-
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der chinesischen Patentanmeldung Nr.
202010937026.4 , die am 08. September 2020 eingereicht wurde und deren Offenbarung durch Bezugnahme in vollem Umfang hier aufgenommen ist.
-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf das Gebiet der Schiffe, z.B. auf ein Steuerruderantriebssystem und ein Schiff.
-
STAND DER TECHNIK
-
Gegenwärtig gehen die Entwicklungen eines High-Tech-Schiffs in die Richtung, dass es groß, für eine Region mit hoher Eisklasse geeignet, intelligent, energiesparend und umweltfreundlich ist und den Anforderungen verschiedener Betriebsbedingungen genügt. Ein Steuerruder ist die entscheidende Ausrüstung für den Hauptantrieb und die dynamische Positionierung des Hightech-Schiffes, und die Leistung des Steuerruders wirkt sich direkt auf die Nutzbarkeit, Zuverlässigkeit und wirtschaftliche Leistung des Schiffes aus. Mit der Entwicklung des High-Tech-Schiffes entwickelt sich auch das Steuerruder in die Richtung, dass es eine hohe Leistung hat, sich für die hohe Eisklasse eignet, integriert, intelligent, energiesparend und umweltfreundlich ist und den Anforderungen verschiedener Betriebsbedingungen genügt.
-
Derzeit werden bei den meisten Schiffen zum Antreiben von Steuerrudern mit konstanter Steigung Strukturen mit einem einzigen Übersetzungsverhältnis verwendet. Wenn die Steuerruder mit konstanter Steigung den Anforderungen von High-Tech-Schiffen unter verschiedenen Betriebsbedingungen genügen sollen, müssen technische Parameter wie Schub und Navigationsgeschwindigkeit optimal sein. Die Propellerkonstruktion herkömmlicher Steuerruder mit konstanter Steigung und einem einzigen Übersetzungsverhältnis geht jedoch von der Schleppkraft oder der Navigationsgeschwindigkeit für die optimale Konstruktion aus. Ein Schiff kann die Anforderung hinsichtlich der maximalen Schleppkraft oder die Anforderung hinsichtlich der maximalen Navigationsgeschwindigkeit nur unter einer Schlepp- oder Navigationsbetriebsbedingung erfüllen, so dass das Schiff nicht gleichzeitig beide Anforderungen erfüllen kann.
-
KURZFASSUNG
-
Die vorliegende Anmeldung stellt ein Steuerruderantriebssystem und ein Schiff bereit, mit denen die Ausgabe mehrerer Propellerdrehzahlen implementiert und die Anforderungen hinsichtlich einer maximalen Schleppkraft und einer maximalen Navigationsgeschwindigkeit unter verschiedenen Betriebsbedingungen wie beim Schleppen und Navigieren erfüllt werden können.
-
Eine Ausführungsform sieht ein Steuerruderantriebssystem vor. Das Steuerruderantriebssystem umfasst einen Antrieb, eine Übertragungswellenstruktur und eine Steuerruderbaugruppe. Der Antrieb, die Übertragungswellenstruktur und die Steuerruderbaugruppe sind nacheinander geschaltet. Die Steuerruderbaugruppe umfasst einen Drehzahländerungsmechanismus und einen Propeller. Der Drehzahländerungsmechanismus umfasst eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, ein Getriebe und einen Kupplungssatz. Die Eingangswelle ist mit der Übertragungswellenstruktur verbunden, die Ausgangswelle ist mit dem Propeller verbunden, und das Getriebe und der Kupplungssatz sind so ausgebildet, dass sie zum Einstellen eines Drehzahlverhältnisses zwischen der Ausgangswelle und der Eingangswelle zusammenwirken.
-
Eine Ausführungsform sieht ein Schiff vor, das das oben genannte Steuerruderantriebssystem umfasst.
