DE19746063A1 - Wellenstrang für eine Antriebsverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wellenstrang für eine Antriebsverbindung, bestehend aus einer wenigstens einmal zwischengelagerten, gegebenenfalls axial gestückelten Hohlwel­ le.

Solche Wellenstränge werden beispielsweise bei Schiffsantrieben zum Antrieb des Propellers verwendet und bestehen üblicherweise aus Stahl-Vollwellen mit einem im Verhältnis zur Länge kleinen Durchmesser, wobei diese Wellen aus Herstellungs-, Transport- oder Monta­ gegründen häufig aus einzelnen Wellenstücken axial durch Flansche, Hülsen, Schäftungen u. dgl. zusammengesetzt werden. Zur Vermeidung eigengewichtsbedingter größerer Durch­ hänge bzw. niedrigerer Biege-Eigenfrequenzen sind diese Vollwellen ein- oder mehrmals zwi­ schengelagert, was mit Abstand neben den Verbindungsstellen mittels Gleit- oder Wälzlager am Außendurchmesser der Welle erfolgt. Vollwellen sind allerdings auf Grund ihrer schlech­ ten Werkstoffnutzung für Leichtkonstruktionen, beispielsweise für schnelle Schiffe in Leicht­ bauweise, weniger geeignet, so daß statt Vollwellen Hohlwellen aus Stahl oder aus einem Kompositwerkstoff, wie Glas- bzw. Kohlefaser-Verbundwerkstoff, mit dünner Wändstärke Ver­ wendung finden. Hier muß aber, um den notwendigen Querschnitt zur Leistungsübertragung zu erreichen, der Außendurchmesser der Hohlwelle entsprechend groß bemessen sein, so daß es kaum möglich ist, diese Hohlwellen wie Vollwellen direkt auf ihrem Außendurch­ messer zu lagern. Da auch Hohlwellen nur eine bestimmte Länge aufweisen dürfen und daher der Wellenstrang meist aus mehreren Teilwellen zusammengesetzt ist, werden zur Verbindung der Teilwellen großen Durchmessers kurze Wellenstücke kleineren Durchmes­ sers eingesetzt und auf diesen Wellenstücken die Zwischenlagerungen vorgenommen, wel­ che Zwischenlagerungen daher zusätzlicher Flansche und anderer Verbindungselemente be­ dürfen. Die Zwischenwelle, die aus Stahl hergestellt ist, bringt Ballastgewicht mit sich und außerdem muß die Zwischenlagerung an den Verbindungsstellen des Wellenstranges an­ geordnet sein und kann nicht im Hinblick auf die Schiffskonstruktion, die Beeinflussung der Biegeeigenfrequenzen od. dgl. an geeigneten Stellen gesetzt werden. Demzufolge werden die Hohlwellen auch möglichst steif ausgebildet, um höhere Biegefrequenzen zu erreichen und dadurch auch größere Lagerabstände zu gewinnen, was den Einsatz hochwertiger, teurer Werkstoffe, wie Kohlefaser-Verbundwerkstoffe, verlangt. Billigeres Material, beispiels­ weise Glasfaser-Verbundwerkstoff, ist kaum einsetzbar, da es auf Grund seiner weicheren Festigkeitseigenschaften zu geringeren Biegefrequenzen führt und demnach kleinere Lager­ abstände mit entsprechend vielen und kurzen Teilwellen und dem Mehraufwand für die Zwi­ schenlagerungen verlangt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und einen Wellenstrang der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der bei rationeller Herstellung eine freie Wahl der Zwischenlagerung erlaubt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß zur Zwischenlagerung der Hohlwelle ein Stützlager mit zumindest drei um den Wellenumfang verteilten, in einem Lagergehäuse um wellenparallele Achsen drehbar eingesetzten Lagerrollen vorgesehen ist. Dieses Stützlager läßt sich bei einfachem Aufbau ohne Schwierigkeiten an die unterschiedlichsten Wellendurch­ messer anpassen und gewährleistet eine einwandfreie Zwischenlagerung der Welle direkt am Außendurchmesser. Trotz großer Außendurchmesser der Hohlwellen ist die Zwischenlage­ rung nicht an bestimmte Verbindungsstellung der Welle od. dgl. gebunden und die Positionie­ rung des Stützlagers kann frei nach baulichen äußeren Gegebenheiten und vor allem auch nach verschiedenen Biegeeigenschaften der Welle gewählt werden, so daß nun die Möglich­ keit besteht, die Hohlwelle aus günstigem Werkstoff, beispielsweise Glasfaser-Verbundwerk­ stoff in zweckmäßigen Teilstücken herzustellen und dann die Stützlager zum Erzielen der ge­ wünschten hohen Biegeeigenfrequenzen mit entsprechenden Abständen anzuordnen. Es gibt keine belastenden Zwischenstücke oder Zusatzteile zur Lagerung und die Verbindung der Wellenstücke kann unabhängig von einer Lagerungsmöglichkeit einfach durch Schweißung, Schäftung od. dgl. erfolgen, und auch die Herstellung der Welle bzw. der Wellenteile läßt sich nach wirtschaftlichen und technologischen Gesichtspunkten optimieren. Auch die Stützlager selbst zeichnen sich durch einen verhältnismäßig geringen Konstruktionsaufwand aus, da lediglich geeignete Lagerrollen oder -räder in einem entsprechenden Lagergehäuse drehbar abzustützen sind.

Vorteilhafterweise sind bei einer liegenden Hohlwelle die Lagerrollen zu einer Vertikalebene durch die Wellenachse symmetrisch und wenigstens zwei der Lagerrollen mit ihren Dreh­ achsen unterhalb einer Horizontalebene durch die Wellenachse angeordnet, so daß die unte­ ren Lagerrollen zur Aufnahme des Wellengewichtes dienen und die oberen Laufrollen einen Formschluß der Lagerung ergeben und in gewünschter Weise einen Fixpunkt für die Biege­ schwingungen mit sich bringen.

