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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schiffsgetriebe mit einer ersten Kupplungswelle und einer zweiten Kupplungswelle, wobei eine Antriebsleistung von einer Antriebswelle des Schiffsgetriebes über die erste Kupplungswelle auf eine mit einem Schiffspropeller verbundene Abtriebswelle geleitet werden kann. Darüber hinaus wird ein Schiffsantrieb mit einem solchen Schiffsgetriebe vorgeschlagen.
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Antriebsanlagen für Schiffe bestehen in der Regel aus mindestens einem Antriebsmotor, einem Schiffsgetriebe, einer Propellerwelle und einem Propeller. Das Schiffsgetriebe ist oft als Wendegetriebe ausgeführt, wobei mittels zweier lastschaltbarer Kupplungen eine Drehrichtungsumkehr einer Abtriebswelle bezogen auf eine Antriebswelle möglich ist, um so den Propeller in einer Vorwärtsdrehrichtung und in einer Rückwärtsdrehrichtung antreiben zu können. Daneben gibt es jedoch auch Schiffsgetriebe ohne Wendefunktion, welche einen einfacheren Aufbau aufweisen. Eine Fahrtrichtungsumkehr eines Schiffs mit einem Schiffsgetriebe ohne Wendefunktion kann beispielsweise durch einen Verstellpropeller bewirkt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schiffsgetriebe ohne Wendefunktion.
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Für derartige Schiffsgetriebe sind auch Anwendungen mit einem Nebenantrieb bekannt. Nebenantriebe an einem Schiffsgetriebe werden auch PTI (engl. für Power Take In) genannt. Nebenantriebe werden häufig zum Anschließen einer elektrischen Maschine genutzt, mit der das Schiff zusätzlich oder anstatt des Hauptantriebsmotors angetrieben werden kann. Dadurch werden verschiedene Betriebsarten und eine breite Anwendbarkeit des Schiffsantriebs ermöglicht. Dabei sind Betriebsarten möglich, in denen die Zusatzantriebsmaschine an die Abtriebswelle des Schiffsgetriebes angekoppelt ist, und andere Betriebsarten, in denen die elektrische Maschine von der Abtriebswelle abgekoppelt ist. Es kann beispielsweise ein rein elektrischer Antrieb realisiert werden, bei dem das Schiff ausschließlich durch die elektrische Maschine angetrieben wird. Dabei kann der Propeller durch Umkehren der Antriebsdrehrichtung der elektrischen Maschine auch in zwei Drehrichtungen angetrieben werden. Daneben kann die Abtriebswelle auch nur von dem Hauptantriebsmotor oder von dem Hauptantriebsmotor und von der elektrischen Maschine gleichzeitig angetrieben werden. Ein solcher Schiffsantrieb mit einem elektrisch antreibbaren Nebenantrieb wird auch Hybridantrieb genannt.
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Aus der
DE 10 2012 218 910 A1 ist ein Schiffsgetriebe ohne Wendefunktion mit einem Nebenantrieb bekannt. Das darin beschriebene Schiffsgetriebe umfasst eine mit einem Hauptantriebsmotor verbundene Antriebswelle, welche über eine lastschaltbare Kupplung, eine Ritzelwelle mit einem Antriebsritzel und ein Abtriebszahnrad mit einer Abtriebswelle verbindbar ist. Der Nebenantrieb ist dabei mittels eines Nebenantriebsritzels und eines damit kämmenden Nebenantriebszahnrads antriebswirksam an die Ritzelwelle des Schiffsgetriebes angeschlossen. Das Nebenantriebsritzel ist dabei als eine Hohlwelle ausgebildet, durch die eine Kupplungswelle des Nebenantriebs geführt ist.
