DE3735699C2

DE3735699C2 - Wasserstrahlantrieb für Wasserfahrzeuge

Info

Publication number: DE3735699C2
Application number: DE3735699A
Authority: DE
Inventors: Franz Krautkremer
Original assignee: Schottel GmbH and Co KG
Current assignee: Schottel GmbH and Co KG
Priority date: 1987-10-22
Filing date: 1987-10-22
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2007-10-23
Also published as: DE3735699A1; CN1012265B; CN1032526A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserstrahlantrieb zum Antrieb und vorzugsweise Steuern von Wasserfahrzeugen mit den Merkmalen des Gattungsbegriffes des Patentanspruches 1. Es handelt sich demzufolge um einen Wasserstrahlantrieb mit einer innerhalb des Rumpfes des Wasserfahrzeuges angeordneten Pumpe. Bei dem Wasserfahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Schiff. Insoweit entsprechende Wasserstrahlantriebe sind aus DE-OS 23 15 447, DE-OS 27 57 454 oder auch DE 36 09 032 A1 be kannt.

Um von diesen Patentpublikationen DE 36 09 032 A1 als Beispiel zu nehmen, schließt bei den bekannten Wasserstrahlantrieben unmittelbar an ein Pumpenrad ein Wasserausstoßrohr an, das Teil eines Krümmers ist, der als eine Vorrichtung zu sehen ist, die den vom Pumpenrad geförderten Wasserstrahl aus einer Richtung in eine andere Richtung umlenken soll. Das Wasseraus stoßrohr soll als Düse ausgebildet sein. Die den Krümmer bil denden bzw. umgebenden Bauteile werden als Leitapparat be zeichnet (DE-OS 23 15 447). Im einen Fall (DE-OS 23 15 447) soll der Wasserstrahlantrieb geeignet sein, im Boden eines Wasserfahrzeuges angeordnet zu sein, weshalb der Leitapparat in einem schirm- oder glockenförmigen Gehäuse angeordnet sein soll. Im anderen Fall (DE-OS 27 57 454) soll der Wasserstrahl antrieb kleine Abmessungen haben, das Befahren flacher Gewäs ser nicht einschränken und insbesondere gegen Grundberührung geschützt eingebaut sein, weshalb Ansaug- und Ausströmöffnung für das innerhalb des Schiffsrumpfes eingebaute Pumpenrad nicht unter den Boden des Wasserfahrzeuges herausragen und die Rotationsachse des Pumpenrades exzentrisch zur Schwenkachse des Krümmers angeordnet ist, um die dieser schwenkbar ist, um mit dem Antrieb ein Schiff nicht nur antreiben sondern auch steuern zu können. Im dritten Fall schließlich (DE 36 09 032 A1) ist auch das Problem des Schutzes des Pumpenrades gelöst, und zwar soll dieser Schutz ohne eine besondere Schutzeinrich tung gewährleistet sein, weshalb die Blätter des als Kreisel pumpe ausgebildeten Pumpenrades mittels mindestens eines Rings oder dergleichen miteinander verbunden sind und dadurch das Pumpenrad in sich gegen Beschädigungen widerstandsfähig ge macht wird.

Die vorliegende Erfindung behandelt keines der vorgenannten Probleme, ihr liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Wasserstrahlantrieb so auszubilden, daß Um lenk- und Turbulenzverluste auf ein Minimum reduziert werden können.

Der Lösung dieser Aufgabe dient die erfindungsgemäße Ausbil dung eines Wasserstrahlantriebes mit den Merkmalen des Gat tungsbegriffes des Anspruchs 1 gemäß dem Kennzeichnungsteil dieses Anspruches, wobei diese Erfindung durch Merkmale der Unteransprüche in zweckmäßiger Weise ausgestaltet werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines gattungsgemäßen Was serstrahlantriebes wird die im Laufrad der Pumpe zunächst über wiegend vorhandene Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie umge wandelt, so daß nach dem Verlassen des Leitapparates in das topf förmige Gehäuse ein erhöhtes Druckpotential zur Verfügung steht. Die Geschwindigkeitsenergien sind in dem topfförmigen Gehäuse auf ein Minimum begrenzt, so daß die Umlenk- und Turbulenzverluste auf ein Minimum reduziert sind.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispiele erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße "Topfpumpe" als Mittellängs schnitt (oben) und als Horizontalschnitt (unten),

