DE19501463C2 - Wellengeneratorgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wellengeneratorgetriebe zur Elektroenergieerzeugung an Bord von Schiffen, das über einen Wellenstrang direkt von der Hauptantriebsmaschine des Schiffes angetrieben wird.

Die elektrisch einfachste und am häufigsten angewandte Art der Bordenergieerzeugung stellt der Einsatz von Synchron-Wellengeneratoren dar. Im Antriebsstrang ist eine oder sind mehrere Getriebestufen angeordnet, von dem aus der Generator angetrieben wird. Die Generatordrehzahl bzw. die Bordnetzfrequenz steht damit in festem Verhältnis zur Drehzahl der Antriebsmaschine. In Antriebsanlagen mit Untersetzungsgetriebe enthalten diese Getriebe dann eine Übersetzungsstufe (PTO-Stufe) zum Antrieb des Wellengenerators.

Antriebsanlagen mit direkt von der Hauptmaschine angetriebenen Propellern verfügen über speziell zum Antrieb derartiger Generatoren vorgesehene Übersetzungsgetriebe. Erste Ausführungen wurden als sogenannte Reitergetriebe bekannt, bei denen das Rad der ersten Getriebestufe starr mit der Propellerwelle verbunden ist und eine drehschwingungsmäßige Entkopplung erst zwischen der ersten und zweiten Getriebestufe erfolgt.

Die Antriebswelle des Reitergetriebes ist gleichzeitig Bestandteil der Propellerwellenleitung. Da sich das Getriebe auf der Propellerwelle abstützt, ist keine eigene aufwendige Fundamentierung erforderlich. Sie bedingt aber eine entsprechende Verstärkung der Lager der Propellerwelle. Als Anbindung an den Schiffskörper ist lediglich eine Drehmomentstütze sowie eine axiale Fixierung erforderlich. Um die Übertragung axialer Bewegungen und daraus resultierende axiale Belastungen auf Getriebe und Wellengenerator zu vermeiden, wird die erste Getriebestufe geradverzahnt ausgeführt. Von Nachteil bei dieser Ausführungsform ist, daß im Havariefall die Trennung des Getriebes von der Wellenleitung zur Unterbrechung des Drehmomentflusses nicht möglich ist.

Bekannt ist der Vorschlag, daß auf einer durchgehenden Propellerwelle ein Planetenträger fest angeordnet wird, dessen Planetenräder mit dem drehbar auf der Propellerwelle gelagerten Sonnenrad und dem äußeren, durch eine hydraulisch betätigte Schaltbremse elastisch gelagerten Ringrad in Eingriff stehen und so bei variabler Propellerwellendrehzahl eine konstante Getriebeabtriebsdrehzahl ermöglicht wird (DD 90 706).

In DE 39 25 812 A1 (= DD 2 79 147) und in DE 39 25 811 A1 (= DD 2 74 802) wurden Wellen­ generatoranlagen zum Antrieb eines die Antriebswelle konzentrisch umhüllenden Stranggenerators vorgeschlagen, wobei in beiden Fällen über vorgelagerte Getriebestufen die Drehmomentabnahme von der Antriebswelle auf eine ebenfalls konzentrisch angeordnete Getriebehohlwelle erfolgt.

Neuere Wellengeneratoranlagen werden drehelastisch an das System Antriebsmaschine - Wellenleitung - Propulsionsorgan gekoppelt, indem das Übersetzungsgetriebe als schiffseitig fundamentiertes Tunnelgetriebe ausgeführt ist. Die Propellerwelle wird dabei frei durch das Getriebe hindurchgeführt. Die Abnahme des Drehmoments erfolgt über eine spezielle elastische Kupplung zwischen Wellenleitung und Hohlwelle des Übersetzungsgetriebes (DE-OS 30 46 679 und 33 31 480), so daß bereits vor der ersten Getriebestufe die drehschwingungsmäßige Entkopplung bzw. Dämpfung zwischen Hauptantriebsanlage (Propellerwelle) und Getriebe/Generator erfolgt. Da die elastische Kupplung auch axiale Verlagerungen kompensieren kann und bereits vor dem ersten Zahneingriff mögliche Stoßbelastungen, die von der Propellerwelle ausgehen können, dämpft, kann auch die erste Getriebestufe schrägverzahnt ausgeführt werden.

