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