DE60103012T2

DE60103012T2 - Antriebsgerät für wasserfahrzeug

Info

Publication number: DE60103012T2
Application number: DE2001603012
Authority: DE
Inventors: Eiichi Ishigaki
Original assignee: Ishigaki Co Ltd
Current assignee: Ishigaki Co Ltd
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: DK1243504T3; US20030056704A1; KR20020063585A; JPWO2002028705A1; TW541264B; EP1243504B1; DE60103012D1; EP1243504A4; CA2394191A1; US6786167B2; WO2002028705A1; EP1243504A1; AU9235401A

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft ein Antriebssystem für Wasserfahrzeuge wie z. B. ein Boot für flaches Gewässer, z. B. ein Lastschiff oder ein Hausboot, oder ein Schiff, das mit einem Hilfsantriebssystem ausgestattet ist, z. B. eine Yacht.
Stand der Technik
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer Hei-6-219389 offenbarte ein Antriebssystem für ein windgetriebenes Segelboot, welches, bei Einfahrt oder Ausfahrt in oder aus einem Hafen oder bei einer Windstille, ein Hilfsantriebssystem mit einem Propeller, der vom Boden des Bootes vorsteht, nutzt. Die offengelegte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer Hei-6-107280 offenbarte ein Schiffantriebssystem vom Gegenlauf-Doppelpropeller-Typ, bei dem Wirbelströme, die von einem Vorderpropeller erzeugt werden, von einem Rückpropeller in gerade Ströme gleichgerichtet werden.
Antriebssysteme für Wasserfahrzeuge, die von einem Propeller angetrieben und mittels eines Ruders gesteuert werden, um die Richtung des Kurses zu ändern, können wie die Obigen relativ einfach in der Anordnung sein, während die Aufnahme einer Antriebskraft groß ist, und sie sind ausgelegt zum Transport schwerer Materialien, wenn eine Welle vorgesehen ist, die vom Boden des Schiffes in das Wasser vorsteht, um den Propeller daran zu befestigen, was die folgenden Probleme aufweist:

(1) Der Propeller kann in einem seichten Gewässer auf Sand oder Stein beißen oder Knäuel von herumschwimmenden Materialien können daran haften, mit einem Schaden für den Propeller oder die Welle.
(2) Im Falle einer Yacht kann die Propellerwelle als ein Fluidwiderstand zum Wasser wirken, wodurch sie eine Behinderung der Fahrgeschwindigkeit bildet. Ein Antrieb für den Propeller kann laute Rotationsgeräusche haben, da eine Kupplung in Eingriff ist, wenn gesegelt wird.
(3) Das Wasserfahrzeug muss an Land gebracht werden für eine Reparatur oder einen Austausch des Propellers.

Aus diesem Grunde hat die offengelegte japanische Gebrauchsmusteranmeldung Veröffentlichungsnummer Hei-6-61695 ein Antriebssystem für Wasserfahrzeuge offenbart, welches ein vertikales Wirbelgehäuse, eingebaut in einen Schiffsrumpf, aufweist, mit einem Ansaugeinlass und einem Abgabeauslass, welche dem Boden gegenüber liegen, und in welches Wasser von dem Ansaugeinlass angesogen wird zu einem Flügelrad, das darüber eingebaut ist, wo es verdichtet und in Wirbelströme umgewandelt wird, die als Wasserstrahle von dem Ausgabeauslass ausgestoßen werden, um eine Antriebskraft zu erzeugen, während das vertikale Gehäuse um eine vertikale Achse drehbar ist, um die Richtung des Kurses zu ändern, mit einer vorteilhaften Anpassung für eine Fahrt z. B. in einem flachen Gewässer.
Antriebssysteme für Wasserfahrzeuge mit Anordnungen wie oben erwähnt sind, da ohne Vorsprünge vom Boden, dazu geeignet, bei Niedrigwasser zu fahren, und mit der Vorsehung des drehbaren vertikalen Gehäuses, um Fahrten rückwärts oder in Querrichtung zu bewirken, um sich einem Pier anzunähern oder von dort abzufahren, mit den folgenden Problemen:

(4) Komprimierte Wirbelströme füllen das Gehäuse, um als Wasserstrahle ausgestoßen zu werden, wobei eine Umwandlung von kinetischer Energie des Flügelrads in Energie für die Komprimierung der Ströme, um diese zu verwirbeln, und eine Umwandlung der Komprimierungsenergie in kinetische Energie der auszustoßenden Wasserstrahle benötigt wird, mit Energieverlusten, welche den Wirkungsgrad verringern.
(5) Der wirksame Bereich für horizontalen Wasserstrahlausstoß kann nicht vergrößert werden im Vergleich zur Gehäusegröße, mit einer niedrigen Antriebseffizienz in der horizontalen Richtung.
(6) Beim Umschalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt wird eine Gesamtheit des Gehäuses, das mit dem Abgabeauslass verbunden ist, gedreht, um die Richtung zu ändern, was schwer ist und nötig macht, dass das System maßstäblich ist.

Die JP 04 008 694 A beschreibt ein Antriebssystem für Wasserfahrzeuge, bei dem eine Antriebsmaschine wie eine gebogene Rohrleitung auf einem Schiffsboden ausgebildet ist, mit einem vorderen Gehäuse mit einem Ansaugeinlass, der sich nach vorne ins Wasser öffnet, einem Flügelradgehäuse mit einem darin untergebrachten Flügelrad, und einem hinteren Gehäuse mit einem Abgabeauslass, der sich nach hinten ins Wasser öffnet, und das im Flügelradgehäuse untergebrachte Flügelrad vorwärts und rückwärts drehbar ist.
Die FR 500 683 A beschreibt ebenfalls ein Antriebssystem für Wasserfahrzeuge, in dem das Flügelrad vorwärts und rückwärts drehbar ist, so dass das Schiff vorwärts und rückwärts fahren kann.
Schließlich offenbart die US 5,816,213 eine Wasserstrahl-Antriebseinheit für ein Wasserfahrzeug, welche ein Paar von Gegenlauf-Flügelrädern einsetzt, die unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind, so dass die Notwendigkeit für gleichrichtende Propellerflügel wegfällt. Die Flügelräder werden durch ein Kegelgetriebe angetrieben, um in entgegengesetzten Richtungen zu drehen, wobei das Kegelgetriebe innerhalb des Außengehäuses der Wasserstrahl-Antriebseinheit enthalten ist, aber vor dem Fließpfad des Wassers durch dieses hindurch. Dieses Kegelgetriebe wird von einer einzelnen Antriebswelle über eine flexible Kupplung angetrieben.
Offenbarung der Erfindung
Diese Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Probleme durchgeführt, und es ist ein Ziel, das durch die Erfindung erreicht werden soll, ein Antriebssystem für Wasserfahrzeuge mit einem eingebauten Flügelrad vorzusehen, welches die Wartungsarbeiten erleichtern kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist in einem Antriebssystem für Wasserfahrzeuge eine Antriebsmaschine auf einem Schiffsboden wie eine gebogene Rohrleitung aufgebaut, mit einem vorderen Gehäuse mit einem Ansaugeinlass, der sich nach vorne ins Wasser öffnet, einem Flügelradgehäuse mit einem darin untergebrachten Flügelrad, und einem hinteren Gehäuse mit einem Abgabeauslass, der sich nach hinten ins Wasser öffnet, und das im Flügelradgehäuse untergebrachte Flügelrad ist vorwärts und rückwärts drehbar, wobei Wasser, das von dem vorderen Gehäuse angesaugt wird, und komprimiertes Wasser, das als Wasserstrahle von dem hinteren Gehäuse ausgestoßen werden soll, in ihren Wasserstromrichtungen innerhalb der Antriebsmaschine veränderbar sind, wenn das Flügelrad vorwärts oder rückwärts gedreht wird, was es dem Wasserfahrzeug ermöglicht, eine wechselnde Fahrtrichtung zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt aufzuweisen, wobei eine starke Antriebskraft erhalten werden kann, indem Strahle von komprimiertem Wasser in das Wasser ausgestoßen werden.
