EP2665642A1 - Ruderpropeller mit einem ein planetengetriebe umfassenden unterwassergetriebe - Google Patents

Ruderpropeller mit einem ein planetengetriebe umfassenden unterwassergetriebe

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EP2665642A1
EP2665642A1 EP12700160.0A EP12700160A EP2665642A1 EP 2665642 A1 EP2665642 A1 EP 2665642A1 EP 12700160 A EP12700160 A EP 12700160A EP 2665642 A1 EP2665642 A1 EP 2665642A1
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EP
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planetary
rudder propeller
propeller according
lubricant
gear
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EP12700160.0A
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Manfred Heer
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Schottel GmbH
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Schottel GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a rudder propeller with a planetary gear comprising underwater transmission, wherein the planetary gear comprises a sun gear, a fixed ring gear, and between the sun gear and ring gear and mounted on planetary axles of a planet carrier planet carrier.
  • Rudder propellers of the type mentioned are known for example from DE 28 43 459 A1.
  • the rudder propeller is used for propulsion and control of a watercraft, wherein the engine torque of a drive motor usually disposed within the vessel is transmitted from an overhead drive via a vertically downward drive shaft to an underwater transmission, which usually comprises an angle drive and a downstream planetary gear from where the motor torque is ultimately transmitted to the horizontal propeller shaft carrying the propeller.
  • the underwater transmission is arranged in a housing rotatable about the vertical axis for the purpose of controlling the watercraft.
  • the object of the present invention is therefore to avoid the disadvantages of the known embodiments and to ensure an increased life and reliability of such a rudder propeller at low cost and easy installation.
  • the invention proposes to support the planet wheels by means of hydrodynamic slide bearings on the planetary axes, so that the entire width of the planetary gears and the maximum diameter of the same becomes usable, which is reflected in higher rigidity, longer life and reduced wear.
  • this pressurization can be realized via the feed channels of the already existing lubrication system of the rudder propeller or separate lubricant pumps are provided for this purpose.
  • the control can be made speed-dependent by a corresponding control device of the rudder propeller. Once the speed range is reached in which liquid friction prevails due to the prevailing relative speed between the sliding surfaces, the supply of lubricant can be switched off via the supply channels, since then it is no longer necessary.
  • the feed ports are connected according to a proposal of the invention with a common, formed in the planet carrier supply channel for the lubricant such that they communicate with each other.
  • a central lubricant supply is created within the planet carrier, which is in all, outgoing from the planet carrier planetary axes for the individual planet wheels branch.
  • a planetary gear comprises at least two, preferably three such planetary gears together with planetary axes.
  • the pressure of the lubricating agent which can be applied to support the start-up or run-off of the planetary gear lies in a low pressure range of a few bar, which can be easily realized by the already existing lubrication system of the rudder propeller.
  • the hydrodynamic slide bearings are advantageously formed on their outer surface facing the planetary gear with a circumferential groove into which the feed channels open, so that the lubricant film can form directly around the hydrodynamic slide bearing.
  • the planetary axes are used on one end face of the planet carrier protruding in corresponding receiving holes, preferably shrunk.
  • the planet wheels are mounted by means of the hydrodynamic sliding bearing flying on the planetary axes, so that it is possible to use the entire tooth width of the planet gears for power transmission.
  • the planetary gears are secured according to a further proposal of the invention on the side remote from the planet carrier by means of a thrust washer against axial displacement on the planetary axis.
  • Figure 1 is a fragmentary view of a planetary gear according to the invention
  • Figure 2 shows the underwater transmission of a Rudderpropellers after
  • FIG. 2 shows, in a simplified schematized illustration, the underwater gear of a rudder propeller according to the prior art.
  • the fixed ring gear 4 is not shown in detail, e.g. connected to the housing, not shown, of the underwater transmission.
  • the planet carrier 2 is shrunk onto the propeller shaft 1, so that the rotational speed of the drive shaft 10 is reduced after being deflected by the bevel gear 8 from the planetary gear into the slow and in this reduction, the propeller shaft 1 is driven.
  • the roller bearing used in the illustrated embodiment of Figure 2 on the bearings 5a of the planet gears 5 is very susceptible to wear because of the alternating loads occurring.
  • a hydrodynamic sliding bearing 50 which supports the planetary gear 5 on the planetary axis 3, is mounted on the planetary axis 3.
  • the planetary axis 3 is shrunk into a corresponding receiving bore 21 of the planetary carrier 2 and has an axial first of a one Feed opening 300 extending supply channel 30 for a lubricant, which branches off at a right angle outgoing and leads to a formed on the outer surface of the hydrodynamic sliding bearing 50 groove 50.
  • the feed opening 300 of the feed channel 30 communicates with a feed channel 20 formed in the planet carrier 2, so that it is possible to guide a lubricant flow via the feed channel 20 into the individual feed channels 30 by a lubricant pump, not shown in detail, for example the usual lubricant pump provided within the underwater gear , which will be explained in more detail below.
  • the hydrodynamic sliding bearing 50 and the planetary gear 5 mounted thereon are secured by means of a thrust washer 51 against axial displacement on the planetary axis 3.
  • the rudder propeller be put into operation ie, the drive shaft 10 and the downstream parts of the underwater gearbox are set in rotation
  • a lubricant flow at a pressure of less bar for example up to 3 bar the feed channel 20 and the adjoining these feed channels 30 in the circumferential groove 500 of the hydrodynamic sliding bearing 50 pressed to overcome the occurring at low speeds or speeds mixed friction within the hydrodynamic sliding bearing 50 as quickly as possible.
  • the mixed friction which decreases with increasing rotational speed, changes into the fluid friction characteristic of the hydrodynamic slide bearing, the lubricant flow or the pressurization with the lubricant via the feed channel 20 and the feed channel is interrupted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ruderpropeller mit einem ein Planetengetriebe umfassenden Unterwassergetriebe, wobei das Planetengetriebe ein Sonnenrad (6), ein feststellendes Hohlrad (4) und zwischen Sonnenrad und Hohlrad ablaufende un auf Planetenachsen (3) eines Planetenträgers (2) gelagerte Planetenräder (5) umfasst, wobei die Planetenräder mittels hydrodynamischer Gleitlager (50) auf den Planetenachsen gelagert sind.

Description

Ruderpropeller mit einem ein Planetengetriebe umfassenden Unterwassergetriebe
Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Ruderpropeller mit einem ein Planetengetriebe umfassenden Unterwassergetriebe, wobei das Planetengetriebe ein Sonnenrad, ein feststehendes Hohlrad, und zwischen Sonnenrad und Hohlrad ablaufende und auf Planetenachsen eines Planetenträgers gelagerte Planetenträger umfasst.
Ruderpropeller der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der DE 28 43 459 A1 bekannt. Der Ruderpropeller dient zum Antrieb und Steuern eines Wasserfahrzeugs, wobei das Motordrehmoment eines üblicherweise innerhalb des Wasserfahrzeuges angeordneten Antriebsmotors von einem Überwasser- getriebe über eine vertikal abwärts verlaufende Antriebswelle in ein Unterwassergetriebe übertragen wird, welches üblicherweise einen Winkeltrieb und ein nachgeschaltetes Planetengetriebe umfasst, von wo aus das Motordrehmoment letztlich auf die horizontal verlaufende Propellerwelle übertragen wird, welche den Propeller trägt. Das Unterwassergetriebe ist zum Zwecke des Steuerns des Wasserfahrzeugs in einem um die vertikale Achse drehbaren Gehäuse angeordnet.
Innerhalb des die Untersetzung der Drehzahl des Antriebsmotors ins Langsame, d.h. auf eine für die Propellerwelle geeignete Drehzahl bewirkenden Plane- tengetriebes gestaltet sich die im Stand der Technik übliche Wälzlagerung der Planetenräder kritisch, da diese im Betrieb des Ruderpropellers erheblichen Belastungen, insbesondere Wechsellasten unterworfen sind. Die Wälzkörper der eingesetzten Wälzlagerungen können von daher nicht optimal laufen und sind verschleißanfällig. Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, mehrlagige Rollenlager anstelle der Wälzlager der Planeten auf den Planetenachsen einzusetzen, jedoch gestaltet sich diese Lagerung sehr kostenintensiv.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht von daher darin, die Nachteile der bekannten Ausgestaltungen zu umgehen und eine erhöhte Lebensdauer sowie Ausfallsicherheit eines solchen Ruderpropellers zu niedrigen Kosten und bei einfacher Montage sicherzustellen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die Ausgestaltung eines Ruderpropellers mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt vor, die Planetenräder mittels hydrodynamischer Gleitlager auf den Planetenachsen zu lagern, so dass die gesamte Breite der Planetenräder und der maximale Durchmesser derselben nutzbar wird, was sich in höherer Steifigkeit, längerer Lebensdauer und verringertem Verschleiß nieder- schlägt.
Aufgrund der Eigenschaften der üblicherweise mit einem Schmieröl funktionierenden hydrodynamischen Gleitlager wird ein äußerst ruhiger und verschleißfreier Dauerbetrieb eines derartigen Planetengetriebes ermöglicht, welches sich einfach herstellen lässt.
Da in hydrodynamischen Gleitlagern der Reibungskoeffizient eine Funktion der Drehzahl, d.h. der Relativgeschwindigkeit zwischen den Gleitflächen ist, geht dieser von einer Haftreibung im Stillstand über Mischreibung bei einer niedrigen Geschwindigkeit in die gewünschte Flüssigkeitsreibung des Schmierfilmes bei ausreichend hoher Geschwindigkeit über. Da Schiffsantriebe wie Ruderpropeller bei normaler Fahrt des Schiffes üblicherweise mit einer bestimmten Nenndrehzahl oder einem nur geringen Drehzahlband betrieben werden, kann die erfindungsgemäß vorgeschlagene hydrodynamische Gleitlagerung auf dieses Drehzahlband abgestimmt werden.
Um beim An- und Auslauf des Ruderpropellers und auch bei Betrieb mit wechselnder Drehzahl, z. B. beim Manövrieren, die für niedrige Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen typische Mtschreibung zu überwinden, wird nach einem Vorschlag der Erfindung vorgeschlagen, dass die Planetenachsen Zuführkanäle für ein Schmiermittel aufweisen, die sich von einer Einspeiseöffnung bis zum hydrodynamischen Gleitlager erstrecken. Somit ist es möglich, in diesen
Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlbereichen, in denen Haft- oder Mischreibung vorliegt, Schmiermittel mit einem geeigneten Druck an die hydrodynamischen Gleitlager zu fördern, um den Übergang zur gewünschten Flüssigkeitsreibung zu erleichtern.
Nach einem Vorschlag der Erfindung kann diese Druckbeaufschlagung über die Zuführkanäle von dem ohnehin vorhandenen Schmiersystem des Ruderpropellers realisiert werden oder aber es werden gesonderte Schmiermittelpumpen für diesen Einsatzzweck vorgesehen. Die Steuerung kann von einer entsprechenden Steuerungseinrichtung des Ruderpropellers drehzahlabhängig vorgenommen werden. Sobald der Drehzahlbereich erreicht ist, in welchem aufgrund der vorherrschenden Relativgeschwindigkeit zwischen den Gleitflächen Flüssigkeitsreibung vorherrscht, kann die Zuführung von Schmiermittel über die Zuführkanäle abgestellt werden, da sie dann nicht mehr erforderlich ist.
Die Einspeiseöffnungen sind nach einem Vorschlag der Erfindung mit einem gemeinsamen, im Planetenträger ausgebildeten Speisekanal für das Schmiermittel dergestalt verbunden, dass sie miteinander kommunizieren. Insoweit wird innerhalb des Planetenträgers eine zentrale Schmiermittelzuführung geschaffen, die sich in sämtliche, vom Planetenträger abgehende Planetenachsen für die einzelnen Planetenräder verzweigt. Ein Planetengetriebe umfasst mindestens zwei, bevorzugt drei derartige Planetenräder nebst Planetenachsen.
Der Druck des zur Unterstützung des Anlaufs bzw. Ablaufs des Planetengetrie- bes aufbringbaren Schmiermittels liegt in einem niedrigen Druckbereich von wenigen bar, was sich vom ohnehin vorhandenen Schmiersystem des Ruderpropellers problemlos realisieren lässt.
Die hydrodynamischen Gleitlager sind auf ihrer dem Planetenrad zugewandten Außenoberfläche vorteilhaft mit einer umlaufenden Nut ausgebildet, in die die Zuführkanäle einmünden, so dass sich der Schmiermittelfilm unmittelbar rings um das hydrodynamische Gleitlager ausbilden kann.
Zur Schaffung einer möglichst kompakten, einfach zu montierenden Baueinheit sind die Planetenachsen auf einer Stirnseite des Planetenträgers vorstehend in entsprechenden Aufnahmebohrungen eingesetzt, vorzugsweise eingeschrumpft.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind die Planetenräder mittels der hydrodynamischen Gleitlager fliegend auf den Planetenachsen gelagert, so dass es möglich wird, die gesamte Zahnbreite der Planetenräder zur Kraftübertragung zu nutzen.
Die Planetenräder sind dabei nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung auf der dem Planetenträger abgewandten Seite mittels einer Anlaufscheibe gegen axiale Verlagerung auf der Planetenachse gesichert.
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine ausschnittsweise Darstellung eines Planetengetriebes gemäß der Erfindung; Figur 2 das Unterwassergetriebe eines Ruderpropellers nach dem
Stand der Technik.
In der Figur 2 ist in einer schematisierten vereinfachten Darstellung das Unter- wassergetriebe eines Ruderpropellers nach dem Stand der Technik dargestellt.
Von einem nicht dargestellten und über Wasser angeordneten Antriebsmotor verläuft eine in Lagern 100, 9 gelagerte Antriebswelle 10 in vertikaler Richtung, die innerhalb des dargestellten Unterwassergetriebes in einem Ritzel endet, welches mit einem Kegelrad 8 in Eingriff steht und gemeinsam mit diesem einen Winkeltrieb bildet. Das Kegelrad 8 ist auf einer horizontal verlaufenden Propellerwelle 1 gelagert, die an einem Ende (nicht dargestellt) einen Propeller trägt. Über eine Kupplung 7 steht das Kegelrad 8 mit einem Sonnenrad 6 eines Planetengetriebes in Eingriff, wobei die weiteren Bestandteile des Planetenge- triebes ein Planetenträger 2 mit mehreren an einer Stirnseite vorstehenden Planetenachsen 3, darauf befindlichen Wälzlagern 5a zur Lagerung von Planetenrädern 5 und ein feststehendes Hohlrad 4 sind. Das feststehende Hohlrad 4 ist in nicht näher dargestellter Weise z.B. mit dem nicht dargestellten Gehäuse des Unterwassergetriebes verbunden. Andererseits ist der Planetenträger 2 auf die Propellerwelle 1 aufgeschrumpft, so dass die Drehzahl der Antriebswelle 10 nach Umlenkung durch das Kegelrad 8 vom Planetengetriebe ins Langsame untersetzt wird und in dieser Untersetzung die Propellerwelle 1 angetrieben wird. Die im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 verwendete Wälzlagerung an den Wälzlagern 5a der Planetenräder 5 ist wegen der auftretenden Wechsellasten sehr verschleißanfällig.
Bei der aus der Figur 1 ersichtlichen erfindungsgemäßen Lösung ist daher auf die Planetenachse 3 jeweils ein hydrodynamisches Gleitlager 50 aufgezogen, welches das Planetenrad 5 auf der Planetenachse 3 lagert.
Die Planetenachse 3 ist in eine entsprechende Aufnahmebohrung 21 des Planetenträgers 2 eingeschrumpft und weist einen zunächst axial von einer Ein- speiseöffnung 300 verlaufenden Zuführkanal 30 für ein Schmiermittel auf, der sich nachfolgend rechtwinklig abgehend verzweigt und zu einer an der Außenoberfläche des hydrodynamischen Gleitlagers 50 ausgebildeten Nut 50 führt. Die Einspeiseöffnung 300 des Zuführkanals 30 kommuniziert mit einem im Planetenträger 2 ausgebildeten Speisekanal 20, so dass es möglich ist, von einer nicht näher dargestellten Schmiermittelpumpe, beispielsweise der üblichen innerhalb des Unterwassergetriebes vorgesehenen Schmiermittelpumpe einen Schmiermittelstrom über den Speisekanal 20 in die einzelnen Zuführkanäle 30 zu führen, was nachstehend noch näher erläutert wird.
Auf der dem Planetenträger 2 abgewandten Seite sind das hydrodynamische Gleitlager 50 und das darauf gelagerte Planetenrad 5 mittels einer Anlaufscheibe 51 gegen axiale Verschiebung auf der Planetenachse 3 gesichert.
Ferner erkennt man einen Teil des Gehäuses 12 des Unterwassergetriebes sowie einen zugehörigen Gehäusedeckel 120, die gemeinsam das Hohlrad 4 des Planetengetriebes feststehend lagern. Im Betrieb eines solchermaßen ausgestalteten Unterwassergetriebes für einen Ruderpropeller liegt bei Stillstand desselben eine Haftreibung zwischen dem Gleitlager 50 und dem darauf gelagerten Planetenrad 5 vor. Soll nun der Ruderpropeller in Betrieb genommen werden, d.h. die Antriebswelle 10 und die nachgeordneten Teile des Unterwassergetriebes in Rotation versetzt werden, so wird zunächst über einen entsprechenden Steuerbefehl der Steuerung des Ruderpropellers ein Schmiermittelstrom mit einem Druck von weniger bar, beispielsweise bis zu 3 bar über den Speisekanal 20 und die an diesen anschließenden Zuführkanäle 30 in die umlaufende Nut 500 der hydrodynamischen Gleitlager 50 gepresst, um die bei niedrigen Geschwindigkeiten bzw. Drehzah- len auftretende Mischreibung innerhalb des hydrodynamischen Gleitlagers 50 möglichst rasch zu überwinden. Sobald die mit steigender Drehzahl sich verringernde Mischreibung in die für das hydrodynamische Gleitlager typische Flüssigkeitsreibung übergeht, wird der Schmiermittelzustrom bzw. die Druckbeaufschlagung mit dem Schmiermittel über den Speisekanal 20 und die Zuführkanä- le 30 abgestellt, so dass durch die Pumpwirkung der Oberflächen von hydrodynamischem Gleitlager 50 und Planetenrad 5 der für die Lagerung erforderliche Schmierölfilm erreicht wird und insoweit das Planetenrad nahezu verschleißfrei und unter Nutzung der vollen Zahnbreite zwischen dem feststehenden Hohlrad 4 und dem Sonnenrad 6 umläuft.
Neben der vorangehend erläuterten Schmierölunterstützung beim Anlauf des Planetengetriebes kann auch eine solche Schmierölunterstützung beim Ablauf, d.h. beim Absinken der Drehzahl aus dem Bereich, in welchem Flüssigkeitsrei- bung herrscht, von der entsprechenden Steuerung bewirkt werden.

Claims

1. Ruderpropeller mit einem ein Planetengetriebe umfassenden Unterwassergetriebe, wobei das Planetengetriebe ein Sonnenrad (6), ein feststehendes Hohlrad (4) und zwischen Sonnenrad (6) und Hohlrad (4) ablaufende und auf Planetenachsen (3) eines Planetenträgers (2) gelagerte Planetenräder (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (5) mittels hydrodynamischer Gleitlager (50) auf den Planetenachsen (3) gelagert sind.
2. Ruderpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Planetenachsen (3) Zuführkanäle (30) für ein Schmiermittel aufweisen, die sich von einer Einspeiseöffnung (300) bis zum hydrodynamischen Gleitlager (50) erstrecken.
3. Ruderpropeller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseöffnungen (300) mit einem gemeinsamen, im Planetenträger (2) ausgebildeten Speisekanal (20) für das Schmiermittel kommunizieren.
4. Ruderpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamischen Gleitlager (50) beim Anfahren des Ruderpropellers mit Schmiermittel beaufschlagbar sind.
5. Ruderpropeller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Schmiermittels bis zu 3 bar beträgt. 6. Ruderpropeller nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamischen Gleitlager (50) auf ihrer dem Planetenrad (5) zugewandten Außenoberfläche mit einer umlaufenden Nut (500) ausgebildet sind, in die die Zuführkanäle (30) einmünden.
7. Ruderpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenachsen (3) auf einer Stirnseite des Planetenträgers (2) vorstehend in entsprechende Aufnahmebohrungen (21) eingesetzt sind.
8. Ruderpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (5) mittels der hydrodynamischen Gleitlager (50) fliegend auf den Planetenachsen (3) gelagert sind. 9. Ruderpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (5) auf der dem Planetenträger (2) abgewandten Seite mittels einer Anlaufscheibe (51) gegen axiale Verlagerung auf der Planetenachse (3) gesichert sind.
EP12700160.0A 2011-01-20 2012-01-05 Ruderpropeller mit einem ein planetengetriebe umfassenden unterwassergetriebe Withdrawn EP2665642A1 (de)

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