DE60001754T2

DE60001754T2 - Gehäuse eines winkelgetriebes für einen bootsantrieb

Info

Publication number: DE60001754T2
Application number: DE60001754T
Authority: DE
Inventors: Guy Fontanille
Original assignee: Max Power SA
Current assignee: Max Power SA
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 2000-09-04
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2020-09-05
Also published as: FR2798184A1; EP1212553A1; ATE235014T1; AU7297700A; FR2798184B1; WO2001018431A1; EP1212553B1; DE60001754D1; US6648704B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse eines Winkelgetriebes für Antriebsmotoren von Schiffen und Tauchbooten, insbesondere für Antriebsorgane, mit denen die Vordersteven und Hecks von Booten oder Schiffen ausgerüstet sind.
Im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein Gehäuse oder einen Kasten, das bzw. der dazu bestimmt ist, ein Winkelgetriebe zu schützen, das umfasst:

– zwei Wellen, die sich jeweils in Bezug auf zwei zueinander senkrechte Drehachsen drehen, von denen eine erste Welle von einem Motor in Drehung versetzt wird und eine zweite Welle wenigstens eine Schraube in Drehung versetzt,
– sowie mechanische Elemente wie z. B. Zahnradgetriebe mit Zahnrädern und Kugellagern, die eine Übertragung der Drehbewegung der ersten Welle auf die zweite Welle ermöglichen.

Derartige Vorrichtungen werden insbesondere bei einziehbaren oder einklappbaren Antriebsorganen verwendet und ermöglichen deren Einsatz bei Schiffen speziell im Bootssport, wo das Antriebsorgan sehr weit vorne im Vordersteven des Schiffes angebracht werden muss. In dem Patent WO 97/20733, das die Merkmale des Obergebriffs des Anspruchs 1 aufweist, wurden derartige Antriebsorgane beschrieben, insbesondere seitliche oder in Längsrichtung angeordnete Antriebsorgane, bei denen das Antriebsorgan mit einem Führungsarm verbunden ist, der in seinem oberen Bereich einen Motor umfasst, wobei der Führungsarm eine drehbare Welle enthält, die mit dem Motor verbunden ist und an ihrem anderen Ende ein Winkelgetriebe mit Zahnrädern antreibt, das die Drehung der Antriebswelle gewährleistet, an der eine Schraube angebracht ist.
Bei den bisherigen Ausführungen von Gehäusen für Winkelgetriebe im Bereich der Schifffahrt oder anderen industriellen Bereichen sind diese immer aus einem metallischen Werkstoff gefertigt und umfassen ein Hauptteil zum Schutz des Winkelgetriebes, das aus einem hohlen Gussstück besteht, in das die Wellen und mechanischen Elemente, die die Winkelgetriebefunktion gewährleisten, blind eingesetzt sind, um so einen Schutz zu gewährleisten, dessen mechanische Festigkeit ausreichend ist, um die beträchtlichen mechanischen Belastungen aufzunehmen, die durch den Schub der mit den Antriebsschrauben bestückten Welle verursacht werden, und denen das Gehäuse ausgesetzt ist, wenn das Winkelgetriebe in Betrieb ist. Im Fall einer Unterwasservorrichtung werden von den Herstellern in der Regel schwere und teure Werkstoffe wie z. B. Bronze verwendet, um zusätzlich die erforderliche Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten.
Ferner erfordert das hohle metallische Schutzgussstück eine zeitaufwendige und schwierige Präzisionsbearbeitung.
Aufgrund seiner Struktur in Form eines einzigen hohlen Teils aus Gussmetall ist die Montage der verschiedenen mechanischen Elemente des Winkelgetriebes in dem Gehäuse zudem zeitaufwendig und schwierig, da sie blind erfolgt. Die Anpassung der kompletten Vorrichtung, bei der es insbesondere auf die absolut senkrechte Ausrichtung der Achsen der drehbaren Wellen zueinander in dem Teil ankommt, ist schwierig und kann bei der Montage des Winkelgetriebes im Innern des Gehäuses nicht kontrolliert werden. Darüber hinaus muss die komplette Montage des Winkelgetriebes in dem Gehäuse sowie die Montage des Gehäuses mit den verschiedenen anderen mechanischen Elemente erfolgen, die am Ausgang des Gehäuses in Richtung der Achse der beiden Wellen angefügt sind, um zu kontrollieren, ob der Sitz des Getriebes im Gehäuse korrekt ist, und um seine Befestigung in Abhängigkeit von den Passtoleranzen der verschiedenen anderen Elemente am Ausgang des Gehäuses in Richtung der Achse der beiden Wellen zu überprüfen.
Diese Schwierigkeiten beim Befestigen und Einpassen sind umso größer, als die einheitliche Reproduktion des hohlen metallischen Gussstücks in Anbetracht der beträchtlichen, für seine Herstellung erforderlichen Präzisionsarbeit nicht einfach ist.
Zudem wird das Gehäuse durch Zusammenbau mit drei anderen, angesetzten metallischen Teilen gebildet, die ihrerseits präzise bearbeitet sein müssen. Diese angesetzten Teile gewährleisten den Verschluss der Öffnungen des hohlen Hauptteils, durch die die verschiedenen mechanischen Elemente des Winkelgetriebes in dieses hohle Hauptteil eingesetzt werden. Die angesetzten Teile zum Verschließen der zum Einfügen des Winkelgetriebes in das Gehäuse dienenden Öffnungen sind an dem hohlen Hauptteil aus Gussmetall entlang einer Verbindungsebene befestigt, die senkrecht zu den Drehachsen und insbesondere senkrecht zu der die Schraube tragenden Antriebsachse verläuft. Dies hat zur Folge, dass die Schubkräfte der die Schraube tragenden Welle von den Mitteln aufzunehmen sind, mit denen das angesetzte Teil an dem hohlen Hauptteil an der Austrittsöffnung der die Schraube tragenden Antriebsachse befestigt ist.
Insgesamt hat die Struktur der Gehäuse bei den bisherigen Ausführungen zur Folge, dass die Bearbeitung und Montage dieser Gehäuse und Bauteile sehr zeitaufwendig und sehr teuer sind.
Bei den seitlichen oder in Längsrichtung angeordneten Antriebsorganen, die der in der WO 97/20733 beschriebenen Ausführung entsprechen, belaufen sich die Kosten des Gehäuses und der Montage der mechanischen Elemente des darin enthaltenen Winkelgetriebes auf rund zwei Drittel der Kosten des Antriebsorgans.
Aus US 3,946,698 und FR 2 517 018 sind Gehäuse von Winkelgetrieben bekannt, die aus zwei Halbschalen aus einer Metalllegierung hergestellt sind. In FR 2 517 018 ist das Gehäuse nicht dazu bestimmt, zum Antrieb der Antriebsschraube eines Schiffes oder Tauchbootes in einer Meeresumgebung untergetaucht zu werden. In US 3,946,698 besteht das Gehäuse aus zwei übereinander liegenden Teilen und enthält zwei Winkelgetriebe in der Art, dass die mit dem Motor verbundene drehbare Welle parallel zu der mit der Schraube verbundenen drehbaren Welle angeordnet ist.
US-A-3946 698 zeigt ferner ein Gehäuse eines Winkelgetriebes für den Antriebsmotor eines Schiffes, das dazu bestimmt ist, unter Wasser getaucht zu werden und ein Winkelgetriebe zu enthalten, das umfasst:

– zwei Wellen, die sich in Bezug auf zwei zueinander senkrechte Achsen drehen, von denen eine erste Welle von dem Motor in Drehung versetzt wird und eine zweite Welle wenigstens eine Schraube in Drehung versetzt,
– sowie mechanische Elemente mit Zahnrädern und Kugellagern, die eine Übertragung der Drehbewegung der ersten Welle auf die zweite Welle ermöglichen, wobei das Gehäuse
– zwei zusammengefügte, komplementäre Halbschalen umfasst, die entlang einer von den Drehachsen der drehbaren Wellen definierten Verbindungsebene miteinander zusammenwirken und jeweils aufweisen:
– einen hohlen Aufnahmebereich für das Winkelgetriebe in dieser Verbindungsebene sowie
– eine ebene Auflagefläche, die sich außerhalb dieses hohlen Bereichs befindet und zur Abstützung an der komplementären Halbschale dient.

Bei der vorliegenden Erfindung geht es somit darum, ein Gehäuse eines Winkelgetriebes mit Zahnrädern und Kugellagern für den Antriebsmotor von Schiffen oder Tauchbooten herzustellen, wobei dieses Winkelgetriebe die mit dem Motor verbundene drehbare Welle und eine dazu senkrechte, mit der Schraube verbundene Welle umfasst und das Gehäuse in Anbetracht der von dem Getriebe übertragenen und von dem Gehäuse aufgenommenen mechanischen Schubkräfte eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist, während gleichzeitig die Nachteile hinsichtlich Montage und Kosten der bisherigen metallischen Gehäuse behoben werden, die, wie oben erwähnt, aus bearbeiteten metallischen Teilen hergestellt sind.
Des Weiteren geht es darum, ein Gehäuse für den Einsatz in einer Meeresumgebung bereitzustellen, dessen mechanische Stabilität, Dichtheit und hydraulische Eigenschaften insbesondere bei geringem Volumen und Raumbedarf für Einsatzbedingungen unter Wasser in einer Tiefe von mindestens 1 Meter, vorzugsweise mindestens 3 Metern, geeignet sind, wobei die Dichtheit insbesondere einen Schutz gegen die längeren Auswirkungen des unter Wasser auftretenden Drucks gewährleisten muss.
Die Untersuchungen des Erfinders hinsichtlich der Struktur der Teile, die das schützende Hauptstücks des Gehäuses bilden können, haben zu einer Lösung dieser gestellten Probleme in Form eines Gehäuses geführt, dessen zur Aufnahme des Winkelgetriebes bestimmtes Hauptstück aus mehreren Teilen gefertigt ist, die aus einem verstärkten synthetischen Werkstoff bestehen und entlang einer geeigneten Verbindungsebene miteinander zusammenwirken.
Insbesondere schlägt die vorliegende Erfindung ein Gehäuse für Winkelgetriebe für die Antriebsmotoren von Schiffen vor, das dazu bestimmt ist, unter Wasser getaucht zu werden und ein Winkelgetriebe zu enthalten, das umfasst:

– zwei Wellen, die sich in Bezug auf zwei zueinander senkrechte Achsen drehen, von denen eine erste Welle von dem Motor in Drehung versetzt wird und eine zweite Welle wenigstens eine Schraube in Drehung versetzt,
– sowie mechanische Elemente mit Zahnrädern und Kugellagern, die eine Übertragung der Drehbewegung der ersten Welle auf die zweite Welle ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei zusammengefügte, komplementäre Halbschalen aus einem synthetischen, verstärkten, thermoplastischen Polymerwerkstoff umfasst, die entlang einer von den Drehachsen der drehbaren Wellen definierten Verbindungsebene miteinander zusammenwirken und jeweils in dieser Verbindungsebene aufweisen:
– einen hohlen Aufnahmebereich für das Winkelgetriebe sowie
– eine ebene Auflagefläche, die sich außerhalb dieses hohlen Bereichs befindet und zur Abstützung an der komplementären Schale dient.

Vorzugsweise weisen die beiden Halbschalen an ihren Enden Muffenhälften in der Art auf, dass die Halbschalen nach ihrem Zusammenfügen ein Gehäuse bilden, mit:

– einer oberen röhrenförmigen Muffe, durch die die erste Welle mündet, und
– wenigstens einer seitlichen röhrenförmigen Muffe mit wenigstens einer ringförmigen inneren Aussparung, die zum Aufnehmen der Lager bestimmt ist, wobei die zweite Welle durch die seitliche Muffe mündet,
– und Mittel zur Herstellung einer stabilen, dichten Verbindung der beiden Halbschalen röhrenförmige Ringe umfassen, die auf die röhrenförmigen Muffen aufgesetzt sind, wobei diese Ringe vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl gefertigt sind.

Die Ringe gewährleisten eine sehr vorteilhafte, stabile, dichte mechanische Verbindung der beiden Halbschalen, da sie die Bereiche des Gehäuses überdecken, die Lager enthalten und/oder mit der Schraube oder einer Öffnung in einem Tragelement zusammenwirken, das eine Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse und dem Motor bildet, und folglich einer beträchtlichen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind, die zu mechanischen Brüchen und/oder Undichtigkeiten führen kann. Dank der Ringe kann insbesondere an der Oberfläche der Muffen auf Vorsprünge verzichtet werden, durch die Bohrungen führen, um eine Befestigung der beiden Halbschalen mit Hilfe von Teilen mit Gewinden zu ermöglichen. Diese Vorsprünge würden sich nachteilig auf die hydraulischen Eigenschaften und die Hydrodynamik des Außenprofils des Gehäuses auswirken und unter Umständen dazu beitragen, das Volumen des Gehäuses zu vergrößern, was man in einer Unterwasserumgebung zu vermeiden sucht.
Da wenigstens eine der seitlichen Muffen in der Nabe einer Schraube aufgenommen wird, würden die Vorsprünge zudem die Bildung einer zu großen Aussparung in der Nabe der Schraube erforderlich machen, wodurch sich die mechanische Festigkeit der Schraube verringern würde. Da die obere Muffe durch eine Öffnung in einem Tragelement führt, das eine Verbindungsstelle zum Motor bildet, würde ein Vorsprung an dieser oberen Muffe ferner eine größere Öffnung in diesem Tragelement erforderlich machen, was eine mechanische Anfälligkeit der Verbindung zwischen der oberen Muffe und dem Tragelement zur Folge hätte. Die röhrenförmige Ausbildung der Muffen und Ringe ermöglicht vorteilhafterweise deren Lagerung in zylindrischen Öffnungen in dem Tragelement bzw. der Nabe einer Schraube, wodurch sowohl aus mechanischer Sicht als auch im Hinblick auf die Dichtheit eine bessere Verbindung zwischen dem Gehäuse und diesem Tragelement bzw. dieser Schraube gewährleistet wird.
Die Form der beiden Halbschalen einerseits, die aufgrund der Tatsache, dass sie entlang einer Verbindungsebene zusammengefügt werden, die die Achsen der beiden drehbaren Wellen umfasst, im Wesentlichen symmetrisch oder sogar völlig identisch sein können, und der verwendete Werkstoff andererseits tragen zusammen dazu bei, die Serienfertigung eines technisch leistungsfähigen Produktes sowie eine mühelose Montage unter sehr vorteilhaften wirtschaftlichen Bedingungen zu ermöglichen.
Aufgrund der Struktur des Gehäuses und insbesondere aufgrund der Tatsache, dass die Verbindung der beiden Halbschalen und das Schließen des Gehäuses entlang einer Ebene erfolgen, die die beiden Drehachsen der beiden Wellen enthält, kann das komplette Winkelgetriebe zum einen in dem hohlen Bereich einer einzigen Halbschale angeordnet werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Sitz der verschiedenen mechanischen Elemente des Winkelgetriebes zu überprüfen, bevor die beiden Schalen zusammengefügt werden und das Gehäuse geschlossen wird. Zum anderen werden die Schubkräfte in Längsrichtung der Drehachsen der Wellen verteilt und gleichmäßig auf die beiden Schalen übertragen und nicht ausschließlich von den Mitteln zur gegenseitigen Befestigung der beiden Schalen, sondern im Wesentlichen in der Masse der beiden Schalen aufgenommen.
Insbesondere die Verwendung eines synthetischen, verstärkten, thermoplastischen Polymerwerkstoffs, der einerseits aufgrund seiner thermoplastischen Eigenschaften spritzfähig ist und andererseits aufgrund seiner Verbundform und der Verstärkung durch mineralische oder synthetische Füllstoffe eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, ermöglicht es, im Gießverfahren mit großer Genauigkeit ohne weitere Bearbeitung Schalen mit einem guten mechanischen Verhalten und einer optimalen Homogenität in der Fertigung herzustellen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart besteht das erfindungsgemäße Gehäuse aus zwei identischen Halbschalen.
Die identische Struktur der beiden Halbschalen stellt einen weiteren Vorteil dar, da sie eine Rationalisierung der Lagerbestände ermöglicht und insofern zur Kostensenkung beiträgt, als nur noch ein einziges Spritzgussteil hergestellt werden muss. Außerdem gibt es keine Schalen und Gegenschalen, so dass Verwechslungen und Fehler ausgeschlossen sind.
