专利名称：水上运输工具用驱动设备的制作方法
水上运输工具用驱动设备
本发明涉及一种具有一个u形或者z形传动系的水上运输工具用驱动设 备，在该驱动设备中，马区动转矩较佳土 31至少两，齿轮在运行位置按一个 大于0的角度进行至少两次转向，所述锥齿轮位于驱动发动机的、优选为内燃 机的发动机轴和至少一个螺旋桨轴之间，其中，驱动设备的外壳包括第一外壳 部件、第二外壳部件和第三外壳部件，脏个外壳部件可旋转i鹏接起来，并 且，第一外壳部件可以与水上运输工具的安装板坚固地连接，第二外壳部件以 可绕第一转动轴翻转的方式与第一外壳部件连接在一起，而第三外壳部件以可 绕第二转动轴转动的方式与第二外壳部件连接在一起。
舷外繊用繊系统己经为人们所熟悉，在这些繊系统中，为了使小艇 转向，与安装板连接在一起的整个发动机旋转。转向运动是通过传动杠杆或者 传动绳索传输给舷外的发动机。还已知的是使用电动机M过杠杆或者绳索向 舷外装发动机传输转向运动。
在美国专利文献No. 3,797,448中介绍了一种用于驱动小艇的电动拖拽式发 动机(Trolling Motor)。驱动螺旋桨的发动机Ml电离合器来驱动传动系。通 过一个附加的转向齿轮，拖拽式发动机可相对于固定在船中的支承管而旋转。 此时，发动机机離同传动齿轮箱位于7燃下方。这种配置的缺点是，在{娜 转向的过程中，整个发动机机離同电动机和传动齿轮箱都必须旋转，考虑到 质量惯性因素，这只适合于重量小、功率弱的传动单元。
DE 2 043 781 Al介绍了一种发动机安装在艇内部的水上运输工具用驱动 设备。该驱动设备包括三个可相互相对旋转的外壳部件。没有安装变速器。
在美国专利文献No. 2,335,597中介绍了一种具有多个外壳部件的螺旋桨驱 动设备。这种既可以绕垂直取向的轴又可以绕着水平取向的轴转动的驱动设备 由一个位于船内的发动机来驱动，通过锥齿轮传动机构来实现转向运动。没有
安装变速器。
美国专利文献No. 3,396,692 A也介绍了一个既可以向上翻折又可以换向的 螺旋桨驱动设备。该驱动设备是由安装在船内的发动机通过传动带皿行，该驱动设备带有换向齿轮，但是没有安装变谨器。
此外，美国专利号No. 1,980,685 A还介绍了一种具有多个外壳部件的螺旋 桨驱动设备。这个驱动设备也是既可以向上翻折又可以换向，并且由一个安装 在船内的发动机通过锥齿轮来驱动。在这种驱动设备中也没有安装变速器。
WO 2005/007503 Al介绍了一种水上运输工具用两级驱动设备，其中主动 轴通过第一离合器与同轴的从动轴连接。此外，主动轴M过第二离合器经传 动齿轮箱而与从动轴相连接，第一和第二离合器传动路径具有不同的传动比。
美国专利文献No. 6,899,577 B2描述了一禾中具有前进档和倒行档的舷外装 发动机，在这种发动机中设置有两个电磁离合器，以便可选择地将前进档档 位还是到车档档位与螺旋桨轴连接起来。
DE35 19 599A1介绍了一种艇用推进设备，这种推进设备被设计成一种所 谓的U-传动系，为了增加牵引力和改善螺旋桨的效率，SM用推进设备的外壳 底部的前端设置有两个向前的、可相互反向地被驱动的推进螺旋桨。在WO 00/58151中也介绍了一种對以的艇用驱动设备。
本发明的任务是提出一种船用驱动装置以及大功率发动机，通过这种驱动 装置可以实现简单的转向。本发明的另一项任务是，提高转向和换档操作方面 的舒适度。
