DE2715076C3 - Rohrweite für Schiffs-Wellenleitung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rohrwellc für Schiffs-Wellenlcitungcn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung ist für Propeller- und Zwischenwcllen in Schiffs-Wellenleitungen anzuwenden.

Die vorgeschlagene Rohrwelle kann auch dort ii.i Maschinenbau Verwendung finden, wo es erforderlich ist. die Übertragung eines großen Drehmomentes vom Treibwerk auf ein Stellzeug zu gewährleisten, wobei ein geringes Gewicht der Wcllcnlcitung eingehalten werden soll.

Es sind bekannt und werden weitgehend angewandt Rohrwellen für Schiffs-Wcllenleilungcn, die aus Schmiedestücken durch Ausbohrung des Zentralteilcs hergestellt werden. Der Nachteil einer solchen Konstruktion besteht im großen Arbeitsaufwand für die Herstellung auf einer Sonderausrüstung und im geringen Werkstoff-Nutzungsfaktor.

Es sind Rohrweiten bekannt, die aus einen Rohr mit an diesem geschweißten Endteilen ausgeführt sind, /.. B. Flanschen oder kegelförmigen Schaftteilen zum Aufsetzen einer Schiffsschraube und Kupplungshälftc. Der Mangel solcher Wellen besteht darin, daß sie nicht imstande sind ein großes Drehmoment zu übertragen, da beim zur Zeit erreichten technischen Stand ein Rohr der erforderlichen Dicke und Festigkeit nicht gewalzt oder ge/.ogen werden kann.

Es sind Wellen für SchiffsWellcnleitungen bekannt, welche in Gestalt einer mehrschichtigen Hülle ausgeführt werden, die aus koaxial angeordneten Rohren verschiedener Durchmesser und Längen zusammengesetzt ist

Zur Verbindung der Rohre in eine einheitliche Konstruktion enthält die Welle Endteile, in denen stufenmäßig angeordnete Ringausdrehungen nach dem Durchmesser eines jeden Rohres ausgeführt sind.

Die Endteile der Rohre sind kegelförmig gedreht und greifen in Ausdrehungen der Wellenendteile, die das entsprechende Profil aufweisen. Im Endteil der Welle ist ein stufenartiger Innenhohlraum vorhanden, d<*r durch einen Blindflansch mit Gewindeöffnung abgeschlossen wird. Nach dem Zusammenbau mit den Rohren werden die siufenartigen Innenhohlräume der Endteile mit Asphalt unter Druck gefüllt, der durch eine in den Blindflansch eingeschraubte Schraube erzeugt wird. Die Wände des Endteils werden unter der Druckeinwirkung verformt, wodurch ein dichter Sitz der Rohrendteile in den Ausdrehungen des Endteils gesichert wird. Zur Verringerung von Torsionsschwingungen werden die Räume zwischen den Rohren mit elastischem Silikonharz ausgefüllt.

Das gleichzeitige Einpressen der kegelförmigen Rohrenden bei der Erzeugung von Druck im Endteil der Welle ermöglicht es nicht, die Güte der Befestigung des Endes eines jeden Rohres nacheinander zu prüfen, wodurch die Zuverlässigkeit der Konstruktion nicht ausreichend gewährleistet wird.

Außerdem ist die Bildung eines Innenhohlraumes im Endteil im Falle der Herstellung einer Schraubenwelle erschwert, die ein kegelförmiges Ende zum Aufsetzen der Schiffsschraube aufweist.

Es sind Wellen für Schiffs-Wellenleitungen bekannt, die aus koaxial angeordneten, verschiedene Durchmesser und Längen aufweisenden Rohren bestehen, die auf die Endleile der Welle gesetzt und an diese geschweißt werden.