Das Flügelradgehäuse ist in eine obere Hälfte des Flügelradgehäuses und eine untere Hälfte des Flügelradgehäuses trennbar, und die Antriebswelle kann bevorzugt von der unteren Hälfte des Flügelradgehäuses gelagert sein, wobei die obere Hälfte des Flügelradgehäuses, welche die Welle des Flügelrades lagert, von der Antriebsmaschine entfernt werden kann, was Wartungstätigkeiten wie z. B. Reparaturen einfacher macht.
Das im Flügelradgehäuse untergebrachte Flügelrad kann vorzugsweise als ein Gegenlauf-Doppelflügelrad mit einem vorderen Flügelrad und einem hinteren Flügelrad aufgebaut sein, wodurch eine größere Antriebskraft erhalten werden kann als bei einem einzelnen Flügelrad, mit einer verbesserten Ansaugleistung aufgrund von Wasserströmen während der Fahrt und einer verbesserten Abgabeleistung aufgrund des Gegenlaufs des Doppelflügelrads.
Das im Flügelradgehäuse untergebrachte Flügelrad kann vorzugsweise axiale Strömungsschaufeln umfassen, wobei verlängerte Schaufeloberflächen verstärkte Komprimierungskräfte auf Wasser bei Vorwärts- und Rückwärtsrotation ausüben können.
Da das Gegenlauf-Doppelflügelrad axiale Strömungsschaufeln aufweist, können insbesondere Wirbelströme aus Wasser, die am vorderen Flügelrad komprimiert werden, auf die Schaufeloberflächen des hinteren Gehäuses mit erhöhten Zugangsdrücken geleitet werden, um vom hinteren Flügelrad in gerade Wasserströme umgewandelt zu werden, wobei sie zusätzlich komprimiert werden.
Das Flügelradgehäuse und das vordere Gehäuse und das hintere Gehäuse, welche mit den vorderen und hinteren Enden des Flügelradgehäuses verbunden sind, können vorzugsweise Durchflusspfade aufweisen, welche im Wesentlichen identisch in der Größe ihres Innendurchmessers sind, wodurch die Ausgabekraft des komprimierten Wassers zwischen der Vorwärtsrotation und der Rückwärtsrotation im Wesentlichen ausgeglichen werden kann, was es dem Schiff ermöglicht, eine Antriebskraft einer Vorwärtsfahrt aufzuweisen, auch beim Rückwärtsfahren.
Das Flügelradgehäuse kann vorzugsweise bogenförmig aufgebaut sein, und eine Antriebswelle mit dem daran befestigten Flügelrad kann vorzugsweise mittels Lagern gelagert sein, welche auf vorderen und hinteren Umfangswänden des Flügelradgehäuses angeordnet sind, wodurch die Antriebswelle mit dem daran befestigten Flügelrad gleichmäßig mit verringerten Vibrationen gelagert werden kann.
Das Flügelradgehäuse kann vorzugsweise zylindrisch aufgebaut sein, und eine Antriebswelle mit daran befestigten axialen Strömungsschaufeln kann vorzugsweise mittels einer Lagereinrichtung, welche mit einem hinteren Ende des Flügelradgehäuses verbunden ist, und einem Lager auf einer Seitenwand des vorderen Gehäuses gelagert sein, wodurch Vibrationen verringert werden können, wobei ebenfalls ermöglicht wird, dass die Antriebsmaschine kompakt ist.
Der Ansaugeinlass des vorderen Gehäuses und der Abgabeauslass des hinteren Gehäuses können vorzugsweise jeweils eine Vielzahl von Gleichrichtungs-Propellerflügeln aufweisen, durch welche durch Ansaugen einfließende Wasserströme in das vordere Gehäuse geleitet werden und Wirbelwasserströme gleichgerichtet werden, um ausgestoßen zu werden, mit einer verbesserten Antriebsleistung, während verhindert wird, dass Fremdkörper einfließen. Wenn die Gleichrichtungs-Propellerflügel des vorderen Gehäuses durch Fremdkörper blockiert sind, kann das Flügelrad rückwärts gedreht werden, um die Fremdkörper, die die Gleichrichtungs-Propellerflügel blockieren, wegzuwaschen.
Das vordere Gehäuse kann vorzugsweise einen Ansaugfließpfad aufweisen, der nach vorne geneigt ist, und das hintere Gehäuse kann vorzugsweise einen Abgabefließpfad aufweisen, der nach hinten geneigt ist, wodurch das Ansaugen von Wasserströmen bei der Fahrt sowie auch die rückwärtige Ausgabe von Wasserstrahlen ins Wasser mit einer erhöhten Antriebskraft durchgeführt werden können, was eine Anwendung in einem Schiff mit großem Maßstab, wie ein Lastschiff oder eine Yacht, erlaubt.
Das vordere Gehäuse und das hintere Gehäuse der Antriebsmaschine können vorzugsweise an ihren unteren Enden mit Befestigungsflanschen verbunden oder daran befestigt sein, und die Befestigungsflansche können vorzugsweise abnehmbar an Öffnungen des Bodens des Wasserfahrzeugs befestigt sein, wodurch der Aufbau kompakt sein kann, ohne Vorsprünge am Boden des Wasserfahrzeugs, mit einer möglichen Lärmreduzierung. Die Antriebsmaschine kann als eine Einheit am Schiffsboden befestigbar und abnehmbar sein.
Das Flügelradgehäuse kann vorzugsweise vorne und hinten geteilt sein, wodurch das Flügelradgehäuse mit dem darin untergebrachten Flügelrad einfach zusammengebaut oder zerlegt werden kann, was die Reinigung innerhalb des Flügelradgehäuses ebenso wie die Entfernung von seil- oder knäuelartigen Materialien, die am Flügelrad anhaften, erleichtert.
Eine Inspektionsöffnung kann vorzugsweise am Flügelradgehäuse in der Nähe des Flügelrades vorgesehen sein, wodurch das Flügelradgehäuse leicht innen inspiziert werden kann, mit einer möglichen Verhinderung von Schäden, die ansonsten am Flügelrad oder dergleichen auftreten können.
