DE4326558C2 - Anordnung zur Lagerung der Antriebswelle elastisch aufgestellter Antriebssysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lagerung der Antriebswelle elastisch aufge­ stellter Antriebssysteme, insbesondere von Schiffsantrieben, mittels eines starr aufge­ stellten Drucklagers.

Elastische Antriebssysteme werden insbesondere bei Schiffsantrieben eingesetzt. Aber auch in anderen Bereichen der Antriebstechnik werden Dieselmotoren, Elektromotoren und Getriebe zur Verringerung der Körperschallemission elastisch aufgestellt. Die elasti­ sche Aufstellung bedingt eine gewisse Bewegungsmöglichkeit, z. B. durch ein auf die Anlage aufgebrachtes Drehmoment oder bei Schiffsantrieben zusätzlich durch vom Seegang erzeugte Massenkräfte. Dadurch kann es bei einer sehr weichen elastischen Lagerung zu erheblichen Verlagerungswerten kommen. Vor allem bei Marineschiffen ist bei der antriebstechnischen Auslegung der sogenannte "Schockfall" zu berücksichtigen. Demzufolge muß mit radialen Verlagerungen der Antriebselemente relativ zueinander mit Amplituden von etwa 50 mm in radialer Richtung und etwa 25 mm in axialer Richtung aus der Nullage gerechnet werden.

Aus der Praxis ist es bekannt, die elastisch aufgestellte Antriebskomponente über eine Verlagerungskupplung mit entsprechender Baulänge mit dem starr fundamentierten Drucklager zu koppeln. Als Verlagerungskupplung kommen bevorzugt hochverlage­ rungsfähige elastische Wellenkupplungen zum Einsatz. Diese Kupplungen erzeugen keine großen Rückstellkräfte.

Es besteht auch die Möglichkeit, eine kurzbauende Kupplung einzusetzen. Diese verur­ sacht aber bei auftretenden Verlagerungen hohe Rückstellkräfte. Dadurch ist es erfor­ derlich, die benachbarten Bauteile, wie Lager und Wellen, erheblich größer zu dimen­ sionieren.

Ferner ist bei den bekannten Antriebsanordnungen von Nachteil, daß bei eintretenden schockartigen Verlagerungen hohe dynamische Reaktionskräfte auftreten, die teure und aufwendige Konstruktionen erfordern.

Um große Schiefstellungen der Welle bei Schiffsantriebsanlagen zu gewährleisten, ist es aus der DE 33 26 415 A1 bekannt, ein Axial-Radiallager einzusetzen, dessen Gehäuse mit dem Fundament fest verbunden ist und bei dem die Propellerwelle um den Mittelpunkt des Gehäuses winkelbeweglich angeordnet ist. Dieses Lager ist in seiner Herstellung sehr aufwendig und verursacht hohe Kosten. Außerdem ist es nur für kleine radiale Ver­ lagerungen geeignet, wobei eine Schiefstellung der gesamten Welle eintritt. Verlage­ rungen, wie sie z. B. bei Marineschiffen mit starr gelagerter Propellerwelle auftreten, können mit diesem Lager nicht realisiert werden.

Aus der Literatur (Illies, Handbuch der Schiffsbetriebstechnik, Verlag Friedr. Vieweg & Sohn, Braunschweig/Wiesbaden, 2. Auflage, 1984, S. 437/438) sind nicht schaltbare ausgleichende Kupplungen bekannt. Bei der im Bild 10.30.6 gezeigten Membran­ kupplung ist zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle eine Hohlwelle ange­ ordnet. In dem Bild 10.30.7 sind verschiedene Ausgleichsmöglichkeiten dieser Kupplung gezeigt, wie z. B. Parallel- und/oder Winkelversatz. Der Nachteil dieser Lösung besteht vor allem darin, daß zum Ausgleich der bei hohem Seegang oder "Schock" auftretenden relativ großen radialen Verlagerungen eine große Baulänge dieser Ausgleichskupplung erforderlich ist.

