EP0853577B1 - Schiffsantrieb mit einer antriebsmaschine und direkt angetriebener propellerwelle - Google Patents

Schiffsantrieb mit einer antriebsmaschine und direkt angetriebener propellerwelle Download PDF

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EP0853577B1
EP0853577B1 EP96945480A EP96945480A EP0853577B1 EP 0853577 B1 EP0853577 B1 EP 0853577B1 EP 96945480 A EP96945480 A EP 96945480A EP 96945480 A EP96945480 A EP 96945480A EP 0853577 B1 EP0853577 B1 EP 0853577B1
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EP
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thrust
ship
drive
flange
propeller
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Wilhelm F. SCHÄFER
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A Friedrich Flender AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/32—Other parts
    • B63H23/321—Bearings or seals specially adapted for propeller shafts

Definitions

  • the invention relates to a ship propulsion system consisting of a drive machine and according to a propeller shaft directly connected to it with a propeller the generic concept of the main claim.
  • This additional drive consists of an electric motor that has a Gearbox drives the propeller shaft or the propeller, in which case the Propeller shaft from the defective engine using a separator must be disconnected.
  • this auxiliary or Emergency operation lower propeller thrust compared to normal operation nevertheless be introduced into the hull.
  • a combined ship propulsion system is known from CH 173 968, in which For example, a piston machine and a turbine can be switched to the propeller shaft.
  • a piston machine and a turbine can be switched to the propeller shaft.
  • Torque completely separates the machine system from the propeller shaft.
  • the object of the invention is to provide a marine propulsion system with a prime mover and directly driven propeller shaft and an additional drive for the auxiliary or Specify emergency operation, the lower propeller thrust free of play for the Components of the separator can be introduced into the hull and no separate foundation is required for this.
  • the core of the invention is the connection of a known play-free clutch (see L&S message 84, lX / 82) with a backlash-free auxiliary pressure bearing, which can be used for auxiliary or Emergency operation of the ship can be activated.
  • a backlash-free auxiliary pressure bearing By means of this auxiliary pressure bearing reduced propeller thrust to a thrust bearing located in the engine transfer.
  • the coupling is preferably hydraulic, as is known per se acting conical pin coupling.
  • the special design of the Auxiliary thrust bearing guarantees that the components of the clutch from the influences of the Propeller thrust are kept clear, so that all parts can be positioned without play is guaranteed.
  • the solution according to the invention has the advantage that torque and Thrust transmission are clearly separated, being absolute in both cases Clearance of the individual components is the top requirement because of the large Torque and thrust fluctuations in the usual drive with two-stroke engines.
  • Another advantage of the solution according to the invention is that the clutch no separate foundation required. This in turn means that the two Thrust bearing, d. H. that in the prime mover and that associated with the clutch Auxiliary thrust bearing, can not influence each other.
  • the half-sided longitudinal section shows the design according to the invention Part of a ship's drive shown.
  • Prime mover usually a low-speed diesel is about one drive-side flange 1 and a switchable backlash-free to be explained in more detail
  • the connection of the propeller intermediate shaft 4 with the actual one Propeller shaft including the propeller attached to it are not here shown. It is only essential that this is a so-called direct drive is, in which the setting of the desired propeller speed via a Regulation of the speed of the drive machine takes place.
  • the arrangement of a transmission between the engine and the propeller is not necessary here. So the ship remains maneuverable even if the engine fails Additional drive provided.
  • This consists of either an engine or Generator-operated electrical machine 42 with a clutch 43 with a transmission 5 is connected.
  • the gear 5 is as Input gear formed and the large gear 6 is fixed on a sleeve 7, which surrounds the propeller intermediate shaft 4.
  • the connection of the transmission 5 with the Propeller intermediate shaft 4 takes place via a highly flexible coupling 8, which means an annular flange 9 is connected to the propeller intermediate shaft 4.
  • a pressure shaft 10 arranged for Attachment of the switchable clutch 2 and the auxiliary thrust bearing 3 is between the Propeller intermediate shaft 4 and the drive-side flange 1 a pressure shaft 10 arranged.
  • the switchable backlash-free clutch 2 is in a known manner as a pin clutch educated. It consists of an outer ring flange 11, an inner one Ring flange 12, a counter-holder flange 13 and conical bolt 14.
