DE68910968T2

DE68910968T2 - Ausgeglichener wasseroberflächen-antrieb.

Info

Publication number: DE68910968T2
Application number: DE68910968T
Authority: DE
Inventors: Daniel Mccormick
Original assignee: Brunswick Corp
Current assignee: Brunswick Corp
Priority date: 1988-02-26
Filing date: 1989-02-14
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2009-02-15
Also published as: EP0404784B1; DE68910968D1; EP0404784A1; US4790782A; WO1989008045A1; JPH03504704A

Description

Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Wasserantriebseinrichtungen und insbesondere einen Antrieb, der die Idee der Beibehaltung einer Antriebsschraube an einer Position beinhaltet, so daß die Schraube bei normalen Betriebsbedingungen die Wasseroberfläche durchdringt. Diese sogenannten Oberflachenantriebe werden häufig bei Hochgeschwindigkeitswettbewerben verwendet und es ist dabei wichtig, daß sie bei minimalem Rücktrieb für maximale Leistung sorgen.
Allgemein kann ein Wasseroberflachenantrieb als ein Antrieb definiert werden, bei dem sich mindestens eine Schaufel einer Schraube bei Entwurfsbedingungen, d.h. bei Hochgeschwindigkeit, oberhalb der Wasseroberflache befindet. Ein solcher Antrieb kann auch als ein Antrieb definiert werden, bei dem sich die Mittellinie der Schraube allgemein an oder oberhalb der Wasseroberfläche befindet und dies wiederum bei Entwurfsbedingungen.
In den U.S. Patenten 3.933.116, 4.544.362 und 4.565.532 sind Beispiele für dem Stand der Technik entsprechende Wasseroberflächenantriebe offenbart. Die in diesen Patenten offenbarten Konstruktionen umfassen eine einzelne Schraube, die von einer einzelnen Schraubenantriebswelle getragen wird. In dem Patent 4.544.362 wird in der Ausführung von Figur 11 zusätzlich ein Paar getrennter Motoren offenbart, die ein Paar mit seitlichem Zwischenraum angeordneter, getrennter, die Wasseroberfläche durchdringender Schrauben antreiben, welche auf getrennten Antriebswellen angebracht sind. Andere U.S. Patente, die in diesem Zusammenhang von allgemeinem Interesse sind, sind die Patente 3.057.320 und 3.430.603, obwohl die darin beschriebenen Einheiten nicht für einen normalen, ununterbrochenen Oberflächenantrieb ausgerichtet sind.
Die meisten Wasserheckantriebe, auf welche sich die vorliegende Erfindung grundsätzlich bezieht, umfassen Schraubenträger, von denen sich von der Schraube selbst eine stabilisierende Finne bzw. Flosse nach unten erstreckt. Die Flosse ist so konstruiert, daß sie sich bei einer Geradeausbewegung parallel zu der Mittellinie des Wasserfahrzeugs befindet. Siehe zum Beispiel das Bauteil (90) in dem vorgenannten U.S. Patent 4.544.362.
Bei den bekannten Wasseroberflächenantriebseinrichtungen mit einer Schraube konnten Probleme beobachtet werden. Da sich der obere Teil der Schraube nicht im Wasser befindet, erzeugt die Schraube eine starke Seitenkraft auf den Schraubenträger. Um das Wasserfahrzeug auf dem Geradeauskurs zu halten, muß diese Seitenkraft durch Steuerung des Schraubenträgers ausgeglichen werden, so daß die Flosse so gedreht wird, daß sie relativ zu der Mittellinie des Wasserfahrzeugs an Stelle einer parallelen Position, eine Winkelposition annimmt. Das Ergebnis ist die Erzeugung unerwünscht hoher Rücktriebskräfte, wenn die angewinkelte Flosse durch das Wasser geschoben wird und wenn der Schraubenschub in einem Winkel zu der Bahn des Wasserfahrzeugs gerichtet ist.
