DE3939187A1 - Gegenlaufschrauben-schiffsantrieb - Google Patents
Gegenlaufschrauben-schiffsantriebInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit gegen
läufigen Schiffsschrauben bzw. Propellern, d.h. einen
Gegenlaufschrauben-Schiffsantrieb, bei dem insbesondere
die Drehzahl gegenüber einer Antriebsmaschine herabge
setzt ist und zwei Schiffsschrauben auf der gleichen
Achse (gleichachsig) angeordnet werden können.
Bei einem Schiffsantrieb mit einer Haupt-Antriebsma
schine, wobei zwei Propeller bzw. Schiffsschrauben auf
der gleichen Achse angeordnet sind und eine koaxiale
Doppelwelle aus Innen- und Außenwelle drehzahlunter
setzt ist, wird normalerweise ein Planeten- oder Um
laufgetriebe verwendet.
Wie in den Fig. 4 und 5 schematisch dargestellt, ist
ein solches Umlaufgetriebe (epicyclic gear) als Um
steuermechanismus 2′ zum Umsteuern der Drehung einer
Haupt(antriebs)maschine 1′ und zum Übertragen der
Drehung auf die betreffenden Schiffsschrauben ausge
legt.
Der Umsteuermechanismus 2′ besteht aus einem mit der
Haupt-Antriebswelle 7′ der Hauptmaschine 1′ verbundenen
Sonnenrad 2 B′, Planetenrädern 2 C′, die mit der Außen
verzahnung des Sonnenrads 2 B′ kämmen und über Lager
2 D′ von einem einheitlich mit einer Innenwelle 3 C′
einer hinteren Schiffsschraube 6 C′ verbundenen Lager-
Träger getragen werden, und einem innenverzahnten
Außen(zahn)rad 2 A′, dessen Innenverzahnung mit der
Außenverzahnung der Planetenräder 2 C′ kämmt und das an
der Welle einer vorderen Schiffsschraube 6 A′ montiert
ist. In Fig. 5 sind mit 5′ Lager für die Innenwelle
3 C′ und eine Außenwelle 3 A′ bezeichnet.
Bei diesem Umsteuermechanismus 2′ wird das von der
Hauptmaschine 1′ gelieferte Drehmoment auf das mit der
Antriebswelle 7′ verbundene Sonnenrad 2 B′ übertragen.
Bei der Drehung des Sonnenrads 2 B′ laufen die Planeten
räder 2 C′ unter Drehung um ihre eigenen Achsen um das
Sonnenrad 2 B′ um. Durch diese Drehung und Umlaufbe
wegung der Planetenräder 2 C′ wird die Außenwelle 3 A′
über das innenverzahnte Außenrad 2 A′ gegenläufig zur
Drehung der Eingangswelle 7′ des Umsteuermechanismus
2′, d.h. zur Ausgangs- oder Antriebswelle 7′ der Haupt
maschine 1′, in Drehung versetzt, um damit die vordere
Schiffsschraube 6 A′ anzutreiben.
Die die Planetenräder 2 C′ drehbar tragende bzw. lagernde
Innenwelle 3 C′ dreht sich dagegen gleichsinnig mit der
Eingangswelle 7′ und treibt die hintere Schiffsschraube
6 C′ an.
Mittels der beschriebenen Anordnung werden die beiden
Schiffsschrauben gegenläufig (zueinander) und zudem
mit einer niedrigeren Drehzahl als derjenigen der
Hauptmaschine 1 angetrieben.
Der vorstehend beschriebene bisherige Gegenlaufschrau
ben-Schiffsantrieb ist jedoch mit den folgenden, noch
zu lösenden technischen Problemen behaftet:
- 1. Die mit der hinteren Schiffsschraube 6 C′ verbundenen Planetenräder 2 C′ und das mit der vorderen Schiffs schraube 6 A′ verbundene innenverzahnte Außenrad 2 A′ bilden einen Differential- bzw. Ausgleichgetriebe mechanismus, weil sie beide um eine gemeinsame Achse rotieren; wenn sich dabei die auf eine der Schiffs schrauben wirkende Belastung aufgrund einer von außen her einwirkenden oder externen Kraft ändert, ändert sich auch die Drehzahl der anderen Schiffsschraube, und die Drehzahlen der beiden Schiffsschrauben wer den mithin durch die beiden Schiffsschraubenlasten bzw. -belastungen bestimmt. Infolgedessen wird es (dabei) unmöglich, die beiden Schiffsschrauben mit optimalen Drehzahlen anzutreiben.
