DE19603484A1 - Vorrichtung zur Getriebegeräuschminderung eines Schiffspropellers - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Getriebegeräuschminderung eines Schiffspropellers, insbesondere eines Voith-Schneider-Propellers, mit einem über eine Rotorwelle und ein aus mindestens einem An- und Abtriebsrad bestehend es gleichförmig untersetzendes Schraub- oder Rädergetriebe angetriebenen Rotor.

Bei derartigen Schiffspropellern wird in der Regel zumindest ein Teil des notwendigen Untersetzungsgetriebes beispielsweise als Winkelgetriebe in die Propellerbaugruppe integriert. U. a. um Bauraum zu sparen, sitzt das Abtriebsrad des Getriebes direkt auf der den Rotor mit seinem Propellerflügeln tragenden Rotorwelle im Gehäuse der Propellerbaugruppe gelagert. Die Propellerbaugruppe selbst sitzt meist elastisch eingebettet im Schiffsbrunnen.

Die Schiffspropeller erzeugen ein Antriebsgeräusch, das bei einigen Spezialschiffen besonders unerwünscht ist. Dieses Antriebsgeräusch wird u. a. durch das Untersetzungsgetriebe hervorgerufen. Die Ursachen hierfür sind zum einen durch die Herstellung und Montage der Getriebeteile und zum anderen durch die Betriebsbelastung bedingt.

Bei der Herstellung ergeben sich Rad körper- und Verzahnungsabweichungen und bei der Montage entstehen Achslagenabweichungen. Durch die über den Propeller in das Schiff einzuleitenden Schubkräfte verformen sich Rotor- und Getriebeteile elastisch, wodurch konstruktionsbedingt, wenn auch minimal, der Verzahnungseingriff beeinflußt wird. Die sich überlagernden Abweichungen bewirken ein Laufgeräusch, das durch seinen relativ hohen Pegel zum einen im Schiffsfundament und zum anderen im Wasser wahrnehmbar ist.

Durch die bekannte elastische Einbettung des kompletten Schiffspropellers im Schiffsbrunnen wird die Körperschallübertragung zwischen der Propellerbaugruppe und dem Schiffsfundament erheblich reduziert oder unterbunden. Allerdings werden die vom Schraub- und/oder Rädergetriebe erzeugten Vibrationen über die aus dem Schiffsbrunnen nach unten herausragenden Rotorteile und Propellerflügel nahezu in voller Intensität in das Wasser abgegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen Schiffspropeller dahingehend zu verändern, die Schallemission des Schiffspropeller integrierten Schraub- und/oder Rädergetriebes zu minimieren und die Einleitung von Körperschall in das den Propeller umgebende Wasser zumindest weitgehend zu verhindern. Ferner sollen die aus dem Bereich des Standes der Technik bekannten Nachteile vermieden werden.

Das Problem wird dadurch gelöst, daß das Abtriebsrad des Schraub- und/oder Rädergetriebes mit der Rotorwelle nicht starr, sondern mittels einer drehelastischen und raumbeweglichen Kupplung verbunden ist. Dabei sind als erste Alternative sowohl das Getriebe mit seinem die Getrieberäder lagernden Getriebegehäuse als auch die Lagerung des Rotors in seinem Rotorwellengehäuse als eine separate Einheit ausgebildet. Das das Getriebegehäuse elastisch lagernde Rotorwellengehäuse ist starr im Schiffsboden angeordnet. Als zweite Alternative ist - unter Verwendung der drehelastischen und raumbeweglichen Kupplung zwischen Abtriebsrad und Rotorwelle - das Getriebe mit separat gelagerten Getrieberädern zusammen mit einer separat gelagerten Rotorwelle in einem gemeinsamen Kombigehäuse angeordnet. Das Kombigehäuse selbst ist elastisch im Schiffsboden gelagert.

Die drehelastische Kupplung verbindet das Abtriebsrad mit der Rotorwelle unter Zwischenschaltung von verformungsfähigen Elementen, die beispielsweise aus Metall, Kunststoff oder Gummi sind. Durch die Elastizität dieser Elemente ist das Abtriebsrad längs-, quer- und winkelbeweglich mit der Rotorwelle gekuppelt. Auf diese Weise kann sich die Achslage der separat gelagerten Rotorwelle unter der Antriebsbelastung im Rahmen ihrer Lager- und Wellenelastizität im Kupplungsbereich verändern, ohne daß dadurch Eingriffsfehler im Schraub- und/oder Rädergetriebe mit seinem getrennt von der Rotorwelle gelagerten Abtriebsrad entstehen. Die Schubkräfte des Propellers werden ausschließlich von der Rotorwellenlagerung aufgenommen.

