DE1914927C3

DE1914927C3 - Hydraulischer Außenbord-Propellerantrieb

Info

Publication number: DE1914927C3
Application number: DE1914927A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: PREMIER PRECISION Ltd BRACKNELL BERKSHIRE (GROSSBRITANNIEN)
Current assignee: PREMIER PRECISION Ltd BRACKNELL BERKSHIRE (GROSSBRITANNIEN)
Priority date: 1968-03-25
Filing date: 1969-03-24
Publication date: 1975-08-14
Also published as: GB1257805A; NL6904483A; FR2004649A1; US3602184A; DE1914927B2; DE1914927A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Außenbord-Propellerantrieb mit einem Gehäuse, einem darin angeordenten hydrostatischen Motor, einer mit diesem gekoppelten und von ihm konzentrisch umgebenen Wellenanordnung, die an ihrem aus dem Gehäuse herausragenden Ende den Propeller trägt, und einem Axialdrucklager zur Aufnahme des von der Propeller-Druckwelle übertragenen Propellerschubs. Solche Antriebe sind als bekannt anzusehen; vgl. beispielsweise das deutsche Gebrauchsmuster 1913 986, das wesentliche Merkmale des den Ausgangspunkt der Erfindung bildenden Antriebe als bekannt ausweist.

Bei diesen bekannten Antrieben ergibt sich folgende Problematik:

Die von einem Schiffspropeller auf die Schubwelle ausgeübte Schubkraft äst immer unsymmetrisch. Das hat verschiedene Gründe: Zunächst einmal liegen die unteren Segmente des von der Amriebsschraube beschriebenen Umlaufkreises von der Wasseroberfläche bedeutend weiter entfernt als die oberen. Hinzu kommt die hinter dem Schiffsrumpf örtlich sehr verschieden große Abstromgeschwindigkeit des Wassers. Außerdem aber sind einzelne Propellerblätter stets etwas voneinander verschieden hinsichtlich ihrer Form, ihrer Größe und ihres Anstellwinkels — ganz abgesehen von unvermeidbaren Beschädigungen. Alle diese Unsymmeirien resultieren in einem Biegungsmoment in der Propellerwelle.

Um diesem Biegungsmoment zu begegnen, ist es angezeigt, die Lager der Welle so weit als möglich voneinander zu distanzieren.

Bei den bekannten Anordnungen (und so auch bei der Anordnung nach dem genannten Gebrauchsmuster) sind nun der Antriebsmotor an einem und der Propeller am anderen Ende der Welle angeordnet, und die Wellenlager Hegen dazwischen. Der Propellerschub muß aber über ein Axialdrucklager auf den Schiffsrumpf übertragen werden, wobei es jedoch offensichtlich von Nachteil ist, zur Schubübertragung den Motor selbst heranzuziehen.

Aus den oben dargetanen Gründen sollten aber die Wellenlager so weit als möglich voneinander entfernt sein. Eine Anordnung jedoch, bei der der Propeller an einem und der Motor am anderen Ende der Welle angeordnet sind und die Wellenlager dazwischen liegen, führt leicht zu einer untragbaren Gesamtbaulänge.