Ein Abzweigpfad an der Bootseitenfront kann vorzugsweise vom hinteren Gehäuse abzweigen, um mit dem hinteren Gehäuse zusammen zu wirken, um eine Fließpfadauswahl dazwischen zu bewirken, wodurch ein Querantrieb erreicht werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Aufriss einer Yacht, die mit einem Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestattet ist;
2 ist eine teilweise, längs geschnittene Seitenansicht des Antriebssystems aus 1;
3 ist eine Längsschnittansicht einer Antriebsmaschine des Antriebssystems aus 2;
4 ist eine Explosionsansicht im Längsschnitt eines Flügelradgehäuses der Antriebsmaschine aus 3;
5 ist eine Bodenansicht des Antriebssystems aus 3;
6 ist eine Darstellung eines Vorwärts-Rückwärts-Rotationsumschalters des Antriebssystems aus 3;
7 ist eine Längsschnittansicht eines Antriebssystems für Wasserfahrzeuge gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 ist eine Darstellung eines Gegenlauf-Doppelflügelrads des Antriebssystems aus 7;
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Antriebssystems für Wasserfahrzeuge gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
10 ist eine Längsschnittansicht eines Antriebssystems für Wasserfahrzeuge gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
11A bis 11D zeigen eine Antriebssystem für Wasserfahrzeuge gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welchem 11A eine Draufsicht auf das Antriebssystem ist, 11B eine Seitenansicht des Antriebssystems ist, 11C ein Schnitt eines mit einem Pfeil bezeichneten Bereichs XIC aus 11B ist, und 11D einen Fließpfad-Auswahlmechanismus des Antriebssystems zeigt; und
12 ist ein Hydraulikkreislauf für den Vorwärts-Rückwärts-Rotationsumschalter.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
Hier werden nachfolgend bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genau erläutert. Gleiche Elemente oder Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt eine Yacht Y, die mit einem Hilfsantriebssystem Ap gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestattet ist, 2 und 5 zeigen das Hilfsantriebssystem Ap, und 3 und 4 zeigen eine Antriebsmaschine 2 des Hilfsantriebssystems Ap.
Die Yacht Y ist aus einem Schiffsrumpf 1 mit einem einzelnen Masten 1m und einem Satz von Segeln 5 als Hauptantriebssystem aufgebaut. Der Schiffsrumpf 1 ist an seinem Boden 1b mit einem Kiel 6, der hinter dem Masten 1m (auf einer Seite des Bugs 1c) angeordnet ist, und einem Ruder 4, das neben einem Heck 1a vorsteht, ausgestattet, und weist das Hilfsantriebssystem Ap auf, das darin zwischen dem Masten 1m und dem Ruder 4 eingebaut ist und an einer Oberseite des Bodens 1b befestigt ist.
Das Hilfsantriebssystem Ap besteht aus einer Wasserstrahl-Antriebsmaschine 2, einem Verbrennungsmotor 3 zum Antreiben der Antriebsmaschine 2, und einem Vorwärts-Rückwärts-Rotationsumschalter 8, der zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und der Antriebsmaschine 2 angeordnet ist.
Die Antriebsmaschine 2 ist mit einer Antriebswelle 9, die zur Verbindung mit dem Vorwärts-Rückwärts-Rotationsumschalter 8 gekoppelt ist, einem Mehrfach-Spiralschaufel-Flügelrad 17, das auf die Antriebswelle 9 abgestimmt ist, einem Flügelradgehäuse 10 als ein Wasserfließpfad eingrenzend um das Flügelrad 17 mit einer sehr kleinen Toleranz, und einem vorderen Gehäuse 12 und einem hinteren Gehäuse 14, die mit dem vorderen bzw. hinteren Ende des Flügelradgehäuses 10 verbunden sind und so angeordnet sind, dass sie sich durch den Boden 1b öffnen, versehen.
Im Hilfsantriebssystem Ap treibt der Verbrennungsmotor 3 die Antriebsmaschine 2 an, wobei Wasser von einem vorderen (oder hinteren) Wasserbereich angesaugt wird und als Strahle von komprimiertem Wasser in einen hinteren (oder vorderen) Wasserbereich ausgestoßen wird, wodurch die Yacht Y eine Antriebskraft erhält, um vorwärts (oder rückwärts) zu fahren oder zu laufen. Der Kurs der Yacht Y kann durch das Ruder 4 verändert werden.
Die Yacht Y wird mittels der Antriebsmaschine 2, die vom Verbrennungsmotor 3 angetrieben wird, beim Einfahren in einen Hafen oder beim Verlassen desselben oder bei Windstille oder, wenn der Satz Segel 5 Wind empfängt, in einem Rennen oder bei küstennaher Fahrt, zur Fahrt angetrieben und mit dem Ruder 4 gelenkt. Dieses Antriebssystem Ap kann auch bei einem Lastschiff oder Hausboot bei Fahrt in einem Niedrigwasser angewandt werden.
Der Vorwärts-Rückwärts-Rotationsumschalter 8 ist zwischen einer Ausgangswelle 7 des Verbrennungsmotors 3 und der Antriebswelle 9 der Antriebsmaschine 2 verbunden.
Wie in 3 gezeigt, ist die Antriebsmaschine 2 wie eine gebogene Rohrleitung aufgebaut als eine Kombination aus dem Flügelradgehäuse 10, das horizontal über dem Boden 1b am Heck 1a angeordnet ist und an einem Mittelteil zylindrisch und an beiden Enden bogenförmig geformt ist, um gebogen geformt zu sein, dem vorderen Gehäuse 12, das mit einem Ende des Flügelradgehäuses 10 verbunden ist und einen Ansaugeinlass 11 aufweist, der sich am Boden 1b auf der vorderen Seite zum Wasser hin öffnet, und dem hinteren Gehäuse 14, das mit dem anderen Ende des Flügelradgehäuses 10 verbunden ist und einen Abgabeauslass 13 aufweist, der sich am Boden 1b auf der hinteren Seite zum Wasser hin öffnet.
Das Flügelradgehäuse 10 hat gebogene Umfangswände, an denen Lager 15 und 16 angeordnet sind, wobei die Lager 15 und 16 des Flügelradgehäuses 10 zum horizontalen Lagern der Antriebswelle 9 mit dem daran befestigten Flügelrad 17 dienen.
Das so im Flügelradgehäuse 10 angeordnete Flügelrad 17 wird durch den Verbrennungsmotor 3, dessen Ausgangsleistung am Vorwärts-Rückwärts-Rotationsumschalter 8 umgeschaltet wird, gezwungen, sich vorwärts oder rückwärts zu drehen. Das Flügelrad 17 wird gleichmäßig im Mittelteil des Flügelradgehäuses 10 gelagert, was Vibrationen verringert.
Das Flügelradgehäuse 10 ist, wie in 3 gezeigt, am Mittelteil durch Flansche 18, 18 verbunden, wodurch es vorne und hinten geteilt werden kann, wie in 4 gezeigt. Das Flügelradgehäuse 10 hat an beiden Enden Flansche 19 und 20, die daran ausgebildet sind, um an den Flanschen 19 und 20, die am oberen Ende des vorderen Gehäuses 12 bzw. des hinteren Gehäuses 14 ausgebildet sind, befestigt zu werden, wodurch Zusammenbau sowie Zerlegen der Antriebsmaschine 2 erleichtert werden.
Wie in 3 gezeigt, ist der Ansaugeinlass 11 des vorderen Gehäuses 12 mit einer Vielzahl von Gleichrichtungs-Propellerflügeln 21, die darin angeordnet sind und mit ihren unteren Enden nach vorne positioniert geneigt sind, ausgestattet, um beim Fahren die Wasserströme zu führen, damit diese mit erhöhten Zugangsdrücken in den Ansaugeinlass 11 des vorderen Gehäuses 12 einfließen. Die Gleichrichtungs-Propellerflügel 21 sind parallel angeordnet und haben eine Abschirmfunktion, um zu verhindern, dass Fremdkörper in das vordere Gehäuse 12 eintreten.
