AT502673B1 - Variable pitch-propeller for e.g. ship, has individual propellers rotating relative to each other such that different helical flow channels are formed, where shape of channels is changed relative to each other - Google Patents
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Abstract
Description
2 AT 502 673 B12 AT 502 673 B1
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verstellpropeller, insbesondere für Wasserfahrzeuge, mit wenigstens drei Einzelpropellern, die auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. 5 Derartige Verstellpropeller sind gemäß dem Stand der Technik (z.B. US 1 874 545 A) in zahlreichen Ausgestaltungen bekannt und dienen dazu, dass die Einzelpropeller bei einer Rotation der Antriebswelle vom umgebenden Medium umströmt werden, sodass durch ein Druckgefälle ein dynamischer Auftrieb der Einzelpropeller ausgelöst wird. Durch den dadurch resultierenden Schub zwischen Medium und Propeller ist das mit dem Verstellpropeller verbundene Fahrzeug io antreibbar.The present invention relates to a variable pitch propeller, in particular for watercraft, with at least three individual propellers, which are arranged on a common axis. Such variable pitch propellers are known in numerous embodiments according to the prior art (eg US 1 874 545 A) and serve to circulate the individual propellers during a rotation of the drive shaft from the surrounding medium, so that a dynamic lift of the individual propellers is triggered by a pressure gradient , Due to the resulting thrust between the medium and the propeller, the vehicle connected to the variable pitch propeller is drivable.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Verstellpropeller der eingangs erwähnten Gattung vorzuschlagen. 15 Djes wird erfindungsgemäß in einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch erreicht, dass die Einzelpropeller derart relativ zueinander verdrehbar angeordnet sind, dass mehrere unterschiedliche helikale Strömungskanäle ausbildbar sind, deren Form je nach relativer Stellung der Einzelpropeller zueinander veränderbar ist. 20 Auf diese Weise ist Übersetzungsverhältnis von Motordrehzahl zu Betriebsgeschwindigkeit des Fahrzeuges in konstruktiv einfacher Waise veränderbar. Dabei ist es möglich, die Motordrehzahl der Antriebsvorrichtung des Fahrzeuges konstant zu halten und gleichzeitig durch ein relatives Verdrehen der Einzelpropeller zueinander eine Änderung des Schubes herbeizuführen, sodass folglich auch die Fahrtgeschwindigkeit des anzutreibenden Fahrzeuges veränder- 25 bar ist. Durch die in Bezug zur gemeinsamen Achse winkelmäßig zueinander versetzbaren Einzelpropeller können unterschiedliche spiralförmige Strömungskanäle für das umgebende Medium ausgebildet werden, wobei neben der Querschnittsfläche der Strömungskanäle auch dessen Schraubensteigung veränderbar ist. 30 Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Einstellvorrichtung vorgesehen ist, mit der die relative Lage der Einzelpropeller festlegbar ist, sodass sich unterschiedlich geformte Strömungskanäle ergeben. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Einstellvorrichtung mehrere, vorzugsweise koaxiale, Antriebsvorrichtungen zur Verstellung der Einzelpropeller aufweist. 35Object of the present invention is to propose an improved variable pitch propeller of the type mentioned. 15 Djes is inventively achieved in an advantageous embodiment, characterized in that the individual propellers are arranged rotatable relative to each other, that a plurality of different helical flow channels can be formed, the shape of which is variable depending on the relative position of the individual propellers. 20 In this way, ratio of engine speed to operating speed of the vehicle in a structurally simple orphan is changeable. It is possible to keep the engine speed of the drive device of the vehicle constant and at the same time to bring about a change in thrust by a relative rotation of the individual propellers to each other, so consequently also the travel speed of the vehicle to be driven verbar- 25 bar. By virtue of the individual propellers angularly displaceable with respect to the common axis, different spiral flow channels can be formed for the surrounding medium, wherein besides the cross-sectional area of the flow channels, also the screw pitch thereof can be changed. According to a preferred embodiment of the invention it can be provided that at least one adjusting device is provided, with which the relative position of the individual propellers can be fixed, so that different shaped flow channels result. It can be provided that the adjusting device has a plurality of, preferably coaxial, drive devices for adjusting the single propeller. 35
Da die Anordnung von gesonderten Einstellvorrichtungen für die wenigstens drei axial in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Einzelpropeller konstruktiv verhältnismäßig aufwendig ist, kann es zweckmäßiger sein, wenn die Einstellvorrichtung derart ausgebildet ist, dass bei einer Verdrehung eines, vorzugsweise des letzten in Strömungsrichtung angeordne- 40 ten, Verstellpropellers zumindest ein weiterer Verstellpropeller diese Verdrehung zumindest teilweise mitmacht. Dabei kann es ausreichend sein, lediglich einen Einzelpropeller über die Einstellvorrichtung aktiv zu verstellen und die Bewegung des verstellten Einzelpropellers auf wenigstens einen anderen Einzelpropeller zu übertragen. Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn die Einstellvorrichtung Steuermittel aufweist, durch die die relative Lage der einzelnen 45 Einzelpropeller zueinander festlegbar ist. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Steuermittel wenigstens eine Stange aufweisen, die die einzelnen Einzelpropeller miteinander verbindet. Alternativ oder ergänzend kann es auch sein, dass die Steuermittel wenigstens ein, vorzugsweise mehrere, Seil(e) aufweisen, das (die) die einzelnen Einzelpropeller miteinander verbindet (verbinden). 