  • Ein Ring holder flange 15 takes over the holder and the guide for the conical Bolt 14, the conical bolts 14 by means of special holder nuts 16 against the ring holder flange 15 are clamped.
  • the end position for the open state the pin coupling 2 is provided by a pin 18 provided with a stop 17 fixed.
  • the details of the representation of the hydraulic displacement of the conical bolt 14 has been omitted here since they are not essential to the invention.
  • the torque transmission of the engaged pin clutch 2 to the pressure wave 10 or the propeller intermediate shaft 4 takes place via a U-shaped cross section trained flange 19, which via a screw connection 20 with the pressure shaft 10 connected is.
  • a backlash Auxiliary thrust bearing 3 integrated.
  • Over a Screw connection 21 is the drive-side flange 1 of the one not shown here Drive machine connected to an annular flange 22, the again via a screw connection 23 with the outer already mentioned Ring flange 11 of the pin coupling 2 is connected.
  • the ring flange 22 of the Auxiliary thrust bearing 3 is supported on the pressure shaft 10 via a bearing 24.
  • a pressure collar 25 can be pressed on the inside without play.
  • the axial Movement is possible via a conical suit on both the Pressure wave 10 as well as in the bore of the pressure collar 25.
  • the axial positioning of the pressure collar 25 takes place via a lock nut 35, which on a Threaded portion of the pressure shaft 10 is arranged.
  • the Pressure collar 25 held by an angled flange 26 which extends over a bearing 27 is supported on the pressure shaft 10.
  • an annular disk 28, 29 is arranged, which is provided with pressure stones are.
  • the angled flange 26 is connected to the ring flange 22 by screws 30 connected. This screw connection is secured by a nut 31, wherein a preload ring 32 is arranged between the nut 31 and the ring flange 22. This preload ring 32 cooperates with a lock ring nut 33.
  • the Lock ring nut 33 can by means of a not shown here Adjustment mechanism 34 can be released and clamped.
  • a possible embodiment is shown as a detail in Figure 2.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb bestehend aus einer Antriebsmaschine und einer damit direkt verbundenen mit einem Propeller versehenen Propellerwelle gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.
Schiffsantriebe mit nur einer Antriebsmaschine können bei Störungen an dieser oder gar bei deren Ausfall zu einem erheblichen Risiko für die Sicherheit des Schiffes werden. Schlechtestenfalls führt dies zur Manövrierunfähigkeit des Schiffes bis hin zum möglichen Totalverlust. Insbesondere bei Schiffen, die gefährliche bzw. die Umwelt stark in Mitleidenschaft ziehende Güter transportieren, hat daher die permanente Manövrierfähigkeit des Schiffes auch in Notsituationen höchste Priorität.
Als einfachste Lösung bietet sich der Einbau eines Zusatzantriebes in der Propellerwelle an. Dieser Zusatzantrieb besteht aus einem Elektromotor, der über ein Getriebe die Propellerwelle bzw. den Propeller antreibt, wobei in diesem Fall die Propellerwelle von der defekten Antriebsmaschine mittels einer Trennvorrichtung abgekoppelt werden muß. Andererseits muß aber der bei diesem Hilfs- oder Notbetrieb vorhandene geringere Propellerschub im Vergleich zum Normalbetrieb trotzdem in den Schiffskörper eingeleitet werden.
Eine solche Lösung ist dem Prospekt der Firma Lohmann & Stolterfoht
Figure 00010001
FLESALUS" (Flexibles Sicherheits-Antriebssystem für Schiffe) RDE 75153 von 12.93 zu entnehmen. Bei dieser Konstruktion übernimmt eine pneumatisch schaltbare Zahnkupplung die Trennung von der hier nicht dargestellten Antriebsmaschine und dem hier ebenfalls nicht dargestellten Propeller. Gleichzeitig ist diese Zahnkupplung auch das Drucklager für die Übertragung des Propellerschubes. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß die Zahnkupplung ein Spiel aufweist und insofern die Gefahr besteht, daß auftretende Schwingungen schwer zu beherrschen sind. Nachteilig ist auch, daß für die Zahnkupplung in Verbindung mit dem Drucklager ein eigenes Fundament benötigt wird, um die Kräfte in den Schiffsrumpf einleiten zu können.