Vorteilhafterweise umfasst die Auflagefläche jeder Schale Befestigungsöffnungen, die die mechanische Verbindung der beiden Halbschalen mit Hilfe von Teilen mit Gewinden wie z. B. Schrauben ermöglichen, in einem Befestigungsbereich, der außerhalb der Endbereiche der Auflagefläche angeordnet ist, die die obere und seitliche Muffe bilden.
Ferner weisen die Halbschalen auch vorteilhafterweise in dem Befestigungsbereich der Auflagefläche, der unter der oberen Muffe auf beiden Seiten des die erste Welle aufnehmenden hohlen Bereichs angeordnet ist, Hohlräume auf, die das Einführen von Muttern zur Befestigung des Gehäuses auf dem Tragelement ermöglichen, das eine Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse und dem Motor bildet.
Die Dichtheit zwischen den beiden Halbschalen kann durch das Auftragen eines Dichtungsklebers oder einer Dichtungsmasse auf diese Auflageflächen oder mit Hilfe eines Dichtungsrings gewährleistet werden, der in eine Dichtungsnut eingefügt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist jede Halbschale eine Dichtungsnut an der Auflagefläche zwischen dem hohlen Aufnahmebereich und einem Bereich mit Mitteln zur gegenseitigen Befestigung der Schalen auf, wobei die Dichtungsnut mehr als die Hälfte des Umfangs des hohlen Aufnahmebereichs abdeckt, so dass die Dichtungen der beiden Schalen sich in einem Schnittpunkt überschneiden, wenn die beiden Schalen miteinander verbunden sind. Diese Überschneidung der Dichtungen gewährleistet die absolute Dichtheit des Umfangs des zu schützenden hohlen Aufnahmebereichs.
Vorzugsweise weist jede Halbschale eine Symmetrieachse auf, die der Achse einer der drehbaren Wellen entspricht, wenn diese in dem hohlen Aufnahmebereich gelagert ist, während die Dichtungsnut dem Umfang einer der symmetrischen Hälften der Schale folgt und hierbei über die Symmetrieachse so hinausreicht, dass sie wenigstens an einem ihrer Enden in einen hohlen Teil bzw. den Außenbereich der Halbschale mündet. Diese Konfiguration ermöglicht das Kriechen der Dichtung, wenn sie beim Verbinden und gegenseitigen Befestigen der beiden Halbschalen komprimiert wird.
Bei einer anderen Ausführungsvariante ist das Gehäuse aus zwei verschiedenen Halbschalen ausgeführt, von denen insbesondere eine Schale eine Dichtungsnut an ihrem gesamten Umfang und eine Halbschale keine Dichtungsnut aufweist.
Um hohe mechanische Eigenschaften zu erzielen, sind die Schalen aus einem Polymerverbundstoff gefertigt, der mit mineralischen oder synthetischen Füllstoffen, insbesondere in Form von Fasern, verstärkt ist. Bei einer. bevorzugten Ausführungsform weist der thermoplastische Polymerwerkstoff eine Zugfestigkeit von mehr als 200 MPa, vorzugsweise mehr als 250 MPa, eine hohe Steifigkeit mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 10 GPa, vorzugsweise mehr als 15 GPa, sowie einen Wasseraufnahmegehalt von weniger als 0,5%, vorzugsweise weniger als 0,15% auf.
Insbesondere wird ein leistungsfähiger thermoplastischer Verbundstoff auf Polyphthalamidbasis (PPA) eingesetzt, der mit Glasfasern mit einem Massenanteil von vorzugsweise 45% verstärkt ist.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind somit:

– die Dichtheit, die hydraulischen Eigenschaften des Profils bzw. die mechanische Festigkeit des Gehäuses aufgrund einer geringeren Spannungsaufnahme im Bereich der Befestigung der beiden Schalen sowie Mittel zur Herstellung einer Verbindung der beiden Halbschalen, die Ringe umfassen, und schließlich die Verwendung eines verstärkten, thermoplastischen Polymerwerkstoffs;
– die vorteilhaften wirtschaftlichen Bedingungen der Herstellung mittels Spritzguss, die eine Bearbeitung der Teile überflüssig macht und die absolute Homogenität der Halbschalen gewährleistet, die einfache Montage des Winkelgetriebes im Gehäuse, die in "geöffneter" Position erfolgt, sowie die Möglichkeit einer visuellen Überprüfung des Sitzes des Getriebes im Gehäuse und seiner Befestigung in Bezug auf die übrigen mechanischen Elemente, mit denen es außerhalb des Gehäuses zusammenwirkt, insbesondere der Lage der verschiedenen Zahnräder und Lager und der senkrechten Ausrichtung der Wellen in dem hohlen Aufnahmebereich. Das Ergebnis ist eine beträchtliche Senkung der Herstellungskosten von bis zu 30% der Gesamtherstellungskosten eines Antriebsorgans;
– eine Reduzierung des Gewichts des Gehäuses um das 4- bis 5fache und infolgedessen eine Reduzierung des Antriebsorgans um rund 20%;
– die Vermeidung eines galvanischen Elements in Meeresumgebung als einem der Nachteile, die mit dem Einsatz von metallischen Teilen verbunden sind;
– und schließlich eine bessere Korrosionsbeständigkeit als bei Teilen aus Metall.

