DE19501463C2 - Wellengeneratorgetriebe - Google Patents
WellengeneratorgetriebeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Wellengeneratorgetriebe zur Elektroenergieerzeugung an Bord
von Schiffen, das über einen Wellenstrang direkt von der Hauptantriebsmaschine des
Schiffes angetrieben wird.
Die elektrisch einfachste und am häufigsten angewandte Art der Bordenergieerzeugung
stellt der Einsatz von Synchron-Wellengeneratoren dar. Im Antriebsstrang ist eine oder sind
mehrere Getriebestufen angeordnet, von dem aus der Generator angetrieben wird. Die
Generatordrehzahl bzw. die Bordnetzfrequenz steht damit in festem Verhältnis zur Drehzahl
der Antriebsmaschine. In Antriebsanlagen mit Untersetzungsgetriebe enthalten diese
Getriebe dann eine Übersetzungsstufe (PTO-Stufe) zum Antrieb des Wellengenerators.
Antriebsanlagen mit direkt von der Hauptmaschine angetriebenen Propellern verfügen über
speziell zum Antrieb derartiger Generatoren vorgesehene Übersetzungsgetriebe. Erste
Ausführungen wurden als sogenannte Reitergetriebe bekannt, bei denen das Rad der ersten
Getriebestufe starr mit der Propellerwelle verbunden ist und eine drehschwingungsmäßige
Entkopplung erst zwischen der ersten und zweiten Getriebestufe erfolgt.
Die Antriebswelle des Reitergetriebes ist gleichzeitig Bestandteil der
Propellerwellenleitung. Da sich das Getriebe auf der Propellerwelle abstützt, ist keine
eigene aufwendige Fundamentierung erforderlich. Sie bedingt aber eine entsprechende
Verstärkung der Lager der Propellerwelle. Als Anbindung an den Schiffskörper ist lediglich
eine Drehmomentstütze sowie eine axiale Fixierung erforderlich. Um die Übertragung
axialer Bewegungen und daraus resultierende axiale Belastungen auf Getriebe und
Wellengenerator zu vermeiden, wird die erste Getriebestufe geradverzahnt ausgeführt. Von
Nachteil bei dieser Ausführungsform ist, daß im Havariefall die Trennung des Getriebes von
der Wellenleitung zur Unterbrechung des Drehmomentflusses nicht möglich ist.
Bekannt ist der Vorschlag, daß auf einer durchgehenden Propellerwelle ein Planetenträger fest
angeordnet wird, dessen Planetenräder mit dem drehbar auf der Propellerwelle gelagerten
Sonnenrad und dem äußeren, durch eine hydraulisch betätigte Schaltbremse elastisch
gelagerten Ringrad in Eingriff stehen und so bei variabler Propellerwellendrehzahl eine
konstante Getriebeabtriebsdrehzahl ermöglicht wird (DD 90 706).
In DE 39 25 812 A1 (= DD 2 79 147) und in DE 39 25 811 A1 (= DD 2 74 802) wurden Wellen
generatoranlagen zum Antrieb eines die Antriebswelle konzentrisch umhüllenden
Stranggenerators vorgeschlagen, wobei in beiden Fällen über vorgelagerte Getriebestufen die
Drehmomentabnahme von der Antriebswelle auf eine ebenfalls konzentrisch angeordnete
Getriebehohlwelle erfolgt.
Neuere Wellengeneratoranlagen werden drehelastisch an das System Antriebsmaschine -
Wellenleitung - Propulsionsorgan gekoppelt, indem das Übersetzungsgetriebe als schiffseitig
fundamentiertes Tunnelgetriebe ausgeführt ist. Die Propellerwelle wird dabei frei durch das
Getriebe hindurchgeführt. Die Abnahme des Drehmoments erfolgt über eine spezielle
elastische Kupplung zwischen Wellenleitung und Hohlwelle des Übersetzungsgetriebes
(DE-OS 30 46 679 und 33 31 480), so daß bereits vor der ersten Getriebestufe die
drehschwingungsmäßige Entkopplung bzw. Dämpfung zwischen Hauptantriebsanlage
(Propellerwelle) und Getriebe/Generator erfolgt. Da die elastische Kupplung auch axiale
Verlagerungen kompensieren kann und bereits vor dem ersten Zahneingriff mögliche
Stoßbelastungen, die von der Propellerwelle ausgehen können, dämpft, kann auch die erste
Getriebestufe schrägverzahnt ausgeführt werden.