Aus der CH 173 968 ist eine kombinierte Schiffsantriebsanlage bekannt, bei der beispielsweise eine Kolbenmaschine und eine Turbine auf die Propellerwelle schaltbar sind. Um bei einem plötzlichen Stillstand der Propellerwelle eine Beschädigung der Antriebsaggregate zu vermeiden, ist zwischen dem Getriebe und dem Propeller eine Sicherheitskupplung vorgesehen, die bei Überschreitung eines vorgegebenen Drehmomentes die Maschinenanlage vollständig von der Propellerwelle trennt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schiffsantrieb mit einer Antriebsmaschine und direkt angetriebener Propellerwelle sowie einem Zusatzantrieb für den Hilfs- oder Notbetrieb anzugeben, dessen geringerer Propellerschub spielfrei für die Komponenten der Trennvorrichtung in den Schiffskörper eingeleitet werden kann und dafür kein separates Fundament erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.
Kern der Erfindung ist die Verknüpfung einer an sich bekannten spielfreien Kupplung (siehe L&S Mitteilung 84, lX/82) mit einem spielfreien Hilfsdrucklager, das beim Hilfs- oder Notbetrieb des Schiffes aktivierbar ist. Mittels dieses Hilfsdrucklagers wird der verringerte Propellerschub auf ein in der Antriebsmaschine angeordnetes Drucklager übertragen. Vorzugsweise ist die Kupplung als eine an sich bekannte hydraulisch wirkende konische Bolzenkupplung ausgebildet. Die besondere Ausgestaltung des Hilfsdrucklagers garantiert, daß die Komponenten der Kupplung von Einflüssen des Propellerschubes freigehalten werden, so daß eine spielfreie Positionierung aller Teile gewährleistet ist.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß Drehmoment- und Schubübertragung eindeutig getrennt sind, wobei in beiden Fällen die absolute Spielfreiheit der einzelnen Komponenten oberste Forderung ist wegen der großen Drehmoment- und Schubschwankungen beim üblichen Antrieb mit Zweitaktmotoren. Als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist zu nennen, daß die Kupplung kein separates Fundament erfordert. Dies wiederum hat zur Folge, daß die beiden Drucklager, d. h. das in der Antriebsmaschine und das mit der Kupplung verknüpfte Hilfsdrucklager, sich gegenseitig nicht beeinflussen können.
In der Zeichnung wird anhand eines Ausführungsbeispiels das erfindungsgemäße Hilfsdrucklager näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
einen halbseitigen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Schiffsantrieb;
Figur 2
einen Schnitt in Richtung A-A in Figur 1
In Figur 1 ist in einem halbseitigen Längsschnitt der erfindungsgemäß ausgebildete Teilbereich eines Schiffsantriebes dargestellt. Die hier nicht dargestellte Antriebsmaschine, im Regelfall ein Diesel-Langsamläufer ist über einen antriebsseitigen Flansch 1 und eine noch näher zu erläuternde schaltbare spielfreie Kupplung 2 mit einem integrierten Hilfsdrucklager 3 mit einer Propellerzwischenwelle 4 verbunden. Die Verbindung der Propellerzwischenwelle 4 mit der eigentlichen Propellerwelle einschließlich des daran befestigten Propellers sind hier nicht dargestellt. Wesentlich ist nur, daß es sich hier um einen sogenannten Direktantrieb handelt, bei dem die Einstellung der gewünschten Propellerdrehzahl über eine Regelung der Drehzahl der Antriebsmaschine erfolgt. Die Anordnung eines Getriebes zwischen Antriebsmaschine und Propeller ist hier nicht erforderlich. Damit das Schiff auch bei Ausfall der Antriebsmaschine weiterhin manövrierfähig bleibt, ist ein Zusatzantrieb vorgesehen. Dieser besteht aus einer wahlweise als Motor oder Generator zu betreibenden elektrischen Maschine 42, die über eine Kupplung 43 mit einem Getriebe 5 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Getriebe 5 als Einganggetriebe ausgebildet und das große Zahnrad 6 ist auf einer Hülse 7 befestigt, die die Propellerzwischenwelle 4 umgreift. Die Verbindung des Getriebes 5 mit der Propellerzwischenwelle 4 erfolgt über eine hochelastische Kupplung 8, die mittels eines ringförmigen Flansches 9 mit der Propellerzwischenwelle 4 verbunden ist. Zur Befestigung der schaltbaren Kupplung 2 und des Hilfsdrucklagers 3 ist zwischen der Propellerzwischenwelle 4 und dem antriebsseitigen Flansch 1 eine Druckwelle 10 angeordnet.
Die schaltbare spielfreie Kupplung 2 ist in bekannter Weise als Bolzenkupplung ausgebildet. Sie besteht aus einem äußeren Ringflansch 11, einem inneren Ringflansch 12, einem Gegenhalterflanschring 13 und konischen Bolzen 14. Ein Ringhalterflansch 15 übernimmt die Halterung und die Führung für die konischen Bolzen 14, wobei die konischen Bolzen 14 mittels spezieller Haltermuttern 16 gegen den Ringhalterflansch 15 verspannt sind. Die Endstellung für den geöffneten Zustand der Bolzenkupplung 2 wird durch einen mit einem Anschlag 17 versehenen Bolzen 18 festgelegt. Die Einzelheiten der Darstellung der hydraulischen Verschiebung der konischen Bolzen 14 wurde hier weggelassen, da sie nicht erfindungswesentlich sind. Die Drehmomentübertragung der eingerückten Bolzenkupplung 2 auf die Druckwelle 10 bzw. die Propellerzwischenwelle 4 erfolgt über einen im Querschnitt U-förmig ausgebildeten Flansch 19, der über eine Schraubverbindung 20 mit der Druckwelle 10 verbunden ist.
Erfindungsgemäß ist in der an sich bekannten Bolzenkupplung 2 ein spielfreies Hilfsdrucklager 3 integriert. Dieses weist folgende Elemente auf. Über eine Schraubverbindung 21 ist der antriebsseitige Flansch 1 der hier nicht dargestellten Antriebsmaschine mit einem ringförmig ausgebildeten Flansch 22 verbunden, der wiederum über eine Schraubverbindung 23 mit dem bereits erwähnten äußeren Ringflansch 11 der Bolzenkupplung 2 verbunden ist. Der Ringflansch 22 des Hilfsdrucklagers 3 stützt sich über ein Lager 24 auf der Druckwelle 10 ab. An diesem Ringflansch 22 ist auf der Innenseite ein Druckbund 25 spielfrei anpreßbar. Die axiale Verschiebungsmöglichkeit erfolgt über einen konischen Anzug sowohl auf der Druckwelle 10 als auch in der Bohrung des Druckbundes 25. Die axiale Positionierung des Druckbundes 25 erfolgt über eine Kontermutter 35, die auf einem Gewindeabschnitt der Druckwelle 10 angeordnet ist. Auf der anderen Seite wird der Druckbund 25 gehalten durch einen abgewinkelten Flansch 26, der sich über ein Lager 27 auf der Druckwelle 10 abstützt. Zwischen dem zuletzt erwähnten Flansch 26 und dem Druckbund 25 einerseits sowie dem Druckbund 25 und dem Ringflansch 22 andererseits ist je eine Ringscheibe 28, 29 angeordnet, die mit Drucksteinen versehen sind. Der abgewinkelte Flansch 26 ist über Schrauben 30 mit dem Ringflansch 22 verbunden. Diese Schraubverbindung ist mittels einer Mutter 31 gesichert, wobei zwischen der Mutter 31 und dem Ringflansch 22 ein Vorspannring 32 angeordnet ist. Dieser Vorspannring 32 wirkt mit einer Konterringmutter 33 zusammen. Die Konterringmutter 33 kann mittels eines hier nicht näher dargestellten Verstellmechanismus 34 gelöst und verspannt werden. Eine mögliche Ausführungsform ist als Einzelheit in Figur 2 dargestellt.
Die Schmierung der bereits erwähnten Lagerstellen 24, 27 erfolgt in der Weise, daß bei ausgerückter Bolzenkupplung 2 und stillstehendem antriebsseitigem Flansch 1 durch einen im Flansch 1 radial verlaufenden Kanal 36 einer in der Druckwelle 10 verlaufenden Zentralbohrung 37 und davon abzweigenden radial verlaufenden Kanälen 38, 39 den bereits genannten Lagerstellen 24, 27 Schmiermittel zugeführt wird. Im antriebsseitigen Flansch 1 ist darüber hinaus noch ein weiterer radial verlaufender Kanal 40 vorgesehen, der im Zwischenraum 41 zwischen dem antriebsseitigen Flansch 1 und der Druckwelle 10 mündet. In diesem Zwischenraum 41 wird bei Trennung des Hilfsdrucklagers 3 ein Fluid gepumpt, um das Trennen zu unterstützen.

Claims (10)

  1. Schiffsantrieb bestehend aus einer Antriebsmaschine und einer damit direkt verbundenen mit einem Propeller versehenen Propellerwelle, deren Schub von einem Drucklager aufgenommen wird sowie einem Zusatzantrieb, bestehend aus einer wahlweise als Generator oder Motor zu betreibenden elektrischen Maschine, die über eine Kupplung mit einem Getriebe verbunden ist und ein Zahnrad des Getriebes die Propellerwelle umschließt und mit ihr über eine flexible Kupplung verbunden ist, wobei zwischen Getriebe und Antriebsmaschine auf einem Abschnitt der Propellerwelle eine den Propellerschub übertragende schaltbare Kupplung angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die auf einem separaten Abschnitt (10) der Propellerwelle angeordnete Kupplung (2) spielfrei ist und mit einem spielfreien Hilfsdrucklager (3) verknüpft ist, das bei Hilfs- oder Notbetrieb des Schiffes aktivierbar ist, wobei der entsprechend verringerte Propellerschub über das Hilfsdrucklager (3) auf ein in der Antriebsmaschine angeordnetes Drucklager in den Schiffsrumpf eingeleitet wird.
  2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im Normalbetrieb der antriebsseitige Flansch (1) der Antriebsmaschine über eine Schraubverbindung (21) mit einem ringscheibenförmigen Flansch (22) verbunden ist, der wiederum über eine Schraubverbindung (23) mit der an sich bekannten drehmomentübertragenden Kupplung (2) verbunden ist.
  3. Schiffsantrieb nach den Ansprüchen 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß bei Vorwärtsfahrt des Schiffes zur Übertragung des verringerten Propellerschubes auf der zwischen Propellerwelle (4) und antriebsseitigem Flansch (1) angeordneten Druckwelle (10) ein aufgezogener Druckbund (25) angeordnet ist, der über eine mit Vorwärtsdrucksteinen versehene Ringscheibe (29) mit dem ringscheibenförmigen Flansch (22) zusammenwirkt.
  4. Schiffsantrieb nach den Ansprüchen 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß bei Rückwärtsfahrt des Schiffes zur Übertragung des verringerten Propellerschubes auf der zwischen Propellerwelle (4) und antriebsseitigem Flansch (1) angeordneten Druckwelle (10) ein aufgezogener Druckbund (25) angeordnet ist, der über eine mit Rückwärtsdrucksteinen versehene Ringscheibe (28) mit einem abgewinkelten Halteflansch (26) zusammenwirkt, wobei der Halteflansch (26) über eine Schraubverbindung (30) mit dem ringscheibenförmigen Flansch (22) verbunden ist.
  5. Schiffsantrieb nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Druckbund (25) mittels einer Kontermutter (35) positionierbar ist.
  6. Schiffsantrieb nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Schraubverbindung (30) mit einer Mutter (31) gesichert ist, die über einen Axialvorspannring (32) und einer damit zusammenwirkenden Konterringmutter (33) mit dem ringscheibenförmigen Flansch (22) verbunden ist.
  7. Schiffsantrieb nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Schmierung der Lagerstellen der Druckwelle (10) über einen im antriebsseitigen stillstehenden Flansch (1) angeordneten radial verlaufenden Kanal (36) erfolgt, der mit einem durch die Druckwelle (10) führenden in der Mittelachse liegenden Kanal (37) verbunden ist, wobei der Zentralkanal (37) wiederum radial verlaufende Abzweige (38, 39) zu den Lagerstellen (24, 27) aufweist.
  8. Schiffsantrieb nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die dem Antriebsflansch (1) zugewandte Lagerstelle (24) der Druckwelle (10) als zentrierendes Lager ausgebildet ist.
  9. Schiffsantrieb nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im antriebsseitigen stillstehenden Flansch (1) ein radial verlaufender Kanal (40) angeordnet ist, der im Zwischenraum zwischen Druckwelle (10) und antriebsseitigem Flansch (1) mündet.
  10. Schiffsantrieb nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Getriebe (5) als Ein- oder Zweiganggetriebe ausgebildet ist.
EP96945480A 1995-10-04 1996-10-01 Schiffsantrieb mit einer antriebsmaschine und direkt angetriebener propellerwelle Expired - Lifetime EP0853577B1 (de)

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DE19623914 1996-06-10
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