Wenn die die Oberfläche durchdringende Schraube aufgrund von Wellenbedingungen oder der Gleichgewichtslage in das Wasser ein- und ausdringt, so kann dies radikale und destabilisierende Steuerkräfte zur Folge haben. Eine große Flosse kann zur Verminderung dieses Problems beitragen, jedoch nur auf Kosten eines hohen Rücktriebs.
Das durch die in einem Winkel eingestellte Flosse verursachte Steuerungsungleichgewicht führt ferner dazu, daß das Wasserfahrzeug zwar leicht in eine Richtung gesteuert werden kann, es jedoch nur sehr schwer in die entgegengesetzte Richtung gelenkt werden kann.
Aufgrund der vorstehend genannten Schwierigkeiten waren bei einem Versuch zur Überwindung dieser Probleme bei vielen Hochgeschwindigkeits-Oberflächenantrieben zwei Motoren, zwei Schraubenantriebswellen und seitlich angeordnete, sich in entgegengesetzter Richtung drehende Schrauben notwendig. Aufgrund der hohen Kosten und des Gewichts der Doppelsysteme waren diese nicht sehr praktisch.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die unausgeglichenen Seitenkräfte auf den Schraubenträger wesentlich zu beseitigen, und zwar auch wenn der Antrieb in einem Daueroberflächenantriebsmodus verwendet wird und ohne, daß teuere und schwere Doppelantriebseinrichtungen verwendet werden, so daß der Schraubenschub mit dem Wasserfahrzeug ausgerichtet werden kann. Die vorliegende Erfindung sorgt für einen Wasseroberflächenantrieb gemäß der Fassung der selbständigen Ansprüche 1 und 4.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt der Schraubenzusammenbau ein Paar konzentrischer Antriebswellen, an welche ein Paar dicht aneinanderliegender, gleichachsig längs gegenläufiger, die Oberfläche durchdringender Schrauben auf einer gemeinsamen Achse angebracht ist. Der Träger weist ferner eine sich nach unten erstreckende Flosse auf. Die Wellen sind mit einer Leistungsquelle verbunden und treiben die Schrauben in gegenläufiger Beziehung mit im wesentlichen gleicher Drehzahl an. Folglich werden die an dem Schraubenträger durch eine die Oberfläche durchdringende Schraube erzeugten Seitenkräfte durch die andere Schraube ausgeglichen, wenn sich die Flosse und die Schraubenschublinie parallel zu der Mittellinie des Wasserfahrzeugs befinden.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Vorderkanten beider Schrauben zum Durchdringen der Oberfläche verhältnismäßig spitz, während die Hinterkanten beider Schrauben verhältnismäßig stumpf sind. Die spitze Vorderkante einer Schraube zeigt zu der stumpfen Hinterkante der anderen Schraube. Zwar sind gleichachsige, gegenläufige Schrauben bei Wasserantrieben bekannt, wie in den U.S. Patenten 4.529.387 und 4.619.584, doch waren sie bisher in normalen Betrieb vollständig unter Wasser und erzeugten an dem Schraubenträger keine unerwünschten Seitenkräfte, wie dies bei Schrauben der Fall war, die so gestaltet sind, daß sie die Wasseroberfläche normalerweise durchdringen.
In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 einen allgemein schematischen Seitenriß eines Wasserheckantriebs, der die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung umfaßt und eine Regelung für den Antrieb;
Figur 2 eine Draufsicht von oben auf den Antrieb, entlang der Linie 2-2 aus Figur 1;
Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt der Schrauben, entlang der Linie 4-4 aus Figur 1.
