DE2242320C3 - Antrieb für eine Axialstrom-Flügelradpumpe - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für eine Axialstrom-Flügelradpumpe, insbesondere für Wasserfahrzeuge, mit einer hohl ausgebildeten Flügelradwelle, in deren Hohlraum Flügelradschaufeln für die Axialdurchströmung einer zu pumpenden Flüssigkeit angeordnet sind und die außen wenigstens teilweise von ihrer Antriebsvorrichtung umgeben ist.

Aus der US-PS 31 43 972 ist eine Axialstrom-Flügelradpumpe der eingangs genannten Art bekannt, deren Flügelradwelle hohl ausgebildet und von ihrer Antriebsvorrichtung umgeben ist und somit für den Strahlantrieb von Wasserfahrzeugen nach dem Rückstoßprinzip geeignet ist. Die Pumpe ist in der Nähe des Hecks angebracht und gibt einen Wasserstrahl hoher Geschwindigkeit ab, der einen sicheren und leistungsfähigen Antrieb darstellt.

Die bekannte Axialstrom-Flügelradpumpe verwendet als Antriebsvorrichtung einen Elektromotor und ist somit nur für größere Schiffe geeignet. Für Sportboote und Vcrgnügungsfanrzeuge ist die Große und das Gewicht eines Elektromotors jedoch untragbar, ganz abgesehen von dem Aufwand für die Erzeugung bzw. Speicherung der elektrischen Energie.

Der Erfindung liegt nun demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für eine Axialstrom-Flügelradpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Gewicht und Größe besonders gering sind, so daß die Anordnung .^rür den Antrieb auch kleinerer Boote geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antriebsvorrichtung eine parallel- und innenachsige Kreiskolbcn-Brennkraftmaschine mit Schlupfeingriff zwischen einem einen Arbeitsraum umgebenden Gehäusemantel mit epitrochoidaler Innenwandung und einem dreieckigen Kolben ist, der auf einem mit der Flügelradwelle verbundenen Koppelglied drehbar gelagert ist.

Diese Anordnung hat vor allem den Vorteil, daß sie keine gesonderte Kraftübertragungsvorrichtung benötigt und die ohnehin vorhandenen Trägheitsmomente zur Ausbildung des für den Betrieb der Brennkraftmaschine erforderlichen Schwungmomentes ausnutzt.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im Zusammenhang mit dem Gegenstand des Unteranspruchs 3 wird auf die DT-PS 3 39 531 verwiesen, aus der für eine Rotationskolbenmaschine bekannt ist, daß ein mit der Welle verbündendes Ritzel mit einem im Kolben befindlichen Hohlrad in Eingriff kommt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Bootes mit einer Anordnung der Antriebseinheit,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine die hohle Flügelradwelle umgebende Rotationskolbenmaschine und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Antriebseinheit in Zweifachanordnung.

Fig. 1 zeigt teilweise im Schnitt eine Antriebseinheit für Wasserfanrzeuge. Die Antriebseinheit 7 ist innerhalb des Rumpfes 9 eines Bootes in der Nähe des Hecks angeordnet und mit einem Wassereinlaßanschluß 11 und einem Auslaßanschluß 13 versehen. Die Antriebseinheit 7 umfaßt eine Brennkraftmaschine in Form einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit einer hohlen Flügelradlwelle 15, die innerhalb der Antriebseinheit 7 so angeordnet ist, daß sie eine Flüssigkeitsleitung vom Einlaß 11 zum Auslaß 13 bildet. Die Flügelradwelle 15 umfaßt eine oder mehrere Stufen turbinenartiger Flügelradschaufeln 17, die innerhalb der Leitung der Flügelradwelle angeordnet sind. Von der Flügelradwelle 15 getragene Exzenter 19 bilden die bei einem Verbrennungsmotor den Hub verarbeitende Kurbeleinrichtung, je nach der gewünschten Arbeitsleistung der Antriebseinheit 7 kann ein Exzenter oder können mehrere Exzenter 19 an der Flügelradwelle 15 vorgesehen sein. Bei auf diese Weise an der Welle angeordneten Exzentern 19 bleibt die innere Leitung durch die Flügelradwelle 15 gleichmäßig glatt und als kontinuierliche axiale öffnung vom Einlaßende zum Auslaßende erhalten. Es kann außerdem eine Kraftabnahmewelle 21 im rechten Winkel zur Flügelradwelle 15 zwischen zwei Exzentern 19 angeordnet sein. Diese Kraftabnahmewelle kann mit der Flügelradwelle 15 über ein Getriebe mit Schrägverzahnung von bekannter Bauart verbunden sein und als Kraftwelle für hier nicht gezeigtes Zubehör, wie eine ölpumpe, eine Wasserumwälzvorrichtung, einen Generator und einen Anlasser, dienen.

