Bei Schiffsantrieben mit fest vorgegebener Übersetzung zwischen Antriebsmotor und einem Abtriebselement (z. B. Schiffsschraube) ist eine optimale Abstimmung des Antriebsstranges nur für einen einzigen Betriebspunkt mög- lich. In vielen Fällen kann deshalb der Motor nicht im op- timalen Betriebspunkt betrieben werden. Beispiele für ver- schiedene Betriebsbedingungen, für die unterschiedliche Auslegungen erforderlich wären, sind bei einem als Gleiter ausgelegten Schiff einerseits Verdrängungsfahrt mit erhöh- tem Widerstand und andererseits Gleitfahrt. Bei Arbeits- fahrzeugen wie Schleppern oder Fischereifahrzeugen ergeben sich aus Betriebszuständen wie Schleppbetrieb bei langsamer Fahrt mit hohem Widerstand oder Freifahrt zum oder vom Ein- satzort mit möglichst hoher Geschwindigkeit verschiedene Auslegungsoptima, die von einem Antriebsstrang mit fester Übersetzung nicht gleichzeitig erfüllbar sind. Auch Umge- bungsbedingungen wie z. B. Wellengang beeinflussen den Schiffswiderstand, so daß bei der Auslegung der Übersetzung Kompromisse eingegangen werden müssen zwischen maximaler Geschwindigkeit bei ruhiger See bzw. unbeladenem Schiff und ausreichender Zugkraft für Beschleunigungsfahrt bzw. Fahrt mit erhöhtem Schiffswiderstand.

Es sind Schiffsantriebsanlagen bekannt, bei denen Ver- stellpropeller durch eine veränderbare Steigung eine Anpas- sung der Leistungsaufnahme an die verfügbare Motorleistung

erlauben. Solche Verstellpropeller sind jedoch aufwendig, und, da sie mechanisch hochbelastet sind, auch teuer und anfällig. Für schnelle, hochmotorisierte Yachten ist die Verwendung von Verstellpropellern daher unüblich.

Ein zweistufiges Getriebe, wie es beispielsweise in der DE 196 24 913 Al beschrieben ist, bietet demgegenüber einige Vorteile. Auch wenn der Propeller aufgrund einer ge- ringen Schiffsgeschwindigkeit eine hohe Momentaufnahme hat, kann der Antriebsmotor in einem kürzer übersetzten ersten Gang dennoch mit einer Drehzahl betrieben werden, bei der die abgegebene Leistung ausreichend groß ist, um erst bei höherer Schiffsgeschwindigkeit in den zweiten Gang zu schalten. Bei Sportbooten kann so eine wesentlich bessere Beschleunigung erzielt werden. Die Zeit bis zum Erreichen des Gleitzustandes ist wesentlich kürzer. Bei hochmotori- sierten Sportbooten, die hohe Beschleunigungswerte errei- chen, hat sich jedoch gezeigt, daß die Schaltqualität bei einem Gangstufenwechsel insbesondere bei hoher Motorlast kritisch ist. Mittels elektronischer Steuerungsverfahren läßt sich zwar eine sehr gute Schaltqualität erzielen. Vor- aussetzung hierfür ist jedoch, daß entsprechende elektroni- sche Steuerungen vorhanden und aufeinander abgestimmt sind, und daß vom Endverbraucher nicht am Antriebsstrang manipu- liert wird, was zur Leistungssteigerung bei Sportbooten oftmals geschieht. Weitere Gangstufen würden zwar eine noch bessere Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen er- lauben, jedoch würde durch diese Maßnahme die Gangwechsel- häufigkeit zunehmen und das Getriebe komplexer und schwe- rer.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu- grunde, eine Schiffsgetriebestufe für eine Schiffsantriebs-

anlage anzugeben, welche eine bessere Ausnutzung der Motor- leistung erlaubt, wodurch höhere Fahrleistungen erzielbar sind, wobei Probleme hinsichtlich der Schaltqualität ver- mieden werden. Ferner soll sie ein geringes Gewicht aufwei- sen und kostengünstig herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Schiffsge- triebestufe zwischen einer motorseitigen Antriebswelle und einer abtriebselementseitigen Abtriebswelle einen ersten, starrübersetzten Leistungszweig und einen zweiten Lei- stungszweig aufweist, und daß im zweiten Leistungszweig ei- ne stufenlose Übersetzungsstufe vorgesehen ist.

