Das Untersetzungsverhältnis eines Schiffsgetriebes gibt die Anzahl der Motorumdrehungen je Propellerumdrehung an: Ein 4:1-Getriebe hinter einem Motor mit 2200 rpm dreht den Propeller mit 550 rpm. Um ein Getriebe abzustimmen, wählen Sie die Untersetzung, bei der der Propeller bei Nenndrehzahl des Motors seine Auslegungsdrehzahl erreicht. Prüfen Sie anschließend, ob die übertragbare Leistung des Getriebes bei dieser Eingangsdrehzahl, seine zulässige Schubkraft und seine Kupplungsglocke zum Motor und zum Schiff passen.
Die wichtigsten Erkenntnisse
- Die Propellerwellendrehzahl entspricht der Motornenndrehzahl geteilt durch das Untersetzungsverhältnis.
- Höhere Untersetzungsverhältnisse treiben einen größeren, langsamer laufenden Propeller an, der bei geringer Bootsgeschwindigkeit üblicherweise mehr Schub liefert; niedrigere Untersetzungsverhältnisse eignen sich für kleinere Propeller an schnelleren Rümpfen.
- Die Übertragungsfähigkeit eines Getriebes wird hauptsächlich durch das Drehmoment begrenzt. Datenblätter geben sie daher häufig als Leistung je Drehzahl (kW pro r/min) oder als maximale Leistung bei einer angegebenen Eingangsdrehzahl an.
- Das Motordrehmoment in N·m entspricht 9550 × Leistung in kW ÷ rpm, und das Abtriebsdrehmoment steigt ungefähr proportional zum Untersetzungsverhältnis.
- Das Drucklager des Getriebes nimmt den Propellerschub auf. Seine zulässige Schubkraft muss daher zum Propeller und zum Einsatzprofil des Schiffs passen.
- Kupplungsglocke, Eingangskupplung und Abtriebsflansch müssen zum Schwungradgehäuse des Motors und zur Propellerwellenkupplung passen.
Was bewirkt die Untersetzung eines Schiffsgetriebes eigentlich?
Dieselmotoren entwickeln ihre Leistung bei Drehzahlen, die weit über der für einen effizienten Propeller geeigneten Drehzahl liegen. Ein Untersetzungsgetriebe tauscht Drehzahl gegen Drehmoment: Es verringert die Wellendrehzahl entsprechend dem Untersetzungsverhältnis und vervielfacht, abgesehen von geringen Zahnrad- und Lagerverlusten, das Drehmoment um denselben Faktor. Ein Schiffsgetriebe ermöglicht über seine Kupplungen außerdem Voraus- und Rückwärtsfahrt und enthält das Drucklager, das den Propellerschub in den Rumpf überträgt.
Ein größerer, langsamer laufender Propeller ist bei schwer beladenen, langsamen Schiffen wie Trawlern, Schleppern und Lastkähnen im Allgemeinen effizienter, da er eine größere Wassermasse um einen geringeren Betrag beschleunigt. Deshalb verwenden diese Schiffe häufig Untersetzungen von 4:1 oder mehr, während leichtere, schnellere Rümpfe mit niedrigeren Untersetzungen und kleineren Propellern betrieben werden.
Wie berechne ich die Propellerwellendrehzahl?
Teilen Sie die Motornenndrehzahl durch das Untersetzungsverhältnis des Getriebes. Die Tabelle zeigt anhand realer Motor-Getriebe-Kombinationen, wie die Untersetzung die Wellendrehzahl verändert.
| Motor und Nenndrehzahl | Getriebe und Untersetzung | Propellerwellendrehzahl bei Motornenndrehzahl | Typischer Einsatz |
|---|---|---|---|
| 6CTA8.3-M205 nach Cummins-Bauart, 2328 rpm | Advance HC300, 2.04:1 | etwa 1141 rpm | Schnellere Verdränger- oder Halbgleiterrümpfe |
| Motor mit 2200 rpm | Advance 120C, 2.96:1 | etwa 743 rpm | Kleine Fischerei- und Arbeitsboote |
| Weichai WD618.C-16, 1700 rpm | Advance HC138, 3:1 | etwa 567 rpm | Binnenfrachtschiffe |
| SDEC D683, 2200 rpm | Advance 135A, 4:1 | etwa 550 rpm | Trawler und Arbeitsboote |
| Weichai WD618.C-16, 1700 rpm | Advance HC138, 4:1 | 425 rpm | Schwer beladene Lastkähne |
| Motor mit 2200 rpm | Advance D300A, 5.05:1 | etwa 436 rpm | Schlepper und langsame Schiffe mit hohem Schubbedarf |
Die D683-Kombination mit 4:1 wurde bei der Neumotorisierung eines 24 m langen Trawlers verwendet. Die Kombinationen aus WD618 und HC138 stammen aus einer Binnenfrachtflotte, bei der für jedes Schiff passend zu Rumpf und Propeller Untersetzungen von 3:1 oder 4:1 gewählt wurden.