本发明通过以下方案来实现这些目的把传动齿轮箱安装在第一个外壳部 件，传动齿轮箱的从动轴是与第二旋转轴线同轴安装，螺旋桨轴较佳地M^〈载 在第三外壳部件中。通过把传动齿轮箱放置在第一外壳部件中，并且通过一个 连接轴、较佳的M31锥齿轮来将^I器的从动轴与第二旋转轴线的同轴连接， 可以使转向运动所需要的部fK呆持尽可能地少。
通过把旋转运动所需要的驱动装置安装在第二外壳部件内并且把传动齿轮 箱安装在坚固地附连于船身的第一外壳部件，在对)lftl行转向时，只有相对较 少的质量、艮卩只有第三外壳部件和螺旋桨轴需要运动，从而可以实现快速的转 向运动和良好的机动性。此外，通过连接轴进行的推动允许较大的转向幅度 (360°，即没有限制)，这Xi3—步有利于提高船的机动性。
如果第三外壳部件具有与第二旋转轴线同轴、且与传动齿轮啮合的的冠状 齿轮或者锥形齿轮，则可以用特别简单的方法来转向驱动设备，所述传动齿轮 较佳地由安装在第二外壳部件中的电气伺服电动机驱动。为了使水上运输工具转向，只有位于水线下方的第三外壳部件旋转。
为了避免有暴露的管线，第三外壳部件具有至少一个冷却水进口是特别有
利的，且该冷却水iSA口通过布置在第二外壳部件和第一外壳部件内部的)t4口
剂流动通路与驱动电机相连接，并且如果第三外壳部件较佳地具有至少一个废 气排放口，该废气排放口通过一个设置在第三外壳部件、第二外壳部件和第一 外壳部件内部的废气流M路与驱动电机相连接。这样在外壳的外部就不会看 见招可7辨蹄j管线或者废气排放管线。 '
在本发明的再一个实施例中，在每个前进档都设置有一个可转换的离合 器，通过激活第一个离合器，主动轴通过第一前进档与从动轴相连，通过激活 第二个离合器，主动轴通过第二前进档与从动轴相连，并且在空转状态下，无 论是第一个离合器还是第二个离合器都停止工作并且主动轴与从动轴分开，而
倒行档主要是Mii把第三个离合器从前进档转换到一刊到行档来实现。在一个 较佳的实施方案中，把第三离合器构造成换向离合器，此时处于前进档的主动 轴通过第一或者第二前进档与从动轴相连，并且通过倒行档而处于倒行状态， 第三离合器则被构造成同步设备。
可以把第三个离合器与第一和/或第二前进档串联地布置在主动轴和从动轴 之间的传动系中。或者，也有可能把第三离合器与第一和/或第二前进档并联地 布置在主动轴和从动轴之间的传动系中。
例如，可以以锥形摩擦离合器的型式来实现这种离合器。
如果第一、第二和/麟三离合器可以电气启动，贝瞎可能实现快速的并且
是自动的换档。或者，可以液压^7承变速器。
通过使至少两个离合器进行滑动，换档可以实现，可以在负载状态下转换 前进档，较佳地也可在负载状态下转换但(衍档。
下面将借助所附的图对本发明进行更详细的解释。显示的有
图1是按照本发明的驱动设备的侧视图2是驱动设备的后视图3是驱动设备的俯视图4是驱动设备的侧视图，其带有示意性地示出的冷却水流iH路和^ 流鹏路；
图5是图4中的驱动设备的后视6图6是驱动设备的俯视图7是具有按照本发明的驱动设备的船的后视截面图； 图8是图7中的船的后视截面图，其具有旋转驱动设备； 图9是船的平视图IO是带有旋转驱动设备的船的俯视图； 图ll是装有驱动设备的船的侧视图； 图12是船的后视图13是船的侧视图，其中驱动设絲射斤； 图14劍g的后视图，其中驱动设翻射斤；
