DE3713993A1 - Propelleranlage fuer ein wasserfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Propelleranlage für ein Wasserfahrzeug, zu der zwei Propeller gehören, die auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, um sich in entgegengesetz­ ten Richtungen zu drehen, und die Antriebskraft über eine Vertikalwelle und ein Winkelgetriebe auf die im wesentlichen horizontalen Propellerwellen der Propeller übertragen wird.

Propelleranlagen, die mit Propellern ausgerüstet sind, die sich in entgegengesetzten Richtungen drehen, sind an sich bekannt. Durch Anordnung zweier Propeller derart, daß sie in derselben Propelleranlage in axialer Richtung hintereinander liegen und sich in entgegengesetzten Richtungen drehen, kann der Großteil der in den Wirbeln der Austrittsströmung des ersten Propellers gebundenen Energie mit dem hinteren Pro­ peller nutzbar gemacht werden, indem dieser zweckentsprechend bemessen wird. Dabei wird die Belastung beider Propeller kleiner und dementsprechend werden die Kavitationsverhält­ nisse günstiger und der Wirkungsgrad der Propelleranlage steigt. Weil der Wirkungsgrad besser wird, können Propeller kleineren Durchmessers verwendet werden, woraus sich ergibt, daß ein Wasserfahrzeug mit einer Propelleranlage dieser Art auch für flache Gewässer geeignet ist. Gegenüber herkömmli­ chen Propelleranlagen werden bei diesen Propelleranlagen mit kleinen Propellerdurchmessern große Schubkräfte erzielt und andererseits wird aufgrund des guten Wirkungsgrades der Pro­ pelleranlage große Schubkraft mit kleineren Maschinenleistun­ gen erzielt als bei herkömmlichen Systemen. Dadurch werden die Kosten des Systems niedriger. Mit in entgegengesetzten Richtungen rotierenden Propellern ausgerüstete Propeller­ anlagen sind u. a. in den US-Patenten 26 91 356, 29 87 031, 30 94 967 und der DE-Patentschrift 8 70 655 und der DE-Aus­ legeschrift 11 45 048 beschrieben.

Als sehr vorteilhaft kann eine solche Propelleranlage mit in entgegengesetzten Richtungen rotierenden Propellern dann angesehen werden, wenn beide Propeller der Propeller­ anlage auf derselben Seite des Winkelgetriebes der Propeller­ anlage angeordnet sind, d. h. wenn beide Propeller entweder ziehen oder schieben. Dabei verursacht das Winkelgetriebe der Propelleranlage keine Störströmungen für den hinteren Pro­ peller, sondern die in den Wirbeln der Austrittsströmung des vorderen Propellers gebundene Energie läßt sich mit dem hin­ teren Propeller besser ausnutzen. Eine Anordnung dieser Art wurde vorher zum Beispiel in der SE-Patentschrift 4 33 599 beschrieben.

Zum anderen ist bekannt, an einer mit einem Propeller versehenen Propelleranlage eine ringförmige, um den Propeller herum angeordnete Propellerdüse zu verwenden, um die Strö­ mungsverhältnisse des Propellers zu verändern. Eine Propel­ lerdüse wird im allgemeinen zur Verbesserung der Schubkraft des Propellers eingesetzt, speziell bei kleinen Geschwindig­ keiten, in denen die Propellerdüse dazu dient, die Propeller­ strömung zu beschleunigen, um einen besseren Schub zu erzie­ len. Eine solche Anordnung wird im allgemeinen zum Beispiel in Schleppern verwendet. Weil mit Hilfe der Propellerdüse die Schubkraft verbessert werden kann, kann in der Propelleran­ lage ein Propeller kleineren Durchmessers verwendet werden, im Gegensatz zu der Situation, bei der ein Propeller ohne Propellerdüse eingesetzt wird. Eine mit Propellerdüse aus­ gerüstete Propelleranlage wurde vorher zum Beispiel in der FI-Patentanmeldung 8 30 373 beschrieben. Ein gemeinsamer Vor­ teil dieser im vorstehenden beschriebenen Propelleranlagen liegt zudem darin, daß sie auf einfache Weise drehbar an­ geordnet werden können, womit sie zur Steuerung des Wasser­ fahrzeuges verwendet werden können.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine neue Propelleranlage zu schaffen, mit der auch dieselben Vorteile wie mit den bisher bekannten Propelleranlagen des derzeitigen Standes der Technik erreicht werden, wobei aber Wirkungsgrad und Schubkraft der erfindungsgemäßen Anlage wesentlich besser sind als diejenigen der bisher bekannten Propelleranlagen. Zur Erreichung dieses Zieles ist für die Erfindung im wesent­ lichen charakteristisch, daß die Propelleranlage mit wenig­ stens einer ringförmigen Propellerdüse ausgerüstet ist der­ art, daß wenigstens einer der Propeller der Propelleranlage innerhalb der genannten Propellerdüse rotierend angeordnet ist.

