DE2114052A1 - Zahnradgetriebe,insbesondere fuer Schiffsantriebe - Google Patents

Zahnradgetriebe,insbesondere fuer Schiffsantriebe

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DE2114052A1
DE2114052A1 DE19712114052 DE2114052A DE2114052A1 DE 2114052 A1 DE2114052 A1 DE 2114052A1 DE 19712114052 DE19712114052 DE 19712114052 DE 2114052 A DE2114052 A DE 2114052A DE 2114052 A1 DE2114052 A1 DE 2114052A1
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transmission according
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transmission
output shaft
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DE19712114052
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English (en)
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Albert Oesterle
Erich Dipl-Ing Pollak-Banda
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Renk GmbH
Original Assignee
Renk GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H57/00General details of gearing
    • F16H57/02Gearboxes; Mounting gearing therein
    • F16H57/025Support of gearboxes, e.g. torque arms, or attachment to other devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Details Of Gearings (AREA)

Description

  • Zahnradgetriebe, insbesondere für Schiffsantriebe Die Erfindung besieht sich auf ein Zahnradgetriebe, insbesondere für Schiffsantriebe, dessen Getriebegehäuse an mindestens drei Stellen mit dem Fundament verbunden ist.
  • Bei Stirnradgetrieben ist eine gute Zahnanlage die Voraussetzung für eine einwandfreie Leistungsübertragung. Die in der Praxis vorkommenden verschiedenen Kräfte, z.B. Zahnkräfte, Gewichte, Kräfte aus Fundamentveränderungen sowie Wände -dehnungen u.s.w., wirken auf das Getriebe und seine Fundamentierung ein, rufen Verformungen hervor und verändern somit den Zahnkontakt. Vorttlem bei größeren Getrieben können verschiedene Einflußfaktoren so erhebliche Größenwerte annehmen, daß die Güte des Getriebes in Frage geneigt wird. Wenn diese Kräfte die Lage der Zahnradwellen zueinander derartig verändern, daß ein Zahnende entlastet und das andere stärker belastet wird, wird die spezifische Zahnpressung über-die Länge der Verzahnung variabel mit der Folge, daß der Schwerpunkt der Zahnlast seitlich wegwandert.
  • Zur Vermeidung derartiger Einwirkungen sind schon zahlreiche Vorschläge unterbreitet worden. Im einen Fall wurde das Getriebegehäuse besonders steif ausgebildet, nach Zahnanlage ausgerichtet, und an möglichst zahlreichen Stellen am Fundament befestigt. Bei dieser Maßnahme beherrscht man jedoch lediglich einen Betriebspunkt. Der restliche Betriebsbereich kann jedoch nicht mehr mit optimalem Zahnkontakt gefahren werden, wenn unvermeidliche Fundamentveränderungen vorliegen, die vornehmlich bei Schiffsgetrieben durch Seegang und unterschiedliche Belastung und Beladung entstehen können.
  • Um den nachteiligen Einfluß von Fundamentbewegungen zu verhindern, hat man bisher versucht, das Getriebe oder die gesamte Antriebsanlage an nur drei Punkten mit dem Fundament ortsfest zu verschrauben.. Durch diese Maßnahme körben jedoch nur Bewegungseinflüsse vom Fundament auf das Getriebe in nur einem einzigen Freiheitsgrad unschädlich gemacht werden, während sich Bewegungen in den übrigen -Freiheitsgraden nach wie vor schädlich auf das Getriebe auswirken.
  • Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Zahnradgetriebe, insbesondere für Schiffsantriebe, so zu gestalten und anzuordnen, daß sowohl die unvermeidlichen Fundamentsveränderungen als auch die Formänderungen des Getriebegehäuses aus der Temperaturerhöhung im Betriebszustand keinen schädlichen Sinfluß auf die ordnungsgemäße Zahnanlage ausüben können. Dabei geht die Erfindung davon aus, daß das Getriebegehäuse an mindestens drei Stellen mit dem Fundament verbunden ist.
  • Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe besteht darin, daß das Getriebegehäuse an mindetens einer dr Verbindungsstellen gelenkig mit dem Fundament verbunden ist. Im Rahmen eines bevorzugten Ausführungsbeispieles ist als Gelenk eine sich am Fundament gelenkig abstützende, mit dem Getriebegehäuse gelenkig verbundene Schwinge vorgesehen. Wenn ein Zahnradgetriebe nach Art eines Twin-Getriebes zur Anwendung kommt, sieht die Erfindung analog zur oben genannten Lehre die Anordnung einer zusätzlichen Verbindungsstelle vor, so daß bei einem derartigen Getriebe mithin zwei diametral zur Abtriebswelle angeordnete Schwingen zur Gehäuseabstützung vorgesehen sind. Es erweist stich ferner als besonders vorteilhaft, wenn die einzelne Schwinge vom Fundament ausgehend, schäg gegen das Getriebe geneigt ist.
  • Eine derartige Anordnung des Getriebes hat den Vorteil, daß sich die Verzahnung der Zahnräder selbsttätig einsteLle tann und das Getriebegehäuse unter dem Einfluß der Temperaturänderungen in der Lage ist, sich voll "auszuwachsen". Durch die Anstellung der Schwinge unter einem bestimmten Winkel kann das seitliche Auswachsen des Getriebes aufgrund Temperaturänderungen in einer vorgegebenen Weise das in vertikaler Richtung sich äußernde Wachsen des Getriebes so beeinflussen, daß die An- und Abtriebswellen des Getriebes auf gleicher Ebene bleiben und damit das Entstehen zusätzlicher Biegemomente vermeiden wird.
  • In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß der Tangens des Neigungswinkels der Schwinge in ihrer Mittelstellung etwa dem Verhältnis der Höhe des Schwingendrehpunktes am Gehäuse über dem Fundament zum Abstand zwischen der Abtriebswelle und diesem Schwingendrehpunkt entspricht. Zweckmäßigerweise entspricht hierbei die Länge der Schwinge etwa der Höhe der Abtriebswellenachse über dem Fundament. Bei einer solchen Dimensionierung weicht der Bogenweg, den das Gelenk der Schwinge unter dem Einfluß von Temperaturänderungen zurücklegt, nur unwesentlich von einer geraden Strecke ab, die zwischen den extremen Stellungen des Schwingengelenkes bei unterschiedlichen Wärmebelastungen angenommen wird. Auf diese Weise werden unzulässige Zwangs zustände des Getriebegehäuses vermieden.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann mindestens eie zusätzliche, die vorhandenen axial wirkenden Kräfte aufnehmende Stütze vorgesehen sein, welche das Getriebegehäuse mit dem Fundament gelenkig verbindet. Während die eingangs erwähnten Schwingen im wesentlichen dazu bestimmt sind, Drehmomente aufzunehmen, die um parallel zur Getriebelängsachse sich erstreckende Achsen wirksam sind, ist die zusätzliche Stütze im besonderen dafür geeignet, die noch vorhandenen und von den Schwingen nicht aufnehmbaren, aber das Getriebegehäuse verwindenden Axialkräfte abzustützen, die beispielsweise aus einer Einfachschrägverzahnung der Getrieberäder bzw. aus elastischen Kupplungen resultieren, die zwischen dem Getriebe und dem Antriebsaggregat angeordnet sind.
  • Ein zusätzliches Problem der Erfindung entsteht dann, wenn bei sogenannten Twin-Getrieben zufolge größerer Dimensionen der Getriebebreite eine Dreipunktbefestigung des Getriebes nicht ausreichend erscheint. Um zu vermeiden, daß die Einstellung des einen Getriebesatzes auf gleichmäßigen Zahndruck eine negative Auswirkung auf die Einstellung des parallel dazu befindlichen Getriebesatzes besitzt, sieht die Erfindung vor, daß das Getriebegehäuse entlang der Vertikalebene durch die Abtriebswelle eine nicht starre Dimensionierung aufweist. Durch eine solche Unterdimensionierung sowohl im Oberteil als auch im Unterteil des Getriebegehäuses wird erreicht, daß die Einstellmöglichkeit der Zahnräder des einen Getriebes keinen Einfluß auf die nöglicherweise~anders verlaufende Einstellung der Zahnräder im anderen Getriebeteil nimmt. Ein solches win-Getriebegehäuse wird demnach stirnseitig durch je einen Flansch mit zwei Schrauben und an den beiden anderen Seiten durch je eine Schwinge mit dem-Fundament verbunden'. Durch die Unterdimensionierung des Getriebegehäuses in der Vertikalebene der zentral gelegenen Abtriebswelle wird quasi jede Getriebeseite an drei Stellen mit dem Fundament verbunden und zugleich eine gegenseitige Störung der beiden Getriebeseiten unterbunden.
