DE29716049U1 - Antriebseinheit, insbesondere für Wasserfahrzeuge wie Yachten, kleinere Fahrgastschiffe u.a. - Google Patents

Description

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Dipl. Ing. Gerhard Deschler
Prof. Kurt Kollmann

Antriebseinheit, insb. für Wasserfahrzeuge, wie Yachten, kleinere Fahrgastschiffe u.a.

Be s ehre ibung

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit gem. der Gattung im Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist seit langem bekannt, Fahrzeuge für Land- und Wasserfahrten mit div. Antriebseinheiten, bestehend aus Verbrennungsmotoren, nebst Getrieben auszurüsten und die Verbindungen vom jeweiligen Motor zum Getriebe mittels Gelenkwellen auszuführen, wie auch solche Gelenkwellen vom jeweiligen Getriebe zu einer Achse eines Landfahrzeuges oder Propellers eines Wasserfahrzeuges vorzusehen.

Bei allen diesen Verbindungen, die vorzugsweise kardanisch vorgenommen werden, treten vielfach Resonanzschwingungen auf, die sich von der Antriebseinheit in das Fahrzeug fortpflanzen und dort unangenehme Geräusche verursachen, die den Komfort solcher Fahrzeuge nachhaltig beeinträchtigen. Solche Geräusche treten besonders bei wechselnden Drehzahlbereichen auf, so beispielsweise bei - leicht über Leerlauf - im gekuppelten Zustand von Antriebs- und Abtriebseinheit und verursachen, neben den Resonanzschwingungen, auch Klappergeräusche im jeweiligen Getriebe.

Der Grund für diese Erscheinung ist die Tatsache, daß die Motorerregerfrequenz und die Anlageneigenfrequenz in den Betriebsbereich fallen. Wenn Resonanz, wie in den meisten Fällen, im unteren Drehzahlbereich auftritt, übersteigt das Schwingmoment oftmals das dort vorliegende Nutzmoment. Die Folge ist dann ein Zahnflankenwechsel im Eingangsgetriebe, was immer wieder Anlaß für Geräuschbeanstandungen gibt und von den Kunden, insb. von Yachtbesitzern, als Komforteinbuße betrachtet

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wird. Gerade beim An- und Ablegen eines Wasserfahrzeuges, wie Yacht, kleines Fahrgastschiff u.a. oder bei Fahrten im Hafen wird dieses Getriebeklappern als sehr störend empfunden, da die Schallabstrahlung vom Motor nahezu unauffällig ist und Manöver bei kleiner Motordrehzahl nicht umgangen werden können.

Die Drehzahllage im Resonanzfall soll hier am Beispiel eines Verbrennungsmotors, nämlich V8 - 4-Takt-Motor, Drehzahlbereich 650 - 2100 l/min, mit 4. Ordnung als Hauptkritischer verdeutlicht werden:

Eigenschwingungen der Antriebsanlage

1. Eigenschwingung (Kupplungsfrequenz) 940 l/min

2. Eigenschwingung {Propeller-Wellenfrequenz) 2840 l/min

3. Eigenschwingung (Motorfrequenz) 11400 l/min

Während die 4. Ordnung für die 1. und 3. Eigenschwingung, da mit 235 l/min bzw. 2850 l/min außerhalb des Betriebsbereiches liegend, nicht in Betracht kommt, fällt sie mit der 2.

Eigenschwingung bei 710 l/min bei Motordrehzahl voll in den Betriebsbereich.

Maßnahmen, wie Änderung der elastischen Kupplung führen wegen des geringen Einflusses auf die 2. Eigenschwingung nur bedingt zum Erfolg. Änderungen von Elastizität und Masse der Propelleranlage lassen sich nur unter erheblichem Aufwand durchführen. Sie sind ein einschneidender Eingriff in das bestehende Konzept und sind von dieser Seite oft nicht zu realisieren.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu finden, der technisch eine gute Lösung bei vertretbarem Aufwand darstellt.

Diese Aufgabe wird gem. der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Weitere Ausbildungen der Erfindung können den verbleibenden Unteransprüchen entnommen werden, für die im Rahmen des Hauptanspruches (Anspruch 1) Schutz begehrt wird.

Durch diese Maßnahmen wird nicht nur die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vorteilhaft gelöst, sondern es werden weitere Vorteile erzielt.

