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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 .
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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.
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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.
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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.
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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.
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Patentansprüche: