DE102005049794A1

DE102005049794A1 - Propeller

Info

Publication number: DE102005049794A1
Application number: DE102005049794A
Authority: DE
Inventors: Peter Meyer
Original assignee: EEW MASCHB GmbH; EEW MASCHINENBAU GmbH
Current assignee: EEW MASCHB GmbH; EEW MASCHINENBAU GmbH
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-04-19

Abstract

Ein Propeller (1) weist mindestens ein Propellerblatt (4) auf, an dem mindestens eine Leitstruktur (6, 6', 8, 8') angeordnet ist, die von der Oberfläche des Propellerblatts (4) vorspringt. Die Leitstrukturen können sich auch in die Zwischenräume zwischen den Propellerblättern erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft einen Propeller und einzelne Propellerblätter für einen derartigen Propeller.

Rotierende Propeller sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Im Allgemeinen arbeiten rotierende Propeller in flüssigen oder gasförmigen Medien, und die Einsatzbereiche sind vielfältig. Es gibt sowohl Propeller, die ein Medium bewegen, wie z.B. Schiffspropeller oder Flugzeugpropeller, als auch Propeller, die durch ein sich bewegendes Medium angetrieben werden, wie z.B. in Wasserkraftwerken oder Windenergieanlagen.

Vorbekannte Propeller weisen im Allgemeinen eine auf der Rotationsachse des Propellers (Propellerachse) liegende Nabe auf, an der mittelbar oder unmittelbar eines oder mehrere Propellerblätter befestigt sind. Wenn eine Rotationsbewegung des Propellers erfolgt, wird die Strömung des den Propeller umgebenden Mediums beeinflusst.

Die vorbekannten Propeller bewirken dabei jedoch verhältnismäßig ungünstige Strömungsverhältnisse, wodurch der Wirkungsgrad des Propellers herabgesetzt wird. So wird bei den vorbekannten Propellern die Strömung des Mediums aufgrund der Oberflächenkontur und des Anstellwinkels der Propellerblätter beeinflusst. Weil die Propellerblätter in einem Anstellwinkel zur gewünschten axialen Strömungsrichtung (d.h. in Längsrichtung entlang der Rotationsachse) des Mediums angeordnet sind, werden wesentliche Anteile des Mediums nicht optimal in eine axiale Richtung geleitet. Dies führt zum einen zu Verwirbelungen sowohl auf der Saug- als auch auf der Druckseite des Propellers. Darüber hinaus wird ein wesentlicher Teil des Mediums aufgrund der wirkenden Zentrifugalkräfte seitlich abgeleitet und dadurch nicht optimal genutzt. Aufgrund der unerwünschten Verwirbelungen vor, im und hinter dem Propellerbereich sowie der seitlichen Ablenkung des Mediums verringert sich der Wirkungsgrad des Propellers.

Weiterhin ist es bei den vorbekannten Propellern nachteilig, dass die Eintrittsrichtung des Mediums in den Propellerbereich nicht kontrolliert werden kann. Hierdurch kann der Wirkungsgrad des Propellers weiter herabgesetzt werden, wenn die Anströmungsrichtung des Mediums besonders stark von der bevorzugten Anströmungsrichtung des Propellers (also zumeist in Längsrichtung der Rotationsachse) abweicht. Es ist insofern zwar bekannt, Propeller mit einer festen Ummantelung in Form eines stehenden Zylinders zu versehen. Hierdurch lässt sich auch eine gewisse Reduzierung der Verwirbelungen erreichen und die Strömungsrichtung des Mediums verbessern. Vorrichtungen mit derartigen stehenden Zylindern haben jedoch auch keinen optimalen Wirkungsgrad.

Die erläuterten Probleme treten sowohl bei Propellern, die ein Medium bewegen, als auch bei Propellern auf, die durch ein sich bewegendes Medium angetrieben werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Propeller mit einem verbesserten Wirkungsgrad zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Propeller mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Der Anspruch 16 betrifft ein Propellerblatt für einen derartigen Propeller.

Der erfindungsgemäße Propeller weist mindestens ein Propellerblatt auf, an dem mindestens eine Leitstruktur angeordnet ist, die von der Oberfläche des Propellerblatts vorspringt. Vorzugsweise geht das Propellerblatt oder gehen die Propellerblätter des Propellers von einer Nabe aus, wie bei Propellern üblich.

