EP4023545B1

EP4023545B1 - Faltpropeller

Info

Publication number: EP4023545B1
Application number: EP21207957.8A
Authority: EP
Inventors: Frank Despineux; Janus Milojevic
Original assignee: Torqeedo GmbH
Current assignee: Torqeedo GmbH
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2021-11-12
Publication date: 2023-06-28
Anticipated expiration: 2041-11-12
Also published as: EP4023545A1; FI4023545T3; DE102020129938A1; ES2953148T3; US20220144398A1; US11667364B2; DK4023545T3; CN114475999A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Faltpropeller, der eine Nabe umfasst, die über eine Antriebswelle um eine Drehachse herum drehbar antreibbar ist, und zumindest zwei Propellerflügel aufweist, die zwischen einer eingeklappten Position und einer ausgeklappten Position schwenkbar an der Nabe angeordnet sind. Typischerweise werden solche Faltpropeller in einem motorischen Antrieb für Segelboote verwendet.

Stand der Technik

Es ist bekannt, beispielsweise aus der US 4 086 025 A , aufgrund der vorteilhaften Strömungseigenschaften bei deren Nichtnutzung, in Segelbooten Hilfsantriebe mit Faltpropellern zu verwenden. Dabei handelt es sich in der Regel um Faltpropeller, welche zwei oder mehr Propellerflügel aufweisen, die zumeist quer zur Propellernabe gelagert und im Wesentlichen frei bewegbar sind. Dieses Prinzip ermöglicht grundsätzlich zwei Betriebszustände. Der erste Betriebszustand liegt vor, wenn die Propellerflügel axial nach hinten eingeklappt sind, was beispielsweise bei Stillstand der Antriebswelle auftritt. Der zweite Betriebszustand stellt sich bei Drehung der Antriebswelle ein und ist dadurch definiert, dass die Propellerflügel radial nach außen ausgeklappt sind, um auf diese Weise einen Schub auf das Boot aufbringen zu können.
Im einfachsten Fall klappen die Propellerflügel sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsfahrt aufgrund der Fliehkraft auseinander. In den meisten Fällen sind die Propellerflügel an ihrem Fußende miteinander gekoppelt, um eine synchrone Öffnung der Propellerflügel zu gewährleisten. Dadurch wird vermieden, dass an der Antriebswelle starke Unwuchten beim Öffnen der Propellerflügel auftreten. Wird der Faltpropeller in einer Richtung gedreht, die einer Vorwärtsfahrt entspricht, schiebt ab einem gewissen Öffnungswinkel der Propellerflügel der durch die Propellerflügel erzeugte Schub die Propellerflügel in eine vollständig geöffnete Position. Mithin erzeugen sowohl Fliehkraft als auch Schubkraft ein öffnendes Moment an den Propellerflügeln.
Dies funktioniert sehr gut bei der Vorwärtsfahrt. Bei der Rückwärtsfahrt hingegen ist ein Aufklappen der Propeller schwerer zu erzielen, was die Effizienz der bekannten Faltpropeller während der Rückwärtsfahrt reduziert. Bei der Rückwärtsfahrt bewirkt der an den Propellerflügeln erzeugte Schub ein schließendes Moment an den Propellerflügeln. Liegt zudem am Faltpropeller noch eine Strömung an, die einer Vorwärtsfahrt entspricht, bewirkt diese Anströmung ebenfalls ein schließendes Moment an den Propellerflügeln. Lediglich die Fliehkraft bewirkt ein öffnendes Moment und wirkt damit Schub und gegebenenfalls Anströmung entgegen. Im Ergebnis erreichen die Propellerflügel bei Rückwärtsfahrt oft nur eine teilweise geöffnete Position. Daher sind bei Rückwärtsfahrt und insbesondere beim Aufstoppen relativ hohe Drehzahlen notwendig, um die Fliehkraft den übrigen schließenden Momenten entgegenzusetzen. Die Effizienz des Faltpropellers ist daher bei Rückwärtsfahrt in der Regel recht gering.