Die Hohlwelle dieser Tunnelgetriebe wird in speziellen Radialgleitlagern mit axialem Anlaufbund gelagert, die wegen des einerseits erforderlichen großen Durchmessers und andererseits wegen der geringen Lagerbelastungen ein extrem geringes Verhältnis von Lagerbreite zu Lagerdurchmesser (b/d) aufweisen. Das erfordert große Sorgfalt bei der Anordnung der Schmiertaschen, um so eine ungenügende Schmierung (und damit eine mögliche Schädigung bzw. einen Ausfall der Gleitlager) infolge des Ölseitenflusses zu vermeiden. Diese Radialgleitlager stellen bei Tunnelgetrieben einen wesentlichen Kostenanteil dar. Eine technisch mögliche Wälzlagerung stellt hierzu keine Alternative dar, da die Kosten für vergleichbare Wälzlager noch wesentlich über denen der Radialgleitlager liegen.

Bei Havarie von Tunnelgetriebe oder Generator ist lediglich der Drehmomentfluß zwischen Propellerwelle und Getriebehohlwelle durch Ausbau der radial montierbaren Kupplungssegmente erforderlich.

Ausgehend von diesem Stand der Technik verfolgt die Erfindung das Ziel, eine Gestaltung für ein Wellengeneratorgetriebe zu finden, das die Vorteile der bekannten Ausführungsformen Reitergetriebe und Tunnelgetriebe in sich vereinigt. Auch die bei diesen bekannten Lösungen vorhandenen Nachteile sollen verringert bzw. vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen ein Übersetzungsgetriebe zur Elektroenergieerzeugung, insbesondere an Bord von Schiffen, derart auszuführen, daß sich das Getriebe direkt auf der Propellerwelle abstützt, über eine Drehmomentstütze verfügt und daß das Drehmoment von der Wellenleitung der Hauptantriebsmaschine über eine drehelastische und auch gegenüber radialem, axialem und winkligem Versatz nachgiebige Kupplung auf eine zum Getriebe gehörende Hohlwelle geleitet wird, die konzentrisch zur Propellerwelle angeordnet ist. Diese Hohlwelle, auf der das Rad der ersten Stufe starr befestigt ist, stützt sich über Gleitbuchsen oder Gleitlagerschalen mit Selbstschmiereigenschaften auf der Propellerwelle ab. Die Gleitbuchse kann im mittleren Bereich eine Durchmesserverringerung aufweisen, so daß hier kein Tragen erfolgt. Die vorgesehene Gleitbuchse oder Gleitlagerschalen sind einseitig mit einem Kragen zur stirnseitigen Befestigung an der Hohlwelle ausgestattet. Die Gleitlager (Gleitbuchse oder Gleitlagerschalen) bestehen beispielsweise aus einer hochwertigen Kupferlegierung und sind mit einem Lagerspiel ausgeführt, das eine betriebsbedingt notwendige Entlastung der Lager durch Zentrierung oder eine Entnahme der Lager in axialer Richtung gestattet. Die Gleitlager verfügen über ein gewisses Maß an Elastizität um sich auf einer möglichst großen Mantelfläche der Propellerwelle abstützen zu können. Durch diese Eigenschaften der Gleitbuchsen oder Gleitlagerschalen ist die Möglichkeit einer Relativdrehbewegung zwischen der drehschwingungsbeaufschlagten Propellerwelle und der drehschwingungsgedämpften Getriebehohlwelle ohne Einschränkung der Betriebsbedingungen gegeben. Zum Getriebegehäuse hin stützt sich die Hohlwelle radial in Wälzlagern oder Gleitlagern ab.

Durch die Kupplungsanordnung bereits vor der ersten Getriebestufe werden auch die axialen Stoßbelastungen verringert, die beispielsweise beim Anfahren des Motors einer Antriebsanlage mit Festpropeller auftreten, wenn der Propeller aus der Ruhelage heraus plötzlich eine axial wirkende Schubkraft erzeugt, die vom Motordrucklager aufgenommen und in den Schiffskörper abgeleitet wird.

Ist die dämpfende Wirkung der elastischen Kupplung auch in axialer Richtung ausreichend, kann die erste Getriebestufe schrägverzahnt ausgeführt werden. Dann nehmen die Lager der Hohlwelle auch die daraus resultierende Axialkraft auf.

