DE3626568A1 - Drehbare propelleranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine an einem Wasserfahrzeug angebrachte, mit ringförmiger Propellerdüse ausgerüstete, drehbare Propelleranlage, bei der die Antriebskraft über eine Vertikalwelle und ein Winkelgetriebe auf die horizon­ tale Propellerwelle übertragen wird, und die Propelleranlage zwecks Steuerung des Wasserfahrzeuges um die vertikale Achse drehbar ist. Eine derartige Propelleranlage kann am Wasser­ fahrzeugboden, aber auch am Heck, Bug oder an der Seite eines Wasserfahrzeuges angebracht werden.

Drehbare Propelleranlagen sind besonders vorteilhaft in solchen Wasserfahrzeugen, wie Schleppern, die sich auf sehr engem Bereich gut wenden und bewegen lassen müssen. Der Propeller eines Schleppers muß wiederum relativ groß sein, um bei kleinen Schleppgeschwindigkeiten genügend leistungs­ fähig zu sein. Daraus ergibt sich jedoch der Nachteil, daß die Propelleranlage große Ausmaße annimmt. Der Propeller er­ streckt sich auch sehr tief unter den Schiffsboden, so daß das Fahrzeug nicht in flachem Wasser arbeiten kann. Weiter­ hin erfordert eine große Propelleranlage einen sehr großen Brunnen im Schiffsboden, wenn der Ein- und Ausbau der Pro­ pelleranlage in den Brunnen von oben erfolgt oder wenn sich die Propelleranlage z. B. zur Fahrt in flachem Wasser nach oben in den Bodenbrunnen heben lassen muß.

Die Schubkraft des Propellers bei kleinen Geschwindig­ keiten wurde in an sich bekannter Weise versucht, mit Hilfe einer um den Propeller angeordneten, ringförmigen Propeller­ düse zu verstärken. Dadurch kann der Durchmesser des ein­ gesetzten Propellers möglicherweise etwas verkleinert werden. Die Propellerdüse ist jedoch ein großes Teil, woraus sich wiederum zusätzliche Probleme ergeben. Bei drehbaren Pro­ pelleranlagen muß der Propeller und die um ihn angebrachte Propellerdüse unter dem Schiffsboden voll um sich selbst drehbar sein. Wenn der zum Drehen erforderliche Raum groß ist, verursacht dies besonders dann Probleme, wenn zwei parallele Propelleranlagen eingesetzt werden und der Schiffs­ rumpf verhältnismäßig klein ist, wie z. B. bei Schleppern. Die Düse vergrößert auch das zum Drehen der Propelleranlage erforderliche Steuerungsmoment umso mehr, je weiter die Düse von der vertikalen Drehmitte der Anlage entfernt angebracht ist.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine neue Propelleranlage zu schaffen, bei der die im vorstehenden beschriebenen Nachteile nicht auftreten. Für die Erfindung ist im wesentlichen charakteristisch, daß die ringförmige Propellerdüse derart angeordnet ist, daß der in Axialrichtung der Propellerdüse gemessene Abstand von der Einlaufkante der Propellerdüse bis zur Mittelebene des Propellers im Bereich 0,7 . . . 0,85 × axiale Länge der Propellerdüse liegt.

Damit liegt die Propellerdüse fast ganz auf der Vor­ derseite des Propellers, d. h. im wesentlichen dicht an der Drehachse der Propelleranlage. Daraus ergibt sich der we­ sentliche Vorteil, daß der für die Propellerdüse erforder­ liche zusätzliche Raum wesentlich kleiner ist als bei her­ kömmlichen Lösungen. Eine mit Propellerdüse versehene Pro­ pelleranlage dieser Art läßt sich in einem im Schiffsboden ausgebildeten Brunnen derselben Größe wie für eine Propeller­ anlage ohne Propellerdüse unterbringen. Zum anderen ergibt sich aus dem geringen Platzbedarf der Vorrichtung der Vor­ teil, daß sich auch an einem kleinen Wasserfahrzeug zur Erzeugung einer größeren Schubkraft eine mit größerem Pro­ peller ausgestattete Anlage anbringen läßt.

