DE102004004236A1 - Oscillating vane propulsion system for boat has two parallel longitudinal members parallel to axis of boat and connected together by swing links and connected to paddle blade by intermediate link - Google Patents

Oscillating vane propulsion system for boat has two parallel longitudinal members parallel to axis of boat and connected together by swing links and connected to paddle blade by intermediate link Download PDF

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    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/30Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type
    • B63H1/36Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type swinging sideways, e.g. fishtail type

Abstract

The frame (1.1) for the oscillating vane boat propulsion system has two parallel longitudinal members (1.2) parallel to the axis of the boat. They move longitudinally in antiphase and their ends are connected together by swing links (1.3). The forward link has a lever which may be connected to an engine. The link at the aft end of the parallel longitudinal members is connected to a paddle blade (1.4) by an intermediate link (1.5). The intermediate link and the paddle blade may be flexible or there may be a pivot (1.6) with a spring (1.7), allowing the intermediate link to move through an angle (alpha).

Description

Gegenstand der Erfindung ist die Optimierung des mechanischen Antriebs- und Steuerungsteiles von Flossen für Flossenantriebe von Booten.object The invention is the optimization of the mechanical drive and Control parts of fins for Float drives of boats.

Als optimal wird dabei ein über den gesamten Flossenhub gleich bleibender Anströmungswinkel angesehen, der bei den zahlreichen aus der Literatur bekannte Anwendungen nicht oder nur mit großem technischen Aufwand erreicht wird.When optimally one becomes over regarded the entire Flossenhub constant flow angle, the not in the numerous applications known from the literature or only with big ones technical effort is achieved.

Der Erfindung lag das Problem zugrunde, ein kompaktes, mit einfachen technischen Mitteln zu realisierendes Führungsgetriebe zu entwickeln, das zusätzlich eine Einstellung des Anströmungswinkels während des Betriebes zuläßt.Of the Invention was based on the problem, a compact, with simple developing technical means to realize the additional an adjustment of the flow angle during the Operation permits.

Erfindungsgemäß wird nach Anspruch 1. als Führungsgetriebe ein modifiziertes Koppelgetriebe mit 4 Gliedern verwendet (1.)According to the invention, a modified coupling mechanism with 4 links is used as the guide transmission according to claim 1 ( 1 .)

Für den Fall, daß sich die Anforderungen an das Getriebe auf einen hohen Wirkungsgrad bei einer vorgegebenen Schwimmgeschwindigkeit beschränken, wird der Anströmungswinkel der Flosse durch Auswahl der Federkonstante des Federteiles (Ziff. 1.5.) eingestellt.In the event that limit the requirements on the transmission to a high efficiency at a given swimming speed, the inflow angle of the fin by selecting the spring constant of the spring member (Fig. 1.5 .).

Nachteilig sind die schlechten Wirkungsgrade außerhalb der Nenngeschwindigkeit. Dieser Nachteil, der generell bei allen nicht geregelten Antrieben vorhanden ist, wird erfindungsgemäß durch die Anpassung des Anströmungswinkels durch Verstellung der Endlagebegrenzungen (Ziff. 1.8.) bewirkt. Diese Verstellung kann von Hand bzw. automatisch z.B. mittels Druckdose (8.) erfolgen, die vom Staudruck beaufschlagt wird.The disadvantage is the poor efficiencies outside the rated speed. This disadvantage, which is generally present in all non-regulated drives, according to the invention by adjusting the flow angle by adjusting the limit position limits (para. 1.8 .) causes. This adjustment can be done manually or automatically eg by means of a pressure cell ( 8th .), which is acted upon by the dynamic pressure.

In Variante A. ist ein Monoflossenantrieb beschrieben, der mit horizontaler Flossenbewegung ausgeführt werden kann (3.). Von Nachteil ist, daß durch die Schlagbewegung große äußere Kräfte auf den Schwimmkörper übertragen werden, deren Einfluß auf die Bewegung des Schwimmkörpers durch besondere Maßnahmen wie die Anbringung von Stabilisierungsflossen, einzugrenzen ist.Variant A. describes a monofin drive, which can be carried out with horizontal fin movement ( 3 .). The disadvantage is that large external forces are transmitted to the float by the impact, whose influence on the movement of the float by special measures such as the attachment of stabilizing fins, is limited.