-
Figurenliste
-
- 1 ist ein Strukturdiagramm eines Steuerruderantriebssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung; und
- 2 ist ein Strukturdiagramm einer Steuerruderbaugruppe in einem Steuerruderantriebssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Antrieb
- 2
- kurze Wellenkomponente
- 3
- lange Wellenkomponente
- 4
- Steuerruderbaugruppe
- 5
- Hochelastische Kupplung
- 6
- erstes Kreuzgelenk
- 7
- zweites Kreuzgelenk
- 41
- Drehzahländerungsmechanismus
- 42
- Übertragungsmechanismus
- 43
- Propeller
- 411
- Eingangswelle
- 412
- Ausgangswelle
- 413
- Getriebe
- 414
- Kupplungssatz
- 4131
- erstes Zahnrad
- 4132
- zweites Zahnrad
- 4133
- drittes Zahnrad
- 4141
- erste Kupplung
- 4142
- zweite Kupplung
- 4143
- dritte Kupplung
- 421
- erstes Kegelrad
- 422
- zweites Kegelrad
- 423
- Verbindungswelle
- 424
- drittes Kegelrad
- 425
- viertes Kegelrad
- 431
- Propellerwelle
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Bei der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung ist zu beachten, dass die Ausrichtungen oder Positionsbeziehungen, die durch Begriffe wie „Mitte“, „oben“, „unten“, „links“, „rechts“, „vertikal“, „horizontal“, „innen“, „außen“ und dergleichen angegeben werden, auf Ausrichtungen oder Positionsbeziehungen beruhen, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Diese Ausrichtungen oder Positionsbeziehungen dienen lediglich der Erleichterung und Vereinfachung der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung und sollen nicht andeuten oder implizieren, dass eine Vorrichtung oder ein Element, auf die/das Bezug genommen wird, diese spezifischen Ausrichtungen haben muss oder in diesen spezifischen Ausrichtungen ausgebildet oder betrieben werden muss. Daher sind diese Ausrichtungen oder Positionsbeziehungen nicht als Einschränkung der vorliegenden Anmeldung auszulegen. Darüber hinaus werden Begriffe wie „erste(r, s)“ und „zweite(r, s)“ lediglich zu Beschreibungszwecken verwendet und sind nicht so auszulegen, dass sie eine relative Bedeutung angeben oder implizieren. Die Begriffe „erste Position“ und „zweite Position“ sind zwei verschiedene Positionen.
-
Bei der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung ist zu beachten, dass der Begriff „angebracht“, „miteinander verbunden“ oder „verbunden“, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben und eingeschränkt, in einem weiten Sinne zu verstehen ist, beispielsweise als fest verbunden oder lösbar verbunden; mechanisch verbunden oder elektrisch verbunden; direkt miteinander verbunden oder indirekt über ein Zwischenglied miteinander verbunden; oder intern zwischen zwei Elementen verbunden. Für den Fachmann sind die spezifischen Bedeutungen der vorstehenden Begriffe in der vorliegenden Anmeldung auf der Grundlage spezifischer Situationen zu verstehen.
-
Wie in 1 gezeigt, stellt die vorliegende Ausführungsform ein Steuerruderantriebssystem bereit. Das Steuerruderantriebssystem umfasst einen Antrieb 1, eine Übertragungswellenstruktur und eine Steuerruderbaugruppe 4. Der Antrieb 1, die Übertragungswellenstruktur und die Steuerruderbaugruppe 4 sind nacheinander geschaltet. Die Steuerruderbaugruppe 4 umfasst einen Drehzahländerungsmechanismus 41 und einen Propeller 43. Der Drehzahländerungsmechanismus 41 umfasst eine Eingangswelle 411, eine Ausgangswelle 412, ein Getriebe 413 und einen Kupplungssatz 414. Die Eingangswelle 411 ist mit der Übertragungswellenstruktur verbunden, und die Ausgangswelle 412 ist mit dem Propeller 43 verbunden. Das Getriebe 413 und der Kupplungssatz 414 sind so ausgebildet, dass sie zum Einstellen eines Drehzahlverhältnisses zwischen der Ausgangswelle 412 und der Eingangswelle 411 zusammenwirken.