Durch die mindestens eine Leitstruktur des Propellers wird das Medium besser in axialer Richtung an die Oberfläche des Propellerblatts herangeführt und hinter dem Propellerblatt in axialer Richtung abgeleitet. Hierdurch werden die vor, in und hinter dem Propellerbereich auftretenden Verwirbelungen herabgesetzt. Zudem wird ein seitliches Ablenken oder Abgleiten des Mediums in radialer Richtung nach außen weitgehend vermieden.

Bei Propellern, die ein Medium bewegen, wird auf diese Weise das Medium gebündelt und kann so in die bevorzugte axiale Richtung gelenkt werden, sodass sich die Geschwindigkeit des Mediums erhöht. Bei Propellern, die durch ein Medium angetrieben werden, wird zudem das radiale Abgleiten des Mediums nach außen vermindert, sodass die kinetische Energie des Mediums besser auf den Propeller übertragen werden kann.

Insgesamt wird durch die erfindungsgemäßen Leitstrukturen eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Propellers erreicht.

Vorzugsweise ist mindestens eine Leitstruktur bogenartig gekrümmt, wobei die Bogenform aber nicht auf die Form eines Kreisbogens beschränkt ist. Eine Leitstruktur kann sich allgemein in Umlaufrichtung des Propellers erstrecken, also z.B. bei einer kreisbogenartigen Leitstruktur auf einer sich durch den Propeller senkrecht zur Propellerachse erstreckenden Querschnittsebene entlang der Kreislinie, die ein Punkt in dieser Querschnittsebene bei der Rotation des Propellers beschreibt. Es sind aber auch Abweichungen in Bezug auf die exakte Umlaufrichtung möglich, d.h. die Leitstruktur kann in einem mehr oder weniger großen Winkel in Bezug auf die zuvor erläuterte Kreislinie ausgerichtet sein. Dabei sind auch gerade Leitstrukturen denkbar, die in mehr oder weniger großer Länge tangential zur Umlaufrichtung ausgerichtet sind oder sich auch unter einem spitzen Winkel zur Umlaufrichtung erstrecken.

Bei bevorzugten Ausführungsformen springt eine Leitstruktur allgemein parallel zur Propellerachse an der Oberfläche des Propellerblatts vor, wobei Abweichungen von einer genau parallelen Ausrichtung möglich sind. Vorzugsweise hat eine Leitstruktur im Vergleich zu ihrer Höhe über der Oberfläche des Propellerblatts eine geringe Wandstärke. Eine Leitstruktur kann profiliert ausgebildet sein, d.h. ihre Außenseiten brauchen in der von der Oberfläche des Propellerblatts vorspringenden Richtung nicht parallel zueinander zu verlaufen; auch dadurch können sich Abweichungen von einer genau parallelen Erstreckung zur Propellerachse ergeben.

Die Leitstrukturen können an der Druckseite, an der Saugseite oder auf beiden Seiten des Propellerblatts angeordnet sein.

Während grundsätzlich die Leitstrukturen auf einem einzigen oder mehreren Propellerblättern angeordnet und auf jedem Propellerblatt auch in beliebiger Anzahl vorhanden sein können, werden Ausführungsformen mit symmetrischer Verteilung der Leitstrukturen über den Propeller bevorzugt. So erstrecken sich bei Ausführungsformen, die auf einer Seite des Propellerblatts mehrere auf Abstand zueinander angeordnete Leitstrukturen aufweisen, die Leitstrukturen vorzugsweise jeweils über einen Kreisbogen und sind konzentrisch zueinander angeordnet, mit dem Zentrum auf der Propellerachse.

Die Leitstrukturen können sich auch in den Zwischenraum zwischen zwei Propellerblättern erstrecken. Vorzugsweise sind dabei die Leitstrukturen benachbarter Propellerblätter miteinander verbunden oder berühren einander. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich verbundene oder einander berührende Leitstrukturen über geschlossene Kreise, wobei vorzugsweise mehrere konzentrisch zueinander angeordnete Leitstrukturen vorgesehen sind, mit dem Zentrum auf der Propellerachse. In einem Beispiel für eine derartige Ausführungsform haben die Leitstrukturen die Form von Wandungen konzentrisch zueinander angeordneter Zylinder mit verschiedenen Radien.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Leitstrukturen auf der der Anströmungsrichtung abgewandten Seite eines Propellerblatts der Oberflächenkontur des Propellerblatts folgend gerade oder auch gekrümmt ausgeführt.