Mit dieser Problematik nun befaßt sich die Erfindung, und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, bei einem hydraulischen Außenbord-Propellerantrieb der eingangs umrissenen Art Vorsorge zu treften, daß einerseits die Wellenlager hinreichend weit voneinander distanziert sind und andererseits der Motor zwischen dem Propeller und dem Axialdrucklager liegt, ohne selbst vom Axialschub beaufschlagt zu werden.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß die als Hohlwelle ausgebildete Abtriebswelle des hydrostatischen Motors durch eine mit Axialspiel arbeitende Drehmomentkupplung mit einer als Wellenhülse ausgebildeten Propeller-Antriebswelle drehfest verbunden ist, die ihrerseits mit einer koaxial und mit Spiel innerhalb der Abtriebswelle verlaufenden Propellerdruckwelle an deren propellerseitigem Ende fest verbunden ist, so daß diese den Propellerschub prak tisch drehmomentfrei auf das an ihrem propellerfernen Ende angeordnete Axialdrucklager überträgt, wobei der hydrostatische Motor und die mit Axialspiel arbeitende Drehmomentkupplung in axialer Richtung zwischen einem das oropellerferne Ende der Propeller-Druckwelle im Gehäuse lagernden Radiallager einerseits und einem die Propeller-Antriebswelle im Gehäuse lagernden Radiallager andererseits liegen, während das Axialdrucklager jenseits des einen und der Propeller jenseits des anderen Radiallagers liegt und die beiden Radiallager so weit voneinander entfernt sind, als dies bei der angegebenen Anordnung möglich ist.

Der wesentliche Vorteil dieser Lösung ergibt sich aus folgender Betrachtung:

Seinem Wesen nach ist ein hydrostatischer Motor ein Drehmomenterzeuger, bei dem hydraulisch an den Schrägflächen auch axiale Reaktionskräfte auftreten.

Im Falle der Erfindung ist der hydrostatische Motor so konstruiert, daö er die azimutalen Komponenten der in ihm anfallenden Reaktionskräfte als Antriebs-Drehmomente überträgt, während die axialen Komponenten auf das Gehäuse übertragen werden, und zwar über einen dünnen Ölfilm, der zwischen dem sich mit dem Motor drehenden Zylinderkopf und einer gehäusefesten Schlitzplatte liegt. Es ist eine Eigenart dieses Mo tortyps, die in ihm anfallenden Drehmomente mit äußerst gutem Wirkungsgrad übertragen zu können, iu wenn es sich nur um die unter der Wirkung des hydraulischen Drucks im Zylinder verursachten Zylinderkräfte handelt. Wenn der Motor außerdem auch noch starke wechselnde Axialschübe von unbekannter Größe übernehmen müßte — was bei der Übertragung des Propellerschubs auf den Motor der Fall wäre --, dann müßte er wesentlich größer, schwerer und leistungsstarker ausgelegt werden und dabei meist unterhalb seiner optimalen Wirkleistung betrieben werden.

Man könnte vielleicht daran denken, den Motor auch ohne geteilte Motorwelle vom Axialschub freizuhalten und zwischen dem Propeller und dem Gehäuse ein einfaches mechanisches Axialdrucklager anzuordnen oder besser noch ein hydrostatisches Drucklager, wie dies bei der Erfindung angewandt wird. Wenn aber ein solches Drucklager am Propellerende des Gehäuses angeordnet werden soll, dann muß die Propellerachse so weit verlängert werden, daß sie am rückwärtigen Ende hinter dem Propeller von einem mit dem Gehäuse verbundenen, also drehfesten Axialdrucklager abgestützt werden kann. Das aber ist offensichtlich keine praktikable Lösung. Wenn jedoch das Axialdrucklager räumlich zwischen dem Motor und dem Propeller untergebracht werden sollte, dann w.'rde das zu einer bedeutenden Erhöhung des mechanischen Aufwandes führen. Man muß außerdem bedenken, daß in diesem Falle auch der Raumbedarf des Lagers (das nun nicht mehr am Wellenende angeordnet wäre) wesentlich größer und wesentlich störender wäre.

Das ist auch der Grund, weshalb bei der Erfindung der Mi>''>r mit der Propellerwelle zwischen dem Axialdrui>*lager und dem Propeller angeordnet i-.t — eine Lösung, die weit vorteilhafter ist als die anderen skizzierten Lösungen. Diese Lösung ist aber wiederum nur praktikabel, wenn zugleich erfindungsgemäß eine mit Axialspiel arbeitende Drehmomentkupplung angewandt wird, so daß der Axialschub nicht auf den Motor, sondern über die Propellerwelle auf das Axialdrucklager übertragen wird.