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Ferner ist aus der
JP 2013 - 244 913 A ein Schiffsgetriebe mit einem Nebenantrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein solches Schiffsgetriebe insbesondere im Hinblick auf eine einfache und kompakte Bauweise zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Schiffsgetriebe gemäß Anspruch 1 und durch einen Schiffsantrieb gemäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wird ein Schiffsgetriebe mit einem Nebenantrieb vorgeschlagen, welches eine mit einem Hauptantriebsmotor verbindbare Antriebswelle aufweist, die über eine Hauptantriebskupplung und eine Ritzelwelle mit einer Abtriebswelle verbindbar ist. Die Antriebswelle ist mittels der Hauptantriebskupplung mit der Ritzelwelle kuppelbar. Auf der Ritzelwelle ist ein Antriebsritzel verdrehfest angeordnet, welches mit einem verdrehfest auf der Abtriebswelle angeordneten Abtriebszahnrad kämmt.
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Eine Kupplungswelle des Nebenantriebs ist über eine Nebenantriebskupplung ebenfalls mit der Abtriebswelle verbindbar. Die Nebenantriebskupplung weist einen Innenlamellenträger und einen Außenlamellenträger auf, wobei der Innenlamellenträger verdrehfest mit einer Nebenantriebsritzelwelle verbunden ist. Die Nebenantriebsritzelwelle und der Innenlamellenträger können beispielsweise starr miteinander verbunden oder einstückig ausgeführt sein. Auf der Nebenantriebsritzelwelle ist ein Nebenantriebsritzel verdrehfest angeordnet. Die Nebenantriebsritzelwelle ist als Hohlwelle ausgebildet, durch welche die Kupplungswelle geführt ist. Mit anderen Worten verläuft die Kupplungswelle durch die als Hohlwelle ausgebildete Nebenantriebsritzelwelle hindurch. Die Kupplungswelle und die Nebenantriebsritzelwelle sind somit koaxial zueinander angeordnet. Dadurch wird eine kompakte Bauweise des Schiffsgetriebes ermöglicht.
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Erfindungsgemäß kämmt das Nebenantriebsritzel mit dem Abtriebszahnrad. Das heißt, dass sowohl das Antriebsritzel des Hauptantriebs als auch das Nebenantriebsritzel mit dem Abtriebszahnrad kämmen. Dazu sind also das Antriebsritzel, das Nebenantriebsritzel und das Abtriebszahnrad in einer gemeinsamen Verzahnungsebene angeordnet. Mit anderen Worten werden der Hauptantriebsstrang und der Nebenantriebsstrang also auf dem Abtriebszahnrad zusammengeführt. Es ergeben sich für die Positionierung des Nebenantriebs in dem Schiffsgetriebe vorteilhafte Anordnungsmöglichkeiten. Der Nebenantrieb kann insbesondere unabhängig von der Position der Antriebswelle an dem Schiffsgetriebe angeordnet werden. Beispielsweise kann so die Kupplungswelle des Nebenantriebs mit einem horizontalen Achsversatz zu der Ritzelwelle und/oder der Antriebswelle angeordnet werden. Ferner kann die Übersetzung zwischen der Kupplungswelle und der Abtriebswelle unabhängig von der Übersetzung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle verändert und optimiert werden, indem die Zähnezahlen des Nebenantriebsritzels entsprechend ausgewählt wird. Die Abtriebswelle kann permanent mit einer Propellerwelle verbunden sein, auf der ein Propeller, beispielsweise ein Verstellpropeller befestigt ist. Die Erfindung ermöglich ferner eine geringe Abmessung des Schiffsgetriebes in axialer Richtung, sodass sich eine sehr kompakte Bauweise ergibt. Die Axialrichtung bezieht sich auf die Richtung der Rotationsachse der Antriebswelle. Die Antriebswelle, die Kupplungswelle und die Abtriebswelle verlaufen vorzugsweise parallel zueinander, sodass alle in axialer Richtung verlaufen.
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Darüber hinaus kann eine für die jeweilige Anwendung optimale Übersetzung des Nebenantriebs erreicht werden, indem zusätzlich ein vorgelagertes Untersetzungsgetriebe, insbesondere eine Stirnradstufe, eingebaut wird. Dazu wird der Nebenantriebsmotor über das genannte Untersetzungsgetriebe mit der Kupplungswelle des Nebenantriebs verbunden. Eine Eingangswelle des Untersetzungsgetriebes wird dabei als Nebenantriebswelle bezeichnet, welche den Nebenantriebsmotor mit dem Untersetzungsgetriebe verbindet. Die Nebenantriebswelle kann eine separate Welle sein, welche die Motorwelle des Nebenantriebsmotors mit dem Untersetzungsgetriebe verbindet, oder die Nebenantriebswelle ist die Motorwelle des Nebenantriebsmotors. Bei der letztgenannten Ausführung ist der Nebenantriebsmotor also unmittelbar an das Untersetzungsgetriebe angebaut.
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Mithilfe des Untersetzungsgetriebes können hohe Drehzahlen der elektrischen Maschine angepasst werden, um an der Propellerwelle geringere Drehzahlen zu bewirken, wie sie für einen optimalen Vortrieb am Propeller geeignet sind. Vorzugsweise werden also die Antriebsdrehzahlen eines Nebenantriebsmotors mittels des Untersetzungsgetriebes ins Langsame untersetzt. Mithilfe einer Stirnradstufe als Untersetzungsgetriebe ergeben sich zudem weitere Positionierungsmöglichkeiten für den Nebenantriebsmotor, wodurch der Nebenantrieb vorteilhaft in den, bei der jeweiligen Anwendung zur Verfügung stehenden, Bauraum eingepasst werden kann. Dazu kann das antriebsseitige Stirnrad in einer vorteilhaften Position an dem Umfang des abtriebsseitigen Stirnrads der Stirnradstufe angeordnet bzw. in Eingriff gebracht werden. Das Untersetzungsgetriebe kann ein eigenes Untersetzungsgetriebegehäuse aufweisen oder in einem gemeinsamen Gehäuse mit der elektrischen Maschine oder mit dem Schiffsgetriebe angeordnet sein.
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Eine Nebenantriebswelle kann den Nebenantriebsmotor mit dem Untersetzungsgetriebe verbinden, wobei die Nebenantriebswelle und die Kupplungswelle vorzugsweise in einer gemeinsamen Horizontalebene liegen. Die horizontale Ausrichtung bezieht sich dabei auf den Wasserspiegel eines im ruhenden Wasser liegenden Schiffs, in welches das Schiffsgetriebe bestimmungsgemäß eingebaut ist. Die Nebenantriebswelle und die Kupplungswelle des Nebenantriebs können vorteilhaft parallel zueinander angeordnet sein.
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Die Ritzelwelle und die Nebenantriebsritzelwelle sind baugleich ausgeführt. Die Verzahnungen des Antriebsritzels und des Nebenantriebsritzels greifen beide in die Verzahnung des Abtriebszahnrads ein, sodass diese zumindest eine gleiche Grobgeometrie aufweisen müssen. Indem die Ritzelwelle und die Nebenantriebsritzelwelle als identische Bauteile ausgeführt werden, ergeben sich weitere Vereinfachungen, beispielsweise bei der Herstellung und Lagerhaltung.
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Die Verzahnungen des Antriebsritzels und des Nebenantriebsritzels können jeweils einstückig mit der zugeordneten Ritzelwelle bzw. Nebenantriebsritzelwelle hergestellt worden sein, sodass die jeweilige Verzahnung des Antriebsritzels und des Nebenantriebsritzels unmittelbar an dem zugeordneten Bauteil eingearbeitet ist. In anderen Ausführungen kann zumindest eine der beiden Verzahnungen auch als separates Ritzel hergestellt und danach drehfest mit der jeweils zugeordneten Welle verbunden worden sein.