Weitere Vorteile und Merkmale gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf 1 und 2 hervor.
1 ist eine Ansicht der Innenseite einer erfindungsgemäßen Halbschale 2.
2 zeigt eine Profilansicht in Schnittperspektive eines erfindungsgemäßen Gehäuses 1 mit zwei Halbschalen 2, die so zusammengefügt sind, dass die beiden in den Ebenen XX' und YY' ausgebildeten Innenseiten jeder Halbschale aneinander anliegen.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gehäuses.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit Verbindungsringen, die getrennt von der Muffe, in die sie eingesetzt werden, dargestellt sind.
Ein in 2 dargestelltes erfindungsgemäßen Gehäuse 1 wird durch das Zusammenfügen von zwei identischen Halbschalen 2 hergestellt, wie in 1 dargestellt.
In 1 weist die Innenseite jeder Halbschale einen hohlen Aufnahmebereich 3 für das Winkelgetriebe sowie eine ebene Auflagefläche 4a, 4b, 4c auf, die an der entsprechenden Fläche der zweiten Schale zur Anlage kommt, wenn die beiden Innenseiten der beiden Halbschalen miteinander in Berührung gebracht werden, um die beiden Halbschalen zusammenzufügen und das Gehäuse zu schließen. Diese beiden Auflageflächen der Halbschalen wirken also entlang der Verbindungsebene der beiden Schalen miteinander zusammen, die von den Drehachsen der drehbaren Wellen definiert wird.
Die beiden Halbschalen 2 weisen an ihren Enden halbröhrenförmige Muffenhälften 7₃ , 7₂ , 7₁ in der Art auf, dass die Halbschalen nach ihrem Zusammenfügen:

– eine obere röhrenförmige Muffe 7₃ , deren oberes Ende eine obere Öffnung 5₃ des Gehäuses bildet, durch die die erste Welle mündet, sowie
– zwei seitliche röhrenförmige Muffen 7₁ , 7₂ mit ringförmigen inneren Aussparungen 8₁ , 8₂ , die zum Aufnehmen der Lager bestimmt sind, bilden.

Das Ende wenigstens einer seitlichen Muffe definiert eine seitliche Öffnung 5₁ , 5₂ des Gehäuses, durch die wenigstens eine zweite Welle mündet.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Antriebsorgan eine einzige Schraube, während eine seitliche Öffnung 5₂ des Gehäuses verschlossen ist.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Antriebsorgan zwei Schrauben, wobei jede seitliche Öffnung 5₁ , 5₂ des Gehäuses von einer zweiten Welle durchquert wird.
Mittel zur Herstellung einer stabilen, dichten Verbindung der beiden Halbschalen umfassen röhrenförmige Ringe aus nichtrostendem Stahl 9₁ , 9₂ , 9₃ , die auf die röhrenförmigen Muffen 7₁ , 7₂ , 7₃ unter Kraftaufwand aufgesetzt sind.
Die obere röhrenförmige Muffe 7₃ steht in Bezug auf eine obere Auflagefläche 10 des Gehäuses über, die dazu bestimmt ist, mit einer Fläche eines (nicht dargestellten) Tragelementes zusammenzuwirken, das eine Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse und dem Motor bildet. Dieses Tragelement umfasst eine zylindrische Öffnung, durch die die mit dem oberen Ring 9₃ versehene Muffe 7₃ verläuft. Das Tragelement kann sich je nach Anwendung innerhalb oder außerhalb des Schiffsrumpfes befinden. Im Fall von Antriebsmotoren am Vordersteven ist das Tragelement vorzugsweise im Innern des Rumpfs platziert, so dass sich der Rumpf zwischen der oberen Auflagefläche 10 des Gehäuses und diesem Tragelement befindet.
Wenigstens eine der mit den röhrenförmigen seitlichen Ringen 9₁ , 9₂ versehenen seitlichen Muffen 7₁ , 7₂ kann mit einer zylindrischen Öffnung in der Nabe einer Schraube zusammenwirken.
Der hohle Aufnahmebereich 3 jeder Schale ist so ausgehöhlt, dass die Hälfte des Winkelgetriebes geschützt ist. Insbesondere der Bereich mit halbrundem Querschnitt 3₁ entspricht einer halbzylindrischen Hülle.
In 1 umfasst der hohle Aufnahmebereich 3 des Winkelgetriebes mehrere Teile:

– einen oberen Teil 3₁ mit vertikaler, halbzylindrischer Form, d. h. mit halbrundem Querschnitt, der die erste drehbare Welle aufnimmt, deren oberes Ende mit dem Motor verbunden ist und in die obere Öffnung 5₃ des Gehäuses mündet,
– einen unteren Teil 3₂ zur Aufnahme:
– des unteren Endes dieser ersten Welle,
– der Zahnräder und Kugellager sowie
– des Endes der zweiten drehbaren Welle, die von diesen Zahnrädern und Kugellagern in Drehung versetzt wird und deren anderes Ende in eine seitliche Öffnung 5₁ , 5₂ des Gehäuses mündet.