Fig. 2 in entsprechender Darstellung eine Abwandlung des Aus führungsbeispieles gemäß Fig. 1,

Fig. 3 in einer wiederum entsprechenden Darstellung einen er findungsgemäßen Wasserstrahlantrieb mit vier Aggrega ten aus Laufrad und Leitapparat in einem gemeinsamen Gehäuse und

Fig. 4 in einer wiederum entsprechenden Darstellung einen er findungsgemäßen Wasserstrahlantrieb mit zwei Aggrega ten aus Laufrad und Leitapparat in einem gemeinsamen, im wesentlichen zylindrischen Gehäuse.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Topfpumpe mit zwei Ausläs sen bzw. Austrittsdüsen 5. Das Umgebungswasser wird durch ein zentrales Eintrittsrohr 1 am Schiffskörper in das im dem Rohr drehbar angeordnete halbaxial durchströmte Laufrad 2 ange saugt, wobei der Antrieb so eingebaut ist, daß die durch Pfei le A gekennzeichnete Zuströmrichtung senkrecht liegt. Nach dem Verlassen des Laufrades 2 wird das Wasser in einen sogenannten Leitapparat 3 hineingeführt. Hier wird die überwiegend vor handene Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie umgewandelt, so daß nach dem Verlassen des Leitapparates in das Topfgehäu se 4 ein erhöhtes Druckpotential zur Verfügung steht. Die Ge schwindigkeitsenergien sind in dem Topfgehäuse 4 auf ein Minimum begrenzt, so daß die Umlenk- und Turbulenzverluste auf ein Mi nimum reduziert werden. Das unter Druck stehende Wasser im Topfgehäuse kann durch die beiden Düsen 5 entweichen. Durch die Anordnung der zwei Düsen 5 parallel zueinander und zu beiden Seiten der Ebene XI-X sowie in gleichem Abstand von dieser sind keine großen Steuermomente für die 360° Rundumsteuerung erforderlich und in der Geradeausfahrt treten keine ungewoll ten Steuermomente auf.

Die beiden Auslaßdüsen 5 sind parallel zueinander im gleichen Abstand von einer Radialebene X-X angeordnet, und ihre Auslaß richtung weist schräg nach unten. Die Verbindung zwischen dem Auslaß des Leitapparates 3 und den Auslaßdüsen 5 erfolgt auf kürzestem Wege mit möglichst geringer Krümmung, nämlich durch den Innenraum des Topfgehäuses 4, der durch Rastermuster ge kennzeichnet ist. Mit 6 ist das Gehäuse bezeichnet, in dem ein Winkeltrieb angeordnet ist, über den die Antriebsenergie in das Laufrad 2 eingeleitet wird. Im Einbauzustand steht die Antriebswelle 7 des Laufrades 2 mit dem Abtriebskegelrad des Kegelradgetriebes senkrecht. Um die Längsachse der Antriebs welle 7 ist der gesamte Antrieb durch entsprechende Lagerung des Gehäuses 4 um bis zu 360° drehbar, um durch Veränderung der Abströmrichtung der beiden Wasserstrahlen B in der Draufsicht (Querschnitt gemäß Fig. 1, unten) die Fahrtrichtung des Was serfahrzeuges, dem der Antrieb zugeordnet ist, verändern zu können.

Die Ausbildung des Antriebes gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausbildung gemäß Fig. 1 dadurch, daß statt der beiden parallel liegenden und schräg nach unten gerichteten Auslaßdüsen eine ho rizontal gerichtete Auslaßdüse 5 symmetrisch zu der Radialebene X-X angeordnet ist. Ansonsten entsprechen beide Lösungen einan der.