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Die Hauptantriebskupplung kann wie die Nebenantriebskupplung als Lamellenkupplung ausgeführt sein, sodass die Hauptantriebskupplung einen weiteren Außenlamellenträger und einen weiteren Innenlamellenträger aufweist. Dabei können zumindest die Innenlamellenträger der Hauptantriebskupplung und der Nebenantriebskupplung ebenfalls baugleich ausgeführt sein. Die hohe Anzahl an baugleichen Bauteilen kann im Sinne eines Baukastensystems vorteilhaft genutzt werden. Beispielsweise können baugleiche Innenlamellenträger auch für Schiffswendegetriebe genutzt werden, indem dort für zwei Lamellenkupplungen beider Drehrichtungen ebenfalls identische Bauteile, beispielsweise baugleiche Innenlamellenträger verwendet werden.
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Die Antriebswelle und die Abtriebswelle können vorteilhaft in einer gemeinsamen Vertikalebene angeordnet sein, wodurch der gesamte Schiffsantrieb einfacher in einem Schiffsrumpf eingebaut werden kann. Die Vertikalebene verläuft orthogonal zu der oben definierten horizontalen Ausrichtung. Der Nebenantrieb, insbesondere der Nebenantriebsmotor und die Nebenantriebswelle können mit einem horizontalen Versatz neben der Vertikalebene so angeordnet werden, sodass ausreichend Bauraum zur Verfügung steht, insbesondere für Anschlussflansche des Hauptantriebs und der Abtriebswelle.
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Die genannten Wellen sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse des Schiffsgetriebes gelagert und angeordnet. Das Gehäuse kann dazu Lagerstellen für die Antriebswelle, die Ritzelwelle, die Nebenantriebsritzelwelle und die Abtriebswelle des Schiffsgetriebes auf. Die Lagerstellen sind dabei so angeordnet, dass die Antriebswelle und die Abtriebswelle in der gemeinsamen Vertikalebene liegen. Ein solches Gehäuse kann in identischer Bauweise oder zumindest aus derselben Gussform im Sinne eines Baukastensystems für verschiedene Anwendungen verwendet werden. Beispielsweise kann für ein Schiffsgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse verwendet werden, das in der gleichen Bauform auch für Schiffswendegetriebe verwendet wird. Eine solche Mehrfachverwendung eines einheitlichen Gehäuses bewirkt einen reduzierten Entwicklungsaufwand und ermöglicht geringere Produktions- und Lagerhaltungskosten.
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Die vorliegende Erfindung umfasst ferner einen Schiffsantrieb mit zumindest einem Hauptantriebsmotor und mit zumindest einem Schiffsgetriebe wie oben beschrieben. Dabei ist vorteilhaft eine Ausgangswelle des Hauptantriebsmotors in der gemeinsamen Vertikalebene des zugeordneten Schiffsgetriebes angeordnet. Auf diese Weise ergibt sich eine geradlinige, symmetrische Anordnung des Schiffsantriebs, welche wiederum platzsparend in einem Schiffsrumpf installiert werden kann. Dies vereinfacht die Projektierung, Fertigung und Installation eines solchen Schiffsantriebs.
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Im Folgenden werden die Erfindung und deren Vorteile anhand des Ausführungsbeispiels in der anliegenden Figur noch näher erläutert.
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Dabei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines Schiffsgetriebes in einer Seitenansicht und
- 2 eine schematische Darstellung des Schiffsgetriebes aus 1 in einer Ansicht in axialer Blickrichtung.
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In der 1 und der 2 ist ein Schiffsgetriebe 1 gezeigt, das eine Antriebswelle 3, eine Ritzelwelle 5 und eine Abtriebswelle 8 umfasst. Die Antriebswelle 3 ist mit einer Antriebsmaschine 2, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, verbunden. Die Abtriebswelle 8 ist mit einer Propellerwelle 10 drehfest verbunden. Auf der Propellerwelle 10 ist ein Propeller 9 zum Antrieb des Schiffes befestigt. Die Antriebswelle 3, die Ritzelwelle 5 und die Abtriebswelle 8 sind alle zumindest teilweise in einem Gehäuse 11 des Schiffsgetriebes 1 angeordnet und gelagert.