Von den Vorteilen der Erfindung gegenüber den bisher bekannten Lösungen kann u. a. hervorgehoben werden, daß ge­ genüber den bisher bekannten Propelleranlagen mit der erfin­ dungsgemäßen Propelleranlage mit einem wesentlich kleineren Propellerdurchmesser eine sehr große Schubkraft erzielt wird. Mit anderen Worten, der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Propelleranlage ist wesentlich besser als bei den bisher bekannten Lösungen. Ein wesentlicher Vorteil ist außerdem, daß sich die erfindungsgemäße Propelleranlage auf einfache Weise drehbar anordnen läßt, womit die Propelleranlage zur Steuerung des Wasserfahrzeuges verwendet werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Figuren der beigefügten Zeichnung beschrieben, in denen sche­ matisch verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Propelleranlage dargestellt sind.

Fig. 1A-1C zeigen verschiedene Ausführungen einer er­ findungsgemäßen Propelleranlage, bei denen beide der in der Propelleranlage verwendeten Propeller schiebend angeordnet sind.

Fig. 2A-2D zeigen Ausführungen einer erfindungsgemäßen Propelleranlage, in denen einer der in der Propelleranlage verwendeten Propeller schiebend, der andere ziehend ist.

Anfangs wird auf Fig. 1A-1C hingewiesen, in denen die erfindungsgemäße Propelleranlage allgemein mit Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Der Propelleranlage 10 wird die Kraft in üblicher Weise über eine Vertikalwelle 12 zugeführt, von der sie über ein Winkelgetriebe 11 weiter auf die Wellen der Propeller 13 und 14 übertragen wird. In Fig. 1A sind beide Propeller 13 und 14 der Propelleranlage 10 schiebend angeord­ net. Die Propeller 13 und 14 sind in entgegengesetzten Rich­ tungen drehend angeordnet, wie dies zum Beispiel in der SE- Patentschrift 4 33 599 beschrieben ist. Die Propellerwellen sind somit ineinander konzentrisch gelagert derart, daß die Welle des ersten Propellers 13, d. h. die Welle des vorderen Propellers, hülsenförmig ist und daß diese auf der Welle des zweiten Propellers 14, d. h. der Welle des hinteren Propel­ lers, angeordnet und drehbar gelagert ist. Wie oben bereits festgestellt, werden die Wellen der Propeller 13 und 14 über das Winkelgetriebe 11 in entgegengesetzten Richtungen ge­ dreht.

Die Größe der in der Propelleranlage verwendeten Pro­ peller 13 und 14 ist in bekannter Weise derart gewählt, daß der Durchmesser des ersten Propellers 13 größer ist als der des zweiten 14, wobei die Spitzenwirbel der Blätter des ersten Propellers, d. h. des vorderen Propellers, am zweiten 14, d. h. hinteren Propeller, keine Kavitation oder Schwin­ gungen hervorrufen. Außerdem ist bekannt, daß der zweite 14, d. h. der hintere Propeller, vorteilhaft mit einer größeren Anzahl Blätter ausgerüstet wird als der erste 13, d. h. vor­ dere Propeller. Die Anzahl der Blätter des zweiten Propellers 14 ist vorteilhaft um ein Blatt größer gewählt als die des ersten Propellers 13, was sehr wichtig ist zur Vermeidung einer harmonischen Schwingung unter den Propellern 13 und 14. Diese Bemessungsprinzipien sind allgemein gültig für jede einzelne Ausführung der erfindungsgemäßen Propelleranlage.