Der Ausgabeauslass 13 des hinteren Gehäuses 14 weist ebenfalls eine Vielzahl von Gleichrichtungs-Propellerflügeln 22 auf, die darin angeordnet sind und mit ihren unteren Enden nach hinten positioniert geneigt sind, um Wirbelwasserströme, die vom Flügelrad 17 komprimiert wurden, in gerade Ströme gleichzurichten, die als rückwärtige Wasserstrahle in einen Wasserbereich an der hinteren Seite des Hecks 1b ausgestoßen werden sollen, was dem Wasserfahrzeug 1 eine Antriebskraft verleiht, um vorwärts zu fahren.
Wie in 3 und 5 zu sehen, hat sowohl das vordere Gehäuse 12 als auch das hintere Gehäuse 14 am unteren Ende einen rechteckigen Befestigungsflansch 23, der dort eingepasst ist, wobei der Befestigungsflansch 23 abnehmbar angebracht ist, um am Boden 1b befestigt zu werden. Die Antriebsmaschine 2 ist somit zu einer kompakten Struktur verbunden, wobei Geräusche verringert und die Befestigung der Antriebsmaschine 2 am Schiffsrumpf 1 sowie ihre Entfernung von diesem erleichtert wird.
6 zeigt den Vorwärts-Rückwärts-Rotationsumschalter 8, der zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und dem Flügelrad 17 installiert ist. Das Getriebegehäuse lagert drehbar eine Eingangswelle 24 und eine Leerlaufwelle 25, welche mit der Ausgangswelle 7 des Verbrennungsmotor 3 gekoppelt oder funktionsfähig verbunden sind. Ein erstes Zahnrad 27, das auf der Eingangswelle 24 befestigt ist, und ein zweites Zahnrad 28, das auf der Leerlaufwelle 25 befestigt ist, greifen ineinander, wobei sie sich in entgegengesetzten Richtungen drehen.
Die Eingangswelle 24 und die Leerlaufwelle 25 haben an ihren distalen Enden ein erstes Zwischenvorgelege 29 bzw. ein zweites Zwischenvorgelege 30, die daran befestigt sind, wobei das erste Zwischenvorgelege 29 und das zweite Zwischenvorgelege 30 mit einem Antriebszahnrad 31, das auf der Antriebswelle 9 befestigt ist, die in das Getriebegehäuse eingeführt wird, in Eingriff sind. Eine zum Vorwärtsantrieb ausgerichtete Mehrscheibenkupplung 32 ist an der Eingangswelle 24 eingepasst, mit welcher das erste Zwischenvorgelege 29, das lose auf der Welle verzahnt ist, hydraulisch betätigbar verbunden ist, um eine Vorwärtsdrehung des Flügelrads 17 auf der Antriebswelle 9 zu bewirken.
Eine zum Rückwärtsantrieb ausgerichtete Mehrscheibenkupplung 33 ist ebenfalls an der Leerlaufwelle 24 eingepasst, mit welcher das zweite Zwischenvorgelege 30, das lose auf der Welle verzahnt ist, hydraulisch betätigbar verbunden ist, um eine Rückwärtsdrehung des Flügelrads 17 auf der Antriebswelle 9 zu bewirken.
Wie in 3 gezeigt, ist der Innendurchmesser des Flügelradgehäuses 10 und derjenige des vorderen Gehäuses 12 und des hinteren Gehäuses 14 im Wesentlichen gleich groß, so dass die Ausgabeleistung der komprimierten Wasserstrahle zwischen den Vorwärts- und Rückwärtsdrehungen des Flügelrads 17 im Wesentlichen ausgeglichen ist, was es dem Schiffsrumpf 1 ermöglicht, auch beim Rückwärtsfahren die Antriebskraft der Vorwärtsfahrt zu erhalten, was ein schnelles Schalten zwischen Vorwärtsfahren und Rückwärtsfahren des Wasserfahrzeugs bewirkt.
Da der Ausgang des Verbrennungsmotors 3 eine Drehrichtung hat, die vom Vorwärts-Rückwärts-Rotationsumschalter 8 umgekehrt wird, wird Wasser, das von dem Ausgabeauslass 13 des hinteren Gehäuses 9 am Boden 1b einströmt, von den Gleichrichtungs-Propellerschaufeln 22 geführt, um zu einem hinteren Ende des Flügelrads 18 transportiert zu werden. Das zur hinteren Seite des Flügelrads 18 transportierte Wasser wird vom Flügelrad 18 in umgekehrter Richtung verdichtet, und die daraus resultierenden Wirbelwasserströme werden von den Gleichrichtungs-Propellerschaufeln 21, die am Ansaugeinlass 11 des vorderen Gehäuses 12 angeordnet sind, gleichgerichtet, um nach vorne als Wasserstrahle ausgestoßen zu werden, deren Antriebskraft den Schiffsrumpf 1 antreibt, um rückwärts zu fahren. Beim Rückwärtsfahren ist auch ein Drehen mittels des Ruders 4 möglich.
7 zeigt ein Antriebssystem Pr1 für Wasserfahrzeuge gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Antriebssystem Pr1 umfasst eine Antriebsmaschine 2a, die mit einem Gegenlauf-Doppelflügelrad 34 in einem Flügelradgehäuse 10a versehen ist, welches als eine Kombination aus einem vorderen Flügelrad 34a und einem hinteren Flügelrad 34b konstruiert ist, die jeweils auf einer hohlen Antriebswelle 35 bzw. einer Antriebswelle 36 befestigt sind, wobei die Antriebswelle 36 koaxial in die hohle Antriebswelle 35 eingesetzt ist. Die hohle Antriebswelle 35, auf welcher das vordere Flügelrad 34a befestigt ist, und die Antriebswelle 36, auf welcher das hintere Flügelrad 34b befestigt ist, sind funktionsfähig mit einem Vorwärts-Rückwärts-Rotationseffektor 37 verbunden.
In dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel Pr1 weist ein vorderes Gehäuse 12a der Antriebsmaschine 2a einen nach vorne geneigten Ansaugfließpfad A auf, und ein hinteres Gehäuse 14a weist einen nach hinten geneigten Abgabefließpfad B auf, so dass ein unteres Ende des vorderen Gehäuses 12a im Wesentlichen parallel zu den Gleichrichtungs-Propellerschaufeln 21, die in einem Ansaugeinlass 11a angeordnet sind, ist, wodurch während der Fahrt Wasserströme zur Verfügung gestellt werden, die stärker dazu neigen, in das vordere Gehäuse 12a von dem Ansaugeinlass 11a einzutreten.
Ein Abgabeauslass 13a an einem unteren Ende des hinteren Gehäuses 14a ist im Wesentlichen parallel zu Gleichrichtungs-Propellerschaufeln 22, so dass Wasserströme, die von den Gleichrichtungs-Propellerschaufeln 22 des hinteren Gehäuses 14a geführt werden, hinten als Wasserstrahle in das Wasser unter dem Bootsboden 1b ausgestoßen werden. Mit Bezugszeichen 23a ist ein Befestigungsflansch bezeichnet, der am unteren Ende des vorderen Gehäuses 12a sowie des hinteren Gehäuses befestigt ist.