In Variante B. ist ein Duoflossenantrieb beschrieben, bei dem wegen der spiegelbildlichen Ausführung der Führungsgetriebe keine seitlichen äußeren Kräfte auf den Schwimmkörper auftreten können wie bei Variante A. Darüberhinaus werden weitere hydrodynamische Effekte genutzt (Wasserführung), die zur Erhöhung des Wirkungsgrades beitragen (4.)In variant B, a duo-fin drive is described in which, due to the mirror-image design of the guide gears, no lateral external forces can occur on the floating body as in variant A. In addition, further hydrodynamic effects are utilized (water guidance), which contribute to increasing the efficiency ( 4 .)

In Variante C. ist anstelle eines mechanischen Antriebes ein hydraulischer Antrieb (5.) beschrieben. Dadurch entfallen die mechanischen Teile der Verbindung zwischen Primärantrieb und Führungsgetriebe.In variant C., instead of a mechanical drive, a hydraulic drive ( 5 .). This eliminates the mechanical parts of the connection between primary drive and guide transmission.

In Variante D. ist ein Flossenantrieb bei Anbringung der Antriebsflügel unterhalb des Schwimmkörpers beschrieben (6.). Erfindungsgemäß werden dabei die Führungsgetriebe außerhalb des Rumpfes angebracht. Die Antrieswelle wird hier durch die Wand des Schwimmkörpers geführt und gewährleistet einen einfachen Aufbau.Variant D. describes a fin drive when the drive vanes are mounted below the float ( 6 .). According to the invention, the guide gears are mounted outside of the fuselage. The Antrieswelle is guided here by the wall of the float and ensures a simple structure.

In Variante E. ist die zweigeteilte Ausführung der Flosse (7.) beschrieben. Dabei verkürzt sich die Antriebseinheit gegenüber den ungeteilten Flossen.In variant E. the two-part design of the fin ( 7 .). This shortens the drive unit compared to the undivided fins.

Erfindungsgemäß wird nach Anspruch 2. Die automatische Steuerung mittels eines durch den Staudruck beaufschlagten Gebers realisiert.According to the invention Claim 2. The automatic control by means of a dynamic pressure realized encoders realized.

Die gewerbsmäßige Anwendung ist mit Hinweis auf die umfangreiche Literatur und zahlreiche Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet vorteilhaft und nicht eingeschränkt.The commercial application is with regard to the extensive literature and numerous research papers beneficial and unrestricted in this field.

Vorteilhafte Wirkungen sind die Regelbarkeit der Antriebskraft in Abhängigkeit von der Schwimmgeschwindigkeit sowie hoher Wirkungsgrad.Advantageous effects are the controllability of the driving force as a function of the Schwimmge speed and high efficiency.

Als Anwendungsbeispiel für einen Duoflossenantrieb wurde ein Prototyp eines Modellantriebes mit folgenden Parametern hergestellt: Getriebeschema: Fig. 9. Volumen des Schwimmkörpers: ca. 40 Liter (0,040 m3) Antriebsart: Elektromotor (Getriebemotor) ca. 5 Watt (Drehzahlregelung) Schlagfrequenz: 1 bis 2 Hz As an application example for a duo-fin drive, a prototype of a model drive was produced with the following parameters: Transmission scheme: Fig. 9. Volume of the float: about 40 liters (0.040 m3) Engine type: Electric motor (geared motor) approx. 5 watts (speed control) Beat rate: 1 to 2 Hz

Die Funktionsprobe wurde mit Erfolg abgeschlossen.The Functional test was completed successfully.

Claims (1)