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Die Antriebswelle 3 ist mittels einer Hauptantriebskupplung 4 mit der Ritzelwelle 5 verbindbar. Im normalen Fahrbetrieb ist die Hauptantriebskupplung 4 geschlossen und der Propeller 9 wird durch den Hauptantriebsmotor 2 angetrieben.
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Die Hauptantriebskupplung 4 ist als Reiblamellenkupplung ausgebildet. Die Hauptantriebskupplung 4 weist daher einen Innenlamellenträger 13 und einen Außenlamellenträger 12 auf. Dabei ist der Außenlamellenträger 12 verdrehfest mit der Antriebswelle 3 verbunden und der Innenlamellenträger 13 ist starr mit der als Hohlwelle ausgebildeten Ritzelwelle 5 verbunden. Auf der Ritzelwelle 5 ist ein Antriebsritzel 6 verdrehfest angeordnet. Das Antriebsritzel 6 kämmt mit einem verdrehfest auf der Abtriebswelle 8 angeordneten Abtriebszahnrad 7.
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Das Schiffsgetriebe 1 umfasst ferner einen Nebenantrieb 20. Der Nebenantrieb 20 ist mittels eines Nebenantriebsmotors 27 antreibbar. Der Nebenantriebsmotor 27 kann insbesondere als elektrische Maschine ausgeführt sein. Mithilfe des Nebenantriebs 20 kann ebenfalls der Propeller 9 angetrieben werden. Dabei kann der Nebenantrieb 20 zusammen mit dem Antrieb durch den Hauptantriebsmotor 2 oder auch allein betrieben werden. Mithilfe des Nebenantriebs 20 mit einem Elektromotor als Nebenantriebsmotor 27 kann das Schiff zumindest zeitweise rein elektrisch angetrieben werden. Der Nebenantriebsmotor 27 ist über eine Nebenantriebswelle 28 und ein Untersetzungsgetriebe 30 mit einer Kupplungswelle 21 des Nebenantriebs 20 verbunden. Das Untersetzungsgetriebe 30 ist als Stirnradstufe mit einem ersten Stirnrad 31 und einem zweiten Stirnrad 32 ausgeführt. Das erste Stirnrad 31 auf der Nebenantriebswelle 28 und das zweite Stirnrad 32 auf der Kupplungswelle 21 stehen permanent miteinander im Eingriff.
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Die Kupplungswelle 21 ist mittels einer ersten Mitnahmeverzahnung 33 verdrehfest mit dem zweiten Stirnrad 32 verbunden. An ihrem anderen Ende ist die Kupplungswelle 21 mittels einer zweiten Mitnahmeverzahnung 34 verdrehfest mit dem Außenlamellenträger 24 einer Nebenantriebskupplung 22 verbunden.
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Die Kupplungswelle 21 ist über die Nebenantriebskupplung 22 mit der Abtriebswelle 8 verbindbar. Die Nebenantriebskupplung 22 ist als Reibkupplung ausgeführt, mit einen Innenlamellenträger 23 und einen Außenlamellenträger 24. Der Innenlamellenträger 23 ist starr mit einer Nebenantriebsritzelwelle 25 verbunden. Auf der Nebenantriebsritzelwelle 25 ist ein Nebenantriebsritzel 26 angeordnet, welches mit dem Abtriebszahnrad 7 kämmt. Das Nebenantriebsritzel 26 und das Antriebsritzel 6 stehen beide permanent mit dem Abtriebszahnrad 7 im Eingriff. Auf diese Weise wird die Antriebsleistung des Hauptantriebsstrangs und des Nebenantriebs 20 auf dem Abtriebszahnrad 7 und auf die Abtriebswelle 8 zusammengeführt.
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Die Nebenantriebsritzelwelle 25 ist als Hohlwelle ausgebildet. Die Kupplungswelle 21 ist durch die als Hohlwelle ausgeführte Nebenantriebsritzelwelle 25 hindurchgeführt. Die Kupplungswelle 21 und die Nebenantriebsritzelwelle 25 sind also koaxial zueinander angeordnet. Die Kupplungswelle 21 ist über Mitnahmeverzahnungen 33, 34 mit dem Stirnrad 32 und mit dem Außenlamellenträger 12 verbunden.
