DE69010363T2

DE69010363T2 - Ausgewuchtete und steuerbare Kraftübertragung vom Z-Typ.

Info

Publication number: DE69010363T2
Application number: DE69010363T
Authority: DE
Inventors: Cesare Crispo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-03-29
Filing date: 1990-03-23
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2010-03-24
Also published as: EP0389979B1; GB9005383D0; IT8919929A0; GB2231546A; FR2645232A1; US5024639A; EP0389979A2; GB2231546B; IT1228764B; DE69010363D1; EP0389979A3; FR2645232B1

Description

Patentschrift

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die "Z"-förmige Kraftübertragung die vor allem - wenn auch nicht ausschließlich - im Bereich des Schiffantriebs eingesetzt wird.
Die am häufigsten verwendete "Z"-förmige Kraftübertragung ist diejenige, die in der Seesprache "Innen- und Außenbordübertragung" oder "Heckbordfuß" heißt und aus dem Heckspiegel kommt
Die Vorrichtung setzt sich aus folgenden Elementen zusammen:
- aus einem ersten Körper, aus dem die Welle mit dem Schraubenrad kommt,
- aus einem zweiten Körper, in den die Motorwelle führt,
- aus zwei koaxialen und gegenrotierenden Wellen zwischen dem ersten und dem zweiten Körper,
- aus einem Mechanismus im erwähnten zweiten Körper, der die Rotierung des erwähnten ersten Körpers um eine mit den beiden koaxialen und gegenrotierenden Wellen gemeinsamen vertikalen Welle steuert.
Es ist allgemein bekannt, daß für die Manöver in engen Gewässern die Schraube in einer beliebigen azimutalen Richtung orientiert werden muß, um die Beweglichkeit des Schiffes bestmöglichst auszunützen. Außerdem sollte das Heckende auf einer vertikalen Ebene vollständig für eventuelle Kontrollen aufgehoben werden können und/oder dieser Vorgang des Aufhebens sollte in Funktion der gewünschten Richtung der Stoßkraft reguliert werden können, was für gleitende Schiffskörper eine Trimmänderung bedeutet.
Bis heute ist es nur möglich gewesen, die Triebkraft in einer beliebigen Richtung auf der horizontalen Ebene mit dem Einsatz komplizierter Mechanismen unabhängig vom Vorgang des Aufhebens zu steuern, die vom System der Ausgleichung des Drehmoments ausgehen, oder mit einer normalen z-förmigen Übertragung mit langsamen und absolut irreversibeln servogesteuerten Mechanismen.
Das Ausgleichungssystem des Drehmoments ist in den folgenden Patenten beschrieben: US 2 755 765, US 3 094 967, GB 975 436, DE 1 165 442, US 3 486 478, US 3 750 616, US 3 851 614 und US 4 619 158.
Das System des servogesteuerten Mechanismus ist in den folgenden Patenten beschrieben: US 2 499 339, US 2 532 470, US 3 217 688, US 3 452 703, US 3 554 155, US 3 707 939, US 3 769 930, US 3 795 219, US 4 074 652, US 4 516 940 und US 4 634 389.
Auf die vollständige Aufhebung des Heckendes wurde mit Patent US 4 516 940 und auf die Zerlegbarkeit mit Patent US 4 634 389 eingegangen. Aber in beiden Fällen wird das Heckende getrennt und die Kraftübertragung unterbrochen.