  • Es liegt auf der Hand, daß angesichts der erfindungsgemäßen Problemstellung deren Lösungen in verschiedener Weise voneinander abweichen bzw. ergänzt werden können. So ist es beispielsweise möglich, wen * an die Gelenke der Schwingen und Stützen aus elastisch nachgiebigen Elementen ausbildet.
  • Wesentlich erscheint, daß man solche Lösungen anstrebt, mit denen man eine gewisse Führung des Getriebegehäuses, das aufgrund von Temperaturdifferenzen Verformungen erleidet, erreicht, die so gezielt sind, daß der Zahnradeingriff und damit der Wirkungsgrad des Getriebes nicht negativ beeinflußt wird. Die Erfindung beæchrankt sich daher nicht af die gezeigten Ausftihrungsbeispiele.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausfahrungsbeispieles schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1: eine Vorderansicht auf ein Twin-Getriebe und Fig. 2: ein Diagramm für eine Berechnungsgrundlage.
  • Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 wird von einem Stirnradgetriebe 1 (Twin-Getriebe) ausgegangen, bei dem das Getriebe über zwei Gehäuseflansche 2, von denen nur der vordere gezeigt ist, auf einem Fundament 3 befestigt ist. Hierbei mögen die beiden Antriebswellen 4,5 koaxial mit Antriebeaggregaten, z.B. Sdiffsdieselmotoren, verbunden sein. Mit 6 ist die Getriebeabtriebswelle bezeichnet.
  • Es fällt auf, daß der einzelne Gehäuseflansch 2 eine wesentlich geringere Breite als die Gesamtbreite des Getriebegehäuses 1 besitzt. Die weit überhängenden Gehäuseteile werden im Sinne der Erfindung durch schwenkbar am Fundament gelagerte Schwingen 7 abgefangen, deren Radius etwa der Höhe der Abtriebswelle 6 über dem Fundament 3 entspricht. Die Neigung der Schwingen 7 ist gegen das Getriebe 1 gerichtet. Der Zweck dieser Anordnung liegt darin, die Dehnung des Getriebes in horizontaler und vertikaler Richtung so aufzufangen sowie Drehmomente aufzunehmen, daß die drei Getriebewellen 4,5,6 in der gleichen Ebene verbleiben und damit ein gleichmäßiger Zahndruck gewährleistet ist. Dabei spielt der Neigungswinkel der einzelnen Schwinge 7 gegen das Getriebe i eine gewisse Rolle.
  • Ein Bespiel einer Berechnungsgrundlage ergibt sich aus Fig. 2. Wenn man davon ausgeht, daß das Gelenk 8, das mit dem Punkt A in Fig. 2 übereinstimmt, der einzelnen Schwinge 7 einen horizontalen Abstand y0 von der Abtriebswellenaehse 6 und eine Höhe b vom Fundament 3 aufweist und wenn man ferner davon ausgeht, daß sich durch den Betrieb die Temperatur des Getriebegehäuses nicht unbeträchtlich erhöht, dann unterliegt der Punkt A am Getriebe sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung-durch Dehnungsverformungen einer Lageänderung. Wenn man einen in allen Richtungen konstanten Wärmeausdehnungskoeffizienten annimmt, dann ergibt sich im Punkt A eine Dehnung in vertikaler Richtung um das Maß # h sowie in horizontaler Richtung eine Dehnung um das Maß t v. Da im Punkt A die Schwinge 7 angreift, bewegt sich der Punkt A aus der Überlagerung der beiden Wärmedehnungen entlang eines Kreisbogens in Richtung zum Punkt B. Würde die Schwinge 7 nicht vorhanden sein, so würde sich der Punkt A auf der geraden OAB bewegen.
  • Um bei dieser Grundlage die Bedingung zu erfülen, daß bei unterschiedlicher Dehnung in der Breite gegeüber in der Höhe dennoch die Achsen der Wellen 4,5,6 auf gleicher Ebene verbleiben sollen, kommt es auf die Winkellage der Schwinge 7 an. Aus den Gleichungen A h = ho . ast .α v v = v0 .