Wie in 8 gezeigt, ist der Vorwärts-Rückwärts-Rotationseffektor 37 so ausgelegt, dass er in einem Getriebegehäuse 41 untergebracht ist, mit einem Umlaufgetriebe 38, das an einem proximalen Ende einer Antriebswelle 36 befestigt ist, einer Vielzahl von Planetenrädern 39, die um das Umlaufgetriebe 38 angeordnet sind und mit diesen in Eingriff sind, und einem Innenzahnrad 40 als ein Ringzahnrad, das auf einem proximalen Ende einer hohlen Antriebswelle 35 befestigt ist und in die Außenumfänge der Planetenräder 39 eingreift, so dass, wenn das Umlaufgetriebe 38 dreht, das Innenzahnrad 40 entgegengesetzt gedreht wird über die Planetenräder 39, wodurch die hohle Antriebswelle 35, auf welcher das vordere Flügelrad 34a befestigt ist, und die Antriebswelle 36, auf welcher das hintere Flügelrad 34b befestigt ist, in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden.
In der Antriebsmaschine 2a mit dem Gegenlauf-Doppelflügelrad 34 wird einfließendes Wasser vom Ansaugeinlass 11a des vorderen Gehäuses 12a komprimiert und vom vorderen Flügelrad 34a in Wirbelströme umgewandelt, welche auf Schaufeloberflächen des hinteren Flügelrads 34b geführt werden, der sie in gerade Ströme umwandelt, wobei erhöhte Zugangsdrücke auf diese ausgeübt werden, was eine zusätzliche Komprimierung bewirkt. Eine Rotationskraft wird über Energieumwandlung in Drücke am Gegenlauf-Doppelflügelrad 34 umgewandelt und Hochdruckwasserstrahle werden in das Wasser vom Abgabeauslass 13a des hinteren Gehäuses 14a ausgestoßen, wodurch das Wasserfahrzeug vorwärts angetrieben wird, während der Kurs des Schiffes durch ein Ruder veränderbar ist.
Die Antriebsmaschine 2a, die mit dem Gegenlauf-Doppelflügelrad 34 ausgestattet ist, weist eine erhöhte Antriebsleistung auf und ist für solche Anwendungen wie ein Hausboot mit einem geringen Tiefgang oder ein flachgehendes Reiseschiff ausgelegt, da die Antriebsmaschine 2a keine Vorsprünge unter dem Schiffsboden 1b aufweist.
Es sei angemerkt, dass die in 3 gezeigte Antriebsmaschine 2 ebenso abgeändert werden kann, dass sie ein Gegenlauf-Doppelflügelrad 34 an Stelle des einstufigen Flügelrads 17 umfasst.
Der Vorwärts-Rückwärts-Rotationseffektor 37, der mit der Antriebsmaschine 2 wie in 7 gezeigt zur Verbindung gekoppelt ist, ist mit dem Vorwärts-Rückwärts-Rotationsumschalter 8 verbunden, der direkt mit dem Verbrennungsmotor 3 gekoppelt ist, wie in 6 gezeigt, so dass die Drehung der Ausgangswelle 7 des Verbrennungsmotors 3 über den Vorwärts-Rückwärts-Rotationsumschalter 8 übertragen wird, wobei die Rotation von vorwärts nach rückwärts umgeschaltet wird, wodurch das vordere Flügelrad 34a und das hintere Flügelrad 34b des Gegenlauf-Doppelflügelrads 34, welches der Vorwärts-Rückwärts-Rotationseffektor 37 betätigt, in entgegengesetzte Drehrichtungen umgeschaltet werden.
Wenn eine Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 3 über den Vorwärts-Rückwärts-Rotationsumschalter 8 übertragen wird, der so eingestellt ist, dass die Drehung in eine umgekehrte Richtung zum Rückwärtsdrehen des Gegenlauf-Doppelflügelrads 34 umgeschaltet wird, saugt das hintere Gehäuse 14a Wasser von dem Abgabeauslass 13a, der unter dem Boden 1b am Heck 1a unter Wasser liegt, und das zur Rückseite des hinteren Flügelrads 34b übertragene Wasser wird komprimiert und vom hinteren Flügelrad 34b in Wirbelströme umgewandelt, welche vom vorderen Flügelrad 34a gleichgerichtet werden, um nach vorne am Ansaugeinlass 11a des vorderen Gehäuses 12 als komprimierte Wasserstrahle ins Wasser ausgestoßen zu werden, wodurch das Wasserfahrzeug rückwärts angetrieben wird.
Wenn Fremdkörper auf den Gleichrichtungs-Propellerschaufeln 21 am Ansaugeinlass 11a des vorderen Gehäuses 12a hängen bleiben und den Ansaugeinlass 11a blockieren, dann kann das Gegenlauf-Doppelflügelrad 34 in umgekehrter Richtung gedreht werden, um komprimierte Wasserströme von innerhalb des vorderen Gehäuses 12a auszustoßen, um die Fremdkörper, die den Ansaugeinlass 11a blockieren, wegzuwaschen.
In dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel Pr1 ist ein Flügelradgehäuse 10a mit einer Inspektionsöffnung 42 ausgestattet, um eine Inspektion innerhalb des Flügelradgehäuses 10a zu ermöglichen, in welchem das Gegenlauf-Doppelflügelrad 34 angeordnet ist.
9 zeigt ein Antriebssystem Pr2 für Wasserfahrzeuge gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Antriebssystem Pr2 umfasst eine Antriebsmaschine 2b, die mit einem Flügelradgehäuse 43, das in ein oberes Gehäuse 43a als eine obere Hälfte davon und ein unteres Gehäuse 43b als eine untere Hälfte davon unterteilt ist, die mittels Flanschen 44, 44 miteinander verbunden sind, und einer Antriebswelle 9a, die von Lagern 15a und 16a, welche auf einer Umfangswand des oberen Gehäuses 43a angeordnet sind, gelagert ist, ausgestattet ist.
Das untere Gehäuse 43b ist einstückig mit einem vorderen Gehäuse 45 und einem hinteren Gehäuse 46, die vorne und hinten ausgebildet sind, ausgebildet, wobei das vordere Gehäuse 45 und das hintere Gehäuse 46 jeweils an einem unteren Ende mit einem Befestigungsflansch 47 verbunden sind. Das obere Gehäuse 43a ist abnehmbar, um eine Revision oder einen Austausch eines Flügelrads 17 oder eines Gegenlauf-Doppelflügelrads 34 zu erleichtern, sowie zum Entfernen von knäuelartigen Materialien, die daran anhaften.
Es sei angemerkt, dass die Inspektionsöffnung 42 des Flügelradgehäuses 10a aus 7 vorzugsweise an jedem Teil des wie in 3 gezeigten, vorne und hinten geteilten Flügelradgehäuses 10 vorgesehen sein kann, oder am oberen Gehäuse 43a des Flügelradgehäuses 43, das oben und unten geteilt ist, wie in 9 gezeigt.
10 zeigt ein Antriebssystem Pr3 für Wasserfahrzeuge gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem eine Antriebsmaschine 48 ein vorderes Gehäuse 51, das einen Ansaugfließpfad A' definiert, der nach vorne geneigt ist, und ein hinteres Gehäuse 53, das einen Abgabefließpfad B' definiert, der nach hinten geneigt ist, aufweist.
