Antriebsanlage für Gleit- oder Tragfiügelboote In Wasserfahrzeugen hängt die Momentaufnahme des Propellers ausser von der Drehzahl vom Fahrwider stand ab. In Schiffen mit betriebsbedingt stark unter schiedlichen Fahrwiderständen, z. B. bei Schleppern, Fischereifahrzeugen oder Eisbrechern, mit Verbren nungsmotoren, besonders Dieselmotoren, als Antriebs maschinen, werden zwischen Motor und Propeller Wechselgetriebe mit mehreren Untersetzungsstufen oder elektrische Übertragungsanlagen zur Erhöhung des vom Motor abgegebenen Momentes und zum Betrieb des Motors mit höchster Leistung auch bei kleineren Pro pellerdrehzahlen eingebaut.
Die Erfindung bezieht sich auf Antriebsanlagen von Gleit- oder Tragflügelbooten, deren Fahrwiderstand bei eingetauchtem Bootskörper beim Anfahren mit zuneh mender Geschwindigkeit schnell anwächst, beim Glei ten resp. Austauchen sich verringert und bei weiterer Geschwindigkeitszunahme sich wieder erhöht. Bei etwa der Fahrgeschwindigkeit proportionaler Propellerdreh zahl entspricht der Verlauf der Momentaufnahmekurve des Propellers etwa der Fahrwiderstandskurve.
Mit Tragflügelbooten will man möglichst hohe Ge schwindigkeiten erreichen, jedoch sind einer wirtschaft lichen Dauergeschwindigkeit aus strömungstechnischen Gründen Grenzen gesetzt.
Im Interesse der Gewichtsersparnis und vor allem eines wirtschaftlichen Betriebes soll die Nennleistung des Motors der vom Propeller bei Dauerreisegeschwin digkeit aufgenommenen Leistung entsprechen.
Nun ist es möglich, dass der erhöhte Drehmoment bedarf des Propellers beim Austauchen bei noch klei nerer Propellerdrehzahl vom Antriebsmotor nicht ge deckt werden kann, d. h. das Boot kann nicht aus tauchen.
Die bei Schiffen bekannten Kraftübertragungsanla- gen zum Anpassen des vom Motor abgebbaren Mo mentes an den stark schwankenden Momentbedarf des Propellers sind für Tragflügelboote ungeeignet. Bei den mechanischen Wechselgetrieben, die bei den in Frage kommenden Leistungen meistens mit Klauen oder Zahnkupplung geschaltet werden, wird während dem Schaltvorgang der Kraftfluss unterbrochen. Beim Umschalten von der das Drehmoment erhöhenden Stu fe auf die Stufe höherer Drehzahl nach dem Austau- chen würde sofort die Bootsgeschwindigkeit abfallen und das Boot wieder eintauchen.
Die elektrische Kraftübertragung ist aufwendig und teuer und kommt wegen ihres hohen Gewichtes für Tragflügelboote ohnehin nicht in Frage.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und leichte Kraftübertragung für Tragflügelboote zu schaf fen, die den Drehmomentbedarf des Propellers bei al len Betriebszuständen decken kann und die Nachteile der bekannten Übertragungen vermeidet.
Erfindungsgemäss wird dies erreicht durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler zwischen Ver- brennungskraftmaschine, z. B. einem Dieselmotor, und Propellerwelle zur Erhöhung des von der Verbren nungskraftmaschine abgebbaren Momentes auf das beim Anfahren des eingetauchten Bootes erforderliche höhere Propellerdrehmoment und zum Betrieb der Ver- brennungskraftmaschine mit höchster Leistung bei bei höchster Drehzahl beim Gleiten bzw. Austauchen.
Besondere Vorteile bietet ein Wandler mit zentri petaler Turbine mit fallender Momentaufnahme bei steigender Abtriebsdrehzahl und mit seinem Wirkungs gradmaximum bei einer Abtriebsdrehzahl, die etwa der Propellerdrehzahl beim Gleiten bzw. Austauchen des Bootes entspricht.
Bei Tragflügelbooten für besondere Verwendungs zwecke, von denen ausser einer wirtschaftlichen Dauer geschwindigkeit zeitweise überhöhte Geschwindigkeiten gefordert werden und die dafür mit einer weiteren zu schaltbaren Verbrennungskraftmaschine, z. B. einer Gasturbine, ausgerüstet sind, kann die Gasturbine an die Propellerwelle kuppelbar sein, gegebenenfalls über eine Zahnradübersetzung zur Anpassung der Gastur- binendrehzahl an die Propellerdrehzahl, und das Dreh zahlverhältnis der Ausgangswelle zur Eingangswelle des Wandlers reicht bei ausreichendem Wandlerwirkungs- grad über den Wert 1 hinaus,
so dass die zulässige Höchstdrehzahl des Dieselmotors bei erhöhter Propel lerdrehzahl nicht überschritten wird.
