JP2014509975A

JP2014509975A - ラダープロペラ

Info

Publication number: JP2014509975A
Application number: JP2013549766A
Authority: JP
Inventors: ヘールマンフレート
Original assignee: ショッテルゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2014-04-24
Also published as: CN103402868A; DE102011009071A1; EP2665641A2; US9227716B2; WO2012098021A3; WO2012098021A2; US20130295801A1; CA2824989A1; CN103402868B; KR20140041429A

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ＤＥ２８４３４５９Ａ１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２８４３４５９Ａ１

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ＤＥ２８４３４５９Ａ１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

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。
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。
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。
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。
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。
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。