Darstellung der Erfindung

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Faltpropeller bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch einen Faltpropeller mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird ein Faltpropeller vorgeschlagen, umfassend eine Nabe, die über eine Antriebswelle um eine Drehachse herum antreibbar ist, zumindest zwei Propellerflügel, die zwischen einer eingeklappten Position und einer ausgeklappten Position schwenkbar an der Nabe angeordnet sind, sowie eine Propellerflügelarretiereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Propellerflügel in der ausgeklappten Position zu arretieren.
Erfindungsgemäß ist die Propellerflügelarretiereinrichtung relativ zu der Nabe in Drehrichtung zwischen einer Ausgangsposition und einer Arretierposition bewegbar.
Durch die zwischen einer eingeklappten Position und einer ausgeklappten Position schwenkbare Anordnung der Propellerflügel an der Nabe werden zwei Betriebszustände ermöglicht. In der eingeklappten Position der Propellerflügel befindet sich der Faltpropeller in einem ersten Betriebszustand, in dem die Ausrichtung der Propellerflügel axial nach hinten orientiert ist. Dieser Zustand tritt im Wesentlichen nur bei Stillstand der Antriebswelle auf. In der ausgeklappten Position der Propellerflügel befindet sich der Faltpropeller in einem zweiten Betriebszustand, welcher bei Drehung der Antriebswelle auftritt. In diesem zweiten Betriebszustand ist die Ausrichtung der Propellerflügel radial nach außen orientiert. Die eingeklappte Position und/oder die ausgeklappte Position können dabei vorgegebene Endpositionen sein, zwischen denen die Propellerflügel geschwenkt werden können.
Die Schwenkbarkeit eines einzelnen Propellerflügels kann dabei von der Schwenkbarkeit weiterer Propellerflügel entkoppelt sein oder die Propellerflügel können bezüglich der Schwenkbarkeit miteinander gekoppelt sein. Insbesondere kann der Faltpropeller zwei oder drei Propellerflügel aufweisen, wobei deren Schwenkbarkeit jeweils von der Schwenkbarkeit der weiteren Propellerflügel entkoppelt ist oder mit diesem gekoppelt ist.
Im Sinne der vorliegenden Offenbarung müssen nicht alle vorhandenen Propellerflügel direkt über die Propellerflügelarretiereinrichtung arretiert werden. Gleichwohl können alle vorhandenen Propellerflügel über die Propellerflügelarretiereinrichtung arretiert werden.
Unter einer Arretierposition wird im Sinne der vorliegenden Offenbarung eine zu einem Propellerflügel oder zu mehreren Propellerflügeln relative Position der Propellerflügelarretiereinrichtung verstanden, in der die Schwenkbarkeit des Propellerflügels oder der Propellerflügel im Vergleich zur der Schwenkbarkeit des Propellerflügels oder der Propellerflügel in der Ausgangsposition eingeschränkt ist.
Die Arretierposition kann eine Position sein, in der die Propellerflügel ganz oder teilweise ausgeklappt sind und durch die Propellerflügelarretiereinrichtung gegen ein Einklappen gesichert werden. Insbesondere kann die Arretierposition eine Position sein, in der die Propellerflügel vollständig ausgeklappt sind und in dieser Position so durch die Propellerflügelarretiereinrichtung arretiert werden, dass kein Schwenken der Propellerflügel auftreten kann, solange sich die Propellerflügelarretiereinrichtung relativ zu der Nabe in der Arretierposition befindet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Propellerflügelarretiereinrichtung drehsteif mit der Antriebswelle verbunden, wobei die Nabe in Drehrichtung von der Propellerflügelarretiereinrichtung entkoppelt ist, wobei vorzugsweise die Propellerflügelarretiereinrichtung eine Hülse aufweist.
Gemäß dieser Ausführungsform weist der Faltpropeller damit also zwei in Drehrichtung relativ zueinander bewegbare Komponenten auf, wobei die erste Komponente die Antriebswelle und Propellerflügelarretiereinrichtung umfasst und die zweite Komponente die Nabe und die Propellerflügel umfasst.
Dadurch können die Antriebswelle und die Propellerflügelarretiereinrichtung als ein Bauteil ausgeführt sein, das einstückig ausgeführt sein kann oder aus mehreren Teilen bestehen kann.
Dadurch, dass die Propellerflügelarretiereinrichtung eine Hülse aufweist, kann beispielsweise die in Drehrichtung von der Propellerflügelarretiereinrichtung entkoppelte Nabe im Inneren der Hülse angeordnet sein. Dadurch kann eine einfache Positionierung und Montage der Nabe inklusive der an der Nabe schwenkbar angeordneten Propellerflügel gewährleistet werden.
Vorteilhafterweise ist die Nabe derart bewegbar ausgebildet, dass beim Aufbringen eines Drehmoments eine Bewegung der Nabe aus der Ausgangsposition in die Arretierposition erzwungen wird.
Unter dem Begriff erzwingen kann gemeint sein, dass sich ein Anschlag zwischen zwei relativ zueinander bewegbarer Teile einstellt.
Unter dem Begriff Drehmoment ist im Sinne der vorliegenden Offenbarung ein Drehmoment auf die Antriebswelle zu verstehen, ab dem eine entsprechende Bewegung der Nabe relativ zur Propellerflügelarretiereinrichtung erfolgt.
Mit anderen Worten ist die Nabe gemeinsam mit den daran angeordneten Propellerflügeln derart ausgebildet, dass beim Aufbringen eines Drehmoments auf die Antriebswelle und damit auch auf die drehsteif mit dieser verbundene Propellerflügelarretiereinrichtung eine Bewegung der Nabe aus der Ausgangsposition in die Arretierposition, in der die Propellerflügel arretiert sind, erzwungen wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Nabe derart bewegbar ausgebildet sein, dass mittels einer Ausnutzung eines von der Propellerflügelarretiereinrichtung auf die Nabe ausgeübten Drehmoments eine Bewegung der Nabe aus einer Ausgangsposition in eine Arretierposition, in der die Propellerflügel arretiert sind, erzwungen wird.
Das Drehmoment der Antriebswelle und der Propellerflügelarretiereinrichtung wirkt dabei gegen die Hemmung, die von den - zumindest teilweise - ausgeklappten Propellerflügeln aufgebaut wird, so dass die Propellerflügelarretiereinrichtung durch das Aufbringen des Drehmoments so gegen die Nabe gezwungen wird, dass die vorgenannte Bewegung erreicht wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Nabe derart bewegbar ausgebildet sein, dass mittels einer Ausnutzung der Massenträgheit der Nabe eine Bewegung der Nabe aus der Ausgangsposition in die Arretierposition, in der die Propellerflügel arretiert sind, erzwungen wird.
Dadurch kann die Massenträgheit der Nabe und der daran angeordneten Propellerflügel dazu verwendet werden, die Bewegung der Propellerflügelarretiereinrichtung in die Arretierposition zu unterstützen, wenn eine Relativbeschleunigung zwischen den voneinander entkoppelten Komponenten aufgebracht wird.
Unter einer Massenträgheit ist allgemein ein Trägheitsmoment zu verstehen, auch Massenträgheitsmoment oder Inertialmoment genannt, welches die Trägheit eines betreffenden Körpers gegenüber einer Änderung seiner Winkelgeschwindigkeit bei der Drehung um die Drehachse angibt (Drehmoment geteilt durch Winkelbeschleunigung).
Unter der Ausnutzung der Massenträgheit ist gemeint, dass im Wesentlichen eine Massenträgheit für die Bewegung der Propellerflügelarretiereinrichtung aus deren Ausgangsposition in deren Arretierposition, relativ zu der Nabe, ursächlich ist. Dies kann etwa dadurch erfolgen, dass ein träger Körper, dessen Massenträgheit dazu herangezogen wird, die Nabe beim Beschleunigen der Drehung der Nabe in die Arretierposition zu zwingen, eine ausreichende Masse und eine geeignete Lagerung aufweist. Wie dies im Einzelnen auszuführen ist, hängt darüber hinaus noch von der Winkelgeschwindigkeit und den Abmessungen ab, was anhand einfacher Versuche festgestellt werden kann. Entscheidend ist, dass für eine bestimmte Anwendung ab einer gewünschten Winkelbeschleunigung der Antriebswelle und der Propellerflügelarretiereinrichtung die Nabe aufgrund ihrer Massenträgheitsmomente relativ zur Propellerflügelarretiereinrichtung in die Arretierposition gestellt wird.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist die Nabe drehsteif mit der Antriebswelle verbunden, wobei die Propellerflügelarretiereinrichtung in Drehrichtung von der Nabe entkoppelt ist, wobei vorzugsweise die Propellerflügelarretiereinrichtung eine Hülse aufweist.
In dieser Ausführungsform ist beispielsweise nur die Propellerflügelarretiereinrichtung in Drehrichtung entkoppelt, wobei die Antriebswelle, die Nabe sowie die an der Nabe schwenkbar angeordneten Propellerflügel drehstarr miteinander verbunden sind. Dies hat den Vorteil, dass der Kraftfluss von der Welle bis zu den Propellerflügeln unverändert bleibt, wodurch eine Neuauslegung des Antriebsstrangs vermieden werden kann.
Die Hülse kann in dieser Ausführungsform vorzugsweise außen an der Nabe angeordnet sein. Dadurch kann die Propellerflügelarretiereinrichtung leicht in eine Nabe integriert werden, ohne substanzielle Änderungen an der Nabe vornehmen zu müssen. Des Weiteren kann die Propellerflügelarretiereinrichtung so in die Nabe integriert werden, ohne dass die Strömung in der Nähe des Faltpropellers durch die Propellerflügelarretiereinrichtung maßgeblich beeinflusst wird. Schließlich ist eine Hülse ein kostengünstiges und leicht herstellbares Bauteil, welches gegebenenfalls einfach ausgetauscht oder nachgerüstet werden kann.
Weiterbildend ist es vorteilhaft, wenn die Propellerflügelarretiereinrichtung derart bewegbar ausgebildet ist, dass mittels einer Ausnutzung einer Massenträgheit, die beim Drehen der Nabe auftritt, eine Bewegung der Propellerflügelarretiereinrichtung aus einer Ausgangsposition in eine Arretierposition, in der die Propellerflügel arretiert sind, erzwungen wird.
Bei dieser Ausführungsform ist im Wesentlichen eine Massenträgheit für die Bewegung der Propellerflügelarretiereinrichtung aus deren Ausgangsposition in deren Arretierposition, relativ zu der Nabe, ursächlich. Dazu muss entsprechend eine ausreichende Beschleunigung beziehungsweise eine ausreichende Winkelbeschleunigung anliegen, welche dazu führt, dass die Relativbewegung durchgeführt wird.
Weiterbildend kann es vorteilhaft sein, wenn die Propellerflügelarretiereinrichtung derart bewegbar ausgebildet ist, dass gezielt deren Massenträgheit dazu ausgenutzt wird, die Bewegung der Propellerflügelarretiereinrichtung aus der Ausgangsposition in die Arretierposition zu erzwingen.
Dadurch kann die Funktion der Arretierung allein durch die Propellerflügelarretiereinrichtung gewährleistet werden. Weiterhin kann somit die Propellerflügelarretiereinrichtung als Nachrüstbauteil ausgeführt sein, mit dem herkömmliche Faltpropeller ausgestattet werden können. Darüber hinaus müssen auch die übrigen Bauteile des Faltpropellers nicht oder nur geringfügig modifiziert werden, um die Funktion der Arretierung der Propellerflügel zu gewährleisten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Wirkung der Massenträgheit der Propellerflügelarretiereinrichtung gegebenenfalls durch Strömungskörper unterstützt oder ersetzt werden, die Strömungskräfte erzeugen. Derartige Strömungskörper können etwa Flügel, Rippen, Lamellen oder andere Vorrichtungen an der Propellerflügelarretiereinrichtung sein. Diese Strömungskörper sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie, ähnlich wie die Trägheit der Propellerflügelarretiereinrichtung, einer Änderung der Drehgeschwindigkeit (insbesondere in Rückwärtsrichtung) entgegenwirken, um die Propellerflügelarretiereinrichtung feststehen zu lassen, während sich der Propeller rückwärts andreht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung können derartige Strömungskörper, insbesondere Flügel, klapp- oder faltbar ausgestaltet sein, sodass diese sich in der Vorwärtsdrehung an die Nabe anschmiegen (geringer Wasserwiderstand) können, während diese sich bei Rückwärtsfahrt aufstellen, um die Trägheit zu unterstützen. Dies hat den Vorteil, dass sich die Propellerflügel beim Rückwärtsandrehen zuverlässiger verriegeln lassen und dass sich bei einer Hydrogeneration der Strömungskörper wieder zuklappt, weil dieser sich dann vorwärts dreht. Mithin kann so eine richtungsabhängige Verstärkung jener Wirkung hervorgerufen werden, die auch die Massenträgheit hervorruft.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung entspricht die Drehrichtung einem Rückwärtslauf der Propellerflügel. Grundsätzlich kann ein Aufklappen der Propellerflügel sowohl bei der Vorwärtsfahrt als auch bei der Rückwärtsfahrt, also in beiden Drehrichtungen, erfolgen.
Werden die Propellerflügel über die Antriebswelle angetrieben und in Drehung versetzt, so induzieren sie ihrer Schaufelgeometrie entsprechend Impulskräfte auf das anliegende Fluid. Bei der Vorwärtsfahrt verstärken die an dem Propellerflügel angreifenden Gegenkräfte das Aufklappen der Propellerflügel. Bei der Rückwärtsfahrt hingegen kann es dazu kommen, dass die dabei auftretenden Gegenkräfte an den Propellerflügeln ein zustellendes Moment verursachen, was letztlich zu einem Einklappen der Propellerflügel in die eingeklappte Position führt. Dieser nachteilige Effekt kann durch die Propellerflügelarretiereinrichtung unterbunden werden.
Aus dem Stand der Technik sind Ansätze bekannt, die Profile der Propellerflügel so anzupassen, dass ein Einklappen der Propellerflügel im Rückwärtsgang unwahrscheinlicher wird. Wenn beispielsweise der erzeugte Auftrieb im Rückwärtsgang geringer ist, muss die Drehzahl für einen gewissen Schub entsprechend höher sein, wodurch die entsprechend höheren Fliehkräfte ein Einklappen unwahrscheinlicher machen. Das Vorhandensein der Propellerflügelarretiereinrichtung hat dabei den Vorteil, dass die Propellerflügel auch so ausgestaltet sein können, dass im Rückwärtsgang bei geringen Drehzahlen ein hoher Schub erzeugt wird, da ein Einklappen in die eingeklappte Position mittelbar verhindert wird.
Im Ergebnis können die Propellerflügel so ausgelegt werden, dass sie auch in der Rückwärtsfahrt einen optimalen Auftrieb erzeugen. Dadurch kann auch die Rückwärtsfahrt zuverlässig auch bei geringen Drehzahlen wirksam eingeleitet werden. Mithin entfällt die häufig angewandte Praxis, die Drehzahlen der Nabe zum Einleiten der Rückwärtsfahrt besonders zu erhöhen, um ausreichend Fliehkräfte bereitzustellen. Dadurch kann der Faltpropeller umweltschonender, zuverlässiger und leiser zum Einsatz kommen.
Dadurch, dass die Arretierposition mittels einer Ausnutzung einer Massenträgheit erzwungen wird, die beim Drehen der Nabe auftritt, kann eine selbsteinstellende Arretierung der Propellerflügel erzielt werden, die allein durch Drehung der Nabe erfolgt. Darüber hinaus wird eine kontrollierte Öffnung während der Rückwärtsfahrt sowie während der Schleppfahrt gewährleistet. Dadurch wird die Effizienz und auch die Berechenbarkeit des Faltpropellers verbessert.
Weiterhin kann die Effizienz bei einer Hydrogeneration (Rekuperation) z.B. beim Segelbetrieb durch die Nutzung des vorgeschlagenen arretierbaren Faltpropellers verbessert werden. Damit kann der Hydrogenerationsbetrieb besonders effizient ausgeführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Propellerflügel auf einem quer zu der Drehachse angeordneten Lagerzapfen gelagert. Dadurch können die Propellerflügel einerseits mit der Drehachse achsparallel eingeklappt werden und andererseits in eine Rotationsebene geschwenkt werden, die orthogonal zur Drehachse liegt. Des Weiteren können die Propellerflügel dieser Bauart leicht ausgetauscht werden und mittels handelsüblicher Bolzen und/oder Sicherungen an der Nabe befestigt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Propellerflügelarretiereinrichtung so ausgebildet, dass diese sich im Stillstand der Antriebswelle in der Ausgangsposition befindet, wobei in diesem Fall die Propellerflügel zwischen der eingeklappten Position und der ausgeklappten Position frei schwenkbar sind. Liegt also keine Drehung der Antriebswelle vor und wird dadurch kein Massenträgheitsmoment induziert, befindet sich die Propellerflügelarretiereinrichtung relativ zur Nabe in der Ausgangsposition und die Propellerflügel des Faltpropellers sind frei schwenkbar.
Dadurch tritt die Propellerflügelarretiereinrichtung im Stillstand der Antriebswelle nicht als arretierendes Bauteil in Erscheinung, wodurch der Faltpropeller sich im Stillstand der Antriebswelle wie ein herkömmlicher Faltpropeller verhält. Mithin können etablierte Montage-, Wartungs-, und Reinigungsarbeiten in gleicher Weise durchgeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Hülse der Propellerflügelarretiereinrichtung im Bereich eines jeden Propellerflügels eine Aussparung sowie einen Riegel auf, wobei der Riegel vorzugsweise an einem stromabwärtsseitigen Ende der Hülse ausgebildet ist.
Unter einem Ende der Hülse ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine Stirnseite der Hülse in axialer Richtung zu verstehen. Das stromabwärtsseitige Ende der Hülse ist jenes Ende, welches in Vorwärtsfahrt des Faltpropellers stromabwärts orientiert ist. Vorzugsweise ist die Aussparung ein aus der Mantelfläche der Hülse ausgeschnittener Teilbereich, in den ein Propellerflügel bzw. eine Propellerflügelwurzel eines Propellerflügels in der ausgeklappten Position aufgenommen ist.
Vorzugsweise ist der Riegel Teil der Hülse. Beispielsweise wird der Riegel dadurch ausgebildet, dass sich die Aussparung auf der Mantelfläche der Hülse nur teilweise bis zur Stirnseite des stromabwärtsseitigen Endes der Hülse erstreckt. Vorzugsweise ist der verbleibende Spalt zwischen dem Ende des Riegels und der angrenzenden Mantelfläche der Hülse so groß, dass ein Propellerflügel durch diesen Spalt hindurch in die Aussparung eingeführt und ausgeführt werden kann.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform, bei der die Propellerflügelarretiereinrichtung drehsteif mit der Antriebswelle verbunden ist, wird das Aufklappen der Propellerflügel durch die Formgebung der Aussparung bzw. des Riegels dergestalt bewirkt oder unterstützt, dass die Propellerflügel durch einen Formschluss ausgeklappt werden, der sich durch die Kräfte zwischen der angetriebenen Propellerflügelarretiereinrichtung und der trägen Nabe ergeben.
Dadurch kann auf einfache Weise gewährleistet werden, dass die Hülse bei Drehung unter Ausnutzung der Massenträgheit relativ zur Propellernabe verdreht wird, in die Arretierposition gezwungen und dabei gleichzeitig einen Riegel vor jeden Propellerflügel geschoben wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Propellerflügelarretiereinrichtung eine Einführschräge auf, die so ausgebildet ist, dass in einem Zustand, in dem die Propellerflügelarretiereinrichtung noch nicht vollständig in der Arretierposition ist, ein Einklappen der Propellerflügel zu einem Zurücksetzen der Propellerflügelarretiereinrichtung in ihre Ausgangsposition führt. Andersherum führt die Schräge dazu, dass in Rückwärtsfahrt die Propellerflügel durch die Schräge aufgedrückt werden.
Beispielsweise kann die Einführschräge am Riegel ausgeführt sein, insbesondere an einer Seite des Riegels, die gleichzeitig eine Randstruktur der Aussparung ist. Beispielsweise kann der Riegel eine sich zu seinem freistehenden Ende hin verjüngende Breite aufweisen, wobei sich die Breite auf eine Abmessung bezieht, die in der Ebene der Mantelfläche liegt. Durch die Einführschrägen wird die Verlässlichkeit der Funktion der Propellerflügelarretiereinrichtung verbessert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Propellerflügelarretiereinrichtung aus einem Teil gefertigt. Dadurch kann die Propellerflügelarretiereinrichtung kostengünstig hergestellt werden. Beispielsweise können Hülse und Riegel aus einem Teil gefräst werden, prinzipiell ist auch jede Art des Urformens, insbesondere Gießen, Schmieden o.ä. denkbar. Alternativ können die Hülse und/oder der Riegel jedoch auch mit jeglicher Art des Fügens verbunden werden. Dabei kann der Riegel formfolgend an die Hülse angepasst sein oder auch frei damit verbunden sein.
Vorzugsweise weist die Propellerflügelarretiereinrichtung und/oder die Propellerflügel einen metallischen Werkstoff auf. Hinsichtlich der Propellerflügelarretiereinrichtung hat eine Verwendung eines metallischen Werkstoffs den Vorteil, dass das Massenträgheitsmoment desselben erhöht wird. Im Ergebnis wird die Zuverlässigkeit und Berechenbarkeit der Propellerflügelarretiereinrichtung und letztlich des Faltpropellers mit einer solchen verbessert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Propellerflügelarretiereinrichtung ausgebildet, die Propellerflügel während einer Schleppfahrt des Faltpropellers in einer ausgeklappten Position zu arretieren, sodass eine Autorotation der Propellerflügel erfolgt, wobei die Propellerflügelarretiereinrichtung vorzugsweise ausgebildet ist, eine Autorotation der Propellerflügel zur Energierückgewinnung ab etwa 5 kn Fahrt zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Propellerflügelarretiereinrichtung hierzu eine Aussparung und/oder einen Riegel aufweisen, die derart ausgebildet sind, dass eine Arretierung auch in der Vorwärtsfahrt gewährleistet wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Propellerflügel so ausgebildet, dass die initiale Öffnung der Propellerflügel unter Ausnutzen der Fliehkraft erfolgt, vorzugsweise wobei die Propellerflügel einen metallischen Werkstoff aufweisen, insbesondere eine Metalllegierung. Die initiale Öffnung der Propellerflügel kann aus der anfänglichen, eingeklappten Position unter Ausnutzung von Fliehkräften erfolgen. Einerseits kann dadurch eine zuverlässige und berechenbare Funktion des Faltpropellers erzielt werden. Andererseits kann durch das Ausnutzen von Fliehkräften für die initiale Öffnung der Propellerflügel von weiteren technischen Mitteln zur Öffnung der Propellerflügel verzichtet werden. Mithin können die Propellerflügel frei schwenkbar an der Nabe angeordnet werden.
Die Verwendung eines metallischen Werkstoffs für die Propellerflügel hat den Vorteil, dass die initiale Öffnung der Flügel, die auf der Fliehkraft beruht, durch die entsprechende Masse der Propellerflügel vereinfacht wird. Dadurch werden die Zuverlässigkeit und die Berechenbarkeit der Propellerflügelarretiereinrichtung und letztlich des Faltpropellers mit einer solchen verbessert.
Um die Funktion der Propellerflügelarretiereinrichtung anhand eines Beispiels näher zu erläutern, wird im Folgenden ein beispielhafter Bewegungszyklus eines Faltpropellers gemäß einer Ausführungsform offenbart, gemäß der die Propellerflügelarretiereinrichtung drehsteif mit der Antriebswelle verbunden ist und die Nabe in Drehrichtung von der Antriebswelle entkoppelt ist:

Die Propellerflügelarretiereinrichtung wird zusammen mit der Antriebswelle aus dem Stillstand heraus um eine Drehachse in einer Drehrichtung, die einer Rückwärtsfahrt entspricht, angetrieben.
Durch die Winkelbeschleunigung der Propellerflügelarretiereinrichtung und der Massenträgheit der Nabe kann ein Kontakt zwischen Propellerflügelarretiereinrichtung und Nabe ausgebildet werden. Die Nabe kann alsdann zusammen mit den Propellerflügeln von der Propellerflügelarretiereinrichtung mitgeschleppt werden.
Aufgrund von Fliehkräften, die an den Propellerflügeln angreifen, schwenken die Propellerflügel aus der anfänglichen, eingeklappten Position in eine ausgeklappte Position.
Beim Herausschwenken in die ausgeklappte Position können die Propellerflügel jeweils in eine Aussparung der Propellerflügelarretiereinrichtung fahren, die eine entsprechende Öffnung ausbildet. Dabei können die Propellerflügel einen Riegel passieren, der etwa auf dem stirnseitigen Ende der Hülse ausgebildet sein kann.
Nach Erreichen der ausgeklappten Position können sich die Propellerflügel vollständig in der Aussparung befinden.
Verursacht durch die Drehung der Propellerflügelarretiereinrichtung kann das auf die Nabe und die ausgeklappten Propellerflügel ausgeübte Drehmoment dazu führen, dass die Propellerflügel innerhalb der Aussparung aus einer Ausgangsposition in eine Arretierposition bewegt werden. Die Arretierung kann letztlich durch einen Riegel erfolgen, der eine mittelbare Arretierung des Propellerflügels bewirken kann.
Wird die Drehung angehalten, kann sich der Propellerflügel aufgrund der Massenträgheit der Nabe in die Ausgangsposition bewegen. Dabei ist insbesondere der Riegel so ausgestaltet, dass dieser den Propellerflügel, der sich in diesem Anschlag befindet, freigibt. Dadurch kann der Propellerflügel in diesem Anschlag aus der ausgeklappten Position in die eingeklappte Position zurückschwenken.