Folglich ist es möglich ein Getriebe zu wählen, dessen Räder in einer höheren Qualitätsklasse liegen. Beispielsweise können anstelle eines Kegelradgetriebes Schnecken- oder Stirnradgetriebe eingesetzt werden. Geringere Achsabstands- und Verzahnungstoleranzen führen direkt zu einer besseren Getriebelaufruhe. Folglich verringert sich bei dem Getriebe die Schallemission.

Zusätzlich behindern die elastischen Elemente der Kupplung, abhängig von ihrer Materialdämpfung und Konstruktion, eine Körperschallübertragung vom Abtriebsrad auf die Rotorwelle. Der Rotor transportiert weniger Körperschall in das ihn umgebende Wasser.

Beispielsweise sind zwischen den starren Kupplungselementen des Abtriebsrades und der Rotorwelle nichtmetallische, elastische Zwischenelemente angeordnet. Dabei sind die starren Kupplungselemente als Teile des Abtriebsrades und der Rotorwelle ausgebildet.

Zur Kupplung von Abtriebsrad und Rotorwelle sind in der Rotorwelle koaxial zu deren Rotationsachse Kuppelbolzen angeordnet, die in annähernd hülsenförmige, elastische, im Abtriebsrad eingelassene Zwischenelemente eingreifen. Die Zwischenelemente können dazu beispielsweise als Gummielemente im Abtriebsrad einvulkanisiert sein.

Zur separaten Lagerung ist das Abtriebsrad im Getriebe- oder Kombigehäuse zur Aufnahme der Radialkräfte in einem Zylinderrollenlager und zur Aufnahme der Axialkräfte und Momente in einem Axiallager gelagert, wobei der Durchmesser des Axiallagers mindestens im Bereich des Verzahnungsdurchmessers des Abtriebsrades liegt. Um eine geringe Bauhöhe des Getriebes zu erzielen, kann das Axiallager bezüglich des Durchmessers beispielsweise außerhalb des Verzahnungsbereiches angeordnet werden.

Ebenso ist die Rotorwelle im Rotorwellen- oder Kombigehäuse zur Aufnahme der Radialkräfte in einem Zylinderrollenlager und zur Aufnahme der Axialkräfte und Momente in einem Axiallager gelagert. Auch hier ist der Durchmesser des Axiallagers größer als der Durchmesser des Radiallagers.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen und schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen.

Fig. 1 Vorrichtung mit getrennten Gehäusen für das Getriebe und die Rotorwellenlagerung,

Fig. 2 Vorrichtung mit gemeinsamem Gehäuse für das Getriebe und die Rotorwellenlagerung.

Die Figuren zeigen zwei schematisierte Seitenansichten von zwei unterschiedlichen Voith-Schneider-Propellern. Beide Seitenansichten enthalten einen Teilschnitt, über den ein Teil des Getriebes und der Rotorwelle sichtbar ist.

Der dargestellte Schiffspropeller umfaßt zwei größere Funktionseinheiten. Zum einen ist es die Rotorgruppe und zum anderen die Getriebegruppe. Die Rotorgruppe besteht aus einem Rotor (12), der über seine Rotorwelle (11) in einem Rotorwellengehäuse (10) axial und radial gelagert ist. Im unteren Teil des Rotors (12) sind die Propellerflügel (13) mit ihrem Flügelverstellmechanismus gelagert. Das Rotorwellengehäuse (10) sitzt starr im Schiffsboden (1). Die Unterseite des Rotorwellengehäuses (10) trennt die Wasserseite von der Schiffsinnenseite.

Auf dem Rotorwellengehäuse (10) ist das Getriebegehäuse (20) über die Lagerelemente (27) elastisch gelagert. Im Getriebegehäuse (20) ist neben der nicht dargestellten Flügelverstellsteuerung ein Kegelradgetriebe untergebracht. Das einstufige Getriebe umfaßt ein Antriebsrad (21) und ein Abtriebsrad bzw. Tellerrad (22). Beide Getrieberäder sind über entsprechende, nicht dargestellte Wälzlager bzw. Gleitlager im Getriebegehäuse gelagert.

