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Patent Searching and Data


Title:
SHIP DRIVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/159983
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a ship drive (1) comprising a drive machine (2), a transmission (3), a propeller shaft (5) which is driven by the transmission (3), and a bearing arrangement with which the ship drive (1) can be secured to a hull (6) of the ship. The drive machine (2) and the transmission (3) are connected to each other by means of a connecting flange (4) and are arranged within the hull (6) of the ship. The invention is characterized in that a first bearing point which is designed as a rotary bearing (7) is arranged in relation to the rotational axis (15) of the propeller shaft (5) such that a bending moment (9) at the connecting flange (4) is optimized, said bending moment being caused by the propeller thrust (8) and the weight of the drive machine (2) and the transmission (3).

Inventors:
SCAPIN ANGELO (IT)
Application Number:
PCT/EP2013/054939
Publication Date:
October 31, 2013
Filing Date:
March 12, 2013
Export Citation:
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Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (DE)
International Classes:
B63H21/30
Foreign References:
EP0792234B12002-04-03
EP0792234B12002-04-03
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Claims:
Patentansprüche

1 . Schiffsantrieb (1 ), umfassend eine Antriebsmaschine (2), ein Getriebe (3), eine durch das Getriebe (3) angetriebene Propellerwelle (5) und eine Lagerungsanordnung, mit der der Schiffsantrieb (1 ) an einem Schiffsrumpf (6) befestigbar ist, wobei die Antriebsmaschine (2) und das Getriebe (3) mittels eines Verbindungsflansches (4) miteinander verbunden und innerhalb des Schiffsrumpfes (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Drehlager (7) ausgeführte erste Lagerstelle in Bezug auf die Rotationsachse (15) der Propellerwelle (5) derart angeordnet ist, dass ein durch den Propellerschub (8) und durch die Gewichtskraft der Antriebsmaschine (2) und des Getriebes (3) verursachtes Biegemoment (9) an dem Verbindungsflansch (4) optimiert ist.

2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (15) der Propellerwelle durch einen engen Bereich um eine Drehachse (10) des Drehlagers (7) verläuft, wobei der Abstand zwischen Rotationsachse (15) und Drehachse (10) weniger als 500 mm, bevorzugt weniger als 100 mm beträgt.

3. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (15) der Propellerwelle (5) oberhalb der Drehachse (10) verläuft.

4. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (15) der Propellerwelle (5) eine Drehachse (10) des Drehlagers (7) schneidet.

5. Schiffsantrieb nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (10) des Drehlagers (7) im Wesentlichen horizontal verläuft.

6. Schiffsantrieb nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehlager (7) über eine Halterung (13) starr an Längsträgern des Schiffsrumpfes (6) befestigt ist.

7. Schiffsantrieb nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Lagerteil (14) der ersten Lagerstelle einstückig mit einem Gehäuse des Getriebes ausgeführt sind.

8. Schiffsantrieb nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagerstelle zumindest ein vibrationsabsorbierendes Element (18) aufweist.

9. Schiffsantrieb nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungsanordnung genau drei Lagerstellen aufweist, und dass eine zweite Lagerstelle (1 1 ) und eine dritte Lagerstelle (12) an der Antriebsmaschine (2) angeordnet sind.

10. Schiffsantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite und die dritte Lagerstelle vibrationsabsorbierende Elemente aufweisen.

1 1 . Schiff, gekennzeichnet durch einen Schiffsantrieb (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche.

Description:
Schiffsantrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit einer Antriebsmaschine, einem Getriebe, einer durch das Getriebe angetriebenen Propellerwelle und einer Lagerungsanordnung mit der der Schiffsantrieb in einem Schiffsrumpf befestigbar ist, wobei die Antriebsmaschine und das Getriebe mittels eines Verbindungsflansches miteinander verbunden und innerhalb des Schiffsrumpfes angeordnet sind.

Schiffsantriebe mit einer Antriebsmaschine, einem Getriebe, einer Propellerwelle und einer Lagerungsanordnung zum Befestigen der Antriebskomponenten im Schiffsrumpf, bei denen die Antriebsmaschine und das Getriebe innerhalb des Schiffsrumpfes angeordnet sind, sind bekannt. Eine zufriedenstellende Lagerungsanordnung eines derartigen Schiffsantriebes im Schiffsrumpf muss mehrere Anforderungen erfüllen. Erstens muss die Lagerungsanordnung sowohl Gewichtskräfte des aus Antriebsmaschine und Getriebe bestehenden Antriebsaggregates, als auch die Propellerschubkraft, die im Betrieb von der Propellerwelle übertragen wird, aufnehmen und in den Schiffsrumpf übertragen.

Zweitens müssen die Drehmomente abgestützt werden, die im Betrieb von der Antriebsmaschine und der Propellerwelle erzeugt werden. Bei dem eingangs beschriebenen Schiffsantrieb wird beispielsweise der Verbindungsflansch zwischen Antriebsmaschine und dem Getriebe durch Biegemomente besonders belastet, die von der Propellerschubkraft, kurz Propellerschub, und von der Gewichtskraft der Antriebsmaschine und des Getriebes verursacht werden.

Drittens muss die Lageranordnung Vibrationen, die insbesondere durch eine laufende Antriebsmaschine, beispielsweise einen Verbrennungsmotor, angeregt werden absorbieren. Damit soll verhindert werden, dass diese Vibrationen in den Schiffsrumpf übertragen werden und so störende Geräusche oder Schwingungsschäden am Schiffsrumpf oder anderen Komponenten verursachen.

Eine Lagerungsanordnung für einen Schiffsantrieb mit der beschriebenen Zielsetzung ist beispielsweise aus der EP 0792234 B1 bekannt. Diese Schrift be- schreibt ein so genanntes Drei-Punkt-Montagesystem als Lagerungsanordnung, bei dem ein Schiffsmotor und ein Schiffsantrieb in einer aufwändigen Anordnung in einem Schiffsrumpf gelagert sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Schiffsantrieb, bei dem die Antriebsmaschine und das Getriebe innerhalb des Schiffsrumpfes angeordnet sind, in Bezug auf Dauerfestigkeit und auf einfache, kostengünstige Herstellung und Montage weiter zu verbessern, wobei der Schiffsantrieb und dessen Lagerungsanordnung die eingangs beschriebenen Anforderungen erfüllen soll.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch einen Schiffsantrieb mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.

Demnach wird ein Schiffsantrieb, umfassend eine Antriebsmaschine, ein Getriebe, eine durch das Getriebe angetriebene Propellerwelle und eine Lagerungsanordnung, mit der der Schiffsantrieb in einem Schiffsrumpf befestigbar ist, beansprucht, wobei die Antriebsmaschine und das Getriebe mittels eines Verbindungsflansches miteinander verbunden und im Inneren des Schiffsrumpfes angeordnet sind. Erfindungsgemäß wird eine als Drehlager ausgeführte erste Lagerstelle in Bezug auf die Propellerwelle derart angeordnet, dass ein durch den Propellerschub und durch die Gewichtskraft der Antriebsmaschine und des Getriebes verursachtes Biegemoment an dem Verbindungsflansch optimiert wird.

Es hat sich herausgestellt, dass zumindest eine von mehreren Lagerstellen der Lagerungsanordnung vorteilhaft als Drehlager ausgeführt werden sollte. Die dadurch erzielte Verdrehbarkeit des Antriebsaggregates um die Drehachse des Drehlagers ermöglicht die Kompensation von Verformungen des Antriebsaggregates im Betrieb.

Die Optimierung des Biegemomentes am Verbindungsflansch wird bevorzugt dadurch erreicht, dass die Rotationsachse der Propellerwelle durch einen engen Bereich um eine Drehachse des Drehlagers verläuft, wobei die Rotationsachse mit ei- nem Abstand von weniger als 500 mm an der Drehachse des Drehlagers vorbei verläuft. Innerhalb dieses Bereichs kann der Abstand zwischen der Rotationsachse und der Drehachse je nach gewünschter Drehmomententwicklung variiert werden. Bevorzugt können beispielsweise Abstände im Bereich zwischen 1 und 100 mm gewählt werden.

Mit dem beanspruchten Verlauf der Rotationsachse der Propellerwelle nahe vorbei an der Drehachse des Drehlagers wird vermieden, dass die Schubkraft der Propellerwelle ein hohes Drehmoment um die Drehachse des Drehlagers der ersten Lagerstelle erzeugt. Dadurch wird das durch die Schubkraft der Propellerwelle verursachte Biegemoment an dem Verbindungsflansch zwischen Antriebsmaschine und Getriebe gering gehalten. Gleichzeitig ist jedoch die gewünschte Verdrehbarkeit des Antriebsaggregates um die Drehachse zum Ausgleich von Verformungen im Betrieb gewährleistet.

