EP0111908B1 - Elektrisch angetriebene Schiffsschraube und Verwendung hierfür - Google Patents

Elektrisch angetriebene Schiffsschraube und Verwendung hierfür Download PDF

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EP0111908B1
EP0111908B1 EP83112682A EP83112682A EP0111908B1 EP 0111908 B1 EP0111908 B1 EP 0111908B1 EP 83112682 A EP83112682 A EP 83112682A EP 83112682 A EP83112682 A EP 83112682A EP 0111908 B1 EP0111908 B1 EP 0111908B1
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propeller
nozzle
rotor
stator
end portion
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Wolfgang Dr.-Ing. Hars
Klaus Dr.-Ing. Kranert
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/14—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers characterised by being mounted in non-rotating ducts or rings, e.g. adjustable for steering purpose
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H2023/005—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements using a drive acting on the periphery of a rotating propulsive element, e.g. on a dented circumferential ring on a propeller, or a propeller acting as rotor of an electric motor

Definitions

  • the invention relates to an electrically driven propeller according to the preamble of claim 1.
  • Such a propeller is known from DE-C-688 11.4. This runs approximately in the middle of a nozzle, the stator and rotor of the electric motor being received by the nozzle body. The wing ends of the screw are connected to the rotor. The screw can be mounted on a shaft and this can be held in the nozzle via a cross arm. The propeller and the rotor can be stored differently directly in the nozzle via rollers, balls or conical rollers. In this case, the bearings must be able to absorb the screw thrust and the weight of the rotor. Replacement or maintenance of the stator or rotor and propeller is only possible by disassembling the nozzle.
  • Such an arrangement is also suitable for arranging the rotor in the axis of the propeller, as in the case of the Pleuger motors, for generating an increased thrust output in the case of highly loaded propellers. With normal thrust loading on the propeller, such an arrangement does not improve the efficiency of the propeller.
  • TVF propeller tip vortex free
  • magazine “HANSA 1982. No. 12, page 816 in which the wing tips of the propeller are cut and given a belt.
  • These can be designed as curved plates and attached to the wing ends in order to form an aerofoil that rotates coaxially with the propeller.
  • the propeller is located at the end of a nozzle and is driven by the shaft. With these propellers, an increased thrust can be generated even with normally loaded screws.
  • propellers are operated electrically as active rudders, swiveling gondola drives or submarine drives with torque introduction via the wing attachments, large hubs or long electrical machines must be used on average.
  • the invention has for its object to provide an electrically driven propeller of the type described, which ensures a great thrust effect at low speeds and a high maintenance friendliness due to its arrangement and the type of torque input.
  • the electrically driven propeller can be used for active rudders according to claim 2 and stored directly in the rudder with a slim hub.
  • it can also be used as a nozzle gondola drive, the propeller shaft being mounted in the nozzle via an arm cross.
  • the propeller according to the invention can also be used as a submarine drive according to claim 4.
  • the nozzle is held directly on an arm cross on the enveloping body and the screw is mounted on an extension of the enveloping body which is greatly reduced in diameter.
  • the propeller according to the invention has the particular advantage that a substantial improvement in efficiency compared to the conventional drives of this type is achieved.
  • the installation, removal and maintenance of the propeller and the motor rotor are simple and unproblematic.
  • the energy can be recovered from the entire friction wake.
  • a good rudder effect is achieved by the central bearing, the rudder surfaces can be minimal.
  • the active rudder according to Fig. 1 a shows a rudder blade 1, which is mounted in the usual way over the rudder post 2 in the stern of a ship.
  • a slim hub 7 is provided for fastening the screw wings 6.
  • the stator 8 of an electric motor is let into the end part of the nozzle 3.
  • the electrical leads can by the rudder shaft 2 to. Stator 8 are performed.
  • the wing ends of the screw 4 are trimmed and provided with fluidically shaped plates 9.