Die hier behandelte Kraftübertragung basiert auf dem oben erwähnten System der Ausgleichung des Drehmoments, das mit einer Vorrichtung ausgestattet ist, die Änderungen der azimutalen Ausrichtung der Schraubenradwelle und des Schraubenrrads bis zu 360º zuläßt.
Die vorliegende Erfindung ist darauf ausgerichtet, die z-förmige Kraftübertragung mit Vorrichtungen auszurüsten, die den oben beschriebenen Vorgang ermöglichen. Diese Vorrichtungen sind wie im oben erwähnten US Patent 3 094 967 beschrieben in zwei Gruppen aufgeteilt, die Vorrichtung mit den freien Rädern und die Vorrichtung mit den Differentialen, die für diese Funktion ein Wendegetriebe (22-25 auf Abbildung Nr.1 des vorliegenden Patents) nach dem Differential vorsieht.
Nach der vorliegenden Erfindung kann dank der besonderen Ausrichtung der einzelnen Elemente in der Gesamtstruktur dieses Wendegetriebe entfernt und die Aufhebung des Heckendes auf einer vertikalen Ebene ermöglicht werden - eine andere Zielsetzung dieser Erfindung - außerdem ist natürlich die Ausrichtung der Schraubenradwelle auf der horizontalen Ebene möglich.
Unsere Erfindung ist mit den beiliegenden Abbildungen in nicht limitierenden Beispielen illustriert:
- Abbildung Nr.1:
Schematisiserte Darstellung der traditionellen z-förmigen Kraftübertragung mit dem Ausgleichungssystem des Drehmoments über zwei koaxiale und gegenseitig rotierende, die auf einem Schiffsantrieb montiert sind, ohne Steuerungssystem.
- Abbildung Nr.2:
Schematisierte Darstellung der z-förmigen Kraftübertragung mit Steuerungssystem auf einem Schiffsantrieb montiert, eine Variante der Erfindung.
- Abbildungen Nr. 3 bis Nr. 6
Schematisierte Darstellungen einer anderen Art, die z-förmige Kraftübertragung mit Steuerungssystem nach der vorliegenden Erfindung zu verwirklichen.
- Abbildung Nr. 7:
Darstellung der praktischen Ausführung einer Kraftübertragung nach dem Schema der Abbildung Nr. 5 und entsprechend der Sektion G-G auf Abbildung Nr.8.
- Abbildung Nr. 8:
Darstellung der H-H Sektion der Abbildung Nr. 7.
- Abbildung Nr. 9:
Darstellung im Schnitt der praktischen Ausführung der Kraftübertragung nach Schema auf Abbildung Nr. 4.
- Abbildung Nr. 10:
Beispiel einer Anwendung der Kraftübertragung auf Abbildungen Nr. 2 bis Nr. 6 für die Nutzung der äolischen Energie.
- Abbildung 11:
Beispiel einer Anwendung der Kraftübertragung auf Abbildungen Nr. 2 bis Nr. 6 auf dem Gebiet der Luftfahrt.
Derartige z-förmige Kraftübertragungen gehen vom Schema der Abbildung Nr. 1 aus, wo die gegenrotierenden Wellen die Reaktion beim Drehmoment des Antriebs zwischem dem ersten und dem zweiten Körper annullieren und wo die konischen Getriebe 4 und 5 gleich wie die konischen Getriebe 6 und 7 sind.
Geht man nun davon aus, daß diese Art Kraftübertragung eine stehende Vorrichtung ist, kann man beobachten, daß es nicht möglich ist, das Heckende 1 gegenüber dem oberen Teil 2 um die gemeinsame Welle rotieren zu lassen, weil eine gegenseitige Rotierung der gegenrotierenden Wellen 8 (innen) und 9 (außen) bewirkt werden müßte, und die Lage der Wellen und der mit ihnen verbundenen Getriebe das verhindert.
Unsere vorliegende Erfindung beruht auf zwei grundlegenden Möglichkeiten, das Heckende 1 rotieren zu lassen und geht dabei von Schema Nr. 1 aus (gegenrotierende Wellen und entsprechende Annullierung der Reaktion), nach dem diese Rotierung nicht nur um die vertikale Welle, sondern nach Wunsch auch um die horizontale obere Welle möglich ist, wodurch die Aufhebung des gesamten Heckendes 1 und des oberen Teils oder des Gehäuses 2 möglich ist. Diese beiden Fälle sind auf Abbildungen 2 und 3 schematisch dargestellt, während auf Abbildungen Nr. 3 und Abbildungen Nr. 4 bis Nr. 6 auf einige Varianten eingegangen wird.
Es ist ebenfalls ersichtlich, daß alle Darstellungen auf einem exklusiven und grundlegenden Prinzip beruhen, das nachfolgend leichter verständlich wird. Das Drehmoment der Steuerung führt in das obere Gehäuse 2 über eine koaxiale Welle gegenüber der Welle, die die Antriebsenergie überträgt, damit das Gehäuse 2 frei um diese horizontale Welle rotieren kann und die beiden eingehenden Übertragungen im Inneren des oberen Gehäuses erhalten bleiben. Alle inneren Mechanismen sind deshalb dazu vorgesehen, diese Bedingungen zu erhalten.
Auf Abbildung Nr. 2 sind auf jeder der beiden gegenrotierenden Wellen 8 und 9 die Freiradverbindungen 12 und 13 angebracht.
Auf diese Art verharrt das Heckende mit einer gewissen Stabilität während der effektiven Kraftübertragung in seiner Lage, bis das Drehmoment nicht eintritt, das es zum Rotieren bringt. Der Wert dieses Drehmoments ist gleich oder höher als der Wert, der zu diesem Zeitpunkt von einer der beiden Wellen übertragen wird: Dieses Moment wird über den Zug der Getriebe 14, 15, 16 und 17 der entsprechenden Wellen auf das Heckende 1 übertragen, wobei darauf verwiesen wird, daß die Welle 18 über diese Getriebe dieses Moment auf- und die Steuerung übernimmt. Das Getriebe 17 ist mit dem an Heckende 1 verbunden.
Mit dieser Lösung ist es erforderlich, eine Reibungskupplung an der Motorwelle anzubringen.
In großen Linien ist diese Variante der Übertragung für mittelgroße Schiffe wie Fähren und Schlepper und für Segelboote mit zusätzlichen Motoren vorgesehen.
Abbildungen Nr. 3 und Nr. 4 (der untere Teil der Abbildung Nr. 4 entspricht dem der Abbildung Nr. 3) bezieht sich auf die Variante, die zwischen der Motorwelle 10 und der gegenrotierenden Wellen 8 und 9 ein Differential 21 mit zwei Getriebepaaren 22 mit 23 und 24 mit 25 mit gleicher Übersetzung vorsieht. Dabei sind die Getriebe 23 und 25 je mit den Wellen 8 und 9 verbunden.
Auf diese Weise wird das Drehmoment des Antriebs gleichförmig über das Differential 21 auf den beiden gegenrotierenden Wellen 8 und 9 in Bewegung verteilt, obwohl eine dieser beiden Wellen eine höhere Rotierung als die andere aufweist. Die Bedingungen für eine freie Rotierung des Heckendes bei Kraftübertragung werden wie folgt verwirklicht:
Auf der Abbildung Nr. 3 wird die Bewegung auf die Satelliten des Differentials mit einer an der Welle 10 befestigten Trägerstruktur 25 übertragen, während auf Abbildung 4 die Bewegung über eine Glocke 27 geleitet wird. In beiden Fallen sind die einzelnen Satelliten 28 je mit einem konischen Getriebe verbunden, über das die Bewegung auf die koaxialen vetikalen Achsen 8 und 9 übertragen wird.