Bei Ausführungsformen, in welchen die Nabe drehsteif mit der Antriebswelle verbunden ist und die Propellerflügelarretiereinrichtung in Drehrichtung von der Nabe entkoppelt ist, gestaltet sich die Funktionsweise wie folgt:

Die Nabe wird über eine Antriebswelle aus dem Stillstand heraus um eine Drehachse in einer Drehrichtung, die einer Rückwärtsfahrt entspricht, angetrieben.
Die Drehung der Nabe kann direkt auf die Propellerflügel übertragen werden, welche aufgrund von angreifenden Fliehkräften aus der anfänglichen, eingeklappten Position in eine ausgeklappte Position schwenken können.
Beim Herausschwenken in die ausgeklappte Position können die Propellerflügel jeweils in eine Aussparung der Propellerflügelarretiereinrichtung fahren, die eine entsprechende Öffnung auf dem stirnseitigen Ende der Hülse ausbilden können. Dabei können die Propellerflügel einen Riegel passieren, der auf dem stirnseitigen Ende der Hülse ausgebildet sein kann.
Nach Erreichen der ausgeklappten Position können sich die Propellerflügel vollständig in der Aussparung befinden.
Verursacht durch die Drehung der Propellerflügel und der Nabe kann die Massenträgheit der Propellerflügelarretiereinrichtung dazu führen, dass die Propellerflügel innerhalb der Aussparung aus einer Ausgangsposition in eine Arretierposition bewegt werden. Die Arretierung kann letztlich durch einen Riegel erfolgen, der eine mittelbare Arretierung des Propellerflügels bewirken kann.
Wird die Drehung angehalten oder reduziert, kann sich die Propellerflügelarretiereinrichtung aufgrund ihrer Massenträgheit in die Ausgangsposition bewegen. Dabei kann insbesondere der Riegel so ausgestaltet sein, dass dieser den Propellerflügel, der sich in diesem Anschlag befindet, freigeben kann. Dadurch kann der Propellerflügel in diesem Anschlag aus der ausgeklappten Position in die eingeklappte Position zurückschwenken.

Die hierin beschriebenen Funktionsweisen der Propellerflügelarretiereinrichtung ist beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin mittels eines Antriebs für ein Boot mit einem Faltpropeller wie hierin beschrieben erreicht. Weiterhin wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung mittels eines Boots mit einem solchen Antrieb erreicht.