Innerhalb des Verstellbereichs der erfindungsgemäßen stufenlosen Schiffsgetriebestufe kann für jeden Be- triebspunkt die optimale Getriebeübersetzung gewählt wer- den. Der Antriebsmotor kann ständig mit der optimalen Dreh- zahl betrieben werden, wobei nur geringe Verlustleistungen auftreten. Mit der erfindungsgemäßen Antriebsanlage lassen sich sowohl in Bezug auf Fahrzeugbeschleunigung, Höchstge- schwindigkeit und Schleppkraft als auch in Bezug auf Kraft- stoffverbrauch, Abgasemission und Geräusch im Teillastbe- reich wesentliche Vorteile erzielen. Bei einer Vollastbe- schleunigung kann der Antriebsmotor durch kontinuierliche Verstellung der Übersetzung ständig mit Nenndrehzahl und maximaler Leistung betrieben werden, die während der gesam- ten Beschleunigungsphase auf das Abtriebselement übertragen wird. Dabei tritt zu keiner Zeit ein unerwünschter Schal- truck auf.

Steigt beispielsweise während einer Fahrt mit Höchst- geschwindigkeit der Schiffswiderstand aufgrund von höherem Wellengang, kann sehr feinfühlig eine etwas kürzere Uber-

setzung gefahren werden, während bei glatter Wasseroberflä- che mit einer etwas längeren Übersetzung noch höhere Ge- schwindigkeiten erzielbar sind. Im Teillastbereich kann durch Wahl einer längeren Übersetzung der Antriebsmotor kraftstoffsparend mit kleinerer Drehzahl und hohem Moment betrieben werden.

Die Leistungsübertragung erfolgt mit der erfindungsge- mäßen Schiffsgetriebestufe ohne wesentliche Leistungsverlu- ste. Gegenüber einem einfachen stufenlosen Getriebe kann der Variator, der die stufenlose Übersetzungsstufe im zwei- ten Leistungszweig darstellt, kleiner und leichter ausge- legt werden, da nur ein Teil der Leistung über den zweiten Leistungszweig fließt. Neben geringeren Kosten bedingt ein kleinerer Variator ebenfalls geringere Wirkungsgradverlu- ste.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht die vom zweiten Leistungszweig erzeugte Überset- zung zwischen äußerer Antriebswelle und Abtriebswelle bei angenommenem stillgesetzten ersten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes mindestens der dreifachen Überset- zung der vom ersten Leistungszweig erzeugten Übersetzung bei angenommenem stillgesetzten zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes. In diesem Fall wird im zweiten, stufenlosen Leistungszweig höchstens der dritte Teil der Leistung des ersten Leistungszweiges übertragen. Die stu- fenlose Übersetzungsstufe im zweiten Leistungszweig kann

dann entsprechend klein, leicht und kostengünstig gewählt werden.

Im Unterschied zu landgebundenen Fahrzeugen steigt die Leistungsaufnahme einer Schiffsschraube etwa mit der drit- ten Potenz der Drehzahl an. Somit ist für die Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen nur eine relativ geringe Gesamtspreizung zwischen Antrieb und Abtrieb erforderlich.

Je größer der Übersetzungsbereich der Übersetzungsstufe im zweiten Leistungszweig ist, desto größer kann das Verhält- nis der Übersetzungen von erstem und zweiten Leistungszweig gewählt werden, um dennoch die erforderliche Gesamtsprei- zung zu erhalten. Dementsprechend kann also bereits mit ei- ner leichten und kostengünstigen, kleinen stufenlosen Über- setzungsstufe im zweiten Leistungszweig eine hohe Gesamt- leistung in der Schiffsgetriebestufe übertragen werden.

Wenn im zweiten Leistungszweig eine stufenlose Über- setzungsstufe mit mechanischer, reibschlüssiger Momentüber- tragung vorgesehen ist, ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Leistung des Antriebsmotors, die Leistungsaufnahme des Ab- triebselements (Propeller oder Waterjet) und die Getriebe- übersetzung derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Höchstgeschwindigkeit des Schiffes erreicht wird, wenn bei voller Motorleistung die Übersetzung zwischen primärem und sekundärem Übersetzungsglied minimal ist. Solange die Höchstgeschwindigkeit des Schiffes nicht erreicht ist, wird eine kürzere Übersetzung im zweiten Leistungszweig vorgege- ben, so daß insgesamt eine etwas kürzere Übersetzung zwi- schen An-und Abtrieb erzielt wird, wodurch der Motor be- reits im Bereich der maximalen Leistung betrieben werden kann, wenn am Abtriebselement aufgrund der geringeren

Schiffsgeschwindigkeit noch ein erhöhter Widerstand an- liegt.