-
Die Antriebskraft des Antriebs 1 (z. B. eines Dieselmotors) wird über die Übertragungswellenstruktur auf die Eingangswelle 411 des Drehzahländerungsmechanismus 41 in der Steuerruderbaugruppe 4 übertragen. Das Drehzahlverhältnis zwischen der Ausgangswelle 412 des Drehzahländerungsmechanismus 41 und der Eingangswelle 411 des Drehzahländerungsmechanismus 41 wird durch das Zusammenwirken zwischen dem Getriebe 413 und dem Kupplungssatz 414 eingestellt. Die Ausgangswelle 412 überträgt die Leistung auf den Propeller 43. Daher können mehrere Drehzahlenausgaben des Propellers 43 realisiert werden. Unter verschiedenen Betriebsbedingungen, wie etwa Schleppen und Navigieren, kann ein Schiff mehrere Anforderungen an die maximale Schleppkraft und die maximale Navigationsgeschwindigkeit erfüllen, und das Schiff kann die Anforderungen der verschiedenen Betriebsbedingungen besser erfüllen. Auf diese Weise wird das Schiff in die Lage versetzt, unter den verschiedenen Betriebsbedingungen bei einer niedrigen Kraftstoffverbrauchsrate, einer geringen Kraftstoffverbrauchsmenge und einer hohen Navigationsgeschwindigkeit die höchste Navigationsgeschwindigkeit oder den maximalen Schub zu erreichen, so dass der Zeitaufwand reduziert wird, die Struktur kompakt ist und ein geringes Gewicht hat und der belegte Raum im Schiff reduziert wird.
-
Wie in 2 gezeigt, umfasst das Getriebe 413 optional ein erstes Zahnrad 4131, ein zweites Zahnrad 4132 und ein drittes Zahnrad 4133. Das erste Zahnrad 4131 ist mit der Eingangswelle 411 verbunden, und das erste Zahnrad 4131 ist so ausgebildet, dass es wahlweise mit dem zweiten Zahnrad 4132 oder dem dritten Zahnrad 4133 in Eingriff steht. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Übersetzungsverhältnis zwischen dem zweiten Zahnrad 4132 und dem ersten Zahnrad 4131 kleiner als das Übersetzungsverhältnis zwischen dem dritten Zahnrad 4133 und dem ersten Zahnrad 4131. Wenn das Getriebe 413 eine normale Drehzahl ausgeben soll, kann das erste Zahnrad 4131 die normale Drehzahl direkt ausgeben. Wenn das Getriebe 413 eine hohe Drehzahl ausgeben soll, kann das zweite Zahnrad 4132 die hohe Drehzahl dadurch ausgeben, dass das erste Zahnrad 4131 mit dem zweiten Zahnrad 4132 in Eingriff gebracht wird. Wenn das Getriebe 413 eine niedrige Drehzahl ausgeben soll, kann das dritte Zahnrad 4133 die niedrige Drehzahl dadurch ausgeben, dass das erste Zahnrad 4131 mit dem dritten Zahnrad 4133 in Eingriff gebracht wird.