Die Flügelradwelle 15 ist in llauptlagern 23, 25 an _inren beiden Enden drehbar gelagert. Sie kann zusätzlich zwischen ihren Enden von weiteren Hauptlagern abgestützt sein, die entlang ihrer Längserstreck'ing angeordnet sind. Einige dieser Lager können als Widerlager ausgelegt sein, um den ortsfesten Teil des Motors (und damit auf den Rumpf 9) den Reaktionsschub zu übertragen, den die Flügelradwelle *5 aufnimmt, wenn der antreibende Wasserstrom nach hinten ausgestoßen wird. Neben den Hauptlagern 23, 25 in der Näher der Enden der Flügclradwelle 15 sind Dichtungen 27 und 29 angeordnet, die Wasser von den Hauptlagern und anderen inneren Teilen der Antriebseinheit 7 fernhalten.

Die so innerhalb der Antriebseinheit 7 angeordnete Flügelradwelle 15 hat im wesentlichen ihre gesamte Masse auf einem mittleren Radius von einigen Zentimetern von der Drehachse und auf einer Länge von etwa 60 cm. Das Trägheitsmoment dieser Flügelradwelle 15 kann also so gewählt werden, daß diese als integrales Schwungrad für einen gleichmäßigen Betrieb des Verbrennungsmotors dienen kann. Damit ist die Notwendigkeit für ein zusätzliches Schwungrad mit den daraus resultierenden Gewichts- und Beschleunigungsproblemen umgangen, wodurch das Gesamtgewicht verringert und die Gesamtleistung der Antriebseinheit gesteigert wird. Mit Ausnahme der Kraftabnehmeweile 21 sind außerhalb der Antriebseinheit 7 im wesentlichen keine sich drehenden Maschinenelemente vorgesehen. Es brauchen zum Antrieb des Bootes 9 keine mechanischen Wellen, Kupplungen, Übertragungen od. dgl. an der Antriebseinheit 7 befestigt zu sein, sondern die einzig nötigen Anschlüsse sind der Wassereinlaß 11 und der Wasserauslaß 13.

Der Einlaß 11 umfaßt eine Leitung, die mit Flanschen am Ende der Antriebseinheit und im wesentlichen axial fluchtend mit der inneren Öffnung der Wasserleitung durch die Flügelradwelle 15 angebracht sein kann. Der Einlaß H umfaßt ferner einen den Rumpf durchstoßenden Anschluß 39, der so angeordnet ist, daß er bei der allgemeinen Vorwärtsbewegung des Bootes Wasser aufnimmt. Der Einlaß 11 kann an der Außenseite des Rumpfbodens 10 durch ein Schutzgitter oder einen Schirm 37 abgedeckt sein. Es sind also keine außenliegenden mechanischen Kupplungsteile oder Bauelemente sich drehender Maschinenteile außerhalb des Rumpfes 9 des Bootes vorhanden.

Der Einlaß 11 umfaßt außerdem ein betätigbares Klappenventil 35, welches quer zur Einlaßieitung angeordnet werden kann, um die Wasserströmung zu*· Antriebseinheit 7 zu unterbinden. Bei der hier gezeigten zurückgezogenen Stellung ist die Strömung des Wassers durch den Einlaß 11 zur Antriebseinheit 7 unbehindert und liefert infolgedessen den nötigen Vorwärtsschub. Wenn das Klappenventil 35 aber in seiner gestrichelt gezeigten Alternativstellung angeordnet wird, ist die Wasserströmung zur Antriebseinheit 7 behindert, so daß kein ausreichender Vorwärtsschub entwickelt werden kann, wodurch sich ein Leerlauf-Betrieb der Antriebseinheit.7ergibt. Vordem Klappenventil 35 ist ein Hilfskanal 33 für Wasser vorgesehen, durch den Kühlwasser zu der hier nicht gezeigten Wasserumwälzvorrichtung der Antriebseinheit 7 geleitet wird, um während aller Betriebsphasen (d. h. vorwärts, rückwärts und Leerlauf) eine ausreichende Strömung von Kühi- bf, wasser zur Antriebseinheit 7 zu gewährleisten.

Der Auslaß 13 umfaßt eine von Hand in ihrer Richtung bestimmbare Düse 41, die um eine im wesentlichen senkrechte Achse drehbar ist und dadurch Steueimöghchkeiten bietet, weil der ausgestoßene Strom unter Druck stehenden Wassers in die gewünschte Richtung gelenkt werden kann. Diese Düse 41 kann über einen Steuerarm 43 und eine zugehörige Steuervorrichtung 45 an einer bekannten Steuereinrichtung befestigt sein. Darüber hinaus ist ein an sich bekannter Schubumkehi 2r 42 an der Düse 41 um eine im wesentlichen horizontale Achse schwenkbar angelenkt. In seiner normalen aufrechten Ruhestellung liegt der Schubumkehrer 42 außerhalb des abgegebenen Wasserstromes und ist folglich wirkungslos. Wenn der Schubumkehrer 42 aber, wie gestrichelt gezeigt, nach unten angeordnet ist, wird ein beträchtlicher Teil des ausgestoßenen Wasserstroms nach unten und in bezug auf den Rumpf 9 des Bootes nach vorn umgelenkt, wodurch sich eine Manövrierfähigkeit in Rückwärtsrichtung ergibt. Deshalb ist es nicht nötig, hierfür ein bekanntes Wechselgetriebe vorzusehen.

Der Auslaß 13 hat eine integrale Abgasöffnung 48, die die in einer Abgassammelleitung 47 der Antriebseinheit 7 vorhandenen Abgase erhält und diese in einer bei Venturi-Verengungen üblichen Weise in den abgegebenen Wasserstrom einleitet. Auf diese Weise werden die in die Abgassammelleitung 47 gelangenden Abgase und das Kühlwasser so in den ausgestoßenen Wasserstrom eingeleitet, daß die Gase und das Kühlwasser in mit hoher Geschwindigkeit angetriebenen Wasserströmen weggeschwemmt werden. Hierdurch wird nicht nur das Betriebsgeräusch während der Vorwärtsbewegung verringert, sondern auch ein im wesentlichen sauberer Betrieb der Antriebseinheit für Wasserfahrzeuge gewährleistet. Dadurch, daß während des Leerlauf-Betriebs die Wassermengen durch das Klappenventil 35 wahlweise gesteuert werden können, kann ein ausreichender Wasserstrom durch die Flügelradwelle 15 der Antriebseinheit 7 beibehalten werden, um Auspuffgeräusche und Abgase zu dämpfen, die durch den Auslaß 13 abgegeben werden, ohne daß jedoch die Geschwindigkeit oder das Volumen des Wassers ausreicht, um einen wesentlichen Vorwärtsschub zu erzeugen.

Fig. 2 zeigt einen vereinfachten Schnitt durch eine Kolbenstufe eines Kreiskolbenmotors gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Motor umfaßt einen bekannten, epitrochoidal geformten Arbeitsraum 51 mit einem dreieckigen Kolben, der so angeordnet ist, daß er sich auf einem Exzenter 19, welche die Flügelradwelle 15 trägt, innerhalb des Arbeitsraumes dreht und exzentrisch umläuft. Der dreieckige Kolben 53 mit seinen Gasdichtungen 55, 57 und Öldichtungen ist auf dem Exzenter 19 mittels eines Kugellagers 59 drehbar gelagert. An der hohlen Flügelradwelle 15 sind mehrere Flügelradschaufeln 17 im wesentlichen radial innerhalb der Innenwände der Flügelradwelle 15 angeordnet. Die Flügelradwelle 15 hat außerdem einen oder mehrere öldurchlässe 61, die innerhalb des Mantels der Flügelradwelle angeordnet sind und durch die Drucköl zu den Hauptlagern und den Kugellagern 49 fließt. Die Einlaßöffnung in den Arbeitsraum 51 kann gleichzeitig an eine oder mehrere Arbeitsräume angeschlossen sein und ferner an einen üblichen Vergaser und Lufteinlaß 46 zur Zufuhr des zum Betrieb eines Verbrennungsmotors nötigen Brennstoff-Luft-Gemisches. Auch die Abgasöffnung 63 kann aneine oder mehrere Arbeitsraume angeschlossen sein. Sie iit außerdem an die Abgassammelleitung 47 angeschlossen, die mit der (teilweise in Umfangsgestalt ausgebildeten) Abgasöffnung 48 im Auslaß 13 in Verbindung steht.

Diese Abgasöffnung 48 kann innerhalb des Auslasses 13 von einer Leitrippe 75 (Fig.3) gebildet sein, die als Zwischenwand zum Trennen des Abgases und des ausgestoßenen Wasserstroms um den Umfang oder einen Teil des Umfangs des Wasserstroms herum dient. Am Ende der Abgasöffnung 48 werden dann die Abgase in den abgegebenen Wasserstrom eingeleitet, um die Abgasgeräusche zu dämpfen und die Abgase in einem mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßenen Wasserstrom abzuleiten.

Zusätzlich kann die Leitrippe 75 ein federnd nachgiebig vorgespanntes Rückschlagventil 79 umfassen, um zu verhindern, daß Wasser in die Abgassammelleitung 47 zurückströmt. Zusätzlich kann auch eine Kühlwassermenge, die durch Kühlkanäle 81 um die Arbeitsräume der Antriebseinheit 7 herum zirkuliert, in bekannter Weise in die Abgassammelleitung 47 abgegeben werden, um die Betriebstemperatur dieser Sammelleitung niedrig zu halten.