Die Bauart der mit Axialspiel arbeitenden Drehmomentkupplung ist im einzelnen nicht von Bedeutung. Es genügt, wenn diese Kupplung von solcher Art ist, daß sie zwar die Motor-Abtriebswelle des hydrostatischen Motors mit der als Wellenhülse ausgebildeten Propeller-Antriebswelle drehfest verbindet, dabei aber in einem durch das Axialspiel gegebenen begrenzten Bereich eine relative Axialverschiebung zuläßt. Denn das Wesen der Erfindung liegt nicht so sehr darin, ein Drehmoment von der Schubwelle fernzuhalten, als vielmehr darin, den axialen Propellerschub vom Motor fernzuhalten.

Zweckmäßig besteht jedoch die mit Axialspiel arbeitende Drehmomentkupplung aus einer flexiblen Kupplungsscheibe.

Weitere besonders v^ru-ilhafte Ausgestaltungsfor- f>5 men der Erfindung sind in Jen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachstehend wird zur Erläuterung der Erfindung ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung im einzelnen beschrieben, die einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Propellerantrieb darstellt

Das Ausführangsbeispiel zeigt eine Antriebseinheit die insbesondere für Wasserfahrzeuge geeignet ist In der Schnittansicht ist eine Propeller-Druckwelle 12 zu sehen, die die Vorrichtung auf ihrer ganzen Länge durchzieht Auf dem einen Ende der Propeller-Druckwelle 12 ist ein ausgeglichenes hydrostatisches Axialdrucklager befestigt, das insgesamt mit 10 bezeichnet ist Auf dem anderen Wellenenae sitzt ein Propeller 13. Zwischen dem hydrostatischen Axialdrucklager 10 und dem Propeller 13 ist auf der Propeller-Druckwelle 12 ein Motor 11 in Form eines hydrostatischen Axialkolbenmotors montiert

Das ausbalancierte hydrostatische Axialdrucklager weist eine Scheibe 15 auf, die zwischen einer Schulter 9 der Druckwelle 12 und einer Mutter 8 derart eingespannt ist daß sie sich mit der Druckwelle 12 zwischen einem Zuleitungsgehäuse 20 und einer Platte 14 mitdreht Die Platte 14 ist an dem Verteilergehäuse 20 mit Schrauben 44 festgeschraubt In das Zuleitungsgehäuse

20 ist auf der der rotierenden Scheibe 15 zugekehrten Fläche eine Ringnut 16 eingeschnitten. Auf der anderen Seite der rotierenden Scheibe 15 ist eine entsprechende Ringnut 17 in die Platte 14 eingeschnitten. Aus einem Öl vorrat, der auch für den Motor vorgesehen ist, wird öl unter hohem Druck durch Kapillarröhren 31 den Ringnuten 16 und 17 zugeführt Die Scheibe 15 ist in engem Paßsitz zwischen das Verteilergehäuse 20 und die Platte 14 eingepaßt; in einem speziellen Fall beträgt de·· Zwischenraum einige Zentausendstel Zentimeter. Dieser Zwischenraum wird durch die Dicke eines. Abstandsringes 45 bestimmt. Eine geringe ölmenge sikkert durch diesen kleinen Spalt aus den Ringnuten 16, 17 und fließt durch Abflußkanäle 33 und 19 ab. Die Scheibe 15 wird durch den gleichen Öldruck auf beiden Seiten im Gleichgewicht gehalten.

Wenn auf die Propeller-Druckwelle 12 ein Druck in Längsrichtung wirksam wird, wird die Scheibe 15 je nach der Richtung des Druckes nach der einen oder anderen Seite verschoben. Diese Verschiebung der Scheibe 15 vergrößert den Spalt zwischen der Scheibe und einer anliegenden Fläche (14 oder 20) und verkleinert den Spalt auf der anderen Seite der Scheibe. Folglich fließt das öl auf der einen Seite rascher, und der Öldruck sinkt auf dieser Seite; auf der anderen Seite wird der ölfluß verlangsamt und der Öldruck steigt, so daß er dem auf die Welle ausgeübten Druck das Gleichgewicht hält, in welcher Richtung auch der Druck wirksam wird. Auf diese Weise hält das Axi?ildrucklager einer axialen Bewegung der Druckwelle 12 in beiden Richtungen stand.