图15是第一个实施方案中的按照本发明的驱动设备的传动齿轮箱； 图16是该传动齿轮箱的启动模式图17是第二个实施方案中的按照本发明的驱动设备的传动齿轮输 图18是该传动齿轮箱的启动模式图19是第三个实施方案中的按照本发明的驱动设备的传动齿轮箱； 图20是该传动齿轮箱的启动模式图21是第四个实施方案中的按照本发明的驱动设备的传动齿轮箱； 图22是该传动齿^fi的启动模式图23是第五个实施方案中的按照本发明的驱动设备的传动齿轮箱； 图24是该传动齿^fl的启动模式本实施方案中用于水上运输工具2、例如船用驱动设备的驱动设备1具有一 个U形传动系3，传动系的主轴线用3a、 3b、 3c表示。主轴线3a、 3b、 3c中 的至少两根在运行JiS、即常规的航行位置下呈一个大于0的角度l3、 Y。驱动 设备1的外壳G包括三个外壳部件4、 5、 6。在第一外壳部件4中放置有传动 齿轮箱IO，该传动齿轮箱ilil主动轴ll与驱动电机相连，例如与在lt抹示出 的内燃机相连接，并且通过从动轴12与至少一根螺旋桨轴13a、 13b相连。第 一外壳部件4可附连于船的安装板2a由itbM固地附连于水上运输工具2。与第 一外壳部件4相连接的是可绕旋转轴线14a转动的第二外壳部件5。第二外壳部 件5与第三外壳部件6相连，第三外壳部件6绕第二旋转轴线14b相对于第二 外壳部件5转动，在运行过程中，所述第二旋转轴线沿呈竖直方向延伸。第二 旋转轴线14b与传动系3的主轴线3b相一致。第三外壳部件6具有冠状齿轮15，该冠状齿轮与传动齿轮17相啮合，而该传动齿轮17是由例如一台电气伺服电
动机18来驱动。伺服电动机18和传动齿轮17位于第二外壳部件5内。
螺旋桨轴13a、 13b承载在第三外壳部件6中，在所示的实施例中，第一螺 旋桨轴13a是空心轴，而第二螺旋桨轴13b则是在所述空心轴内部被弓l导的内 轴。螺旋桨19a、 19b由这两个螺旋桨轴13a、 13b沿相反的方向驱动。这两个 螺旋桨轴13a、 13b由传动齿轮箱10的从动轴12通过带有锥形齿轮20a、 20b、 20c的锥形齿轮传动箱20驱动。
第三外壳部件6在船首处具有至少一个y转卩水进口 21 ，冷却7Kil过这^ia 口而被吸入并按照图4至图6中箭头K所指示的输送给驱动电机。此外，第三 外壳部件在船尾处具有至少一个排放口 22 ，废气经连接于驱动电机的废气管线 从这个排放口排出，如图4至图6中的箭头A所指出的。输送冷却水K和废气 A的管线完全被铺设在外壳部件4、 5、 6之内，这样就避免管线暴露。
在图7至图10中示出了随着伺服电动机18转动冠状齿轮15而造成的第三 外壳部件6的转向运动。由于只有第三外壳部件6发生转动，因此可以实现较 大的转向幅度a (360°，即没有限制)。
由于传动齿轮箱10位于坚固地安装于水上运输工具2的第一外壳部件4 的内部，因此只需要简单地绕着水平轴线14翻折就可以把其它两个外壳部件 5、 6从水中提升出来，如图11至图14所示。
传动齿轮箱10被构造成锥齿轮传动箱，该锥齿轮传动箱具有两个换档离合 器K1、 K2，而这两个换档离合器用于至少两个前进档VI、 V2以及一刊到行档 R。图15显示的是锥齿轮传动箱10的第一个变型，它具有两个可转换的换档 离合器K1、 K2，这两个换档离合器可以是电气启动的锥形摩擦离合器。通向从 动轴12的力的传送 1过第一锥齿轮23和两个具有不同传动比的前进档VI、 V2以及第二锥齿轮24经轴wl,w2而实现的。用w3和w4来表示中间轴。在 空转状态下，两个离合器K1、 K2都停止工作并且主动轴11与从动轴12分开。 第一离合器K1的启动使主动轴11 ii31第一前进档VI而与从动轴12相连，第 二离合器K 2的启动使主动轴11通过第二前进档V2而与从动轴12相连。