In diesem Falle haben die Wellenendteile zylinderförmige stufenarlige Ausdrehungen, die dem Innendurchmesser der Rohre entsprechen. Die Rohre werden nacheinander an die Wellenendtciln geschweißt: zuerst die Innenrohre und danach die Außenrohrc. Um das Schweißen der Rohre an den zweiten Endteil der Wellen nach dem Schweißen an die Welle des Innenrohrcs zu ermöglichen, wird jedes Außenrohr nacheinander durch Anschweißung von Einsätzen aus zwei Halbstückcn verlängert.

Zur Verringerung der Torsionsschwingungen wird der Raum zwischen den Rohren mit Silikonharz oder Kunststoff ausgefüllt.

Der Mangel dieser Wellen besteht in der großen Anzahl von Schweißnähten, die eine sukzessive Kontrolle und Wärmebehandlung zur Entspannung erfordern. Das Ausfüllen der Innenhohlräume durch kalt erhärtenden Kunststoff oder Harz ist nach dem Anschweißen der Rohre erschwert, die aufeinanderfolgende Ausfüllung der Hohlräume aber wird durch die Anwärmung während der Schweißung und der Wärmebehandlung der Außenrohre behindert.

Und da die Tangcntialspannungcn vom Drehmoment sich proportional dem Halbmesser verteilen, wird die llauptbclastung vom Drehmoment bei den Rohrwellen durch die Außenrohrc aufgenommen, die Innenrohre aber bleiben nicht ausgelastet, was eine Vergrößerung der Rohrenanzahl, eine Erhöhung der Wellenmasse und eine Vergrößerung des Arbeitsaufwandes zur Wellcnherstellung verursacht.

Es sind auch Rohrwellen bekannt, die aus koaxial angeordneten Rohren bestehen, bei denen die Innenrohre eine zusätzliche Belastung vom Drehmoment aufnehmen Dies wird in folgender Weise erreicht.

Auf die Endteile der koaxial angeordneten Rohre sind in einem bestimmten Abstand vom Rand Scheiben mit Evolventenzähnen gesetzt und angeschweißt, die einen gleichen Durchmesser des Teilkreises aufweisen. Ein jedes Außenrohr stößt mit seiner Stirnfläche gegen die an das Innenrohr geschweißie Scheibe, wodurch eine axiale Verschiebung der kürzeren Außenrohre in bezug auf die Innenrohre verhindert wird. Die Evolventenzähne weisen versi-hiedene Dicken auf. Die größte Dicke ist bei den Zähnen der Scheibe, die am Innenrohr geschweißt ist. Die an jedem nächstfolgenden Außenrohr geschweißten Scheiben haben eine Zahndicke kleiner, als bei der Scheibe, die am vorherigen Innenrohr geschweißt wurde.

Auf den Wellenenden sitzen Kupplungen mit Evolventen-Innenzähnen, die auf der gesamten Kupplungslänge eine gleiche Dicke aufweisen und mit den Zähnen der Scheiben im Eingriff stehen, die an die Rohre geschweißt sind. Das Festhalten der Kupplungen am Außenrohr erfolgt durch Muttern. Eine der Kupplungen hat einen Flansch zur Verbindung mil der Schraubenwelle oder mit dem Flansch der Antriebswelle in üblicher Weise. Die zweite Kupplung tritt in Eingriff mit den Zähnen der Scheiben, die an den Rohren der nächstfolgenden Rohrwelle angeschweißt sind. Im Raum zwischen den Rohren sitzt ein elastisches Silikonharz, das mit den Rohrflächen fest zusammengeklebt ist.

Der Betrieb der Welle verläuft in folgender Weise. Dadurch, daß die Zähne der Innenrohrscheiben eine größere Dicke als die Zähne der Außenrohrscheiben aufweisen, nehmen sie als erste die Belastung vom Drehmoment auf. Nach Verdrehung des Innenrohres um einen bestimmten Winkel, der dem Spielraum im Eingriff der Kupplung mit der nächstfolgenden Scheibe entspricht, wird die Belastung vom nächstfolgenden Außenrohr aufgenommen. Bei weiterer Verdrehung nimmt die Belastung das nächstfolgende Außenrohr auf und beim Nennwert des Drehmomentes werden alle Rohre fast gleichmäßig belastet.