Gemäß der Darstellung in den Zeichnungen sind die verschiedenen Aspekte der Erfindung in einem Wasserheckantrieb (1) enthalten, der an der Transomplatte (2) eines Wasserfahrzeugs (3) angebracht ist, wobei das Wasserfahrzeug eine Längsmittellinie (4) aufweist, wobei der Antrieb (1) so eingestellt ist, daß er von einem einzelnen geeigneten Motor (5) angetrieben wird.
Der Motor (5) ist mit einer Abtriebswelle (6) versehen, die sich nach hinten durch mit Zwischenabstand angeordnete Lager (7) in einem kreisförmigen Vorsprung (8) erstreckt, der sich wiederum durch eine geeignete Öffnung in der Transomplatte (2) erstreckt. Der Vorsprung (8) läuft nach außen in ein röhrenförmiges Trägergehäuse (9), das etwa durch Schrauben (10) an der Transomplatte (2) befestigt ist. Ein Kugelgelenk (11) eines beliebigen bekannten Typs befindet sich in dem Gehäuse (9) und verbindet die Motorabtriebswelle (6) mit einer axial zentralen Längs-Hauptantriebswelle (12) der Schraube.
Ein ringförmiges Schraubenwellengehäuse bzw. Träger (13) ist so adaptiert, daß es bzw. er an dessen vorderem Ende an dem Trägergehäuse (9) angebracht ist. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse (9) mit einer Kugelschale (14) versehen, welche zum Empfang einer Hohlkugel (15) angepaßt ist, die für eine Universaldrehbewegung in der Schale angebracht ist. Die Kugel (15) bildet den vorderen Teil eines in dem vorderen Ende des Trägers (13) offenen Gehäuses (16), das bei (17) ein Gewinde aufweist. Eine allgemein ähnliche Konstruktion ist in dem U.S. Patent 4.544.362 ersichtlich.
Das Kugelgelenk (11) ist mit einer Büchse (18) verbunden, die in dem vorderen Endteil der Hauptantriebswelle (12) der Schraube verkeilt oder auf andere Weise mit diesem verbunden ist. Eine röhrenförmige Schraubennebenantriebswelle (19) ist hinter der Büchse (18) über die Hauptwelle (12) zusammenschiebbar und sie ist für eine selbständige Drehung zu dieser angebracht. Eine Schraubenfeder (20) zwischen den Wellen (12) und (19) unterstützt die Erzeugung eines Ölumlaufs zwischen den Wellen. Eine erste Schraube (21) ist in geeigneter Weise an dem äußeren Endteil der Hauptwelle (12) befestigt, um sich mit dieser zu drehen, während eine zweite Schraube (22) in geeigneter Weise an dem äußeren Endteil der Nebenwelle (10) befestigt ist.
Die Schrauben (21) und (22) sind von dem die Oberfläche durchdringenden Typ und sie stellen Spiegelbilder voneinander dar und sie können mit im wesentlichen gleicher Drehzahl sowie gegenläufig angetrieben werden. Zu diesem Zweck und wie dies in dem dargestellten Ausführungsbeispiel dargestellt ist, ist die Büchse (18) in Ringlagern (23) in dem Träger (13) gelagert und mit einem daran befestigten Eingangsseiten-Kegelradgetriebe (24) versehen. Ebenso ist die Nebenwelle (19) in den Lagern (25) in dem Träger (13) gelagert, mit einem daran befestigten und mit Zwischenabstand zu dem Getriebe (24) angeordneten Ausgangsseiten-Kegelradgetriebe (26) versehen.
Zur treibenden Verbindung der Kegelradgetriebe (24) und (26) sind Einrichtungen bereitgestellt, um für den letztendlichen gegenläufigen Schraubenantrieb zu sorgen. Zu diesem Zweck ist auch bei der vorliegenden Erfindung ein Trieb (27) in geeigneter Weise an dem inneren Ende einer Trieb- bzw. Zwischenwelle (28) befestigt, die sich radial nach außen durch die Wand des Trägers (13) erstreckt, wobei der Trieb (27) die Kegelradgetriebe (24) und (26) ineinander eingreifend verbindet. Die Zwischenwelle (28) befindet sich in einem Gehäuse (29) und wird zur Drehung auf den Lagern (30) getragen. Es können auch andere Arten der Antriebsaufteilung verwendet werden, ohne dabei von dem Erfindungsgedanken abzuweichen.