由于带有锥齿轮传动机构23、 24的传动齿轮箱10的特殊布置，夕卜壳G可 以实现简单且有效的围绕着旋转轴线14a的提升运动。此外还借此实现了很大 的提升和翻转范围。另外还保证外壳有一个优化的向上摆动位置(Trailer-up-position)。可独M行转向和提升动作，从而可相，单地实现用于 这些动作的机构。
与使用万向节的传动设备相反，在外壳G向上翻折的时候由锥齿轮传动机 构传输的能流不会受阻，例如在撞击到一个障碍物时。当接触到障碍物时，驱 动设备1会简单地翻折脱开。
较大的翻折范围允许容易地接近螺旋桨19a、 19b和7賴卩7jC进口21，用于进 行清洁和维护。不需要为了进行维护而把船从水中抬出来，也不需要潜入水下 进行维修工作。
图16显示的是图15中的传动齿轮箱10的离合器启动模式。
空转状态L时，两个离合器K1、 K2都处于打开的状态。由一个同步设备 来实现的第三离合器K3位于图15中所示的位置"B"。
在从空转状态L切换到第一前进档V1时，第一离合器K1被启动。第三离 合器K3继续保持在位置"B"。在从第一前进档VI切换到第二前进档V2时， 第一离合器K1脱开而第二离合器K2滑动咬合，咬^i程要尽可能地轻柔。因 此，在第二前进档V2中，第二离合器K2处于咬合状态而第三离合器K3仍处 于位置"B"。如果第二离合器K2处于启动状态，则M将第二离合器K2脱开 并使第一个离合器K1咬合以转换至,行档R。第一离合器K1咬合后，第三离 合器K3被切换到^S "A"。由此，轴w4的旋转转向。此时，第一离合器K1 再次脱离，而第二离合器K2咬合。这将再次改变轴w4的转向。这些步IM从 动轴12产生制动效应，并由此避免了由于骤然换向而导致的损坏。在倒行档R， 第一离合器K1脱开而第二离合器K2咬合，而第三离合器K3处于位置"A"。
图17显示的是传动齿轮箱IO，该传动齿轮箱具有两根中间轴wl、 w2， 形成为锥形摩擦离合器的两个可转换离合器K1、 K2，和一个由同步设备、 一个 离合器套或者一个凸轮形成的第三离合器K3， i亥第三离合器可以在"A"和"B" 两个位置之间切换。切换过程说明见图18的表格。在空转状态该L下，第一 离合器K1和第二离合器K2处于脱开状态，第三离合器K3处于位置"A"。通 过使第一个离合器K1咬合，行从空转状态L到第一前进档V1的切换，而第 三离合器K3保持在位置"A"。通过使第一离合器Kl脱开并且使第二离合器 K2咬合tt行从第一前进档VI到第二前进档V2的切换，所期望的是轻柔的 转变过程。第三离合器K3依旧保持在位置"A"处。如果要切换到倒行档R，^蝶二离合器K2 (或者第一离合器K1)脱开，将第三离合器K3切换到位置 "B"。然后第一离合器K1再次咬合。
图19显示的是两轴设计的传动齿轮箱10的第三个实施例，其中设置有三 个形成为锥形摩擦离合器的离合器K1、 K2和K3。空转状态L下，离合器K1、 K2和K3处于脱开状态。通过将第一离合器K1咬合来实现从空转状态L到第 一前进档VI的切换。M使第一离合器K1脱开并且使第二离合器K2咬合来 以一个轻柔的咬^i禾i/人第一前进档VI切换到第二前进档V2。通过使第一或 者第二离合器Kl、 K2脱开并且f揽三离合器K3咬合来实现到倒行变谨档R 的切换。