Ein Mangel dieser Konstruktion besteht in der ungenügenden Steifigkeit der Welle, die unter Wechselbelastungcn und insbesondere unter Torsionsschwingungen in Betrieb steht, sowie darin, daß bei der Übertragung eines Drehmomentes unter dem Nennwert die Außenrohre nicht in Anspruch genommen werden. Unter Wechselbelastungen wird eine Schwingung der Rohre entstehen, die nur teilweise durch das die Rohre verbindende elastische Silikonharz gedämpft wird. In Zusammenhang uamit, daß die Schiffs-Wellenleitung nicht immer unter Nennbelastung in Betrieb steht, wird der Verschleiß der Zähne an den Scheiben der Innenrohre größer, als an den Scheiben der Außenrohre, was eine Verminderung ihrer Dicke verursacht und folglich auch eine Verminderung der Belastungen, die durch die Innenrohre aufgenommen werden. Die zunächst von den Innenrohren aufgenommenen Wechselbelastungen erfordern eine Erhöhung des Sicherheilsfaktors, dieser Umstand ermöglicht es aber nicht, die Belastungen gleichmäßig auf die Innen- und Außenrohre zu verteilen.

Die Kompliziertheit der Konstruktion und die Notwendigkeit einer Schweißung der Scheiben an die Rohre nach dem Verzahnen gewährleisten nicht hohe Genauigkeit der Einhaltung von Spielräumen /wischen den Scheibenzähnen und Kupplungen, und das Verzahnen nach der Schweißun^ erfordert eine Sonderausrüstung, wobei ein genaues Verzahnen infolge ungenügender Steifigkeit der Konstruktion nicht gesichert werden kann.

In Zusammenhang damit, daß der Spannungszustand der Rohre nur unter Belastung im Betriebsverlauf erzeugt wird, ist die Kontrolle der Belastungsgleichmäßigkeit der Rohre erschwert.

Die Welle ist durch eine geringe Reparierbarkeit gekennzeichnet, da ihre Bauart nicht auseinandernehmbar ist.

Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der erwähnten Nachteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rohrwelle für Schiffs-Wellenleitungen mit erhöhter Tragfähigkeit durch Neuverteilung derTangentialspannungen der Außen- und Innenrohre der Welle zu entwickeln und die Erzeugung von Tangentialvorspannungen in den die Hauptbelastur.g aufnehmenden Außenrohren zu gewährleisten, die den Tangentialspannungen entgegen gerichtet sind, welche unter der Einwirkung des Nenndrehmomentes i\:,tstehen.

Diese Aufgabe wird bei einer Pohnvelle für Schiffswellenleitungen, die mindestens zwei koaxial angeordnete Rohre enthält, an deren Enden Wellenendteile befestigt sind, dadurch gelöst, daß die Rohre um ihre Eif^nachse in entgegengesetzten Richtungen bis zur Erzeugung von Spannungen verdreht werden, die die Grenze elastischer Verformungen nicht übersteigen, und daß mindestens an einer Seite an jedem der Rohre Flansche befestigt sind, die als Wellensndteile dienen und Mittel zu ihrer Verbindung miteinander und zum Festhalten der Rohre im verdrehten Zustand aufweisen.

Die Erzeugung von Tangentialspannungen im Außenrohr durch Verdrehung beim Zusammenbau, die der Richtung der Tangentialspannungen entgegengesetzt sind, welche infolge Wirkung des Nenndrehmomentes entstehen, führt dazu, daß das Außenrohr ein Drehmoment größer als das Rechnungsmoment für ein ebensolches Rohr ohne Vorspannung aufnehmen kann.

Somit kann eine im Bereich elastischer Verformungen vorverdrehte Rohrwelle eine Belastung aufnehmen, die den-, durch Vorverdrehung verursachten Moment entgegengesetzt gerichtet und größer ist, als bei einer Welle, die keine Vorspannungen durch Verdrehung erhielt. Dies erfolgt durch Neuverteilung der Spannungen und Erzeugung zusatzlicher Spannungen in den üblicherweise unterbelasteten Innenrohren.

Es ist zweckmäßig, die Welle der Schiffs-Wellenleitung mit elastischen Abstützungen zu versehen, die im Ringraum zwischen Innen- und Außenrohr angeordnet werden.

Die in solcher Weise eingebauten elastischen Abstützungen erhöhen die Steifigkeit der Welle, vermindern ihre Schwingung und bilden keine Behinderung beim Auseinandernehmen der Welle bei Reparaturen.

Es ist zweckmäßig, daß an einem der Endteiie der Welle das Außenrohr starr mit dem Flansch verbunden ist und die Innenrohre beweglich mit den Flanschen so verbunden sind, i'aß die Flansche der Innenrohre in bezug auf den Flansch des Außenrohres axial verschiebbar sind.

Eine solche Befestigung der Innenflaiisohe an einem der Wellenenden wird die Entstehung von Zugspannungen im Außenrohr und von Druckspannungen in den Innenrohren bei Verbindung der Flansche miteinander verhindern.

Es ist zweckmäßig, die Innenrohre mit Schlitzen /u versehen und in den Flanschen entsprechende Schlitze

auszuführen. Dabei ist es zweckmäßig die Schlitze in Büchsen einzuschneiden, die danach starr an den Rohren, z. B. durch Schweißung befestigt werden.

Die Verbindung der Flansche mit den Rohren mittels Schlitze ist leicht ausführbar und sichert eine axiale Verschiebung der Mansche sowie die Übertragung des Drehmomentes.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Allsführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Fs zeigt

F i g. I Schnitt der erfindungsgemäßen Rührzelle einer Schiffs-Wcllenlcitung,

Fig. 2 Schnitt 11-11 der Fig. I,

Fig. J axonomctrische Ansicht des Wellenendtcils mit Profilwellen- und Nabenverbindung des Flansches mit dem Innenrohr,

F i g. 4 Ausführungsvariante einer Rohrwelle aus mehreren Rohren mit einem kegelförmigen Körper zum Aufsetzen der Schiffsschraube.

Die Rohrwclle 1 (Fig. I. 2) einer Schiffs-Wellenleitung der erfindungsgemäßen Bauart enthält mindestens zwei koaxial angeordnete Rohre. In F i g. I sind cinfachhcilshalber zwei Rohre dargestellt, in der Praxis aber können es auch mehrere sein.

Im Inneren eines AuBenrohres 2 sitzt ein Innenrohr 3.

An den Enden des Außenrohres 2 sind starr, z. B. durch Schweißung Flansche 4 und 5 befestigt.

An den Enden des Innenrohres 3 sind Flansche 6 und 7 befestigt, wobei einer der Flansche, nämlich der Flansch 6 starr, z. B. durch Schweißung befestigt ist. während der andere Flansch 7 ain Innenrohr 3 beweglich und in bezug auf den Flansch 5 des Außenrohres 2 axial verschiebbar befestigt ist. In der Praxis kann die Beweglichkeit des Flansches 7 des Innenrohres 3 in bezug auf den Flansch 5 des Außenrohres 2 durch verschiedene Verfahren gesichert werden.

In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde dies durch eine Profilwellen- und Nabenverbindung bewerkstelligt.

Zur leicruurcn

uci .3lhih/.c siiiu uicsc in eine seiner findteile angepaßt zum Aufsetzen der Schiffsschraube wie in F i g. 4 dargestellt.