In Fig. 1A ist eine erste Ausführung der erfindungs­ gemäßen Propelleranlage 10 dargestellt. Nach Fig. 1A ist die Propelleranlage 10 mit Propellern 13 und 14 ausgerüstet, die auf oben beschriebene Weise in verschiedenen Richtungen ro­ tierend angeordnet sind. Außerdem ist die Propelleranlage 10 mit einer Propellerdüse 15 A ausgerüstet, deren axiale Länge so groß ist, daß beide Propeller der Propelleranlage 10 in­ nerhalb der Propellerdüse 15 A untergebracht sind. Mit anderen Worten, die axiale Länge der Propellerdüse 15 A ist so groß, daß sich die beiden Propeller 13 und 14 in Axialrichtung gesehen im Bereich zwischen der Eintrittskante 16 A und der Austrittskante 17 A der Propellerdüse befinden. In der Fig. sind nicht die Elemente gezeigt, mit denen die Propellerdüse 15 A an der Propelleranlage 10 abgestützt wird, aber die Stützelemente können in jeder beliebigen geeigneten Weise ausgeführt werden.

In Fig. 1B ist eine zweite Ausführung der erfindungs­ gemäßen Propelleranlage 10 dargestellt. In dieser Ausfüh­ rungsform ist der erste Propeller 13, d. h. der vordere Pro­ peller, innerhalb einer Propellerdüse 15 B angeordnet und der zweite 14, d. h. der hintere Propeller, als offener Propeller ausgeführt. Diese Anordnung dürfte erfindungsgemäß als die vorteilhafteste angesehen werden. Das kommt daher, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers am vorderen Propeller langsamer ist als am hinteren Propeller, womit die von der Düse abgegebene zusätzliche Schubkraft auch größer ist. Die Lage des ersten Propellers 13 innerhalb der Propellerdüse 15 B, d. h. in Axialrichtung gesehen im Bereich zwischen der Eintrittskante 16 B und der Austrittskante 17 B der Propeller­ düse ist vorteilhaft derart gewählt, daß sich der erste Pro­ peller 13 im Bereich zwischen der Mitte der axialen Länge der Propellerdüse 15 B und der Austrittskante 17 B befindet. Bei dieser Lage des ersten Propellers 13 in der Propeller­ düse 15 B hat der von der Propellerdüse 15 B auf den ersten Propeller 13 abgegebene Schubkraftzuwachs sein Maximum.

In Fig. 1C ist eine andere alternative Ausführung der erfindungsgemäßen Propelleranlage 10 dargestellt. In dieser Ausführung ist der erste Propeller (13), d. h. der vordere Propeller, als offener Propeller ausgeführt und der zweite Propeller (14), d. h. der hintere Propeller, innerhalb einer Propellerdüse (15 C) angeordnet. Die Anordnung nach Fig. 1C ist bei kleinen Geschwindigkeiten nicht so vorteilhaft wie die Ausführung 1 B, aber die in Fig. 1C dargestellte Lösung ist bei größeren Geschwindigkeiten brauchbar. In der Ausfüh­ rung nach Fig. 1C ist der zweite Propeller 14 innerhalb der Propellerdüse 15 C, d. h. in Axialrichtung gesehen im Bereich zwischen der Eintrittskante 16 C und der Austrittskante 17 C der Propellerdüse, angebracht derart, daß sich der genannte Propeller 14 vorteilhaft im Bereich zwischen der Mitte der axialen Länge der Propellerdüse 15 B und der Austrittskante 17 C der Propellerdüse befindet. Wie in Fig. 1A sind auch in Fig. 1B und 1C keine Befestigungselemente der Propellerdüsen gezeigt, aber die Befestigung der Propellerdüsen an der Pro­ pelleranlage 10 kann in jeder beliebigen geeigneten Weise ausgeführt werden.