Wie wähle ich die richtige Untersetzung für meinen Propeller?
Untersetzung und Propeller werden gemeinsam ausgewählt. Bei einer Neumotorisierung mit Beibehaltung des vorhandenen Propellers ist das Ziel einfach: Wählen Sie die Untersetzung, die bei der Nenndrehzahl des neuen Motors die bisherige Propellerwellendrehzahl reproduziert. Lief der alte Motor mit 1800 rpm über ein 3:1-Getriebe (600 rpm an der Welle), benötigt ein neuer Motor mit einer Nenndrehzahl von 2200 rpm eine Untersetzung von etwa 3.67:1, um dieselbe Wellendrehzahl beizubehalten. Anschließend wird die nächstliegende verfügbare Untersetzung gewählt und die Propellersteigung geprüft oder angepasst.
Bei einem Neubau oder einem neuen Propeller läuft das Verfahren üblicherweise umgekehrt ab:
- Den größten Propellerdurchmesser bestimmen, den Rumpf und Freiraum an den Blattspitzen zulassen.
- Anhand von Schiffsgeschwindigkeit und Last mit Propellerauslegungssoftware oder Diagrammen die Wellendrehzahl abschätzen, mit der dieser Durchmesser laufen sollte.
- Die Motornenndrehzahl durch diese Wellendrehzahl teilen, um die ideale Untersetzung zu erhalten.
- Die nächstliegende Standarduntersetzung aus der Getriebefamilie wählen und die Propellersteigung fein abstimmen.
Standarduntersetzungen sind in Stufen verfügbar. Das Fada FD120 wird mit 1.48, 1.94, 2.45, 2.96 und 3.35:1 angeboten, das Advance HC138 mit 2.52, 3.0, 3.57, 4.05 und 4.45:1. Die Propellersteigung gleicht die geringe Abweichung zwischen idealer und verfügbarer Untersetzung aus.
Ist das Getriebe für die Leistung und das Drehmoment meines Motors ausreichend belastbar?
Ein Getriebe wird hauptsächlich durch das übertragbare Drehmoment begrenzt. Seine übertragbare Leistung sinkt daher mit abnehmender Eingangsdrehzahl. Hersteller geben dies üblicherweise auf zwei Arten an: als maximale Leistung bei einer bestimmten Drehzahl (beispielsweise ist das Fada FD120 mit 340 HP bei 2500 rpm und das HC138 mit 375 HP bei 2500 rpm angegeben) oder als Übertragungsfähigkeit in kW pro r/min. Die Übertragungsfähigkeit kann sich auch zwischen den Untersetzungen derselben Familie unterscheiden. Prüfen Sie daher immer die Zeile für die genau benötigte Untersetzung.
Um einen Motor mit einem Getriebe zu vergleichen, teilen Sie die Motorleistung in kW durch die Nenndrehzahl:
- Ein Motor mit 320 metrischen hp (etwa 235 kW) bei 2200 rpm benötigt etwa 0.107 kW pro r/min.
- Ein Motor mit 170 kW bei 1700 rpm benötigt 0.100 kW pro r/min.
Die Nennübertragungsfähigkeit des Getriebes für die gewählte Untersetzung sollte mindestens diesem Wert entsprechen, zuzüglich einer Reserve für die Einsatzklasse des Motors. Dieselbe Drehmomentprüfung lässt sich direkt durchführen: Das Motordrehmoment in N·m beträgt 9550 × kW ÷ rpm. Somit ergeben 235 kW bei 2200 rpm ungefähr 1020 N·m am Schwungrad, und bei 4:1 überträgt die Abtriebswelle ungefähr das Vierfache, abzüglich geringer Verluste.
Prüfen Sie auch den Eingangsdrehzahlbereich. Für Advance 135A, D300A und HC300 sind 750–2500 rpm angegeben, für das 120C 1000–2500 rpm; Nenn- und Leerlaufdrehzahl des Motors sollten innerhalb des Getriebebereichs liegen.
Was ist bei Schub, Flanschen und Kupplungen zu beachten?