Die Hohlwelle dieser Tunnelgetriebe wird in speziellen Radialgleitlagern mit axialem
Anlaufbund gelagert, die wegen des einerseits erforderlichen großen Durchmessers und
andererseits wegen der geringen Lagerbelastungen ein extrem geringes Verhältnis von
Lagerbreite zu Lagerdurchmesser (b/d) aufweisen. Das erfordert große Sorgfalt bei der
Anordnung der Schmiertaschen, um so eine ungenügende Schmierung (und damit eine
mögliche Schädigung bzw. einen Ausfall der Gleitlager) infolge des Ölseitenflusses zu
vermeiden. Diese Radialgleitlager stellen bei Tunnelgetrieben einen wesentlichen
Kostenanteil dar. Eine technisch mögliche Wälzlagerung stellt hierzu keine Alternative dar,
da die Kosten für vergleichbare Wälzlager noch wesentlich über denen der Radialgleitlager
liegen.
Bei Havarie von Tunnelgetriebe oder Generator ist lediglich der Drehmomentfluß zwischen
Propellerwelle und Getriebehohlwelle durch Ausbau der radial montierbaren
Kupplungssegmente erforderlich.
Ausgehend von diesem Stand der Technik verfolgt die Erfindung das Ziel, eine Gestaltung
für ein Wellengeneratorgetriebe zu finden, das die Vorteile der bekannten
Ausführungsformen Reitergetriebe und Tunnelgetriebe in sich vereinigt. Auch die bei diesen
bekannten Lösungen vorhandenen Nachteile sollen verringert bzw. vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen ein Übersetzungsgetriebe zur
Elektroenergieerzeugung, insbesondere an Bord von Schiffen, derart auszuführen, daß sich
das Getriebe direkt auf der Propellerwelle abstützt, über eine Drehmomentstütze verfügt
und daß das Drehmoment von der Wellenleitung der Hauptantriebsmaschine über eine
drehelastische und auch gegenüber radialem, axialem und winkligem Versatz nachgiebige
Kupplung auf eine zum Getriebe gehörende Hohlwelle geleitet wird, die konzentrisch zur
Propellerwelle angeordnet ist. Diese Hohlwelle, auf der das Rad der ersten Stufe starr
befestigt ist, stützt sich über Gleitbuchsen oder Gleitlagerschalen mit
Selbstschmiereigenschaften auf der Propellerwelle ab. Die Gleitbuchse kann im mittleren
Bereich eine Durchmesserverringerung aufweisen, so daß hier kein Tragen erfolgt. Die
vorgesehene Gleitbuchse oder Gleitlagerschalen sind einseitig mit einem Kragen zur
stirnseitigen Befestigung an der Hohlwelle ausgestattet. Die Gleitlager (Gleitbuchse oder
Gleitlagerschalen) bestehen beispielsweise aus einer hochwertigen Kupferlegierung und sind
mit einem Lagerspiel ausgeführt, das eine betriebsbedingt notwendige Entlastung der Lager
durch Zentrierung oder eine Entnahme der Lager in axialer Richtung gestattet. Die
Gleitlager verfügen über ein gewisses Maß an Elastizität um sich auf einer möglichst großen
Mantelfläche der Propellerwelle abstützen zu können. Durch diese Eigenschaften der
Gleitbuchsen oder Gleitlagerschalen ist die Möglichkeit einer Relativdrehbewegung
zwischen der drehschwingungsbeaufschlagten Propellerwelle und der
drehschwingungsgedämpften Getriebehohlwelle ohne Einschränkung der
Betriebsbedingungen gegeben. Zum Getriebegehäuse hin stützt sich die Hohlwelle radial in
Wälzlagern oder Gleitlagern ab.
Durch die Kupplungsanordnung bereits vor der ersten Getriebestufe werden auch die
axialen Stoßbelastungen verringert, die beispielsweise beim Anfahren des Motors einer
Antriebsanlage mit Festpropeller auftreten, wenn der Propeller aus der Ruhelage heraus
plötzlich eine axial wirkende Schubkraft erzeugt, die vom Motordrucklager aufgenommen
und in den Schiffskörper abgeleitet wird.
Ist die dämpfende Wirkung der elastischen Kupplung auch in axialer Richtung ausreichend,
kann die erste Getriebestufe schrägverzahnt ausgeführt werden. Dann nehmen die Lager der
Hohlwelle auch die daraus resultierende Axialkraft auf.