Kurze Beschreibung der Figuren

Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1: eine schematische Ansicht eines Faltpropellers gemäß einer ersten Ausführungsform in einer eingeklappten Position;
Figur 2: eine schematische Ansicht des Faltpropellers gemäß der ersten Ausführungsform in einer ausgeklappten Position und einer Propellerflügelarretiereinrichtung in einer Ausgangsposition;
Figur 3: eine schematische Ansicht des Faltpropellers gemäß der ersten Ausführungsform in einer ausgeklappten Position und einer Propellerflügelarretiereinrichtung in einer Arretierposition;
Figur 4: eine schematische Ansicht eines Faltpropellers gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer eingeklappten Position;
Figur 5: eine schematische Ansicht des Faltpropellers gemäß der zweiten Ausführungsform in einer ausgeklappten Position und einer Propellerflügelarretiereinrichtung in einer Ausgangsposition;
Figur 6: eine schematische Ansicht des Faltpropellers gemäß der zweiten Ausführungsform in einer ausgeklappten Position und einer Propellerflügelarretiereinrichtung in einer Arretierposition;
Figur 7: eine schematische Ansicht des Faltpropellers gemäß der zweiten Ausführungsform in einer Position, die zwischen der eingeklappten Position und der ausgeklappten Position liegt;
Figur 8: eine schematische Ansicht des Faltpropellers gemäß der zweiten Ausführungsform in einer ausgeklappten Position und einer Propellerflügelarretiereinrichtung in einer Ausgangsposition;
Figur 9: eine schematische Ansicht des Faltpropellers gemäß der zweiten Ausführungsform in einer ausgeklappten Position und einer Propellerflügelarretiereinrichtung in einer Arretierposition;
Figur 10: eine schematische Seitenansicht eines Faltpropellers gemäß einer dritten Ausführungsform in einer ersten Position;
Figur 11: eine schematische Seitenansicht des Faltpropellers gemäß der dritten Ausführungsform in einer zweiten Position; und
Figur 12: eine schematische perspektivische Ansicht eines Faltpropellers gemäß einer vierten Ausführungsform in einer ausgeklappten Position.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In Figur 1 ist eine schematische Ansicht eines Faltpropellers 10 gemäß einer ersten Ausführungsform in einer eingeklappten Position Z1 dargestellt.
Der Faltpropeller 10 umfasst eine Nabe 2, die in Drehrichtung D von der Antriebswelle 4 entkoppelt ist. An der Nabe 2 sind zwei Propellerflügel 6a, 6b schwenkbar angeordnet. Die Nabe 2 ist über die Antriebswelle 4 um eine schematisch dargestellte Drehachse A herum antreibbar, nämlich über eine Propellerflügelarretiereinrichtung 8, die fest und daher drehsteif mit der Antriebswelle 4 verbunden ist.
Mithin bilden also die Nabe 2 und die an dieser angeordneten Propellerflügel 6a, 6b eine erste Komponente, die in einer weiteren Komponente, bestehend aus Antriebswelle 4 und Propellerflügelarretiereinrichtung 8, in Drehrichtung D entkoppelt gelagert ist.
Die Propellerflügel 6a, 6b sind zwischen einer eingeklappten Position Z1 und einer ausgeklappten Position Z2 (beispielsweise in Figur 2 gezeigt) schwenkbar an der Nabe 2 angeordnet.
Die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 ist dazu eingerichtet, die Propellerflügel 6a, 6b, in der ausgeklappten Position Z2 zu arretieren, um auf diese Weise ein (teilweises) Einklappen der Propellerflügel 6a, 6b beispielsweise bei Rückwärtsfahrt, beim Aufstoppen oder bei der Hydrogeneration zu verhindern. Dabei ist die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 als eine Hülse 14 ausgeführt. Die Hülse 14 weist eine in ihrer Mantelfläche ausgebildete Aussparung 16 sowie einen Riegel 18 auf, der am stromabwärtsseitigen Ende der Hülse 14 ausgebildet ist. Die als Hülse 14 ausgebildete Propellerflügelarretiereinrichtung 8 ist dabei zusammen mit der daran befestigten Antriebswelle 4 relativ zu der Nabe 2 in Drehrichtung D zwischen einer Ausgangsposition Z10 und einer Arretierposition Z20 (beispielsweise in Figur 3 gezeigt) bewegbar.
Entsprechend kann eine Relativbewegung zwischen der Nabe 2 und der Hülse 14 mittels einer Ausnutzung des von der Hülse 14 auf die Nabe 2 ausgeübten Drehmoments erreicht werden, welche beim Drehen der Antriebswelle 4 und damit der Propellerflügelarretiereinrichtung 8 in Gestalt der Hülse 14 auftritt. Die Nabe 2 ist gemeinsam mit den daran angeordneten Propellerflügeln 6a, 6b durch ihre Bewegung durchs Wasser gehemmt, so dass sie entsprechend ein Gegendrehmoment bereitstellt und durch das auf die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 auf die Nabe 2 ausgeübte Drehmoment eine Bewegung zwischen der Propellerflügelarretiereinrichtung 8 und der Nabe 2 hervorgerufen wird. Damit kann dann eine Bewegung der Hülse 14 relativ zur Nabe 2 aus einer Ausgangsposition Z10, wie abgebildet in Figur 1, in eine Arretierposition Z20, wie abgebildet in Figur 3, erzwungen werden.
In Figur 2 ist eine schematische Ansicht des Faltpropellers 10 gemäß der ersten Ausführungsform in einer ausgeklappten Position Z2 abgebildet, wobei die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 sich relativ zur Nabe 2 noch in der Ausgangsposition Z10 befindet. Die in Figur 2 gezeigte Darstellung entspricht etwa dem Fall, der sich einstellt, wenn sich der Faltpropeller 10 in Vorwärtsfahrt befindet. Demnach ist die Drehrichtung D eine solche, die einer Vorwärtsfahrt entspricht.
Das Auffalten der Propellerflügel 6a und 6b von der in Figur 1 gezeigten eingeklappten Position Z1 in die ausgeklappte Position Z2 erfolgt durch eine Rotation der Antriebswelle 4 zusammen mit der Propellerflügelarretiereinrichtung 8, die über die Propellerflügel 6a, 6b letztlich auf die Nabe 2 einwirkt. Sobald die Propellerflügel 6a, 6b in Rotation versetzt werden, wirkt auf diese eine Zentrifugalkraft, bzw. Fliehkraft, die ein Aufklappen der Propellerflügel 6a, 6b begünstigt und dadurch ein öffnendes Moment auf die Propellerflügel 6a, 6b erzeugt. Zusätzlich wirkt auf die Propellerflügel 6a, 6b beim Aufbringen einer Rotation der Nabe 2 und dem sich daraus ergebenden gleichzeitigen Aufbringen eines Vorwärtsschubs ein öffnendes Moment auf die Propellerflügel 6a, 6b.
Aus der Abbildung in Figur 2, insbesondere aus der Orientierung des Schaufelprofils, ist ersichtlich, dass eine Drehung des Faltpropellers 10 in die Drehrichtung D einen Vorwärtsschub Sv in der Zeichnung nach oben erzeugt. Die resultierende Gegenkraft, die an den Propellerflügeln 6a, 6b angreift, unterstützt das Ausklappen der Propellerflügel 6a, 6b. Mit anderen Worten werden die Propellerflügel 6a, 6b sowohl durch die Zentrifugalkraft als auch durch Reaktionskräfte aus dem mittels Rotation erzeugten Vorwärtsschub in die ausgeklappte Position Z2 bewegt.
Da in dieser Drehrichtung D der Antriebswelle 4 der Vorwärtsschub Sv anliegt und kein zustellendes Moment auf die Propellerflügel 6a, 6b einwirkt, ist eine Arretierung des Faltpropellers 10 über die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 nicht vorgesehen und auch nicht notwendig. Zu jedem Zeitpunkt, zu dem ein Vorwärtsschub aufgebracht werden soll, werden die Propellerflügel 6a, 6b in die ausgeklappte Position Z2 getrieben.
Mithin verbleibt in diesem Zustand, wie in Figur 2 abgebildet, die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 in Form einer Hülse 14 typischer Weise in ihrem Ausgangszustand Z10. Alternativ oder ergänzend kann die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 auch so ausgebildet sein, dass auch in der Drehrichtung D, die der Vorwärtsfahrt entspricht, eine Arretierung des Faltpropellers 10 über die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 erfolgt. Auf diese Weise können die Propellerflügel 6a, 6b sowohl durch "scharfes" Rückwärtsandrehen als auch durch "scharfes" Vorwärtsandrehen arretiert werden.
In Figur 3 ist eine schematische Ansicht des Faltpropellers 10 gemäß der ersten Ausführungsform in einer ausgeklappten Position Z2 und einer Propellerflügelarretiereinrichtung 8 in einer Arretierposition Z20 dargestellt. Die in Figur 3 abgebildete Darstellung entspricht beispielsweise dem Fall, der sich einstellt, wenn der Faltpropeller 10 in der Rückwärtsfahrt angetrieben wird. Demnach entspricht hier die Drehrichtung D der der Rückwärtsfahrt. Da in dieser Drehrichtung D über den Rückwärtsschub S_R ein zustellendes Moment auf die Propellerflügel 6a, 6b einwirkt - beispielsweise durch das Anströmen des umgebenden Wassers sowie durch die Ausübung des in Schließrichtung der Propellerflügel 6a, 6b gerichteten Rückwärtsschubs S_R - konkurriert das zustellende Moment am Propellerflügel mit der am Propellerflügel angreifenden Fliehkraft. Mithin ist Arretierung des Faltpropellers 10 über die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 notwendig bzw. vorgesehen.
Zu diesem Zweck sind die vorgeschlagene Propellerflügelarretiereinrichtung 8 in Form einer Hülse 14 sowie die Nabe 2 so ausgebildet, dass mittels einer Ausnutzung des auf die Nabe 2 aufgebrachten Drehmoments, das beim Drehen der Antriebswelle 4 auftritt, eine Bewegung der Nabe 2 relativ zur Hülse 14 in die Arretierposition Z20 erzwungen wird. In dieser Position sind die Propellerflügel 6a, 6b, in der Arretierposition Z20 arretiert. Der Unterschied zwischen der Ausgangsposition Z10 und der Arretierposition Z 20 lässt sich anschaulich aus einem Vergleich der Figuren 2 und 3 ableiten. Daraus wird ersichtlich, dass die Änderung der Drehrichtung D aus der Vorwärtsfahrt in die Rückwärtsfahrt dazu führt, dass die Hülse 14 im letzteren Fall, vgl. Figur 3, derart relativ zu der Nabe 2 gedreht wird, dass die Hülse 14 mit einer anderen Flanke an dem Propellerflügel 6a angrenzt, nämlich mit der gegenüberliegenden Flanke der Aussparung 16, in der sich der betreffende Propellerflügel 6b befindet. Dies erfolgt dadurch, dass das auf die Nabe 2 ausgeübte Drehmoment, das beim Drehen der Antriebswelle 4 auftritt, dazu ausgenutzt wird, eine relative Bewegung der Nabe 2 relativ zu der Hülse 14 aus einer Ausgangsposition Z10 in eine Arretierposition Z20 zu erzwingen.
In Figur 4 ist eine schematische Ansicht eines Faltpropellers 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer eingeklappten Position Z1 dargestellt.
Der Faltpropeller 10 umfasst eine Nabe 2, die über eine schematisch dargestellte Antriebswelle 4 um eine Drehachse A herum antreibbar ist. Des Weiteren umfasst der Faltpropeller 10 zumindest zwei Propellerflügel 6a, 6b, die zwischen einer eingeklappten Position Z1 wie abgebildet und einer ausgeklappten Position Z2 (beispielsweise in Figur 5 gezeigt) schwenkbar an der Nabe 2 angeordnet sind. Darüber hinaus umfasst der Faltpropeller 10 eine mit der Nabe 2 bewegbar gekoppelte Propellerflügelarretiereinrichtung 8, die dazu eingerichtet ist, die Propellerflügel 6a, 6b, in der ausgeklappten Position Z2 zu arretieren, um auf diese Weise ein (teilweises) Einklappen der Propellerflügel 6a, 6b beispielsweises bei Rückwärtsfahrt, beim Aufstoppen oder bei der Hydrogeneration zu verhindern.
Dabei ist die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 als eine Hülse 14 ausgeführt. Die Hülse 14 weist eine in ihrer Mantelfläche ausgebildete Aussparung 16 sowie einen Riegel 18 auf, der am stromabwärtsseitigen Ende der Hülse 14 ausgebildet ist. Der Riegel 18 weist eine Einführschräge 20 auf. Die als Hülse 14 ausgebildete Propellerflügelarretiereinrichtung 8 ist dabei relativ zu der Nabe 2 in Drehrichtung D zwischen einer Ausgangsposition Z10 und einer Arretierposition Z20 (beispielsweise in Figur 6 gezeigt) frei bewegbar.
Entsprechend kann eine Relativbewegung zwischen der Nabe 2 und der Hülse 14 mittels einer Ausnutzung der Massenträgheit der Hülse 14 erreicht werden, welche beim Beschleunigen der Nabe 2 auftritt. Damit kann dann eine Bewegung der Hülse 14 aus einer Ausgangsposition Z10, wie abgebildet in Figur 4, in eine Arretierposition Z20, wie abgebildet in Figur 6, erzwungen werden.
In Figur 5 ist eine schematische Ansicht des Faltpropellers 10 gemäß der zweiten Ausführungsform in einer ausgeklappten Position Z2 abgebildet, wobei die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 sich noch in der Ausgangsposition Z10 befindet. Die in Figur 5 gezeigte Darstellung entspricht etwa dem Fall, der sich einstellt, wenn sich der Faltpropeller 10 in Vorwärtsfahrt befindet. Demnach ist die Drehrichtung D eine solche, die einer Vorwärtsfahrt entspricht.
Das Auffalten der Propellerflügel 6a und 6b von der in Figur 4 gezeigten eingeklappten Position Z1 in die ausgeklappte Position Z2 erfolgt durch eine Rotation der Nabe 2 und die darüber auf die Propellerflügel 6a, 6b wirkende Zentrifugalkraft. Zusätzlich wirkt auf die Propellerflügel 6a, 6b beim Aufbringen einer Rotation der Nabe 2 und dem sich daraus ergebenden gleichzeitigen Aufbringen eines Vorwärtsschubs ein öffnendes Moment auf die Propellerflügel 6a, 6b. Mit anderen Worten werden die Propellerflügel 6a, 6b durch die Zentrifugalkraft und den aufgebrachten Vorwärtsschub in die ausgeklappte Position Z2 bewegt.
