DE2701914C3 - Vorrichtung zur Erzeugung einer Schubkraft in einer Flüssigkeit - Google Patents
Vorrichtung zur Erzeugung einer Schubkraft in einer FlüssigkeitInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
- B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
- B63H1/04—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction
- B63H1/06—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades
- B63H1/08—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment
- B63H1/10—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment of Voith Schneider type, i.e. with blades extending axially from a disc-shaped rotary body
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vo^chtung zur Erzeugung
einer Schubkraft in einer Nüssigkeit nach der im Oberbegriff des Anspruches näher beschriebenen
Art.
Vorrichtungen mit den wesentlichen Merkmalen dieser Art werden als Zykloidalpropeller, wie beispielsweise
der Voith-Schneider-Propeller, zum Antrieb von Schiffen verwendet. Mittels dieser Schubkraftorgane,
deren Drehachsen senkrecht zur Wsrseroberfläche
angeordnet sind, können die Schubkräfte nach Größe und Richtung beliebig eingestellt
werden. Die Schubkraftorgane besitzen dabei Flügelform, die während einer Umdrehung des Radkörpers
um ihre vertikale Achse hin- und herschwingen. Dabei sind nur Verstellwinkel von ca. 60° in beiden Drehrichtungen
erforderlich.
Nachteilig ist dabei in manchen Fällen, daß die Schubkraftorgane aufgrund ihrer Anordnung Beschädigungen
ausgesetzt sind. So besteht z. B. bei Grundberührungen die Gefahr, daß die Flügelblätter abbrechen.
Das gleiche gilt bei im Wasser vorhandenen Fremdkörpern. Bei Vorhandensein von Wasserpflanzen
besteht die Gefahr von Verstopfungen.
Durch die US-PS 3326296 ist nun bereits ein Zykloidalpropeller
bekannt, bei dem die schubkrafterzeugenden Organe mit Rotationszylindern versehen
lind, die jeweils nach einer halben Radkörperumdrehung ihre Drehrichtung und damit die Schubrichtung
umkehren.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Schubkraft zu
schaffen, die unempfindlicher gegen äußere Einflüsse ist und mit der größere Verstellwinkel, insbesondere
mehr als 360° während einer halben Radkörperum
drehung, möglich sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches aufgezeigten
Merkmale gelöst.
ϊ Bei der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe
wird von dem bekannten Magnus-Effekt Gebrauch gemacht.
Wenn ein rotierender Körper gleichzeitig eine Anströmung erfährt, so entsteht ein Auftrieb biw. eine
ίο Schubkraft senkrecht zur Anströmung. Beim Umströmen
des rotierenden Körpers herrschen auf der Seite, auf der die Rotationsrichtung in gleicher Richtung wie
die Parallelströmung verläuft, höhere Geschwindigkeiten, was einen kleineren Druck bedeutet. Auf der
ι · anderen Seite ergibt sich dagegen ein höherer Druck.
Es entsteht somit eine Kraft senkrecht zu der Anströmung in Richtung des geringeren Druckes.
Dieser Effekt wird zur Erzeugung der Vorschubkraft verwendet. Die auf dem rotierenden Radkörper
angeordneten Rotationszylinder werden jeweils tangential angeströmt. Entsprechend der Drehrichtung
und der Lage der Punkte, wo die Rotationszylinder ihre Drehrichtung umkehren. lassen sich die einzelnen
auf die Rotationszylinder wirkenden Kräfte zu einer Gesamtschubkraft zusammenfassen. Dies geschieht
dabei dadurch, daß jeder Rotationszylinder während einer Umdrehung einmal seine Drehiichtung ändert;
d. h. die Rotationsgeschwindigkeit wird zweimal zu Null und erreicht zweimal ein Maximum. Die Schubgröße
wird dabei durch die Rotationsgeschwindigkeit bestimmt, während die Schubrichtung durch die Phasenlage
von Beginn bzw. Ende einer Drehrichtung festgelegt wird.
Die Rotationszylinder sind im Vergleich zu Flügel-
ü blättern unempfindlicher, und aufgrund ihrer Form ist die Gefahr von Verstopfungen durch Pflanzen und
ähnlichem geringer. Außerdem ist die Geräuschentwicklung geringer.
Für die Lage und Verstellung des Steuerknüppels, der das Gestänge betätigt, läßt sich beispielsweise eine
Vorrichtung verwenden, wie sie in der DE-AS 2029995 für die Verstellung des Flügelgestänges bei
einem Voith-Schneider-Propeller beschrieben ist.
Durch das erfindungsgemäße Zahnstangengetriebe, das einfach und robust im Aufbau sein kann,
können mehrere Umdrehungen während eines Halbkreises durchgeführt werden.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine prinzipgemäße Darstellung über die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 den sinusförmigen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit eines Rotationszylinders,
Fig. 3 ein Schiff mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4 Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Antrieb in prinzipmäßiger Darstellung,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung
in prinzipmäßiger Darstellung in der Draufsicht.
In Fi g. 1 ist die Wirkungsweise von Rotationszylinder 1 während eines Radkörperumlaufes dargestellt.