Das Getriebegehäuse verfügt über eine Axialfixierung, so daß auftretende Axialkräfte wie die Rückstellkräfte aus der elastischen Kupplung und die Axialkomponenten der Gewichtskraft des Getriebes infolge Seegang in den Schiffskörper abgeleitet werden können.

Die Drehmomentweiterleitung von der Hohlwelle bis zum Generator erfolgt so wie in den bekannten Lösungen: Vom auf der Hohlwelle starr befestigten Zahnrad wird das Drehmoment auf das Ritzel der Zwischenwelle übertragen, auf dem wiederum das Zahnrad der zweiten Getriebestufe starr befestigt ist, das mit dem Ritzel der Abtriebswelle, die über eine Wellenkupplung mit der Generatorwelle wirkverbunden ist, im Eingriff steht. In die Abtriebswelle kann eine Schaltkupplung zur wahlweisen Unterbrechung des Drehmomentflusses eingefügt sein.

Ist der Wellengenerator oder das erfindungsgemäße Getriebe selbst defekt, erfolgt die Unterbrechung des Drehmomentflusses durch Ausbau der radial montierbaren Kupplungssegmente. Aus dem Stillstand des Getriebes resultiert dann eine Relativdrehzahl zwischen Propellerwelle und Getriebehohlwelle in Höhe der Drehzahl der Propellerwelle. Um eine Beschädigung der ungeschmierten und ungekühlten Gleitbuchsen zu vermeiden, wird mit mehreren Richtschrauben das Getriebegehäuse, ohne Demontage der Drehmomentstütze, geringfügig, innerhalb des Spiels der Gleitbuchsen, angehoben, so daß die Gleitbuchsen entlastet sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Gleitbuchsen oder Gleitlagerschalen vollständig oder teilweise aus der Hohlwelle axial auszubauen, so daß der dadurch entstehende Abstand zwischen dem Außendurchmesser der Propellerwelle und dem Innendurchmesser der Hohlwelle eine Berührung beider Wellen ausschließt. Um ein Herausziehen der Gleitlagerbuchsen oder -halbschalen zu ermöglichen, sind diese stirnseitig an der Hohlwelle lösbar befestigt. Zusätzliche Befestigungsschrauben am Gehäuse gewährleisten die Arretierung des Getriebes in dieser angehobenen Position, da ansonsten infolge der beiden Drehgelenke der Drehmomentstütze die nicht behinderten Freiheitsgrade eine undefinierte Gehäusebewegung ermöglichen würden.

Verwendet man statt der elastischen Gummikupplung eine Geislinger-Kupplung, so kann diese in das Getriebegehäuse integriert werden, womit der Raumbedarf der Getriebeanlage verringert wird. Da die Federpakete in der ölgefüllten Geislinger-Kupplung im Innenstern axial verschieblich sind, erfolgt auch bei dieser Ausführung eine axiale Dämpfung bzw. Entkopplung.

Im Havariefall muß der Drehmomentfluß dann zwischen Hohlwelle und Propellerwelle durch Demontage des geteilt ausgeführten Adapterrings unterbrochen werden. Die havariebedingte Anhebung des Getriebegehäuses erfolgt wie vordem.

Um den Montageaufwand beim Einbau des erfindungsgemäßen Getriebes gering zu halten, kann die Propellerzwischenwelle, die durch die Getriebehohlwelle hindurchläuft, Bestandteil des Getriebes sein. Wird die Propellerzwischenwelle an mindestens einer Seite mittels eines zylindrischen oder kegligen Preßverbandes mit der Propellerwelle verbunden, kann das Getriebe komplett montiert in das Schiff gesetzt werden und die Propellerzwischenwelle wird durch die Getriebehohlwelle hindurchgeführt. Die Gleitbuchsen oder Gleitlagerhalbschalen können nachträglich eingesetzt werden.

Ein nachträglicher Einbau des erfindungsgemäßen Wellengeneratorgetriebes in eine vorhandene Schiffsantriebsanlage ist möglich, wenn die Gleitlager, die Hohlwelle mit darauf befestigtem Stirnrad und die Lager zur gehäuseseitigen Abstützung der Hohlwelle geteilt ausgeführt werden, die Kupplung radial montierbar ist und innerhalb der Antriebswelle eine geeignete Stelle zur Drehmomentabnahme vorhanden ist.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Lösung an einem Ausführungsbeispiel verdeutlicht.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt mit außenliegender elastischer Kupplung,

Fig. 2 einen Längsschnitt mit im Gehäuse eingebauter Geislinger-Kupplung,

Fig. 3 eine Ansicht des Getriebes in Wellenlängsrichtung und

Fig. 4 Längsschnitt durch eine Gleitbuchse und Hohlwelle

Fig. 5 Außenansicht der Lagerung der Hohlwelle.