Der Verbindungsflansch und dessen Verbindungselemente wie z.B. Schrauben, müssen dadurch deutlich weniger Belastungen standhalten und können so kleiner und leichter ausgeführt werden. Geringere Belastungen der Bauteile führen auch zu einer längeren Lebensdauer der Bauteile. Auch die Antriebsmaschine und deren Gehäuse werden nicht bzw. nur mit einem sehr geringen, durch den Propellerschub verursachten Drehmoment belastet. Die Schubkraft des Propellers wird stattdessen beispielsweise über ein Schubkraftlager, weiter über das Gehäuse des Getriebes und die erste Lagerstelle auf den Schiffsrumpf übertragen.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Rotationsachse der Propellerwelle oberhalb der Drehachse verläuft. Abhängig vom Abstand zwischen der Rotationsachse und der Drehachse wird so durch den Propellerschub ein Drehmoment erzeugt, das dem durch die Gewichtskraft der Antriebsmaschine und des Getriebes verursachten Biegemoment an dem Verbindungsflansch entgegenwirkt. Auf diese Weise kann das maximal auftretende Biegemoment am Verbindungsflansch im Betrieb des Schiffsantriebes reduziert und die Dauerfestigkeit des Schiffsantriebes verbessert werden. Der in dieser Schrift verwendete Begriff oberhalb bezieht sich auf den Zustand des mit bestimmungsgemäß eingebautem Schiffsantrieb im ruhenden Wasser aufrecht liegenden Schiffes. Die in dieser Schrift verwendeten Begriffe horizontal und vertikal sind so zu verstehen, dass horizontal parallel zur ruhenden Wasseroberfläche bedeutet und vertikal senkrecht dazu steht.

Eine andere bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Rotationsachse der Propellerwelle die Drehachse des Drehlagers schneidet. Mit dieser Ausführungsform der Erfindung wird vollständig vermieden, dass die Schubkraft der Propellerwelle ein Drehmoment um die Drehachse des Drehlagers der ersten Lagerstelle erzeugt. Dadurch entsteht an dem Verbindungsflansch zwischen Antriebsmaschine und Getriebe kein zusätzliches Drehmoment durch die Schubkraft der Propellerwelle. Gleichzeitig ist jedoch eine Verdrehbarkeit des Antriebsaggregates um die Drehachse des Drehlagers zum Ausgleich von Vibrationen und Verformungen im Betrieb gewährleistet. Bevorzugt verläuft die Drehachse des Drehlagers in horizontaler Richtung und beispielsweise quer zur Vorwärtsfahrtrichtung des Schiffes. Die im Wesentlichen horizontal verlaufende Drehachse des Drehlagers bedeutet also definitionsgemäß, dass die Drehachse des Drehlagers bei im Wasser liegendem oder fahrendem Schiff parallel zur Wasseroberfläche verläuft.

Vorteilhaft können mit Hilfe der vorliegenden Erfindung die Abmessungen von weiteren Lagerstellen kleiner und leichter gestaltet werden, weil die Propellerschubkraft über die erste Lagerstelle absorbiert beziehungsweise in den Schiffsrumpf abgeleitet wird. Bevorzugt ist die erste Lagerstelle dazu über eine Halterung starr an Längsträgern des Schiffsrumpfes befestigt. Die Halterung ist beispielsweise starr an sogenannten Stringern befestigtbar, die in Längsrichtung des Schiffsrumpfes verlaufend mit diesem starr verbunden oder einstückig ausgeführt sind.

Das Drehlager nimmt Verformungen des aus Antriebsmaschine und Getriebe gebildeten Antriebsaggregates auf, die beispielsweise aufgrund von Vibrationen und Wärmeausdehnungen während des Betriebs entstehen. Dazu weist die erste Lagestelle gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung zumindest ein vibrationsabsorbierendes Element auf. Dazu eigenen sich beispielsweise Elemente aus elastischem Material und/oder Federelemente.

Eine einfache und stabile Bauweise des Schiffsantriebes ergibt sich dadurch, dass Teile der ersten Lagerstelle vorzugsweise einstückig mit einem Gehäuse des Getriebes ausgeführt sind.