Dieser untere Teil 3₂ des hohlen Bereichs umfasst:

– eine ringförmige Aussparung 8₃ in seinem oberen Bereich zum Aufnehmen eines Lagers der ersten Welle und
– ringförmige Aussparungen 8₁ , 8₂ zum Aufnehmen von Lagern der zweiten Welle sowie ringförmige Aussparungen 8'₁ , 8'₂ zum Aufnehmen von ringförmigen Dichtungen an seinen seitlichen Enden.

In 4, zum Verbessern die Dichtheit,

– weisen die seitlichen Muffen 7₁ , 7₂ ringförmige Aussparungen 8'₁ , 8'₂ auf, die dazu bestimmt sind, Doppellippendichtungen in Form von Scheiben aufzunehmen, die um die zweite Welle angeordnet sind und in Bezug auf die für die Lager bestimmten Aussparungen 8₁ , 8₂ zur Außenseite des Gehäuses zeigen; und
– weisen die röhrenförmigen seitlichen Ringe 9₁ , 9₂ an ihrem Ende einen Boden mit einer kreisförmigen mutigen Öffnung 11₁ , 11₂ auf, deren Durchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser der zweiten drehbaren Welle entspricht, so dass die in die ringförmigen Aussparungen 8'₁ , 8'₂ eingefügten Dichtungen durch den massiven Bereich des Bodens geschützt sind, wobei die seitlichen Ringe 9₁ , 9₂ somit Schutzkapseln in Bezug auf diese Dichtungen bilden.

Unter dem Begriff "Doppellippendichtungen" ist hier zu verstehen, dass die Scheibe auf ihrer Innen- und Außenseite kreisförmige Lippen aufweist. Die Dichtung gewährleistet so die Dichtheit gegenüber dem Außendruck und dem Innendruck zwischen der Dichtung und der drehbaren Welle einerseits sowie zwischen der Dichtung und der Innenseite des Gehäuses andererseits. Die Kapsel gewährleistet somit den mechanischen Schutz der äußeren Lippe der Dichtung.
Wenn das Antriebsorgan nur eine einzige Schraube umfasst, ist eine seitliche Öffnung 5₂ verschlossen. In diesem Fall weist der betreffende Ring 9₂ einen vollständig geschlossenen Boden ohne mittige Öffnung 11₂ auf und stellt somit einen Verschluss dar. Wenn das Antriebsorgan eine zweite Schraube umfasst, mündet eine Welle, die diese zweite Schraube trägt, in die entgegengesetzte seitliche Öffnung 5₂ , und die beiden seitlichen Ringe 9₁ und 9₂ umfassen kreisförmige Öffnungen 11₁ und 11₂ , wie in 4 dargestellt.
Wenn die obere Muffe 7₃ bei der betreffenden Anwendung nicht unter Wasser getaucht ist, kann der Durchmesser der oberen Muffe 7₃ noch weiter reduziert werden, wenn die Muffe keine Lager und Dichtungen umfasst und sich diese im Innern des Rings 9₃ und oberhalb dieser Muffe 7₃ befinden. Der obere Ring 9₃ bildet einen Schutzring gegenüber einer Dichtung, vorzugsweise mit Doppellippen in Form einer (nicht dargestellten) Scheibe, und einem (nicht dargestellten) Lager, die übereinander liegen und um diese erste Welle im Innern des oberen Rings 9₃ über dieser oberen Muffe 7₃ angeordnet sind. In diesem Fall wird durch die in 4 dargestellte Aussparung 8₄ verhindert, dass die Kugeln des Kugellagers mit der Muffe in Berührung kommen.
Innerhalb des der Auflagefläche 4 entsprechenden Bereichs befinden sich in einem Befestigungsbereich:

a) Öffnungen 6₁ zur gegenseitigen Verbindung der beiden Halbschalen. Diese Verbindungsöffnungen 6₁ ermöglichen die Befestigung der beiden Schalen mit Hilfe von Teilen mit Gewinden wie z. B. Schrauben und Muttern, die insbesondere aus nichtrostendem Stahl bestehen;
b) hohle Bereiche 6₂ zur Befestigung des Gehäuses auf einem Tragelement, das eine Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse und dem Motor bildet und mit der oberen Muffe 7₃ sowie der äußeren Auflagefläche 10 des Gehäuses zusammenwirkt. Vor dem Schließen des Gehäuses wird in diesem hohlen Befestigungsbereich des Gehäuses 6₂ eine Mutter angebracht, die nach dem Schließen des Gehäuses blockiert bleibt und mit einer Schraube zusammenwirken kann, die durch dieses eine Verbindungsstelle mit dem Motor bildende Tragelement eingeführt wird.

Der Befestigungsbereich der Auflagefläche 4 umfasst drei Teile:

– zwei symmetrische seitliche Teile 4a und 4b, die den hohlen Aufnahmebereich 3₁ der ersten Welle umschließen und sich zwischen der oberen Muffenhälfte 7₃ und den seitlichen Muffenhälften 7₁ und 7₂ befinden, sowie
– einen unteren Teil 4c, der die unteren Ränder der beiden Halbschalen verbindet und unter dem hohlen Aufnahmebereich 3₂ des Getriebes und somit unter den ringförmigen Aussparungen 8'₁ und 8₁ bzw. 8'₂ , 8₂ in den beiden seitlichen Muffenhälften 7₁ und 7₂ angeordnet ist.