Das Getriebegehäuse verfügt über eine Axialfixierung, so daß auftretende Axialkräfte wie
die Rückstellkräfte aus der elastischen Kupplung und die Axialkomponenten der
Gewichtskraft des Getriebes infolge Seegang in den Schiffskörper abgeleitet werden
können.
Die Drehmomentweiterleitung von der Hohlwelle bis zum Generator erfolgt so wie in den
bekannten Lösungen: Vom auf der Hohlwelle starr befestigten Zahnrad wird das
Drehmoment auf das Ritzel der Zwischenwelle übertragen, auf dem wiederum das Zahnrad
der zweiten Getriebestufe starr befestigt ist, das mit dem Ritzel der Abtriebswelle, die über
eine Wellenkupplung mit der Generatorwelle wirkverbunden ist, im Eingriff steht. In die
Abtriebswelle kann eine Schaltkupplung zur wahlweisen Unterbrechung des
Drehmomentflusses eingefügt sein.
Ist der Wellengenerator oder das erfindungsgemäße Getriebe selbst defekt, erfolgt die
Unterbrechung des Drehmomentflusses durch Ausbau der radial montierbaren
Kupplungssegmente. Aus dem Stillstand des Getriebes resultiert dann eine Relativdrehzahl
zwischen Propellerwelle und Getriebehohlwelle in Höhe der Drehzahl der Propellerwelle.
Um eine Beschädigung der ungeschmierten und ungekühlten Gleitbuchsen zu vermeiden,
wird mit mehreren Richtschrauben das Getriebegehäuse, ohne Demontage der
Drehmomentstütze, geringfügig, innerhalb des Spiels der Gleitbuchsen, angehoben, so daß
die Gleitbuchsen entlastet sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Gleitbuchsen
oder Gleitlagerschalen vollständig oder teilweise aus der Hohlwelle axial auszubauen, so
daß der dadurch entstehende Abstand zwischen dem Außendurchmesser der Propellerwelle
und dem Innendurchmesser der Hohlwelle eine Berührung beider Wellen ausschließt. Um
ein Herausziehen der Gleitlagerbuchsen oder -halbschalen zu ermöglichen, sind diese
stirnseitig an der Hohlwelle lösbar befestigt. Zusätzliche Befestigungsschrauben am
Gehäuse gewährleisten die Arretierung des Getriebes in dieser angehobenen Position, da
ansonsten infolge der beiden Drehgelenke der Drehmomentstütze die nicht behinderten
Freiheitsgrade eine undefinierte Gehäusebewegung ermöglichen würden.
Verwendet man statt der elastischen Gummikupplung eine Geislinger-Kupplung, so kann
diese in das Getriebegehäuse integriert werden, womit der Raumbedarf der Getriebeanlage
verringert wird. Da die Federpakete in der ölgefüllten Geislinger-Kupplung im Innenstern
axial verschieblich sind, erfolgt auch bei dieser Ausführung eine axiale Dämpfung bzw.
Entkopplung.
Im Havariefall muß der Drehmomentfluß dann zwischen Hohlwelle und Propellerwelle
durch Demontage des geteilt ausgeführten Adapterrings unterbrochen werden. Die
havariebedingte Anhebung des Getriebegehäuses erfolgt wie vordem.
Um den Montageaufwand beim Einbau des erfindungsgemäßen Getriebes gering zu halten,
kann die Propellerzwischenwelle, die durch die Getriebehohlwelle hindurchläuft, Bestandteil
des Getriebes sein. Wird die Propellerzwischenwelle an mindestens einer Seite mittels eines
zylindrischen oder kegligen Preßverbandes mit der Propellerwelle verbunden, kann das
Getriebe komplett montiert in das Schiff gesetzt werden und die Propellerzwischenwelle
wird durch die Getriebehohlwelle hindurchgeführt. Die Gleitbuchsen oder
Gleitlagerhalbschalen können nachträglich eingesetzt werden.
Ein nachträglicher Einbau des erfindungsgemäßen Wellengeneratorgetriebes in eine
vorhandene Schiffsantriebsanlage ist möglich, wenn die Gleitlager, die Hohlwelle mit darauf
befestigtem Stirnrad und die Lager zur gehäuseseitigen Abstützung der Hohlwelle geteilt
ausgeführt werden, die Kupplung radial montierbar ist und innerhalb der Antriebswelle eine
geeignete Stelle zur Drehmomentabnahme vorhanden ist.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Lösung an einem Ausführungsbeispiel verdeutlicht.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt mit außenliegender elastischer Kupplung,
Fig. 2 einen Längsschnitt mit im Gehäuse eingebauter Geislinger-Kupplung,
Fig. 3 eine Ansicht des Getriebes in Wellenlängsrichtung und
Fig. 4 Längsschnitt durch eine Gleitbuchse und Hohlwelle
Fig. 5 Außenansicht der Lagerung der Hohlwelle.