图21显示的是传动齿轮箱IO的第四个实施例，其具有三根中间轴wl、 w2禾Bw3，两个形成为锥形摩擦离合器的离合器K1、 K2，和由同步设备形成 的第三离合器K3。空转状态L，第一离合器Kl和第二离合器K2处于脱开状 态，第三离合器K3处于空档位置。M3^魏一离合器Kl咬合来实m/人空转状 态L到第一前进档V1的切换。通过将第三个离合器K3切换到位置"B"来启 动到第二前进档V2的切换。同时，第一离合器K1脱开，而第二离合器K2咬 合(轻柔的过渡)。M使第二离合器K2脱开(如果该离合器是处于咬合状态) 并4蝶一离合器Kl咬合舰行到倒行变速档R的切换。将第三离合器K3切换 到位置"A"，同时第一离合器K1脱开且第二离合器K2咬合(轻柔的过渡)。 由此，在倒行档R状态下，第一离合器K1处脱开，第二离合器K2咬合，而第 三离合器K3则处于位置"A"。
图23显示的是传动齿轮箱IO的第五个实施例，其具有中间轴wl、 w2、 w3和w4，其中中间轴w3和w4是相互连接在一起或者被制成为一件式的。 在空转状态L中，第一离合器K1和第二离合器K2脱开，由同步设备所实现的 第三离合器K3处于位置"A"。当切换至U第一前进档VI时，第一离合器K1咬 合，第三个离合器K3保持在^S "A"。当切换到到第二前进档V2时，第一 离合器K1脱开，而第二离合器K2则同时咬合，而此时滑动的咬合有利于驟 地过渡。第三离合器K3保持在位置"A"。为了切换到倒车档R，必须先换回 到第一前进档VI。 M过脱开第二离合器K2并^^一离合器K1而咬合实现。 第三个离合器K3被切换到图23所示的位置"B"。然后，第一离合器K1又 被脱开，同时第二离合器K2以歸的逝度而咬合。由此，在倒车档R中，第一离合器K1脱开，第二离合器K2咬合，而第三离合器K3则处于健"B"。
权利要求
1. 一种具有U形或者Z形传动系的水上运输工具(2)用驱动设备(1)，在该驱动设备中，驱动转矩较佳地通过至少两个锥齿轮(23，24，20)在运行位置按大于0的角度(β，γ)进行至少两次转向，所述锥齿轮位于驱动发动机的、较佳地为内燃机的发动机轴和至少一个螺旋桨轴(13a，13b)之间；其中，驱动设备(1)的外壳(G)包括第一、第二和第三外壳部件(4，5，6)，这三个外壳部件(4，5，6)可旋转地相互连接起来，并且，第一外壳部件(4)可牢固地附连于水上运输工具(2)的安装板(2a)，第二外壳部件(5)以可绕第一旋转轴线(14a)翻转的方式与第一外壳部件(4)相连，而第三外壳部件(6)以可绕着第二旋转轴线(14b)转动的方式与第二外壳部件(5)相连，该驱动设备的特征在于，传动齿轮箱(10)位于第一外壳部件(4)中，所述传动齿轮箱的从动轴(12)与第二旋转轴线(14b)同轴。
2. 按照权利要求1的驱动设备(1)，其特征在于，至少一个螺旋桨轴(13a^ 13b) !^载在第三外壳部件(6)中。
3. 按照权利要求1或2的驱动设备(1)，其特征在于，第三外壳部件(6) 具有与所述第二旋转轴线(14b)同轴的冠状齿轮(15)或者锥齿轮，传动齿轮(17) 的轮齿与冠状齿轮或者锥齿轮啮合，传动齿轮(17)较佳地由安装在第二外壳 部件(5)中的电气伺服电动机(18)驱动。
4. 按照权利要求l-3其中之一项要求的驱动设备(1)，其特征在于，第 三外壳部件(6)较佳地在船首侧设置有至少一个^4卩7jC (K)进口(21)，且该 y賴口水进口通过较佳地完全位于第一、第二和第三外壳部件(4， 5， . 6)内的冷却剂流动ffi^各与驱动发动机相连接。
5. 按照权利要求l-4其中之一项要求的驱动设备(1)，其特征在于，第三 外壳部件(6)较佳地在船尾侧设置有至少一个用于排放废气(A)的排放口 (22)， 且该废气排放口通过较佳地完全布置在第一、第二和第三外壳部件(4， 5， 6) 内的的)ti卩剂流动M^各与驱动发动机相连接。