Das vordere Gehäuse 51 hat einen Ansaugeinlass 50, in dem eine Vielzahl von Gleichrichtungs-Propellerschaufeln 58 angeordnet ist, deren unteren Enden leicht schräg nach vorne in einer bogenförmigen Form angeordnet sind, um Ströme von fließendem Wasser, die am Ansaugeinlass 50 des vorderen Gehäuses 51 einfließen, zu führen, um somit die Zugangsdrücke zum Flügelradgehäuse 49 zu erhöhen, wodurch verbesserte Wasserkomprimierungskräfte entlang der verbundenen Schaufeloberflächen der axialen Strömungsschaufeln 55 auftreten.
Das hintere Gehäuse 53 hat einen Abgabeauslass 52, in dem ebenfalls eine Vielzahl von Gleichrichtungs-Propellerschaufeln 59 angeordnet sind, deren untere Enden leicht schräg nach hinten in einer bogenförmigen Form angeordnet sind, um Wasserwirbelströme, komprimiert durch die axialen Strömungsschaufeln 55, in gerade Ströme auszurichten, die als Wasserstrahle in das Wasser unter dem Heck 1b ausgestoßen werden, mit einer Antriebskraft, um das Wasserfahrzeug vorwärts anzutreiben.
Das vordere Gehäuse 51 sowie das hintere Gehäuse 53 ist am unteren Ende mit einem Befestigungsflansch 96 verbunden, so dass die Antriebsmaschine 48 abnehmbar als eine Einheit am Schiffsboden 1b befestigt ist.
Das Flügelrad 17 oder 34, das wie in 3 gezeigt im Flügelradgehäuse 10 untergebracht ist, kann vorzugsweise auch mit axialen Strömungsschaufeln ausgestattet sein, damit die Wasserkomprimierungskräfte im Wesentlichen ausgeglichen werden zwischen Vorwärts- und Rückwärtsrotation, mit einer ausreichenden Erhöhung der Wasserkomprimierungskraft, wenn die axialen Strömungsschaufeln rückwärts gedreht werden. Insbesondere bei der in 7 gezeigten Anordnung der Antriebsmaschine 2a, wenn das Gegenlauf-Doppelflügelrad 34, das im Flügelradgehäuse 10a untergebracht ist, mit axialen Strömungsschaufeln ausgestattet ist, können Wirbelströme von Wasser, das durch das vordere Flügelrad 34a komprimiert wurde, auf die Schaufeloberflächen des hinteren Flügelrads 34b mit erhöhten Zugangsdrücken geleitet werden, so dass das hintere Flügelrad 34b zusätzlich angesaugtes Wasser unter Druck setzen kann, während eine Umwandlung in gerade Wasserströme bewirkt wird.
11A bis 11D zeigen ein Antriebssystem Pro für eine Yacht Y gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei 11A eine Draufsicht auf das Antriebssystem Pr4 ist, 11B eine Seitenansicht des Antriebssystems Pr4 ist, 11C ein Schnitt eines durch einen Pfeil angezeigten Bereichs XIC aus 11B ist, und 11D einen Fließpfad-Auswahlmechanismus des Antriebssystems Pr4 darstellt.
Das Antriebssystem Pr4 ist mit einem U-förmigen Flügelradgehäuse 62 mit analoger Anordnung zur Flügelradmaschine 2, einer Kombination aus einem vorderen Gehäuse 66 und einem Dreiwege-Gehäuse 61, das über Flansche 76 und 75 jeweils mit dem vorderen bzw. hinteren Ende des Gehäuses 62 verbunden ist, und einer Kombination aus einem hinteren Gehäuse 63, einem linken Gehäuse 64 und einem rechten Gehäuse 65, die über Flansche 72, 73 und 74 mit dem Dreiwege-Gehäuse 61 verbunden sind und sich im Wesentlichen horizontal am Heck 1c an der linken Seite bzw. der rechten Seite der Yacht ins Wasser öffnen, ausgestattet. Das hintere Gehäuse 63, das linke Gehäuse 64 und das rechte Gehäuse 65 sind am Schiffsrumpf 1 an dessen Abgabeauslässen befestigt, wo entsprechende Vielzahlen von horizontalen Gleichrichtungsplatten angeordnet sind. Das vordere Gehäuse ist am Ausgabeende analog in der Anordnung zur Antriebsmaschine 2. Zum Antreiben eines Einstufen-Flügelrads 68 oder eines Gegenlauf-Doppelflügelrads 68 + 79 ist eine Antriebswelle 67 vorgesehen, die ebenfalls eine analoge Anordnung in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor zum Fall des Hilfsantriebssystems Ap aufweist. Es sei angemerkt, dass, wie in 11A gezeigt, das Flügelradgehäuse 62 vorzugsweise an einem mittleren Teil davon mittels eines Flansches 71 verbunden ist, für eine bequeme Inspektion oder Wartung.
Wie in 11C gezeigt, umfasst das Dreiwege-Gehäuse 61 ein Fließpfad-Auswahlventil 80, das darin eingebaut ist, um willkürlich einen nach links, nach hinten und nach rechts gerichteten Fließpfad zu wählen, um somit die Yacht Y nach rechts, nach vorne oder nach links anzutreiben.
Die Anordnung des Ausführungsbeispiels Pr4 kann vorzugsweise auf jedes andere Ausführungsbeispiel angewandt werden.
12 zeigt einen Hydraulikkreislauf für einen Vorwärts-Rückwärts-Umschalter oder eine Kupplung, der für jedes beschriebene Ausführungsbeispiel anwendbar ist.
In diesem Hydraulikkreislauf wird, wenn ein Umschaltventil 90 durch einen Umschalthebel 90a betätigt wird, der Hydraulikdruck zwischen einer Vorwärtsantriebskupplung 91 und eine Rückwärtsantriebskupplung 92 umgeschaltet, die mit einem verbundenen funktionsfähigen Teil eines Vorwärts-Rückwärts-Antriebsumschaltmechanismus verbunden sind. In der Figur ist mit dem Bezugszeichen 93 ein Drucksteuerventil bezeichnet, 94 ist eine Hydraulikpumpe und 95 ist ein Öltank.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, wird in einem Antriebssystem für Wasserfahrzeuge gemäß der Erfindung, da ein in einem Flügelradgehäuse vorgesehenes Flügelrad zur Drehung von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, Wasser von einem Ansaugeinlass am Schiffsboden entlang Gleichrichtungs-Propellerschaufeln geführt, um in ein vorderes Gehäuse eingesaugt zu werden, während ein Eintreten von Fremdkörpern, wie Staub, verhindert wird, durch die Gleichrichtungs-Propellerschaufeln, die in Vielzahl im Ansaugeinlass des vorderen Gehäuses vorgesehen sind.
Dann fließt Wasser in das Flügelradgehäuse, wo es durch das Flügelrad komprimiert wird, und Wirbelströme von komprimiertem Wasser werden durch die Gleichrichtungs-Propellerschaufeln eines hinteren Gehäuses in gerade Ströme umgewandelt, so dass die Wirbelkraft Energie ist, die in Drücke umgewandelt wird, wodurch Strahle von komprimiertem Wasser nach hinten in das Wasser aus einem Abgabeauslass am Schiffsboden ausgestoßen werden, was das Schiff vorwärts antreibt.
Wenn die Gleichrichtungs-Propellerschaufeln des vorderen Gehäuses mit Fremdkörpern blockiert sind, kann das Flügelrad entgegengesetzt gedreht werden, so dass Wasser, das vom Abgabeauslass des hinteren Gehäuses angesaugt wurde, als komprimierte Wasserstrahle aus dem Ansaugeinlass des vorderen Gehäuses ausgestoßen wird, wodurch die Fremdkörper, welche die Gleichrichtungs-Propellerschaufeln blockieren, weggewaschen werden.