In Fig. 1 ist erkennbar, daß die Antriebswelle 1 mit der elastischen Kupplung 2 und diese
wiederum mit der Hohlwelle 3 über einen geteilten Adapterring 4 kraftschlüssig verbunden
ist. An der Innenwand der Hohlwelle 3 ist eine Gleitbuchse, die im mittleren Bereich eine
Durchmesserverringerung aufweist, oder Gleitlagerschalen 5 starr befestigt und am
Außendurchmesser der Hohlwelle 3 befindet sich ein Steg 6 zur Befestigung des Stirnrades
7 der ersten Getriebestufe. Die Hohlwelle 3 stützt sich radial und auch axial über Wälzlager
8 oder Gleitlager im Getriebegehäuse 9 ab, das zur Hohlwelle 3 hin mittels geteilt
ausgeführter Deckel 10 und Dichtungen 11 die Öldichtheit gewährleistet. Mit dem Stirnrad
7 im Eingriff befindet sich das Ritzel 12 der Zwischenwelle 13, auf dem das Rad 14 der
zweiten Getriebestufe starr befestigt ist. Das Rad 14 befindet sich im Eingriff mit dem Ritzel
15 der Getriebeabtriebswelle 16. Die Zwischenwelle 13 und die Abtriebswelle 16 sind
üblicherweise in Wälzlagern 17, 18 gelagert.
In Fig. 2 ist erkennbar, daß die Antriebswelle 1 über einen geteilten Adapterring 4 mit der
normal zur Wellenlängsrichtung geteilten Hohlwelle 3, speziell mit dem Hohlwellenabschnitt
3a starr verbunden ist, an dessen Innendurchmesser mindestens ein Gleitring 5 befestigt ist
und der die Federpakete der Geislinger-Kupplung 25 trägt sowie in einem Wälzlager 8a
oder Gleitlager radial gelagert ist. Die Geislinger-Kupplung 25 ist am Außendurchmesser
verbunden mit dem Steg 6 des Zahnrades 7 oder dem Zahnrad 7 selbst der ersten
Getriebestufe. Das Zahnrad 7 ist starr verbunden mit dem Hohlwellenabschnitt 3b, der sich
mit Lager 8b im Getriebegehäuse 9 abstützt, das zur Hohlwelle 3 hin mittels geteilt
ausgeführter Deckel 10 und Dichtungen 11 die Öldichtheit gewährleistet. Mit dem Stirnrad
7 im Eingriff befindet sich das Ritzel 12 der Zwischenwelle 13, auf dem das Rad 14 der
zweiten Getriebestufe starr befestigt ist. Das Rad 14 befindet sich im Eingriff mit dem Ritzel
15 der Getriebeabtriebswelle 16. Die Zwischenwelle 13 und die Abtriebswelle 16 sind
üblicherweise in Wälzlagern 17, 18 gelagert.
In Fig. 3 ist erkennbar, daß das Getriebegehäuse 9, daß sich über die Gleitlager 5 auf der
Antriebswelle 1 abstützt, mit einer Drehmomentstütze 19 radial arretiert wird. Ein am
Getriebegehäuse 9 angebrachter Steg 20 greift in einen schiffsseitig angeordneten
Nutkörper 21 als Axialfixierung ein. Am Getriebegehäuse 9 sind Stützflächen 24
angebracht, in denen sich Stellschrauben 22 befinden, die der Anhebung des
Getriebegehäuses 9 im Havariefall dienen. Die Befestigungsschrauben 23 dienen der
Arretierung des Getriebegehäuses 9 in dieser angehobenen Position.