Antriebsgetriebe für Flossenantriebe von Schwimmkörpern, wie Überwasser- und Unterwasserboote Dadurch gekennzeichnet, daß 1. als Führungsgetriebe für die Antriebsflossen von Schwimmkörpern grundsätzlich horizontal oder vertikal liegende ebene Koppelgetriebe (1.) mit 4 Gliedern, vorzugsweise Parallelkurbelgetriebe mit einem Gestell (Ziff 1.1.) 2 Schwingen (Ziff. 1.2.) sowie einer Koppel (Ziff. 1.3.), die gelenkig miteinander verbunden sind, wobei die Flosse (Ziff. 1.4.) mittes einer Zwischengliedes (Ziff. 1.5.) wie z.B. einer linear wirkenden Blatt- oder Torsionsfeder (Federteil) oder eines Gelenkes (Ziff. 1.6.) mit Endbegrenzung des Drehwinkels „ Alpha" der Flosse mittels fest eingestellter unelastischer oder elastischer Endbegrenzungen oder mittels Aktoren (8.) veränderbarer Endbegrenzungen oder einer Kombination beider Ausführungen, fest mit der Koppel (Ziff 1.3.) verbunden ist, verwendet werden, wobei die Flosse als gerader Tragflügel mit Tragflügelprofil oder als ebene Platte oder als gepfeiltes Tragflügelprofil analog den Flossenformen von Fischen, jedoch vorzugsweise zusätzlich mit Konstruktionselementen zur Minimierung der Querströmung an den Flügelenden, ausgerüstet ist, wie senkrecht zur Flossenebene angeordneten Leitflächen (Wings), und das Gestell (Ziff. 1.1.) entweder fest oder auch drehbar ( 2. ) mit Fixierung der Lage, mit dem Schwimmkörper verbunden sein kann, sowie daß die Ebene des Führungsgetriebes für die Flosse und die Ebene des Antriebes unterschiedlich hoch angeordnet und die Verbindung zwischen den Ebenen mittels einer Zwischenwelle hergestellt sein kann, mit den Varianten für den Antrieb der Schwingen, daß A. bei rein mechanischem Antrieb mit Motor- oder Muskelkraft, wobei zur Umwandlung der drehenden Bewegung des Antriebsorganes grundsätzlich Drehkurbelschwingen vorgeschaltet sind, und Ausführung als Monoflossenantrieb am Heck des Schwimmkörpers (3.), das Antriebselement für die Schwingen unmittelbar an die Schwinge, wie z.B. bei Ausbildung der Schwinge als 2-armiger Hebel, angelenkt ist (Ziff. 3.2. u. 3.3.) oder unmittelbar wie z.B. mittels Zahnrad- Ketten- oder Seilgetriebe, fest mit einer oder beiden Schwingen des 4 -Gelenkgetiebes verbunden ist, und daß B. bei der Installation von 2 Antrieben gemäß Anspruch A. (4) diese Antriebe grundsätzlich spiegelbildlich zur Achse des Schwimmkörpers – mit vorzugsweise gegenläufiger Bewegung der Flossen und zur Synchronisation der Antriebe – bei einem Antriebsmotor oder einem Antriebsglied für beide Seiten, zusätzliche Antriebselementer wie z.B. ein zweiseitiger Hebel, doppelt ausgeführt Ziff. 4.1.) als Verteiler oder bei getrennten Antriebsmotoren oder Antriebsgliedern z. B. eine Kurbelwelle angeordnet ist, und daß C. bei hydraulischem Antrieb der Flossenantriebe gemäß Anspruch A. und B. die Längsantriebe (Hydraulikzylinder) sowie die Schwenkantriebe bei der Ausführung als Monoflossenantrieb direkt mit einer der Antriebsschwingen und dem Gestell verbunden sind, während sie bei der Ausführung als Duoflossenantrieb zwischen zwei spiegelbildlich angeordneten Antriebsschwingen angebracht sind (5) und zur Synchronisation der Antriebe andere technische Mittel wie z.B. Zahnräder an den Fußpunkten der Schwingen eingesetzt sind, sowie daß D. bei der Anordnung der Antriebsflosse bzw. des Antriebsflügels unterhalb des Rumpfes des Schwimmkörpers (6.) die Führungsgetriebe (Ziff. 6.1. u. 6.2.) paarweise, vorzugsweise mittels einer nicht umlaufenden Kurbelwelle (Ziff 6.3.) im Innern des Rumpfes gekoppelt und beiderseitig grundsätzlich außerhalb des Rumpfesmit parallel zur Schwimmrichtung angeordneten Kurbelschwingen als Führungsgetriebe, sowie der in der Mittellage senkrecht dazu stehenden Koppel (Ziff 6.4.), deren Verlängerung einschließlich der o.g. Zwischenglieder zur Einstellung des Tragflügels zur Strömungsrichtung sowie zur Befestigung des Tragflügels verbunden sind, und daß E. bei der Lage der Koppel des Führungsgetriebes innerhalb der Umrißlinien der Profile der Antriebsflossen, die Antriebsflossen in zwei Teile (7.), z.B. Oberteil (Ziff. 7.2) und Unterteil (Ziff. 7.2.) geteilt sind und die Steuerung wie o.a. erfolgt und daß 2. als automatisch arbeitende Geber (8.) für die Steuerungselemente (1., Ziff. 1.8.) grundsätzlich vom Staudruck beaufschlagte Hydraulikelemente mit den Teilen Druckdose (Ziff. 8.1.), Membrane (Ziff. 8.2.), Eintrittsöffnung (Ziff 8.3.) und Stößel (Ziff 8.4.) eingesetzt sind.Drive gear for fin drives of floats, such as surface and underwater boats characterized in that 1. as a guide gear for the drive fins of floats basically horizontally or vertically lying planar coupling gear ( 1 .) With 4 links, preferably parallel crank gear with a frame (Fig 1.1 .) 