So ist es beispielsweise möglich, diese einfach auszuführende Variante des zusätzlichen Dämpfungsgliedes, in diesem Fall des Viskosedämpfers, auch an bereits im Betrieb befindlichen Landoder Wasserfahrzeugen, insb. Yachten u.a., nachträglich einzubauen, um Abhilfe des lästigen Getriebeklpperns zu schaffen. Damit könnte der Komfort solcher Fahrzeuge und hier insb. der von Yachten, kleineren Fahrgastschiffen erheblich verbessert werden , ohne daß hierfür ein größerer Aufwand an Montagezeit und Kosten einhergehen müßte, Das Dämpfungsglied, in diesem Fall der Viskosedämpfer, als Problemloser hat den großen Vorteil, daß er keiner vorherigen Abstimmung bedarf , und er als sogenannter Massenartikel, insb. für andere Lösungen bei Landfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren ähnlicher Art eingesetzt, ein kostengünstiges Bauteil darstellt. Auch hat der Viskosedämpfer den Vorteil, daß er seine Dämpfungskraft selbst über einen längeren Zeitraum nur wenig ändert.

Der Viskosedämpfer wird gem. der Erfindung zweckmäßigerweise an den Stellen angebracht, wo die Drehschwingungsausschläge sehr groß sind bzw. sich störend oder auch schädlich auf die Anlage auswirken. Ein solcher Fall liegt besonders bei Zahnradgetrieben (Schiffswendegetrieben, Untersetzungsgetrieben u.a.) vor. Dabei sollte das Dämpfungsglied, d.h. der Viskosedämpfer, vornehmlich im höhertourigen Wellenstrang, wegen der besseren Dämpferwirkung, angebracht werden. Dabei kann das Dämpfungsglied mit den Getriebezahnrädern oder auch mit den Getriebeschalträdern oder Getriebeflanschen, insb. der Getriebeeingangsseite drehstarr zu jeweils einer Bauteilelementeneinheit verbunden werden.

Bei Schaltkupplungen kann die Bauweise zur Verminderung von Kupplungsverschleiß dienen. Eine weitere Variante ist die

Verbindung eines Dämpfers mit Elementen einer Gelenkwelle, wobei die erregende Wirkung der Gelenkwelle gemindert bzw. unterbunden wird.

Auch bei Schottel-Antrieben, wo über Kegelradsätze die Motorleistung auf einen Propeller übertragen wird, können in bestimmten Drehzahlbereichen auftretende Klappergeräusche vorteilhaft unterdrückt werden.

In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Antriebseinheit, bestehend aus einem Verbrennungsmotor, der über eine Gelenkwelle mit einem Schiffswendegetriebe und einer Propellerwelle verbunden ist,

Fig 2 einen Ausschnitt auf eine Gelenkwelle, ein Schiffswendegetriebe und eine Propellerwelle, wobei die auf dem Markt üblichen Bauformen für An- und Abtriebswelle in U-Bauform (Ansicht A) und V-Bauform (Ansicht B) dargestellt sind. Darüber hinaus zeigt diese Fig., daß in beiden Bauformen die An- wie auch Abtriebswelle auf der gleichen Seite und entweder parallel (Ansicht A) oder in einem Winkel zueinander (Ansicht B) angebracht sind,

Fig. 3 eine Schottel-Ruderpropelleranlage, bestehend aus Verbrennungsmotor, Gelenkwelle und Ruderpropeller, und

Fig. 4 einen Schnitt durch ein als Viskosedämpfer ausgeführtes Dämpfungsmitte, vergrößert.

Die Antriebsanlage gemäß der Erfindung wird im wesentlichen von einem Verbrennungsmotor 1, einem Getriebe 2 und einem getriebenen Teil, z.B. Achse eines Landfahrzeuges oder Propeller 3 eines Wasserfahrzeuges 4 gebildet, die über Gelenkwellen 5 und Propellerwelle 6 miteinander verbunden sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist das Dämpfungsglied 7 als ein an sich bekannter Viskosedämpfer

ausgeführt und hier an einem Eingangsflansch 8 des Schiffswendegetriebes 2 drehstarr, insb. mittels Schrauben oder einer anderen Verbindungsart, angeschlossen. In einem ringförmig geschlossenem Gehäuse 9 des Dämpfungsgliedes 7, d.h. des Viskosedämpfers, ist eine viskose Masse 10, vorzugsweise ein Silkiconöl eingefüllt, und es ist in dieser Masse ein Schwungring 11 schwimmend eingeschlossen, der den vom Getriebeflansch 8 auf das Gehäuse 9 des Viskosedämpfers 7 übertragenen Torsionschwingungen, infolge seiner Trägheit, dämpfend entgegenwirkt. Wie oben bereits ausgeführt, ist diese Art von Schwingungsdämpfern ein kostengünstger Massenartikel und wird bei Verbrennungsmotoren von Landfahrzeugen zur Vermeidung unzulässiger Kurbelwellenbeanspruchungen infolge zu hoher Drehwinkelausschläge ß 1, ß2 verwendet.