In Fig. 4, 5 ist dargestellt, daß das Gleitlager 5, das als Gleitbuchse oder mittels
Gleitlagerschalen ausgeführt sein kann, über einen Kragen 28 verfügt, der an der Stirnseite
der Hohlwelle 3 mit Befestigungsschrauben 26 lösbar befestigt werden kann. Die Hohlwelle
3 stützt sich über das Gleitlager 5 auf der Antriebswelle 1 ab. Im Havariefall können die
Gleitlagerschalen 5 zwischen Hohlwelle und Antriebswelle entfernt werden, so daß
zwischen beiden Wellen 1, 3 ein ausreichend großer Zwischenraum 27 entsteht, in dessen
Bereich das Getriebegehäuse 9 angehoben werden kann, so ein Berühren von rotierender
Antriebswelle 1 und stillstehender Hohlwelle 3 vermeidend.
Claims (9)
1. Wellengeneratorgetriebe zur Elektroenergieerzeugung an Bord von Schiffen, dessen
Antriebshohlwelle (3) die mit der Hauptantriebsmaschine verbundene Antriebswelle (1)
konzentrisch umschließt und über eine elastische Kupplung (2) ein Drehmoment direkt von der
Hauptantriebsmaschine übertragen bekommt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle
(3) in ihrem Innern ein oder mehrere, auf der Antriebswelle (1) befestigte, ohne äußere
Schmierung gleitfähige und bei Drehmomentenunterbrechung entlastbare und/oder
entnehmbare Gleitlager (5) aufweist, so daß sich das Getriebegehäuse (9) über die Lager (8)
auf der Hohlwelle (3) und diese Hohlwelle (3) über die Gleitlager (5) auf der Antriebswelle (1)
abstützt und dabei eine Drehschwingungen ausgleichende Relativdrehbewegung zwischen
Antriebswelle (1) und Hohlwelle (3) ermöglicht.
2. Wellengeneratorgetriebe mit Vorrichtung zur Entlastung der Gleitlager bei Unterbrechung
des Drehmomentflusses nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebegehäuse (9)
um die Antriebswelle (1) kippbeweglich gelagert ist und außerhalb der Antriebswellenachse
über angreifende Hebe- und Festhalteelemente verfügt.
3. Wellengeneratorgetriebe mit Hebe- und Festhalteelementen nach Pkt. 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebegehäuse (9) über Stützflächen (24) verfügt, auf
denen das Getriebegehäuse (9) mit Stützschrauben (22) angehoben werden kann und mit
Befestigungsschrauben (23) in dieser Position ohne Demontage der Drehmomentstütze (19)
arretierbar ist.
4. Wellengeneratorgetriebe mit Gleitlagern in Form von Gleitbuchsen in der Hohlwelle,
die bei Unterbrechung des Drehmomentflusses aus dem Funktionseingriff nehmbar sind, nach
Pkt. 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerspiel der Gleitlager (5) als Spielpassung
ausgeführt ist und daß die Gleitlager über einen Kragen (28) verfügen, über den diese mit der
Hohlwelle (3) mittels Befestigungsschrauben (26) lösbar befestigt sind.
5. Wellengeneratorgetriebe mit Gleitlagern in Form von Gleitlagerschalen in der
Hohlwelle, die bei Unterbrechung des Drehmomentflusses aus dem Funktionseingriff nehmbar
sind, nach Pkt. 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei dieser Gleitlagerschalen
(5) am Umfang der Antriebswelle (1) angeordnet sind, so daß bei Entfernung wenigstens einer
Gleitlagerschale (5) ein freier Zwischenraum (27) entsteht, der bei Anheben des
Getriebegehäuses (9) die Lagerfunktion der Gleitlagerhalbschalen (5) aufhebt.
6. Wellengeneratorgetriebe nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß im
Leistungsstrang zwischen Antriebswelle (1) und Hohlwelle (3) ein oder mehrere Adapterringe
(4), die radial geteilt ausgeführt sein können, eingefügt sind.
7. Wellengeneratorgetriebe nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (3) in
zwei Hohlwellenabschnitte (3a, 3b) geteilt ist und daß die primäre Hohlwelle (3a) über einen
oder mehrere Adapterringe (4), die geteilt ausgeführt sein können, mit der Antriebswelle (1)
wirkverbunden ist und daß zwischen den Hohlwellenabschnitten (3a, 3b) eine Geislinger-
Kupplung (25) angeordnet ist.
8. Wellengeneratorgetriebe nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitlager (5),
die Hohlwelle (3) mit darauf befestigtem Stirnrad (7) und die Lager (8) der Hohlwelle (3)
radial geteilt ausgeführt sind.
9. Wellengeneratorgetriebe nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle
(1) Bestandteil des Getriebes ist und in die Wellenleitung der Hauptantriebsanlage eingefügt
ist.
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