Bevorzugt ist die Lagerungsanordnung als so genannte Drei-Punkt-Lagerung ausgeführt und weist demgemäß genau drei Lagerstellen auf, wobei die zweite und die dritte Lagerstelle an der Antriebsmaschine angeordnet sind. Die zweite und dritte Lagerstelle können zumindest teilweise einstückig mit einem Gehäuse der Antriebsmaschine ausgeführt sein. Ebenso wie die erste Lagerstelle können auch die zweite und dritte Lagerstelle vibrationsabsorbierende Elemente aufweisen, um die insbesondere von der Antriebsmaschine verursachten Vibrationen zu dämpfen und nicht in den Schiffsrumpf zu übertragen. Häufig wird ein Verbrennungsmotor als Antriebsmaschine eines Schiffes benutzt. Ein Verbrennungsmotor verursacht störende Vibrationen im Schiff, die beispielsweise abhängig von der Anzahl und den Abmessungen der Zylinder des Verbrennungsmotors sind und zur Lärmentwicklung beitragen.

Durch vibrationsabsorbierende Elemente wird die Lärmentwicklung positiv beein- flusst, sowie störende Vibrationen nahe an der Vibrationsquelle reduziert. Beides erhöht den Komfort für die Passagiere und verringert die Belastung anderer Komponenten des Schiffes.

Schließlich umfasst die vorliegende Erfindung ein Schiff mit einem oben beschriebenen Schiffsantrieb.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgend beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsform näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Schiffsantriebes in einer Seitenansicht und Fig. 2 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Schiffsantriebes in einer Draufsicht.

Die Fig. 1 und Fig. 2 stellen die gleiche Ausführungsform der Erfindung in unterschiedlichen Ansichten dar. Deshalb sind in beiden Figuren gleiche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Der erfindungsgemäße Schiffsantrieb 1 umfasst neben der Lageranordnung eine Antriebsmaschine 2, ein Getriebe 3 und eine Propellerwelle 5, die über das Getriebe 3 angetrieben wird und die Abtriebswelle des Getriebes 3 darstellt. Die Propellerwelle 5 rotiert im Betrieb um ihre Rotationsachse 15 und treibt einen nicht dargestellten Propeller an, der im Wasser für den gewünschten Vortrieb sorgt. Dazu erzeugt der im Wasser rotierende Propeller in der Propellerwelle einen Propellerschub 8, der in Fig. 1 durch einen Pfeil gekennzeichnet ist. Der Propellerschub 8 ist die Vortriebskraft des Schiffes und wird beispielsweise über ein nicht dargestelltes Schubkraftlager in dem Getriebe 3, weiter über das Gehäuse des Getriebes 3 und über das Drehlager 7 auf den Schiffsrumpf 6 übertragen.

Die Antriebsmaschine 2 ist beispielsweise ein Verbrennungsmotor, ein elektrischer Antrieb oder ein Hybridantrieb. Die Antriebsmaschine 2 und das Getriebe 3 sind an einem Verbindungsflansch 4 miteinander verbunden, beispielsweise mittels Schraubverbindungen.

Der Schiffsantrieb 1 ist mittels einer Lageranordnung, die aus einer ersten Lagerstelle in Form eines Drehlagers 7, einer zweiten Lagerstelle 1 1 und aus einer dritten Lagerstelle 12 besteht, in einem Schiffsrumpf 6 befestigt. Die schematische Darstellung in den Figuren zeigt vom Schiffsrumpf 6 jeweils nur die Ausschnitte, an denen die jeweilige Lagerstelle 7, 1 1 und 12 befestigt ist. Die Befestigung am Schiffsrumpf 6 erfolgt in der Regel an nicht dargestellten Längsträgern die Teil des Schiffsrumpfes 6 sind.

Über die drei Lagerstellen 7, 1 1 und 12 werden alle am Schiffantrieb 1 auftretenden Kräfte und Drehmomente gegenüber dem Schiffsrumpf 6 abgestützt. Die ers- te Lagerstelle ist als Drehlager 7 ausgestaltet und ermöglicht die Kompensation von Verformungen innerhalb des Schiffsantriebs 1 . Das Drehlager 7 gestattet insbesondere rotatorische Verformungen um die Drehachse 10, die horizontal verläuft und orthogonal zur Fahrtrichtung 17 des Schiffes angeordnet ist. Die zweite und dritte Lagerstelle 1 1 und 12 sind in Fig. 2 aus darstellerischen Gründen um 90 Grad in die Zeichnungsebene verdreht dargestellt. Sie sind jedoch so ausgeführt, dass sie im Wesentlichen vertikal gerichtete Kräfte, wie die Gewichtskraft der Antriebsmaschine 2 und des Getriebes 3 aufnehmen. Die zweite und dritte Lagerstelle 1 1 und 12 unterstützen die beschriebene Kompensationsfähigkeit von Verformungen dadurch, dass sie Verschiebungen in und gegen die Vorwärtsfahrtrichtung 17 zulassen. Ein Fahrtrichtungspfeil 17 zeigt die Vorwärtsfahrtrichtung des Schiffes an.