Eine Leitstruktur kann einstückig mit einem Propellerblatt ausgebildet sein, also ein integrales Bestandteil des Propellerblatts sein. Es ist aber auch denkbar, eine Leitstruktur als separates Teil zu gestalten, das mit dem jeweiligen Propellerblatt verbunden ist, z.B. durch Verschrauben.

Als Materialien für die Leitstrukturen lassen sich eine Vielzahl von Materialien verwenden, z.B. Metalle, Gusslegierungen, Kunststoffe oder Kohlefaserwerkstoffe, wobei auch Mischungen oder Verbundsysteme aus derartigen Werkstoffen möglich sind. Vorzugsweise bestehen die Leitstrukturen aus denselben Grundmaterialien wie die Propellerblätter, auf denen sie angeordnet sind.

Während ein Propeller integral mit Nabe, Propellerblättern und Leitstrukturen ausgebildet sein kann, werden insbesondere bei größeren Propellern Ausführungsformen bevorzugt, bei denen sich die einzelnen Propellerblätter abnehmen lassen, z.B. durch Lösen von Verschraubungen an der Nabe des Propellers. Auf diese Weise kann z.B. in einem Reparaturfall ein neues vollständiges Propellerblatt mit Leitstrukturen gegen ein defektes Propellerblatt ausgetauscht werden. Im Prinzip ist es denkbar, einen Propeller ohne Leitstrukturen durch Austausch der Propellerblätter auf einen Propeller mit Leitstrukturen umzurüsten.

Der erfindungsgemäße Propeller kann grundsätzlich für alle Anwendungen benutzt werden, bei denen ein Medium zum Vortrieb eines Objekts in Bewegung gesetzt wird, also z.B. als Schiffspropeller oder zum Antrieb von Luftfahrzeugen, aber auch in Anwendungen, bei denen die Bewegungsenergie eines Mediums zur Energiegewinnung in eine Rotationsbewegung des Propellers umgesetzt wird, also z.B. in Wasser- oder Windkraftanlagen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Propellers und
2 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Propellers.
In 1 ist in perspektivischer Ansicht eine erste Ausführungsform eines Propellers 1 dargestellt.
Der Propeller 1 besitzt eine Nabe 2, deren Längsachse L die Propellerachse ist, um die sich der Propeller 1 im Betrieb dreht (Rotationsachse). Von der Nabe 2 gehen im Ausführungsbeispiel vier Propellerblätter 4 aus. Die Propellerblätter 4 sind im Ausführungsbeispiel gleichartig aufgebaut und unter einem Anstellwinkel an der Nabe 2 angebracht.
Von der Oberfläche jedes der Propellerblätter 4 springen Leitstrukturen vor, und zwar sowohl an der Druckseite als auch an der Saugseite eines Propellerblatts 4. In 1 sind einige der Leitstrukturen mit den Bezugszeichen 6, 6' und 8, 8' versehen. Im Ausführungsbeispiel sind die Leitstrukturen 6, 6', 8, 8' bogenartig gekrümmt und erstrecken sich allgemein in Umlaufrichtung des Propellers 1, haben dabei aber in einer Ebene senkrecht zur Propellerachse L keine exakte Kreisbogenform. Wie an der Querschnittsfläche 10 der Leitstruktur 6 erkennbar, ist die Wandstärke der Leitstruktur 6 im Vergleich zu ihrer Höhe über der Oberfläche des Propellerblattes 4 gering. Außerdem ist die Leitstruktur 6 (wie auch die anderen Leitstrukturen) profiliert ausgebildet, wobei sie an der Basis an der Oberfläche des Propellerblatts 4 breiter ist als an ihrem freien Ende. Wie in 1 ersichtlich, befinden sich im Ausführungsbeispiel auf jeder Seite eines Propellerblatts 4 vier Leitstrukturen 6, 6' bzw. 8, 8', die auf Abstand zueinander angeordnet sind.
In 2 ist eine zweite Ausführungsform eines hier mit 20 bezeichneten Propellers in perspektivischer Darstellung veran schaulicht. Der Propeller 20 weist eine Nabe 22 auf, von der drei Propellerblätter 24 ausgehen.
Bei dieser Ausführungsform sind ebenfalls zu beiden Seiten der Propellerblätter 24 Leitstrukturen angeordnet, die in 2 mit den Bezugszeichen 26, 26' und 28 versehen sind. Diese Leitstrukturen 26, 26', 28 erstrecken sich auch über die Zwischenräume zwischen den Propellerblättern 24, so dass sie eine Art zylindrische Wandungen ausbilden, die im Ausführungsbeispiel nur schwach profiliert sind. Der Propeller 20 weist also auf der Druckseite und auf der Saugseite jeweils vier konzentrisch angeordnete, zylinderartige Leitstrukturen 26, 26', 28 auf. Dabei sind die Leitstrukturen an der Druckseite und an der Saugseite zueinander ausgerichtet, so dass sie in den Zwischenräumen zwischen den Propellerblättern 24 ineinander übergehen.
Wie bereits eingangs erwähnt, können die Leitstrukturen aus einer Vielzahl von Materialien ausgebildet und auf unterschiedliche Weisen mit einem Propellerblatt verbunden sein. Einzelheiten dazu sind in den 1 und 2 nicht dargestellt.