Durch die Anordnung einer elektrischen oder hydrauli- schen Generator-Motor Kombination im zweiten Leistungszweig wird es möglich, das sekundäre Übertragungsglied im zweiten Leistungszweig auch bei angetriebenen ersten Übertragungs- glied ohne wesentliche Verluste stillzusetzen und auch in umgekehrter Drehrichtung zu betreiben. Die Leistung des An- triebsmotors, die Leistungsaufnahme des Abtriebselements und die Getriebeübersetzung im ersten Leistungszweig werden vorteilhafterweise so aufeinander abgestimmt, daß im häu- figsten Betriebspunkt die optimale Gesamtübersetzung herrscht, wenn die Übertragungsglieder des zweiten Lei- stungszweigs und das zweite Eingangselement des Überlage- rungsgetriebes stillstehen. Ausgehend von diesem Be- triebspunkt mit optimalem Getriebewirkungsgrad kann die Ge- samtübersetzung dann sowohl vergrößert als auch verkleinert werden.

Verschiedene Ausführungsformen und weitere vorteilhaf- te Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der beilie- genden, schematischen Zeichnungen erläutert.

Es zeigen : Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 5 Ausführungsformen einer Schiffsgetriebestufe mit einer Kegelscheiben- Umschlingungsgetriebestufe im zweiten Lei- stungszweig, Fig. 4 eine Ausführungsform mit einer Reibradge- triebestufe im zweiten Leistungszweig,

Fig. 6 ein Ausführungsform mit einer elektrischen Generator-Motor Kombination im zweiten Lei- stungszweig und Fig. 7 eine Ausführungsform mit einem Hydrostatge- triebe im zweiten Leistungszweig.

In Fig. 1 ist mit 2 eine erfindungsgemäße Schiffsge- triebestufe bezeichnet. Dieser kann antriebsseitig oder ab- triebsseitig ein Wendegetriebe vor-oder nachgeschaltet sein. Im Fall eines Waterjet-Antriebs ist ein Wendegetriebe nicht zwingend erforderlich. Mit 4 ist die motorseitige An- triebswelle und mit 6 die Abtriebswelle bezeichnet, welche das Abtriebselement, hier die Schiffsschraube 7, treibt.

Die Antriebswelle 4 treibt in einem ersten, starrübersetz- ten Leistungszweig das erste Eingangselement-das Sonnen- rad 8-des Überlagerungsgetriebes 12. Ein zweiter Lei- stungszweig führt auf ein zweites Eingangselement, den Pla- netenträger 10 des Überlagerungsgetriebes 12. Der Planeten- träger 10 wird über eine Stirnräderkette 26,24,22 mit ei- nem Zwischenrad 24 von einem sekundären Übertragungsglied- dem Kegelscheibenpaar 16-eines Kegelscheiben- Umschlingungsgetriebes angetrieben. Das sekundäre Kegel- scheibenpaar 16 wird über das Umschlingungsorgan 18, wel- ches als Übertragungsmittel dient, vom primären Kegelschei- benpaar 14, welches drehfest auf der Antriebswelle 4 sitzt, angetrieben. Die Kegelscheiben jeweils eines Paares 14,16 sind durch eine nicht dargestellte hydraulische Betäti- gungseinrichtung im axialen Abstand verstellbar, so daß der für die Übersetzung wirksame Radius des zwischen den Kegel- scheiben gehaltenen Umschlingungsorgans 18 veränderbar ist.

Das Umschlingungsorgan 18-beispielsweise ein Schubglieder-

band umschlingt die beiden versetzt angeordneten Kegel- scheibenpaare. Auf diese Weise ist die Übersetzung zwischen dem primärseitigen und dem sekundärseitigen Übertragungs- glied im zweiten Leistungszweig im wesentlichen ohne Schlupf stufenlos veränderbar. Die Bewegungen der beiden Eingangselemente, Sonnenrad 8 und Planetenträger 10, des Überlagerungsgetriebes 12 werden über die Planetenräder 9, die in gleichzeitigem Zahneingriff mit dem Sonnenrad 8 und dem Hohlrad 20 sind und auf Achsen des Planetenträgers drehbar gelagert sind überlagert und auf das Ausgangsele- ment-das Hohlrad 20-übertragen.