Wie dies in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, erstreckt sich eine stabilisierende Finne bzw. Flosse (31) von dem Körper des Schraubenwellenträgers (13) nach unten und ist allgemein eben. Bei normaler Funktionsweise des Antriebs (1), wenn das Wasserfahrzeug (3) geradeaus fährt, befindet sich die Flosse (31) parallel zu der Mittellinie (4) des Wasserfahrzeugs. Siehe Figur 2.
Wie dies in Figur 4 am besten dargestellt ist, weist jede der gegenläufigen Schrauben (21) und (22) einen Körper auf, der allgemein keilförmig sein kann, wobei die Vorderkante jeder Schraube verhältnismäßig spitz ist, wie dies entsprechend bei (32, 33) ersichtlich ist. In ähnlicher Weise sind die Hinterkanten jeder Schraube verhältnismäßig stumpf, wie dies entsprechend bei (34, 35) ersichtlich ist. Somit befindet sich die vordere spitze Kante (32) der hinteren Schraube (21) dicht an der stumpfen hinteren Kante (35) der vorderen Schraube (22) und ist zu dieser hin ausgerichtet.
Einige der vorstehend beschriebenen Teile bilden einen Schraubenzusammenbau (36). Bei diesen Teilen handelt es sich um den Schraubenwellenträger (13), die Antriebswellen (12) und (19), die Schrauben (21, 22) und die Flosse (31). Es sind Einrichtungen vorhanden, um den Träger (13) selektiv zur Steuerung des Wasserfahrzeugs (3) seitlich zu verschieben und zur Bereitstellung einer Höhenverstellung des Trägers, um das Wasserfahrzeug zu trimmen. Zu diesem Zweck ist das Heck des Wasserfahrzeugs mit Befestigungsträgern (37) versehen, wobei sich gegenüberliegende Tragösen (38) lateral von der Seite des Trägers (13) hinter dem Befestigungsträger (37) nach außen erstrecken. Ein Paar gegenüberliegender Lenkzylinder (39) und (40) ist zwischen den Befestigungsträgern (37) und den entsprechenden Tragösen (38) angebracht und mit einer geeigneten Lenksteuerung, wie etwa einem Lenkrad, nicht abgebildet, verbunden. Die Steuerung kann hydraulisch oder auf jede andere geeignete Art erfolgen.
Ferner ist zwischen den an dem äußeren Ende des Gehäuses (29) der Zwischenwelle angebrachten Tragösen (42) und einem an der Transomplatte (2) angebrachten Befestigungsträger (43) ein Trimmzylinder (41) verbunden. Für diesen Fall ist in Figur 1 ein Regelungssystem schematisch dargestellt, zum selektiven Anheben und Senken sowie zur Einstellung der Position des Trimmzylinders (41) und somit der Winkelposition des Schraubenzusammenbaus (36) relativ zu der Wasseroberfläche (44). Das dargestellte Regelungssystem (45) ist durch ein hydraulisches oder ein anderes System über die Leitungen (46, 47) mit dem Trimmzylinder (41) verbunden.
Der Schraubenzusammenbau (36) wird hydraulisch an einer beliebigen Position befestigt, die von der Betriebsperson ausgewählt wird.
Durch die Bereitstellung gleichachsig gegenläufiger, die Oberfläche durchdringender Schrauben, werden die unerwünschten Seitenkräfte auf die gemeinsame Achse (49) der Schrauben (21, 22) und somit auf den Träger (13) und das Wasserfahrzeug (3) in dem Oberflächenantriebsmodus auf dieser gemeinsamen, einzelnen Achse ausgeglichen sowie wenn die Flosse (31) und die Schublinie der Schraube parallel zu der Mittellinie (4) des Wasserfahrzeugs sind, wodurch die vorstehend genannten Steuerungsungleichgewichtszustände und der Wirksamkeitsverlust im wesentlichen beseitigt werden.