Das Tellerrad (22) ist koaxial zur Rotorwelle (11) angeordnet. Es ist zur Übertragung des Antriebsmoments mit der Rotorwelle (11) drehelastisch und raumbeweglich gekuppelt. Dazu sind hier im Tellerrad (22) auf einem relativ großen Radius beispielsweise mehrere hülsenförmige Gummielemente (25) eingelassen, die in äquidistanter Teilung auf dem Tellerrad (22) verteilt sind. In die Gummielemente (25) greifen Kuppelbolzen (15) ein, die in der Rotorwelle (11) befestigt sind. Die Kuppelbolzen (15) sind hierbei parallel zur Achse der Rotorwelle orientiert.

Durch die elastischen Elemente (27) zwischen-den beiden Gehäusen (10) und (20) und den elastischen Elementen (25) zwischen den Drehmoment übertragenden Bauteilen (22) und (11) besteht keine starre Verbindung zwischen der Getriebe- und der Rotorbaugruppe.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird auf die elastische Verbindung zwischen dem Getriebe- (20) und Rotorgehäuse (10) verzichtet. Beide Gehäuse sind zu einem Kombigehäuse (30) zusammengefaßt. Die drehelastische und raumbewegliche Kupplung (15,15) zwischen dem Tellerrad (22) und der Rotorwelle (11) entspricht der zuvor beschriebenen Ausführungsform.

Um den vom Getriebe erzeugten Körperschall trotz der starren Verbindung zwischen den aus der vorigen Ausführungsform gekannten Gehäusen (10) und (20) vom Schiffsfundament (1) fernzuhalten, stützt sich hier das Kombigehäuse (30) im Schiffsboden (1) über die Lagerelemente (17) elastisch ab. Die Lagerelemente (17) können dabei ein Bestandteil der Abdichtung zwischen dem Schiffsboden (1) und dem Kombigehäuse (30) sein.

Bezugszeichenliste

1 Schiffsfundament, -brunnen, -boden
10 Rotorwellengehäuse
11 Rotorwelle
12 Rotor
13 Propellerflügel
15 Kuppelbolzen
17 Lagerelement, elastisch; zwischen (1) und (10)
20 Getriebegehäuse
21 Antriebsrad, Getrieberad
22 Abtriebsrad, Getrieberad, Tellerrad
25 Zwischenelement, elastisch
27 Lagerelement, elastisch zwischen (10) und (20)
30 Kombigehäuse

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Getriebegeräuschminderung eines Schiffspropellers, mit einem über eine Rotorwelle und ein aus mindestens einem An- und Abtriebsrad bestehendes gleichförmig untersetzendes Schraub- oder Rädergetriebe angetriebenen Rotor, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Abtriebsrad (22) mit der Rotorwelle (11) mittels einer drehelastischen und raumbeweglichen Kupplung (15, 25) gekuppelt ist, wobei
• - entweder sowohl das Getriebe mit seinem die Getrieberäder (21, 22) lagernden Getriebegehäuse (20) als auch die Lagerung des Rotors (12) in seinem Rotorwellengehäuse (10) als eine separate Einheit ausgebildet sind und daß das Getriebegehäuse (20) elastisch lagernde Rotorwellengehäuse (10) starr im Schiffsboden (1) angeordnet ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den starren Kupplungselementen des Abtriebsrades (22) und der Rotorwelle (11) nichtmetallische, elastische Zwischenelemente (25) angeordnet sind.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Kupplung von Abtriebsrad (22) und Rotorwelle (11) in der Rotorwelle (11) koaxial zu deren Rotationsachse Kuppelbolzen (15) angeordnet sind, die in annähernd hülsenförmige, elastische, im Abtriebsrad (22) eingelassene Zwischenelemente (25) eingreifen.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (22) im Getriebe- (20) oder Kombigehäuse (30) zur Aufnahme der Radialkräfte in einem Zylinderrollenlager und zur Aufnahme der Axialkräfte und Momente in einem Axiallager gelagert ist, wobei der Durchmesser des Axiallagers mindestens im Bereich des Verzahnungsdurchmessers des Abtriebsrades (22) liegt.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (11) im Rotorwellen- (10) oder Kombigehäuse (30) zur Aufnahme der Radialkräfte in einem Zylinderrollenlager und zur Aufnahme der Axialkräfte und Momente in einem Axiallager gelagert ist, wobei der Durchmesser des Axiallagers größer ist als der Durchmesser des Radiallagers.