DE3817515C2

DE3817515C2 - Schraubenpropeller für den Antrieb von Wasserfahrzeugen

Info

Publication number: DE3817515C2
Application number: DE19883817515
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Kemper
Original assignee: KEMPER KARL HEINZ
Current assignee: KEMPER KARL HEINZ
Priority date: 1988-05-24
Filing date: 1988-05-24
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2008-05-25
Also published as: DE3817515A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenpropeller für den Antrieb von Wasserfahrzeugen mit progressiver Steigung, wobei die Schraubenblätter ganz um den Schaft herumgeführt werden.

Im Entwurf eines Schiffspropellers ist die Steigung für die Auslegung des Propellers von ausschlaggebender Bedeutung. Durch das Verhältnis Steigung/Durchmesser (H/D) wird die Wirksamkeit für die verschiedenen Fahrbereiche maßgebend bestimmt. Die Steigung ist meistens konstant, mit nur geringen Änderungen in der vertikalen Fläche. Sie steht in direktem Zusammenhang mit der Schub- oder Vortriebskraft, die sich hauptsächlich auf den Impulssatz gründet. Wenngleich verschiedene Theorien (Wirbel-, Tragflügel-, Strahltheorie) zu differenzierten Ausführungen der Propellerformen führen, so ist dennoch der Impuls die Hauptursache für die vorwärtstreibende Kraft am Schiff.

Es ist bekannt, daß früher neben der konstanten Steigung auch veränderliche Steigungen verwendet wurden, vgl. Dissertation von Richard Geissler 1918, "Der Schraubenpropeller", Königl. Technische Hochschule zu Berlin und Patentschriften CH-129162 und US-955,721. Diese dienten dazu, das Wasser möglichst stoßfrei in den Propeller einzuführen, eine Verwirbelung möglichst gering zu halten und möglichst viele Wasserschichten von der Peripherie her zu erfassen, sowie einen möglichst freien Durchgang des Wassers durch die Schraube zu erzielen.

Dabei wird in keiner Form die im Impulssatz enthaltene Beschleunigung berücksichtigt, so daß auch keine wesentliche Verbesserung der Vortriebswirkung erreicht wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistung eines Propellers gegenüber gleich großen und gleichgearteten herkömmlichen Propellern zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Quadratzahlen werden mit der gesamten Schaftlänge l_s (=H) multipliziert und ergeben so den Fortschritt der Erzeugenden auf der Achse von Umdrehungsbruchteil zu Umdrehungsbruchteil. Dabei vollführt die Erzeugende außer dem geradlinigen Fortschritt eine Teilumdrehung um den Schaft, gemäß dem jeweiligen Bruchteil der Umdrehung.

Mit einer solchermaßen ausgebildeten Steigung gehen dann die übrigen bekannten Konstruktionsmerkmale wie Flächen- und Nabenverhältnis, Flügelzahl, Wellendrehzahl, Geschwindigkeit, Profilform der Flügelzylinderschnitte, Flügelhang entgegen Vorwärtsfahrtrichtung, Nabenkontur und -durchmesser usw. in die Planung des Schiffspropellers mit ein.

Bei einer herkömmlichen konstanten Steigung tritt die größte Beschleunigung des Wassers direkt hinter der Eintrittskante des Propellerblattes auf, um dann sehr bald zur Mitte des Blattes hin auf sehr geringe Werte abzusinken. Bei der erfindungsgemäßen Progression der Steigung hingegen bleibt die Beschleunigung des Wassers über das ganze Propellerblatt hin erhalten. Damit wird die mögliche Leistungsaufnahme des Propellers erheblich vergrößert. Außerdem ist bei der erfindungsgemäßen Progression die Steigung und damit auch die Beschleunigung des Wassers an der Eintrittskante geringer als bei der entsprechenden konstanten Steigung, womit auch eine geringere Kavitationsneigung zu erwarten ist.

Beispiel

Ein Schiffspropeller wird mit der Steigung

konzipiert. Die gesamte Schaftlänge l_s für eine volle Umdrehung (=H) ist dann z. B. 10,5 cm. Die volle Umdrehung soll in diesem Fall in 1/4-Umdrehungen aufgeteilt werden, so daß der Umdrehungsbruchteil = 1/4 ist. Für die einzelnen Umdrehungsabschnitte gelten dann die Quadrate:

(1/4)² = 0,0625
(2/4)² = 0,25
(3/4)² = 0,5625
(4/4)² = 1

Die Quadrate multipliziert mit der Schaftlänge l_s von 10,5 cm ergeben:

0,0625 · 10,5 = 0,56 cm auf d. Schaft für 1/4 Umdreh.
0,25 · 10,5 = 2,63 cm auf d. Schaft für 1/2 Umdreh.
0,5625 · 10,5 = 5,91 cm auf d. Schaft für 3/4 Umdreh.
1 · 10,5 = 10,5 cm auf d. Schaft für 1 volle Umd.

Dies sind die Fußpunkte der Erzeugenden um den Schaft. Verbindet man sie miteinander, so ergibt sich eine Kurve um den Schaft herum. Sie ist die Ansatzlinie des Propellerblattes auf dem Schaft.

Die Teilabschnitte auf dem Schaft zwischen den einzelnen 1/4-Umdrehungen werden mit l_s1, l_s2, l_s3, l_s4 bezeichnet.

Da die Berechnungen von der Eingangsströmung v_E=0 ausgehen, fällt die Steigung am Beginn des Propellers, also im 1. Umdrehungsviertel, sehr klein aus. Die Eingangsströmung ist jedoch nur in seltenen Momenten = 0, so daß man bei der Konstruktion des Propellers das 1. Viertel aussparen kann. Der Schaft beginnt in diesem Fall mit dem Abschnitt l_s2, und die Gesamtlänge des Schaftes beträgt dann in diesem Beispiel 9,94 cm und das Blatt wird nur für eine 3/4-Umdrehung um den Schaft herumgeführt.

Eine konstante Steigung würde ein diesem Beispiel im Abschnitt l_s2 0,55 (H/D) und im Abschnitt l_s4 1,22 (H/D) betragen.

Claims

Schraubenpropeller für den Antrieb von Wasserfahrzeugen mit in axialer Richtung von vorn nach hinten zunehmender Steigung, wobei die Propellerblätter ganz oder fast ganz um den Schaft herumgeführt sind,
dadurch gekennzeichnet,daß sich der Steigungsverlauf in axialer Richtung für jeweils einen bestimmten Bruchteil der ganzen Umdrehung aus der gewünschten Gesamtsteigung (Schaftlänge l_s) multipliziert mit dem Quadrat des zugehörigen, zurückgelegten Bruchteils der Umdrehung berechnet.