Claims

1. Wasseroberflächenantrieb zur Anbringung an einem Wasserfahrzeug (3) mit einer Längsmittelachse (4), wobei der genannte Antrieb in Kombination folgendes umfaßt:

(a) einen Längsschraubenantriebszusammenbau (36) mit einem Schraubenträger (13), der eine Antriebsachse (49) abgrenzt;

(b) eine Einrichtung (9, 14, 15) zur drehbaren Anbringung des genannten Trägers an dem Wasserfahrzeug;

(c) eine Lenkeinrichtung (39, 40), zum selektiven lateralen Drehen des genannten Trägers relativ zu der Mittelachse des Wasserfahrzeugs;

(d) eine Einrichtung (41) zum vertikalen Drehen des genannten Trägers relativ zu der Wasseroberfläche;

(e) eine Regelungseinrichtung (45) für die letztgenannte Einrichtung (41), um den genannten Träger so zu positionieren, daß sich normalerweise mindestens ein Teil des genannten Antriebszusammenbaus in die Wasseroberfläche durchdringender Position befindet;

(f) eine Ausgleichseinrichtung an dem genannten Antriebszusammenbau, um die Seitenkräfte an beiden Seiten des genannten Trägers ausgeglichen beizubehalten, wenn sich die genannte Antriebsachse parallel zu der Mittelachse des Wasserfahrzeugs befindet und wenn sich ein Teil des genannten Zusammenbaus in die Wasseroberfläche durchdringender Position befindet, während das Wasserfahrzeug in geradem Kurs durch das Wasser fährt;

(g) wobei der genannte Antriebszusammenbau (36) folgendes umfaßt:

(1) ein Paar von nebeneinanderliegenden, die Wasseroberfläche durchdringenden Schrauben (21, 22), die sich an dem hinteren Ende des genannten Trägers (13) befinden;

dadurch gekennzeichnet,dass:

die genannten Schrauben sich koaxial an der genannten Antriebsachse (49) befinden, und

(2) eine Einrichtung zum Antrieb der genannten Schrauben von einem einzelnen, an dem Wasserfahrzeug angebrachten Motor und in gegenläufiger Beziehung;

(h) und wobei die genannten Schrauben, wenn sie gegenläufig sind und sie sich in die Wasseroberfläche durchdringender Position befinden, die genannte Ausgleichseinrichtung bilden, wobei eine durch eine Schraube an dem Träger erzeugte Seitenkraft durch eine entgegengesetzte Kraft ausgeglichen wird, die durch die andere Schraube erzeugt wird.

2. Wasseroberflächenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der genannten, die Wasseroberfläche durchdringenden Schrauben (21, 22) einen allgemein keilförmigen Körper aufweist, der eine verhältnismäßig spitze Eintrittskante (32, 33) aufweist, sowie eine verhältnismäßig stumpfe Hinterkante (34, 35).

3. Wasseroberflächenantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die genannten Schrauben (21, 22) in vorderer und hinterer Beziehung befinden und daß die verhältnismäßig spitze Eintrittskante (32) der genannten Schraube (21) sich dicht angrenzend an und in Ausrichtung zu der verhältnismäßig stumpfen Hinterkante (35) der genannten vorderen Schraube befindet.

4. Wasseroberflächenantrieb zur Anbringung an einem Wasserfahrzeug, mit einem Längsschraubenträger (13), der eine Antriebsachse (49) definiert, ferner mit einer Einrichtung zur Anbringung des genannten Trägers an dem genannten Wasserfahrzeug, zur lateralen und vertikalen Drehung relativ dazu, sowie mit einem Paar von nebeneinanderliegenden, die Wasseroberfläche durchdringenden Schrauben (21, 22), die sich koaxial an dem hinteren Ende des genannten Trägers befinden und einer Einrichtung zum Antrieb der genannten Schrauben von einem einzelnen, an dem Wasserfahrzeug angebrachten Motor und in gegenläufiger Beziehung, wobei jede der genannten Schrauben einen allgemein keilförmigen Körper aufweist, mit einer verhältnismäßig spitzen Eintrittskante (32, 33) und einer verhältnismäßig stumpfen Hinterkante (34, 35).

5. Wasseroberflächenantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die genannten Schrauben (21, 22) in vorderer und hinterer Beziehung befinden und daß sich die verhältnismäßig spitze Eintrittskante (32) der genannten hinteren Schraube (21) dicht angrenzend an und in Ausrichtung zu der verhältnismäßig stumpfen Hinterkante (35) der genannten vorderen Schraube befindet.