Bei der Lösung gemäß Fig. 3 sind vier Aggregate aus je einem Laufrad 2 in dem Einlaßrohr 1 und einem Leitapparat 3 in einem gemeinsamen Topfgehäuse 4 angeordnet, das eine im wesentlichen rechteckige Form hat. In der Richtung der Längsachse Y-Y des Topfgehäuses (Draufsicht bzw. Horizontalschnitt gemäß Fig. 3, unten) sind die Aggregate nebeneinander angeordnet. Zwischen je zwei Aggregaten ist eine Auslaßdüse 5 angeordnet. Den vier Aggre gaten sind drei Auslaßdüsen 5 zugeordnet, d. h. die Anzahl der Auslaßdüsen 5 ist um 1 kleiner als die Anzahl der Aggregate. Die Auslaßrichtung der Auslaßdüsen 5 ist parallel zu der der jeweils anderen Auslaßdüsen und horizontal gerichtet. Das Gehäuse ist wiederum um eine Achse um bis zu 360° zu drehen, wobei diese Drehachse parallel zu den in Fig. 3, oben eingetragenen Dreh achsen der einzelnen Laufräder liegt, und zwar in der Mitte zwischen diesen und im Einbauzustand vertikal verläuft. Diese Lösung kann bei relativ großen Schiffen vorgesehen werden, um diese mit erfindungsgemäßen Lösungen antreiben und steuern zu können. Bei kleinen Schiffen genügt es, das Topfgehäuse 4 starr im Schiffsheck anzuordnen. Die Zahl der Aggregate und der Auslässe kann dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechend bestimmt werden. Wichtig ist, daß zur Erzielung der Momentenfreiheit die Symmetrie der Auslaßdüsen 5 bezüglich der Achse bzw. Ebene X-X hergestellt ist, wobei dies die Schiffslängsachse bzw. -ebene sein soll, wie auch in Fig. 1 und 2. Es sollen keine ungewollten Steuermomente auftreten, die in geeigneter Weise kompensiert werden müßten. Bei der relativen Größe des Topfgehäuses 4 zeigt sich besonders deut lich der Vorteil der Erfindung, daß nämlich für alle Auslaßdüsen unabhängig von ihrer Zuordnung zu den Aggregaten gleiche Wasser austrittsverhältnisse herrschen. Würde in dem Topfgehäuse 4 eine erhebliche Strömungsgeschwindigkeit herrschen und es wären min destens zwei Auslaßdüsen vorgesehen, so würden wegen der konstan ten Drehrichtung des oder der Laufräder an den Auslaßdüsen stark unterschiedliche Strömungsverhältnisse herrschen.

Bei der Lösung nach Fig. 4 schließlich sind zwei Aggregate mit gegenläufig laufenden Laufrädern 2 in je einem Einlaßrohr 1 in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 4 angeordnet, und zwar in einer Durchmesserrichtung nebeneinander. Sie fördern durch die gehäusefesten Leitapparate 3 in das Topfgehäuse 4, von wo das nahezu geschwindigkeitsfreie aber druckerhöhte Wasser durch eine einzige radial gerichtete und horizontal verlaufende Auslaßdüse 5 austritt. Das Topfgehäuse 4 ist um eine Achse um bis zu 360° drehbar, wobei diese Achse wie die Drehachsen der Lauf räder im Einbauzustand vertikal gerichtet sind. Die beiden Aus lässe 5a, 5b sind vorgesehen, wenn die Laufräder 2 z. B. zu Rei nigungszwecken, vorübergehend in umgekehrten Drehrichtungen an getrieben werden sollen.

Statt zum Zwecke der Steuerung des Schiffes das jeweilige Topfgehäuse 4 schwenk- bzw. drehbar auszubilden, wie oben beschrieben, können in den Wasserstrahlauslässen schwenkbare Steuerklappen angeordnet werden, die verstellt werden, um für das Schiff einen Steuereffekt durch Veränderung der Abström richtung erbringen zu können.

