauben beschädigen bzw. diese durch Aufwickeln der Gewebe außer Funktion setzen.
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Alternativ zu nabenlosen Propulsoren 7, 8 können Propulsoren mit Naben eingesetzt werden, deren Antrieb jedoch wie oben beschrieben über den Kugelkranz 33, 44 an der Felge 17, 18 erfolgt. Dadurch entfällt jedenfalls eine im Strömungsfeld drehende Antriebswelle, an der sich insbesondere Gewebe festmachen könnte.
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Der Einsatzbereich der Prahme für die Müllentsorgung sind die fließenden Gewässer mit Müllführung im Mündungsgebiet zum Meer. Der Müll wird in den fließenden Gewässern durch die Ufer nahen Strömungen konzentriert. Mit Sammlersystemen kann der Müll dort aufgenommen und in die Transportcontainer geladen werden. Der erfindungsgemäße Schiffsantrieb kann die Propulsoren 7, 8 in der Eintauchtiefe anpassen. Die Unterschiede der Ufer nahen Strömungen zu den Hauptfahrrinnen in den gewundenen Flussläufen können mit der Anpassung jedes Propulsors 7, 8 genutzt werden. Im flachen Bereich können die Propulsoren 7, 8 teilweise unter der Wasserlinie arbeiten. Die gegenläufige Rotation der Propulsoren 7, 8 verhindert eine seitliche Versetzung des Prahms. In höheren Wasserständen können die Propulsoren 7, 8 unter die tiefer treibenden Müllschichten gesetzt werden. Die Felgen 17, 18 und die Spurkränze 33, 44 der Felgen sind mit einer stabilen Abdeckung gesichert. Die Drehkreise der Propulsoren sind durch ein Gitter gesichert, das größere feste Objekte abhält.
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Der Schiffsantrieb soll den Prahm wie ein Lastkraftwagen ziehen, schieben und lenken können, um die Müllcontainer in die Einfahrbucht des Müllprahms aufzunehmen bzw. an den Landungsrampen abzusetzen. Dazu wird ein Schiffsantrieb benötigt, der gute Pfahlzugleistung und auch entsprechenden Gegenschub erreichen kann, und einfach in der Fahrtrichtung und der Ausrichtung umzusteuern ist.
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Schaltungen für einfache Zahnradgetriebe - wie beispielsweise an Bootsmotoren - bestehen meist aus einer Schaltschablone und einem verschiebbaren Ritzel, das mittels einer Schaltklaue die ausgewählten Zahnräder der Antriebswelle mit dem Zahnrad der Abtriebswelle in Eingriff bringt. Für Schneckengetriebe sind solche Schaltungen nicht praktikabel, da die Zahnungen der Schneckenräder auf die Steigung und die Nutspur der Schnecke eingestellt werden.
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Das erfindungsgemäße Schneckengetriebe kennt diese Bedingung, jedoch sind die Rotationskörper der Kugelkränze
33,
44 der Schneckenräder
3,
4 an verschiedene Steigungen angepasst, wenn die Kippungswinkel dem entsprechend ausreichend ausgelegt sind (siehe Patent
DE 10 2016 123 890 ). Einschränkend beim Einsatz verschiedener Schnecken bei gleichbleibenden Schneckenrädern - beispielsweise beim Wechsel der Orientierung der Drehung und der Anzahl der Nutspuren - ist ein Unterschied der Durchmesser und der Höhe der Schnecke.
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Wenn die gleichen Steigungen beibehalten werden, bleiben die Durchmesser der Schnecken 1, 2 und die Höhe gleich, man kann den gleichen Abstand zu den Schneckenrädern 3, 4 einhalten, die über die gemeinsame Antriebswelle 5 gekoppelt werden sollen. Dann kann die Drehrichtung der Schnecken 1, 2 ohne Einschränkung geschaltet werden.
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Sind die Steigungen der eingesetzten Schnecken beispielsweise durch die Anzahl der Nutspuren unterschiedlich, kann der Durchmesser der beiden Schnecken beibehalten werden.
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Die erfindungsgemäße Schaltklaue 66 bewegt jeweils eine Schnecke 1, 2 in den ausreichenden Eingriff der Kugelzahnung des Schneckenrades 3, 4. Bei gleicher Bauhöhe der Schnecken 1, 2 ist die Wegstrecke der Versetzung für beide Einstellungen gleich. Bei ungleicher Bauhöhe beispielsweise bei unterschiedlicher Steigung der beiden Schnecken 1, 2 ist die Wegstrecke der Versetzung proportional der Bauhöhe der Schnecken 1, 2. Mit der Änderung der Steigung wird die Untersetzung geändert, die wiederum die Drehzahl der Propulsoren 7, 8 bestimmt. Dies kann für die Anpassung an die Fahrtrichtung genutzt werden. Mit der großen Steigung wird eine höhere Drehzahl für den Vortrieb bewirkt, für die Rückwärtsfahrt genügt die geringere Drehzahl mit der kleineren Steigung, die jedoch mehr Drehmoment erzeugt.
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Der Vorteil dieser Schaltung mit versetzbaren Schnecken 1, 2 verschiedener Drehrichtung ist die Beibehaltung der Rotationsrichtung der Antriebswelle 5. Mit Verbrennungsmotoren wäre dies nur mit einem zusätzlichen Schaltgetriebe möglich. Mit Elektromotoren ist die Rotationsumkehr mit Umschaltung der Polung möglich.