Die Rotationszylinder 1 sind auf einem mit der Winkelgeschwindigkeit
ωΛ rotierenden Radkörper 2 an-
(,5 geordnet. Zur besseren Darstellung ist ein Achsenkreuz
in der Figur eingezeichnet. Befindet sich der Rotationszylinder 1 auf der positiven A"-Achse (0°),
ist seine Drehzahl 0 (Position Pl). Durch die Rotation
des Radkörpers 2 werden die Rotationszylinder tangential (strichlierte Pfeile) angeströmt. Von der Position
Pl aus erhält der Rotationszylinder zunehmend eine Winkelgeschwindigkeit ω,, die bei 90° (Position
P3) ihr Maximum erreicht. Durch diese Winkelgeschwindigkeit in Verbindung mit der tangentialen Anströmung
entsteht entsprechend dem Magnus-Effekt eine mit Pfeilen dargestellte Schubkraftkomponente.
In Position PS bei 180" ist die Rotationsgeschwindigkeit des Rotationszylinders wieder Null, anschließend
wird sie wieder im umgekehrten Drehsinne bis'zum Maximum beschleunigt (Position P7) und anschließend
wieder bis auf Null abgesenkt (Position Pl). Die Resultierende aller Schubkraftkomponenten ist durch
den Pfeil 3 dargestellt. Seine Größe ergibt sich aus den Winkelgeschwindigkeiten Durch Verschiebung
des Achsenkreuzes, d. h. durch Festlegung der Null-Lagen der Rotationszylinder läßt sich die Richtung
der Schubkraft einstellen. Je nach Wunsch können mehrere, vorzugsweise 4—6, Rotationszylinder auf
dem Radkörper angeordnet werden, die alle nacheinander
die beschriebenen Position einnehmen und sich so in ihrer Wirkung ergänzen.
In Fig. 2 ist während eines Umlaufes des Radkörpers die Winkelgeschwindigkeit eines Rotationszylinders
angegeben. Wie daraus ersichtlich ist, weist sie einen sinusförmigen Verlauf auf, wobei
ω, = ω2.
ω, = ω2.
In den Fig. 3 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel mit einer mechanischen Antriebseinrichtung dargestellt
Die Rotationszylinder 1 sind in einem Radkörper 2 angeorduet und laufen mjt diesem um. Die Zahl uer
Rotationszylinder 1 kann beliebig gewählt werden. Vorzugsweise werden vier bis sechs auf dem Radkörper
angeordnet.
Eine Zahnstange 26 ist dabei mit ihrem einen Ende an einem Steuerknüppel 8 angelenkt und arbeitet mit
einem Ritzel 27, das entweder direkt oder indirekt HJ über ein Übersetzungsgetriebe mit dem Rotationszylinder
1 verbunden ist, zusammen. Dabei wird die Zahnstange 26 durch den Steuerknüppel 8 hin- und
herbewegt und versetzt so den Rotationszylinder 1 über das Ritzel 27 in eine entsprechende Drehbewegung.
In der Fig. 3 ist der Einbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Schiff angedeutet.
Gemäß Fig. 4 erfolgt der Antrieb des Radkörpers 2 über eine Hauptwelle 17 mit einem Zahnrad
18 auf einen Zahnkranz 19.
Statt für den Vortrieb eines Skiffes läßt sich die
erfindungsgemäße Vorrichtung auch far Pumpen verwenden. Insbesondere ist der Antrieb zum Transport
von empfindlichen Gütern geeignet, zum Beispiel für 2j Fische, bei denen die Gefahr besteht, daß die Köpfe
abgerisen werden. Auch aggressive Medien, die eine
Pumpe angreifen, wie z. B. Kiesaufschwemmungen, lassen sich damit ohne Gefahr für Beschädigungen der
Pumpe transportieren.
Hierzu 2 B'att Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Vorrichtung zur Erzeugung einer Schubkraft in einer Flüssigkeit mit einem rotierenden Radkörper, an dem schubkrafterzeugende Organe mit parallel zur Rotationsachse des Radkörpers verlaufenden Drehachsen angeordnet sind, wobei jedes schubkrafterzeugende Organ einen Rotationszylinder aufweist, der jeweils nach einer halben Radkörperumdrehung seine Drehrichtung umkehrt, und wobei die schubkrafterzeugenden Organe mit einem gemeinsamen, exzentrisch gegenüber der Rotationsachse des Radkörpers einstellbaren Steuerknüppel verbunden sind und wobei die Umkehrpunkte der Rotationszylinder und damit die Schubrichtung durch Veränderung der exzentrischen Lage des Steuerknüppels gegenüber der Rotationsachse des Radkörpers einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet,daß die Rotationszylinder (1) je über eine Zahnstange (26) mit dem gemeinsamen Steuerknüppel (8) verbunden sind, wobei jede Zahnstange (26) an dem Steuerknüppel (8) angelenkt ist und mit einem Ritzel (27), das entweder direkt oder über ein Übersetzungsgetriebe mit dem Rotationszylinder (1) verbunden ist, zusammenarbeitet und daß jedes schubkrafterzeugende Organ lediglich aus einem Rotationszylinder (1) allein besteht.
Priority Applications (4)
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Family Applications (1)
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