Claims

Propeller, mit mindestens einem Propellerblatt (4; 24), an dem mindestens eine Leitstruktur (6, 6', 8, 8'; 26, 26', 28) angeordnet ist, die von der Oberfläche des Propellerblatts (4; 24) vorspringt.
Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitstruktur (6, 6', 8, 8'; 26, 26', 28) bogenartig gekrümmt ist.
Propeller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Leitstruktur (6, 6', 8, 8'; 26, 26', 28) allgemein in Umlaufrichtung des Propellers (1; 20) erstreckt.
Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitstruktur (6, 6', 8, 8'; 26, 26', 28) allgemein parallel zur Propellerachse (L) von der Oberfläche des Propellerblatts (4; 24) vorspringt.
Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitstruktur (6, 6'; 26, 26') an der Druckseite und/oder dass eine Leitstruktur (8, 8'; 28) an der Saugseite des Propellerblatts (4; 24) angeordnet ist.
Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitstrukur (6, 6', 8, 8'; 26, 26', 28) im Vergleich zu ihrer Höhe über der Oberfläche des Propellerblatts (4; 24) eine geringe Wandstärke hat.
Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitstruktur (6, 6', 8, 8'; 26, 26', 28) profiliert ausgebildet ist.
Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite des Propellerblatts (4; 24) mehrere Leitstrukturen (6, 6', 8, 8'; 26, 26', 28) angeordnet sind, die auf Abstand zueinander verlaufen.
Propeller nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Leitstrukturen (26, 26', 28) jeweils über einen Kreisbogen erstrecken und konzentrisch zueinander angeordnet sind, mit dem Zentrum auf der Propellerachse.
Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich Leitstrukturen (26, 26', 28) in den Zwischenraum zwischen zwei Propellerblättern (24) erstrecken.
Propeller nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Leitstrukturen (26, 26', 28) benachbarter Propellerblätter (24) miteinander verbunden sind oder einander berühren.
Propeller nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich verbundene oder einander berührende Leitstrukturen (26, 26', 28) über geschlossene Kreise erstrecken, wobei vorzugsweise mehrere konzentrisch zueinander angeordnete Leitstrukturen (26, 26', 28) vorgesehen sind, mit dem Zentrum auf der Propellerachse.
Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitstruktur einstückig mit dem Propellerblatt ausgebildet ist.
Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitstruktur als separates Teil gestaltet ist, das mit dem Propellerblatt verbunden ist.
Propeller nach einem der Ansprüch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitstruktur mindestens eines der aus der folgenden Liste ausgewählten Materialien aufweist: Metalle, Gussmetalle, Kunststoffe, Kohlefaserwerkstoffe.
Propellerblatt mit mindestens einer Leitstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass das Propellerblatt (4; 24) an einen Propeller (1; 20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 angepasst ist.