Das im Flügelradgehäuse der Antriebsmaschine vorzusehende Flügelrad kann vorzugsweise ein Gegenlauf-Doppelflügelrad umfassen, mit einer verbesserten Ansaugleistung aufgrund von Wasserströmen während des Fahrens, und einer verbesserten Ausgabeleistung aufgrund der Gegendrehung des Doppelflügelrads, mit einer stärkeren Antriebskraft als bei einem einzelnen Flügelrad.
Das im Flügelradgehäuse einzubauende Flügelrad kann vorzugsweise axiale Strömungsschaufeln aufweisen, die im Wesentlichen ausgeglichene Wasserkomprimierungskräfte aufweisen, ob bei Vorwärts- oder Rückwärtsrotation, mit einem ausreichenden Anstieg der Komprimierungskraft auf das Wasser aufgrund der rückwärts drehenden axialen Strömungsschaufeln.
Insbesondere kann das Gegenlauf-Doppelflügelrad vorzugsweise axiale Strömungsschaufeln umfassen, so dass Wirbelströme von Wasser, das von einem vorderen Flügelrad komprimiert wurde, mit erhöhten Zugangsdrücken auf Schaufeloberflächen eines hinteren Flügelrads geleitet werden und in gerade Ströme umgewandelt werden, mit zusätzlicher Komprimierung, wodurch ein erhöhter Sammelwirkungsgrad durch Umwandlung der Rotationsenergie in Druckenergie erreicht wird.
Um das Wasserfahrzeug rückwärts anzutreiben, wird das Flügelrad umgekehrt gedreht, so dass Wasser, das vom Abgabeauslass des Ausgabegehäuses angesaugt wurde, als Wasserstrahle vom vorderen Gehäuse für einen rückwärtigen Antrieb ausgestoßen wird, wobei eine Menge an komprimiertem verwirbeltem Wasser in der umgekehrten Richtung im Wesentlichen ausgeglichen ist zu einer Vorwärtsrotation des Flügelrads mit axialen Strömungsschaufeln, was ein schnelles Umschalten zwischen Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt erlaubt. Für ein großes Schiff mit einer Vielzahl von am Heck angeordneten Antriebsmaschinen kann ein Flügelrad an der Umdrehseite umgekehrt gedreht werden für ein Zusammenwirken mit einem Ruder, um einen kleinen Drehbereich zu erreichen. Zur Inspektion oder Wartung der Antriebsmaschine kann das Flügelradgehäuse entfernt werden, was eine vereinfachte Überholung oder eine Innenreinigung des darin eingebauten Flügelrads erlaubt.
Ein kleines Boot kann über die Wasseroberfläche angehoben werden, was eine Reparatur der Antriebsmaschine oder einen Austausch von Verbrauchsgütern auf See erlaubt.
Das hintere Gehäuse kann abgezweigt werden, um Abzweigfließpfade, die den Schiffseiten zugewandt sind, aufzuweisen, zur Zusammenarbeit mit dem hinteren Gehäuse, um eine Fließpfadauswahl zwischen diesen zu ermöglichen, was einen Querantrieb erlaubt.
Deshalb wird gemäß der Erfindung eine Anordnung erreicht, in welcher die Richtung des Wasseransaugens durch eine Antriebsmaschine sowie die Richtung der Abgabe von komprimierten Wasserstrahlen umgeschaltet werden kann, um ein Wasserfahrzeug vorwärts oder rückwärts zu fahren, mit einem minimalen Energieverlust für die Rotationsumkehr der Wasserströme, wodurch eine erhöhte Antriebskraft mit einer erleichterten Wartung erreicht wird.
Mit anderen Worten, ein Schiff oder eine Yacht, das/die mit einem Flügelrad ausgestattet ist, könnte in der Vergangenheit bei Niedrigwasser möglicherweise Schäden am Flügelrad oder an einer Flügelradwelle erleiden, aufgrund eines Aufschlagens z. B. auf Sand. In einem Antriebssystem mit einem vertikalen Gehäuse, dass innerhalb eines Schiffsbodens mit einer vertikalen Achse angeordnet ist, wird kinetische Energie, die dem Wasser durch das Flügelrad verliehen werden soll, einmal in Druckenergie vor einer Rückumwandlung in kinetische Energie umgewandelt, mit einem großen Verlust bei der Energieumwandlung, im Gegensatz zur Erfindung, in welcher ohne eine solche Umwandlung ein vorderes Gehäuse, von dem ein Ansaugeinlass in einen vorderen Wasserbereich geöffnet ist, und ein hinteres Gehäuse, von dem ein Abgabeauslass in einen hinteren Wasserbereich geöffnet ist, mit einem Flügelradgehäuse verbunden sind, bei dem ein Flügelrad sowohl vorwärts als auch rückwärts gedreht werden kann, mit einer erhöhten Antriebskraft und einer möglichen schnellen Umschaltung zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt des Schiffes.
Ein in einem Flügelradgehäuse untergebrachtes Flügelrad kann vorzugsweise als ein Gegenlauf-Doppelflügelrad ausgebildet sein, mit einem vorderen Flügelrad, das einen erhöhten Zugangsdruck abgibt, und einem hinteren Flügelrad zum Umwandeln der Wirbelströme in gerade Ströme mit zusätzlicher Komprimierung, was die Umwandlung von Energie der Rotationsströme in Druckenergie mit einer größeren Antriebskraft als bei einem einzelnen Flügelrad ermöglicht.
Das im Flügelradgehäuse einzubauende Flügelrad kann vorzugsweise mit axialen Strömungsschaufeln ausgestattet sein, mit ausgeglichenen Mengen an verwirbeltem komprimiertem Wasser für Vorwärts- und Rückwärtsrotation, wodurch bei der Rückwärtsfahrt des Schiffes die Antriebskraft der Vorwärtsfahrt erreicht wird.
Die Antriebsmaschine kann vorzugsweise Fließpfade aufweisen, die im Wesentlichen einen gleich großen Innendurchmesser haben, um im Wesentlichen ausgeglichene Abgabekräfte des komprimierten Wassers zu erreichen, ungeachtet dessen, ob das Flügelrad vorwärts oder rückwärts gedreht wird.
Das Flügelradgehäuse kann vorzugsweise mit gebogenen Vorder- und Rückumfangswänden zum Lagern einer Antriebswelle des Flügelrads konstruiert sein, damit dieses mit verringerten Vibrationen und verkürzter Wellenlänge gedreht werden kann.
Eine zylinderförmige Lagereinrichtung des Flügelradgehäuses und ein Lager auf einer Seitenwand des vorderen Gehäuses können vorzugsweise eine Antriebswelle lagern, auf welcher die axialen Strömungsschaufeln befestigt sind, was es ermöglicht, dass die Wellenlänge kurz ist sowie dass die Antriebsmaschine kompakt ist.
In der Antriebsmaschine können der Ansaugeinlass des vorderen Gehäuses sowie der Abgabeauslass des hinteren Gehäuses eine Vielzahl von Gleichrichtungs-Propellerschaufeln aufweisen, die darin zum Führen von Wasserströmen unter Sog und Gleichrichten der komprimierten Wirbelströme angeordnet sind, um den Antriebswirkungsgrad zu verbessern, und außerdem für eine mögliche Entfernung von Fremdkörpern.