In Fig. 1 ist erkennbar, daß die Antriebswelle 1 mit der elastischen Kupplung 2 und diese wiederum mit der Hohlwelle 3 über einen geteilten Adapterring 4 kraftschlüssig verbunden ist. An der Innenwand der Hohlwelle 3 ist eine Gleitbuchse, die im mittleren Bereich eine Durchmesserverringerung aufweist, oder Gleitlagerschalen 5 starr befestigt und am Außendurchmesser der Hohlwelle 3 befindet sich ein Steg 6 zur Befestigung des Stirnrades 7 der ersten Getriebestufe. Die Hohlwelle 3 stützt sich radial und auch axial über Wälzlager 8 oder Gleitlager im Getriebegehäuse 9 ab, das zur Hohlwelle 3 hin mittels geteilt ausgeführter Deckel 10 und Dichtungen 11 die Öldichtheit gewährleistet. Mit dem Stirnrad 7 im Eingriff befindet sich das Ritzel 12 der Zwischenwelle 13, auf dem das Rad 14 der zweiten Getriebestufe starr befestigt ist. Das Rad 14 befindet sich im Eingriff mit dem Ritzel 15 der Getriebeabtriebswelle 16. Die Zwischenwelle 13 und die Abtriebswelle 16 sind üblicherweise in Wälzlagern 17, 18 gelagert.

In Fig. 2 ist erkennbar, daß die Antriebswelle 1 über einen geteilten Adapterring 4 mit der normal zur Wellenlängsrichtung geteilten Hohlwelle 3, speziell mit dem Hohlwellenabschnitt 3a starr verbunden ist, an dessen Innendurchmesser mindestens ein Gleitring 5 befestigt ist und der die Federpakete der Geislinger-Kupplung 25 trägt sowie in einem Wälzlager 8a oder Gleitlager radial gelagert ist. Die Geislinger-Kupplung 25 ist am Außendurchmesser verbunden mit dem Steg 6 des Zahnrades 7 oder dem Zahnrad 7 selbst der ersten Getriebestufe. Das Zahnrad 7 ist starr verbunden mit dem Hohlwellenabschnitt 3b, der sich mit Lager 8b im Getriebegehäuse 9 abstützt, das zur Hohlwelle 3 hin mittels geteilt ausgeführter Deckel 10 und Dichtungen 11 die Öldichtheit gewährleistet. Mit dem Stirnrad 7 im Eingriff befindet sich das Ritzel 12 der Zwischenwelle 13, auf dem das Rad 14 der zweiten Getriebestufe starr befestigt ist. Das Rad 14 befindet sich im Eingriff mit dem Ritzel 15 der Getriebeabtriebswelle 16. Die Zwischenwelle 13 und die Abtriebswelle 16 sind üblicherweise in Wälzlagern 17, 18 gelagert.

In Fig. 3 ist erkennbar, daß das Getriebegehäuse 9, daß sich über die Gleitlager 5 auf der Antriebswelle 1 abstützt, mit einer Drehmomentstütze 19 radial arretiert wird. Ein am Getriebegehäuse 9 angebrachter Steg 20 greift in einen schiffsseitig angeordneten Nutkörper 21 als Axialfixierung ein. Am Getriebegehäuse 9 sind Stützflächen 24 angebracht, in denen sich Stellschrauben 22 befinden, die der Anhebung des Getriebegehäuses 9 im Havariefall dienen. Die Befestigungsschrauben 23 dienen der Arretierung des Getriebegehäuses 9 in dieser angehobenen Position.