Aus der DE 22 30 928 A1 ist eine gelenkige Wellenkupplung zur Übertragung einer Axial­ kraft und eines Drehmomentes beschrieben. Zur Übertragung des Drehmomentes ist eine bogenverzahnte Ausgleichskupplung vorgesehen. Mit dieser Kupplung können nur relativ geringe Axialkräfte übertragen werden.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Lagerung der Antriebs­ welle elastisch aufgestellter Antriebssysteme, insbesondere für Schiffsantriebe, zu schaffen, die große Winkelverlagerungen der Welle ermöglicht, wobei die auftretenden Reaktionskräfte klein gehalten werden sollen, und die sich durch einen einfachen, kostengünstigen konstruktiven Aufbau auszeichnet und nur ein kurze Baulänge erfor­ dert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sich der Drehpunkt für die winkelbewegliche Verstellung der Antriebswelle abtriebsseitig außerhalb des Druck­ lagers, mittig am Ende der Antriebswelle, befindet, wobei dieses Ende der Antriebswelle in einer bogenverzahnten Zahnkupplung aufgenommen ist, deren Kupplungshülse an einem schubaufnehmenden Druckbund der vom Drucklager umgebenen Hohlwelle ange­ flanscht ist, starr über eine Welle mit der Propellerwelle verbunden ist, und die An­ triebswelle antriebsseitig starr mit einer elastischen Wellenkupplung verbunden ist. Über die propellerseitige Zahnkupplung werden dabei nur Drehbewegungen übertragen, während antriebsseitig zum elastisch aufgestellten Antriebssystem, z. B. Motor oder Ge­ triebe, eine elastische Kupplung zur Übertragung der Drehbewegungen und zusätzlicher Winkelverlagerungsfähigkeit und axialer Verlagerungsfähigkeit vorgesehen ist. Die spezielle konstruktive Ausgestaltung der Anordnung zur Lagerung der Antriebswelle ermöglicht es, daß im praktischen Einsatz bei normalem Seegang die von der Propeller­ welle erzeugten Schubkräfte über die Zahnkupplungshülse und den Druckbund der Hohlwelle auf die axialen Drucksteine des Drucklagers übertragen werden. Auf die An­ triebswelle wirken im Normalfall keine Axialkräfte.

Die bei hohem Seegang oder "Schock" auftretenden axialen Verlagerungen der elastisch gelagerten Antriebsmaschine werden von der elastischen Wellenkupplung aufge­ nommen.

Die Winkelverlagerungen werden im wesentlichen von der elastischen Wellenkupplung auf die winkelbewegliche Antriebswelle übertragen und von der Zahnkupplung aufge­ nommen.

Eine besonders vorteilhafte Variante, die eine bisher noch nicht realisierbare extreme Winkelverlagerung ermöglicht, wird durch die Anordnung eines bogenverzahnten Zwischenringes zwischen der Nabe und der Hülse der Zahnkupplung erreicht. Das an­ triebsseitig vor dem Drucklager angeordnete Gelenk ist als elastische Wellenkupplung ausgebildet.

Als elastische Wellenkupplung können an sich bekannte Kupplungen, wie Gummipuffer­ kupplungen, Laschenkupplungen und Membrankupplungen eingesetzt werden, wobei eine Membrankupplung mit Gummipuffer in dem Prospekt "RATO Hochelastische Kupplungen" der VULKAN Kupplungs- und Getriebebau GmbH & Co. KG, Seite 18, näher beschrieben ist.

Zwei Ausführungsvarianten einer elastischen Wellenkupplung sind besonders gut geeignet. Eine Variante ist dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Wellenkupplung aus einer Membranscheibe mit am Außenumfang fest angeordneten, beidseitig über­ stehenden Mitnehmerbolzen und einer antriebsseitig im wesentlichen starr ausge­ bildeten Kupplungsscheibe besteht, wobei die Mitnehmerbolzen beidseitig in Gleit­ buchsen, die jeweils von einer Gummibuchse umgeben sind, axial verschiebbar gelagert sind. Die Gummibuchsen sind in einem über eine äußere Umfangswand verbundenen gemeinsamen Tragring aufgenommen, der einseitig am Außenumfang der Kupplungs­ scheibe befestigt ist.