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9 zeigt die Kombination der Kraftübertragungsvorrichtung der 7 mit einem Prahm. Zusätzlich ist ein Ruder 80 vorhanden, drehbar befestigt, wie mit Bezug auf 2 beschrieben.
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In vielen Einsatzgebieten ist der Elektromotor nicht die erste Wahl, da kaum Ladestationen vorhanden sind. Für diese Forderungen kann der erfindungsgemäße Schiffsantrieb modifiziert werden.
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Variante 1 (Fig. 10)
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Es wird für jedes Schneckenrad 3, 4 (bzw. Propulsor 7, 8) eine eigene Schnecke 1, 2 mit vertikaler Antriebswelle 5, 6 eingesetzt. Damit kann der Abstand der Schneckenräder 3, 4 dem breiten Heck des Schubsystems angepasst werden. Die beiden Antriebswellen 5, 6 sind vertikal zur Wasseroberfläche angeordnet (in der Figur nicht gezeigt) und werden unabhängig mit einem gemeinsamen bzw. jeweils eigenen Antriebsaggregat gedreht. Die Schubumkehr der beiden Schneckengetriebe erfolgt unabhängig für jedes Schneckenrad bzw. über ein gemeinsames Zahnradgetriebe.
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Die langsamen Müll-Prahme werden bevorzugt an den Rändern der Hauptfahrrinne navigieren und können von den ufernahen Gegenströmungen erfasst werden. Diese sehr unterschiedlichen Zuströmungen können mit den beiden Schnecken unterschiedlich ausgeglichen werden.
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Variante 2 (Fig. 11)
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Die Antriebswelle 5 wird horizontal quer zur Kiellinie angesetzt. Es wird für jedes Schneckenrad 3, 4 (Propulsor 7, 8) eine eigene Schnecke 1, 2 auf die gemeinsame Antriebswelle 5 gesetzt. Das verdeckte Schneckenrad 3 bzw. der verdeckte Propulsor 7 ist in der Figur nicht gezeigt. Die an beiden Enden der Antriebswelle 5 paarweise sitzenden Schnecken 1, 2 sind (wie in 8a-c) nur angedeutet. Die Schnecken 1, 2 arbeiten mit kontra rotierenden Drehrichtungen. Die Verdrehung der Propulsoren 7, 8 wird nicht zur Anpassung an die horizontale Umströmung genutzt, sondern für die Anpassung der Richtung des Schubs horizontal zur Umströmung. Damit kann der Schub auf die Trimmung des Prahms angepasst werden. Zur Richtungssteuerung des Prahms ist ein Ruder 80 vorgesehen.
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Variante 3
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Wie bei Variante 2 wird die gemeinsame Antriebswelle 5 horizontal quer zur Kiellinie angesetzt, jedoch zusätzlich mit je zwei an der Antriebswelle 5 verschiebbaren Schnecken 1, 2; 1', 2' bestückt. Mit einer Schaltklaue 66 werden diese Schnecken 1, 2; wechselnd in Eingriff mit dem Schneckenrad 3, 4 (Propulsor 7, 8) gebracht. Mit dem erfindungsgemäßen Schiffsantrieb können die Schnecken 1, 2 unterschiedliche Steigungen und mehrfache Nutspuren haben. Die wechselnden Anforderungen für jedes Schneckenrad 1, 2; 1', 2' für die Schubkraft auf Fahrt und bei Manövern können damit erfüllt werden. Die Umkehr des Schubes bei gleichsinnig weiter drehender gemeinsamer Antriebsachse 5 wird durch Schnecken 1, 2 mit gegenläufiger Drehrichtung erreicht. Zwischen diesen Schnecken 1, 2 ist jeweils eine freilaufende Spule 77 eingefügt. Die frei mitlaufende Spule 77 kann als Hemmung für die Schneckenräder ausgelegt werden (siehe 8).
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2
- Schnecke
- 3,4
- Schneckenrad
- 5, 6
- Schneckenwelle
- 7, 8
- Propulsor
- 9, 10
- Rotationsachse
- 11, 12
- Führungselement
- 13
- Steuerungselement
- 14
- Drehwinkelversteller
- 15
- Schablone
- 16
- Gegenstück
- 17, 18
- Felge
- 19
- Bohrung
- 20
- Schneckenkapsel
- 21
- Gerüststrebe
- 22
- Verstellerstrebe
- 27, 28
- Rotorblatt
- 40
- Antriebsblock
- 33, 44
- Kugelkranz
- 61, 62
- an den Außenrändern der Schnecken angesetzte Klaue
- 63, 64
- an den Innenrändern der Schnecken angesetzte Klaue
- 66
- Block verbundener Klauen
- 77
- frei drehende Spule
- 80
- Ruder
- α
- Drehwinkel der Kreisflächen zueinander
- β1, β2
- Anstellwinkel der Kreisfläche des Propulsors 7, 8 zum Strömungsfeld
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/029550 [0003]
- DE 2610257 [0004]
- AT 139524 [0005]
- US 3415216 [0006]
- DE 102016123890 [0024, 0025, 0026, 0049]