Auf das Innenrohr 3 (Fig. 1) wird vor dem Zusammenbau der Rohrwelle eine mit Federn 12 versehene elastische Abstützung 11 (F ig. 1.2) angeordnet und z. B. durch Schweißung befestigt. Eine solche Art der elastischen Abstützung 11 gewährleistet eine Dämpfung von Schwingungen und behindert nicht das Auseinandernehmen der Rohrwelle 1.

Der Zusammenbau der Rohrwclle verläuft wie folgt.

In das Außenrohr 2 werden nacheinander die Innenrohre 3 von der Seite der starr an den Rohren befestigten Flanschen 4, 6 aus eingeset/l, die danach durch die Schrauben 10 miteinander fest verbunden werden. Die auf diese Weise zusammengebaute Welle wird durch die Flansche 4, β an einer (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Montageplatte befestigt. Danach werden auf die Hiuhscn 8 der Innenrohre 3 die Flansche 7 aufgesetzt. Auf den Mansch 7 wird dann eine (in den Zeichnungen nicht abgebildete) Vorrichtung befestigt, durch die auf den Flansch das erforderliche Drehmoment übertragen werden kann. Durch diese Vorrichtung wird jeder Flansch 7 gemeinsam mit der Büchse 8 und dem Endteil des Innenrohres 3 um einen durch Berechnung ermittelten Winkel v—rdreht.

Der Drchwinkel wird aus den Bedingungen ermittelt, die sicherstellen, daß die Tangentialspannungen im Innenrohr 3 die Grenze der elastischen Verformungen nicht übertreffen. Die Grenze der elastischen Verformungen hängt in jedem gegebenen Fall vom Werkstoff ab, aus dem die Rohre gefertigt sind.

Die Kontrolle der Verdrehung erfolgt nach vorher auf die flansche 5,7 aufgetragenen F.instcllungsmarken.

Nach der Erreichung des Verdrchungssollwinkels und der Spannungen im Innenrohr 3 wird der Flansch 7 am Innenrohr 3 an den Flansch 5 des Außenrohres 2 angezogen und an diesem Flansch 5 durch Schrauben 10 befestigt, wobei die Flansche 5 und 7 gemeinsam den Endteil der Welle 1 bilden.

eine Büchse 8 eingeschnitten, die danach am Ende des Innenrohres 3 angeschweißt wird. Sind mehrere Innenrohre 3 vorhanden, werden die Büchsen 8 am jeden Innenrohr angeschweißt. Im Flansch 7 sind ebenfalls Schlitze ausgeführt, in die Teile der Büchse 8 eingreifen, wobei eine Beweglichkeit der Verbindung gewährleistet wird.

In den Flanschen 5, 7 der Außen- und Innenrohre 2 bzw. 3 sind Bohrungen 9 (Fig. 3) ausgeführt, in denen die Vorrichtungen zur Verbindung der Flansche miteinander, z. B. Schrauben 10 (Fig. 1) untergebracht werden.

Durch diese Schrauben 10 werden die Flansche 5, 7 der Rohre 2 bzw. 3 miteinander verbunden, nachdem das Außenrohr 2 und das Innenrohr 3 in bezug aufeinander bis auf solche Spannungen verdreht sind, die elastische Verformungen nicht übertreffen. Dabei wird durch die bewegliche Ausführung der Flansche 7 an den Innenrohren 3 es ermöglicht, Zugspannungen in · ■ den Außenrohren 2 und Druckspannungen in den Innenrohren 3 bei Verbindung der Flansche 5, 7 miteinander zu vermeiden.

Die durch die Schrauben 10 miteinander verbundenen Flansche 5, 7 dienen als Endteil der Welle 1 und sichern «^: eine Verbindung der Wellen miteinander bei Errichtung der Schiffs-Wellenleitung. Dabei kann die Welle 1 auch als Schraubenwelle benutzt werden und dann wird das

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genommen ist, wird das Innenrohr 3 durch die elastischen Kräfte losgedreht und dabei gleichzeitig das Außenrohr in entgegengesetzte Richtung so lange verdreht, bis die Tangentialspannungen in den Rohren 2 und 3 den gleichen Wert annehmen.