Die beiden Halbschalen 2 sind in Bezug auf die Achse YY' des Teils mit röhrenförmigem Querschnitt 3₁ symmetrisch. Die Dichtungsnut 6₃ umgibt den hohlen Aufnahmebereich 3 des Winkelgetriebes und folgt dabei der Auflagefläche 4 zwischen:

– dem inneren Rand der Auflagefläche 4, der diese in Bezug auf diesen hohlen Aufnahmebereich 3 abgrenzt, einerseits und
– dem Befestigungsbereich der Auflagefläche 4, der die Verbindungsöffnungen 6₁ und die Befestigungsöffnungen 6₂ umfasst, andererseits.

Um eine absolute Dichtheit zu gewährleisten, umschließt die Dichtungsnut 6₃ die gesamte Umrandung des hohlen Bereichs 3, in dem symmetrischen seitlichen Teil 4a der Auflagefläche und nur etwas mehr als die Hälfte des unteren Rands des hohlen Bereichs 3₂ im unteren Bereich 4c der Auflagefläche, so dass sich die beiden Dichtungen 6₃ überschneiden, wenn die beiden Halbschalen zusammengefügt werden. Die Dichtungsnut 6₃ ist somit in einem einzigen der symmetrischen seitlichen Teile 4a der Auflagefläche ausgebildet.
Die Dichtung 6₃ ist in der Nähe des Rands des hohlen Bereichs 3 angeordnet, und jeder Dichtungsabschnitt mündet an wenigstens einem seiner Enden in einen hohlen Bereich 3₂ oder den Außenbereich 12 der Schale, so dass die Dichtung immer noch kriechen kann, wenn sie beim Zusammenfügen der beiden Schalen komprimiert wird.
Die durch die Anbringung der verschiedenen Dichtungen erzielte Dichtheit gewährleistet einen Schutz gegen die längeren Auswirkungen des unter Wasser auftretenden Drucks und entspricht einem Flüssigkeitsschutzfaktor (SF) 8. Sie gewährleistet außerdem einen vollständigen Schutz gegen Staub, der einem Festkörperschutzfaktor (SF) 6 entspricht.
Jede Halbschale umfasst einen hohlen Bereich 3, der das gesamte Winkelgetriebe aufnehmen kann, so dass dessen Montage und Einpassung in "geöffneter" Position erfolgen und durch eine Sichtprüfung oder mit Hilfe eines Messgeräts kontrolliert werden kann, insbeson dere was die zueinander senkrechte Ausrichtung der Wellen und deren Positionierung in der Achse der verschiedenen hohlen Teile des Aufnahmegehäuses dieser Wellen anbetrifft, wodurch diese Schritte entscheidend erleichtert werden.
Die in den ringförmigen Aussparungen 8₁ , 8₂ und 8₃ angeordneten Lager erleichtern das gegenseitige Zusammenpassen der beiden Halbschalen. In der Tat dienen diese Lager als Zentriervorrichtungen bei der Montage, bevor die Ringe unter Kraftaufwand auf die Muffen aufgesetzt werden.
Zur Veranschaulichung sei darauf hingewiesen, dass die Passtoleranz der verschiedenen Teile eines Winkelgetriebes ca. 5/100 mm im Fall einer Schale beträgt, deren Gesamtaußenabmessungen ca. 100 mm betragen, wobei die unteren Durchmesser der hohlen Bereiche 10 bis 30 mm entsprechen.
Die erfindungsgemäße Schale wird durch Spritzguss aus einem thermoplastischen Verbundstoff mit hoher mechanischer Leistungsfähigkeit hergestellt, bei dem es sich um Polyphthalamid (PPA) handelt, das mit Glasfasern mit einem Massenanteil von 45% verstärkt ist. Genauer gesagt, handelt es sich um ein Polyphthalamid der Marke AMODEL^® (hergestellt von RHONE POULENC unter der Ref. AS – 1145), das hohe mechanische Eigenschaften aufweist, und zwar sowohl hinsichtlich seiner Steifigkeit mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 15 GPa als auch einer hohen Zugfestigkeit mit einer Bruchspannung bei Zugbeanspruchung von mehr als 250 MPa, während diese beiden Steifigkeits- und Zugfestigkeitsmerkmale im Allgemeinen inkompatibel sind, da ein Werkstoff mit hoher Steifigkeit in der Regel brüchig ist und umgekehrt.