In jedem Fall ist wichtig, daß das Wasser in dem Topfgehäuse 4 geringstmögliche Geschwindigkeit aber höchstmöglichen Druck hat, so daß nur extrem geringe Strömungsverluste entstehen. Aus dem Topfgehäuse soll das Wasser austreten, ohne ungewollte Steuermomente zu erzeugen. Es liegt ein kompakter, einbaufähiger Wasserantrieb vor.

Claims

1. Wasserstrahlantrieb für Wasserfahrzeuge mit einem Laufrad, einem dem Laufrad nachge schalteten Leitapparat, einem in den Rumpf des Wasser fahrzeuges einzubauenden Gehäuse zur Aufnahme des Lauf rades und des Leitapparates und mit zumindest einer Aus laßdüse zur Einführung des geförderten Wassers in das das Fahrzeug umgebende Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß im Leitapparat (3) eine weitestgehende Umsetzung der Strö mungsenergie des geförderten Wassers in Druckenergie er folgt und daß das derart druckgesteigerte Wasser in einem vom topfförmig ausgebildeten Gehäuse (4) umschlossenen Druckraum zum Austritt durch die zumindest eine Auslaßdüse (5) des Gehäuses bereitgestellt wird.

2. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen der Auslaßdüsen (5) innerhalb der Fahrzeugkontur liegen.

3. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) eine radial gerichtete Auslaßdüse (5) aufweist.

4. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) zwei in gleichen Abständen parallel zueinander seitlich von einer Radialebene angeordnete Aus laßdüsen (5) aufweist.

5. Wasserstrahlantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßdüse (5) im Einbauzustand des Antriebes horizontal gerichtet ist.

6. Wasserstrahlantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßdüsen (5) im Einbauzustand schräg nach unten gerichtet sind.

7. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle des Laufrades (2) und die Zuström richtung der Wasserzuströmöffnung (1) des Gehäuses (4) gleichachsig liegen und daß die Längsachsen von Antriebs welle und Zuströmöffnung im Einbauzustand senkrecht ge richtet sind.

8. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Aggregate aus Laufrad und Leitapparat in einem gemeinsamen Gehäuse (5) mit mehreren Einlaßöffnungen für die Aggregate und einer oder mehreren Auslaßöffnung(en) angeordnet sind.

9. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Aggregate aus Laufrad (2) und Leitapparat (3) in einem gemeinsamen, zylindrischen Gehäuse (4) in einer Radial ebene nebeneinander angeordnet sind, daß das Gehäuse eine eigene Zuströmöffnung für jedes Aggregat aufweist und eine gemeinsame Auslaßdüse für beide Aggregate, wobei die Längsachsen der Zuströmöffnungen und der Auslaßdüse recht winklig zueinander liegen, und die Zuströmöffnungen im ein gebauten Zustand senkrecht werden.

10. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Aggregate aus Laufrad (2) und Leitapparat (3) in einem gemeinsamen, im wesentlichen rechteckigen Ge häuse (4), in dessen Längsrichtung nebeneinander, angeordnet sind, von denen je zwei in eine gemeinsame, zwischen ihnen angeordnete Auslaßdüse fördern, so daß die Zahl der Aus laßdüsen um 1 kleiner ist als die Zahl der Aggregate, wobei die Längsachsen der Auslaßdüsen im Einbauzustand horizontal die Längsachsen der Aggregate senkrecht gerichtet sind.

11. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse um eine Achse zwangsweise schwenkbar ist, die zumindest etwa senkrecht zur Längsachse der Auslaß düse(n) gerichtet ist.

12. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse um bis zu 360° schwenkbar ist.

13. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen der Auslaßdüsen (5) mit schwenkba ren Steuerklappen versehen sind.

14. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderrichtung des Laufrades kurzfristig umkehr bar ist.

15. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1-14 dadurch gekennzeichnet, daß der Leitapparat (3) einem halbaxial beschaufelten Laufrad (2) nachgeordnet ist.