In Fig. 4, 5 ist dargestellt, daß das Gleitlager 5, das als Gleitbuchse oder mittels Gleitlagerschalen ausgeführt sein kann, über einen Kragen 28 verfügt, der an der Stirnseite der Hohlwelle 3 mit Befestigungsschrauben 26 lösbar befestigt werden kann. Die Hohlwelle 3 stützt sich über das Gleitlager 5 auf der Antriebswelle 1 ab. Im Havariefall können die Gleitlagerschalen 5 zwischen Hohlwelle und Antriebswelle entfernt werden, so daß zwischen beiden Wellen 1, 3 ein ausreichend großer Zwischenraum 27 entsteht, in dessen Bereich das Getriebegehäuse 9 angehoben werden kann, so ein Berühren von rotierender Antriebswelle 1 und stillstehender Hohlwelle 3 vermeidend.

Claims (9)

1. Wellengeneratorgetriebe zur Elektroenergieerzeugung an Bord von Schiffen, dessen Antriebshohlwelle (3) die mit der Hauptantriebsmaschine verbundene Antriebswelle (1) konzentrisch umschließt und über eine elastische Kupplung (2) ein Drehmoment direkt von der Hauptantriebsmaschine übertragen bekommt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (3) in ihrem Innern ein oder mehrere, auf der Antriebswelle (1) befestigte, ohne äußere Schmierung gleitfähige und bei Drehmomentenunterbrechung entlastbare und/oder entnehmbare Gleitlager (5) aufweist, so daß sich das Getriebegehäuse (9) über die Lager (8) auf der Hohlwelle (3) und diese Hohlwelle (3) über die Gleitlager (5) auf der Antriebswelle (1) abstützt und dabei eine Drehschwingungen ausgleichende Relativdrehbewegung zwischen Antriebswelle (1) und Hohlwelle (3) ermöglicht.

2. Wellengeneratorgetriebe mit Vorrichtung zur Entlastung der Gleitlager bei Unterbrechung des Drehmomentflusses nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebegehäuse (9) um die Antriebswelle (1) kippbeweglich gelagert ist und außerhalb der Antriebswellenachse über angreifende Hebe- und Festhalteelemente verfügt.

3. Wellengeneratorgetriebe mit Hebe- und Festhalteelementen nach Pkt. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebegehäuse (9) über Stützflächen (24) verfügt, auf denen das Getriebegehäuse (9) mit Stützschrauben (22) angehoben werden kann und mit Befestigungsschrauben (23) in dieser Position ohne Demontage der Drehmomentstütze (19) arretierbar ist.

4. Wellengeneratorgetriebe mit Gleitlagern in Form von Gleitbuchsen in der Hohlwelle, die bei Unterbrechung des Drehmomentflusses aus dem Funktionseingriff nehmbar sind, nach Pkt. 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerspiel der Gleitlager (5) als Spielpassung ausgeführt ist und daß die Gleitlager über einen Kragen (28) verfügen, über den diese mit der Hohlwelle (3) mittels Befestigungsschrauben (26) lösbar befestigt sind.

5. Wellengeneratorgetriebe mit Gleitlagern in Form von Gleitlagerschalen in der Hohlwelle, die bei Unterbrechung des Drehmomentflusses aus dem Funktionseingriff nehmbar sind, nach Pkt. 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei dieser Gleitlagerschalen (5) am Umfang der Antriebswelle (1) angeordnet sind, so daß bei Entfernung wenigstens einer Gleitlagerschale (5) ein freier Zwischenraum (27) entsteht, der bei Anheben des Getriebegehäuses (9) die Lagerfunktion der Gleitlagerhalbschalen (5) aufhebt.

6. Wellengeneratorgetriebe nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß im Leistungsstrang zwischen Antriebswelle (1) und Hohlwelle (3) ein oder mehrere Adapterringe (4), die radial geteilt ausgeführt sein können, eingefügt sind.

7. Wellengeneratorgetriebe nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (3) in zwei Hohlwellenabschnitte (3a, 3b) geteilt ist und daß die primäre Hohlwelle (3a) über einen oder mehrere Adapterringe (4), die geteilt ausgeführt sein können, mit der Antriebswelle (1) wirkverbunden ist und daß zwischen den Hohlwellenabschnitten (3a, 3b) eine Geislinger- Kupplung (25) angeordnet ist.

8. Wellengeneratorgetriebe nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitlager (5), die Hohlwelle (3) mit darauf befestigtem Stirnrad (7) und die Lager (8) der Hohlwelle (3) radial geteilt ausgeführt sind.

9. Wellengeneratorgetriebe nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (1) Bestandteil des Getriebes ist und in die Wellenleitung der Hauptantriebsanlage eingefügt ist.