Ausserdem kann für einen wirtschaftlichen Betrieb in der Antriebsanlage eine Reibkupplung zum über brücken des Wandlers nach dem Austauchen bei nor maler Marschfahrt angeordnet sein.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen ersichtlich, in der die Fig. 1 die Momentaufnahmekurve über der Dreh zahl eines Propellers in einem Tragflügelboot bei ver schiedenen Fahrzuständen, die Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Antriebsanlage für ein Tragflügelboot mit einer zuschaltbaren Gastur bine, die Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel des Getriebes in der Antriebsanlage nach Fig. 2 und die Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Getrie bes in der Antriebsanlage nach Fig. 2 zeigt.
In Fig. 1 ist MP der Verlauf des Propellerdreh momentes über der Propellerdrehzahl. Etwa proportio nal der Propellerdrehzahl ist die Bootsgeschwindigkeit. Beim Anfahren steigt das Propellerdrehmoment bei wachsender Bootsgeschwindigkeit entsprechend dem wachsenden Bootswiderstand steil an und erreicht vor dem Austauchen einen ersten Maximalwert A. Durch die Widerstandsverminderung beim allmählichen Aus tauchen sinkt die Drehmomentaufnahme des Propellers trotz wachsender Bootsgeschwindigkeit und Propeller drehzahl ab, ist bei gerade ganz ausgetauchtem resp. gleitendem Bootskörper am niedrigsten (B) und steigt mit wachsender Bootsgeschwindigkeit wieder an.
Die für das Boot aus strömungstechnischen Grün den (Kavitation an den Flügeln) begrenzte wirtschaft liche Dauergeschwindigkeit wird bei der Propellerdreh zahl n(, erreicht (C). Der Antriebsmotor ist aus Grün den eines wirtschaftlichen Betriebes und eines niedri gen Gewichtes so bemessen, dass seine Dauerleistung gerade der aufgenommenen Propellerleistung bei dieser Bootsgeschwindigkeit entspricht. Die gegebenenfalls auf die Propellerwelle reduzierte Motor-Drehmomentkurve Msi schneidet die Propellerkurve Mp in C (Ausle gungspunkt).
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass bei fest. -r Übersetzung zwischen Motor und Propeller dann das beim Austauchbeginn (A) erforderliche Propeller moment vom Motor nicht aufgebracht werden kann. Durch den erfindungsgemäss zwischen Motor und Propellerwelle eingebauten Drehmomentwandler kann der Motor vom Stillstand des Propellers bis zu seiner Drehzahl n, bei Dauergeschwindigkeit mit seiner Dauerleistung betrieben werden.
Damit steht an der Propellerwelle das Wandlerabtriebsmoment M@v zur Verfügung, das bis zum Schnittpunkt mit der Propel lerkurve D nahe der Dauergeschwindigkeit über dem Drehmomentbedarf Mn des Propellers liegt. Im Punkt D wird dann durch die in der Übertragungsanlage an geordnete Reibungskupplung der Wandler überbrückt, womit die Wandlerverluste ausgeschaltet werden und nunmehr das in diesem Bereich höhere Motordreh moment an der Propellerwelle zur Verfügung steht.
In Tragflügelbooten für besondere Einsatzzwecke, die zeitweise eine weit höhere Geschwindigkeit als die wirtschaftliche Dauergeschwindigkeit erreichen sollen und die dafür mit einer zusätzlichen Antriebsmaschine, z. B. einer Gasturbine, ausgerüstet sind, ist zweckmäs- sig die Gasturbine, gegebenenfalls über ein Anpassungs getriebe, direkt an die Propellerwelle kuppelbar. Dabei ergibt sich durch den erfindungsgemäss zwischen An triebsmotor und Propellerwelle angeordneten Wandler der Vorteil, dass bei nun wieder geöffneter überbrük- kungskupplung der Antriebsmotor mit seiner Dauer leistung bei gleichbleibender Drehzahl,
d. h. in seinem wirtschaftlichsten Betriebsbereich, weiterbetrieben wer den kann. Der Wandler ist so ausgelegt, dass seine Abtriebsdrehzahl die Antriebsdrehzahl bei noch gutem Wirkungsgrad übersteigt, wobei dann allerdings das Wandlerabtriebsmoment mit wachsender Propellerdreh zahl weiter absinkt (Kurve M.). Das fehlende Moment zwischen Kurve MR, und Mp wird nun von der Gas turbine aufgebracht, bis die höchste Leistung der Gas turbine und damit die höchste Propellerdrehzahl und Bootsgeschwindigkeit bei E erreicht wird.