Bei Anwendung eines solchen Viskosedämpfers bei Wasserfahrzeugen 4 hat dieser erfindungsgemäß die Aufgabe, das in manchen Drehzahlen auftretende Getriebegeräusch, abhängig von der Schwingungseigenzahl der Propelleranlage, insb. bei kleiner Motorlast, und gekuppeltem Propeller zu unterbinden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 3 wird der Viskosedämpfer 7, bestehend ebenfalls aus einem ringförmigen, geschlossenen Gehäuse 9, in dem ein Schwungring 11 in einem Siliconöl 10 schwimmt, an den Eingangsflansch 8 des Getriebes 2 des Ruderpropellers 13 drehstarr mittels Schrauben oder einer anderen Verbindung angeschlossen.

Die Wirkungsweise ist wie auch in Fig. 1 und 2 beschrieben, dergestalt, daß bei Auftreten von Drehschwingungen am Eingangsflansch 8 das Gehäuse 9 des Viskosedämpfers 7, aufgrund der drehstarren Verbindung, die gleichen Schwingbewegungen macht, auf die der im Siliconöl 10 schwimmende Schwungring infolge seiner Trägheit dämpfend wirkt.

Dadurch werden die Schwingungsamplituden auf ein erträgliches Maß gesenkt und auch ein Getriebegeräusch infolge Zahnflankenwechsels im Kegelradsatz des Obergetriebes 12 vermieden. Auf diese Weise können andere Maßnahmen, wie Veränderung der Elastizitäten, die zum Teil aufwendige,

bauliche Veränderungen, oft mit hohen Kosten verbunden, vermieden werden.

Wegen des geringen Bauraumes des Viskosedämpfers 7 in axialer Richtung kann dieser auch in schon im Betrieb befindlichen Antriebsanlagen, insb. bei Geräuschreklamationen, ohne großen Aufwand nachgerüstet werden.

Um etwaigen Beanstandungen bei Auftreten von Gräuschen bereits im Vorfeld vorzubeugen, wäre es vorteilhaft, bei allen Schiffsgetrieben 2 am Flansch 8 der Eingangswelle 5 oder im Getriebe 2 selbst vor dem ersten Rädersatz und an Schottel-Ruderpropelleranlagen 12, bei letzteren über Kegelradsätze die Motorleistung auf den Propeller 3 übertragen wird, einen Schwingungsdämpfer 7 generell vorzusehen. Dieses Dämpfungsglied 7 macht im Vergleich zum Schiffsgetriebe 2 nur einen Bruchteil der Kosten aus und stellt die preisgünstigste Abhilfemaßnahme dar.

Demzufolge wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei allen Schiffsgetrieben 2 und auch Schottel-Ruderpropellerantrieben 12, am Getriebeeingang vobeugend einen Viskosedämpfer anzubauen, um insb. im Motorbetriebsbereich etwa auftretende Resonanzen einhergehend mit Getriebegeräusch wirksam

unterdrücken zu können.
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Claims (6)

Dipl. Ing. Gerhard Deschler Prof. Kurt Kollmann Antriebseinheit, insb. für Wasserfahrzeuge, wie Yachten, kleinere Fahrgastschiffe u.a. Ansprüche 10

1. Antriebseinheit, insb. für Land- oder Wasserfahrzeuge, letztere wie Yachten, kleinere Fahrgastschiffe u.a,, bestehend aus einem Verbrennungsmotor und einem mit. diesem über eine Gelenkwelle verbindbaren Getriebe, wobei die Gelenkwelle kardanisch mit der Abtriebswelle des Motors und der Antriebswelle des Getriebes verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß insb. im Bereich des kardanischen Gelenkes der Antriebswelle (Flansch 8) des Getriebes (2) in dessen Eingangsbereich vor einer ersten Zahnradstufe ein Dämpfungsglied (7) angebracht ist.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (7) am Wellenflansch (8) der Antriebswelle (5) des Getriebes (2) angebracht ist.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämfungsglied (7) im Getriebe (2) selbst angeordnet ist.

4. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (7) als ein an sich bekannter Viskosedämpfer ausgeführt ist.

5. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Viskosedämpfer drehstarr an den Triebteilen (Flansch 8, Getriebe 2) befestigbar ist.

6. Antriebseinheit nach Anspruch 1 und 4,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Dämpfungsglied (7) in Form eines Viskosedämpfers von einem, in einem Gehäuse (9) befindlichen Siliconöl (10) mit
einem darin frei schwimmenden Schwungring (11) gebildet wird und dessen Gehäuse (9) drehstarr vor der ersten Zahnradstufe anschließbar ist.