Bei einer zweiten Ausführungsvariante besteht die elastische Wellenkupplung aus einer im wesentlichen starr ausgebildeten Kupplungsscheibe mit einem am Außenumfang befestigten Tragring. Zwischen dem Tragring und der Kupplungsscheibe sind Mitnehmerbolzen kranzförmig angeordnet, auf denen jeweils eine in einem Ring ange­ ordnete Gummibuchse mit einer Gleitbuchse axial beweglich gelagert ist. Die Ringe mit den Gummibuchsen sind am Innenumfang mit einer flexiblen Membranscheibe verbun­ den, die mit dem Antrieb in Verbindung steht.

Diese beiden Ausführungsvarianten für eine elastische Wellenkupplung sind in der älteren, nicht vorveröffentlichten Druckschrift DE 43 12 518 A1 beschrieben. Durch die erfindungsgemäße Antriebsanordnung ist es möglich, bei einer Baulänge von 1,5 m zwischen der Zahnkupplung und der elastischen Wellenkupplung radiale Verlagerungen der Antriebswelle aus der Nullage von ± 37,5 mm zu ermöglichen. Die Antriebsanordnung ist sehr kurzbauend und ermöglicht eine Reduzierung der Maschinenraumlänge. Da die Reaktionskräfte bei eintretenden Verlagerungen klein sind, können die entsprechenden Bauteile wesentlich kleiner dimensioniert werden. Außer­ dem wird dadurch der Verschleiß reduziert. Die Antriebsanordnung zeichnet sich ferner durch einen einfachen konstruktiven Aufbau aus und kann somit kostengünstig herge­ stellt werden.

Die Erfindung soll nachstehend näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Ausschnitt eines Schiffsrumpfes mit einem elastischen Antriebssystem,

Fig. 2 eine Anordnung zur Lagerung der Antriebswelle im Schnitt,

Fig. 3 eine Anordnung zur Lagerung der Antriebswelle im Schnitt, für besonders hohe Winkelverlagerungen.

In der Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem Schiffsrumpf 1 mit einem elastisch aufge­ stellten Antriebssystem gezeigt.

Das Antriebssystem besteht aus einem Antriebsorgan 2, z. B. einem Elektromotor oder Getriebe, das auf dem Schiffsboden 3 auf einer Fundamentplatte 4 aufgestellt ist, die auf Gummilagern 5 elastisch gelagert ist. Die Antriebswelle 11 für den Propeller 10 ist in einem Stevenrohrlager 9 und in einem starr aufgestellten Drucklager 7 gelagert. Die Antriebswelle 11 ist durch das Drucklager 7 hindurchgeführt und hinter dem Drucklager 7 mit einem Gelenk 8 drehbeweglich und vor dem Drucklager 7 mit einem Gelenk 6 axial und radial beweglich verbunden. Hinter dem Gelenk 8 ist die Welle für den Antrieb des Propellers axial und radial starr gelagert.

In der Fig. 2 ist die spezielle Lagerung der Antriebswelle 11 im Längsschnitt dargestellt.