Der hydrostatische Axialkolbenmotor 11 hai einen Zylinderblock 23. in dem in Abständen rund um tue Achse der Propeller Druckwelle 12 neun Zylinder 35 ausgedreht sind. Die Zylinder 35 durchziehen den Zylinderblock 23 geradlinig vom einen Ende zum anderen. Avn einen Ende des Zylinderblocks 23 ist ein Zylinderkopf 22 festgeschraubt. Zwischen dem Zuleitungsgehäuse 20 und dem Zylinderkopf 22 ist eine Schiit/platte

21 vorgesehen. Nierenförmige Löcher 47 sind derart in dem Zylinderkopf 22 (der sich mit dem Motor dieht.) und der Schlitzplatte 21 (dip stationär bleibt) angeordnet, daß sie zu bestimmten Zeitpunkten währe-id jedes Zyklus in Deckung kommen, um unter Druck behendes öl in die Zylinder einzuleiten oder das öl aus'reten zu lassen. Der Zylinderblock 23 ist an einer hohlen Motor-

Abtriebswelle 36 festgelegt und dreht sich mit dem Motor. Die Zylinder 35 sind mit Kolben 24 versehen. Federn 25 stützen sich am Zylinderkopf 22 und am Kolben 24 ab, um Schieber 26 gegen eine Taumelscheibe 28 zu halten, wenn der Motor nicht in Betrieb ist.

Die Schieber 26 sind mit den Kolben 24 durch Kugelgelenke mit halbsphärischen Köpfen 37, die in Lagerschalen in den Kolben gelagert sind, derart verbunden, daß sie sich immer flach an die Taumelscheibe anpressen. Die Kolben 24 und die Schieber 26 sind von kapillaren ölzuleitungen durchzogen, die in Spalte 27 münden, so daß die Schieber sich auf einem Ölfilm über die Taumelscheibe bewegen.

Das Drehmoment des Motors 11 wird von der hohlen Motor-Abtriebswelle 36 auf eine als Wellenhülse ausgebildete Propeller-Antriebswelle 34 über eine mit Axialspiel arbeitende Drehmomentkupplung 38 übertragen. Die Propeller-Antriebswelle 34 ist mit der Propeller-Druckwelle 12 durch einen Querstift 49 verbunden. Das Drehmoment, das die Propeller-Antriebswelle 34 von der hohlen Motor-Abtriebswelle 36 über die mit Axialspiel arbeitende Drehmomentkupplung 38 erhält, wird mittels eines Keiles 60, der in die Propeller-Antriebswelle 34 eingelassen ist und in eine Nut am Propeller 13 eingreift, auf den Propeller 13 übertragen. Der Propellerschub, der sehr ungleichmäßig sein kann, wird von der Propeller-Druckweile 12 aufgenommen, und diese ist durch das hydrostatische Axialdrucklager 10 gegen axiale Verschiebung abgesichert. Die hohle Motor-Abtriebswelle 36 läuft in Lagern 29 und 39 und ist von der Propeller-Druckwelle 12, die sie durchzieht, separiert.

Die Propeller-Druckwelle 12 läuft in Radiallagern 18 und 30, die einen möglichst großen Abstand voneinander haben, um der Druckwelle 12, die im Betrieb sehr ungleichmäßigen Belastungen ausgesetzt sein kann, die größtmögliche Stabilität zu verleihen.