  • the individual plates 9 can be connected to one another to form a peripheral ring.
  • the plates 9 can accommodate the rotor 10 in sectors.
  • the rotor is distributed over the entire circumference.
  • the plates 9 or the ring are extended beyond the plane formed by the rear boundary edges of the wings 6 (extensions 11), as a result of which the vortex formation normally occurring at the wing ends is linearized.
  • the gap between stator 8 and rotor 10 is flowed through by the surrounding water.
  • Fig. 1b which shows a section A-A 'of Fig. 1a, it can be seen that the hub 7 of the propeller 4 is slim and merges into the rudder blade 1 in terms of flow.
  • the nozzle nacelle 12 according to FIG. 2a is mounted in the stern of a ship via a shaft 13.
  • the propeller 14 with the plates 15 or a peripheral ring which receive the rotor is placed in the end region of the nozzle 16.
  • the propeller shaft 17 is supported by a fluidically designed arm cross 18.
  • FIG. 2 b shows a top view of the arm cross 18 so that the plates 15 or the ring run about half in the annular recess of the nozzle.
  • Fig. The stern 20 of a submarine is indicated with the pressure body 21 and the enveloping body 22. While usually the propeller of the submarine is driven via a shaft from the inside of the pressure body and thereby considerable sealing problems when the shaft is passed through the pressure body this difficulty is now overcome.
  • the nozzle 23 is fastened to the enveloping body 22 by means of arm crosses 24, 25.
  • the enveloping body 22 has a cylindrical extension 27. This considerably simplifies removal of the propeller and, moreover, the entire after-flow of friction is captured by the nozzle 23 and used for the propulsion.
  • Fig. 4 shows a variant of a submarine drive.
  • the approach 28 of the enveloping body 22 is made slightly stronger.
  • the nozzle 29 is fastened to it with an arm cross 30, the propeller 31 is mounted, and the rudder 32 and rudder 33 are arranged behind it.
  • the entire after-flow of friction is used for propulsion and the rudder effect is significantly increased.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Schiffsschraube nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE-C-688 11.4 ist eine solche Schiffsschraube bekannt. Diese läuft etwa mittig in einer Düse, wobei Stator und Rotor des Elektromotors von dem Düsenkörper aufgenommen werden. Mit dem Rotor sind die Flügelenden der Schraube verbunden. Die Schraube kann dabei auf einer Welle gelagert und diese über ein Armkreuz in der Düse gehalten sein. Eine andere Lagerung der Schiffsschraube und des Rotors kann unmittelbar in der Düse über Rollen, Kugeln oder konische Rollen erfolgen. Die Lager müssen in diesem Fall den Schraubenschub und das Gewicht des Rotors aufnehmen können. Ein Austausch bzw. eine Wartung von Stator bzw. Rotor und Propeller ist nur durch Auseinanderbau der Düse möglich.
  • Eine solche Anordnung ist bekanntlich auch bei einer Anordnung des Rotors in der Achse der Schiffsschraube, wie bei den Motoren der Fa. Pleuger, geeignet, eine erhöhte Schubleistung bei hochbelasteten Propellern zu erzeugen. Bei normaler Schubbelastung der Schiffsschraube erbringt eine solche Anordnung keine Verbesserung des Wirkungsgrades des Propellers.
  • Ferner ist der sogenannte TVF-Propeller (tip vortex free) bekannt, Zeitschrift « HANSA 1982. Nr. 12, Seite 816, bei dem die Flügelspitzen des Propellers beschnitten werden und eine Gurtung erhalten. Diese können als gekrümmte Platten ausgebildet und an den Flügelenden angebracht sein, um eine mit dem Propeller gleichachsig kreisende Tragfläche zu bilden. Der Propeller ist am Ende einer Düse angeordnet und wird von der Welle angetrieben. Mit diesen Propellern kann ein erhöhter Schub auch bei normal belasteten Schrauben erzeugt werden.
  • Werden solche Propeller als Aktivruder, schwenkbare Gondel-Antriebe oder U-Boot-Antriebe mit einer Drehmomenteneinleitung über die Flügelansätze elektrisch betrieben, so müssen im Durchschnitt große Naben bzw. lange elektrische Maschinen eingesetzt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch angetriebene Schiffsschraube der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die durch ihre Anordnung und die Art der Drehmomenteinleitung eine große Schubwirkung bei geringen Drehzahlen und eine hohe Wartungsfreundlichkeit gewährleistet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Die elektrisch angetriebene Schiffsschraube kann dabei für Aktivruder gemäß Anspruch 2 verwendet und mit einer schlanken Nabe unmittelbar im Ruder gelagert werden.
