DE19520759C2 - Getriebeanlage für Mehrmotoren-Schiffsantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanlage für Mehrmotoren-Schiffsantrieb gemäß Anspruch 1.

Anwendungsgebiete der Erfindung sind Schiffe, welche von mehreren Motoren, insbesondere von Gasturbinen oder anderen Turbinen, angetrieben werden. Die Getriebeanlage der Erfindung überträgt die Antriebskraft dieser Motoren auf die Schiffspropellerwelle. Der Schiffspropeller kann entweder im Wasser den Schiffsvorschub erzeugen oder in Form einer Pumpe oder Turbine einen Wasserstrahl (Jet) erzeugen, welcher das Schiff antreibt.

Im Stand der Technik gibt es eine Getriebeanlage, die prinzipiell in der Zeitschrift "Antriebstechnik 33, 1994, Nr. 9, S. 50/51" und in der hier beigefügten Fig. 6 dargestellt ist und zwei axial, jedoch entgegengesetzt zueinander angeordnete Gasturbinen 2a und 2b hat, welche je über eine Membrankupplung 3a oder 3b an ein gemeinsames Antriebsritzel 4 angeschlossen sind. Mit dem Antriebsritzel 4 sind zwei Hauptgetriebe 5a und 5b in Eingriff, welche in Antriebsrichtung je folgende Elemente enthalten: ein mit dem Antriebsritzel 4 in Eingriff stehendes Zahnrad 6a oder 6b, eine in dieses Zahnrad 6a oder 6b axial integrierte schaltbare Lamellenkupplung 7a oder 7b, ein Zwischenzahnrad 8a oder 8b, und ein Abtriebszahnrad 9a und 9b, die je über eine Zahnkupplung 10a oder 10b mit einer Propellerwelle 11a oder 11b verbindbar sind. Bei einem Defekt auf der Eingangsseite der Lamellenkupplungen 7a und 7b, beispielsweise einem Defekt des Antriebsritzels 4 oder seiner Lager 12 wird die gesamte Antriebsanlage betriebsunfähig. Die gesamte Antriebsanlage wird auch dann betriebsunfähig, wenn bei einem Leck des Schiffes Wasser in den Maschinenraum eindringt, in dem sich die Antriebsanlage befindet. Alle Rotationsachsen sind parallel zueinander angeordnet.

Einen weiteren Stand der Technik zeigt die Zeitschrift "HANSA, Nr. 19/20, 1991, S. 1117-1123" in ihrer Fig. 4a, welche dieser Anmeldung auch als Fig. 7 der Zeichnungen beigefügt ist. Darin werden zwei achsparallel nebeneinander angeordnete Hauptgetriebe 15a und 15b je über eine Lamellenkupplung 17a oder 17b je von einem eigenen, achsparallel zu ihnen angeordneten Dieselmotor 16a oder 16b angetrieben. Die beiden Hauptgetriebe 15a und 15b können über ein Verbindungsgetriebe 14 wahlweise miteinander verbunden werden. Dadurch ergeben sich verschiedene Betriebsmöglichkeiten: Antreiben der beiden Propellerwellen 11a und 11b von beiden Motoren 16a und 16b gemeinsam oder einzeln oder nur von einem der beiden Motoren 16a oder 16b. Das Verbindungsgetriebe 14 hat eine rechtwinklig zu den Wellen der Hauptgetriebe 15a und 15b angeordnete Verbindungswelle 19, welche als Zahngelenkwelle ausgebildet ist und Teil von zwei Zahnkupplungen 19a und 19b ist, ferner eine Lamellenkupplung 20, und an beiden Enden des Verbindungsgetriebes 14 je ein Kegelradgetriebe 18a und 18b. Das Verbindungsgetriebe 14 hat ein Gewicht von ungefähr 30% der gesamten Getriebeanlage und benötigt einen Teil des Maschinenraumes des Schiffes. Auch diese Antriebsanlage (Getriebeanlage plus Motoren) befindet sich in einem Maschinenraum des Schiffes und wird betriebsunfähig, wenn bei einem Leck Wasser in diesen Maschinenraum eindringt.

