DE3713993C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Propelleranlage für ein
Wasserfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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.
Die DE-35 90 393 T1 beschreibt eine Propelleranlage für ein
Wasserfahrzeug mit zumindest vier Propellern, die paarweise
gegenläufig drehend, axial hintereinander in einer gemeinsa
men Propellerdüse angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, daß
ein Propellerpaar ziehend und das andere Propellerpaar schie
bend ausgelegt sind. Die Propelleranlage kann gelenkt sein
und als Aktivruder zur Steuerung des Wasserfahrzeuges die
nen.
Eine gemeinsame Propellerdüse für mehrere Propeller einer
Propelleranlage ist notwendigerweise sehr lang und konver
giert sehr stark. Es ist dabei nicht möglich, die Anordnung
der Propeller in der Propellerdüse optimal zu wählen.
Aus der DE-32 07 852 A1 ist eine Propelleranlage für ein Was
serfahrzeug bekannt, die zwei gegenläufig rotierende Propel
ler enthält, von denen der hintere kleiner ist als der vorde
re und eine größere Blattzahl aufweist. Die Propelleranlage
ist als aktives Ruder um eine vertikale Achse drehbar. Da
bei dieser Ausführung keine Propellerdüse vorgesehen ist,
müssen die Propeller sehr groß sein, um eine ausreichende
Schubkraft erzeugen zu können.
In der DE-PS 8 70 655 ist eine Steuervorrichtung für Schiffe
beschrieben. Dabei sind zwei Propeller axial hintereinander
an einem um eine Vertikalachse schwenkbaren Gehäusekörper
angeordnet und rotieren mit gleichem Drehsinn. Da auch bei
dieser Ausführung keine Propellerdüse vorgesehen ist, müssen
relativ große Propeller zur Erzeugung einer ausreichenden
Schubkraft eingesetzt werden. Dadurch werden ferner die ohne
hin aufgrund der gleichen Drehrichtungen der beiden Propel
ler ungünstigen Kavitationsverhältnisse zusätzlich ver
schlechtert.
Als sehr vorteilhaft kann eine solche Propelleranlage
mit in entgegengesetzten Richtungen rotierenden Propellern
dann angesehen werden, wenn zwei Propeller vorgesehen sind,
die beide auf derselben Seite des Winkelgetriebes
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 bereits 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 Vorteil 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, wie aus der DE-28 48 785 C2
bekannt ist. Der darin beschriebene Propeller ist ferner
in der in Strömungsrichtung hinteren Hälfte der Propeller
düse innerhalb dieser angeordnet.
Die 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.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Propelleranlage
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Eine weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist in
Anspruch 2 beschrieben.
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, und
daß die verglichen mit dem Stand der Technik kurze Bauweise
der bzw. jeder Düse besonders einfach eine optimale Anord
nung der Propeller darin ermöglicht.
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-1B zeigen verschiedene Ausführungen einer er
findungsgemäßen Propelleranlage, bei denen
Propeller schiebend angeordnet sind.
Fig. 2A-2C zeigen Ausführungen einer erfindungsgemäßen
Propelleranlage, in denen einer der in der
Propelleranlage verwendeten Propeller
schiebend, der andere ziehend angeordnet ist.
Anfangs wird auf Fig. 1A-1B 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-1B 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 13, 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. In dieser Ausfüh
rungsform ist der erste Propeller 13, d. h. der vordere Pro
peller, innerhalb einer Propellerdüse 15a angeordnet und der
zweite Propeller 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 13
langsamer ist als am hinteren Propeller 14, womit die von der
Düse 15a abgegebene zusätzliche Schubkraft auch größer ist. Die
Lage des ersten Propellers 13 innerhalb der Propellerdüse
15a, d. h. in Axialrichtung gesehen im Bereich zwischen der
Eintrittskante 16a und der Austrittskante 17a der Propeller
düse ist vorteilhaft derart gewählt, daß sich der erste Pro
peller 13 im Bereich zwischen der Mitte der axialen Länge
der Propellerdüse 15a und der Austrittskante 17a befindet.
Bei dieser Lage des ersten Propellers 13 in der Propeller
düse 15a hat der von der Propellerdüse 15a auf den ersten
Propeller 13 abgegebene Schubkraftzuwachs sein Maximum.