Es sind Kanäle vorgesehen, um öl von dem Strömungsweg zwischen der Schlitzplatte 211 und dem Zylinderkopf 22 zu den Lagern 18, 39, 29 und der Propeller-Antriebswelle 34 zu leiten. Von diesem Strömungs-

weg fließt öl in einen Spalt 40 und schmiert das Lager 39. Das öl fließt auch durch radiale Löcher 32 und entlang einem Spalt 42 zwischen der Propeller-Druckwelle 12 und der hohlen Motor-Abtriebsweile 36. Es schmiert die Drehmomentkupplung 38 und gelangt in einen Spalt 43, wo es die Lager 29 und 30 schmiert. Aus dem Lager 30 fließt das Öl durch einen Abflußkanal 41 ab.

Die gesamte Antriebseinheit ist in einem stromlinienförmigen Gehäuse 68 am Ende eines Halters 48 untergebracht, wobei der Propeller 13 aus dem einen Ende des Gehäuses vorragt. Schematisch bei 69 angedeutete Schlauchleitungen laufen vom Halter 48 in das Gehäuse und führen das Betriebsöl des Motors der Einheit zu bzw. von dieser ab.
Da die Schlauchleitungen 69 flexibel sind, kann die Antriebseinheit vollständig unter Wasser unter einem Boot angebracht werden, während die Motoren des Bootes, die das Hochdrucköl liefern, an einer geeigneten Stelle in dem Boot untergebracht sein können. Das Gehäuse der Antriebseinheit wird vollständig mit öl gefüllt, das einen etwas höheren Druck hat als der äußere Wasserdruck.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Außenbord-Propellerantrieb mit einem Gehäuse, einem darin angeordneten hydrostatischen Motor, einer mit diesem gekoppelten und von ihm konzentrisch umgebenen Wellenanordnung, die an ihrem aus dem Gehäuse herausragenden Ende den Propeller trägt, und einem Axialdrucklager zur Aufnahme des von der Propeller-Druckwelle übertragenen Propellerschubs, dadurch gekennzeichnet, daß die als Hohlwelle ausgebildete Abtriebswelle (36) des hydrostatischen Motors (11). durch eine mit Axialspiel arbeitende Drehmomentkupplung (38) mit einer als WeI-lenhülse ausgebildeten Propeller-Antriebswelle (34) drehfest verbunden ist, die ihrerseits mit einer koaxial und mit Spiel innerhalb der Abtriebswelle (36) ve/laufenden Propeller-Druckwelle (12) an deren propellerseitigem Ende fest verbunden ist, so daß m> diese den Propellerschub praktisch drehmomentfrei auf das an ihrem propellerfernen Ende angeordnete Axialdrucklager (10) überträgt, wobei der hydrostatische Motor (11) und die mit Axialspiel arbeitende Drehmomentkupplung (38) in axialer Richtung zwisehen einem das propellerferne Ende der Propeller-Druckwelle (12) im Gehäuse lagernden Radiallager (18) einerseits und einem die Propeller-Antriebswelle (34) im Gehäuse lagernden Radiallager (30) andererseits liegen, während das Axialdrucklager (10) jenseits des einen (18) und der Propeller (13) jenseits des anderen Radiallagers (30) liegt und die beiden Radiallager (18, 30) so weit voneinander entfernt sind, als dies bei der angegebenen Anordnung möglich ist.

2. Propellerantrieb nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die mit Axialspiel arbeitende Drehmomentkupplung (38) aus einer flexiblen Kupplungsscheibe besteht.

3. Propellerantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Propeller-Antriebswelle (34) mit der Propeller-Druckwelle (12) mittels eines Querstiftes (49) fest verbunden ist.

4. Propellerantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrostatisehe Motor (11) in an sich bekannter Weise als Axialkolbenmotor ausgebildet ist.

5. Propellerantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Axialdrucklager (10) in an sich bekannter Weise als zweiseitig tragendes selbsteinstellendes Kingspurlager mit Preßschmierung ausgebildet ist.