Mit der erfindungsgemäß angeordneten Propellerdüse wird bei einer drehbaren Propelleranlage auch der ausgezeichnete Vorteil erreicht, daß der Abstand der Mitte der Propellerdüse von der vertikalen Drehachse klein ist. Daraus folgt, daß das zum Drehen der Propelleranlage erforderliche Moment wesentlich kleiner ist als bei bekannten Propelleranlagen. Damit kann auch die Konstruktion des Steuerungsantriebes erheblich leichter ausgeführt werden, was die Fertigungs­ kosten wesentlich verringert.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Propellerdüse werden noch weitere bedeutende Vorteile erzielt. Ein Vorteil besteht darin, daß sich der Propeller leicht ausbauen läßt, da er nahe der Hinterkante der Düse liegt. Die Düse kann auch stabil am Körper der Propelleranlage befestigt werden, womit das Spiel zwischen Düse und Propeller verkleinert wer­ den kann. Damit erhöht sich der Wirkungsgrad.

Einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung entspre­ chen liegt die Einlaufkante der an einer drehbaren Propeller­ anlage angebrachten Propellerdüse im wesentlichen an der Mittellinie der Vertikalwelle, d. h. an der Drehachse der Propelleranlage oder in deren unmittelbarer Nähe. In in der Praxis durchgeführten Messungen wurde festgestellt, daß bei diesem Einbau der Propellerdüse in die Propelleranlage das Steuerungsmoment bei Querströmung fast Null ist. Mit anderen Worten, die Propellerdüse ist an der optimalen Stelle ange­ bracht, womit die Konstruktion des Steuerungsantriebes so leicht ausgelegt werden kann wie möglich.

Nach einer anderen Ausführung entspricht der Abstand zwischen Einlauf- und Auslaufkante der Propellerdüse einer drehbaren Propelleranlage, d. h. die Länge der Propellerdüse, im wesentlichen der Hälfte des Propellerdurchmessers. Diese Bemessung entspricht zur Hauptsache der im vorstehenden be­ schriebenen Optimalkonstruktion. Sollte das Wasserfahrzeug jedoch hauptsächlich für den Einsatz mit niedrigen Geschwin­ digkeiten bestimmt sein, kann die Schubkraft der Düse durch Verlängerung der Düse gesteigert werden. In der Praxis kann die Länge der Düse 0,6-0,7 × Propellerdurchmesser sein. Wenn der Abstand von der Einlaufkante der Propellerdüse bis zu den Spitzen der Propellerblätter 0,70 . . . 0,85 × Düsenlänge beträgt, vergrößert sich der Platzbedarf der Propelleranlage trotz der verlängerten Düse nicht. Auch die Bemessung des Steuerungsantriebes braucht nicht geändert zu werden, weil sich das Steuerungsmoment nicht vergrößert. Mit Hilfe der Erfindung kann somit in eine herkömmliche Propelleranlage für Spezialzwecke eine längere Düse eingebaut werden, ohne daß sich die Hauptmaße der Anlage verändern.

Wenn die Propelleranlage derart ausgeführt ist, daß sie in den im Schiffsboden gebildeten Brunnen nach oben gehoben werden kann, wird der Brunnen einer weiteren vorteilhaften Ausführung entsprechend wie folgt bemessen. Die Propeller­ düse ist so nahe an der Drehachse der Propelleranlage ange­ ordnet, daß der Brunnendurchmesser genügend groß ist, wenn er im wesentlichen 1,6 × Propellerdurchmesser ist. Diese Auslegung entspricht im wesentlichen einer Brunnenbemessung fur eine drehbare Propelleranalge ohne Propellerdüse. Falls die Propelleranlage im Brunnen nicht drehbar ist, kann sich die Mittellinie des Brunnens seitlich der Drehachse der Pro­ pelleranlage befinden. Damit kann bei der erfindungsgemäßen Konstruktion der Brunnendurchmesser 1,35 × Propellerdurch­ messer betragen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der

Fig. 1 eine mit herkömmlicher Propellerdüse versehene drehbare Propelleranlage zeigt und

Fig. 2 der Fig. 1 entspricht und eine drehbare Propel­ leranlage zeigt, die mit einer erfindungsgemäßen Propellerdüse ausgerüstet ist.

In Fig. 1 ist eine drehbare Propelleranlage 3 gezeigt, die in einen im Boden 2 eines Wasserfahrzeuges 1 gebildeten Brunnen 14 eingebaut ist. Die Propelleranlage wird aus einer Vertikalsäule 15 gebildet, in der sich eine Vertikalwelle 5 befindet. Die Vertikalwelle treibt über ein Winkelgetriebe 6 die horizontale Propellerwelle 4 an, an welcher der Propeller 9 befestigt ist. Um den Propeller herum ist eine ringförmige Propellerdüse 7 angeordnet derart, daß sich die Spitzen 11 der Blätter 10 des Propellers 9 ungefähr in der Mitte der Propellerdüse 7 befinden. Damit ist der von der Propeller­ düse verursachte Momenthebelarm a ₁ des Steuerungsmomentes bedeutend groß. Da das Drehen der auf diese Weise angeord­ neten Propellerdüse bedeutend viel Platz erfordert, muß auch der Durchmesser D ₁ des im Boden 2 des Wasserfahrzeuges 1 ge­ bildeten Brunnens 14 groß sein. Wegen dieser Nachteile ist die Konstruktion nach Fig. 1, in der herkömmliche Technik angewendet ist, nicht immer verwendungsfähig.

In Fig. 2 ist die Propelleranlage nach Fig. 1 als in eine erfindungsgemäße Propelleranlage umgewandelt darge­ stellt. Dabei ist die Propellerdüse 7 derart angebracht, daß der Abstand c, gemessen von der Mittelebene der Blätter 10 des Propellers 9 bis zur Vorderkante, d. h. Einlaufkante 12 der Propellerdüse 7, von der Länge b der Propellerdüse 7 derart abhängig ist, daß c = 0,7 . . . 0,85 b ist. Die Vorder­ kante, d. h. Einlaufkante 12 der Propellerdüse liegt damit nahe der Drehachse 13 der Propelleranlage. Die gegenseitige Lage der Propellerdüse 7 und des Propellers 9 konnte dabei durch geeignete Formgebung der Propellerdüse 7 wie im vor­ stehenden beschrieben gewählt werden (c = 0,70 . . . 0,85 × b). Der Schub der Propellerdüse 7 nimmt gegenüber der vorher be­ schriebenen Anordnung nicht wesentlich ab. Das Maximum der Schubkraft der Propellerdüse 7 wird durch eine Anordnung er­ reicht, bei der der Abstand c von der Mittelebene der Blätter 10 des Propellers 9 bis zur Einlaufkante 12 der Propellerdüse 7 ca. 0,7 × Länge b der Propellerdüse 7 beträgt. Eine noch nähere Anordnung des Propellers 9 an der Vorderkante der Propellerdüse 7 als der oben genannte Abstand verbessert die Leistung der Propelleranlage nicht mehr wesentlich. Der Schub der Propellerdüse 7 ist 10 % kleiner als der Maximal­ wert der Schubkraft, wenn der im vorstehenden genannte Ab­ stand c = 0,85 × Länge b der Propellerdüse 7 beträgt. Eine derartige Lösung, bei der die Schubkraft unter 90 % des Maxi­ malwertes der Schubkraft liegt, ist technisch nicht zulässig, und die Herstellung einer solchen Lösung wäre unwirtschaft­ lich.

