KR0185191B1 - 수면구동 프로펠러기구에 동력을 전달하는 동력전달방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

과급(supercharge) 어셈블리 또는 압축기 어셈블리를 갖춘 모터(7), 특히 과급 디젤엔진으로부터, 큰 피치를 갖춘 대형 프로펠러를 구비하고 활주형보트에 설치되는 수면구동 프로펠러기구(4)를 갖춘 기어로 동력을 전달하는 방법에 있어서, 가변적으로 채워질 수 있는 터빈 커플링(10)이 상기 모터(7)와 기어 (3) 사이에 설치되고, 상기 모터(7)는 터빈 커플링 (10)의 펌프부(15)를 구동하고, 터빈 커플링(10)의 터빈부(17)는 기어(3)의 입력축(6)에 연결되며, 상기 터빈 커플링(10)은 보트가 항해 하기 시작할 때 완전히 또는 부분적으로 비워짐으로써, 기어로부터 완전히 또는 부분적으로 분리되며, 상기 모터의 속도가 모터(7)의 과급 어셈블리가 연결될 수 있는 정도로 가속되고, 그 후에 터빈 커플링은 수압매체로 신속히 채워짐으로써 프로펠러기구가 과급 어셈블리의 영향으로 인해 최대가 되는 모터 출력에 의해 작동되며, 보트가 활주속도(planing speed)에 이르렀을 때, 모터속도는 소정의 정도로 감속 및/또는 터빈 커플링의 채움정도가 감소되어, 보트가 활주속도보다 약간 더 높은 속도로 추진될 수 있는 정도로 감속되는 것을 특징으로 하는 동력전달방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 언급한 바와 같이 변경이 가능한 기어를 갖춘 활주형보트내에 터빈 커플링을 사용하는 것에 관한 것이다.

Description

수면구동 프로펠러기구에 동력을 전달하는 동력전달방법 및 장치

제1도는 기어 및 수면구동 프로펠러(surface-water driving propeller)가 제공된 소위 활주형보트(planing boat)의 일부측면도로서, 배수위치에 놓인 보트를 도시한 도면이다.

제2도는 활주위치(planing position)에 놓인 보트를 도시한 측면도이다.

제3도는 보트가 움직이지 않는 경우 구동유니트내의 프로펠러를 개략적으로 보인 후면도이다.

제4도는 보트가 활주 속도(planing speed)로 운항할 때의 프로펠러의 후면도이다.

제5도는 본 발명에 따른 구동유니트의 일실시예를 개략적으로 보인 도면이다.

제6도는 구동유니트의 또 다른 실시예를 보인 도면이다.

제7도는 본 발명과 결합되는 것이 바람직한, 역전기어를 갖춘 터빈 커플링의 실시예의 종단면도이다.

제8도는 본 발명이 아르네손(Arneson) 형태의 수면구동 프로펠러를 갖춘 기어와 함께 연결되어 사용될 수 있는 방법을 보인 도면이다.

제9도는 장치의 상세도이다.

제10도는 다수의 모터가 결합되어 하나의 공통종축에 일렬로 상호 커플링되어 있을 때 본 발명이 사용될 수 있는 방법을 보인 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 선미 3 : 기어

4 : 프로펠러기구 5 : 기어 유니트

6 : 입력축 7 : 모터

10 : 터빈 커플링 11 : 감속기어

17 : 터빈날개 20 : 기어벨트

22 : 출력축

본 발명은 소위 수면구동 프로펠러 어셈블리를 갖춘 보트용 구동시스템에 관한 것이다. 본 발명은 특히 구동모터가 과급 어셈블리, 특히 과급 디젤모터(터보-디젤)를 갖춘 모터 또는 압축기 과급기를 구비한 모터인 구동시스템에 관한 것이다.

수면구동 프로펠러어셈블리는 보트기어의 일 형태로서, 기어는 활주형보트(planing boat)의 선미내에 장착되고 기어몸체를 갖춘 프로펠러 어셈블리는 선미의 외부에서 (보트가 항해할 때의 높이에서) 후방을 향해 수평으로 돌출되어 직선축으로 프로펠러를 구동한다. 이러한 형태의 기어는 보트가 소정의 최소속도 이상의 속도로 구동될 때 최저속 활주속도에 대응하여 기어 하우징이 수면과 사실상 평행하게 되고 수면과 근접하게 되며 프로펠러를 갖춘 프로펠러 어셈블리가 그 높이의 반가량이 물속에 잠겨질 수 있는 방식으로 장착된다. 그러면, 몇몇 프로펠러 날개는 물속에 위치하는 반면, 나머지 프로펠러 날개는 수면위의 공기와 접촉하게 된다. 이러한 형태의 기어에 맞게 설계된 프로펠러는 따라서 매우 크고 및/또는 종래의 잠수구동 프로펠러보다 더 큰 피치, 통상적으로 직경 및 피치가 약 15% 정도 커지게 된다.

이렇게 되는 이유는 단지 프로펠러 날개의 일부만이 수면아래로 추진력을 인가하며, 또한 프로펠러는 최상의 구동조건을 획득하기 위해 종래의 잠수구동 프로펠러보다 훨씬 천천히 회전해야만 하기 때문이다. 수면구동 프로펠러를 갖춘 기어의 여러가지 예가 유럽특허 출원명세서 37.690 (아르네슨;Arneson) 또는 스웨덴 특허 출원명세서 8804295-7 및 8804296-5(티거 ;Thiger)에 개시되어 있다.

보트가 항해불가능할 때와 구동되어 활주속도로 가속되기 전에, 모든 프로펠러 어셈블리 및 기어몸체의 대부분은 수면아래에 위치하고, 특히 프로펠러 어셈블리는 현저하게 크고 종래의 잠수구동 프로펠러보다 더 큰 피치를 갖기 때문에, 프로펠러가 바람직한 방식으로 작동할 수 있게 하는 속도인 활주속도이상으로 보트를 가속시키기 위해서는 모터로부터의 매우 큰 힘을 필요로 한다.

수면구동 형태의 프로펠러 어셈블리를 갖춘 기어는, 활주속도에서 프로펠러의 50-70 % 정도가 수면위에서 작용하고, 종래의 잠수구동 프로펠러보다 크기가 더 크고 현저하게 큰 피치를 가지며, 수면구동 프로펠러는 프로펠러의 후방측부에서 나온 압력으로 보트를 구동하는 반면 종래의 잠수구동 프로펠러는 바람이 포트쪽으로 불때 항해하는 보트가 항해의 전방측부에서 나오는 힘을 통해 추진되는 것과 동일한 방식으로 프로펠러의 전방측부상의 흡입력을 통해 보트를 추진시키기 때문에 잠수구동 프로펠러와 매우 다르다. 이는 수면구동 프로펠러에 있어서 수면으로부터의 공기의 캐비테이션 및 하방으로의 흡입이 없기 때문에 발생하는 주요이유이며, 이는 종래의 잠수구동 프로펠러에 대해 공통적이다. 따라서, 보트가 항해불가능한 상태에 있을 때 수면구동 프로펠러에 있어서는, 모터에서 나오는 최대 토오크에 대응하는 초기 힘을 프로펠러상에 인가하는 것이 가능하다. 이렇게 하여, 수면구동 프로펠러를 갖춘 보트는 매우 강력하게 가속될 수 있고, 특히 그러한 프로펠러 어셈블리는, 잠수구동 프로펠러와 비교하여 30-40 %의 속도증가를 얻을 수 있다.

터보 차징 어셈블리를 갖추지 않은 모터, 특히 오토-엔진이 사용되면, 요구되는 큰 초기 힘은 종종 큰 가스입력을 통해 획득될 수 있지만, 터보 또는 압축기-과급기 어셈블리, 특히 과급 디젤엔진(터보 디젤엔진) 따위의 과급기 어셈블리를 갖춘 구동모터를 사용하는 경우 해결하기 매우 어려운 문제가 야기된다. 디젤엔진은 비교적 적은 속도범위를 가지고 최대상승속도가 낮으며 저속에서 비교적 약한 가속용량을 가진다. 과급 디젤엔진은 과급기 어셈블리가 연결되기 전에 터보 어셈블리에 의해 형성되는 높은 파워범위를 획득할 수 없으며, 이는 속도가 비교적 높기 전에는 수행되지 않는다. 따라서, 상기 언급한 수면구동 형태의 기어를 갖춘 보트에 디젤엔진, 특히 과급 디젤엔진이 사용될 때, 적절한 시간동안에 활주속도로 보트를 가속시킬 수 있는 대형 엔진을 사용할 필요가 있거나, 기동시 높은 구동모터출력을 획득하기 위해 값비싸고 복잡한 해결책이 채용되어야 한다.

잠수구동 프로펠러에 있어서, 프로펠러는 물에 대해 일정하게 그리고 전체적으로 작동하며, 상기의 문제가 야기되지만, 수면구동 프로펠러의 경우에서와 같은 정도는 아니다. 수면구동 프로펠러에 있어서는, 프로펠러가 단지 보트의 항해 불가능한 상태에서 활주속도까지 물에 대해 작용하는 반면, 속도가 활주속도보다 높은 경우에 물에 대한 프로펠러의 활동표면은 전체 프로펠러 표면의 단지 40-60%이지만, 표면의 나머지 부분은 반응 조건 없이 수면밖에서 작용한다. 그러한 잠수구동 프로펠러에 있어서는, 프로펠러가 표면구동 프로펠러보다 그에 비례하여 작고 표면구동 프로펠러보다 현저히 높은 속도로 작용하기 때문에, 상기 언급한 문제는 프로펠러를 회전시키고 고속상태를 유지하여 보트를 활주속도로 가속하기 위해 공기를 하방으로 이송하거나 공기가 프로펠러쪽으로 하향흡입될 수 있게 함으로써 해결할 수 있다. 몇몇 경우에 있어서는, 소형의 프로펠러를 보트에 장착하여 캐비테이션 및 공기의 하방으로의 흡입이 발생할 때 회전하게 함으로써 이러한 문제점이 해결될 수도 있다.

스웨덴 특허공개 451 449(브룬스윅 코포레이션)에는 모터와 기어간에 토오크 부스팅 수력 토오크 변환기를 연결함으로써 보트의 가속을 증가시키는 시스템이 개시되어 있다. 그러한 토오크 변환기를 사용함으로써 펌프와 터빈간에는 거의 20%의 미끄러짐이 허용됨으로써 프로펠러가 완전히 구동되기 전에 모터가 가속될 수 있으며, 이렇게 하여 모터는 가속 사이클의 시작단계에서 적어도 어느 정도는 모터의 최고출력속도에 이르는 속도를 갖게 된다. 토오크 변환기의 미끄러짐은 고정 가이드레일의 사용에 의해 그리고 펌프 터빈 날개의 형상에 의해 제한되며, 토오크 변환기내에서 연속적으로 증가된 수압이 실제적인 힘으로 프로펠러를 구동하기 전에 모터속도의 증가는 제한된다. 그러나, 펌프와 터빈 및 가이드레일과 사이에서 거의 20%의 비교적 큰 미끄러짐이 획득될 수 없기 때문에, 프로펠러상의 완전한 모터출력이 획득될 수 없었고, 또한 과열의 위험성 등으로 인하여 그러한 미끄러짐은 소정 시간 이상으로는 허용될 수 없다. 따라서, 상기한 특허공개의 수압.토오크 변환기에는, 모터가 예정된 속도에 이를 때 연결되고 모터의 속도가 이 예정된 속도이하로 떨어질 때 분리되는 잠금가능한 기계적인 커플링, 소위 록업 클러치가 제공된다.

상기 언급한 형태의 장치는 모터의 출력이 프로펠러에 전달되기 전에 거의 최대의 속도를 필요로 하는, 즉 과급 어셈블리를 구비한 모터, 이른바 터보모터와 같은 모터 및 수면구동 프로펠러를 갖춘 기어에는 사용될 수 없다는 단점이 있었다. 이는 특히 디젤 엔진은 물론 오토모터에 있어서 중대한 결점으로 작용한다. 모터출력이 고속 모터속도에서의 최대출력에 대해 계산되는 이러한 모터를 구비한 보트에 있어서는, 고속 모터속도는 구동력이 프로펠러에 전달되기 전에는 획득될 수 없기 때문에, 상기 장치는 전혀 사용될 수 없다. 또한, 장치는 복잡하고 비용이 많이 들며, 장치가 과열되거나 과도한 미끄러짐으로 인해 수압매체가 과열되는 위험성이 있기 때문에 록업 클러치를 연결하거나 분리하기 위한 특수한 펌프 어셈블리가 요구되며, 고속모터속도 및 출력에서 록업 클러치가 또한 미끄러질 위험성이 있다.

본 발명에 따라, 상기한 문제점은 놀라울 정도로 단순하고도 효과적으로 해결될 수 있다. 즉 모터, 예를 들어 터보 오토 엔진 또는 터보 디젤 엔진과 기어 사이에 간단한 터빈 커플링을 연결함으로써 해결되며, 상기 터빈 커플링은 단지 펌프휠과 터빈휠로 구성되고 짧은 시간주기동안 그리고 구동상태에서 연속적으로 채워지고 비워질 수 있으며, 터빈 커플링은 0∼100% 사이의 어떠한 채워진 상태에서 구동될 수 있고 비워진 상태에서는 모터와 기어가 완전히 분리되며, 채워진 상태에서는 모터와 기어간에 극히 작은 미끄러짐, 통상적으로는 단지 1,5-3%의 미끄러짐만이 야기되고 이 미끄러짐은 하찮은 것이기 때문에 과열의 문제를 일으키지 않는다.

터빈 커플링은 기본적으로 여러가지 면에서 토오크 변환기와는 다르다. 즉, 터빈커플링은 수압매체의 운동에너지에 의해 동작하지만, 토오크 변환기는 수압매체의 압력 에너지에 의해 동작한다. 터빈 커플링은 통상적으로 1,5-3% 의 매우 작은 미끄러짐을 가지지만, 토오크 변환기는 적어도 20%의 미끄러짐을 가지기 때문에 작용 가능하도록 록커플링과 결합되어야만 한다. 또한, 터빈 커플링은 단순한 회전액체의 흐름으로 인해 직접적인 수압 토오크 전달을 받게 되지만, 토오크 변환기는 펌프와 터빈부의 복잡하게 설계된 날개에 의해 야기되는 복잡하게 굴곡진 액체의 흐름으로 인해 그리고 고정 가이드레일이 사용됨으로써 기어감속과 함께 파워가 증폭된다. 토오크 변환기는 본 발명에 의해 해결되는 이들 문제점을 모두 해결하지는 못한다. 반면에 터빈 커플링은 놀라을 정도로 효율적인 방식으로 이들 문제점들을 해결할 수 있다.

그러한 단순한 터빈 커플링을 사용항으로써 다음의 단계를 취할 수 있게 된다.

- 모터가 가동되기 시작할 때, 터빈 커플링은 완전하게 비워지게 되고, 따라서 모터는 사실상 어떠한 저항의 받음이 없이 동작하게 된다.

- 모터는 거의 최대속도로 가속되며, 과급 어셈블리 또는 터보 어셈블리는 연결된다.

- 터빈 커플링은 단지 수압매체로 채워지고, 토오크가 프로펠러에 매우 신속히 전달된다. 이 토오크는 거의 전체 모터출력에 대응하며, 따라서 보트는 신속히 그 활주속도로 가속된다.

- 보트가 활주속도보다 빠른 속도로 구동될 때 모터속도가 바람직한 방식으로 감소된다.

채워진 터빈 커플링은 거의 직접 동작하는 커플링으로 작용하며, 가속방법이 반복될 때 보트속도가 배수위치로 감속될 때까지 채워진 상태를 유지한다.

수면구동 프로펠러는, 앞에서 언급한 바와 같이, 크기가 크고 피치가 크며, 비교적 낮은 속도로 구동되어야만 하며, 따라서 감속기어, 가능하다면 내장역전 기어(built-in reversing gear)를 갖춘 감속기어를 터빈 커플링과 기어 사이에 설치하는 것이 좋다. 감속기어는, 모터가 최대의 속도로 동작할 때 프로펠러가 약 1000-2000 r/m, 바람직하게는 1200-1500 r/m 의 속도를 가지도록 설계되는 것이 좋다. 역전기어는 기계적인 기어 이거나 수압 커플링에 직접 연결되고 단지 역전기어로서만 사용되는 수압 토오크 변환기로서 설계될 수 있다. 보트가 전방으로 항해할 때, 토오크 변환기는 전혀 사용되지 않고 바이패스된다. 그러한 장치에 의해, 최대 전방속도로부터 최대후방출력속도로 토오크 변환기를 직접 연결함으로써 모터는 고속도로 유지된다.

또한, 가변적으로 채워지는 수압 커플링과 그외에 가변경사를 갖는 프로펠러 날개를 구비한 수면구동 프로펠러기구를 사용하여, 역전기어의 필요성을 완전히 제거하고 기어벨트를 통해 터빈 커플링에 직접 구동모터를 연결하는 것이 가능하다. 수압 커플링이 비워졌을 때, 어떠한 모터출력도 기어에 전달되지 않으며, 프로펠러는 이상적인 자유휠 커플링으로의 동작하게 되며, 프로펠러는 움직일 수 없다. 가변경사를 갖는 날개를 구비하는 프로펠러를 사용하면, 프로펠러 날개의 경사가 변동할 때 피치가 변동하고 따라서 프로펠러의 견인력 및 그 중량이 현저하게 변동하는 하중을 지지하는, 보트에 특히 적합한 모터의 하중이 변동된다는 점에서 또한 바람직하다. 또한, 이 장치에 의해, 별도로 구동에 필요한 경제적인 조건이 향상된다. 또한, 피치가 변하는 프로펠러 날개를 사용할 경우, 저속으로, 예를 들어 1 노트 또는 그이하로 보트가 항해할 수 있고, 따라서 보트는 4-5 노트의 최소 아이들링 속도 또는 그 이상의 속도로 구동되는 보트로는 불가능한 예를 들어 고기잡이용으로도 또한 사용될 수 있다.

모터속도를 프로펠러기구에 적합한 기어속도로 감속시키는 것은 벨트 커플링에 의해 또는 그에 대응하는 방법으로 달성될 수 있다.

이하, 첨부도면을 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 선미(1)에서 그 바닥(2)에 인접하여 수면구동 프로펠러 기구(4)가 장착된 보트를 보인 것이다. 이 경우에 있어서, 선미는 약 20-30 도의 경사를 이룸으로써 특수한 형태의 기어, 이른바 CPS 기어에 적용된다. 기어(3)는 기어 유니트(5)와 함께 사실상 선미(1)에서 후방으로 그리고 외측으로 똑바로 연장되며, 내부 클러치와 함께 구동모터, 이 경우에 있어서는 인보드 모터, 특히 과충전 유니트(터보 디젤)를 갖춘 디젤엔진에 연결된다. 클러치와 기어 유니트(5) 사이에 위치한 기어에는 기어를 수평방향으로 선회시키고 기어 유니트(5)를 수직면(경사면)으로 경사지게 하는 장치(8)가 제공된다. 모터(7)는 두개의 유니버셜 조인트와 종래의 슬라이드 커플링을 포함하여 기어 유니트가 조향되고 경사질 때 힘이 전달될 수 있도록 하는 사실상 직선으로 이루어진 구동축에 의해 프로펠러 기구(4)에 구동력을 전달한다. 그외에, 기어는 종래의 방식으로 설계되는 바, 이에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

보트가 이동불가능할 때 그리고 일정한 최소속도로 가속되기 전에, 프로펠러기구(4)는 제1도 및 제4도에 도시한 바와 같이 완전히 수면아래에 위치한다. 그러나, 속도가 증가함에 따라 보트, 특히 선미가 가속됨으로써 기어(3)와 프로펠러 기구(4)는 수면을 향해 상승하고, 보트가 활주속도로 가속되면 활동중인 활동 프로펠러 표면부(9)의 일부만이 물에 잠기게 된다(제3도 참고). 이러한 활동 프로펠러 표면부(9)는 보트가 고속으로 힝해하는 동안 사실상 변하지 않는다.

보트가 움직이기 시작하면, 도시된 5 개의 날개 모두는 물에 대항하여 작용하고, 보트를 활주속도로 가속하기 위해서는 모터로부터 매우 큰 구동파워가 필요하게 된다. 이는, 수면구동 기어상의 프로펠러 날개가 사실상 크고 대응하는 종래의 잠수구동 프로펠러, 예를 들어 이른바 Z 형 또는 INU 기어형의 기어상의 프로펠러 날개보다 더욱 급경사진 피치를 갖게 되기 때문이다. 제2도 및 제4도에 도시한 바와 같이, 보트가 활주속도로 가속되는 순간까지 물의 반응력은 연속적으로 감소하며, 그에 비례하여 보트를 추진하는데 필요한 추진력은 더욱 적게 요구된다.

상기한 바와 같이, 공지된 형태의 장치, 특히 통상적으로 비교적 적은 속도범위를 갖는 디젤엔진을 사용하였을 때 그리고 무엇보다도 과급장치자 연결되기전 및 터보수단에 의하여 더욱 높은 동력범위에 이르기 전에 비교적 고속을 필요로 하는 과압 디젤엔진(터보 디젤엔진)을 사용하였을 때에는 활주속도로 보트를 가속시킬 경우, 문제점이 발생하였다.

이러한 문제는 본 발명에 따라 제5도 및 제6도에 도시한 바와 같이 외관상으로는 필요없는 것 같으나 실제로는 매우 귀중한 터빈 또는 터빈 커플링을 모터(7)의 출력축과 기어(3)간에 연결함으로써 해결된다.

터빈 커플링은 채움이 가변적인 단순하고 신뢰성있게 동작하는 수압 커플링이며, 1 내지 100 %의 채움의 정도로 구동될 수 있다. 채움이 0% 이면, 펌프 날개와 터빈날개는 전혀 접촉하지 않으며, 이 경우에 있어서의 날개간의 미끄러짐은 실제로 100% 이다. 따라서, 터빈 커플링은 모터의 가속을 방해하는 어떠한 저항도 일으키지 않는다. 채움이 완료되면, 터빈 커플링의 미끄러짐은 매우 작다. 예를 들어 1.5-3 % 이다. 따라서, 터빈을 0 내지 100 %의 채움범위중 정도껏 채움으로써 필요한 미끄러짐이 획득된다. 커플링은 잠수함의 용도로 특히 유용한 매우 유연한 커플링이다.

따라서, 터빈 커플링(10)은 커플링의 채움이 시작되기 전 및, 터빈 날개의 출력부가 사실상 프로펠러 날개상의 물의 반응력에 대응하는 저항을 제공하기 전에, 펌프날개를 갖춘 출력부를 비워진 터빈으로 고속으로 가속할 수 있다는 장점을 갖는다.

따라서, 종래의 터빈 커플링을 사용함으로써, 수면구동 프로펠러를 구비하고 하나 또는 다수의 크기가 크지않은 과급 디젤 또는 오토 사이클 엔진을 장착한 보트를 비이동위치에서 활주속도로 신속하고 효율적으로 가속할 수 있게 되며, 이는 공지된 장치로는 불가능하다. 따라서, 이는 보트가 이동가능하지 않을 때 이미 디젤 엔진을 소정 속도로 가속하므로써, 터빈 커플링을 채우기 전에 과급 유니트가 연결되고 프로펠러에 대한 물의 반응력이 큰 값에 이르지 않으면 보트가 활주속도로 가속될 때 곤란을 받게되는 큰 값에 이르는 그러한 속도로 디젤엔진을 가속하는 것이 가능하다. 가변적으로 채워지는 터빈 커플링을 사용하면 커플링을 위한 수압매체를 연속적으로 그리고 일정하게 냉각할 수 있어서 파열의 모든 위험성이 제거된다는 또 다른 장점을 갖게된다.

[실제적인 시험]

실제적인 시험에서는 동일한 보트와 동일한 모터상에서 다른 두 구동시스템을 시험하였다. 보트는 각각 340 마력을 가지고 최대속도는 2000 r/m 으로 나란히 설치된 두 터보 디젤엔진을 장착한 35 피트의 활주형 플라스틱 보트였다. 모터 및 기어를 포함하여 보트의 전체중량은 10 톤이었다.

A. 잠수구동 프로펠러를 구비한 종래의 직선축 :

이 첫번째 실험에서, 보트에는 종래의 방식으로 직선축과 잠수구동 프로펠러를 구비하고 있으며, 보트를 활주속도로 가속하기 위해 최적의 직경이 15 인치고 피치는 17 인치인 잠수구동 프로펠러가 장착되었다. 시작상태에서, 가스입력이 비교적 서서히 수행되어 모터의 과부하를 막았고 그에 의해 검은 디젤 연기가 배출되었으며, 20-30 초가 경과한 후 보트는 최대속도로 가속되었고 모터는 2.40 r/m 에 이르었으며 하중이 걸린 상태에서의 보트의 속도는 28 노트이었다.

B. 수면구동 프로펠러를 갖춘 기어 및 수압 커플링

두번째 시험에서는, A 의 경우와 동일한 보트와 모터를 사용하였으며, 보트에는 수면구동 프로펠러(앞서 언급한 특허 명세서를 참조)는 물론 보이스(Voith)에 의해 제작된 터빈 커플링을 갖춘 기어가 각각의 모터와 각각의 기어간에 장착되었다. 이 경우에, 각각의 프로펠러의 직경은 29 인치이었고 피치는 39 인치이었다. 수압 커플링에는 종래의 삼방향 밸브가 제공되었고 이에 의해 커플링이 적절한 채움의 정도로 신속히 채워지고 비워졌다. 터빈 커플링과 프로펠러축간에는 기어벨트가 변동하는 감속기어(2:1)가 사용되었다. 다음의 실험에서, 보트는 개방된 수면상에서 이동 불가능한 상태에서 움직이기 시작하였고 바람 및 파도의 조건은 A 의 경우와 동일하였으며, 최대의 속도로 가속되었다.

B1. 첫번재 실험에서, 1) 수압 커플링에는 기름이 완전히 비워졌으며' 미끄러짐은 거의 100 % 로 증가하였다. 2) 모터는 최대속도로 가속되었으며, 그때의 속도는 2600 r/m 이었다. 3) 이것과 직접적으로 관련하여, 터빈 커플링에 연결된 삼방향 밸브는 완전히 개방되었고 터빈 커플링은 완전히 채워졌다. 터빈 커플링이 완전히 채워졌을 때 모터의 속도는 2300 r/m 보다 낮게 감속되었고 다시 1200 r/m 의 프로펠러 속도에 대응하는 약 2400 r/m 으로 그 최대속도가 증가하였다 이 경우에, 보트는 매우 강하게 가속되었고 모터는 검은 디젤연기를 방출하지 않았으며 보트는 약 10-12 초 후에 최대속도로 가속되었고, 이때의 보트의 속도는 38 노트이었다. 이는 A 경우보다 10 노트 또는 36 % 더 빠른 것이다.

B2. 두번째 실험에서는 터빈 커플링이 완전히 채워지고 두 디젤엔진은 최대속도로 구동될 때 보트가 항해하기 시작하였다. 이 경우, 모터속도는 단지 600 r/m 으로 증가하였고 보트는 6 노트보다 더 큰 속도로는 가속되지 않았다. 검은 디젤연기가 대기를 가득 채웠다.

B3. 세번째 실험에서는, 터빈 커플링이 약 50% 가량만 채워지고 두 모터가 완전한 가스 입력부로서 사용되는 상태에서 보트를 항해하기 시작하였다. 이 경우, 보트는 약 18 노트까지 서서히 가속되었고 모든 가속단계에서 디젤연기가 심하게 배출되었다. 18 노트 까지의 가속상태에 이르기까지는 약 30-40 초가 소요되었다 수압 커플링이 완전히 채워진 후에야 속도가 38 노트로 증가되었다.

이들 시험을 통해 알 수 있는 바와 같이, 매우 짧은 시간주기동안 상기에서 언급한 상황하에서 활주형보트를 전속도로 가속시킬 수 있다. 이는 실제적이고도 기술적인 문제점이나 결점없이도 수행되며 모터에 과부하가 걸리지않고 터빈 커플링이 과열됨이 없이 그리고 검은 디젤연기를 배출하지 않고도 가속을 시킬 수 있다. 모터를 크게하지 않더라도 가속을 시킬 수 있으며, 이상적인 비소형 프로펠러를 사용할 수 있고 무엇보다도 구동유니트는 장치의 효율성을 크게 증가시킬 수 있다.

구동유니트는 모터속도를 감속시키고 터빈 커플링을 통해 적절한 프로펠러 속도로 전달되는 감속기어를 포함하며, 또한 구동유니트는 감속 또는 역전기능을 속행하는 역전기어를 포함할 수도 있다.

제5도는 터빈 커플링(10)과 기어(3) 사이에 기계적으로 결합된 결합 감속 및 역전기어를 설치하는 방법 및 기어(3)의 입력축(6)을 결합 감속 및 역전기어에 직접 연결하는 방법을 보인 것이다.

제6도에는 동일한 목적을 수행하는 또 다른 실시예를 보인 것이다. 이 경우, 역전기어는 터빈 커플링에 연결된 유니트에 설치되어 있다. 감속기어는 터빈 커플링(10)의 출력축 및 기어(3)의 입력축간에 연장되는 벨트 커플링(12a)으로 구성되며, 커플링 및 기어상의 벨트 디스크는 각각 모터(7)와 기어(3)사이의 기어비율을 결정한다.

터빈커플링(10)은 공지된 어떠한 종류의 것이라도 상관없으며, 예로서 보이스사(Voith company)에서 제작된 터빈 커플링, 즉 다양한 정도로 채워질 수 있는 TP 또는 TD 형태의 커플링일 수 있다.

제7도에는, 유용한 장치의 실시예로서, 터빈 커플링이 종단면도로서 도시되어 있다. 이 경우에 있어서의 터빈 커플링(T)은 수압 토오크 변환기(M) 형태의 역전 커플링 및 여러가지 기어벨트로 이루어진 감속기어(R)에 연결된다. 터빈 커플링(T)은 펌프날개(15)가 장착되는 커플링내의 펌프링의 회전 내부 케이싱(14)에 나사결합에 의해 고정되는 탄성력 전동 디스크(13)를 통해 모터(7)상의 균형휠(12)에 연결된다. 펌프날개(15)에는 터빈 커플링을 각각 채우거나 비우도록 설계된, 밸브에 연결되는 개략적으로 도시한 도관(16)을 통해 수압펌프(도시안됨)로부터 나온 압력매체를 공급한다. 펌프날개(15)에서 나온 수압매체는 질량흐름을 통해 터빈날개(17)에 영향을 미치며, 커플링의 출력축(18)에 연결된다. 이 경우, 터빈 커플링의 출력축(18)은 기어벨트(20)에 의해 감속기어의 출력축(22)상에 설치되는 제2의 대형 기어 벨트디스크(21)와 공동작용하는 기어 벨트디스크(19)로 구성되는 기어벨트 감속기어(R)와 함께 설계된다. 이 출력축(22)은 기어(3)의 입력축(6)에 직접 연결된다.

감속 및 역전기능을 수행하기 위해서, 보트기어에는 통상적으로 종래의 기계적인 역전기어 또는 제5도에 도면부호 11로 나타낸 바와 같이 조합된 감속 또는 역전기어가 제공된다. 제7도에 도시한 실시예에서는, 수압 역전기어(23)는 터빈 커플링(T) 및 감속기어(R)에 연결되는 공지된 형태의 수압 토오크 변환기(M)의 형태를 취한다. 역전기어는 수압 커플링에 대해 반대하는 방향으로 작용하며, 역회전중에만 활성화되는 반면, 터빈 커플링에 작용함으로써 이루어지는 정방향 회전중에는 완전히 분리된다. 역전기어에는 개략적으로 도시된 도관(24)을 통해 수압 펌프(도시안됨)에서 나온 압력매체가 공급된다. 도관(16,24)은 두개의 도관중 하나에 압력매체가 채워질 때 다른 하나는 비워지고 또는 그반대의 현상이 일어나는 다중방향 밸브에 연결되며, 이렇게 하여 터빈 커플링과 역전기어는 필요에 따라 다른 부분에 영향을 미침이 없이 연결될 수 있다.

제8도 및 제9도에는 소위 아르네슨 형태(EP 37.690)로 불리우는 본 발명에 따른 모터-터빈 커플링 어셈블리가 통상적인 보트본체내에 사용되는 본 발명의 적용예가 도시되어 있다. 선미는 수평면에 대해 83도 경사져 있고 모터 어셈블리의 출력축에 수직인 한 다른 경사를 취할 수 있다. 이 경우 다음의 단계를 취하게 된다.

- 모터 어셈블리에는 후방으로 연장되고 감속기어(26)에 부착되는 U자형 후방 지지체(25)를 구비하며, 상기 지지체는 전방 모터 브래킷(28) 및 U형 후방 지지체(25)간에 모터(27)를 현수시키는 후방 모터 지지체로서 기능을 수행한다.

- 기어박스의 출력축의 축이 삽입될 수 있도록 모터의 출력축에 대해 동심적으로 선미(29)에 작은 구멍이 뚫어진다.

- 연장튜브(도시안됨)는 기어박스의 출력축 둘레에 배치됨으로써 머시닝을 보장하는 안내튜브를 형성한다.

- 머시닝은 안내튜브상에서 두 단계의 밀링가공 공구의 배열로 구성된다. 첫번째 단계는 내측에서 원형평면이 기억박스의 출력축에 정확히 수직인 선미의 내측상에서 밀링가공된 표면과 접촉하며, 두번째 단계는 외측에서 유사한 원형평면이 밀링가공된 표면과 접촉한다. 가능한 한 작은 양의 재료가 밀링가공됨에 주의를 요한다. 즉 중앙 구멍의 상부 가장자리에서만 내부 밀링가공 공구가 재료를 밀링가공하게 하고, 중앙구멍의 하부 가장자리사이에서만 외부 밀링가공 공구가 재료를 밀링가공하게 하여야 한다.

- 밀링가공 공구와 연장튜브는 제거된다.

- U형 단면을 취하는 고무 패킹(30)은, 그것이 완전한 것이든 분할된 것이든 간에, 중앙구멍내에 삽입되어 중앙 횡단 가장자리는 물론 외측 및 내측을 덮는다.

- 안내부싱(31)은 고무 패킹(30)내에 삽입되며 그 내측은 설치된 기어(32)의 설치치수에 대응한다.

- 기어(32)는 안내부싱(31)내에 삽입되는 감속기어(26)의 출력축에 인접하며 통상적인 방식으로 나사에 의해 선미(29)에 고정된다.

이 방법을 사용하면, 보트에 도시된 바와 같은 기어를 설치할 수 있는 바, 모터는 보트 본체내에서 여러가지 각도로 위치할 수도 있으며 선미는 변동되는 경사를 가질 수 있다.

제10도는 본 발명의 또다른 적용예를 보인 것으로, 각각 모터(36), 터빈 커플링(37) 및 감속기어(38)로 구성되는 세개의 모터유니트(33,34,35)는 상호 나란히 설치되어 있고 기어(40)의 입력축으로 구성되는 공통 종방향축(39)에 연결되어 있다.

동일한 방식으로, 최적의 숫자로 이루어진 모터유니트가 출력축(39)에 연결될 수 있다. 출력축은 제10도에 도시한 바와 같이 모터유니트 이외에도 그 아래의 어느 곳에도 위치할 수 있다. 이러한 형태의 장치는 여러가지 장점을 갖는다.

- 모터유니트를 적절한 방식으로 위치시킬 수 있다. 즉 보트의 전길이에 걸쳐 또는 다른 방식으로 배치시킴으로써 보트에서의 완전한 중량분배를 실현할 수 있다.

- 연장된 그러나 비교적 얇고 폭좁은 공간에서 설치될 수 있는, 다시 말해 보트의 내용골(keelson)에 근접배치되는 모터유니트 시스템이 획득될 수 있다.

- 각각의 모터유니트는 터빈 커플링(37)을 단순히 비움으로써 완전히 분리되기 때문에 모터유니트 시스템에 따라 적절한 수의 설치모터를 선택해서 사용할 수 있다. 터빈 커플링은 저항을 거의 가지지 않는 완전한 자유휠을 형성한다.

- 부하가 최소일 때, 터빈 커플링을 단순히 비움으로써 하나 또는 다수의 모터를 분리시킬 수 있고 나머지 다른 모터로 보트를 구동시킬 수 있다.

- 통합된 다중 모터유니트보다 가격이 현저히 비싼 하나의 크고 강력한 모터를 설치하는 대신 강력한 모터유니트 시스템을 조립하기 위해 단순하고 가격이 저렴한 표준모터를 사용할 수 있다.

- 서비스 및 보수관리가 간편하고 비용이 많이 들지 않는다.

- 서비스 및 보수관리를 하기 위해 각각의 모터에 접근하는 것이 만족스럽게 이루어진다.

- 단순한 방식으로 그리고 단순한 리프팅 공구에 의해 모터를 보트 밖으로 들어내어 공장이나 정비소로 보낼 수가 있다. 한편 보트는 나머지 모터를 사용한다.

- 어떠한 방식으로든 모터가 상호간에 영향을 미침이 없이 공통 출력축에 대해 다른 출력을 갖는 다른 형태의 모터를 연결시킬 수 있다.

-터빈 커플링의 채움의 정도를 변경시킴으로써 모든 형태의 발생가능한 경우에 맞게 추진조건을 조정할 수 있다.

따라서, 본 발명은 과부하 어셈블리를 갖춘 모터, 특히 과부하 디젤엔진, 이른바 터보 디젤엔진에서 나오는 동력을 활주형보트내의 수면구동 프로펠러기구를 구비한 기어에 전달하는 방법에 있어서,

- 0 내지 100 % 사이에서 변동할 수 있는 채움의 정도를 갖는 것이 바람직한 터빈 커플링이 모터와 기어 사이에 연결되고 터빈 커플링의 펌프요소는 터보모터에 의해 구동되며,

- 터빈 커플링의 터빈요소는 기어의 입력축에 연결되고,

- 터빈 커플링은 가동되기 전에 완전히 또는 부분적으로 비워지며,

- 모터는 물에 대한 현저한 저항력을 가짐이 없이 고속으로 가속되어 프로펠러에 작용함으로써 모터의 과부하 어셈블리가 연결되고,

- 터빈 커플링은 완전히 또는 부분적으로 채워지고, 따라서 모터는 바람직하게는 과부하 어셈블리에 의해 달성되는 완전한 출력으로서 터빈 커플렁을 통해 프로펠러상에서 작용하는 동력전달방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 그러한 방법을 수행하는 장치에 판한 것으로, 과부하 어셈블리를 갖춘 모터, 특히 디젤엔진, 크고 비교적 느리게 회전하는 프로펠러를 갖춘 수면구동 프로펠러기구를 구비한 외부기어, 여러가지 방식으로 채워질 수 있고 터보모터와 프로펠러기구를 갖춘 기어 사이에 장착될 수 있으며 신속히 비워지거나 다시 채워짐으로써, 프로펠러 기구에 의하여 영향을 받는 중요한 반발력이 물로부터 얻어지기 전에 과부하 어셈블리가 연결되어 필요한 속도로 터보모터를 가속시킬 수 있다.

본 발명은 또한 과부하 어셈블리를 갖춘 모터, 특히 디젤엔진, 수면구동 프로펠러 기구를 구비한 외부기어로 이루어지는 구동수단내에서 터빈 커플링을 사용하는 것에 관한 것으로, 터빈 커플링은 신속히 비워지거나 다시 채워짐으로써 물에 의해 영향를 받는 프로펠러기구로부터의 중요한 반응력이 터빈 커플링을 통해 모터에 전달되기 전에 과부하 어셈블리가 연결되는 그러한 속도로 모터를 가속시키는 것에 관한 것이다.

Claims (14)

1. 과급(supercharge) 어셈블리 또는 압축기 어셈블리를 갖춘 모터(7), 특히 과급 디젤엔진으로부터, 큰 피치를 갖춘 대형 프로펠러를 구비하고 활주형보트에 설치되는 수면구동 프로펠러기구(4)를 갖춘 기어로 동력을 전달하는 방법에 있어서, 가변적으로 채워질 수 있는 터빈 커플링(10)이 상기 모터(7)와 기어(3) 사이에 설치되고, 상기 모터(7)는 터빈 커플링(10)의 펌프부(15)를 구동하고, 터빈 커플링(10)의 터빈부(17)는 기어 (3)의 입력축(6)에 연결되며, 상기 터빈 커플링(10)은 보트가 항해하기 시작할 때 완전히 또는 분분적으로 비워짐으로써, 기어로부터 완전히 또는 부분적으로 분리되며, 상기 모터의 속도가 모터 (7)의 과급 어셈블리가 연결될 수 있는 정도로 가속되고, 그 후에 터빈 커플링은 수압매체로 신속히 채워짐으로써 프로펠러기구가 과급 어셈블리의 영향으로 인해 최대가 되는 모터 출력에 의해 작동되며, 보트가 활주속도(planing speed)에 이르렀을 때, 모터속도는 소정의 정도로 감속 및/또는 터빈 커플링의 채움정도가 감소되어, 보트가 활주속도보다 약간 더 높은 속도로 추진될 수 있는 정도로 감속되는 것을 특징으로 하는 동력전달방법.
2. 제1항에 있어서, 보트가 이동불가능한 상태에서 가속될 경우에는, 모터가 최대속도로 가속된 후에 터빈 커플링(10)이 완전히 채워져 미끄러짐이 매우 작게 일어남으로써, 상기 터빈 커플링이 비탄성 커플링으로 작용하는 것을 특징으로 하는 동력전달방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프로펠러는 대응하는 잠수동작 프로펠러에 비하여 크기 및 피치가 른 것을 특징으로 하는 동력전달방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 감속기어(11)가 터빈 커플링(10)파 기어(3) 사이에 연결되며, 상기 감속기어는 모터의 속도가 최대일 때 프로펠러 속도를 1000-2000 r/m, 바람직하게는 1200-1500 r/m으로 만드는 것을 특징으로 하는 동력전달방법.
5. 과급 어셈블리 또는 압축기 어셈블리를 갖춘 모터(7), 특히 과급 디젤엔진 및, 수면구동 프로펠러기구(4)를 구비한 특정형태의 기어(3)로 구성되고, 살기 제1항 내지 제4항 중 한 항에 의한 동력전달 방법을 수행하기 위한 구동장치에 있어서, 상기 터빈 커플링(10)이 상기 모터(7) 및, 수면구동 프로펠러기구(4)를 갖춘 기어(3) 사이에 제공되고, 상기 터빈커플링은 변동가능하게, 바람직하게는 0 내지 100% 사이에서 채워질 수 있으며, 터빈 커플링은 상기 터빈 커플링을 신속하게 채우거나 비울수 있는 수단을 구비하며, 상기 수단은 모터가 프로펠러기구(4)의 영향을 받지 않고 과급 어셈블리가 연결되는 속도, 특히 최대속도로 모터를 가속시킨 후에 터빈 커플링을 신속히 채움으로써, 프로펠러 기구(4)가 최대 또는 거의 최대모터출력으로 작동되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 동력전달장치.
6. 제5힝에 있어서, 상기 프로펠러 기구(4)는 최적의 구동조건에서 대응하는 잠수구동 프로펠러에 비하여 크기 및 피치가 큰 것을 특징으로 하는 동력전달장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 터빈 커플링(10)과 기어(3) 사이에는 감속기어(11)이 연결되며, 상기 감속기어는 프로펠러에 1000-2000 r/m, 바람직하게는 1200-1500 r/m 의 최대속도를 제공하는 것을 특징으로 하는 동력전달장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 감속기어(11)는 기계식 또는 수압식 역전기어에 연결되는 것을 특징으로 하는 동력전달장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 감속기어 (11)는 벨트 커플링, 특히 터빈 커플링 (10) 및 기어(3) 사이에 설치되는 기어벨트 커플렁인 것을 특징으로 하는 동력전달장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 수압식 역전기어는 역전기어로서만 사용되는 토오크 변환 기(M)이고, 상기 동력전달장치가 터빈 커플링(10)이 수압매체로 채워지는 순간 토오크 변환(M)를 자동적으로 분리시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달장치.
11. 0 내지 100 % 사이 에서 가변적으로 채워 질 수 있고, 완전히 채워 질 경우 미끄러짐이 매우 적은, 특히 미끄러짐이 최대 1.5-3 %일 뿐 아니라 신속히 비우거나 채울 수 있는 수단을 구비하는 터빈 커플링(10)의 이용방법으로서, 상기 터빈커플링은 활주형보트용 구동장치내에서 사용되고 상기 구동장치는, 과급 어셈블리를 갖춘 모터(7), 특히 과급 디젤엔진, 이른바 터보 디젤엔진 및, 수면구동 프로펠러기구(4)를 구비하고 상기 보트에서 후방으로 사실상 직선으로 돌출되는 형태의 기어 (3)로 구성되며, 상기 터빈 커플링 (10)은 상기 모터 (7)와 기어 (3) 사이에 연결되며, 터빈 커플링(10) 및 상기 터빈 커플링을 채우거나 비우는 수단은, 물에 의해 영향을 받는 프로펠러기구에서 나온 반발력이 터빈 커플링(10)을 통해 모터(7)에 영향을 미치기 전에, 상기 모터를 과급 어셈블리가 연결될 수 있는 속도, 특히 최대모터 속도로 가속시키고, 그 후에 신속히 채워짐으로써, 상기 프로펠러기구(4)가 모든 가속공정이 일어나는 동안 과급 어셈블리에 의해 야기되는 높은 모터출력의 영향을 받을 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 터빈 커플링의 이용방법.
12. 제11항에 있어서, 기어내에서 상기 프로펠러기구가 하향변경되어, 수면구동 프로펠러가 1000-2000 r/m, 바람직하게는 1200-1500 r/m 의 최대속도로 회전하게 하고, 상기 프로펠러는 대응하는 잠수구동 프로펠러에 비하여 그 크기 및 피치가 큰 것을 특징으로 하는 터빈 커플링의 이용방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 터빈 커플링은 수압식 토오크 변환기(M) 형태인 역전기어와 결합되고, 상기 수압식 토오크 변환기는, 터빈커플링이 채워지기 시작하고, 터빈 커플링이 정방향으로 펌프를 구동하기 시작하자마자 완전히 분리되는 방식으로 설계된 것을 특징으로 하는 터빈 커플링의 이용방법.
14. 제11항 또는 제12항에 있어서, 모터설치에 있어 선미에서 선수쪽으로 보트의 길이방향을 따라 상호 일렬로 배치되는 동일하거나 다른 종류의 다수의 모터유니트로 구성되고, 각각의 모터유니트는 변동가능하게 채워지고 완전히 비워질 수 있는 터빈 커플링(37) 및, 감속기어(38)를 구비하거나 구비하지 않는 구동커플링을 포함하며, 일렬로 배치된 상기 모터유니트(33-35)는 모두 수면구동 프로펠러기구를 갖춘 기어(40)의 입력부에 연결되는 공통 출력축(39)에 연결되며, 공통 출력축(39)은 상기 모터유니트 사이 또는 그 측면으로 연장됨을 특징으로 하는 터빈 커플링의 이용방법.