2 rockers (para. 1.2 .) and a paddock (no. 1.3 .), which are hinged together, the fin (Ziff. 1.4 .) Mittes an intermediate member (no. 1.5 .) Such as a linear acting leaf or torsion spring (spring part) or a joint (Fig. 1.6 .) with end limit of the rotation angle "alpha" of the fin by means of firmly set inelastic or elastic end limits or by means of actuators ( 8th .) Changeable end limits or a combination of both versions, fixed to the paddock (no 1.3 The fin is equipped as a straight wing with airfoil profile or as a flat plate or as a swept wing profile analogous to the fin shapes of fish, but preferably additionally with construction elements to minimize cross flow at the wing tips, as perpendicular to the fin plane arranged guiding surfaces (wings), and the frame (Fig. 1.1 .) either fixed or rotatable ( 2 , ) with fixation of the position, can be connected to the floating body, and that the plane of the guide gear for the fin and the plane of the drive arranged differently high and the connection between the planes can be made by means of an intermediate shaft, with the variants for driving the Swinging that A. in purely mechanical drive with motor or muscle power, wherein for the conversion of the rotating movement of the drive element basically Drehkurbelschwingen are connected upstream, and execution as Monoflossenantrieb at the rear of the float ( 3 .), The drive element for the rockers directly to the rocker, such as when training the rocker is articulated as a 2-armed lever (Fig. 3.2 , u. 3.3 .) or directly as for example by means of gear chain or cable transmission, fixedly connected to one or both arms of the 4 -Kennenkgetiebes, and that B. in the installation of 2 drives according to claim A. ( 4 ) These drives basically mirror images of the axis of the float - with preferably opposite movement of the fins and the synchronization of the drives - in a drive motor or a drive member for both sides, additional drive elements such as a two-sided lever, double executed Ziff. 4.1 .) As a distributor or with separate drive motors or drive links z. B. a crankshaft is arranged, and that C. in hydraulic drive of the fin drives according to claim A. and B. the longitudinal drives (hydraulic cylinders) and the part-turn actuators are connected in the execution as Monoflossenantrieb directly to one of the drive rockers and the frame, while at the design are mounted as Duoflossenantrieb between two mirror-image arranged drive rocker ( 5 ) and for the synchronization of the drives other technical means such as gears are used at the foot of the rockers, and that D. in the arrangement of the drive fin or the drive wing below the fuselage of the float ( 6 .) the guide gears (para. 6.1 , u. 6.2 .) In pairs, preferably by means of a non-rotating crankshaft (para 6.3 .) In the interior of the fuselage coupled and on both sides basically outside the fuselage with arranged parallel to the floating direction rocker arms as a guide gear, as well as in the middle position perpendicular thereto coupling (Fig 6.4 .), The extension thereof including the above intermediate members for adjusting the wing to the flow direction and for attaching the wing are connected, and that E. in the position of the coupling of the guide gear within the outline of the profiles of the drive fins, the drive fins in two parts ( 7 .), eg upper part (no. 7.2 ) and lower part (no. 7.2 .) are divided and the control is carried out as above and that 2. as an automatic encoder ( 8th .) for the control elements ( 1 ., Para. 1.8 .) in principle from Dynamic pressure applied to hydraulic elements with the parts Pressure cell (No. 8.1 .), Membrane (no. 8.2 .), Entrance opening (Fig 8.3 .) and plunger (Fig 8.4 .) are used.
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