Ferner ist aus der EP 184 082 A2 eine Schiffs-An­ triebsanlage mit axial, jedoch entgegengesetzt zueinander angeordneten Motoren bekannt, welche je über eine Lamellenkupplung mit einem gemeinsamen, axial zwischen ihnen angeordneten Antriebszahnrad verbindbar sind. Das Antriebszahnrad ist mit einem weiteren Zahnrad in Eingriff, an welches axial eine Propellerwelle angeschlossen ist. Diese Antriebsanlage dient nur zum Antrieb einer einzigen Propellerwelle und ist ebenfalls in einem Maschinenraum eines Schiffes angeordnet.

Die DE 37 00 584 C2 zeigt Wellenkupplungen für Schiffs­ antriebe, wobei zwei Kupplungsnaben mit Außen­ verzahnungen mit einer zugehörigen innenverzahnten Kupplungshülse in Eingriff bringbar sind.

Ferner betrifft ein Beitrag in der Zeitschrift "HANSA, Nr. 1/2, 1990, S. 40-43" eine Doppel-Synchronisier­ kupplung für Schiffsgetriebe.

Die Zeitschrift "HANSA, 1956, S. 2163" zeigt einen Schiffsantrieb, bei dem sich die Antriebsmotoren in voneinander durch eine Schottwand getrennten Räumen befinden.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Antriebsanlage zu schaffen, welche betriebssicherer als die bekannten Antriebsanlagen ist und welche weniger Gewicht hat und weniger Maschinenraum benötigt als beispielsweise die in Fig. 7 dargestellte bekannte Antriebsanlage. Die Antriebsanlage gemäß der Erfindung soll sich nicht nur zum Antrieb mit Verbrennungsmotoren, beispielsweise Dieselmotoren, sondern auch zum Antrieb mit Turbinen, beispielsweise Gasturbinen eignen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Getriebeanlage nach der Erfindung für einen Mehrmotoren-Schiffs­ antrieb,

Fig. 2 eine Stirnansicht auf die Getriebeabtriebsseite der Getriebeanlage von Fig. 1,

Fig. 3 ein Schema der Getriebeanlage von Fig. 1 und 2,

Fig. 4 ein Schema einer weiteren Ausführungsform einer Antriebsanlage nach der Erfindung, wobei zwei Hauptgetriebe über eine geschlossene Kupplung miteinander verbunden sind,

Fig. 5 ein Detail von Fig. 4, welches die Kupplung von Fig. 4 in ausgekuppeltem (geöffnetem) Zustand zeigt,

Fig. 6 schematisch eine bekannte Antriebsanlage,

Fig. 7 schematisch eine weitere bekannte Antriebsanlage.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Getriebeanlage nach der Erfindung für einen Mehrmotoren-Schiffs­ antrieb enthält zwei Hauptgetriebe 30a und 30b, die je einen von einem Motor, vorzugsweise einer Gasturbine 33a und 33b antreibbaren Antriebseingang 32a und 32b und einen Antriebsausgang 34a und 34b zum Antrieb je einer Schiffsantriebswelle 36a und 36b haben. Alle Antriebseingänge 32a und 32b und Antriebsausgänge 34a und 34b sind achsparallel zueinander angeordnet und die Antriebsausgänge 34a und 34b von beiden Hauptgetrieben 30a und 30b liegen auf der gleichen Getriebeanlage-Abtriebsseite. Die beiden Hauptgetriebe 30a und 30b sind hintereinander angeordnet, wobei die beiden Antriebseingänge 32a und 32b axial, aber entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Der Antriebseingang 32a des im Schiff weiter hinten angeordneten Hauptgetriebes 30a liegt auf der Getriebeanlage-Abtriebsseite. Der Antriebseingang 32b des im Schiff weiter vorne angeordneten Hauptgetriebes 30b liegt auf der von der Getriebeanlage-Abtriebsseite abgewandten Vorderseite dieses vorderen Hauptgetriebes 30b. Eine schaltbare Kupplungsvorrichtung 40 ist axial zwischen den beiden Antriebseingängen 32a und 32b angeordnet und kann diese Antriebseingänge 32a und 32b wahlweise miteinander verbinden oder voneinander trennen. Dadurch ist es möglich, beide Propellerwellen 36a und 36b wahlweise entweder von beiden Gasturbinen 33a und 33b oder nur von einer dieser beiden Gasturbinen 33a oder 33b oder unabhängig voneinander jeweils nur von der zugeordneten Gasturbine 33a bzw. 33b anzutreiben.

An jedem Antriebseingang 32a und 32b befindet sich zwischen der Gasturbine 33a und 33b und dem Hauptgetriebe 30a und 30b je eine selbstsynchronisierende Überholkupplung 42a und 42b, welche nach dem Freilaufprinzip arbeiten und immer nur dann schließen, wenn ihre Antriebsseite schneller als ihre Abtriebsseite wird, und umgekehrt immer dann öffnen, wenn ihre Abtriebsseite schneller als ihre Antriebsseite wird. Damit werden die Gasturbinen 33a und 33b, wenn sie eingeschaltet werden, automatisch über die Überholkupplung 42a bzw. 42b mit ihrem zugehörigen Hauptgetriebe 30a und 30b verbunden. Die Überholkupplungen 42a und 42b verhindern auch, daß Energie von der einen Gasturbine 30a oder 33b zur anderen Gasturbine 33b oder 33a übertragen wird.

Zwischen den Überholkupplungen 42a und 42b und ihrem zugehörigen Motor oder ihrer zugehörigen Gasturbine 33a und 33b kann sich eine weitere Kupplung 44a und 44b befinden, welches eine elastische Kupplung und/oder eine Schaltkupplung sein kann.

Die Getriebeanlage ist in einem Schiff auf zwei voneinander getrennte Maschinenräume 46a und 46b aufgeteilt, die durch ein Schott oder eine Querwand 48 des Schiffes wasserdicht voneinander getrennt sind. Das hintere Getriebe 30a und die zugehörige Gasturbine 33a sind in dem mit Bezug auf die Schiffsrichtung hinteren Maschinenraum 46a untergebracht. Das vordere Hauptgetriebe 30b und die zugehörige Gasturbine 33b sind in dem mit Bezug auf die Schiffsrichtung vorderen Maschinenraum 46b untergebracht. Eine Verbindungswelle 50 der Kupplungsvorrichtung 40 erstreckt sich durch die Schiffswand 48, in welcher sie durch eine Dichtung 52 abgedichtet ist.

Jedes Hauptgetriebe 30a und 30b ist ein zweistufiges Getriebe bestehend aus einem Antriebsritzel 54a und 54b, einem Zwischenzahnrad 56a und 56b und einem Abtriebszahnrad 58a und 58b. Die Kupplungsvorrichtung 40 befindet sich axial zwischen den beiden Antriebsritzeln 54a und 54b und kann diese wahlweise miteinander verbinden oder voneinander trennen.

Selbstsynchronisierende Überholkupplungen 42a und 42b der hier verwendeten Art sind auf dem Markt allgemein als SSS-Überholkupplungen bekannt.

Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte weitere Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 dadurch, daß die Kupplungsvorrichtung 40 zum wahlweisen verbinden oder trennen der beiden Hauptgetriebe 30a und 30b keine Lamellenkupplung oder Klauenkupplung oder ähnliche von Hand oder automatisch schaltbare Kupplung ist, sondern eine von Hand oder automatisch schaltbare Doppelgelenk-Zahnkupplung 140, und daß die beiden Hauptgetriebe 30a und 30b je mit einer zusätzlichen schaltbaren Kupplung 60a bzw. 60b versehen sind, durch welche diese Hauptgetriebe 30a und 30b abgeschaltet werden können, d. h. ihr Kraftfluß zur zugehörigen Propellerwelle 36a und/oder 36b wahlweise unterbrochen oder hergestellt werden kann. Alle übrigen Teile der Ausführungsform der Fig. 4 und 5 sind gleich wie bei den Fig. 1, 2 und 3 und deshalb mit den gleichen Bezugszahlen versehen und werden hier nicht nochmals beschrieben.