Der entscheidend auf das Steuerungsmoment wirkende Abstand a ₂ zwischen dem Mittelpunkt der Propellerdüse und der Drehachse 13 ist bei dieser Konstruktion wesentlich kleiner als bei dem entsprechenden Abstand in Fig. 1, womit auch die Steuerungskräfte wesentlich kleiner bleiben. Die Propeller­ düse 7 erhöht auch nicht die Größe des im Boden 2 des Wasser­ fahrzeuges 1 erforderlichen Brunnens 14, da die Hinterkante, d. h. Auslaufkante 8 der Propellerdüse 7 hauptsächlich in der Ebene der Propellernabe liegt, wie Fig. 2 zeigt. In diesem Beispielsfall beträgt der Durchmesser D ₂ des Brunnens 14 ca. 1,6 × Durchmesser d des Propellers 9. Außer der Lage der Propellerdüse 7 sind in diesem Beispielsfall auch die die Form der Propellerdüse bestimmenden Verhältnisse am günstig­ sten. In praktischen Messungen wurde nämlich festgestellt, daß die Länge b der Propellerdüse am vorteilhaftesten ca. die Hälfte des Durchmessers d des Propellers 9 beträgt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann auch die Befestigung der Pro­ pellerdüse 7 am Körper der Propelleranlage 3 stabiler be­ festigt werden, aus welchem Grunde das Spiel zwischen den Spitzen 11 der Propellerblätter und der Propellerdüse 7 kleiner gelassen werden kann als bei der Lösung nach Fig. 1.

Dem Fachmann ist klar, daß die einzelnen Ausführungen der Erfindung im Rahmen der beigefügten Patentansprüche va­ riieren können. Das Wesentliche der Erfindung besteht darin, daß die Anordnung der an sich bekannten Propellerdüse an einer an sich bekannten drehbaren Propelleranlage auf neue und überraschende Weise erfolgt, wobei viele überraschende Vorteile und Verbesserungen erzielt werden, wie dies im vor­ stehenden dargestellt wurde.

Claims (4)

1. An einem Wasserfahrzeug (1) angebrachte, mit ring­ förmiger Propellerdüse (7) ausgerüstete, drehbare Propeller­ anlage (3), bei der die Antriebskraft über eine Vertikalwelle (5) und ein Winkelgetriebe (6) auf die horizontale Propeller­ welle (4) übertragen wird, und die Propelleranlage zwecks Steuerung des Wasserfahrzeuges um die vertikale Achse drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Propeller­ düse (7) derart angeordnet ist, daß der in Axialrichtung der Propellerdüse (7) gemessene Abstand (c) von der Einlaufkante (12) der Propellerdüse (7) bis zur Mittelebene des Propellers (9) im Bereich 0,7 . . . 0,85 × axiale Länge (b) der Propeller­ düse (7) liegt.

2. Propelleranlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einlaufkante (12) der an der drehbaren Propelleranlage (3) angeordneten Propellerdüse (7) im we­ sentlichen an der Mittellinie der Vertikalwelle (5), d. h. der Drehachse der Propelleranlage, oder in deren unmittel­ barer Nähe liegt.

3. Propelleranlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Einlaufkante (12) und der Austrittskante (8) der an der drehbaren Propeller­ anlage (3) angeordneten Propellerdüse (7), d. h. die Länge (b) der Propellerdüse, im wesentlichen halb so groß ist wie der Durchmesser (d) des Propellers (9).

4. Drehbare Propelleranlage (3) nach Anspruch 1 bis 3, die an einem im Boden (2) des Wasserfahrzeuges (1) gebildeten Brunnen (14) angeordnet ist derart, daß sich die Propeller­ anlage (3) nach oben in den Brunnen (14) heben läßt, wenn die Propelleranlage (3) nicht gebraucht wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Propellerdüse (7) so nahe an der Drehachse (13) der Propelleranlage (3) angeordnet ist, daß der Durch­ messer (D₁) des Brunnens (14) genügend groß ist, wenn er im wesentlichen 1,6mal Durchmesser (d) des Propellers (9) ist, oder falls die Propelleranlage (3) in der nach oben gehobenen Lage im Inneren des Brunnens (14) nicht gedreht wird, der Durchmesser (D₂) des Brunnens (14) genügend groß ist, wenn er im wesentlichen 1,35mal Durchmesser (d) des Propellers (9) ist.