-
Optional umfasst der Kupplungssatz 414 eine erste Kupplung 4141, eine zweite Kupplung 4142 und eine dritte Kupplung 4143; die erste Kupplung 4141 ist koaxial mit dem ersten Zahnrad 4131 verbunden; die zweite Kupplung 4142 ist koaxial mit dem zweiten Zahnrad 4132 verbunden; die dritte Kupplung 4143 ist koaxial mit dem dritten Zahnrad 4133 verbunden; die Ausgangswelle 412 ist so ausgebildet, dass sie wahlweise mit der ersten Kupplung 4141 verbunden ist; und sowohl die zweite Kupplung 4142 als auch die dritte Kupplung 4143 sind so ausgebildet, dass sie über ein Gehäusezahnrad der ersten Kupplung 4141 wahlweise mit der Ausgangswelle 412 verbunden sind. Wenn der Kupplungssatz 414 eine normale Drehzahl ausgeben soll, ist die erste Kupplung 4141 eingerückt, weder die zweite Kupplung 4142 noch die dritte Kupplung 4143 sind eingerückt, und die Leistung wird nacheinander über eine Eingangskupplung, die Eingangswelle 411, die erste Kupplung 4141, die Ausgangswelle 412 und einen Übertragungsmechanismus 42 schließlich auf den Propeller 43 übertragen. Wenn der Kupplungssatz 414 eine hohe Drehzahl ausgeben soll, ist die zweite Kupplung 4142 eingerückt, weder die erste Kupplung 4141 noch die dritte Kupplung 4143 sind eingerückt, und die Leistung wird nacheinander über die Eingangskupplung, die Eingangswelle 411, das erste Zahnrad 4131, das zweite Zahnrad 4132, die zweite Kupplung 4142, das Gehäusezahnrad der ersten Kupplung 4141, die Ausgangswelle 412 und den Übertragungsmechanismus 42 schließlich auf den Propeller 43 übertragen. Wenn der Kupplungssatz 414 eine niedrige Drehzahl ausgeben soll, ist die dritte Kupplung 4143 eingerückt, weder die erste Kupplung 4141 noch die zweite Kupplung 4142 sind eingerückt, und die Leistung wird nacheinander über die Eingangskupplung, die Eingangswelle 411, das erste Zahnrad 4131, das dritte Zahnrad 4133, die dritte Kupplung 4143, das Gehäusezahnrad der ersten Kupplung 4141, die Ausgangswelle 412 und den Übertragungsmechanismus 42 schließlich auf den Propeller 43 übertragen.
-
Zur Anpassung an den Einbauraum innerhalb des Schiffes sind optional eine Drehachse des Propellers 43 und eine Achse der Ausgangswelle 412 so ausgebildet, dass sie voneinander beabstandet und parallel zueinander verlaufen; die Steuerruderbaugruppe 4 umfasst ferner den Übertragungsmechanismus 42; der Übertragungsmechanismus 42 ist zwischen der Ausgangswelle 412 und dem Propeller 43 angeordnet; und der Übertragungsmechanismus 42 ist so ausgebildet, dass er die Leistung der Ausgangswelle 412 auf den Propeller 43 überträgt. Der Übertragungsmechanismus 42 ist so angeordnet, dass die Leistungsübertragung zwischen dem Propeller 43, der so ausgebildet ist, dass er außeraxial liegt, und der Ausgangswelle 412 realisiert werden kann.
-
Zur Vereinfachung der Übertragung der Ausgangsdrehzahl des Drehzahländerungsmechanismus 41 auf den Propeller 43 umfasst der Übertragungsmechanismus 42 optional ein erstes Kegelrad 421, ein zweites Kegelrad 422, eine Verbindungswelle 423, ein drittes Kegelrad 424 und ein viertes Kegelrad 425; das erste Kegelrad 421 ist mit der Ausgangswelle 412 verbunden; das erste Kegelrad 421 steht mit dem zweiten Kegelrad 422 in Eingriff; das zweite Kegelrad 422 ist über die Verbindungswelle 423 mit dem dritten Kegelrad 424 verbunden; das dritte Kegelrad 424 steht mit dem vierten Kegelrad 425 in Eingriff; und das vierte Kegelrad 425 ist mit dem Propeller 43 verbunden. Die Leistung der Ausgangswelle 412 wird nacheinander über das erste Kegelrad 421, das zweite Kegelrad 422, die Verbindungswelle 423, das dritte Kegelrad 424 und das vierte Kegelrad 425 auf den Propeller 43 übertragen.
-
Zur Vereinfachung der Übertragung der Ausgangsdrehzahl des vierten Kegelrads 425 auf den Propeller 43 ist der Propeller 43 optional mit einer Propellerwelle 431 verbunden und die Propellerwelle 431 mit dem vierten Kegelrad 425 verbunden.