Die Doppelgelenk-Zahnkupplung 140 hat auf beiden Seiten der Schiffswand 48 je einen Kupplungs-Außen­ zahnkranz 140a bzw. 140b mit in Längsrichtung bogenförmigen Kupplungszähnen, die je über ein Wellenstück 62a bzw. 62b mit dem Antriebsritzel 54a bzw. 54b der beiden Hauptgetriebe 30a und 30b verbunden sind, zu welchen sie axial angeordnet sind. Eine Zahnkupplungshülse 150 erstreckt sich durch die Schiffswand 48 und deren Dichtung 52 und ist darin axial verschiebbar, um wahlweise ihre Kupplungs-Innen­ zahnkränze 150a und 150b entsprechend Fig. 4 in Eingriff zu bringen und dadurch die Kupplung zu schließen oder entsprechend Fig. 5 außer Eingriff zu bringen und dadurch die Kupplung zu öffnen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß bei geöffneter Zahnkupplung 140 die Zahnkupplungshülse 150 nicht rotiert, sondern in der Dichtung 52 der Schiffswand 48 nicht-rotierend stillsteht. Dadurch wird die Materialabnutzung der Dichtung 52 wesentlich reduziert und die Gefahr durch Unfälle infolge rotierender Elemente reduziert.

Die schaltbaren Kupplungen 60a und 60b in den beiden Hauptgetrieben 30a und 30b sind vorzugsweise schaltbare Lamellenkupplungen und können entsprechend Fig. 4 in einem zusätzlichen Zwischenzahnrad 59a bzw. 59b integriert oder an dieses angebaut sein. Diese zusätzlichen Schaltkupplungen 60a und 60b ergeben weitere Betriebsmöglichkeiten für die Antriebsanlage. So besteht die Möglichkeit, durch Öffnen von einer dieser beiden Kupplungen 60a oder 60b bei gleichzeitig geschlossener Kupplungsvorrichtung 140 die eine oder die andere Propellerwelle 36a oder 36b durch beide Gasturbinen 33a und 33b anzutreiben, während die betreffende andere Propellerwelle 36b oder 36a nicht angetrieben wird. Dies ist von Vorteil beispielsweise bei einem Defekt im Antriebsstrang des einen oder des anderen Hauptgetriebes 30a oder 30b, kann jedoch auch dazu verwendet werden, Energie von den Motoren oder Gasturbinen 33a und/oder 33b auf Betriebseinrichtungen des Schiffes, beispielsweise die elektrische Energieversorgungsanlage, zu übertragen, unabhängig vom Antrieb und von der Drehzahl der einen oder der anderen oder beiden Propellerwellen 36a und/oder 36b.

Die zusätzlichen Kupplungen 60a und 60b können in abgewandelter Ausführungsform woanders angeordnet werden, beispielsweise vor dem Eingang oder nach dem Ausgang der Hauptgetriebe 30a und/oder 30b.

Weitere Abwandlungsmöglichkeiten können darin bestehen, daß wahlweise anstelle eines oder anstelle von beiden Gasturbinen 33a und/oder 33b ein Verbrennungsmotor, beispielsweise ein Dieselmotor verwendet wird. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist jedoch, daß sie sich auch für schnellaufende Motoren wie beispielsweise Gasturbinen und damit auch für schnellaufende Schiffe eignet.