Der Mechanismus der Abbildung Nr. 3 ist etwas komplexer, während der der Abbildung Nr. 4 in konstruktiver Hinsicht etwas einfacher ist.
Außer bei den mit Abbildungen Nr. 3e und Nr.4 schematisch dargestellten Mechanismen wird das Differential auch beim Schraubenrad montiert (siehe Schemas 5 und 6), bei denen die oberen Teile wie auf Abbildung Nr. 2 ohne Freiradverbindungen 12 und 13 erscheinen.
Auf der Abbildung Nr. 5 wird die Bewegung der beiden koaxialen Wellen 8 und 9 auf die beiden gegenrotierenden Schraubenräder 39 aufgeteilt und eine der beiden Wellen (auf Abbildung Nr. 5 die zentrale Welle 8) leitet diese Bewegung über ein Differential 29 weiter.
Auch ein an der äußeren Welle angebrachtes Differential kann die gleiche Funktion übernehmen und auch die Lage der Getriebe kann verschieden sein.
Auf der Abbildung Nr. 5 beträgt das vom Differential 29 übertragene Drehmoment, das beim Schraubenrad angebracht ist, die Hälfte des vom Differential 21 übertragenen Drehmoments, das auf den Schemas der Abbildungen Nr. 3 und Nr. 4 für den oberen Teil oder für das obere Gehäuse 2 vorgesehen ist.
Auf der Abbildung Nr. 6 befindet sich das Differential 35 zwischen den beiden horizontalen koaxialen Wellen 36, die in der gleichen Richtung rotieren, und dem Schraubenrad 30. Die Bolzen 37, auf denen die Satelliten rotieren, sind an der Nabe 30 des Schraubenrads befestigt.
In den mit den Abbildungen Nr. 3, Nr. 4, Nr. 5 und Nr. 6 vorgestellten Varianten muß nach dem Motor eine Reibungskupplung eingesetzt werden.
Für die mit den Schemas auf den Abbildungen Nr. 3 bis Nr. 6 dargestellten Übertragungen ist eine allgemeinere Anwendung vorgesehen.
Außer den Anwendungen im Schiffbau kommt diese Erfindung in den verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten auch in anderen Gebieten zum Einsatz, wie zum Beispiel in den Sektoren der Luftfahrt und der äolischen Energie.
Für die Nutzung der äolischen Energie verbindet man ein vom Wind angetriebenes Flügelrad mit einem elektrischen Generator oder mit einer anderen festen Maschine, die Energie braucht (siehe Abbildung Nr. 10) und orientiert die Welle des Flügelrads 39 mit einem der oben schematisch dargestellten Mechanismen für die Kraftübertragung nach der Windrichtung, wobei es auch möglich ist, die Orientierung des Flügelrads nur mit der Kraft der Schaufel 40 zu steuern, die ihrerseits vom Wind oder von einer automatischen Steuerung mit niedriger Leistung betätigt wird.
In der Luftfahrt wird bei Convertible-Flugzeugen mit einem festen Motor die Ausrichtung der Flügelradwelle (oder der Flügelräder) von der vertikalen Lage beim Abflug bis zur horizontalen Lage gesteuert.
Mit einer der oben erwähnten Übertragungen wird dieses Ziel mit dem Einsatz eine Steuregeräts mit niedriger Leistung erreicht.
Die Erfindung wird nachfolgend mit den Beispielen zweier Ausführungen beschrieben, die sich auf die Abbildungen Nr. 3 und Nr. 4 beziehen.