  • ergibt sich, daß t h : # v - ho : v0 = Tangens Aus Fig. 2 ergibt sich mithin, daß der Gelenkpunkt D (Gelenk 9 in Fig. 1) in einem Winkel t , bezogen auf die Vertikale durch Punkt A liegt, wobei die Strecke DE die Mittesenkrechte zur Strecke AB darstellt. Die in der-Zeichnung der Fig. 2 stark übertriebene Kurvenstrecke AB ist in der Praxis gegenüber der geraden Strecke AB wesentlich flacber, wenn man- davon ausgeht, daß der Radius r der Schwinge 7 etwa der Höhe H der Abtriebswelle 6 über dem Fundament 3 entspricht.
  • Nach der Lehre der Erfindung soll das Getriebegehäuse an drei Stellen mit dem Fundament 3 verbunden sein, von denen die eine Stelle gelenkig (Schwinge 7) und die beiden anderen Stellen ortsfest sind und diese durch die beiden Flansche 2 an der Vorder- und Rückseite des Getriebes gebildet sind.
  • Wenn aber ein Twin-Getriebe, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, am Fundament 2 angeflanscht werden soll, werden zwei Schwingen 7 vorgesehen und das Getriebegehäuse so dimensioniert, daß es entlang der Vertikalebene 13 durch die Abtriebswelle 6 nicht starr ist. Die Folge davon ist, daß die eine Getriebeseite mit der Antriebswelle 4 keinen schädlichen Einfluß auf die andere Getriebeseite mit der Antriebswelle 5 und umgekehrt ausüben kann.
  • Mit 9 ist das Schwingengelenk am Fundament 3 dargestellt. Die Erfindung sieht vor, daß diese Gelenke 9,8 beispielsweise auch aus federnden Elementen bestehen können. Mit 10 sind die bei Schiffsantrieben üblichen Pumpenantriebswellen bezeichnet, die beim Ausführungsbeispiel unterhalb des Fundamentes 3 verlaufen.
  • Patentansprüche:

Claims (8)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1.) Zahnradgetriebe, insbesondre für Schiffsantriebe, dessen Getriebegehäuse an mindestens drei Stellen mit dem Fundament verbunden ist, dadurch g e k e n -z e i c h n e-t, daß das Getriebegehäuse (1) an mindestens einer der Verbindungsstellen gelenkig mit dem Fundament (3) verbunden ist.
  2. 2.) Getriebe nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß als Gelenk eine sich am Fundament (3) gelenkig abstützende, mit dem Getriebegehäuse (1) gelenkig verbundene Schwinge (7) vorgesehen ist.
  3. 3.) betriebe nach Anspruch 1 oder 2,durch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Gelenkachse (9) parallel zur Getriebelängsachse (6) verläuft.
  4. 4.) Getriebe nach anspruch 2 oder 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Schwinge (7) vom Fundament (3) ausgehend, schräg gegen. das Getriebe (1) geneigt ist.
  5. 5.) Getriebe nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß der Tangens des Neigungswinkels (<r) der Schwinge (7) in ihrer Mittelstellung etwa dem Verhältnis der Höhe (h ) des Schwingendrehpunktes (8) am Gehäuse (1) 0 über dem Fundament (3) zum Abstand (vO) zwischen der Abtriebswelle (6) und diesem Schwingendrehpunkt (8) entspricht.
  6. 6.) Getriebe nach Anspruch 2 oder folgenden, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, daß die länge (r) der.Schwinge (7) etwa in der Größenordnung der Höhe(H) der Abtriebswellenachse (6) tiber dem Fundament (3) entspricht.
  7. 7.) Getriebe nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß zwei diametral zur Abtriebswelle (6) angeordnete Schwingen (7) vorgesehen sind.
  8. 8.) Getriebe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens eine zusätzliche, die vorhandenen axialwirkenden Kräfte aufnehmende Stütze vorgesehen ist, welche das Getriebegehäuse (1) mit de-Fundament (3) gelenkig verbindet. Getriebe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Getriebegehäuse (1) entlang der Vertikalebene (13) durch die Abtriebswelle (6) eine nicht starre Dimensionierung aufweist.
    led.) Getriebe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Gelenke (8,9) aus elastisch nachgiebigen Elementen bestehen.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49111068A (de) * 1973-02-23 1974-10-23
DE19709755A1 (de) * 1997-03-10 1998-09-24 Zahnradfabrik Friedrichshafen Fahrzeuggetriebe

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