Das Drucklager 7 besteht aus dem Gehäuse 12, das eine Hohlwelle 13 umgibt, die radial und axial gelagert ist, mittels der Radiallager 14 und Axialdrucksteinen 15, die sich im Gehäuse 12 abstützen. Die axiale Lagerung dient zur Aufnahme des Propellerschubes. Das Drucklager 7 ist an beiden Seiten mittels der Deckel 31 abgedichtet. Die winkelbe­ weglich geführte Antriebswelle 11 ist mit dem antriebsseitigen Ende mit dem Gelenk 6 und abtriebs- bzw. -propellerseitig mit dem Gelenk 8 verbunden. Das Gelenk 8 ist als ein­ fache Zahnkupplung 16, bestehend aus der Zahnkupplungshülse 17 und der Zahn­ kupplungsnabe 18, ausgebildet. Die Zahnkupplungsnabe 18 ist auf das Endstück der Antriebswelle 11 aufgepreßt. Die Zahnkupplungshülse 17 ist an dem Außenbund der Hohlwelle 13 angeflanscht. Die Zahnkupplung ist mit einer Bogenverzahnung versehen, um eine entsprechende winkelbewegliche Verlagerung der Antriebswelle 11 zu erreichen. Die Zahnkupplungshülse 17 ist abtriebsseitig mit einem Zwischenflansch 19 ver­ schraubt, der mit der starr gelagerten Welle 20 verbunden ist, die den Propeller antreibt. Zur Aufnahme der auftretenden Schubkräfte besitzt die Hohlwelle 13 an der Verbin­ dungsstelle mit der Zahnkupplungshülse 17 einen Druckbund 21.

Das andere Ende der Antriebswelle 11 ist mit der Membranscheibe 26 einer elastischen Wellenkupplung verbunden. Zwischen der Antriebswelle 11 und der Hohlwelle 13 ist eine flexible Dichtmanschette 22 angeordnet. Die als Gelenk 6 ausgebildete elastische Wellen­ kupplung ist axial beweglich und winkelbeweglich und dient zur Übertragung des Dreh­ moments von dem Antriebsorgan 2 (Fig. 1) auf die Antriebswelle 11.

Die Kupplungsscheibe 24 ist über eine Hohlwelle 23 mit der rotierenden Welle des An­ triebsorgans verbunden. Die Kupplungsscheibe 24 ist im wesentlichen starr ausgebildet und an deren Umfang ist ein Kranz von achsparallelen Gummibuchsen 27 befestigt, die mit entsprechenden Gleitbuchsen 27a ausgerüstet sind. Die mit der Antriebswelle 11 verbundene Membranscheibe 26 ist an den Mitnehmerbolzen 25 befestigt. Hierzu ist an den Mitnehmerbolzen 25 in deren mittlerem Bereich ein Bund 25a vorgesehen, der an der einen Seite der Membranscheibe 26 an liegt. Von der anderen Seite ist jeweils eine Über­ wurfmutter 25b aufgeschraubt. Die Mitnehmerbolzen 25 sind beidseitig in Gleitbuchsen 27a axial verschiebbar gelagert. Die beiderseits angeordneten Gummibuchsen 27 sind über eine Umfangswand 29 mit dem gemeinsamen Tragring 28 verbunden.

Mit dieser in Fig. 2 dargestellten Variante können aus Winkelverlagerungen radiale Ver­ lagerungen der Antriebswelle bei einer Baulänge von 1,5 m zwischen den beiden Ge­ lenken 6, 8 von + 37,5 mm problemlos aufgenommen werden. Die besonders für diesen Anwendungsfall entwickelte elastische Wellenkupplung gewährleistet durch ihre axiale Verschiebbarkeit die während des Seegangs auf die Propellerwelle wirkenden axialen Belastungen aufzunehmen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß durch die Gum­ mibuchsen der elastischen Wellenkupplung eine sehr gute Körperschalldämmung er­ reicht wird.

Die in der Fig. 3 gezeigte Variante unterscheidet sich von der Variante gemäß Fig. 1 dadurch, daß durch die Anordnung eines bogenverzahnten Zwischenringes 30 eine we­ sentlich größere Winkelverlagerung der Antriebswelle 11 erreicht wird. Außerdem wird bei dieser Variante eine in ihrer Bauweise einfachere elastische Wellen­ kupplung eingesetzt. Die Antriebswelle 11 ist dabei mit der Kupplungsscheibe 24 ver­ bunden. Die Mitnehmerbolzen 25 sind mit ihrem einen Ende an der Kupplungsscheibe 24 und mit ihrem anderen Ende an einem gemeinsamen Tragring 28 befestigt, der mit der Kupplungsscheibe 24 verbunden ist. Die flexible Membranscheibe 26, die wie bei der Variante gemäß Fig. 2 aus einer einzelnen kreisringförmigen Membran oder aufeinander­ liegenden, zu einem Membranpaket verbundenen Membranen aus Federstahlblech beste­ hen kann, ist mit der Hohlwelle 23 verbunden.