Wenn Untersetzung und Übertragungsfähigkeit stimmen, entscheiden die mechanischen Schnittstellen darüber, ob sich die Komponenten problemlos miteinander verschrauben lassen.
| Prüfpunkt | Warum es wichtig ist | Beispielwerte aus Datenblättern |
|---|---|---|
| Zulässiger Propellerschub | Das Drucklager des Getriebes überträgt den Propellerschub in den Rumpf | 120C: 25 kN; HC300: 50 kN; D300A: 60 kN |
| Kupplungsglocke (SAE-Größe) | Muss zum Schwungradgehäuse des Motors passen | HC300 und D300A: SAE 0 oder SAE 1 |
| Eingangskupplung | Überträgt das Drehmoment vom Schwungrad und dämpft Drehschwingungen | Auf Motordrehmoment und Anschlussbild des Schwungrads abgestimmt |
| Abtriebsflansch | Muss zur Propellerwellenkupplung passen | Flanschdurchmesser und Lochkreis prüfen |
| Achsabstand | Bestimmt den vertikalen Versatz zwischen Eingangs- und Abtriebswelle | 120C und FD120: 180 mm; HC138: 225 mm; D300A: 355 mm |
| Gewicht und Abmessungen | Beeinflussen die Auslegung des Motorfundaments und den Trimm | D300A: etwa 680 kg; FD120: etwa 225 kg |
Der Achsabstand wird bei Neumotorisierungen häufig übersehen. Er verändert den vertikalen Versatz zwischen Kurbelwelle und Propellerwelle. Ein Getriebe mit einem anderen Achsabstand als das bisherige kann daher eine Anhebung oder Absenkung des Motorfundaments erfordern, damit die Wellenanlage fluchtet.
Bei Doppelmotoranlagen sollten beide Getriebe dieselbe Untersetzung haben, und die Propellerdrehrichtung muss für jede Seite geplant werden. Viele Schiffswendegetriebe können den Abtrieb in beide Richtungen mit derselben Untersetzung antreiben. Prüfen Sie dies jedoch für das genaue Modell, bevor Sie rechts- und linksgängige Propeller festlegen. Bei der Neumotorisierung der zweimotorigen Motoryacht wurde die Getriebeuntersetzung nahe den ursprünglichen Werten gewählt, damit die vorhandenen Propeller beibehalten werden konnten.
Welche Informationen benötigt ein Lieferant, um ein Getriebe abzustimmen?
Senden Sie Motormodell, Nennleistung und Nenndrehzahl, SAE-Größe des Schwungradgehäuses, Einsatzklasse, Propellerdurchmesser und -steigung, Wellendurchmesser sowie bei einer Neumotorisierung das bisherige Getriebemodell und dessen Untersetzung. Die Ingenieure von MARS prüfen damit Untersetzung, Übertragungsfähigkeit und Schnittstellen und können Motor und Getriebe vor dem Versand gemeinsam auf dem Prüfstand laufen lassen, mit schriftlichem Bericht und Video. Fordern Sie eine Getriebeabstimmung an und übermitteln Sie Ihre Motor- und Propellerdaten.
Häufig gestellte Fragen
Was bedeutet eine Getriebeuntersetzung von 3:1?
Der Motor dreht sich dreimal pro Umdrehung der Propellerwelle. Bei einer Motordrehzahl von 2200 rpm dreht sich der Propeller mit etwa 733 rpm, wobei am Abtrieb ungefähr das Dreifache des Motordrehmoments anliegt.
Ist eine höhere Untersetzung besser?
Nicht grundsätzlich. Eine höhere Untersetzung eignet sich für einen größeren, langsamer laufenden Propeller und schwere, langsame Schiffe, während eine niedrigere Untersetzung zu kleineren Propellern an leichteren, schnelleren Rümpfen passt. Die richtige Untersetzung ist diejenige, die zu Ihrem Propeller und Rumpf passt.
Kann ich ein für 2500 rpm ausgelegtes Getriebe an einem Motor mit 1800 rpm verwenden?
Ja, wenn 1800 rpm innerhalb des Eingangsdrehzahlbereichs des Getriebes liegt und seine Übertragungsfähigkeit bei 1800 rpm die Motorleistung abdeckt. Da die Übertragungsfähigkeit durch das Drehmoment begrenzt ist, liegt die zulässige Leistung bei 1800 rpm unter dem angegebenen Hauptwert bei 2500 rpm.
Was passiert bei einer falschen Getriebeuntersetzung?
Ist die Untersetzung für den Propeller zu niedrig, erreicht der Motor seine Nenndrehzahl nicht und läuft überlastet; ist sie zu hoch, überdreht der Motor, bevor die volle Leistung abgenommen wird. Beides verschwendet Kraftstoff, und Überlast verkürzt die Motorlebensdauer.
Benötige ich bei einer Neumotorisierung ein neues Getriebe?
Nicht immer, doch das alte Getriebe muss eine ausreichende Übertragungsfähigkeit für den neuen Motor, eine passende Kupplungsglocke und einen guten inneren Zustand aufweisen. Viele Betreiber ersetzen es gleichzeitig, um ein zweites Auskranen zu vermeiden.