6. 按照权利要求1-5其中之一项要求的驱动设备，其特征在于，传动齿轮 箱至少提供第一和第二前进档(VI, V2)以及倒行档(R)，并且具有与驱动发 动机的发动机轴相连接的主动轴(11)和从动轴(12)，并且为*前进档(VI,V2)都设置有至少一个可转换的离合戮K1，K2，K3)，其中，通过启动第一离 合器(Kl)，戶脱主动執11)经第一前进档(V1)而与从动轴(12)相连，通过启动 第二离合戮K2)，主动轴(H)经第二前进档(V2)而与从动轴(12)相连，在空转 状銜L)的时候，无论是第一还是第二离合戮Kl, K2)者P停ihX作，并Jjfc动 轴(11)与从动械12)分开，倒行档(R)是Milffi第三离合^(K3赠佳地从一向前的 位置切换到反向的位置来实现。
7. 按照权禾頓求6的驱动设备(10)，其特征在于，前进档(Vl， V2)较 佳地也包括倒行档(R)可以在负载状态下转换。
8. 按照权利要求6或7的驱动设备(10)，其特征在于，第三离合器(K3)被 构造成为换向离合器，其中，在向前的切换位置中，主动轴(11)通过第一或 者第二前进档(Vi，V2)与从动轴(12)相连，而在反向的切衡立置中，主动轴 (11)通过换向齿轮而与传动轴(12)相连。
9. 按照权禾腰求6-8其中之一项的驱动设备(10)，其特征在于，第三离合 著KK3)实现为同步机构、离合器套或者凸轮。
10. 按照权利要求6-9其中之一项的驱动设备(10),其特征在于，第三离合 教K3)是与第一和/或第二前进档(VI ， V2)串联地布置在主动轴(11)和从 动轴(12)之间的传动系(3)中。
11.按照权利要求6的驱动设备.(10 )，其特征在于，第三离合敬K3)是 与第一和/或第二前进变速档(Vl， V2)并联地布置在主动轴(11)和从动轴 02)之间的传动系(3)中。
12. 按照权利要求6-ll其中之一项的驱动设备(10)，其特征在于，第一、 第二和第三离合器(K1，K2， K3)被构造成锥形摩擦离合器。
13. 按照权利要求6-12其中之一项的驱动设备(10)，其特征在于，第一、 第二和第三离合器(K1，K2， K3)可以是电气启动或者液压启动。
全文摘要
本发明涉及一种具有一个U-形或者Z-形传动系的水上运输工具(2)用的驱动设备(1)，在该驱动设备，驱动转矩主要是通过至少两个锥齿轮(23，24，20)在运行位置按一个大于0的角度(b，g)进行至少两次转向，所述锥齿轮位于驱动发动机的、较佳地为内燃机的发动机轴和至少一个螺旋桨轴(13a，13b)之间。为了实现简单操作和换档的舒适性，按规定，驱动设备的外壳(G)由第一外壳部件，第二外壳部件和第三外壳部件(4，5，6)组成，这三个外壳部件(4，5，6)可旋转地相互连接起来，其中，第一外壳部件(4)与水上运输工具(2)的安装板(2a)牢固地连接，第二外壳部件(5)是可绕着第一旋转轴线(14a)翻动地与第一外壳部件(4)相连，而第三外壳部件(6)是可绕着第二个旋转轴线(14b)转动地与第二外壳部件(5)相连。
文档编号B63H20/08GK101454198SQ200780019289
公开日2009年6月10日 申请日期2007年5月24日 优先权日2006年6月1日
发明者J·伯诺格, T·郎, 弗朗茨·彼得·耶格尔 申请人:弗朗茨·彼得·耶格尔