-
Optional umfasst die Übertragungswellenstruktur eine kurze Wellenkomponente 2, die über eine hochelastische Kupplung 5 mit dem Antrieb 1 verbunden ist. Die hochelastische Kupplung 5 enthält ein elastisches Gemisch aus vorkomprimiertem Gummi, das für zusätzliche Festigkeit sorgen und die Lebensdauer verlängern kann. Die hochelastische Kupplung 5 kann mehrere Arten von Abweichungen aufnehmen. Die Nabe der hochelastischen Kupplung 5 besteht aus einer hochfesten Aluminiumlegierung, die leicht und korrosionsbeständig ist. Die Gummikomponente wird hauptsächlich zur Stoßdämpfung verwendet, so dass die Leistungsübertragung sanft und leise erfolgt. Dadurch wird die Antriebskraft geschont und die Maschine angetrieben.
-
Optional umfasst die Übertragungswellenstruktur ferner eine lange Wellenkomponente 3; ein erstes Ende der langen Wellenkomponente 3 ist über ein erstes Kreuzgelenk 6 mit der kurzen Wellenkomponente 2 verbunden; und ein zweites Ende der langen Wellenkomponente 3 ist über ein zweites Kreuzgelenk 7 mit der Eingangswelle 411 verbunden. Die Kreuzgelenk 7 nutzt Mechanismusmerkmale des Kreuzgelenks 7, so dass eine kontinuierliche Drehung von zwei Wellen, die durch das Kreuzgelenk 7 verbunden sind, realisiert werden kann und Drehmoment und Bewegung zuverlässig übertragen werden, wenn ein eingeschlossener Winkel zwischen zwei Achsen der beiden Wellen besteht. Das wichtigste Merkmal des Kreuzgelenks besteht darin, dass der Aufbau des Kreuzgelenks 7 ein hohes Winkelausgleichsvermögen, einen kompakten Aufbau und einen hohen Übertragungswirkungsgrad hat. Kreuzgelenke mit verschiedenen Strukturtypen haben unterschiedliche eingeschlossene Winkel zwischen den jeweiligen Achsen. Die eingeschlossenen Winkel liegen im Allgemeinen zwischen 3 Grad und 15 Grad.
-
Um dem Bedarf des Schiffes nach einem hohen Drehmoment gerecht zu werden, umfasst der Antrieb 1 optional einen Dieselmotor oder einen Hybridmotor. Der Dieselmotor verbrennt Diesel zur Freisetzung von Energie und hat den Vorteil, ein hohes Drehmoment und eine gute wirtschaftliche Leistung zu haben. Der Arbeitsprozess des Dieselmotors hat viele Ähnlichkeiten mit dem Arbeitsprozess eines Benzinmotors. Jeder Arbeitszyklus des Dieselmotors durchläuft ebenfalls vier Takte: Ansaugen, Verdichten, Verbrennen, Ausstoßen. Allerdings verwendet der Dieselmotor Diesel als Kraftstoff, wobei die Viskosität des Diesels höher ist als die Viskosität von Benzin, der Diesel nicht so leicht verdampft und die Selbstzündungstemperatur von Diesel niedriger ist als die Selbstzündungstemperatur von Benzin. Daher unterscheiden sich die Verfahren zur Bildung und Zündung eines brennbaren Gemischs des Dieselmotors von den Verfahren zur Bildung und Zündung eines brennbaren Gemischs des Benzinmotors. Der Hauptunterschied besteht darin, dass das Gemisch im Zylinder des Dieselmotors einer Kompressionszündung statt einer Zündung unterzogen wird. Wenn der Dieselmotor arbeitet, gelangt Luft in den Zylinder. Wenn die Luft im Zylinder zu einem Ende komprimiert wird, kann die Temperatur 500°C bis 700°C und der Druck 40 bis 50 Atmosphären erreichen. Wenn sich der Kolben in der Nähe des oberen Totpunkts befindet, spritzt eine Kraftstoffeinspritzdüse des Kraftstoffversorgungssystems Kraftstoff in sehr kurzer Zeit mit extrem hohem Druck in den Brennraum des Zylinders ein. Der Diesel wird in feine Tröpfchen zerteilt und vermischt sich bei hohem Druck und hoher Temperatur mit der Luft. Das brennbare Gemisch entzündet sich spontan und dehnt sich heftig aus, so dass eine Explosionskraft erzeugt wird, die den Kolben so drückt, dass er sich nach unten bewegt. In diesem Fall kann die Temperatur 1900°C bis 2000°C und der Druck 60 bis 100 Atmosphären erreichen, um ein hohes Drehmoment zu erzeugen. Daher ist der Dieselmotor für große Dieselanlagen weit verbreitet.