In Fig. 2A-2B sind verschiedene Ausführungen einer erfindungsgemäßen Propelleranlage 20 dargestellt, in denen der erste 23 der in der Propelleranlage verwendeten Propeller als ziehender und der zweite Propeller 24 als schiebender Propeller ausgeführt sind. Die Kraft wird in die Propeller­ anlage 20 entlang einer Vertikalwelle 22 gebracht und weiter werden Kräfte über ein Winkelgetriebe 21 der Anlage auf die Wellen der Propeller 23 und 24 übertragen.

In Fig. 2A ist eine alternative Ausführung der erfin­ dungsgemäßen Propelleranlage 20 dargestellt. Gemäß dem Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 2A ist der erste Propeller 23 der Propelleranlage, d. h. der ziehende vordere Propeller, als offener Propeller und der zweite Propeller 24, d. h. der schiebende hintere Propeller, innerhalb einer Propellerdüse 25 A angebracht. Der zweite Propeller 24 ist in Axialrichtung gesehen im Bereich zwischen der Eintrittskante 26 A und der Austrittskante 27 A der Propellerdüse angebracht derart, daß er sich vorteilhaft im Bereich zwischen der Mitte der axialen Länge der Propellerdüse 25 A und der Austrittskante 27 A der Propellerdüse 25 A befindet. Durch diese Anordnung werden die Vorteile erzielt, die bereits im vorstehenden unter Hinweis auf Fig. 1A-1C beschrieben wurden.

Die Ausführung gemäß Fig. 2B entspricht ansonsten der in Fig. 2A dargestellten, aber in der Ausführungsform nach Fig. 2B ist auch der erste Propeller 23, d. h. der ziehende vordere Propeller, innerhalb einer Propellerdüse 25 B angeord­ net. Gemäß dieser Ausführungsform werden in der Propeller­ anlage 20 folglich zwei Propellerdüsen 25 A und 25 B verwendet. Auch der erste Propeller 23 ist zweckmäßig innerhalb der Propellerdüse 25 B derart angebracht, daß er sich in Axial­ richtung gesehen zwischen der Eintrittskante 26 B und der Austrittskante 27 B der Propellerdüse 25 B im Bereich zwischen der Mitte der axialen Länge der Propellerdüse und der Aus­ trittskante 27 B der Propellerdüse 25 B befindet.

Die Propelleranlage nach Fig. 2C unterscheidet sich von dem in Fig. 2A und 2B dargestellten darin, daß sich bei die­ ser Ausführung der erste Propeller 23, d. h. der ziehende Vorderpropeller, innerhalb einer Propellerdüse 25 C befindet, wogegen der zweite Propeller 24, d. h. der schiebende hintere Propeller, als offener Propeller ausgeführt ist. Der erste Propeller 23 ist in dieser Ausführung innerhalb einer Propel­ lerdüse 25 C in entsprechender Weise wie in den vorherigen Ausführungen angebracht, d. h. derart, daß sich der in Axial­ richtung gesehen erste Propeller 23 zwischen der Eintritts­ kante 26 C und der Austrittskante 27 C der Propellerdüse 25 C im Bereich zwischen der Mitte der axialen Länge der Propeller­ düse 25 C und der Austrittskante 27 C befindet.

In Fig. 2D ist eine Ausführung der Erfindung gezeigt, in der sowohl der erste Propeller 23 als auch der zweite Propeller 24 innerhalb einer gemeinsamen Propellerdüse 25 D angebracht ist. Diese Ausführung ist nicht ganz so günstig wie die vorherigen Ausführungen, weil die Propellerdüse 25 D wegen der Konstruktion der Propelleranlage 20 in Axialrich­ tung sehr lang konstruiert werden muß. Die Lage der Propeller 23 und 24 innerhalb der Propellerdüse 25 D ist ebenfalls nicht die bestmögliche, denn bei dieser Ausführung kommt der erste Propeller 23 dicht an die Eintrittskante 26 D der Propeller­ düse 25 D und der zweite Propeller 24 wiederum dicht an die Austrittskante 27 D der Propellerdüse.