Die Verwirklichung einer Übertragung nach dem Schema der Abbildung Nr. 3 ist auf Abbildungen Nr. 7 und Nr. 8 dargestellt.
Nach der Reibungskupplung und der elastischen Kupplung 42 führt die Motorwelle 41 aus dem Heckspiegel 43 in das Gehäuse 44, wo sie über ein konisches Getriebe 45, 46, die Welle 47 betätigt ( die praktisch der auf den Abbildungen Nr. 2 und Nr. 3 schematisch dargestellten Motorwelle 10 entspricht, auf der die vier Bolzen 48 orthogonal verteilt sind, auf denen die vier konischen Satelliten 49 montiert sind, die untereinander mit zwei konischen Satellitengetrieben 50 verbunden sind. Diese Struktur bildet das Differential 21 auf Abbildung Nr. 3.
Die konischen Getriebe 50 sind einzeln mit den Getrieben 51 und 52 verbunden, die in gleichem Verhältnis die Bewegung über ihre Nebenachsen 55 und 56 auf die beiden vertikalen gegenrotierenden Wellen 53 und 54 übertragen.
Der übliche Vorgelegemechanismus vor den gegenrotierenden Schraubenrädern 57 und 58, dessen Funktion leicht verständlich ist, vervollständigt in diesem Fall die Kraftübertragung.
Die Steuervorrichtung besteht aus der Übertragung, die sich aus der Welle 59 (die der auf Abbildung Nr. 2 schematisch dargestellten Steuerungswelle 18 entspricht) und den Getrieben 59, 60, 61 und 62 zusammensetzt. Das Getriebe 62 ist über die hohle Welle 63 am Heckende 64 befestigt, das die Schraubenräderwellen enthält.
Ein hydraulischer Zylinder 65 bringt den Teil 66 und folglich auch das Heckende um die koaxialen Buchsen 67 und 68 der Welle 59 zum Rotieren und bestimmt damit den Aufhebungswinkel der Schraubenräderwellen zur vertikalen Ebene.
Eine einfache Vorrichtung 69 verhindert das Aufheben des Heckendes 64, wenn die Antriebskraft gegen das Heck gerichtet ist. Die Antriebskraft wird dagegen nicht gehemmt, wenn sich das Heckende nach einem Aufprall auf ein Hindernis erhebt
Durch den Seilzug des Stahlseils 70, das mit der Keilscheibe 71 verbunden ist, kann das Gefüge 64, 66 vollständig aufgehoben werden, um zum Beispiel das Schraubenrad zu kontrollieren oder zu reinigen.
Die Übertragung nach dem Schema der Abbildung Nr. 4 ist auf Abbildung Nr. 9 dargestellt. Der untere Teil entspricht dem unteren Teil der Abbildungen Nr. 7 und Nr. 8.
Die Antriebsenergie erreicht die Glocke 72 über ein mit ihr verbundenem konischen Getriebe 73. An der Glocke 72 sind die Bolzen 74 befestigt, auf denen die Satelliten 75 rotieren, die gleichzeitig mit der Satellitenstruktur 76 der Welle 77 und der Satellitenstruktur 78 verbunden sind und mit dem konischen Getriebe 79 einen Körper bilden.
Die Welle 77 übertragt die Bewegung der Satellitenstruktur 76 auf das konische Gewinde 80. Auf dies Weise wird die Antriebskraft über das Differential auf die vertikalen gegenrotierenden Wellen 81 (innen) und 82 (außen) übertragen.
Der restliche Mechanismus ist gleich wie der, der mit Abbildungen Nr. 7 und Nr. 8 beschrieben ist.
Natürlich sind auch in diesem Fall Motorwelle 77 und Steuerungswelle 59 koaxial, was die Rotierung der gesamten Struktur um ihre gemeinsame Welle für die Aufhebung dieser Struktur ermöglicht.

