JP2014509975A - ラダープロペラ - Google Patents

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Abstract

本発明は、駆動シャフトと、駆動シャフトによりアングルドライブおよび遊星歯車装置を介して駆動可能なプロペラシャフトとを有するラダープロペラに関するものであり、遊星歯車装置はプロペラシャフトの上に配置されており、継手を介してアングルドライブと連結されたサンギヤと、定置のリングギヤと、サンギヤとリングギヤの間で転動する、プラネタリキャリアに保持されたプラネタリギヤとを含んでおり、プラネタリキャリアはプロペラシャフトとトルク剛性特性をもつように連結されており、アングルドライブとサンギヤの間の継手は二重カルダン式に作用するねじり剛性のある差動クラッチ、即ちギヤとして構成されており、それにより、アングルドライブに対するサンギヤの半径方向の変位および角度のついた変位を補償可能である。

Description

本発明は、駆動シャフトと、駆動シャフトによりアングルドライブおよび遊星歯車装置を介して駆動可能なプロペラシャフトとを有するラダープロペラに関するものであり、遊星歯車装置はプロペラシャフトの上に配置されており、継手を介してアングルドライブと連結されたサンギヤと、定置のリングギヤと、サンギヤとリングギヤの間で転動する、プラネタリキャリアに保持されたプラネタリギヤとを含んでおり、プラネタリキャリアはプロペラシャフトとトルク剛性特性をもつように連結されている。
冒頭に述べた種類のラダープロペラは、たとえばDE28 43 459 A1から公知である。ラダープロペラは、水上の船舶の駆動と制御をする役目を果たすものであり、通常は水上の船舶の内部に配置される駆動エンジンのエンジントルクが、垂直方向に延びる駆動シャフトと、遊星歯車装置が後置されたアングルドライブとを介して、プロペラを担持する水平方向に延びるプロペラシャフトへと伝達される。アングルドライブと遊星歯車装置は、船腹の外部に配置され、水上の船舶を制御する目的のために垂直方向の軸を中心として回転可能である、共通のハウジングに格納されている。この場合、このハウジングはできる限り流動促進的に、すなわち少ない外側寸法で構成される。このことは、プロペラシャフトおよびハウジング内部のその他の部品の軸受の寸法決めに制限を与える。その一方で、特に遊星歯車装置はラダープロペラの作動時に、たとえばプロペラシャフトに対するプロペラの軸方向圧力や、プロペラの自重による荷重でプロペラシャフトにおいて発生する弾性曲線などによって、著しい荷重を受ける。発生するこのような力にもかかわらず、遊星歯車装置のプラネタリギヤに対するできる限り均等な荷重分布を実現するために、サンギヤとアングルドライブとの間に、アングルドライブに設けられた内歯に係合する、たとえば噛合い継手のような継手を設けることがすでに提案されている。それにより、発生する力に対するある程度の半径方向の補償手段をサンギヤに与える噛合い部の案内のもとでの、サンギヤの懸架がもたらされる。しかし、このようなサンギヤの懸架は、サンギヤとアングルドライブとの間の角度オフセットには対処できないため、従来技術から公知となっているこの種の継手は高いコストがかかるばかりでなく、依然として磨損する度合いが生じやすく、このことは改善する価値があると考えられる。
ドイツ特許出願公開第28 43 459 A1
したがって本発明の課題は、遊星歯車装置に作用する荷重を補償するために、できる限り磨損する度合いの少ないサンギヤの懸架が簡素な設計上の方策によってもたらされる、冒頭に述べた種類のラダープロペラを提案することにある。
課せられた課題を解決するために、本発明によると、請求項1の構成要件に基づくラダープロペラの構成が提案される。
本発明の好ましい実施形態や発展例は、従属請求項の対象となっている。
本発明による提案は、アングルドライブとサンギヤの間の継手を、二重カルダン式に作用するねじり剛性のある差動クラッチ、即ちギヤとして構成し、それにより、アングルドライブに対して相対的なサンギヤの半径方向の変位および角度のついた変位も補償可能であるようにすることを意図している。このような構成により、ほぼ磨損する度合いのない二重カルダン式のサンギヤの懸架を具体化することができ、このような懸架は、ラダープロペラの作動時に発生する荷重を、特にプロペラシャフトに対するプロペラの圧縮力やその撓曲を、高い信頼度で補償することができ、所要スペースを小さくし、小型化した特徴を有する。
本発明の1つの提案によると、ねじり剛性のある差動クラッチ、即ちギヤとして、カーブド トゥースギヤ カップリング、即ちクラッチ(Bogenzahnkupplung)が意図される。曲がり歯の原理によって、角度変位や半径方向変位が生じたときに噛合い部でエッジの押圧が回避されるので、このような種類のカーブド トゥースギヤ カップリング、即ちクラッチはほぼ磨損する度合いもなく作動する。
本発明のこれに代わる提案では、ねじり剛性のある差動クラッチ、即ちギヤとして、二重カルダン式の懸架を補償するために二重構造で施工された、すなわち中間部材を介して結合された2つのダイヤフラム部分を有するように施工された、ダイヤフラム連結装置(クラッチ)が意図されていてもよい。このような安価に製作可能なダイヤフラム連結装置(クラッチ)によっても、希望されるサンギヤの二重カルダン式の懸架を、少ない設計サイズにもかかわらず確保することができる。
これに加えて、本発明によるラダープロペラの枠内で適用される遊星歯車装置の荷重の補償と力の受け止めをいっそう改善するために、弾性的に変形可能な曲げボルト(Biegebolzen)によってリングギヤをハウジングで保持し、それにより、リングギヤに対する半径方向と接線方向の力を、これらの曲げボルトによって受け止めることを可能にすることが意図されていてよい。
曲げボルトは、本発明の1つの提案によると、長手方向で膨らんでいくように施工されていてよく、曲げボルトは、端部を起点として中央の長手方向区域に向かって径が大きくなる直径を有している。曲げボルトはリングギヤの軸方向の貫通孔に挿入され、それぞれ端部がリングギヤから突出し、これらの突出する端部が、ハウジングの対応する切欠きに係合する。
このとき、これらの曲げボルトはリングギヤとハウジングの中でできる限り遊びが少なく、すなわち理想的には遊びがないことが意図される。
リングギヤは、曲げボルトによって回転しないようにハウジングで固定されるにすぎず、軸方向の運動に関しては妨げられることがない。
上に説明した曲げボルトの使用は、リングギヤに半径方向の変位能力を与え、このことは、遊星歯車装置の個々の歯の係合部の間での荷重補償を改善する。曲げボルトは簡単かつ安価に製作することができるので、全体として、わずかに増えるだけの設計コストで、磨損する度合いが大幅に改善されたラダープロペラが得られる。
次に、本発明のその他の実施形態や具体的事項について、実施例を用いて示す図面を参照しながら詳しく説明する。図面は次のものを示している:
本発明によるラダープロペラの駆動装置を示す模式図であり、2つの別案の実施形態がこの図面に一緒に図示されている。 図1の遊星歯車装置のリングギヤの支承部を示すさらに詳細な図である。
図1には、構造全体の一部だけを示す模式的な図面で、それ自体として公知の形態のラダープロペラの駆動部が示されている。基本的な駆動原理はたとえば特許文献1のDE28 43 459 A1により周知となっており、その限りにおいて同文献を援用する。
符号1により、垂直方向に延びる、船腹から下方に向かって延びる駆動シャフト1が示されており、この駆動シャフトは、詳しくは図示しない駆動エンジンによって回転する。駆動シャフトは回転軸受10により支承されており、端部には、あとで説明するアングルドライブ2の構成要素であるピニオン11を備えている。
符号4により、駆動シャフト1に対して直角に延び、詳しくは図示しない仕方で、図1の図面で見て左側にある端部で水上の船舶を駆動するためのプロペラを担持する、プロペラシャフトが示されている。
プロペラシャフト4は、以下に説明する仕方で、駆動シャフト1の回転により図示しない駆動エンジンによって駆動され、その際に駆動シャフト1の回転数の減速が惹起される。
まず最初に駆動シャフト1が、アングルドライブ2の構成要素としてのピニオン11により、中空シャフト200の上で軸受21により自由に回転可能なようにプロペラシャフト4に支承されたかさ歯車20を駆動する。かさ歯車20は、駆動シャフト1と反対方向の端部22に内歯を有しており、この内歯は、あとでまた詳しく説明するクラッチ等の連結装置を介して、遊星歯車装置3のサンギヤ30とこれを駆動するために作用的に接続されている。サンギヤ30は同じく中空シャフト300を含んでおり、この中空シャフトは、ピニオン20の端部22の対向端部に内歯を担持しており、この内歯に、あとでまた詳しく説明するねじり剛性のある差動クラッチ、即ちギヤが係合する。
遊星歯車装置3は、さらに別の構成要素として、詳しくは図示しない方法で回転止めされてハウジングに保持されるリングギヤ35と、プラネタリキャリア33の上でこれから突出するプラネタリ軸34により保持される複数のプラネタリギヤ31とを含んでおり、プラネタリギヤは、プラネタリ軸34の上でプラネタリ軸受32により回転可能に支承されるとともに、サンギヤ30とリングギヤ35との間でそれ自体公知の方法で回転運動をする。プラネタリキャリア33は、プロペラシャフト4とトルク剛性特性をもって結合されており、たとえば焼嵌めされている。このように、アングルドライブ2と遊星歯車装置3とを介して、プロペラシャフト4に対する駆動シャフト1の回転の減速が惹起されることが明らかである。
しかしながら、このようなラダープロペラを作動させるときに問題となるのは、プロペラシャフト4の長軸が理想的にまっすぐに延びているわけではなく、プロペラからプロペラシャフト4に及ぼされる圧縮力Pに基づき、および、プロペラシャフト4に荷重をかけるプロペラの高い自重に基づき、図1の図面ではより良い図解のために誇張して図示されている、撓み線BLに示す形状が生じることである。このような撓み線BLに鑑みて、それにもかかわらず満足のいく遊星歯車装置3の歯の係合を確保するために、アングルドライブ2とサンギヤ30の間には、すでに前述したねじり剛性のある差動クラッチ、即ちギヤが設けられており、図1の図面ではその2通りの異なる実施形態が同時に示されており、すなわち、それぞれ二者択一で適用することができる、中心軸Lの上側のカーブド トゥースギヤ カップリング、即ちクラッチ5と、中心軸Lの下側のダイヤフラム連結装置(クラッチ)6とが示されている。
ねじり剛性のある差動クラッチ、即ちギヤとしてカーブド トゥースギヤ カップリング、即ちクラッチ5が利用されるケースについては、断面で見てほぼU字型のこのスリーブが、相応の曲がり歯を備える両方の脚部端部で、ピニオン20の端部の内歯およびサンギヤ30の端部301の内歯に係合し、曲がり歯の原理に内在する二重カルダン式の作動形態に基づき、このようなカーブド トゥースギヤ カップリング、即ちクラッチ5は、アングルドライブ2のかさ歯車20に対して相対的なサンギヤ30の半径方向の変位だけでなく、角度のついた変位も補償することができる。このことは、図示しているような中心軸の撓み線形状BLにもかかわらず、遊星歯車装置3の内部での明らかに均等化された歯の係合として帰結され、それにより、遊星歯車装置3およびカーブド トゥースギヤ カップリング、即ちクラッチ5もほぼ磨損する度合いもなく作動する。
中心線Lの下方に図示する別案の実施形態では、同じく二重カルダン式に作用し、かさ歯車20に対して相対的なサンギヤ30の半径方向の変位も角度のついた変位も補償する、二重構造で設けられたダイヤフラム連結装置(クラッチ)6がねじり剛性のある差動クラッチ、即ちギヤとして利用されている。このケースでは、かさ歯車20とサンギヤ30の端部22ないし301は内歯を有しているのではなく、適当な材料で製作されたダイヤフラム部分60,61をそれぞれ担持しており、ダイヤフラム部分60,61は中間部材62を介して相互に連結されるとともに、ダイヤフラム部分60,61に内在する柔軟性に基づき、半径方向の変位でも角度のついた変位でも、さらには軸方向の力をも補償することができ、このことは、きわめて均等でほぼ磨損する度合いのない遊星歯車装置3の作動につながる。
ハウジング内部での定置のリングギヤ35の、図2から明らかとなる特別な取付によって、荷重限度のいっそうの向上が実現される。
ハウジングは図2では符号37で表されており、符号37aにより、図示した取付状態のときには同様に定位置のハウジング37の構成要素となる、ハウジングにねじ込み等で取り付け可能なハウジングの釣り鐘状部が示されている。
リングギヤ35はその外側円周の近傍に軸方向の、すなわちプラネタリギヤ軸34やプロペラシャフト4とも平行に延びる、貫通孔350を有しており、この貫通孔に曲げボルト36が収容されており、リングギヤ35を回転しないよう固定している。
曲げボルト36それ自体は、円筒状の外径を備えるのではなく、その端部36a,36bから中央の長手方向区域36cに向かって径が大きくなる直径を有している。それに応じて最大の直径は、中央の長手方向区域36cの領域にある。このような中央の長手方向区域36cにおける最大の直径により、曲げボルト36はできる限り遊びなく貫通孔350の内部でリングギヤ35に収容されており、端部36a,36bがリングギヤ35の円周から突出し、そこで対応するハウジング37ないし付属のハウジングの釣り鐘状部37aの収容穴の中で、同じく遊びなく収容されるような長さを有している。リングギヤ35はその外径に関してハウジング37に嵌め合わせて収容されるのではなく、可動に、ただし回転しないように曲げボルト36によって保持される。それによりリングギヤは軸方向では固定されるが、弾性的に変形可能な曲げボルト36によって、リングギヤに対する半径方向の力と接線方向の力を簡単な仕方で受け止めることができる。その意味で、比較的わずかな設計コストにより、プロペラシャフト4により発生する荷重や変形にもかかわらず、遊星歯車装置内部での歯面の係合のいっそうの改善がもたらされる。
このように、以上に説明した本発明によって、小さい設計サイズと安価な構造にもかかわらず、高い荷重のもとで連続動作をしたときでもほぼ磨損する度合いもなく作動させることができるラダープロペラがもたらされる。

Claims (6)

  1. 駆動シャフト(1)と、前記駆動シャフト(1)によりアングルドライブ(2)および遊星歯車装置(3)を介して駆動可能なプロペラシャフト(4)とを有するラダープロペラであって、前記遊星歯車装置(3)は前記プロペラシャフト(4)に配置されており、継手を介して前記アングルドライブ(2)と連結されたサンギヤ(30)と、定置のリングギヤ(35)と、前記サンギヤ(30)と前記リングギヤ(35)の間で転動する、プラネタリキャリア(33)に保持されたプラネタリギヤ(31)とを含んでおり、前記プラネタリキャリア(33)は前記プロペラシャフト(4)とトルク剛性特性をもつように連結されているラダープロペラにおいて、前記アングルドライブ(2)と前記サンギヤ(30)の間の前記継手は二重カルダン式に作用するねじり剛性のある差動クラッチ(5,6)として構成されており、前記アングルドライブ(2)に対する前記サンギヤ(30)の半径方向の変位および角度のついた変位を補償可能であることを特徴とするラダープロペラ。
  2. ねじり剛性のある前記差動クラッチとしてカーブド トゥースギヤ カップリング(5)が設けられていることを特徴とする、請求項1に記載のラダープロペラ。
  3. ねじり剛性のある前記差動クラッチとしてダイヤフラム連結装置(6)が設けられていることを特徴とする、請求項1に記載のラダープロペラ。
  4. 前記リングギヤ(35)は弾性的に変形可能な曲げボルト(36)によってハウジング(37,37a)で保持されており、前記リングギヤ(35)に対する半径方向の力と接線方向の力を前記曲げボルト(36)によって受け止めることが可能であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載のラダープロペラ。
  5. 前記曲げボルト(36)は端部(36a,36b)から中央の長手方向区域(36c)に向かって径が大きくなり長手方向で膨らんでいくように構成されており、前記リングギヤ(35)の軸方向の貫通孔(350)に挿入されており、前記端部(36a,36b)は前記リングギヤ(35)から突出して前記ハウジング(37,37a)に係合することを特徴とする、請求項4に記載のラダープロペラ。
  6. 前記曲げボルト(36)は前記リングギヤ(35)および前記ハウジング(37,37a)に遊びなく支承されていることを特徴とする、請求項4または5に記載のラダープロペラ。
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