EP2398698B1 - Bootsantrieb mit steuereinrichtung - Google Patents
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- EP2398698B1 EP2398698B1 EP10703865.5A EP10703865A EP2398698B1 EP 2398698 B1 EP2398698 B1 EP 2398698B1 EP 10703865 A EP10703865 A EP 10703865A EP 2398698 B1 EP2398698 B1 EP 2398698B1
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Definitions
- the invention relates to a boat drive according to the preamble of claim 1.
- Known boat drives with control devices which include a servo or electric motor and a downstream gear reduction gear for adjusting an actuator, often have the problem that in the transmission of the adjusting movement occurs, in particular a backlash between the meshing gears. This causes the actuator in its set position, d. H. is not stable when detected servomotor.
- Such control devices are also used in boat drives, which have a pivotable about a vertical axis propulsion and control unit, in particular as inboard drive.
- the control with such a control device has the particular disadvantage that the respective rudder or control position - due to the game - is unstable and that the helmsman at the wheel has the feeling of indifferent and indirect control.
- a propulsion unit comprising a propeller shaft with two counter-rotating Switzerlandpropellem and an underwater housing
- the control effect of the boat is thus not - as conventionally - by a rudder, but by pivoting the propulsion vector, resulting from the propeller thrust causes.
- the underwater housing is adjusted with the propeller shaft by means of a servo motor via a gear transmission.
- the control device is to start from a game in the transmission of the actuating movement, ie the helmsman has the perception that the rudder or control system is inaccurate and not working directly.
- the US 3,013,519 A which is considered as the closest prior art, describes a boat drive with a propulsion and control unit and with a control device, wherein the propulsion and control unit is pivotally mounted in the hull about a vertical axis.
- the propulsion and control unit of the control device is adjustable by a control angle.
- the control device comprises an actuator, a reduction gear and an adjustable by a control angle actuator and the reduction gear comprises a multi-stage gear transmission with a drive-side gear.
- the two servomotors are each designed as electric motors, d. H. They draw their energy from the electrical system, are easily controlled and electronically controlled.
- the speed of the two servomotors or electric motors is in each case reduced by a first planetary gear in a first stage, wherein the output of the two first planetary gear is in each case via a drive pinion.
- a second planetary gear coaxial with the pivot axis of the propulsion unit, is provided.
- the second planetary gear acts as a second reduction stage and is driven by its planet carrier of the two drive pinions of the first two planetary gear.
- a third gear reduction stage in which the output-side sun gear of the second planetary gear engages in an outer toothing of the control sleeve, which in turn is connected to the underwater housing.
- a high reduction is achieved by the three compact reduction stages, so that at a relatively low torque of the electric motors, a very large control torque is available for pivoting the propulsion vector from the propeller thrust.
- - can be achieved by means of electronic control - also dependent on the boat speed control speed (angular speed) and dependent on the boat speed steering angle.
- the propulsion and control unit with the control device is flexibly guided through a fuselage intermediate piece, which is firmly connected to the boat hull.
- a fuselage intermediate piece which is firmly connected to the boat hull.
- the propulsion and control unit vertical vibration movements, due to an elastic storage in the fuselage, run.
- the hull intermediate piece is preferred designed as a crash part in sandwich construction. This can absorb deformation energy in the event of a collision.
- Fig. 1 shows a partially illustrated boat drive 1 with a about a vertical axis z (vertical axis) pivoting propulsion and control unit, here partially shown by an underwater housing 2.
- the aerodynamically designed underwater housing 2 carries one or two counter-rotating propeller (also called screws), not shown, which are driven by a drive shaft 3 of a not shown, arranged in the boat hull internal combustion engine.
- the drive shaft 3 is driven on the motor side via a bevel gear 4 (part of a bevel gear stage) and drives in turn via a not shown bevel gear, not shown, the propeller shaft or the propeller shafts.
- the propeller shaft can be pivoted via the pivotably arranged underwater housing 2, so that the propulsion thrust resulting from the propeller thrust forms an angle to the center axis and thus causes a control effect.
- a conventional rudder is not required for this type of boat.
- the pivoting of the underwater housing 2 is effected by a control device 5, which has two trained as electric motors servo motors, of which in the drawing, only an electric motor 6 is shown with an electric brake 7.
- the electric motor 6 has a drive shaft 6a, which is a coaxially arranged, as the first Planetary gear 8 trained reduction gear drives.
- the first planetary gear 8 On the output side, the first planetary gear 8, a drive pinion 9, which drives a planet carrier 10 of a second planetary gear 11, that is in mesh with this.
- the driven planet carrier 10 has mounted on planet pins 12 planetary gears 13, which are divided and each with a fixed sun gear 14 and a driven sun gear 15 are in meshing.
- the fixed sun gear 14 is in meshing engagement with a housing part 16, the driven sun gear 15 engages in an outer toothing of a control sleeve 17 which is pivotally mounted relative to a transmission housing 18 and fixed in the axial direction.
- the control sleeve 17 is rotatably connected to the underwater housing 2.
- the gear stage between sun gear 15 and gear sleeve 17 is a third reduction stage. Overall, the reduction of the motor drive shaft 6a via three reduction stages total of about 1: 1000.
- the boat drive 1, in particular the gear housing 18 passes through an opening of a fuselage intermediate piece 19 and forms with this an annular gap 20 which is bridged by flexible sealing elements 21 and thus sealed.
- the fuselage intermediate piece 19 is made in sandwich construction and designed as a crash part, which is firmly connected to the boat hull, not shown.
- Fig. 2 shows a view in the axial direction of the planet carrier 10 from Fig. 1 , which with two drive pinions, the first drive pinion 9 (see. Fig. 1 ) and a second drive pinion 22 is in meshing engagement.
- the second drive pinion 22 is driven like the first drive pinion 9, ie by a second electric motor 6 with electric brake 7 and drive shaft 6a and a second reduction gear 8.
- the planet carrier 10 is driven jointly by the two drive pinions 9, 22, but both drive pinion , 22 slightly against each other, so that a backlash with the external teeth of the planet carrier 10 is eliminated.
- the planet carrier 10 (also planet carrier) is thus backlash-free between the two drive pinions 9, 22 "clamped”.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Bootsantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Bekannte Bootsantriebe mit Steuereinrichtungen, welche einen Servo- oder Elektromotor und ein nachgeschaltetes Zahnraduntersetzungsgetriebe zur Verstellung eines Stellgliedes umfassen, haben vielfach das Problem, dass bei der Übertragung der Stellbewegung Spiel auftritt, insbesondere ein Flankenspiel zwischen den miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern. Dies führt dazu, dass das Stellglied in seiner eingestellten Position, d. h. bei festgestelltem Stellmotor nicht stabil ist. Derartige Steuereinrichtungen werden auch bei Bootsantrieben verwendet, welche eine um eine senkrechte Achse schwenkbare Vortriebs- und Steuereinheit, insbesondere als Innenbordantrieb aufweisen. Die Steuerung mit einer derartigen Steuereinrichtung hat insbesondere den Nachteil, dass die jeweilige Ruder- oder Steuerlage - infolge des Spiels - instabil ist und dass der Steuermann am Steuerrad das Gefühl einer indifferenten und indirekten Steuerung hat.
- Durch die
WO 2005/005249 wurde ein Innenbord-Propellerantrieb für ein Boot bekannt, wobei eine Vortriebseinheit, umfassend eine Propellerwelle mit zwei gegenläufigen Zugpropellem und ein Unterwassergehäuse, um eine Hochachse schwenkbar im Bootsrumpf angeordnet ist. Die Steuerwirkung des Bootes wird somit nicht - wie herkömmlich - durch ein Ruder, sondern durch Verschwenkung des Vortriebsvektors, resultierend aus dem Propellerschub, bewirkt. Bei dem bekannten Propellerantrieb wird das Unterwassergehäuse mit der Propellerwelle mittels eines Servomotors über ein Zahnradgetriebe verstellt. Auch bei dieser bekannten Steuereinrichtung ist von einem Spiel bei der Übertragung der Stellbewegung auszugehen, d. h. der Rudergänger hat die Wahrnehmung, dass die Ruder- bzw. Steueranlage ungenau und nicht direkt arbeitet. - Die
US 3013519 A , die als nächstliegender Stand der Technik betrachtet wird, beschreibt einen Bootsantrieb mit einer Vortriebs- und Steuereinheit und mit einer Steuereinrichtung, wobei die Vortriebs- und Steuereinheit im Bootsrumpf um eine senkrechte Achse schwenkbar angeordnet ist. Zur Erzielung einer Steuerwirkung für das Boot ist die Vortriebs- und Steuereinheit von der Steuereinrichtung um einen Steuerwinkel verstellbar. Dabei umfasst die Steuereinrichtung einen Stellantrieb, ein Untersetzungsgetriebe und ein um einen Steuerwinkel verstellbares Stellglied und das Untersetzungsgetriebe umfasst ein mehrstufiges Zahnradgetriebe mit einem antriebsseitigen Zahnrad. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Bootsantrieb der eingangs genannten Art eine spielfrei arbeitende Steuereinrichtung zu schaffen, wobei auch der Steuermann am Steuerrad das Gefühl einer direkten, stabilen Steuerung hat.
- Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Es ist bei einer Steuereinrichtung mit einem mehrstufigen Untersetzungsgetriebe vorgesehen, dass das antriebsseitige Zahnrad gleichzeitig von zwei Stellmotoren angetrieben wird, welche leicht gegeneinander arbeiten. Damit wird der Vorteil erreicht, dass das Spiel im Getriebe, insbesondere das Flankenspiel eliminiert wird. Die zwei gegeneinander arbeitenden Stellmotoren lassen bei dem gemeinsam angetriebenen Zahnrad kein Flankenspiel zu und spannen es quasi zwischen sich ein.
- Die Aufgabe der Erfindung wird bei einem Bootsantrieb mit einer Steuereinrichtung mit zwei gemeinsam antreibenden, leicht gegeneinander wirkenden Stellmotoren gelöst. Der Vorteil dieser spielfreien Steuerung für einen Bootsantrieb besteht darin, dass sich eine stabile "Ruderlage", d. h. eine stabile Lage des Propellerschubvektors einstellt. Das Boot läuft somit genau auf Kurs, und der Steuermann hat das Gefühl am Steuerrad, dass die Bewegungen des Steuerrades direkt in eine Steuerbewegung des Bootes umgesetzt werden.
- Die beiden Stellmotoren sind jeweils als Elektromotoren ausgebildet, d. h. sie beziehen ihre Energie aus dem Bordnetz, sind gut regelbar und elektronisch ansteuerbar.
- Erfindungsgemäß wird die Drehzahl der beiden Stellmotoren bzw. Elektromotoren jeweils durch ein erstes Planetengetriebe in einer ersten Stufe untersetzt, wobei der Abtrieb der beiden ersten Planetengetriebe jeweils über ein Antriebsritzel erfolgt. Damit wird auf relativ engem Bauraum eine erste Drehzahluntersetzung ermöglicht.
- Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist ein zweites Planetengetriebe, koaxial zur Schwenkachse der Vortriebseinheit, vorgesehen. Das zweite Planetengetriebe fungiert als zweite Untersetzungsstufe und wird über seinen Planetenträger von den beiden Antriebsritzeln der beiden ersten Planetengetriebe angetrieben.
- Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine dritte Zahnraduntersetzungsstufe vorgesehen, bei welcher das abtriebsseitige Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes in eine Außenverzahnung der Steuerhülse eingreift, die ihrerseits mit dem Unterwassergehäuse verbunden ist. Insgesamt wird durch die drei kompakten Untersetzungsstufen eine hohe Untersetzung erreicht, sodass bei einem relativ geringen Drehmoment der Elektromotoren ein sehr großes Steuermoment zur Verschwenkung des Vortriebsvektors aus dem Propellerschub zur Verfügung steht. Darüber hinaus können - mittels elektronischer Steuerung - auch eine von der Bootsgeschwindigkeit abhängige Steuergeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) sowie ein von der Bootsgeschwindigkeit abhängiger Steuerwinkel erreicht werden.
- Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vortriebs- und Steuereinheit mit der Steuereinrichtung flexibel durch ein Rumpfzwischenstück hindurchgeführt, welches fest mit dem Bootsrumpf verbunden ist. Damit kann die Vortriebs- und Steuereinheit vertikale Schwingungsbewegungen, bedingt durch eine elastische Lagerung im Rumpf, ausführen. Bevorzugt ist das Rumpfzwischenstück als Crashteil in Sandwichbauweise ausgebildet. Dieses kann im Kollisionsfalle Verformungsenergie aufnehmen.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können.
- Es zeigen:
- Fig. 1
- einen teilweise dargestellten Bootsantrieb mit Steuereinrichtung und
- Fig. 2
- einen Planetenträger der Steuereinrichtung, angetrieben von zwei Antriebsritzeln.
-
Fig. 1 zeigt einen teilweise dargestellten Bootsantrieb 1 mit einer um eine senkrechte Achse z (Hochachse) schwenkbaren Vortriebs- und Steuereinheit, hier teilweise durch ein Unterwassergehäuse 2 dargestellt. Das strömungsgünstig ausgebildete Unterwassergehäuse 2 trägt einen oder zwei gegenläufige nicht dargestellte Propeller (auch Schrauben genannt), welche durch eine Antriebswelle 3 von einer nicht dargestellten, im Bootsrumpf angeordneten Brennkraftmaschine angetrieben werden. Die Antriebswelle 3 wird motorseitig über ein Kegelrad 4 (Teil einer Kegelradstufe) angetrieben und treibt ihrerseits über einen nicht dargestellten Kegeltrieb die nicht dargestellte Propellerwelle oder die Propellerwellen an. Die Propellerwelle kann über das schwenkbar angeordnete Unterwassergehäuse 2 verschwenkt werden, sodass der aus dem Propellerschub resultierende Vortriebsvektor einen Winkel zur Mitschiffsachse bildet und damit eine Steuerwirkung hervorruft. Somit ist für diesen Bootstyp ein herkömmliches Ruder nicht erforderlich. Die Verschwenkung des Unterwassergehäuses 2 erfolgt durch eine Steuereinrichtung 5, welche zwei als Elektromotoren ausgebildete Stellmotoren aufweist, von denen in der Zeichnung lediglich ein Elektromotor 6 mit einer elektrischen Bremse 7 dargestellt ist. Der Elektromotor 6 weist eine Antriebswelle 6a auf, welche ein koaxial angeordnetes, als erstes Planetengetriebe 8 ausgebildetes Untersetzungsgetriebe antreibt. Auf der Abtriebsseite weist das erste Planetengetriebe 8 ein Antriebsritzel 9 auf, welches einen Planetenträger 10 eines zweiten Planetengetriebes 11 antreibt, d. h. mit diesem in Zahneingriff steht. Der angetriebene Planetenträger 10 weist auf Planetenbolzen 12 gelagerte Planetenräder 13 auf, welche geteilt sind und jeweils mit einem feststehenden Sonnenrad 14 und einem abtreibenden Sonnenrad 15 in Zahneingriff stehen. Das feststehende Sonnenrad 14 steht in Zahneingriff mit einem Gehäuseteil 16, das abtreibende Sonnenrad 15 greift in eine Außenverzahnung einer Steuerhülse 17 ein, welche gegenüber einem Getriebegehäuse 18 schwenkbar gelagert und in axialer Richtung fixiert ist. Die Steuerhülse 17 ist drehfest mit dem Unterwassergehäuse 2 verbunden. Die Zahnradstufe zwischen Sonnenrad 15 und Getriebehülse 17 ist eine dritte Untersetzungsstufe. Insgesamt beträgt die Untersetzung von der Motorantriebswelle 6a über drei Untersetzungsstufen insgesamt ca. 1 : 1000. - Der Bootsantrieb 1, insbesondere das Getriebegehäuse 18 durchsetzt eine Öffnung eines Rumpfzwischenstücks 19 und bildet mit diesem einen Ringspalt 20, welcher durch flexible Dichtelemente 21 überbrückt wird und damit abgedichtet ist. Das Rumpfzwischenstück 19 ist in Sandwichbauweise hergestellt und als Crashteil ausgebildet, welches fest mit dem nicht dargestellten Bootsrumpf verbunden ist.
-
Fig. 2 zeigt eine Ansicht in axialer Richtung auf den Planetenträger 10 ausFig. 1 , welcher mit zwei Antriebsritzeln, dem ersten Antriebsritzel 9 (vgl.Fig. 1 ) und einem zweiten Antriebsritzel 22 in Zahneingriff steht. Das zweite Antriebsritzel 22 wird wie das erste Antriebsritzel 9 angetrieben, d. h. von einem zweiten Elektromotor 6 mit Elektrobremse 7 sowie Antriebswelle 6a und einem zweiten Untersetzungsgetriebe 8. Somit wird der Planetenträger 10 gemeinsam von den beiden Antriebsritzeln 9, 22 angetrieben, wobei jedoch beide Antriebsritzel 9, 22 leicht gegeneinander arbeiten, sodass ein Zahnflankenspiel mit der Außenverzahnung des Planetenträgers 10 eliminiert wird. Der Planetenträger 10 (auch Planetenradträger) ist somit spielfrei zwischen den beiden Antriebsritzeln 9, 22 "eingespannt". Damit ist auch ein Umfangsspiel bei der Verschwenkung des Unterwassergehäuses 2, d. h. des Schubvektors praktisch eliminiert. Die Steuereinrichtung 5 arbeitet somit spielfrei, d. h. es ergibt sich eine stabile "Ruderlage" bei einem bestimmten Steuerwinkel. Gleichzeitig empfindet der Steuermann am Steuerrad eine direkte Steuerwirkung auf das Boot, sobald er das Steuerrad bewegt. Somit ist auch das Spiel am Steuerrad eliminiert, d. h. der Steuermann spürt eine direkte Reaktion auf seine Steuereinschläge (Winkelbewegungen am Steuerrad).Bezugszeichen 1 Bootsantrieb 2 Unterwassergehäuse (Stellglied) 3 Antriebswelle 4 Kegelrad 5 Steuereinrichtung 6 Elektromotor (Stellantrieb) 6a Antriebswelle 7 Elektrobremse 8 erstes Planetengetriebe (1. Stufe) 9 erstes Antriebsritzel 10 Planetenträger 11 zweites Planetengetriebe (2. Stufe) 12 Planetenbolzen 13 Planetenrad 14 Sonnenrad, fest 15 Sonnenrad, abtreibend 16 Gehäuseteil 17 Steuerhülse 18 Getriebegehäuse 19 Rumpfzwischenstück 20 Ringspalt 21 Dichtelement 22 zweites Antriebsritzel z Hochachse
Claims (8)
- Bootsantrieb mit einer Vortriebs- und Steuereinheit (2) und mit einer Steuereinrichtung (5), wobei die Vortriebs- und Steuereinheit im Bootsrumpf um eine senkrechte Achse (z) schwenkbar angeordnet ist, wobei die Vortriebs- und Steuereinheit (2) von der Steuereinrichtung (5) zur Erzielung einer Steuerwirkung für das Boot um einen Steuerwinkel verstellbar ist, wobei die Steuereinrichtung (5) einen Stellantrieb, ein Untersetzungsgetriebe (8, 11, 15/17) und ein um einen Steuerwinkel verstellbares Stellglied (2) umfasst, und wobei das Untersetzungsgetriebe ein mehrstufiges Zahnradgetriebe (8, 11, 15/17) mit einem antriebsseitigen Zahnrad (10) umfasst, dadurch gekennzeichnet,
dass der Stellantrieb zwei das Zahnrad (10) gleichzeitig, jedoch leicht gegensinnig antreibende Stellmotoren (6) umfasst,
dass die beiden Stellmotoren jeweils als Elektromotoren (6), vorzugsweise mit einer Elektrobremse (7) ausgebildet sind, und
dass den Elektromotoren (5) jeweils erste Untersetzungsstufen nachgeschaltet sind, welche als erste Planetengetriebe (8) mit einem ersten und einem zweiten Antriebsritzel (9, 22) ausgebildet sind. - Bootsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den ersten Planetengetrieben (8) ein zweites Planetengetriebe (11) als zweite Untersetzungsstufe nachgeschaltet ist.
- Bootsantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das antriebsseitige Zahnrad als Planetenträger (10) des zweiten Planetengetriebes (11) ausgebildet ist und mit den beiden Antriebsritzeln (9, 22) gleichzeitig in Eingriff steht.
- Bootsantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Planetengetriebe (11) neben dem angetriebenem Planetenträger (10) Planetenräder (13) umfasst, welche einerseits mit einem festgehaltenen Sonnenrad (14) und andererseits mit einem abtreibenden Sonnenrad (15) in Eingriff stehen.
- Bootsantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das abtreibende Sonnenrad (15) mit einer antriebsseitigen Außenverzahnung einer Steuerhülse (17) in Eingriff steht, wodurch eine dritte Untersetzungsstufe gebildet wird.
- Bootsantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerhülse (17) mit einem schwenkbaren Unterwassergehäuse (2) verbunden ist, welches mindestens einen Propeller und dessen Antriebswelle umfasst.
- Bootsantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vortriebs- und Steuereinheit mit der Steuereinrichtung (5) flexibel in ein Rumpfzwischenstück (19) eingesetzt ist, welches fest mit dem Bootsrumpf verbunden ist.
- Bootsantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rumpfzwischenstück (19) als Crashteil, insbesondere in Sandwichbauweise ausgebildet ist.
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