Ausgehend von Fig. 1 sind in den weiteren Figuren gleiche Positionen mit gleichen Bezugsziffern versehen. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach Fig. 1 ist bei der Schiffsgetriebestufe gemäß Fig. 2 das zweite Eingangsele- ment und das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes 12 vertauscht. Das Hohlrad 210 dient als zweites Eingangsele- ment und der Planetenträger 220 als Ausgangselement, wel- ches in trieblicher Verbindung mit der Abtriebswelle 6 steht. Hierdurch wird ein größeres Übersetzungsverhältnis hergestellt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist das Überlage- rungsgetriebe 12 als Planetengetriebe mit einem ersten Son- nenrad 8 und einem zweiten Sonnenrad 310, einer ersten Gruppe 9 und einer zweiten Gruppe 28 von Planetenrädern, einem ersten Hohlrad 30 und einem zweiten Hohlrad 32 ausge- führt. Die beiden drehbar gelagerten Hohlräder sind unter- einander drehfest verbunden. Die Planetenräder 9 der ersten Gruppe sind auf Achsen in einem drehbar gelagerten Plane- tenträger 320, der das Ausgangselement bildet, gelagert und in gleichzeitigem Zahneingriff mit dem ersten Sonnenrad 8

und dem ersten Hohlrad 30. Die Planetenräder 28 der zweiten Gruppe sind auf getriebefesten Achsen drehbar gelagert und in gleichzeitigem Zahneingriff mit dem zweiten Sonnen- rad 310, das das zweite Eingangselement des Oberlagerungs- getriebes ist, und dem zweiten Hohlrad 32. Das Sonnen- rad 310 ist wiederum über eine Stirnradstufe 22,26 vom se- kundären Übertragungsglied der stufenlosen Getriebestufe angetrieben.

Ein solches Überlagerungsgetriebe bietet in Bezug auf radialen Bauraum Vorteile, wenn, wie in Fig. 4 gezeigt, im zweiten Leistungszweig der Schiffsgetriebestufe ein koaxial zur Antriebswelle 4 angeordnetes Reibradgetriebe vorgesehen ist, wobei das primäre Übertragungsglied mindestens eine Eingangsscheibe 414 mit toroidförmiger Innenfläche aufweist und das sekundäre Übertragungsglied mindestens eine Aus- gangsscheibe 416 mit ebenfalls toroidförmiger Innenfläche.

Zwischen den Innenflächen der koaxial angeordneten Schei- ben 414,416 dienen mehrere verschwenkbar gelagerte Reibrä- der 418 zur Momentenübertragung und Übersetzungsänderung.

Die Reibräder bewirken eine umgekehrte Drehrichtung zwi- schen Ein-und Ausgangsscheibe, so daß die Überlagerung der beiden Leistungszweige auch bei dieser Ausführungsform ohne umlaufende Blindleistung erfolgt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist im ersten Leistungszweig trieblich vor dem ersten Eingangselement (Sonnenrad 8) eine Kupplung 34 und eine Bremse 36 vorgese- hen. Das erste Eingangselement (Sonnenrad 8) kann hiermit wahlweise von der Antriebswelle 4 entkoppelt und stillge- setzt werden. Es ist also möglich, die Antriebsleistung ausschließlich über den zweiten Leistungszweig zu übertra- gen. Bei gleicher Motordrehzahl dreht das Abtriebselement

(Schiffsschraube 7) wesentlich langsamer. Außerdem ist die Übersetzung auch noch in einem großen Bereich stufenlos veränderbar. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht ein fein- fühliges Manövrieren. Außerdem wird ein Langsamfahrmodus ohne den sonst üblichen Schlupf und die damit verbundenen Wärmeabfuhrprobleme bereitgestellt. Die Kupplung 34 bzw. die Bremse 36 können beispielsweise als hydraulisch betä- tigbare mehrlamellige Kupplung bzw. Bremse ausgeführt sein.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 6 ist im zweiten Lei- stungszweig der Schiffsgetriebestufe eine elektrische Gene- rator-Motor Kombination vorgesehen, wobei als primäres Übertragungsglied der Generator 614 dient, dessen Welle 42 über eine Stirnradstufe 38,40 von der Antriebswelle 4 an- getrieben ist. Als sekundäres Übertragungsglied dient ein drehzahlregelbarer Elektromotor 616, der über eine elektri- sche Verbindungsleitung 618 mit dem Generator verbunden ist. Der Elektromotor treibt über ein Schneckenrad 44 das Hohlrad 610, welches das zweite Eingangsglied des Überlage- rungsgetriebes ist, und sowohl innen-als auch außenver- zahnt ist. Durch eine nicht dargestellte Steuerungseinrich- tung ist die Drehzahl des Elektromotors in beide Drehrich- tungen steuer-oder regelbar, wobei die benötigte elektri- sche Leistung vom Generator bereitgestellt wird. Wird im ersten Leistungszweig Leistung übertragen, während der Elektromotor 616 stillsteht, wirkt ein Stützmoment auf das Hohlrad 610. Durch die Hemmwirkung des Schnecken- triebs 44,610 ist das auf den Elektromotor wirkende Stütz- moment wesentlich geringer, oder bei entsprechender selbsthemmender Auslegung sogar gleich Null.