  • Sie ist gemäß Anspruch 3 auch als Düsen-Gondelantrieb einsetzbar, wobei die Propellerwelle über ein Armkreuz in der Düse gelagert ist.
  • Schließlich ist die Schiffsschraube nach der Erfindung auch als U-Boot-Antrieb gemäß Anspruch 4 verwendbar. Hierbei wird die Düse unmittelbar über ein Armkreuz am Hüllkörper gehaltert und die Schraube auf einem im Durchmesser stark verringerten Fortsatz des Hüllkörpers gelagert.
  • Die Schiffsschraube nach der Erfindung hat den besonderen Vorteil, daß eine wesentliche Wirkungsgradverbesserung gegenüber den herkömmlichen Antrieben dieser Art erzielt wird. Der Ein- und Ausbau und die Wartung des Propellers und des Motorrotors sind einfach und unproblematisch. Bei ihrem Einsatz als U-Boot-Antrieb kann die Energie aus dem gesamten Reibungs-Nachstrom zurückgewonnen werden. Durch die zentrale Lagerung wird eine gute Ruderwirkung erzielt, die Ruderflächen können minimal sein.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
  • Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sollen weitere Erläuterungen gegeben werden. Es zeigen
    • Figur 1 den Anmeldungsgegenstand als Aktivruder.
    • Figur 2 als Düsen-Gondel-Antrieb,
    • Figur 3 und 4 als Antrieb für U-Boote.
  • Das Aktivruder nach Fig. 1 a zeigt ein Ruderblatt 1, das in üblicher Weise über den Ruderschaft 2 im Heck eines Schiffes gelagert ist. An der Vorderseite des Ruderblattes 1 ist eine Düse 3 und innerhalb der Düse unmittelbar vor der Vorderkante eine Schraube 4 mit einer Welle 5 im Ruderblatt gelagert. Zur Befestigung der Schraubenflügel 6 ist eine schlanke Nabe 7 vorgesehen.
  • In den Endteil der Düse 3 ist der Stator 8 eines Elektromotors eingelassen. Die elektrischen Zuleitungen können durch den Ruderschaft 2 zum. Stator 8 geführt werden.
  • Die Flügelenden der Schraube 4 sind beschnitten und mit strömungstechnisch geformten Platten 9 versehen. Aus Festigkeitsgründen können die einzelnen Platten 9 zu einem peripheren Ring miteinander verbunden sein. Die Platten 9 können sektorweise den Rotor 10 aufnehmen. Bei Verwendung eines peripheren Ringes wird der Rotor über den ganzen Umfang verteilt. Die Platten 9 oder der Ring werden über die durch hintere Begrenzungskanten der Flügel 6 gebildete Ebene hinaus verlängert (Fortsätze 11), wodurch die an den Flügelenden normalerweise entstehende Wirbelbildung linearisiert wird. Der Spalt zwischen Stator 8 und Rotor 10 ist vom umgebenden Wasser durchströmt.
  • Aus Fig. 1b, die einen Schnitt A-A' der Fig. 1a darstellt, ist zu ersehen, daß die Nabe 7 des Propellers 4 schlank ausgebildet ist und strömungstechnisch günstig in das Ruderblatt 1 übergeht.
  • Wenn der Rotor permanent erregt wird, kann die Drehzahl des Propellers 4 über eine U/f = Const-Regelung eingestellt werden.
  • Die Düsengondel 12 nach Fig. 2a ist im Heck eines Schiffes über einen Schaft 13 gelagert. Der Propeller 14 mit den Platten 15 oder einem peripheren Ring, die den Rotor aufnehmen, ist in den Endbereich der Düse 16 gelegt. Die Lagerung der Propellerwelle 17 erfolgt über ein strömungstechnisch ausgebildetes Armkreuz 18. Fig.2b zeigt die Draufsicht auf das Armkreuz 18. Um den Strömungswiderstand der Platten 15 oder des Ringes herabzusetzen, kann es zweckmässig sein, den Endteil 19 der Düse 16 mit vergrößertem Innendurchmesser auszuführen, so daß die Platten 15 oder der Ring etwa zur Hälfte in der ringförmigen Ausnehmung der Düse laufen.
  • In Fig. ist das Heck 20 eines U-Bootes angedeutet mit dem Druckkörper 21 und dem Hüllkörper 22. Während üblicherweise der Propeller des U-Bootes über eine Welle vom Inneren des Druckkörpers angetrieben wird und dadurch erhebliche Abdichtprobleme bei der Durchführung der Welle durch den Druckkörper zu bewältigen sind, wird diese Schwierigkeit jetzt beseitigt.
  • Die Düse 23 wird mittels Armkreuzen 24, 25 am Hüllkörper 22 befestigt. Für die Lagerung des Propellers 26 weist der Hüllkörper 22 einen zylindrischen Ansatz 27 auf. Hierdurch wird ein Propellerausbau erheblich vereinfacht und darüber hinaus wird der gesamte Reibungsnachstrom von der Düse 23 eingefangen und zur Propulsion ausgenutzt.
  • Fig. 4 zeigt eine Variante eines U-Boot-Antriebes. Der Ansatz 28 des Hüllkörpers 22 ist etwas stärker ausgeführt. An ihm ist die Düse 29 mit einem Armkreuz 30 befestigt, der Propeller 31 gelagert und hinter diesem sind Tiefenruder 32 und Seitenruder 33 angeordnet. Auch hier wird der gesamte Reibungsnachstrom zur Propulsion ausgenutzt und die Ruderwirkung wesentlich erhöht.

Claims (6)

1. Elektrisch angetriebene Schiffsschraube in fester Düse, wobei unmittelbar in der Düse der Stator und in einem die verkürzten Flügelendsektionen der Schraube verbindenden Ring oder in einzelnen an den Flügelenden befestigten gekrümmten Platten der Rotor eines Elektromotors angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (8) in den Endabschnitt der Düse (3) gelegt ist, ,daß die den Rotor (10) aufnehmenden gekrümmten Platten (9) oder der diese peripher verbindende Ring der ebenfalls in den Endabschnitt der Düse angeordneten Schraube (4) über die durch die hinteren Begrenzungskanten der Flügel gebildete Ebene hinaus, verlängert (11) sind, und daß der den Stator (8) und den Rotor (10) trennende Spalt von umgebendem Meereswasser geflutet ist.
2. Aktivruder mit einer elektrisch angetriebenen Schiffsschraube in fester Düse, wobei unmittelbar in der Düse der Stator und in einem die verkürzten Flügelendsektionen der Schraube verbindenden Ring oder in einzelnen an den Flügelenden befestigten gekrümmten Platten der Rotor eines Elektromotors angeordnet sind und wobei der Stator (8) in den Endabschnitt der Düse (3) gelegt ist und die den Rotor (10) aufnehmenden gekrümmten Platten (9) oder der diese peripher verbindende Ring der ebenfalls in den Endabschnitt der Düse (3) angeordneten Schraube (4) über die durch die hinteren Begrenzungskanten der Schraubenflügel gebildete Ebene hinaus verlängert (11) sind, und wobei der den Stator (8) und Rotor (10) trennende Spalt vom umgebenden Meerwasser geflutet ist, und wobei die Schraube (4) mittels einer Achse (5) im Ruderblatt (1) gelagert ist.
3. Düsen-Gondelantrieb mit einer elektrisch angetriebenen Schiffsschraube in fester Düse, wobei unmittelbar in der Düse der Stator und in einem die verkürzten Flügelendsektionen der Schraube verbindenden Ring oder in einzelnen an den Flügelenden befestigten gekrümmten Platten der Rotor eines Elektromotors angeordnet sind und wobei der Stator (8) in den Endabschnitt der Düse (3) gelegt ist und die den Rotor (10) aufnehmenden gekrümmten Platten (9) oder der diese peripher verbindende Ring der ebenfalls in den Endabschnitt der Düse (3) angeordneten Schraube (4) über die durch die hinteren Begrenzungskanten der Schraubenflügel gebildete Ebene hinaus verlängert (11) sind, und wobei der den Stator (8) und Rotor (10) trennende Spalt vom umgebenden Meerwasser geflutet ist, und wobei die Schraube (14) in der Gondel und die Gondel über ein Armkreuz (18) in der Düse (16) gelagert sind.
4. U-Boot-Antrieb mit einer elektrisch angetriebenen Schiffsschraube in fester Düse, wobei unmittelbar in der Düse der Stator und in einem die verkürzten Flügelendsektionen der Schraube verbindenden Ring oder in einzelnen an den Flügelenden befestigten gekrümmten Platten der Rotor eines Elektromotors angeordnet sind und wobei der Stator (8) in den Endabschnitt der Düse (3) gelegt ist und die den Rotor (10) aufnehmenden gekrümmten Platten (9) oder der diese peripher verbindende Ring der ebenfalls in den Endabschnitt der Düse (3) angeordneten Schraube (4) über die durch die hinteren Begrenzungskanten der Schraubenflügel gebildete Ebene hinaus verlängert (11) sind, und wobei der den Stator (8) und Rotor (10) trennende Spalt vom umgebenden Meerwasser geflutet ist, und wobei die Düse (23, 29) mit mindestens einem Armkreuz (24, 30) am Hüllkörper (22) gehaltert und die Schraube (26, 31) auf einem im Durchmesser stark verringerten Fortsatz (27, 28) des Hüllkörpers gelagert sind.
5. U-Boot-Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Schraube (31) die Ruder (32, 33) des Bootes angeordnet sind.
6. Elektrisch angetriebene Schiffsschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (9, 15) oder der periphere Ring in einer Ausnehmung im Endteil der Düse (3, 16, 23, 29) laufen.
EP83112682A 1982-12-17 1983-12-16 Elektrisch angetriebene Schiffsschraube und Verwendung hierfür Expired EP0111908B1 (de)

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