Claims

1. Die Krauftübertragung vom Z-Typ setzt sich aus folgenden Elementen zusammen:

- aus einem ersten Körper (1), aus dem die Welle mit dem Schraubenrad (11) kommt,

- aus einem zweiten körper (2), in den die Motorwelle (10) fürt,

- aus zwei koaxialen und gegenrotierenden Wellen (8,9) zwischen dem ersten (1) und dem zweiten Körper (2),

- aus einem Mechanismus (14-18) im erwähnten zweiten Körper (2), der die Rotierung des erwähnten ersten Körpers (1) um eine mit dem beiden koaxialen und gegenrotierenden Wellen (8,9) gemeinsamen verticalen Achse steuert;

die folgenden Fakten sind dafür kennzeichnend: das Mittel, das die Rotierung in bezug zwischen dem erwähnten ersten Körper (1) und dem erwähnten zweiten Körper (2) ermöglicht, besteht aus einigen Freiradverbidungen (12,13).

2. Die Krauftübertragung vom Z-Typ setzt sich aus folgenden Elementen zusammen:

- aus einem zweiten körper (2), in den die Motorwelle (10) fürt,

die folgenden Facten sind dafür kennzeichnend: das Mittel, das die bezügliche Rotierung zwischen dem erwähnten ersten Körper (1) und dem erwähnten zweiten Körper (2) ermöglicht, besteht aus einem Getriebe-Differentialsystem (21). Es setzt sich aus einer kreuzförmigen satellitenträgerstructur (26), die an der erwähnten ersten Welle (10) befestigt ist und den Umlaufrädern (28) des Differentials zusammen, die frei um die erwähnte erste Welle rotieren, wobei die eizelnen Umlaufräder ihre Bewegung über ein Stirnwalzwerk (22-25) auf eine der beiden gegenrotierenden vertikalen wellen (8,9)

3. Die Krauftübertragung vom Z-Typ setzt sich aus folgenden Elementen zusammen:

- aus einem zweiten körper (2), in den die Motorwelle (10) fürt,

die folgenden Fakten sind dafür kennzeichnend: das Mittel, das die bezügliche Rotierung zwischen dem erwähnten ersten Körper (1) und dem erwähnten zweiten Körper (2) ermöglicht,besteht aus einem Getriebe-Differentialsystem (21). das aus einer Satellitenträgerglocke besteht, die an der erwähnten oberen Welle (10), befestigt ist, aus einer Mittelwelle (27'), die in der erwähnten Glocke (27) verbolzt ist und ein erstes Umlaufrad (28) trägt, das mit der erwähnten Welle (27') und ihrem Getriebe (22) mit dem Getriebe (23) verbunden ist, das die innere Welle (8) in einer Richtung bewegt und aus einem zweiten Umlaufring (28) des oben erwähnten Differentialen, der über ein an ihm befestigten Getriebe (24) mit einem anderen Getriebe (25) verbunden ist, das die äußere Welle (9) in der Gegenrichtung bewegt. - aus zwei koaxialen und gegenrotierenden

4. Die Krauftübertragung vom Z-Typ setzt sich aus folgenden Elementen zusammen:

- aus einem zweiten körper (2), in den die Motorwelle (10) fürt,

die folgenden Fakten sind dafür kennzeichnend: eine dieser gegenrotierenden Wellen (8,9) überträgt ihre Bewegung gleichzeitig an zwei gegenüberstehende und gegeneinander rotierende Schraubenräder (30), während die andere Welle ihre Bewengung über ein Differential (29) an die gleichen Schraubenräder (30) überträgt.

5. Die Krauftübentragung vom Z-Typ setzt sich aus folgenden Elementen zusammen:

- aus einem zweiten körper (2), in den die Motorwelle (10) fürt,

die folgenden Fakten sind dafür kennzeichnend: die gegenrotierenden Schraubenräder übertragen ihre Bewegung auf die zwei mit der Welle des Schraubenrades (30) koaxialen wellen (36). Die beiden erwähnten Wellen (36) sind auf der Höhe der Nabe (30') auf dem Umlaufring eines Differentials (35) befestigt, dessen Bolzen (37) der Satelliten ihrerseits mit der erwähnten Nabe (30') verbunden sind.

6. Übertragung gemäß einer der unter 1-5 spezifizierten Anforderungen, mit der Charakteristik, daß die coaxialen Wellen (8,9) an ihren äußeren Enden mit konischen Getrieben versehen sind.

7. Übertragung gemäß einer der unter 1-5 spezifizierten Anforderungen, mit der Charakteristik, daß die Vorrichtung für die Erreichung des Drehmoments der Steuerung, die in den zweiten erwähnten Körper (2) eingeführt wird aus einer Welle (18) besteht, die Koaxial zu der erwähnten Motorwelle (10) ist und mit einem Übertragungssystem versehen ist, das die Rotierung des erwähnten ersten Körpers (1) in bezug auf den erwähnten zweiten Körper (2) ausführen kann.