Der optionale zweite Generator 615, der von einem nicht dargestellten, kleineren Zusatzmotor antreibbar ist,

ist als weitere Spannungsquelle zur Versorgung des Elektro- motors 616 vorgesehen. Für höchste Fahrleistungen, können sowohl der Hauptantriebsmotor als auch der Zusatzmotor be- trieben werden, wobei die vom zweiten Generator 615 bereit- gestellte elektrische Leistung in den zweiten Leistungs- zweig eingespeist wird. Für Langsamfahrt kann die Antriebs- leistung ausschließlich von dem zweiten Generator bzw. dem Zusatzmotor bezogen werden. In diesem Betriebsfall kann der Hauptantriebsmotor abgeschaltet werden, um Kraftstoff zu sparen. Anstelle des zweiten Generators 615 kann auch eine andere Spannungsquelle vorgesehen sein.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist im zweiten Leistungszweig der Schiffsgetriebestufe ein Hydrostatge- triebe vorgesehen, wobei als primäres Übertragungsglied ei- ne verstellbare Hydropumpe 714, als sekundäres Übertra- gungsglied ein Hydromotor 716 und als Ubertragungsmittel hydraulische Verbindungsleitungen 718 dienen. Die Hydropum- pe 714 ist über eine Stirnradstufe 38,40 in trieblicher Verbindung mit der Antriebswelle 4. Der Hydromotor 714 treibt über ein Ritzel 46 das innen-und außenverzahnte Hohlrad 710, welches das zweite Eingangsglied des Überlage- rungsgetriebes 12 ist. Mit Hilfe der Kupplung 34 ist wie- derum die Entkoppelung des ersten Eingangsgliedes (Sonnen- rad 8) von der Antriebswelle 4 möglich, wobei die Bremse 36 zum Stillsetzen des ersten Eingangsgliedes dient. Es ist also möglich, die Antriebsleistung ausschließlich über den zweiten Leistungszweig hydrostatisch zu übertragen. Das Fördervolumen der Hydropumpe ist von einem negativen Maxi- malwert bis zu einem positiven Maximalwert stufenlos verän- derbar, so daß der Hydromotor in beide Drehrichtungen an- treibbar ist. Das Abtriebselement ist bei hoher Gesamtüber-

setzung stufenlos sowohl vorwärts als auch rückwärts an- treibbar.

Selbstverständlich kann auch ein Elektromotor in glei- cher Weise wie der Hydromotor (Fig. 7) über ein Ritzel an- statt über eine Schneckenradstufe eintreiben und umgekehrt.

Sind bei geschlossener Kupplung 34 und geöffneter Bremse 36 beide Leistungszweige an der Übertragung betei- ligt, vertauschen sich abhängig von der Drehrichtung des Hydromotors die Funktionen von Hydromotor 716 und Hydropum- pe 714. Der Motor wird sozusagen automatisch zur Pumpe und umgekehrt.

Bezugszeichen 2 Schiffsgetriebestufe 4 Antriebswelle 6 Abtriebswelle 7 Schiffsschraube 8 Sonnenrad 9 Planetenräder 10 Planetenträger <BR> <BR> <BR> <BR> 12 Überlagerungsgetriebe 14 Kegelscheibenpaar 16 Kegelscheibenpaar <BR> <BR> <BR> <BR> 18 Schubgliederband<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 20 Hohlrad 22 Stirnrad 24 Zwischenrad 26 Stirnrad 28 Planetenrad 30 Hohlrad 32 Hohlrad 34 Kupplung 36 Bremse 38 Stirnrad 40 Stirnrad 42 Antriebsachse 44 Schneckenrad 46 Ritzel

210 Hohlrad 220 Planetenträger 310 Sonnenrad 320 Planetenträger 410 Sonnenrad 414 Eingangsscheibe 416 Ausgangsscheibe 418 Reibräder 420 Planetenträger 510 Sonnenrad <BR> <BR> <BR> 520 Planetentrager<BR> 610 Hohlrad 614 Generator 615 Generator 616 Elektromotor 618 elektrische Leitung 620 Planetenträger <BR> 710 Hohlrad<BR> <BR> <BR> 714 Pumpe 716 Hydromotor 718 Hydraulikleitung 720 Planetenträger