-
In der vorliegenden Ausführungsform sind der Eingang und der Ausgang des Dieselmotors und der Propeller 43 in ein und demselben vertikalen Abschnitt angeordnet. Die Struktur ist kompakt und es wird Platz im Inneren eines Raums eingespart. Die hydraulischen Kupplungen im Gehäusekörper des Steuerruders werden elektrohydraulisch gesteuert, um eine flexible Einrückung und Schlupfübertragung zu realisieren. Die hydraulischen Kupplungen haben Notbetätigungsstrukturen und können bei Strom- und Druckverlust zur Notschaltung betätigt werden. An der Außenseite des Gehäusekörpers des Steuerruders sind Inspektions- und Sichtöffnungen für eine einfache Montage, Demontage und Wartung vorgesehen. Bei dem Gehäusekörper des Steuerruders wird ein integriertes Schmiersystem mit einfachen externen Rohrleitungen verwendet. Für die Schmierung und Kühlung wird eine Druckeinspritzung angewendet. Lager und Zahnräder werden vor dem Anlassen des Dieselmotors geschmiert, wodurch die Lebensdauer verlängert wird. Der obere Gehäusekörper des Steuerruders hat einen Gehäusekörperaufbau in Schichten, was für die Montage, Demontage und spätere Gerätewartung geeignet ist.
-
Die vorliegende Ausführungsform stellt ferner ein Schiff bereit, das das oben genannte Steuerruderantriebssystem aufweist. Die Antriebskraft des Antriebs 1 (z.B. eines Dieselmotors) wird nacheinander über die kurze Wellenkomponente 2 und die lange Wellenkomponente 3 auf die Eingangswelle 411 des Drehzahländerungsmechanismus 41 in der Steuerruderbaugruppe 4 übertragen. Das Drehzahlverhältnis zwischen der Ausgangswelle 412 des Drehzahländerungsmechanismus 41 und der Eingangswelle 411 des Drehzahländerungsmechanismus 41 wird durch das Zusammenwirken zwischen dem Getriebe 413 und dem Kupplungssatz 414 eingestellt. Die Ausgangswelle 412 überträgt die Leistung über den Übertragungsmechanismus 42 auf den Propeller 43. So werden die verschiedenen Drehzahlausgaben des Propellers 43 realisiert. Unter den verschiedenen Betriebsbedingungen wie Schleppen und Navigieren kann das Schiff die verschiedenen Anforderungen wie etwa eine maximale Schleppkraft und eine maximale Navigationsgeschwindigkeit erfüllen, und das Schiff kann die Anforderungen der verschiedenen Betriebsbedingungen besser erfüllen. Auf diese Weise wird das Schiff in die Lage versetzt, die höchste Navigationsgeschwindigkeit oder den maximalen Schub unter den verschiedenen Betriebsbedingungen mit einer niedrigen Kraftstoffverbrauchsrate, einer niedrigen Kraftstoffverbrauchsmenge und einer hohen Navigationsgeschwindigkeit zu erreichen, so dass der Zeitaufwand reduziert wird. Der Drehzahländerungsmechanismus 41 und der Übertragungsmechanismus 42 sind integriert, so dass die Struktur kompakt ist, das Gewicht gering ist und der belegte Raum im Schiff reduziert ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