Claims

Gehäuse (1) eines Winkelgetriebes für den Antriebsmotor eines Schiffs, das dazu bestimmt ist, untergetaucht zu werden und ein Winkelgetriebe zu enthalten, das umfasst: – zwei Wellen, die sich in Bezug auf zwei zueinander senkrechte Achsen (XX', YY') drehen, von denen eine erste Welle (YY') von dem Motor in Drehung versetzt wird und eine zweite Welle (XX') wenigstens eine Schraube in Drehung versetzt, – sowie mechanische Elemente mit Zahnrädern und Kugellagern, die eine Übertragung der Drehbewegung der ersten Welle auf die zweite Welle ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei zusammengefügte, komplementäre Halbschalen (2) aus einem synthetischen, verstärkten, thermoplastischen Polymerwerkstoff umfasst, die entlang einer von den Drehachsen (XX' und YY') der drehbaren Wellen definierten Verbindungsebene miteinander zusammenwirken und jeweils in dieser Verbindungsebene aufweisen –einen hohlen Aufnahmebereich (3) für das Winkelgetriebe sowie – eine ebene Auflagefläche (4a, 4b, 4c) die sich außerhalb dieses hohlen Bereichs befindet und zur Abstützung an der komplementären Halbschale dient.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: – die beiden Halbschalen (2) an ihren Enden Muffenhälften in der Art aufweisen, dass die Halbschalen nach ihrem Zusammenfügen ein Gehäuse bilden, mit: – einer oberen röhrenförmigen Muffe (7₃ ), durch die die erste Welle mündet, und – wenigstens einer seitlichen röhrenförmigen Muffe (7₁ , 7₂ ) mit wenigstens einer ringförmigen inneren Aussparung (8₁ , 8₂ ), die zum Aufnehmen eines der Lager bestimmt ist, wobei die zweite Welle durch die seitliche Muffe mündet, – und Mittel zur Herstellung einer stabilen, dichten Verbindung der beiden Halbschalen röhrenförmige Ringe (9₁ , 9₂ , 9₃ ) umfassen, die auf die röhrenförmigen Muffen (7₁ , 7₂ , 7₃ ) aufgesetzt sind.
Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass: die seitlichen Muffen (7₁ , 7₂ ) ringförmige Aussparungen (8'₁ , 8'₂ ) aufweisen, die dazu bestimmt sind, Doppellippendichtungen in Form von Scheiben aufzunehmen, die um die zweite Welle angeordnet sind und in Bezug auf die für die Lager bestimmten Aussparungen (8₁ , 8₂ ) zur Außenseite des Gehäuses zeigen; und – die röhrenförmigen seitlichen Ringe (9₁ , 9₂ ) an ihrem Ende einen Boden mit einer kreisförmigen mittigen Öffnung (11₁ , 11₂ ) aufweisen, deren Durchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser der zweiten drehbaren Welle entspricht, so dass die in die ringförmigen Aussparungen (8'₁ , 8'₂ ) eingefügten Dichtungen durch den massiven Bereich des Bodens geschützt sind, wobei die seitlichen Ringe (9₁ , 9₂ ) somit Schutzkapseln in Bezug auf diese Dichtungen bilden.
Gehäuse eines Winkelgetriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es aus zwei identischen Halbschalen besteht.
Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (4a, 4b, 4c) jeder Halbschale (2) Befestigungsöffnungen (6₁ ), die die mechanische Verbindung der beiden Halbschalen mit Hilfe von Teilen mit Gewinden wie z. B. Schrauben ermöglichen, in einem Befestigungsbereich umfasst, der außerhalb der Endbereiche der Auflagefläche angeordnet ist, die die obere (7₃ ) und seitliche (7₁ , 7₂ ) Muffe bilden.
Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen (2) in dem Befestigungsbereich der Auflagefläche (4a, 4b), der unter der oberen Muffe (7₃ ) auf beiden Seiten des die erste Welle aufnehmenden hohlen Bereichs (3₁ ) angeordnet ist, Hohlräume (6₂ ) aufweisen, die das Einführen von Muttern zur Befestigung des Gehäuses auf dem Tragelement ermöglichen, das eine Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse und dem Motor bildet.
Gehäuse eines Winkelgetriebes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Halbschale eine Dichtungsnut (6₃ ) in der Auflagefläche zwischen dem hohlen Aufnahmebereich (3) und einem Befestigungsbereich mit Mitteln (61) zur gegenseitigen Befestigung der Halbschalen aufweist, wobei die Dichtungsnut mehr als die Hälfte des Umfangs des hohlen Bereichs (3) abdeckt, so dass die Dichtungen der beiden Halbschalen sich in einem Schnittpunkt überschneiden, wenn die beiden Halbschalen miteinander verbunden sind.
Gehäuse eines Winkelgetriebes nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Halbschale (2) eine Symmetrieachse aufweist, die der Achse einer der drehbaren Wellen (YY') entspricht, wenn diese in dem hohlen Bereich (3) gelagert ist, und die Dichtungsnut (6₃ ) dem Umfang des hohlen Bereichs (3₁ , 3₂ ) in einer der symmetrischen Hälften der Schale folgt und hierbei über die Symmetrieachse (YY') so hinausreicht, dass sie wenigstens an einem Ende in einen hohlen Teil (3₂ ) bzw. den Außenbereich (12) der Schale mündet.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei seitliche, röhrenförmige Muffen (7₁ , 7₂ ) umfasst, wobei eine als zweite bezeichnete Welle wenigstens durch eine der beiden seitlichen Muffen (7₁ , 7₂ ) mündet.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschale aus einem thermoplastischen Polymerwerkstoff gefertigt ist, der eine Zugfestigkeit von mehr als 200 MPa, vorzugsweise mehr als 250 MPa, eine hohe Steifigkeit mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 10 GPa, vorzugsweise mehr als 15 GPa, sowie einen Wasseraufnahmevermögen, von weniger als 0,5%, vorzugsweise weniger als 0,15% aufweist.
Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschale aus einem Polymerverbundstoff gefertigt ist, der mit mineralischen oder synthetischen Füllstoffen, vorzugsweise in Form von Fasern, verstärkt ist.
Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschale aus einem Polyphthalamidpolymer mit einem Glasfaseranteil von ca. 45% gefertigt ist.