In der Fig. 2 ist die Antriebsanlage eines Tragflü- gelbootes schematisch dargestellt. Ein Verbrennungs motor, vorzugsweise ein Dieselmotor 11, treibt über ein Getriebe 12 die Propellerwelle 13 mit Propeller 14 an. Für höchste Geschwindigkeit ist eine Gasturbine 15 über ein Anpassungsgetriebe 16 mit der Propellerwelle 13 kuppelbar.
Die Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Ge triebes zwischen dem Dieselmotor 11 und der Propel lerwelle 13. Die Getriebeantriebswelle 17 treibt über eine ins Schnelle übersetzende Zahnradstufe 18;19 die Getriebehauptwelle 20 an. Mit der Hauptwelle 20 dreh fest verbunden sind das Wandlerpumpenrad 21 eines hydrodynamischen Wandlers 22, die eine Hälfte einer Reibkupplung 23 mit den Reibscheiben 24 und die eine Hälfte einer weiteren Reibkupplung 25 mit einer Reibscheibe 26. Beide Kupplungen 23 und 25 sind zu einer Doppelkupplung zusammengefasst und werden mit einer gemeinsamen Druckplatte 27 geschaltet.
Die an dere Hälfte der Kupplung 23 mit Reibscheiben 28 ist mit dem Turbinenrad 29 des Wandlers 22 durch eine konzentrisch zur Getriebehauptwelle 20 angeordnete Hohlwelle 30 verbunden, auf der ein Zahnrad 31 dreh fest angeordnet ist. Die andere Hälfte der Kupplung 25 mit einer Reibscheibe 32 ist durch eine ebenfalls kon zentrisch zur Getriebehauptwelle 20 angeordnete wei tere Hohlwelle 33 mit einem Zahnrad 34 verbunden. Das Zahnrad 31 steht über ein Zwischenrad 35 mit ei nem Zahnrad 36 in Triebverbindung, das auf einer Ge- triebenebenwelle 37 fest angeordnet ist. Das Zahnrad 34 kämmt direkt mit einem Zahnrad 38, das ebenfalls fest auf der Getriebenebenwelle 37 angeordnet ist.
Mit dem Zahnrad 36 kämmt ein weiteres Zahnrad 39, das auf der Getriebeausgangswelle 40 sitzt. Mit der Ge- triebeausgangswelle 40 ist eine konzentrisch zu dieser angeordneten weiteren Welle 41, die über das Anpas sungsgetriebe 16 von der Gasturbine 15 getrieben wird, durch eine überholklauenkupplung 42 kuppelbar.
Zum Anfahren des Tragflügelbootes sind beide Kupplungen gelöst, und bei gefülltem Wandler 22 wird die Motorleistung von der Getriebeantriebswelle über die Zahnradstufe 18/19, Getriebehauptwelle 20, Wand- ler 22, Hohlwelle 30 und Zahnräder 31, 35, 36, 39 auf die Getriebeabtriebswelle 40 übertragen.
Nach dem Austauchen des Bootes wird die Kupplung 23 einge rückt, wodurch der Wandler 22 überbrückt wird, so dass nun die Motorleistung rein mechanisch von der Getriebeantriebswelle 17 über Zahnradstufe 18/19, Ge- triebehauptwelle 20, Kupplung 23, Hohlwelle 30 und Zahnräder 31, 35, 36 und 39 auf die Getriebeabtriebs welle übertragen wird. Für höchste Geschwindigkeit wird die überholklauenkupplung 42 angelegt, die beim Hochfahren der Gasturbine etwa bei Drehzahlgleich heit der Welle 41 mit der Getriebeabtriebswelle in Ein griff geht, und die Kupplung 23 wird wieder gelöst.
Damit steht nun an der Getriebeabtriebswelle 40 die Leistung des Antriebmotors 11 und die Leistung der Gasturbine zur Verfügung.