Das Drehlager 7 umfasst ein starr mit dem Getriebe 3 verbundenes Lagerteil 14, das auch einstückig mit einem Gehäuse des Getriebes 3 ausgeführt sein kann. Die Verbindung des Drehlagers 7 mit dem Schiffsrumpf 6 erfolgt über eine Halterung 13, die in der Ansicht der Fig. 2 zweiteilig dargestellt ist, aber auch einteilig ausgeführt sein kann. Im Kraftfluss zwischen dem Lagerteil 14 und dem Schiffsrumpf 6 ist ein vibrationsabsorbierendes Element 18 angeordnet. Durch dieses vibra- tionsabsorbierende Element 18 wird die Geräuschentwicklung positiv beeinflusst, d.h. der Lärmpegel gesenkt. Des Weiteren werden störende Vibrationen nahe der Vibrationsquelle, in diesem Fall der Antriebsmaschine 2 reduziert. Beides erhöht den Komfort für die Passagiere und verringert die Belastung anderer Komponenten des Schiffes.

Durch die beschriebene Lagerungsanordnung entsteht durch die Gewichtskraft der Antriebsmaschine 2 und des Getriebes 3 ein Biegemoment 9 an dem Verbindungsflansch 4. Dieses Biegemoment 9 belastet die Elemente des Verbindungsflansches 4 und kann durch Schwingungen während der Fahrt des Schiffes noch verstärkt werden. Zusätzlich zu dem durch die Gewichtskraft der Antriebsmaschine 2 und des Getriebes 3 verursachten Biegemoment, kann über die Propellerwelle 5, verursacht durch den Propellerschub 8 ein zusätzliches Drehmoment in das Getriebe 3 eingeleitet werden, welches die Höhe des Biegemomentes 9 im Bereich des Verbindungsflansches beeinflusst. Die Höhe des zusätzlichen Drehmomentes ist je- doch abhängig von der Anordnung der Rotationsachse 15 der Propellerwelle 5 gegenüber der Drehachse 10 des Drehlagers 7. Mit einer Verschiebung der Drehachse 10 gegenüber der Rotationsachse 15 in vertikaler Richtung entlang des gezeichneten Richtungspfeiles 1 6 verändert sich die Höhe dieses Drehmomentes.

Verläuft die Rotationsachse 15 der Propellerwelle 5 entsprechend der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genau durch die Drehachse 10, so entsteht kein zusätzliches Drehmoment durch den Propellerschub 8 und das Biegemoment 9 am Verbindungsflansch 4 bleibt unbeeinflusst von dem Propellerschub 8. Hier wird die Propellerschubkraft direkt von der Propellerwelle 5 über ein nicht dargestelltes Schubkraftlager in dem Getriebe 3, weiter über das Gehäuse des Getriebes 3 und über das Drehlager 7 auf den Schiffsrumpf 6 übertragen.

Gemäß einer anderen Ausführungsart der Erfindung kann die Propellerwelle 5 entlang des vertikalen Richtungspfeils 16 nach oben verschoben werden, sodass die Rotationsachse 15 oberhalb der Drehachse 10 des Drehlagers 7 verläuft. In dieser Anordnung verursacht der Propellerschub 8 ein Drehmoment im Schiffsantrieb 1 , das dem Biegemoment 9 am Verbindungsflansch 4 entgegen gerichtet ist und dieses Biegemoment 9 zumindest teilweise kompensiert. Auf diese Weise kann die maximale Belastung auf den Verbindungsflansch 4 in bestimmten Betriebsphasen begrenzt werden.

Bezuqszeichen

Schiffsantrieb

Antriebsmaschine

Getriebe

Verbindungsflansch

Propellerwelle

Schiffsrumpf

Drehlager

Propellerschub

Biegemoment

Drehachse

zweite Lagerstelle

dritte Lagerstelle

Halterung

Lagerteil

Rotationsachse

Richtungspfeil

Fahrtrichtungspfeil

vibrationsabsorbierendes Element