Um den Wellenstrang exakt fluchtend ausrichten zu können, sind zweckmäßigerweise die Lagerrollen radial zur Hohlwelle verstellbar im Lagergehäuse eingesetzt.

Vorteilhaft ist es weiters, wenn die Lagerrollen mit einer Dämpfungsbeschichtung und/oder mit Dämpfungseinsätzen aus Gummi, Kunststoff od. dgl. versehen sind, so daß Schallüber­ tragungen und Laufgeräusche vermieden werden können.

Zur Schonung der Hohlwelle und deren Oberfläche kann die Hohlwelle im Zwischenlagerbe­ reich einen Lagerbund mit verstärkter Wänddicke und/oder eine Metallmanschette aufweisen, so daß speziell im Lagerbereich ein geeigneter Wellenschutz vorliegt.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand rein schematisch an Hand eines Ausfüh­ rungsbeispieles näher veranschaulicht, und zwar zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Wellenstrang in teilgeschnittener Seitenansicht,

Fig. 2 eine Verbindungsstelle zweier Wellenstücke des erfindungsgemäßen Wellen­ stranges im Axialschnitt größeren Maßstabes und

Fig. 3 und 4 eine Zwischenlagerung des Wellenstranges in teilgeschnittener Stirnansicht bzw. im Axialschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3 ebenfalls größeren Maßsta­ bes.

Ein Schiffsantrieb 1 umfaßt zur Antriebsverbindung zwischen einem durch ein Getriebe 2 an­ gedeuteten Antriebsaggregat und einem Propeller 3 einen Wellenstrang 4, der aus einer Hohlwelle 5 besteht. Die Hohlwelle 5 setzt sich axial aus einzelnen Wellenstücken 51 zu­ sammen und ist zur Erzielung hoher Biege-Eigenfrequenzen zumindest einmal durch ein Stützlager 6 zwischengelagert.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Wellenstücke 51 an der Verbindungsstelle 7 geschäftet und miteinander verklebt und/oder über Verbindungsschrauben 71 drehfest aneinander be­ festigt wobei eine Einsteckbüchse 72 die zur Schraubenbefestigung erforderlichen Mutterge­ winde aufweist.

Wie aus Fig. 3 und 4 zu entnehmen ist, besteht das Stützlager 6 aus einem Lagergehäuse 61, in dem zumindest drei um den Wellenumfang verteilte Lagerrollen 62, 63 um wellenpa­ rallele Achsen 64 drehbar eingesetzt sind, wobei die Lagerrollen 62, 63 zu einer Vertikal­ ebene V durch die Wellenachse symmetrisch angeordnet sind und die beiden unteren Lager­ rollen 63 mit ihren Drehachsen 64 unterhalb einer Horizontalebene H durch die Wellenachse liegen. Dadurch können die unteren Lagerrollen 63 das Wellengewicht gleich verteilt aufneh­ men und die obere Lagerrolle 62 kann den erforderlichen Formschluß für die Wellenlagerung herstellen. In nicht weiter dargestellter Weise sind die Lagerrollen 62 radial zur Hohlwelle 5 verstellbar im Lagergehäuse 61 eingesetzt, um die Wellenposition justieren zu können.

Die Hohlwelle 5 weist im Zwischenlagerbereich einen Lagerbund 52 und/oder eine Metallmanschette 53 auf, um die Wellenoberfläche gegenüber den abrollenden Laufrollen 62, 63 zu schützen bzw. sie an der Abstützstelle zu verstärken.

Die Stützlager 6 mit ihren am Außendurchmesser der Hohlwelle 5 ansetzbaren Lagerrollen erlauben eine Zwischenlagerung der Hohlwelle 5 unabhängig von den Verbindungsstellen 7, so daß sie frei nach schwingungstechnischen oder baulichen Gesichtspunkten gesetzt wer­ den können. Unabhängig von der Zwischenlagerung läßt sich dabei die Hohlwelle 5 selbst durch geeignet lange Wellenstücke zusammensetzen, wobei durch die freie Wahl der Zwi­ schenlagerung auch eine entsprechende Freiheit für den Wellenwerkstoff besteht.

Claims (5)

1. Wellenstrang für eine Antriebsverbindung, bestehend aus einer wenigstens einmal zwischengelagerten, gegebenenfalls axial gestückelten Hohlwelle, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zwischenlagerung der Hohlwelle (5) ein Stützlager (6) mit zumindest drei um den Wellenumfang verteilten, in einem Lagergehäuse (61) um wellenparallele Achsen (64) drehbar eingesetzten Lagerrollen (62, 63) vorgesehen ist.

2. Wellenstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer liegenden Hohlwelle (5) die Lagerrollen (62, 63) zu einer Vertikalebene (V) durch die Wellenachse symmetrisch und wenigstens zwei der Lagerrollen (63) mit ihren Drehachsen (64) unterhalb einer Horizontalebene (H) durch die Wellenachse angeordnet sind.

3. Wellenstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerrollen (62, 63) radial zur Hohlwelle (5) verstellbar im Lagergehäuse (61) eingesetzt sind.

4. Wellenstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerrollen (62, 63) mit einer Dämpfungsbeschichtung und/oder mit Dämpfungseinsätzen aus Gummi, Kunststoff od. dgl. versehen sind.

5. Wellenstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (5) im Zwischenlagerbereich einen Lagerbund (52) mit verstärkter Wänddicke und/oder eine Metallmanschette (53) aufweist.