Das vordere Gehäuse kann vorzugsweise einen Ansaugfließpfad aufweisen, der nach vorne geneigt ist, und das hintere Gehäuse kann vorzugsweise einen Abgabefließpfad aufweisen, der nach hinten geneigt ist, was ein Ansaugen von fließenden Wasserströmen während der Fahrt und rückwärtiges Ausstoßen von Wasserstrahlen in das Wasser ermöglicht, um eine erhöhte Antriebskraft zur Verfügung zu stellen.
Das vordere Gehäuse sowie das hintere Gehäuse können vorzugsweise am unteren Ende an einem Befestigungsflansch befestigt sein, wodurch eine kompakte Anordnung ohne Vorsprünge am Boden des Schiffes erreicht wird, was es ermöglicht, dass die Antriebsmaschine als eine Einheit einfach am Boden befestigt oder von diesem entfernt werden kann, so dass eine Inspektion oder eine Reparatur daran auf See durch Anheben des Schiffes durchgeführt werden kann.
Das Flügelradgehäuse kann vorzugsweise getrennt konstruiert sein, was eine leichtere Montage und Demontage des Flügelradgehäuses, in welchem das Flügelrad eingebaut ist, ermöglicht, wodurch eine Überholung des innerhalb des Flügelradgehäuses angeordneten Flügelrades sowie eine Innenreinigung der Antriebsmaschine erleichtert wird.
Eine Inspektionsöffnung kann vorzugsweise am Flügelradgehäuse in der Nähe des Flügelrades vorgesehen sein, für eine erleichterte Inspektion im Flügelradgehäuse, wodurch Schäden z. B. am Flügelrad im Voraus verhindert werden können.
Das hintere Gehäuse kann vorzugsweise abgezweigt sein, um einen Abzweigungspfad, der einer Schiffsseite zugewandt ist, vorzusehen, der mit dem hinteren Gehäuse zusammenarbeitet, um eine Fließpfadauswahl zwischen diesen zu ermöglichen, was einen Querantrieb ermöglicht.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß der Erfindung ist ein Antriebssystem für Wasserfahrzeuge mit einem eingebauten Flügelrad vorgesehen, das ein Umschalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt ermöglicht, ohne das Flügelrad zu drehen, und dadurch eine vereinfachte Bootsausstattung.

Claims

Antriebssystem für Wasserfahrzeuge, wobei: eine Antriebsmaschine (2, 2a, 2b, 48) auf einem Schiffsboden (1b) wie eine gebogene Rohrleitung aufgebaut ist, mit – einem vorderen Gehäuse (12, 12a, 45, 51) mit einem Ansaugeinlass (11, 11a, 50), der sich nach vorne ins Wasser öffnet, – einem Flügelradgehäuse (10, 10a, 43, 49) mit einem darin untergebrachten Flügelrad (17, 34, 55), und – einem hinteren Gehäuse (14, 14a, 46, 53) mit einem Abgabeauslass (13, 13a, 52), der sich nach hinten ins Wasser öffnet; und wobei das im Flügelradgehäuse (10, 10a, 43, 49) untergebrachte Flügelrad (17, 34, 55) vorwärts und rückwärts drehbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelradgehäuse in eine obere Hälfte des Flügelradgehäuses (43a) und eine untere Hälfte des Flügelradgehäuses (43b) trennbar ist; und eine Antriebswelle (9a) von der unteren Hälfte des Flügelradgehäuses (43a) gelagert wird.
Antriebssystem für Wasserfahrzeuge nach Anspruch 1, wobei das im Flügelradgehäuse (10a) untergebrachte Flügelrad als ein Gegenlauf-Doppelflügelrad (34) mit einem vorderen Flügelrad (34a) und einem hinteren Flügelrad (34b) aufgebaut ist.
Antriebssystem für Wasserfahrzeuge nach Anspruch 1 oder 2, wobei das im Flügelradgehäuse (10, 10a, 43, 49) untergebrachte Flügelrad (14, 14a, 46, 53) axiale Strömungsschaufeln umfasst.
Antriebssystem für Wasserfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Flügelradgehäuse (10, 10a, 43, 49) und das vordere Gehäuse (12, 12a, 45, 51) und das hintere Gehäuse (14, 14a, 46, 53), welche mit den vorderen und hinteren Enden des Flügelradgehäuses (10, 10a, 43, 49) verbunden sind, Durchflusspfade aufweisen, welche im Wesentlichen identisch in der Größe ihres Innendurchmessers sind.
Antriebssystem für Wasserfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: das Flügelradgehäuse (10, 10a, 43) bogenförmig aufgebaut ist; und die Antriebswelle (9, 35, 36) mit dem daran befestigten Flügelrad (17, 34a, 34b) mittels Lagern (15, 15a, 16, 16a) gelagert ist, welche auf vorderen und hinteren Umfangswänden des Flügelradgehäuses (10, 10a, 43) angeordnet sind.
Antriebssystem für Wasserfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: das Flügelradgehäuse (49) zylindrisch aufgebaut ist; und eine Antriebswelle (56) mit daran befestigten axialen Strömungsschaufeln (55) mittels einer Lagereinrichtung (54), welche mit einem hinteren Ende des Flügelradgehäuses (49) verbunden ist, und einem Lager (57) auf einer Seitenwand des vorderen Gehäuses (51) gelagert ist.
Antriebssystem für Wasserfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Ansaugeinlass (11, 11a, 50) des vorderen Gehäuses (12, 12a, 45, 51) und der Abgabeauslass (13, 13a, 52) des hinteren Gehäuses (14, 14a, 46, 53) jeweils eine Vielzahl von Gleichrichtungs-Propellerflügeln (21, 22, 58, 59) aufweisen, um in die Antriebsmaschine (2, 2a, 48) einfließende Wasserströme auszurichten, und um zu verhindern, dass Fremdkörper einfließen.
Antriebssystem für Wasserfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: das vordere Gehäuse (12a, 51) einen Ansaugfließpfad (A, A') aufweist, der nach vorne geneigt ist; und das hintere Gehäuse (14a, 53) einen Abgabefließpfad (B, B') aufweist, der nach hinten geneigt ist.
Antriebssystem für Wasserfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei: das vordere Gehäuse (12, 12a, 45, 51) und das hintere Gehäuse (14, 14a, 46, 53) der Antriebsmaschine an ihren unteren Enden mit Befestigungsflanschen (23, 23a, 47, 60) verbunden sind; und die Befestigungsflansche (23, 23a, 47, 60) abnehmbar an Öffnungen des Bodens (1b) des Wasserfahrzeugs befestigt sind.
Antriebssystem für Wasserfahrzeuge nach Anspruch 4, wobei das Flügelradgehäuse (10, 10a) vorne und hinten geteilt ist.
Antriebssystem für Wasserfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Inspektionsöffnung (42) am Flügelradgehäuse (10, 10a) in einer Nähe des Flügelrades (17, 34) vorgesehen ist.
Antriebssystem für Wasserfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein Abzweigpfad an der Bootsseitenfront (64, 65) vom hinteren Gehäuse (63) abzweigt und mit dem hinteren Gehäuse zusammenwirkt, um eine Fließpfadauswahl zwischen diesen zu bewirken.