Zum Rückwärtsfahren beim Manövrieren des Boo tes wird die entsprechende Kupplung eingerückt. Da bei führt der Kraftfluss rein mechanisch von der Ge triebeantriebswelle 17 über Zahnradstufe 18/19, Ge- triebehauptwelle 20, Kupplung 25, Hohlwelle 33, Zahn räder 34/38, Getriebenebenwelle 37 und Zahnräder 36, 39 auf die Getriebeabtriebswelle 40.
Da zum Rück wärtsfahren weder grosse Geschwindigkeiten erforder lich sind, noch das Tragflügelboot zum Gleiten kom men kann, benötigt der Propeller kein hohes Dreh moment, und es ist somit nicht nötig, über den Wand- ler 22 zu fahren, und die Kupplung 25 kann entspre chend klein dimensioniert sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Getriebes zwi schen dem Motor und der Propellerwelle zeigt die Fig. 4. Dieses Getriebe enthält einen Wandler mit zentripetaler Turbine, der einerseits durch einen etwas günstigeren Wirkungsgradverlauf über den gesamten Drehzahlbe reich, andererseits durch die Drehzahldrückung des Mo tors bei kleinen Wandlerabtriebsdrehzahlen einen be sonderes wirtschaftlichen Betrieb der Antriebsanlage ermöglicht.
Die dabei in Kauf genommene kleinere Momentverstärkung bei kleinen Wandlerabtriebsdreh- zahlen bedeutet für diesen Anwendungsfall keinen Nachteil, da bei den entsprechend kleinen Propeller drehzahlen ohnehin ein grosser Momentüberschuss an der Propellerwelle besteht.
Wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 treibt die Getriebeantriebswelle 43 über eine ins Schnelle über setzende Zahnradstufe 44/45 die eine Hälfte einer Rei bungskupplung 46 mit Reibscheiben 47 und das Pum penrad 48 eines Wandlers 49. Das Wandlerturbinen- rad 50 sowie die zweite Hälfte der Reibungskupplung 46 mit Reibscheiben 51 und Druckplatte 52 sind dreh fest mit einer Getriebewelle 53 verbunden, ausserdem ist auf der Getriebewelle 53 ein Zahnrad 54 fest an geordnet, das über ein Zwischenrad 55 mit einem Zahn rad 56 auf der Getriebeabtriebswelle 57 in Triebver bindung steht.
Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig.3 ist mit der Getriebeabtriebswelle 57 eine kon zentrisch zu dieser angeordnete weitere Welle 58, die über das Anpassungsgetriebe 16 von der Gasturbine 15 getrieben wird, durch eine überholklauenkupplung 59 kuppelbar. Im Wandler 49 ist ein in den Kreis lauf einschiebbares Rückwärtsleitrad 60 angeordnet, das sich im ausgeschalteten Zustand in einem Gehäuse 61 im Kern des Wandlers 49 befindet. Das Gehäuse 61 ist über das Leitrad 62 fest mit dem Getriebegehäuse verbunden.
Zum Anfahren ist die Reibungskupplung 46 ausge rückt, und bei gefülltem Wandler wird die Motorlei stung von der Getriebeantriebswelle 43 über die Zahn radstufe 44/45, Wandler 49, Getriebewelle 53, Zahn räder 54, 55, 56 auf die Getriebeabtriebswelle 57 über tragen. Nach dem Austauchen des Bootes wird die Reibungskupplung 46 eingerückt, der Wandler 49 ent leert, und der Kraftfluss verläuft nun von der Getriebe antriebswelle 43 über Zahnradstufe 44/45, Reibungs kupplung 46, Getriebewelle 53, Zahnräder 54, 55, 56 zur Getriebeabtriebswelle 57.
Für höhere Geschwindigkeiten wird, wie beim Aus führungsbeispiel nach Fig. 3, die Reibungskupplung 46 ausgerückt, der Wandler 49 wieder gefüllt und die Überholklauenkupplung 59 angelegt, die etwa bei Dreh zahlgleichheit der Getriebeabtriebswelle 57 und der Welle 58 in Eingriff geht.
Zum Rückwärtsfahren sind die Reibungskupplung 46 und die überholklauenkupplung 59 ausgerückt und das Rückwärtsleitrad 60 des Wandlers 49 in den Kreis lauf eingerückt. Bei gefülltem Wandler 49 wird die Motorleistung wie beim Anfahren von der Getriebe antriebswelle 43 auf die Getriebeabtriebswelle übertra gen, jedoch läuft die Getriebewelle 53 und somit auch die Getriebeabtriebswelle 57 durch das eingerückte Rückwärtsleitrad 60 in entgegengesetzter Drehrichtung.