F i g. 3 zeigt zwei Kolbenstufen eines Kreiskolbenmotors. Jeder Arbeitsraum umfaßt einen Kolben 53 von dreieckiger Gestalt, der über Lager 59 auf einem Exzenter 19 angebracht ist, wie Fig. 2 zeigt. Ein mittleres Lager 71 kann zwischen den Kolbenstufcn angeordnet sein und eine Ringnut von so großer Aussparung haben, daß darin die Kraftabnahmewelle 21 und von den Wellen 21 und 15 abgestützte, miteinander kämmende Zahnräder mit Schrägverzahnung aufgenommen werden können. Das Zahnrad auf der Welle 21 sieht in Eingriff mit dem Zahnrad 73, welches von der Flügelradwelle 15 abgestützt ist. Hierdurch ist eine Einrichtung gebildet, von der die Flügelradwelle 15 beim Anlassen des Motors sowie Zubehör, wie eine ölpumpe, cine Wasserumwälzpumpe und ein Generator, während des Betriebs des Motors angetrieben werden können. Eine hier nicht gezeigte ölpumpe von bekannter Bauart kann so angeordnet sein, daß sie Öl aus der Ölwanne des Motors aufnimmt und das Öl unter Druck in die Ringnut abgibt, wodurch unter Druck stehendes öl in die Öldurchlässe 61 gelangt, die sowohl mit der Ringnut im Lager 71 als auch mit den Kugellagern 59 sowie den Hauptlagcrn 23,25 in Verbindung stehen.

ίο Wenn ein zusätzliches Trägheitsmoment nötig ist, kann ein kleines, scheibenartiges Schwungrad mit einer axialen Öffnung, die mindestens so weit ist, wie die Öffnung in der Flügclradwelle 15, am Einlaß- oder Auslaßendc der Flügelradwelle 15 befestigt sein. Dieses zusätzliche Schwungrad kann in Berührung mit dem durch die Flügelradwcllc 15 strömenden Wasser arbeiten und erforderlichenfalls auch innere, gegen die Strömung ausgerichtete Schaufeln aufweisen, um die Vorlriebsleistung der Flügelradschaufeln 17 zu erhöhen.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Kreiskolbenmotor kann die Flügelradwelle 15 gemäß einer Alternativlösung auch anders als mit Hilfe von Exzentern 19 mit dem Kolben gekoppelt sein. Beispielsweise kann der Kolben ein Hohlrad enthalten, welches im wesentlichen an der gleichen Stelle liegt wie der äußere Laufring des Lagers 59 und mit einem Ritzel auf der Flügelradwelle 15 in Eingriff steht. Hierdurch dreht sich die Flügelradwelle 15 mit größerer Winkelgeschwindigkeit als der Kolben, wodurch das wirksame Trägheitsmoment und die von der Flügelradwclle erzielte Schwungradwirkung vergrößert und außerdem die Vortricbsleistung der Stufen der Flügelschaufeln 17 verbessert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Antrieb für eine Axialstrom-Flügelradpumpe, insbesondere für Wasserfahrzeuge, mit einer hohl ausgebildeten Flügelradweile, in deren Hohlraum Flügelradschaufeln für die Axialdurchströmung einer zu pumpenden Flüssigkeit angeordnet sind und die außen wenigstens teilweise von ihrer Antriebsvorrichtung umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (7) eine parallel- und innenachsige Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit Schlupfeingriff zwischen einem einen Arbeitsraum (51) umgebenden Gehäusemantel mit epitrochoidaler innenwandung und einem dreieckigen Kolben (53) ist, der auf einem mit der Flügelradwelle (15) verbundenen Koppelglied (19) drehbar gelagert ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (19) ein Exzenter ist.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (19) als Ritzel ausgebildet ist, das mit einem im Kolben (53) angeordneten Hohlrad im Eingriff steht.

4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor der hohlen Flügelradwelle (15) ein Klappenventil (35) vorgesehen ist.

5. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor dem Klappenventil (35) ein Hilfskanal (33) für die Zufuhr von Kuhlflüssigkeit zu der Brennkraftmaschine abzweigt.

6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung hinter der hohlen Flügelradwelle (15) eine Mischvorrichtung für Flüssigkeiten und Gase aus der Flügelradwelle (15), einer Abgassammelleitung (47) der Brennkraftmaschine und gegebenenfalls einer Kühlflüssigkeitsableitung der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.

7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgassammelleitung (47) ein Rückschlagventil (79) angeordnet ist.