- 2. Wenn die differentielle Planetenraddrehung gesteuert werden soll, um eine Drehung mit beliebigen Dreh zahlen zu erreichen, müssen Vorkehrungen, wie eine Bremsvorrichtung an der Außenwelle 3 A′, eine Regu lierung der Umlaufgeschwindigkeit der Planetenräder mittels eines Hydraulikmotors (vgl. JP-OS 59-96 092) o.dgl., getroffen werden, wodurch der Aufbau kompliziert und auch die Manövrierbarkeit bzw. Be dienbarkeit des Antriebs beeinträchtigt wird.
- 3. Da die Planetenräder 2 C′ umlaufen, ist es außer
ordentlich schwierig, ein Schub- bzw. Axiallager zur
Aufnahme des auf die Innenwelle 3 C′ wirkenden Schubs
vorzusehen.
Um unter Vermeidung der geschilderten Probleme die Innen- und Außenwellen gleichachsig (on the same axis) mit verringerter Drehzahl anzutreiben, sind bei Ver wendung von Parallelwellenzahnrädern große, in drei oder mehr Reihen angeordnete Zahnräder erforderlich, so daß der Umsteuermechanismus sperrig wird und das Antriebssystem bezüglich des Aufbaus unvorteilhaft und kostenaufwendig wird.
Wahlweise ist es auch möglich, für die Hauptmaschine
und die Schiffsschrauben verschiedene Achsen vorzu
sehen und die Drehzahl mittels Parallelwellenzahn
rädern oder -getrieben (parallel-shaft gears) zu
senken. Ein derartiges Antriebssystem ist jedoch im
Hinblick auf Aufbau(aufwand) und Kosten ebenfalls nicht
günstig.
Die Erfindung bezweckt damit die Schaffung eines Gegen
laufschrauben-Schiffsantriebs, mit dem die geschilder
ten Nachteile der bisherigen Antriebssysteme dieser Art
vermieden werden sollen.
Aufgabe der Erfindung ist speziell die Schaffung eines
Gegenlaufschrauben-Schiffsantriebs, der keinen Umsteuer
mechanismus großer Abmessungen verwendet, bei dem je
doch bei der Senkung der Drehzahl (Drehzahluntersetzung)
gegenläufiger Schiffsschrauben relativ zur Maschinen
drehzahl auch bei einer Änderung der auf die (beiden)
Schiffsschrauben wirkenden Belastung keine Änderung
der Relativdrehzahl zwischen den beiden Schiffsschrau
ben auftritt.
Diese Aufgabe wird bei einem Gegenlaufschrauben-Schiffs
antrieb der angegebenen Art erfindungsgemäß gelöst
durch ein durch eine Antriebsmaschine angetriebenes
großes Zahnrad, mehrere kleine Zahnräder in solcher An
ordnung, daß sie jeweils an mehreren festgelegten
Stellen in Umfangsrichtung des großen Zahnrads mit die
sem in Eingriff stehen, eine Anzahl von auf den jewei
ligen Zahnradwellen der kleinen Zahnräder montierten
Planetenrädern, ein Sonnenrad und ein innenverzahntes
Außen(zahn)rad, die jeweils mit den Planetenrädern in
Eingriff stehen, eine an einer Innenwelle, die als
Zahnradwelle des Sonnenrads dient, montierte hintere
Schiffsschraube und eine auf einer rohrförmigen bzw.
hohlen Außenwelle, die als Zahnradwelle des innenver
zahnten Außenrads dient, montierte vordere Schiffs
schraube.
Im Betrieb des erfindungsgemäßen Antriebssystems wird
durch die Drehung der Antriebsmaschine ein großes Zahn
rad in Drehung versetzt, wobei als Ergebnis der durch
die Drehung des großen Zahnrads bewirkten Drehung von
kleinen Zahnrädern die Planetenräder in Drehung ver
setzt werden. Die Planetenräder treiben sodann einer
seits ein Sonnenrad in derselben Drehrichtung wie das
große Zahnrad und andererseits ein innenverzahntes
Außenrad in entgegengesetzter Drehrichtung an.
Dabei laufen die kleinen Zahnräder und die Planeten
räder, die über Getriebe- oder Zahnradwellen mitein
ander verbunden sind, nicht um, sondern sie drehen sich
um ihre eigenen Achsen, weil die Positionen der be
treffenden Zahnradwellen festgelegt sind. Das mit der
hinteren Schiffsschraube verbundene Sonnenrad dreht sich
damit gleichsinnig zum großen Zahnrad. Außerdem dreht sich
das mit der vorderen Schiffsschraube verbundene (innenver
zahnte) Außenrad gegensinnig zum großen Zahnrad.
Auf diese Weise werden die beiden Schiffsschrauben
durch die Kombination der betreffenden Zahnräder mit
gegenüber der Drehzahl der Antriebsmaschine verringer
ter bzw. reduzierter Drehzahl angetrieben.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung
eines Gegenlaufschrauben-Schiffsantriebs
(marine contra-rotating propeller drive) ge
mäß der Erfindung,
Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen sche
matischen Schnitt längs der Linie II-II in
Fig. 1,
Fig. 3 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen sche
matischen Schnitt längs der Linie III-III in
Fig. 1,
Fig. 4 eine schematische Längsschnittdarstellung eines
Gegenlaufschrauben-Schiffsantriebs gemäß dem
Stand der Technik und
Fig. 5 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen sche
matischen Schnitt längs der Linie V-V in
Fig. 4.
Die Fig. 4 und 5 sind eingangs bereits erläutert wor
den.
Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Gegenlaufschrau
ben-Schiffsantrieb gemäß der Erfindung umfaßt ein großes
Zahnrad 3, das mit einer Ausgangs- bzw. Antriebswelle 2
einer Haupt-Antriebsmaschine 1 verbunden ist und durch
diese angetrieben wird, sowie vier kleine Zahnräder 4,
die am Schiffsrumpf o.dgl. an vier festgelegten Stellen
um den Umfang des großen Zahnrads 3 herum drehbar ge
lagert sind und jeweils mit dem großen Zahnrad 3 kämmen.
Auf Zahnradwellen 14 dieser kleinen Zahnräder 4 sind
jeweils Planetenräder 5 montiert. Ein Sonnenrad 8 und
ein innenverzahntes Außen(zahn)rad 6 kämmen an Außen
bzw. Innenumfang mit den Außenverzahnungen dieser Pla
netenräder 5.
Eine hintere Schiffsschraube 12 ist an einer als Zahn
radwelle (gear shaft) des Sonnenrads 8 dienenden Innen
welle 10 montiert. Eine vordere Schiffsschraube 11 ist
auf einer als Zahnradwelle des innenverzahnten Außen
rads 6 dienenden rohrförmigen bzw. hohlen Außenwelle
9 montiert.
Ein Innenwellen-Schub- bzw. -Axiallager 7 ist auf einem
Abschnitt der Innenwelle 10 vorgesehen, welcher an der
von der hinteren Schiffsschraube 12 abgewandten Seite
über das Sonnenrad 8 hinausragt. Mit 13 ist ein Außen
wellen-Schub- bzw. -Axiallager bezeichnet.
Bei diesem Antriebssystem wird gemäß Fig. 2 das große
Zahnrad 3 über die Antriebswelle 2 durch die Antriebs
maschine 1 in Drehung versetzt. Als Ergebnis der durch
die Drehung des großen Zahnrads 3 eingeführten Drehung
der Zahnradwellen 14 drehen sich die Planetenräder 5
auf die in Fig. 3 gezeigte Weise.
Durch die Drehung der Planetenräder 5 werden einerseits
das Sonnenrad 8 gleichsinnig zu Antriebswelle 2 und
großem Zahnrad 3 und andererseits das innenverzahnte
Außenrad 6 gegensinnig dazu angetrieben.
Bei diesen Vorgängen führen die kleinen Zahnräder 4
und die Planetenräder 5, die durch die Zahnradwellen
14 miteinander verbunden sind, keine Umlaufbewegung
durch, vielmehr drehen sie sich um ihre eigenen Achsen,
weil die Positionen der Zahnradwellen 14 gemäß Fig. 1
festgelegt (constrained) sind. Infolgedessen dreht sich
das mit der hinteren Schiffsschraube 12 verbundene
Sonnenrad 8 gemäß Fig. 3 gleichsinnig zum großen Zahn
rad 3.
Das mit der vorderen Schiffsschraube 11 verbundene
innenverzahnte Außenrad 6 dreht sich dagegen gegen
sinnig zum großen Zahnrad 3 (vgl. Fig. 3).