Die erfindungsgemäße Lösung kann auch auf andere Art und Weise als gemäß den Figuren der Zeichnung ausgeführt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, daß in der Propeller­ anlage beide Propeller ziehend ausgeführt werden. Die erfin­ dungsgemäße Doppelpropeller-Propellerdüsenkombination kann auch in gewöhnlichen Kraftübertragungssystemen, d. h. in Fällen, bei denen die Kraft über eine "lange" Propellerwelle auf die Propeller übertragen wird, angewendet werden. In diesen Fällen kann die Kraftübertragung z. B. derart ausge­ führt werden, daß die auf die Propeller gebrachte Kraft in der Kraftübertragungslinie so nahe wie möglich an den Pro­ pellern geteilt wird, wie z. B. mit Hilfe eines Planeten­ getriebes und unter Verwendung von koaxialen Propellerwellen. Eine Kraftübertragungsausführung dieser Art ist jedoch kom­ pliziert und schwierig durchzuführen, aus welchem Grund die Anwendung der Doppelpropeller-Propellerdüsenkombination bedeutend günstiger und einfacher an den in den Figuren dar­ gestellten Propelleranlagen 10 und 20 und speziell in der Ausführung nach Fig. 1A-1C ausführbar ist, weil dabei sehr kurze Propellerwellen erzielt werden. Die Propelleranlagen 10 und 20 lassen sich außerdem um die Vertikalachse 12, 22 dreh­ bar ausführen, womit sie zur Steuerung des Fahrzeuges benutz­ bar sind.

Die Erfindung wurde im vorstehenden als Beispiel unter Hinweis auf die Figuren der beigefügten Zeichnung beschrie­ ben. Dadurch soll die Erfindung jedoch in keiner Weise nur auf die in den Figuren gezeigten Beispiele begrenzt werden, sondern es sind viele Variationen im Rahmen des in den bei­ gefügten Patentansprüchen definierten erfinderischen Gedan­ kens möglich.

Claims (8)

1. Propelleranlage für ein Wasserfahrzeug, zu welcher Propelleranlage (10, 20) zwei Propeller (13, 14; 23, 24) gehören, die auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, um sich in entgegengesetzten Richtungen zu drehen, und die An­ triebskraft über eine Vertikalwelle (12, 22) und ein Winkel­ getriebe (11; 21) auf die im wesentlichen horizontalen Pro­ pellerwellen der Propeller (13, 14; 23, 24) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Propelleranlage (10, 20) mit wenigstens einer ringförmigen Propellerdüse (15 A-15 C; 25 A- 25 D) ausgerüstet ist derart, daß wenigstens einer der Propel­ ler (13 oder 14; 23 oder 24) der Propelleranlage (10; 20) in­ nerhalb der genannten Propellerdüse rotierend angeordnet ist.

2. Propelleranlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Propeller (13; 23), d. h. der vordere Propeller, innerhalb einer Propellerdüse (15 B; 25 C) angeord­ net ist und der zweite Propeller (14; 24) als offener Propel­ ler angebracht ist.

3. Propelleranlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Propeller (13; 23), d. h. der vordere Propeller, als offener Propeller und der zweite Propeller (14; 24) innerhalb einer Propellerdüse (15 C; 25 A) rotierend angeordnet ist.

4. Propelleranlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Propellerdüse (15, 15 C; 25 A, 25 C) rotierend angeordnete Propeller (13, 14; 23, 24) inner­ halb der Propellerdüse in Axialrichtung gesehen im Bereich zwischen der Mitte der axialen Länge der Propellerdüse und der Austrittskante (17 B, 17 C; 27 A, 27 C) angeordnet ist.

5. Propelleranlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sowohl der erste (13; 23), d. h. der vordere Propeller, als auch der zweite (14; 24), d. h. der hintere Propeller, innerhalb einer Propellerdüse (15 A; 25 A, 25 B, 25 D) angeordnet ist.

6. Propelleranlage nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Propeller (13, 14; 23, 24) der Propeller­ anlage innerhalb einer gemeinsamen Propellerdüse (15 A; 25 D) angeordnet sind.

7. Propelleranlage nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Propeller (23, 24) mit eigener Propel­ lerdüse (25 A; 25 B) versehen sind.

8. Propelleranlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Propelleranlage (10; 20) zwecks Steuerung des Wasserfahrzeuges, um genannte Vertikalwelle (12; 22) drehbar angeordnet ist.