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Die Ritzelwelle 5 und die Nebenantriebsritzelwelle 25 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel baugleich ausgeführt. Ferner sind auch die Innenlamellenträger 13 bzw. 23 der Hauptantriebskupplung 4 und der Nebenantriebskupplung 22 baugleich ausgeführt. Unterschiedliche Leistungsanforderungen können durch eine entsprechende Anzahl an jeweils eingesetzten Kupplungslamellen in der Hauptantriebskupplung 4 und der Nebenantriebskupplung 22 berücksichtigt werden.
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Die Hauptantriebskupplung 4 und die Nebenantriebskupplung 22 können beide mittels einer Antriebssteuereinrichtung oder einer Schiffssteuereinrichtung angesteuert und betätigt werden, sodass in jeder Betriebsphase ein geeigneter Antriebsmodus gewählt werden kann.
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In der 2 sind im Wesentlichen die Wellen, Ritzel und Zahnräder des Schiffsgetriebes 1 und deren Anordnung zueinander dargestellt in einer axialen Blickrichtung, also in der Richtung, in der die Rotationsachse der Antriebswelle 3 verläuft. Die Antriebswelle 3 und die Abtriebswelle 8 sind in einer gemeinsamen Vertikalebene VE angeordnet, sodass sich eine schmale Bauweise des Schiffgetriebes ergibt. Vorteilhaft ist auch eine Motorwelle bzw. Ausgangswelle des Hauptantriebsmotors 2 in der gemeinsamen Vertikalebene VE des Schiffsgetriebes 1 angeordnet, sodass der gesamte Schiffantrieb eine geradlinige und kompakte Bauweise aufweist, welche in einem Schiffsrumpf wenig Bauraum erfordern.
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Ferner ist in der 2 eine Vertikalebene VE eingezeichnet, in der die Antriebswelle 3 und die Abtriebswelle 8 bzw. deren Rotationsachsen gemeinsamen angeordnet sind. Der Nebenantrieb 20 ist mit seiner Nebenantriebswelle 28 und der Kupplungswelle 21 horizontal versetzt zu der ersten Vertikalebene VE angeordnet. Die Nebenantriebswelle 28 und die Kupplungswelle 21 sind parallel zueinander angeordnet und liegen in einer gemeinsamen Horizontalebene HE. Durch die Anordnung der Nebenantriebswelle 26 und der Kupplungswelle 21 in der gemeinsamen Horizontalebene ergeben sich um den Nebenantriebsmotor 27 herum freie Bauräume, welche vorteilhaft für mögliche weiteren Anbaukomponenten an das Schiffsgetriebe 1 und für den Abtriebsflansch der Abtriebswelle 8 genutzt werden können.
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Bezugszeichen
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- 1
- Schiffsgetriebe
- 2
- Hauptantriebsmotor
- 3
- Antriebswelle
- 4
- Hauptantriebskupplung
- 5
- Ritzelwelle
- 6
- Antriebsritzel
- 7
- Abtriebszahnrad
- 8
- Abtriebswelle
- 9
- Propeller
- 10
- Propellerwelle
- 11
- Gehäuse
- 12
- Außenlamellenträger
- 13
- Innenlamellenträger
- 20
- Nebenantrieb
- 21
- Kupplungswelle
- 22
- Nebenantriebskupplung
- 23
- Innenlamellenträger
- 24
- Außenlamellenträger
- 25
- Nebenantriebsritzelwelle
- 26
- Nebenantriebsritzel
- 27
- Nebenantriebsmotor
- 28
- Nebenantriebswelle
- 29
- Lager
- 30
- Untersetzungsgetriebe
- 31
- Stirnrad
- 32
- Stirnrad
- 33
- Mitnahmeverzahnung
- 34
- Mitnahmeverzahnung
- HE
- Horizontalebene
- VE
- Vertikalebene