Mittels der beschriebenen Anordnung werden die beiden
Schiffsschrauben durch die Kombination aus den be
treffenden Zahnrädern 3-8 mit einer gegenüber der
Maschinendrehzahl reduzierten Drehzahl angetrieben.
Mit dem beschriebenen Gegenlaufschrauben-Schiffsantrieb
gemäß der Erfindung können somit die durch einen
differentiellen Planetenradbetrieb (die Planetenrad-
Ausgleichgetriebewirkung) bei Verwendung von Planeten
(zahn)rädern im bisherigen Umsteuermechanismus 2′
(Fig. 4) hervorgerufenen Mängel sowie die aufbau- und
kostenmäßigen Nachteile infolge großer Abmessungen des
Antriebssystems bei Verwendung von Parallelwellenzahn
rädern vermieden werden, so daß erfindungsgemäß ein
kleineres und weniger aufwendiges Antriebswellensystem
zur Verfügung gestellt wird.
Da zudem die Drehzahl von Innenwelle 10 und Außenwelle
9 reduziert ist oder wird, ist eine Auslegung von
Schiffsschrauben zur Erzielung eines maximalen Schiffs
schrauben-Wirkungsgrads ohne Einschränkungen durch
eine Nenndrehzahl o.dgl. der Haupt-Antriebsmaschine 1
möglich. Das Antriebssystem ist bezüglich einer Energie
einsparung sehr günstig. Zudem wird dabei auch der Aus
wahlbereich für die Drehzahl der Antriebsmaschine 1
erweitert, so daß damit der praktische Nutzwert des
Antriebssystems verbessert wird.
Da die Zahnradwellen 14 und die Planetenräder 5 nicht
umlaufen, ist die Anordnung bzw. der Einbau des Axial
lagers 7 für die Innenwelle 10 sehr einfach. Da außer
dem die vordere Stirnfläche der Innenwelle 10 frei
liegt, läßt sich eine Olzufuhrvorrichtung für ein Dreh
lager (rotary joint) o.dgl., wenn Schmieröl zum Mittel
bereich der Innenwelle 10 zugespeist werden soll, ein
fach einbauen, so daß damit eine Vereinfachung des
Schmiersystems erreicht werden kann.
Da weiterhin eine Drehzahldifferenz zwischen Innen
und Außenwelle vorliegt (Umsteuerung mit verschie
denen Drehzahlen), lassen sich Verbesserungen der Leistung
des Innenwellenlagers aufgrund einer Preßwirkung
(squeeze effect) dieses Lagers erzielen.
Ersichtlicherweise ist die Erfindung keineswegs auf
die vorstehend dargestellte und beschriebene Ausfüh
rungsform beschränkt, sondern verschiedenen Änderungen
und Abwandlungen zugänglich. Beispielsweise ist die
Zahl von Planetenrädern beliebig, und das große Zahn
rad kann als innenverzahntes oder außenverzahntes, mit
den kleinen Zahnrädern kämmendes Zahnrad ausgelegt
sein.
Claims (3)
1. Gegenlaufschrauben-Schiffsantrieb, gekennzeichnet
durch ein durch eine Antriebsmaschine angetriebenes
großes Zahnrad, mehrere kleine Zahnräder in solcher
Anordnung, daß sie jeweils an mehreren festgelegten
Stellen in Umfangsrichtung des großen Zahnrads mit
diesem in Eingriff stehen, eine Anzahl von auf den
jeweiligen Zahnradwellen der kleinen Zahnräder mon
tierten Planetenrädern, ein Sonnenrad und ein innen
verzahntes Außen(zahn)rad, die jeweils mit den Pla
netenrädern in Eingriff stehen, eine an einer Innen
welle, die als Zahnradwelle des Sonnenrads dient,
montierte hintere Schiffsschraube und eine auf
einer rohrförmigen bzw. hohlen Außenwelle, die als
Zahnradwelle des innenverzahnten Außenrads dient,
montierte vordere Schiffsschraube.
2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die mehreren kleinen Zahnräder an einem
Schiffsrumpf (o.dgl.) drehbar gelagert sind.
3. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß ein Innenwellen-Schub- bzw. -Axiallager an
dem auf der von der hinteren Schiffsschraube abge
wandten Seite über das Sonnenrad hinausragenden Ab
schnitt der als Zahnradwelle des Sonnenrads dienen
den Innenwelle vorgesehen ist.
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