Die Spannungskontrolle erfolgt z. B. durch tensometrische Geber, die auf dem Außen- und Innenrohr 2 bzw. 3 angeordnet werden.

Ist eine Rohrwelle aus mehr als zwei Rohren herzustellen, können die darauffolgenden Rohre in das Innere der Welle eingebracht, nacheinander verdreht und durch die Flansche 7 und Schrauben 10 zusammengebaut werden.

Erforderlichenfalls kann in dieser Weise eine Schraubenwelle 1 hergestellt werden, bei der das eine Endteil mit einem kegelförmigen Körper 13 für die Schiffsschraube ausgeführt ist. Eine solche Welle ist in F i g. 4 dargestellt.

In diesem Falle werden an den kegelförmigen Körper 13 die Innen- und Außenrohre der Welle 1 nacheinander angeschweißt, beginnend mit dem innersten Rohr, danach werden die Flansche des gegenüberliegenden Endteils zusammengebaut, beginnend mit dem Flansch, der demjenigen folgt, welcher am Außenrohr angeschweißt ist.

Die Rohrverdrehung bei der Welle 1 erfolgt nach dem oben beschriebenen Verfahren.

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Durch die Erzeugung von Tangentialspannungen im Es ist besonders zweckmäßig, die erfindungsgemäßen

Außenrohr der Welle 1 beim Zusammenbau, die der Wellen für Wellenleitungen mit Verstellpropeller.!

Richtung der Tangentialspannungen entgegengesetzt anzuwenden, bei denen die Wellen stets in einer

sind, welche beim Wellenbetrieb infolge Wirkung des Richtung laufen und als Hohlkörper zum Durchgang der

Drehmomentes entstehen, kann die Welle ein Drehmo- ί Arbeitsteile der Winkeleinstelleinrichtung auszubilden

ment aufnehmen, das größer als das Rechnungsmoment sind,

für Rohre ist, die keine Vorspannung aufweisen. Die erfindungsgemäßen Wellen können jedoch auch

Somit kann eine vorverdrehte Welle eine Belastung für Festpropeller benutzt werden, da das Drehmoment,

aufnehmen, die dem Drehmoment infolge Vorverdre das durch diese Schiffsschrauben bei der Rückfahrt

hung entgegengesetzt und größer ist. als eine Welle i" erzeugt wird, wesentlich kleiner als das Nenndrchmo-

ohne Vorspannungen. ment bei Vorwärtsbewegung ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Rohrwelle für Schiffs-Wellenleiiungen, die mindestens zwei koaxial angeordnete Rohre enthält, an deren Enden Wellenendteile befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (2, 3) um ihre Eingenachse in entgegengesetzten Richtungen bis zur Erzeugung von Spannungen verdreht werden, die die Grenze elastischer Verformungen nicht übertreffen, und daß mindestens an einer Seite an jedem der Rohre (2, 3) Flansche (5, 7) befestigt sind, die als Wellenendteil dienen und Mittel zur Verbindung miteinander und zum Festhallen der Rohre (2, 3) in verdrehtem Zustand aufweisen.

2. Rohrwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit elastischen Abstützungen (II) versehen ist, die im Ringraum zwischen Innen- und Außenrohr (2,3) angeordnet sind.

3. Rohrwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der Endteile der Welle (1) das Außenrohr (2) starr mit dem Flansch (5) verbunden ist, und die Innenrohre (3) beweglich mit den Flanschen (7) so verbunden sind, daß die Flansche (7) der Innenrohrc (3) in bezug auf den Flansch (5) des Außenrohres (2) axial verschiebbar sind.

4. Rolirwelle nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrohre (.3) durch eine Profilwelleii und Nabenverbindung mit dem Flansch (7) verbunden -sind.