50Since the arrangement of separate adjusting devices for the at least three axially successively arranged in the flow direction single propeller is structurally relatively expensive, it may be more appropriate if the adjustment is designed such that at a rotation of one, preferably the last arranged in the flow direction th, variable pitch at least one further variable pitch propeller at least partially participates in this distortion. It may be sufficient to actively adjust only a single propeller on the adjustment and to transfer the movement of the displaced single propeller on at least one other single propeller. It may be advantageous if the adjustment device has control means by which the relative position of the individual 45 individual propellers is fixable to each other. It may be advantageous if the control means have at least one rod which connects the individual single propeller with each other. Alternatively or additionally, it may also be that the control means comprise at least one, preferably a plurality, cable (s), which connects (connect) the individual individual propellers. 50
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der Einzelpropeller mehr als 20, vorzugsweise mehr als 50, beträgt. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Anzahl der Einzelpropeller mehr als 200 beträgt. 55 5 5 3 AT 502 673 B1According to a preferred embodiment of the invention, it can be provided that the number of individual propellers is more than 20, preferably more than 50. In one embodiment of the invention can also be provided that the number of individual propellers is more than 200. 55 5 5 3 AT 502 673 B1
Weitere Einzelheiten und Vorteile werden anhand der Figurenbeschreibung erläutert. Darin zeigt bzw. zeigen:Further details and advantages will be explained with reference to the description of the figures. It shows or shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verstellpropeller mit mehreren Einzelpropellern in einer Draufsicht,1 is a schematic representation of a variable pitch propeller invention with multiple individual propellers in a plan view
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Einzelpropellers in einer Frontansicht,2 shows an embodiment of a single propeller in a front view,
Fig. 3 eine Anordnung von zwei relativ zueinander verdrehten Einzelpropellern in einer Frontansicht, 103 shows an arrangement of two individual propellers rotated relative to one another in a front view, 10
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines Verstellpropellers mit einer beispielhaften Einstellvorrichtung zur Einstellung der relativen Lage der Einzelpropeller,4 shows a schematic side view of a variable pitch propeller with an exemplary adjusting device for adjusting the relative position of the individual propellers,
Fig. 5a einen Verstellpropeller mit einer Variante der Einstellvorrichtung, und Fig. 5b eine schematische Ansicht des Ausführungsbeispiel aus Fig. 5a mit mehreren Seilen und der Einstellung der relativen Lage der Einzelpropeller. 15 Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verstellpropellers 1 in' einer Draufsicht. Der Verstellpropeller 1 weist mehrere Einzelpropeller 2a-2e auf, die auf einer gemeinsamen Achse 3 gelagert sind. Vorzugsweise ist eine Vielzahl an Einzelpropellern 2a-2e vorgesehen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in den beigefügten Zeichnungen nicht dargestellt sind. Die Einzelpropeller 2a-2e sind in der Draufsicht im Wesentlichen scheibenför-20 mig ausgebildet und nehmen in ihrem Durchmesser in Strömungsrichtung A des Mediums vorzugsweise linear zu. Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Einzelpropeller 2a-2e derart relativ zueinander verdrehbar sind, dass sich mehrere unterschiedliche helikale Strömungskanäle 4a-4c ergeben. Für eine günstige Anpassung der Schraubensteigung der Strömungskanäle 4a-4c kann es auch günstig sein, wenn die Einzel-25 propeller 2a-2e zueinander in axialer Richtung der gemeinsamen Achse 3 verstellbar gelagert sind. Auch ist es möglich, dass die Einzelpropeller 2a-2e zueinander neigungsverstellbar sind, sodass gegebenenfalls auftretende Wirbelverluste gesenkt werden können. Wesentlich ist, dass durch den winkelmäßigen Versatz der Einzelpropeller 2a-2e zueinander das Übersetzungsverhältnis einstellbar ist, sodass beispielsweise bei konstanter Drehzahl des Antriebes eine Verän-30 derung der resultierenden Kraft zwischen umgebendem Medium und Verstellpropeller 1 (und damit des Schubes) herbeigeführt werden kann.5 a shows a variable pitch propeller with a variant of the setting device, and FIG. 5 b shows a schematic view of the exemplary embodiment from FIG. 5 a with a plurality of cables and the adjustment of the relative position of the individual propellers. Fig. 1 shows schematically an embodiment of a variable pitch propeller 1 according to the invention in a plan view. The variable pitch propeller 1 has a plurality of individual propellers 2 a - 2 e, which are mounted on a common axis 3. Preferably, a plurality of individual propellers 2a-2e are provided, which are not shown for reasons of clarity in the accompanying drawings. The individual propellers 2a-2e are formed in the plan view substantially scheibenför-20 mig and take in their diameter in the flow direction A of the medium preferably linearly. According to the aspect of the present invention, it is provided that the individual propellers 2a-2e are rotatable relative to one another such that a plurality of different helical flow channels 4a-4c result. For a favorable adaptation of the helical pitch of the flow channels 4a-4c, it may also be favorable if the individual propellers 2a-2e are mounted so as to be adjustable relative to one another in the axial direction of the common axis 3. It is also possible that the individual propellers 2a-2e are mutually adjustable in inclination, so that possibly occurring eddy losses can be reduced. It is essential that by the angular displacement of the individual propeller 2a-2e each other, the transmission ratio is adjustable, so that for example at constant speed of the drive a change of the resulting force between surrounding medium and variable pitch propeller 1 (and thus the thrust) can be brought about.
Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Einzelpropeller 2a in einer Vorderansicht. Die weiteren Einzelpropeller 2b-2e weisen im Wesentlichen die gleiche Form auf, können jedoch in ihrer Größe 35 - wie in Fig. 1 dargestellt - variieren. Mit dem Bezugszeichen 3a ist die Rotationsachse desFig. 2 shows an exemplary single propeller 2a in a front view. The other single propellers 2b-2e have substantially the same shape, but may vary in size 35 - as shown in Fig. 1 - vary. With the reference numeral 3a, the axis of rotation of the
Einzelpropellers 2a gekennzeichnet. Der Einzelpropeller 2a weist vorzugsweise vier Propellerblätter 5a-5d auf, die zueinander jeweils um 90° versetzt angeordnet sind. Die Propellerblätter 5a-5d weisen an ihren freien Enden einen an eine Kreisform angepassten, tangentialen Abschnitt 5a'-5d' auf. Mit dem Bezugszeichen 4a-4d sind die Strömungskanäle des Einzelpropel-40 lers 2a gekennzeichnet.Single propeller 2a marked. The single propeller 2a preferably has four propeller blades 5a-5d, which are arranged offset from each other by 90 °. The propeller blades 5a-5d have, at their free ends, a tangential section 5a'-5d 'adapted to a circular shape. By the reference numeral 4a-4d, the flow channels of the Einzelpropel-40 lers 2a are marked.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung von zwei Einzelpropellern 2a und 2b in einer Frontansicht, die durch eine entsprechende Verstellmöglichkeit (gegeneinander verdrehbar gelagert sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Konturen des hinteren Einzelpropellers 2b strichliert 45 eingezeichnet. Die beiden Einzelpropeller 2a und 2b lagern auf einer gemeinsamen Achse 3, sind zueinander jedoch verdrehbar und/oder axial zueinander verstellbar angeordnet. Durch die versetzte Anordnung ergeben sich auch unterschiedliche Strömungskanäle 4a' bis 4d', sodass dadurch auch die Schraubensteigung der Strömungskanäle 4a' bis 4d' veränderbar ist. so Fig. 4 zeigt einen beispielhaften Verstellpropeller 1 mit mehreren Einzelpropellern 2a-2e in einer Seitenansicht, die im Wesentlichen die gleiche Form und Größe aufweisen. Die Einzelpropeller 2a-2e lagern auf der gemeinsamen Achse 3, die um eine Rotationsachse 3a drehbar ist. Mit einer Einstellvorrichtung 6 kann die relative Lage der Einzelpropeller 2a-2e festgelegt werden, sodass sich unterschiedlich geformte Strömungskanäle 4a' bis 4d' (Fig. 3) ergeben. Bei einem 55 Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Einstellvorrichtung 6 mehre-3 shows an arrangement of two individual propellers 2a and 2b in a front view, which are mounted so that they can rotate relative to each other, for reasons of clarity, the contours of the rear single propeller 2b are indicated by dashed lines 45. The two individual propellers 2a and 2b are supported However, the staggered arrangement also results in different flow channels 4a 'to 4d', so that the screw pitch of the flow channels 4a 'to 4d' can also be changed as a result. 4 shows an exemplary variable pitch propeller 1 with a plurality of individual propellers 2a-2e in a side view that have essentially the same shape and size The individual propellers 2a-2e bear on the common axle 3, which is rotatable about a rotation axis 3a can the relative position of the single propeller 2a-2e, so that differently shaped flow channels 4a 'to 4d' (FIG. 3). In one embodiment of the invention, it may be provided that the setting device 6 has a plurality of
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