Die Doppelgelenk-Zahnkupplung 140 kann dadurch abgewandelt werden, daß anstelle einer Kupplungshülse 150 eine Kupplungswelle 150 verwendet wird, mit inneren oder äußeren Kupplungszahnkränzen 150a und 150b an ihren beiden Enden, wobei im Falle von äußeren Kupplungszahnkränzen 150a und 150b die zugehörigen Gegen- Kupplungsverzahnungen 140a und 140b Innenverzahnungen sein müssen. Mindestens einer der beiden miteinander paarenden Zahnkränze 140a und 150a am einen Kupplungsende und 140b und 150b am anderen Kupplungsende sollte in Zahnlängsrichtung bogenförmig sein, damit die beiden miteinander in Eingriff befindlichen Zahnkränze Winkelbewegungen relativ zueinander machen können. Selbstverständlich ist auch die Verwendung von Zahnkupplungen möglich, welche nicht winkelbeweglich sind, wenn Fluchtungsschwankungen der axial zueinander angeordneten Rotationselemente durch andere Elemente kompensiert werden oder solche Kompensationen aus anderen Gründen nicht erforderlich sind.

Claims (8)

1. Getriebeanlage für Mehrmotoren-Schiffsantrieb mit zwei Hauptgetrieben (30a, 30b), die je einen von einem Motor (33a, 33b) antreibbaren Antriebseingang (32a, 32b) und einen Antriebsausgang (34a, 34b) zum Antrieb je einer Schiffsantriebswelle (36a, 36b) haben, wobei alle Antriebseingänge (33a, 33b) und Antriebsausgänge (34a, 34b) achsparallel zueinander angeordnet sind und die Antriebsausgänge (34a, 34b) von beiden Hauptgetrieben (30a, 30b) auf der gleichen Getriebeanlage-Abtriebsseite liegen, mit einer Kupplungsvorrichtung (40, 140) zum wahlweisen Verbinden oder Trennen der beiden Hauptgetriebe (30a, 30b) miteinander oder voneinander, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hauptgetriebe (30a, 30b) hintereinander angeordnet sind und daß die beiden Antriebseingänge (32a, 32b) axial, aber entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, wobei der Antriebseingang (32a) des hinteren Hauptgetriebes (30a) auf der Getriebeanlage-Ab­ triebsseite und der Getriebeeingang (32b) des vorderen Hauptgetriebes (30b) auf der von der Getriebeanlage-Abtriebsseite abgewandten Vorderseite dieses vorderen Hauptgetriebes (30b) liegt.

2. Getriebeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung (40; 140) axial zwischen axial zueinander angeordneten Antriebsritzeln (54a, 54b) der beiden Hauptgetriebe (30a, 30b) angeordnet ist und diese Antriebsritzel wahlweise miteinander verbinden kann.

3. Getriebeanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung (140) eine Doppelzahnkupplung ist, die zwei axial und mit Abstand voneinander angeordnete Zahnkränze (140a, 140b) und ein relativ zu ihnen axial zwischen einer Verbindungsposition (Fig. 4) und einer Trennposition (Fig. 5) verschiebbares Kupplungselement (150) mit zwei weiteren Zahnkränzen (150a, 150b) aufweist, welche in der Verbindungsposition mit den anderen Zahnkränzen in Eingriff sind, jedoch in der Trennposition von den anderen Zahnkränzen getrennt sind.

4. Getriebeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Hauptgetriebe (30a, 30b) ein zweistufiges Getriebe ist.

5. Getriebeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Antriebseingang (32a, 32b) mit einer selbstsynchronisierenden Überholkupplung (42a, 42b) versehen ist, welche nach dem Freilaufprinzip arbeiten und immer nur dann schließen, wenn ihre Antriebsseite schneller als ihre Abtriebsseite wird, und umgekehrt immer dann öffnen, wenn ihre Abtriebsseite schneller als ihre Antriebsseite wird.

6. Getriebeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Hauptgetriebe (30a, 30b) mit einer schaltbaren Kupplung (60a, 60b) zur wahlweisen Unterbrechung des Kraftflusses durch dieses Getriebe versehen ist.

7. Getriebeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hauptgetriebe (30a, 30b) und ihr zugehöriger Motor (33a, 33b) in zwei voneinander wasserdicht getrennten Maschinenräumen (46a, 46b) untergebracht sind.

8. Getriebeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung (40; 140) eine automatische oder fernbedient oder von Hand schaltbare Kupplung ist, die wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann.