KR20140041429A - 러더 프로펠러 - Google Patents

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KR20140041429A
KR20140041429A KR1020137020977A KR20137020977A KR20140041429A KR 20140041429 A KR20140041429 A KR 20140041429A KR 1020137020977 A KR1020137020977 A KR 1020137020977A KR 20137020977 A KR20137020977 A KR 20137020977A KR 20140041429 A KR20140041429 A KR 20140041429A
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맨프레드 히어
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숏텔 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 구동 샤프트, 및 상기 구동 샤프트에 의해 앵귤러 드라이브 및 유성 기어에 의해 구동될 수 있는 프로펠러 샤프트를 포함하는 러더 프로펠러에 있어서, 상기 기어는 상기 프로펠러 샤프트에 위치되어 있고, 상기 기어는, 커플링을 통해 상기 앵귤러 드라이브에 연결된 선 기어, 고정 링 기어, 및 상기 선 기어와 상기 링 기어 사이에서 회전하며 유성 캐리어에 장착되어 있는 유성 기어를 포함하는, 러더 프로펠러에 관한 것이다. 상기 유성 캐리어는 토크에 대항하여 상기 프로펠러 샤프트에 고정되어 있으며, 상기 앵귤러 드라이브와 상기 선 기어 사이의 커플링은, 상기 앵귤러 드라이브에 대한 상기 선 기어의 반경 방향 및 각도 변위가 보상될 수 있도록, 이중 카르단 회전 가능하게 고정된 가요성 커플링으로서 디자인되어 있다.

Description

러더 프로펠러{RUDDER PROPELLER}
본 발명은, 구동 샤프트, 및 상기 구동 샤프트에 의해 앵귤러 드라이브(angular drive) 및 유성 기어링을 통해 구동될 수 있는 프로펠러 샤프트를 가진 러더 프로펠러에 있어서, 상기 유성 기어링은 상기 프로펠러 샤프트에 위치되어 있고, 상기 유성 기어링은, 커플링을 통해 상기 앵귤러 드라이브에 연결된 선 기어, 고정 링 기어, 및 유성 캐리어에 장착되어 있으며 상기 선 기어와 상기 링 기어 사이에서 주행하는 유성 기어를 포함하고, 상기 유성 캐리어는 비틀림 강성 방식으로 상기 프로펠러 샤프트에 장착되어 있는 러더 프로펠러에 관한 것이다.
서두에서 언급된 형태의 러더 프로펠러는 예를 들면 DE 28 43 459 A1로부터 공지되어 있다. 러더 프로펠러는 선박을 구동 및 조종하기 위해 사용되며, 통상적으로 선박 내에 위치되는 구동 모터의 모터 토크는, 수직 연장되는 구동 샤프트, 및 하류에 연결되는 유성 기어링을 가진 앵귤러 드라이브를 통해, 프로펠러를 지지하는 수평 연장 프로펠러 샤프트로 전달된다. 앵귤러 드라이브 및 유성 기어링은, 선체의 외부에 위치되며 선박을 조종하기 위한 목적을 위해 수직 축 주위로 회전될 수 있는 공유되는 하우징 내에 수용된다. 이와 관련하여, 목표는, 이러한 하우징을 가능한 한 유선형으로 즉 하우징 내의 프로펠러 샤프트 베어링 및 다른 부품의 크기에 제한을 가하는 작은 외부 크기로 만드는 것이다. 다른 한편, 유성 기어링은, 러더 프로펠러의 작동 동안에, 예를 들면 프로펠러의 자체 중량으로 인해 프로펠러 샤프트에 발생하는 처짐 곡선 및 프로펠러 샤프트에 대한 프로펠러의 축 방향 압력으로 인해, 상당한 하중을 받는다. 이들 힘의 발생에도 불구하고 유성 기어링의 유성 기어에 대한 하중의 가능한 가장 균일한 분포를 얻기 위해, 선 기어와 앵귤러 드라이브 사이의 커플링 예를 들면 앵귤러 드라이브 내에 구비되는 한 세트의 내부 이와 맞물리는 한 세트의 커플링 이를 제공하는 것이 제안되었다. 이것은 이의 안내를 통해 선 기어를 현수되게 하여, 발생하는 힘을 반경 방향으로 보상하는 소정 능력을 선 기어에 부여한다. 그러나 선 기어의 이러한 현수는 선 기어와 앵귤러 드라이브 사이의 각도 오프셋에 대처하지 못하여, 종래기술로부터 공지된 이러한 종류의 커플링은 복잡할 뿐만 아니라 여전히 마모가 발생하여, 향상을 필요로 하는 상황을 발생시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은, 유성 기어링에 작용하는 하중을 보상하기 위해 간단한 구조상의 조치가 선 기어의 가능한 가장 마모 없는 현수를 발생시키는 서두에서 언급한 형태의 러더 프로펠러를 제안하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 청구항 1항의 특징에 따른 러더 프로펠러의 실시를 제안한다.
본 발명의 바람직한 실시예 및 수정은 종속항의 주제이다.
본 발명에 따라, 상기 앵귤러 드라이브와 상기 선 기어 사이의 커플링은, 상기 앵귤러 드라이브에 대한 상기 선 기어의 반경 방향 및 각도 변위를 보상할 수 있도록, 이중 카르단 작용(double-cardanically functioning)을 하는 회전 가능하게 고정된 보상 커플링의 형태로 실시되어 있다. 그러한 실시예에 의해, 러더 프로펠러의 작동 동안에 발생하는 하중 특히 프로펠러 샤프트에 대한 프로펠러의 압축력 및 프로펠러 샤프트의 처짐을 신뢰성 있게 보상할 수 있으며 바람직하게 작은 양의 공간만 필요로 하는 선 기어의 사실상 마모 없는 이중 카르단 현수 장치를 실현할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따라, 상기 회전 가능하게 고정된 보상 커플링은 굽은 이 커플링(curved-tooth coupling)의 형태로 구비되어 있다. 굽은 이 원리는, 굽은 이 커플링이 사실상 마모 없는 방식으로 작동되도록, 반경 방향 및 각도 변위가 발생할 때 이에서의 에지 하중 현상을 피할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따라, 상기 회전 가능하게 고정된 보상 커플링은, 이중 카르단 현수를 확실하게 하기 위해, 이중 배치 즉 중간 피스를 통해 연결된 2개의 다이어프램 컴포넌트를 가지고 실시되는 다이어프램 커플링의 형태로 구비되어 있다. 그러한 값싸게 생산할 수 있는 다이어프램 커플링에 의해서도, 작은 전체 사이즈에도 불구하고 선 기어의 바람직한 이중 카르단 현수를 확실하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 러더 프로펠러에 사용되는 유성 기어링의 하중 보상 및 힘 흡수를 더 향상시키기 위해, 또한, 링 기어 상의 반경 방향 및 접선 방향 힘이 이들 가요성 핀에 의해 흡수될 수 있도록, 상기 링 기어가 탄성 변형 가능한 상기 가요성 핀에 의해 하우징 내에 장착될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따라, 상기 가요성 핀은 그 단부로부터 길이 방향 스팬의 중간을 향해 증가하는 직경을 가지고 길이 방향으로 테이퍼 절단(taper-cut)으로서 실시될 수 있다. 상기 가요성 핀은 상기 링 기어 내의 축 방향 관통 보어 내에 삽입되어 있으며, 상기 가요성 핀의 각각의 단부는 상기 링 기어로부터 돌출되어 있고, 이들 돌출한 단부는 상기 하우징 내의 대응 리세스에 맞물려 있다.
이와 관련하여, 이들 가요성 핀은 상기 링 기어 및 상기 하우징 내에 가능한 한 작은 유격으로 이상적으로는 전혀 유격 없이 위치되어 있다.
가요성 핀은 하우징 내에서의 링 기어의 회전만 방지하고, 축 방향 이동은 방지하지 않는다.
상술한 가요성 핀은 링 기어에 반경 반향 이동성을 주어, 유성 기어링의 개별적 이 맞물림들 사이의 하중 보상을 향상시킨다. 가요성 핀은 용이하고 값싸게 생산될 수 있어, 전체적으로, 구조적 복잡성을 약간만 증가시키면서 상당히 향상된 마모 작용을 가진 러더 프로펠러를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예 및 상세사항을 아래에서 도면에 도시된 예시적 실시예와 관련하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 러더 프로펠러 내의 구동 디바이스의 도면으로서, 2개의 다른 실시예를 하나의 도면에 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 유성 기어링의 링 기어의 지지부의 다른 상세도이다.
도 1은, 전체 기구의 일부만 개략적으로 도시하고 있는, 본질적으로 공지된 디자인의 러더 프로펠러의 구동기의 도면이다. 기본적 구동 원리는, 예를 들면 그 설명이 원용에 의해 본 명세서에 포함되는 DE 28 43 459 A1로부터 공지되어 있다.
도면 부호 1은, 선체의 외부에서 하향 연장되며 상세히 도시되지 않은 구동 모터에 의해 회전되는 수직 연장 구동 샤프트(1)를 나타낸다. 구동 샤프트는 피봇 베어링(10)에 의해 지지되고, 단부에서, 아래에서 더 상세히 설명되는 앵귤러 드라이브(2)의 컴포넌트인 피니온(11)을 가진다.
도면 부호 4는, 구동 샤프트(1)에 대해 직각으로 연장되며 도 1의 도면에서 프로펠러의 좌측 단부에서 선박의 추진을 위한 프로펠러를 상세히 도시되지 않은 방식으로 지지하는 프로펠러 샤프트를 나타낸다.
도시되지 않은 구동 모터는 아래에서 설명되는 방식으로 프로펠러 샤프트(4)를 구동시키기 위해 구동 샤프트(1)를 회전시키는데, 이때 구동 샤프트(1)의 속도는 감소된다.
먼저, 구동 샤프트(1)는, 앵귤러 드라이브(2)의 컴포넌트인 피니온(11)과 함께, 베벨 기어(20)가 프로펠러 샤프트(4) 주위로 자유롭게 회전할 수 있도록, 베어링(21)에 의해 중공 샤프트(200)에 지지되는 베벨 기어(20)를 구동한다. 구동 샤프트(1)로부터 멀어지는 방향으로 향한 단부(22)에서, 베벨 기어(20)는 한 세트의 내부 이를 가지며, 내부 이는, 유성 기어링(3)을 구동하기 위해, 아래에서 더 상세히 설명될 커플링을 통해 유성 기어링(3)의 선 기어(30)에 작동 가능하게 연결된다. 선 기어(30)는 마찬가지로 중공 샤프트(300)를 가지며, 중공 샤프트는, 피니온(20)의 단부(22)를 향한 단부(301)에서, 아래에서 더 상세히 설명될 회전 가능하게 고정되는 보상 커플링에 의해 맞물리는 한 세트의 내부 이를 가진다.
다른 컴포넌트로서, 유성 기어링(3)은, 도시되지 않은 수단에 의해 회전 가능하게 고정되는 방식으로 하우징 내에 장착되는 링 기어(35) 및 복수의 유성 기어(31)를 포함하며, 유성 기어(31)는, 유성 캐리어(33)로부터 돌출되는 유성 굴대(34)에 의해 유성 캐리어(33)에 지지되고, 유성 베어링(32)에 의해 유성 기어 굴대(34)에 회전식으로 지지되며, 선 기어(30)와 링 기어(35) 사이에서 본질적으로 공지된 방식으로 회전된다. 유성 캐리어(33)는, 예를 들면 프로펠러 샤프트에 가열끼워맞춤됨으로써 프로펠러 샤프트(4)에 회전 가능하게 고정되는 방식으로 고정된다. 따라서, 앵귤러 드라이브(2) 및 유성 기어링(3)은 회전이 프로펠러(4)로 전달될 때 구동 샤프트(1)의 회전 속도를 감소시킨다는 것이 명백하다.
그러나, 그러한 러더 프로펠러의 작동에서, 프로펠러 샤프트(4)의 길이 방향 축(L)이 이상적 직선으로 연장되지 않고, 오히려, 프로펠러가 프로펠러 샤프트(4)에 발생시키는 압축력(P) 및 프로펠러 샤프트(4)에 하중을 발생시키는 프로펠러의 높은 자체 중량으로 인해, 명확성을 위해 도 1의 도면에서 과장된 방식으로 도시된 처짐 곡선(BL)에 따른 곡선이 발생하는 것은 문제이다. 그러한 처짐 곡선(BL)이 존재할 때에도 유성 기어링(3)의 원활한 이 맞물림을 확실하게 하기 위해, 상술한 회전 가능하게 고정되는 보상 커플링이 앵귤러 드라이브(2)와 선 기어(30) 사이에 구비되며, 도 1의 도면에 2개의 다른 실시예가 동시에 도시되어 있는데, 즉 중심축(L) 위의 굽은 이 커플링(curved-tooth coupling)(5)과 중심축(L) 아래의 다이어프램 커플링(6)이고, 굽은 이 커플링과 다이어프램 커플링은 서로 대안으로서 사용될 수 있다.
굽은 이 커플링(5)이 회전 가능하게 고정되는 보상 커플링으로서 사용될 때, 대략 U자형 단면을 가진 이러한 슬리브는, 단부가 대응 굽은 이에 의해 피니온(20)의 단부(22)에서의 내부 이 및 선 기어(30)의 단부(301)에서의 내부 이와 맞물리는 2개의 다리부를 가지며, 굽은 이 원리에 고유한 그러한 굽은 이 커플링(5)의 이중 카르단 작동(double-cardanic operation)으로 인해, 앵귤러 드라이브(2)의 베벨 기어(20)에 대한 선 기어(30)의 반경 방향 및 각도 변위를 보상할 수 있다. 이것은 중심축의 표시된 처짐 곡선(BL)에도 불구하고 유성 기어링(3) 내의 상당히 균일한 이 맞물림을 발생시켜, 그 결과 유성 기어링(3)과 굽은 이 커플링(5)은 사실상 마모 없는 방식으로 작동한다.
중심축(L) 아래에 대안으로서 도시된 실시예에서, 이중 배치로 구현되는 다이어프램 커플링(6)은 회전 가능하게 고정되는 보상 커플링으로서 사용되며, 이러한 다이어프램 커플링은 마찬가지로 이중 카르단 작동을 가지고, 베벨 기어(20)에 대한 선 기어(30)의 반경 방향 및 각도 변위를 보상한다. 이러한 경우에, 베벨 기어(20)의 단부(22)와 선 기어(30)의 단부(301)는 각각 내부 이를 가지지 않고, 대신에 각각 적절한 재료로 구성되는 다이어프램 컴포넌트(60, 61)를 가지며, 다이어프램 컴포넌트(60, 61)는 중간 피스(62)에 의해 서로 연결되고, 다이어프램 컴포넌트(60, 61)에 고유한 가요성으로 인해 반경 방향 및 각도 변위를 보상할 수 있어, 유성 기어링(3)의 지극히 유연하고 마모 없는 작동을 발생시킨다.
하중 허용오차의 추가적 증가는 도 2에 도시된 바와 같이 하우징 내의 고정 링 기어(35)의 특수한 장착에 의해 달성된다.
하우징은 도 2에서 도면 부호 37이 부여되어 있고, 도면 부호 37a는 하우징 내에 나사체결될 수 있는 하우징 벨을 나타내며, 도시된 설치된 상태에서 마찬가지로 고정 하우징(37)의 컴포넌트를 구성한다.
외부 원주 가까이에, 링 기어(35)는, 축 방향으로 즉 유성 기어 굴대(34) 및 프로펠러 샤프트(4)에 평행하게 연장되며 가요성 핀(36)을 수용하고 링 기어(35)의 회전을 방지하는 관통 보어(350)를 가진다.
그러면, 가요성 핀(36)에 원통형 외경이 구비되지 않고, 대신에 직경이 단부(36a, 36b)로부터 길이 방향 스팬(36c)의 중간 섹션을 향해 증가하도록 약간 테이퍼 절단(taper-cut)된다. 따라서, 가장 큰 직경은 길이 방향 스팬(36c)의 중간 섹션 근처에 위치된다. 길이 방향 스팬(36c)의 중간 섹션에서의 이러한 최대 직경에 의해, 가요성 핀(36)은 링 기어(35) 내의 관통 보어(350) 내에 가능한 작은 유격을 가지고 수용되며, 단부(36a, 36b)가 링 기어(35)의 둘레에서 링 기어로부터 돌출되고 이들 위치에서 하우징(37) 및 관련 하우징 벨(37a)의 대응 수용 보어 내에 마찬가지로 유격 없이 수용된다. 링 기어(35)의 외경은 하우징(37) 내에 끼워맞춤으로 수용되지 않고 이동될 수 있지만, 가요성 핀(36)은 링 기어를 회전 방지시킨다. 그 결과, 링 기어는 축 방향으로 고정되지만, 탄성 변형 가능한 가용성 핀(36)은 간단한 방식으로 링 기어 상의 반경 방향 및 접선 방향 힘을 흡수할 수 있다. 이러한 점에서, 유성 기어링 내의 이 측면 맞물림(tooth flank engagement)의 추가적 향상이, 프로펠러 샤프트(4)에 의해 발생되는 하중 및 변형의 발생에도 불구하고 비교적 작은 구조적 복잡성을 가지고 달성된다.
상술한 본 발명은, 러더 프로펠러의 작은 전체 사이즈 및 값싼 구조에도 불구하고, 높은 하중에서의 연속적 작동 하에서도 실질적으로 마모 없는 방식으로 작동될 수 있는 러더 프로펠러를 제공한다.

Claims (6)

  1. 구동 샤프트(1), 및 상기 구동 샤프트(1)에 의해 앵귤러 드라이브(2) 및 유성 기어링(3)을 통해 구동될 수 있는 프로펠러 샤프트(4)를 가진 러더 프로펠러에 있어서,
    상기 유성 기어링(3)은 상기 프로펠러 샤프트(4) 상에 위치되어 있고,
    상기 유성 기어링(3)은, 커플링을 통해 상기 앵귤러 드라이브(2)에 연결된 선 기어(30), 고정 링 기어(35), 및 유성 캐리어(33) 상에 장착되어 있으며 상기 선 기어(30)와 상기 링 기어(35) 사이에서 주행하는 유성 기어(31)를 포함하고,
    상기 유성 캐리어(33)는 비틀림 강성 방식으로 상기 프로펠러 샤프트(4)에 연결되어 있으며,
    상기 앵귤러 드라이브(2)와 상기 선 기어(30) 사이의 커플링은, 상기 앵귤러 드라이브(2)에 대한 상기 선 기어(30)의 반경 방향 및 각도 변위를 보상할 수 있도록, 이중 카르단 작용(double-cardanically functioning)을 하는 회전 가능하게 고정된 보상 커플링(5, 6)의 형태로 실시되어 있는,
    러더 프로펠러.
  2. 제1항에 있어서,
    굽은 이 커플링(curved-tooth coupling)(5)이 상기 회전 가능하게 고정된 보상 커플링으로서 구비되어 있는, 러더 프로펠러.
  3. 제1항에 있어서,
    다이어프램 커플링(6)이 상기 회전 가능하게 고정된 보상 커플링으로서 구비되어 있는, 러더 프로펠러.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링 기어(35)는, 상기 링 기어(35) 상의 반경 방향 및 접선 방향 힘이 가요성 핀(36)에 의해 흡수될 수 있도록, 탄성 변형 가능한 상기 가요성 핀(36)에 의해 하우징(37, 37a) 내에 장착되어 있는, 러더 프로펠러.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가요성 핀(36)은 그 단부(36a, 36b)로부터 길이 방향 스팬(36c)의 중간을 향해 증가하는 직경을 가지고 길이 방향으로 테이퍼 절단(taper-cut)으로서 실시되어 있고, 상기 링 기어(35) 내의 축 방향 관통 보어(350) 내에 삽입되어 있으며,
    상기 가요성 핀의 각각의 단부(36a, 36b)는 상기 링 기어(35)로부터 돌출되고 상기 하우징(37, 37a) 내에 맞물려 있는,
    러더 프로펠러.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 가요성 핀(36)은 상기 링 기어(35) 및 상기 하우징(37, 37a) 내에 유격 없이 지지되어 있는, 러더 프로펠러.
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