Am Umfang der Membranscheibe 26 ist ein Kranz von Gummibuchsen 27 angeordnet, die in den Mitnehmerbolzen 25 axial beweglich geführt sind. Jede Gummibuchse 27 weist einen äußeren Ring 27b auf, mit dem sie mittels einer Überwurfmutter 27c in einer Ausnehmung der Membranscheibe 26 aufgenommen ist. Zwischen dem äußeren Ring 27b und einem inneren Ring 27d der Gummibuchse 27 ist eine ringförmige Gummi­ schicht 27e einvulkanisiert, die eine elastische Verlagerung zwischen dem äußeren und dem inneren Ring ermöglicht.

Der innere Ring 27d ist mit einer Gleitbuchse 27a versehen, die auf dem Mitnehmerbol­ zen 25 gleitet. Kommt es im Betriebsfall zu einer relativen Verlagerung zwischen der Antriebswelle 11 und der Hohlwelle 23 in axialer und/oder Winkelrichtung, wird durch die Verformbarkeit der elastischen Gummischicht 27e und die axiale Gleitfähigkeit der Gummibuchse 27 die radiale Verlagerung aufgenommen.

Claims (4)

1. Anordnung zur Lagerung der Antriebswelle elastisch aufgestellter Antriebs­ systeme, insbesondere von Schiffsantrieben, mittels eines starr aufgestellten Drucklagers, durch das die Antriebswelle winkelbeweglich hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Drehpunkt für die winkelbewegliche Ver­ stellung der Antriebswelle (11) abtriebsseitig außerhalb des Drucklagers, mittig am Ende der Antriebswelle (11), befindet, wobei dieses Ende der Antriebswelle (11) in einer bogenverzahnten Zahnkupplung (16) aufgenommen ist, deren Kupplungshülse (17) an einem schubaufnehmenden Druckbund (21) der vom Drucklager (7) umgebenen Hohlwelle (13) angeflanscht ist, starr über eine Welle (20) mit der Propellerwelle verbunden ist, und die Antriebswelle (11) antriebsseitig starr mit einer elastischen Wellenkupplung (6) verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zahn­ kupplungsnabe (18) und der Zahnkupplungshülse (17) der Zahnkupplung (16) ein bogenverzahnter Zwischenring (30) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Wellenkupplung (6) aus einer Membranscheibe (26) mit am Außenumfang fest angeordneten, beidseitig überstehenden Mitnehmerbolzen (25) und einer antriebsseitig im wesentlichen starr ausgebildeten Kupplungsscheibe (24) besteht, wobei die Mitnehmerbolzen (25) beidseitig in Gleitbuchsen (27a), die jeweils von einer Gummibuchse (27) umgeben sind, axial verschiebbar gelagert sind, und die Gummibuchsen (27) in einem über eine äußere Umfangswand (29) verbundenen gemeinsamen Tragring (28) aufgenommen sind, der einseitig am Außenumfang der Kupplungsscheibe (24) befestigt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Wellenkupplung (6) aus einer im wesentlichen starr ausgebildeten Kupplungsscheibe (24) mit einem am Außenumfang befestigten Tragring (28) besteht, wobei zwischen dem Tragring (28) und der Kupplungsscheibe (24) Mitnehmerbolzen (25) kranzförmig angeordnet sind, auf denen jeweils eine in einem Ring angeordnete Gummibuchse (27) mit einer Gleitbuchse (27a) axial beweglich gelagert ist, und die Ringe mit den Gummibuchsen (27) am Innenumfang mit einer flexiblen Membranscheibe (26) verbunden sind, die mit dem Antrieb in Verbindung steht.