In Fig. 1B ist eine zweite 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 15b angeordnet. Die Anordnung nach Fig. 1B
ist bei kleinen Geschwindigkeiten nicht so vorteilhaft wie
die Ausführung 1A, aber die in Fig. 1B dargestellte Lösung
ist bei größeren Geschwindigkeiten brauchbar. In der Ausfüh
rung nach Fig. 1B ist der zweite Propeller 14 innerhalb der
Propellerdüse 15b, d. h. in Axialrichtung gesehen im Bereich
zwischen der Eintrittskante 16b und der Austrittskante 17b
der Propellerdüse 15b, angebracht derart, daß sich der genannte
Propeller 14 vorteilhaft im Bereich zwischen der Mitte der
axialen Länge der Propellerdüse 15b und der Austrittskante
17b der Propellerdüse 15b befindet. Wie in Fig. 1A sind auch in
Fig. 1B keine Befestigungselemente der Propellerdüsen 15a und 15b
gezeigt, aber die Befestigung der Propellerdüsen 15a und 15b an der Pro
pelleranlage 10 kann in jeder beliebigen geeigneten Weise
ausgeführt werden.
In Fig. 2A-2C sind verschiedene Ausführungen einer
erfindungsgemäßen Propelleranlage 20 dargestellt, in denen
der erste Propeller 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
25a angebracht. Der zweite Propeller 24 ist in Axialrichtung
gesehen im Bereich zwischen der Eintrittskante 26a und der
Austrittskante 27a der Propellerdüse 25a angebracht derart, daß
er sich vorteilhaft im Bereich zwischen der Mitte der axialen
Länge der Propellerdüse 25a und der Austrittskante 27a der
Propellerdüse 25a befindet. Durch diese Anordnung werden die
Vorteile erzielt, die bereits im vorstehenden unter Hinweis
auf Fig. 1A-1B 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 25b angeord
net. Gemäß dieser Ausführungsform werden in der Propeller
anlage 20 folglich zwei Propellerdüsen 25a und 25b verwendet.
Auch der erste Propeller 23 ist zweckmäßig innerhalb der
Propellerdüse 25b derart angebracht, daß er sich in Axial
richtung gesehen zwischen der Eintrittskante 26b und der
Austrittskante 27b der Propellerdüse 25b im Bereich zwischen
der Mitte der axialen Länge der Propellerdüse 25b und der Aus
trittskante 27b der Propellerdüse 25b befindet.
Die Propelleranlage nach Fig. 2C unterscheidet sich von
der 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 25c 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 25c 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 26c und der Austrittskante 27c der Propellerdüse 25c im
Bereich zwischen der Mitte der axialen Länge der Propeller
düse 25c und der Austrittskante 27c befindet.
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-1B 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 (4)
1. Propelleranlage für ein Wasserfahrzeug, zu der zwei Pro
peller, die hintereinander auf zwei koaxialen Wellen ange
ordnet sind und sich in entgegengesetzten Richtungen
drehen, und wenigstens eine stationäre ringförmige Propel
lerdüse gehören, bei der die Antriebskraft über eine Ver
tikalwelle und ein Winkelgetriebe auf die im wesentlichen
horizontalen Propellerwellen der Propeller übertragen
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Propellerdüse (15a; 15b; 25a; 25c) nur einen dreh
bar darin angeordneten Propeller (13; 14; 23; 24) um
schließt, während der andere Propeller (13; 14; 23; 24)
außerhalb dieser Propellerdüse (15a; 15b; 25a; 25c)
liegt, wobei der vordere Propeller (13; 23) innerhalb
einer Propellerdüse (15a; 25c) angeordnet ist und der hin
tere Propeller (14; 24) als offener Propeller angebracht
ist oder wobei der vordere Propeller (13; 23) als offener
Propeller und der hintere Propeller (14; 24) innerhalb
einer Propellerdüse (15b; 25a) angeordnet ist.
2. Propelleranlage für ein Wasserfahrzeug, zu der zwei Pro
peller, die hintereinander auf zwei koaxialen Wellen ange
ordnet sind und sich in entgegengesetzten Richtungen
drehen, und wenigstens eine stationäre ringförmige Propel
lerdüse gehören, bei der die Antriebskraft über eine Ver
tikalwelle und ein Winkelgetriebe auf die im wesentlichen
horizontalen Propellerwellen der Propeller übertragen
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß beide Propeller (23, 24) mit einer eigenen Propeller
düse (25a; 25b) versehen sind.
3. Propelleranlage nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der in der Propellerdüse (15a; 15b; 25a; 25b; 25c) rotie
rend angeordnete Propeller (13; 14; 23; 24) innerhalb der
Propellerdüse (15a; 15b; 25a; 25b; 25c) in Axialrichtung gese
hen im Bereich zwischen der Mitte der axialen Länge der
Propellerdüse und der Austrittskante (17a; 17b; 27a; 27c)
angeordnet ist.
4. Propelleranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Propelleranlage (10; 20) zwecks Steuerung des Was
serfahrzeuges um die Vertikalwelle (12; 22) drehbar ange
ordnet ist.
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