Da in dieser Drehrichtung D der Nabe 2 in Vorwärtsschubrichtung kein zustellendes Moment auf die Propellerflügel 6a, 6b einwirkt, ist eine Arretierung des Faltpropellers 10 über die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 nicht vorgesehen und auch nicht notwendig. Zu jedem Zeitpunkt, zu dem ein Vorwärtsschub aufgebracht werden soll, werden die Propellerflügel 6a, 6b in die ausgeklappte Position Z2 getrieben.
Mithin verbleibt in diesem Zustand, wie in Figur 5 abgebildet, die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 in Form einer Hülse 14 typischerweise in ihrem Ausgangszustand Z10. Alternativ oder ergänzend kann die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 auch so ausgebildet sein, dass auch in der Drehrichtung D, die der Vorwärtsfahrt entspricht, eine Arretierung des Faltpropellers 10 über die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 erfolgt. Auf diese Weise können die Propellerflügel 6a, 6b sowohl durch "scharfes" Rückwärtsandrehen als auch durch "scharfes" Vorwärtsandrehen arretiert werden.
In Figur 6 ist eine schematische Ansicht des Faltpropellers 10 gemäß der zweiten Ausführungsform in einer ausgeklappten Position Z2 und einer Propellerflügelarretiereinrichtung 8 in einer Arretierposition Z20 dargestellt. Die in Figur 6 abgebildete Darstellung entspricht beispielsweise dem Fall, der sich einstellt, wenn der Faltpropeller 10 in der Rückwärtsfahrt angetrieben wird. Demnach entspricht hier die Drehrichtung D der Rückwärtsfahrt. Da in dieser Drehrichtung D ein zustellendes Moment auf die Propellerflügel 6a, 6b einwirkt - beispielsweise durch das Anströmen des umgebenden Wassers sowie durch die Ausübung des in Schließrichtung der Propellerflügel 6a, 6b gerichteten Schubs - ist eine Arretierung des Faltpropellers 10 über die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 notwendig bzw. vorgesehen.
Zu diesem Zweck ist die vorgeschlagene Propellerflügelarretiereinrichtung 8 in Form einer Hülse 14 so ausgebildet, dass mittels einer Ausnutzung der Massenträgheit der Hülse 14, die beim Beschleunigen der Nabe 2 auftritt, eine Bewegung der Hülse 14 in die Arretierposition Z20 erzwungen wird. In dieser Position sind die Propellerflügel 6a, 6b, in der Arretierposition Z20 arretiert. Der Unterschied zwischen der Ausgangsposition Z10 und der Arretierposition Z20 lässt sich anschaulich aus einem Vergleich der Figuren 5 und 6 ableiten. Daraus wird ersichtlich, dass die Änderung der Drehrichtung D aus der Vorwärtsfahrt in die Rückwärtsfahrt dazu führt, dass die Hülse 14 im letzteren Fall, vgl. Figur 6, derart relativ zu der Nabe 2 gedreht wird, dass die Hülse 14 an dem Propellerflügel 6a angrenzt. Dies erfolgt dadurch, dass die Massenträgheit der Hülse 14, die beim Beschleunigen der Nabe 2 auftritt, dazu ausgenutzt wird, eine relative Bewegung der Hülse 14 aus einer Ausgangsposition Z10 in eine Arretierposition Z20 zu erzwingen.
Dies wird nicht nur bei einer Umkehr der Drehrichtung erreicht, sondern bei jeder Erhöhung der Drehzahl der Nabe 2 in der Drehrichtung, welche der Rückwärtsfahrt entspricht. Beispielsweise kann durch eine schnelle Drehung der Nabe 2 erreicht werden, dass sich die Propellerflügel 6a, 6b aufrichten und dann durch eine weitere Beschleunigung der Drehung der Nabe 2 erreicht werden, dass sich die Nabe 2 quasi unter der durch ihre Trägheit in dem jetzigen Bewegungszustand verharrenden Hülse 14 so hindurch dreht, dass eine Verriegelung der Propellerflügel 6a, 6b erreicht wird.
In Figur 7 ist eine schematische Ansicht des Faltpropellers 10 gemäß der zweiten Ausführungsform in einer Position dargestellt, die zwischen der eingeklappten Position Z1 und der ausgeklappten Position Z2 liegt. Figur 7 dient im Wesentlichen der Veranschaulichung eines Übergangszustandes des Ausklappvorgangs der Propellerflügel 6a, 6b. Aus der Darstellung von Figur 7 kann entnommen werden, dass, sofern die Nabe 2 in einer Rückwärtsfahrt angetrieben wird, die Arretierung der Propellerflügel 6a, 6b über den Riegel 18 erfolgt. Dabei kann letzterer mithilfe der Einführschrägen 20 die Propellerflügel 6a, 6b ergreifen, bevor diese vollständig ausgeklappt sind.
Figur 8 zeigt eine schematische Ansicht des Faltpropellers 10 gemäß der zweiten Ausführungsform in einer ausgeklappten Position Z2 und eine Propellerflügelarretiereinrichtung 8 in einer Ausgangsposition Z10. Aus der Abbildung in Figur 8 ist ersichtlich, dass die Propellerflügel 6a, 6b jeweils über einen Lagerzapfen 12, der quer zu der Drehachse A angeordnet ist, gelagert sind. Die in Figur 8 abgebildete Darstellung entspricht wiederum jenem Fall, gemäß dem der Faltpropeller 10 in der Drehrichtung D angetrieben wird, die der Vorwärtsfahrt entspricht. Da in dieser Drehrichtung D kein zustellendes Moment auf die Propellerflügel 6a, 6b einwirkt, ist eine Arretierung des Faltpropellers 10 über die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 nicht zwingend notwendig. Mithin kann in diesem Zustand, wie in Figur 5 abgebildet, die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 in Form einer Hülse 14 in einem Ausgangszustand Z10 verbleiben. Alternativ oder ergänzend kann die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 auch so ausgebildet sein, dass auch in der Drehrichtung D, die der Vorwärtsfahrt entspricht, eine Arretierung des Faltpropellers 10 über die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 erfolgt.
In Figur 9 ist eine schematische Seitenansicht des Faltpropellers 10 gemäß der zweiten Ausführungsform in einer ausgeklappten Position Z2 und einer Propellerflügelarretiereinrichtung 8 in einer Arretierposition Z20 dargestellt. Die in Figur 9 abgebildete Darstellung entspricht, analog zur Figur 6, dem Fall einer Rückwärtsfahrt des Faltpropellers 10. In diesem Fall wird der Faltpropeller 10 in der Drehrichtung D angetrieben, die der Rückwärtsfahrt entspricht. Da in dieser Drehrichtung D ein zustellendes Moment auf die Propellerflügel 6a, 6b einwirkt, ist eine Arretierung des Faltpropellers 10 über die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 notwendig bzw. vorgesehen.
Zu diesem Zweck ist die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 in Form einer Hülse 14 so ausgebildet, dass mittels einer Ausnutzung der Massenträgheit der Hülse 14, die beim Drehen der Nabe 2 auftritt, eine Bewegung der Hülse 14 in die Arretierposition Z20 erzwungen wird. In dieser Position sind die Propellerflügel 6a, 6b, in der Arretierposition Z20 arretiert.
In Figur 10 ist eine schematische Seitenansicht eines Faltpropellers 10 gemäß einer dritten Ausführungsform in einer ersten Position Z110 dargestellt. Der Faltpropeller 10 gemäß der dritten Ausführungsform umfasst ebenfalls eine Nabe 2, die über eine Antriebswelle 4 um eine Drehachse A antreibbar ist. Des Weiteren umfasst die dritte Ausführungsform zwei Propellerflügel 6a, 6b, die zwischen einer eingeklappten Position Z1 (gestrichelt dargestellt) und einer ausgeklappten Position Z2 schwenkbar an der Nabe 2 angeordnet sind. Ferner umfasst die dritte Ausführungsform eine mit der Nabe 2 gekoppelte Propellerflügelarretiereinrichtung 8, die eingerichtet ist, die Propellerflügel 6a, 6b in der zweiten, ausgeklappten Position Z2 zu arretieren. Hierzu umfasst die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 ein Gewinde 22.
Mithin ist die Propellerflügelarretiereinrichtung 8 gemäß der dritten Ausführungsform relativ zu der Nabe 2 in Drehrichtung D derart bewegbar ausgebildet, dass mittels einer Ausnutzung einer Massenträgheit, die beim Drehen der Nabe 2 auftritt, eine Bewegung der Propellerflügelarretiereinrichtung 8 aus einer Ausgangsposition Z10 in eine Arretierposition Z20 (nicht in Figur 10 abgebildet) erzwungen wird.
Auf der Antriebswelle 4 ist ein Aufsatz und einem Gewinde 22 angeordnet. Auf dem Gewinde 22 kann die Nabe 2 aufgeschraubt werden. Die Besonderheit der Nabe 2 zeichnet sich dadurch aus, dass aufgrund des Gewindes 22 die gesamte Nabe 2 in Richtung der Drehachse der Antriebswelle 4 auf der Antriebswelle 4 auf- und abschraubbar ist. Dieser Schraubmechanismus wird aufgrund der Massenträgheit der Nabe 2 und der Antriebswelle 4 betätigt.
Durch das Auf- und Abschrauben der Nabe 2 relativ zur Antriebswelle 4 werden in dem ersten Zustand gemäß Figur 10 die Propellerflügel 6a, 6b frei schwenkbar über Lagerzapfen 12 quer zur Drehachse A gelagert. Die Propellerflügel 6a, 6b werden dabei entlang ihrer Propellerflügelwurzeln über eine Zahnstange 24 synchronisiert geschwenkt. In dem in Figur 10 abgebildeten ersten Zustand können die Propellerflügel 6a, 6b darüber hinaus über die Zahnstange 24 angesteuert werden. Die Beeinflussung der Propellerflügel 6a, 6b wird ferner über eine Stange 26 eingeleitet, die mit der Zahnstange 24 kommuniziert.
Dadurch wird eine zusätzliche Kraft zum Öffnen der Propellerflügel eingeführt, die Zuverlässigkeit und Optimierung der Öffnung verbessert. Etwa ist es durch diese Kraft, die nur in eine Richtung wirksam ist, möglich, die Propellerflügel 6a, 6b während der Vorwärtsfahrt zuzuklappen.
Die Nabe 2, die Propellerflügel 6a, 6b sowie die Zahnstange 24 können dabei aus jedem Material gefertigt sein und können insbesondere Kunststoff oder auch Metalllegierungen aufweisen.
Hingegen muss das Gewinde 22 aus einer Metalllegierung bestehen, um den Drehmomenten standzuhalten und das Gleiten an der Gewindefläche zu gewährleisten. Vorzugsweise ist dabei das Gewinde 22 aus einem Werkstoff gefertigt, dessen Härte sich von jener der Nabe 2 unterscheidet. Dadurch kann vermieden werden, dass Kaltverschweißen auftritt.
Figur 11 zeigt eine schematische Seitenansicht des Faltpropellers 10 gemäß der dritten Ausführungsform einer zweiten Position Z220. Gemäß der Abbildung in Figur 11 werden die Propellerflügel 6a, 6b über die Zahnstange 24 so angesteuert, dass diese sich in der ausgeklappten Position Z2 befinden. Darüber hinaus befindet sich der Faltpropeller 10 in einer arretierten Position, der zweiten Position Z220, die dadurch erreicht wird, dass aufgrund der Massenträgheit der Antriebswelle 4 und der Nabe 2 ein Aufschrauben der beiden Komponenten aufeinander erfolgt.
Figur 12 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Faltpropellers 10 gemäß einer vierten Ausführungsform in einer ausgeklappten Position. Gemäß der vierten Ausführungsform umfasst der Faltpropeller 10 einen Nabe 2, die ein erstes Nabenelement 2a und ein zweites Nabenelement 2b aufweist, wobei die Nabe 2 über eine Antriebswelle (nicht abgebildet) um eine Drehachse A antreibbar ist. Die vierte Ausführungsform umfasst ferner zwei Propellerflügel 6a, 6b (6b nicht abgebildet), die schwenkbar an der Nabe 2 angeordnet sind, sowie eine mit der Nabe 2 gekoppelte Propellerflügelarretiereinrichtung in Form einer Zwangsnabe 28, die eingerichtet ist, die Propellerflügel 6a, 6b, in der ausgeklappten Position Z2 zu arretieren.
Die Propellerflügelarretiereinrichtung in Form einer Zwangsnabe 28 ist dabei relativ zu der Nabe 2, insbesondere dem Nabenelement 2b, in Drehrichtung D derart bewegbar ausgebildet, dass mittels einer Ausnutzung einer Massenträgheit, die beim Drehen der Nabe 2 auftritt, eine Bewegung der Propellerflügelarretiereinrichtung in Form einer Zwangsnabe 28 in eine Arretierposition Z20, in der die Propellerflügel 6a, 6b arretiert sind, erzwungen wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann statt oder zusätzlich zu der Massenträgheit das rückwärts antreibende Drehmoment zur Verriegelung genutzt werden.
Hierbei können sich die zwei Nabenelemente 2a und 2b innerhalb von 90° frei zueinander verdrehen. Diese Verdrehung wird durch die Massenträgheit eingeleitet und kontrolliert. Im ersten Nabenelement 2a befindet sich eine Zwangsnabe 28, die bei der 90° Verdrehung einen Hub erzeugt und damit eine Zahnstange 24 zwischen die beiden Propellerflügel 6a, 6b treibt und somit ihre Endpositionen kontrollieren kann. Ferner weist die vierte Ausführungsform eine Vertiefung 30 an der Zwangsnabe 28 auf, die sich am auslaufenden Ende der 90° Verdrehung befindet und so als zusätzlicher Widerstand gegen das Zuklappen wirkt.
Dadurch wird eine zusätzliche Kraft zum Öffnen der Propellerflügel 6a, 6b eingeführt, die Zuverlässigkeit und Optimierung der Öffnung verbessern soll. Diese Kraft ist nur in eine Richtung wirksam und ermöglicht weiterhin das Zuklappen bei der Vorwärtsfahrt. Das erste Nabenelement 2a, die Zwangsnabe 28, die Zahnstange 24 sowie die Propellerflügel 6a, 6b haben keine Materialbeschränkungen. Diese können sowohl Kunststoff als auch Metalllegierungen aufweisen oder daraus bestehen. Das Nabenelement 2b hat lediglich die Einschränkung, dass es schwerer als das Nabenelement 2a sein sollte, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Die Zwangsnabe 28 sowie die Zahnstange 24 müssen aus Werkstoffen unterschiedlicher Härte gefertigt sein, um Kaltverschweißen zu vermeiden.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

A: Drehachse
D: Drehrichtung
SR: Rückwärtsschub
Sv: Vorwärtsschub
Z1: eingeklappte Position
Z2: ausgeklappte Position
Z10: Ausgangsposition
Z20: Arretierposition
Z110: Erste Position
Z220: Zweite Position
2: Nabe
2a: Erstes Nabenelement
2b: Zweites Nabenelement
4: Antriebswelle
6a, 6b: Propellerflügel
8: Propellerflügelarretiereinrichtung
10: Faltpropeller
12: Lagerzapfen
14: Hülse
16: Aussparung
18: Riegel
20: Einführschräge
22: Gewinde
24: Zahnstange
26: Stange
28: Zwangsnabe
30: Vertiefung

Claims

Faltpropeller (10), umfassend
- eine Nabe (2), die über eine Antriebswelle (4) um eine Drehachse (A) antreibbar ist,

- zumindest zwei Propellerflügel (6a, 6b), die zwischen einer eingeklappten Position (Z1) und einer ausgeklappten Position (Z2) schwenkbar an der Nabe (2) angeordnet sind, sowie

- eine Propellerflügelarretiereinrichtung (8), die eingerichtet ist, die Propellerflügel (6a, 6b) in der ausgeklappten Position (Z2) zu arretieren,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Propellerflügelarretiereinrichtung (8) relativ zu der Nabe (2) in Drehrichtung (D) zwischen einer Ausgangsposition (Z10) und einer Arretierposition (Z20) bewegbar ist.
Faltpropeller (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerflügelarretiereinrichtung (8) drehsteif mit der Antriebswelle (4) verbunden ist, wobei die Nabe (2) in Drehrichtung (D) von der Propellerflügelarretiereinrichtung (8) entkoppelt ist, wobei vorzugsweise die Propellerflügelarretiereinrichtung (8) eine Hülse (14) aufweist.
Faltpropeller (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (2) derart bewegbar ausgebildet ist, dass beim Aufbringen eines Drehmoments auf die Antriebswelle (4) eine Bewegung der Nabe (2) aus der Ausgangsposition (Z10) in die Arretierposition (Z20) erzwungen wird.
Faltpropeller (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (2) drehsteif mit der Antriebswelle (4) verbunden ist, wobei die Propellerflügelarretiereinrichtung (8) in Drehrichtung (D) von der Nabe (2) entkoppelt ist, wobei vorzugsweise die Propellerflügelarretiereinrichtung (8) eine Hülse (14) aufweist.
Faltpropeller (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerflügelarretiereinrichtung (8) derart bewegbar ausgebildet ist, dass mittels einer Ausnutzung einer Massenträgheit, die beim Drehen der Nabe (2) auftritt, eine Bewegung der Propellerflügelarretiereinrichtung (8) aus einer Ausgangsposition (Z10) in eine Arretierposition (Z20), in der die Propellerflügel (6a, 6b) arretiert sind, erzwungen wird.
Faltpropeller (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerflügelarretiereinrichtung (8) derart bewegbar ausgebildet ist, dass gezielt deren Massenträgheit dazu ausgenutzt wird, die Bewegung der Propellerflügelarretiereinrichtung (8) aus der Ausgangsposition (Z10) in die Arretierposition (Z20) zu erzwingen.
Faltpropeller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung (D) einem Rückwärtslauf der Propellerflügel (6a, 6b) entspricht.
Faltpropeller (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerflügel (6a, 6b) auf einem quer zu der Drehachse (A) angeordneten Lagerzapfen (12) gelagert sind.
Faltpropeller (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerflügelarretierung (8) ausgebildet ist, dass diese sich im Stillstand der Antriebswelle (4) in der Ausgangsposition (Z10) befindet, wobei in diesem Fall die Propellerflügel (6a, 6b) zwischen der eingeklappten Position (Z1) und der ausgeklappten Position (Z2) frei schwenkbar sind.
Faltpropeller (10) nach Anspruch 2 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (14) der Propellerflügelarretiereinrichtung (8) im Bereich eines jeden Propellerflügels (6a, 6b) eine Aussparung (16) sowie einen Riegel (18) aufweist, wobei der Riegel (18) vorzugsweise an einem stromabwärtsseitigen Ende (20) der Hülse (14) ausgebildet ist.
Faltpropeller (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerflügelarretiereinrichtung (8) eine Einführschräge (20) aufweist, die so ausgebildet ist, dass in einem Zustand, in dem die Propellerflügelarretiereinrichtung (8) noch nicht vollständig in der Arretierposition (Z20) ist, ein Einklappen der Propellerflügel (6a, 6b) zu einem Zurücksetzen der Propellerflügelarretiereinrichtung (8) in ihre Ausgangsposition (Z10) führt.
Faltpropeller (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerflügelarretiereinrichtung (8) aus einem Teil gefertigt ist, vorzugsweise wobei die Propellerflügelarretiereinrichtung (8) und/oder die Propellerflügel (6a, 6b) einen metallischen Werkstoff aufweisen.
Faltpropeller (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerflügelarretiereinrichtung (8) ausgebildet ist, die Propellerflügel (6a, 6b) während einer Schleppfahrt des Faltpropellers (10) in einer ausgeklappten Position (Z2) zu arretieren, sodass eine Autorotation der Propellerflügel (6a, 6b) erfolgt, wobei die Propellerflügelarretiereinrichtung (8) vorzugsweise ausgebildet ist, eine Autorotation der Propellerflügel (6a, 6b) zur Energierückgewinnung ab etwa 5 kn Fahrt zu ermöglichen.
Faltpropeller (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerflügel (6a, 6b) so ausgebildet sind, dass die initiale Öffnung der Propellerflügel (6a, 6b) unter Ausnutzen der Fliehkraft erfolgt, vorzugsweise wobei die Propellerflügel (6a, 6b) einen metallischen Werkstoff aufweisen, insbesondere eine Metalllegierung.
Antrieb für ein Boot mit einem Faltpropeller (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.