DE102005053124A1

DE102005053124A1 - Schaufelrad mit Anpassungscharakteristik für Wasserfahrzeuge

Info

Publication number: DE102005053124A1
Application number: DE200510053124
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Nescholta
Original assignee: Nescholta Friedhelm Dipl-Ing
Current assignee: Nescholta Friedhelm Dipl-Ing
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2007-05-10

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verbesserung der Gesamtkonzeption von schaufelradgetriebenen Wasserfahrzeugen. DOLLAR A Der Nutzen der Erfindung liegt in der Erhöhung der Betriebssicherheit und des Wirkungsgrades sowie in erweiterten Einsatzmöglichkeiten von Schaufelrädern.

Description

Die Erfindung betrifft die Verbesserung der Gesamtkonzeption bei schaufelradgetriebenen Wasserfahrzeugen.

Zum Antrieb von Wasserfahrzeugen hat sich der Schraubenantrieb allgemein durchgesetzt, obwohl vom physikalischen Grundprinzip her gesehen der Schaufelradantrieb durchaus auch Vorteile aufweist.

Problematisch beim Schaufelrad sind insbesondere die Wirbelbildung beim Ein- und Auftauchen der Schaufeln und die sich ständig ändernde Geschwindigkeit in der Schaufelbewegung relativ zum Wasser, die eine Reduzierung des Wirkungsgrades zur Folge haben.

Exentergesteuerte Schaufelräder ermöglichen ein nahezu senkrechtes Eintauchen der Schaufeln. ( DE 202 00 397 U1 ) Trotzdem bleiben starke Turbulenzen unvermeidlich.

Andere Anordnungen umfassen die Verwendung von Hebeln und Klinken zur Steuerung der Schaufeln, um damit die Ausbildung von Wirbeln zu verringern. Dabei ergeben sich aufwendige und empfindliche Konstruktionen, die eine verbreitete Anwendung ausschließen. ( DE 202 09 800 U1 ; DE 30 40 508 C2 ; DE 35 44 881 C2 ; DE 000000 911 816 B ; DE 000000 434 768 A ; DE 000000 460 676 A ) Die Aufgabenstellung der Erfindung umfasst die Minimierung der mit dem Wasser beaufschlagten Antriebselemente, deren strömungsgünstige Gestaltung und die Optimierung der hydrodynamischen Vorgänge während der gesamten Schaufelradkinematik mit der Absicht, laminare Strömungsverhältnisse anzustreben.

Die erfindungsgemäße Lösung beinhaltet die funktionelle Formgebung des nur aus Schaufelradkörper und Schaufeln bestehenden Schaufelrades, während der Steuermechanismus im Schaufelradkörper integriert ist. Die Schaufeln weisen einen tragflügelähnlichen Querschnitt auf. Der Bewegungsablauf der Schaufeln im Wasser lässt sich in drei Phase einteilen.
In der ersten Phase sollen die Schaufeln möglichst ungehemmt eintauchen, was durch eine scharfkantige Ausbildung der Schaufelunterseite erreicht wird. Im weiteren Ablauf ändert sich die Geschwindigkeit der auf der Kreisbahn bewegten Schaufeln relativ zum vorbeiströmenden Wasser stark. Anfänglich liegt sie deutlich darunter und die Schaufeln stellen sich in Strömungsrichtung ein, was durch die einseitige Lagerung begünstigt wird.
Die zweite Phase ist durch den Vortrieb des Fahrzeugs gekennzeichnet. In ihr befinden sich die Schaufeln in annähernd senkrechter Stellung.
In der dritten Phase sind die Schaufeln vor dem Auftauchen. Ein Abbremsen des Fahrzeugs wird durch das Zurücksetzen der Anschläge vermieden. Die Schaufeln stellen sich wieder in Strömungsrichtung ein bzw. lassen beim Auftauchen das Wasser ungehindert abfließen, wodurch ein Umherspritzen unterbunden wird. Anschließend bleiben die Schaufeln nach unten ausgerichtet, wodurch eine Reduzierung des Schaufelradgehäuses erreicht wird. Beim Abschalten des Antriebs während der Fahrt stellen sich die Schaufeln in Strömungsrichtung ein.
Eine Steigerung der Antriebsleistung sollte nicht prinzipiell über die Erhöhung der Schaufelraddrehzahl angestrebt werden, sondern durch Vergrößerung der aktiven Schaufelfläche. So ist der Einsatz mehrerer, in einem ausreichenden Abstand auch hintereinander oder versetzt angeordneter, Schaufelräder vorteilhaft.
Die Anordnung der Antriebseinheiten an der Fahrzeugunterseite in Kammern vermeidet Behinderungen beim Anlegen.
Die Antriebsaggregate werden über eine fahrtabhängige Drehzahlregelung gesteuert und können auch phasenverschoben synchronisiert werden.
Der Nutzen der Erfindung liegt in der Verbesserung der Betriebssicherheit und des Wirkungsgrades, sowie der erweiterten Einsatzmöglichkeiten von Schaufelrädern.
Ein kleines Boot mit Muskelkraftantrieb wurde mit der innovativen Antriebseinheit ausgerüstet und damit die vorgeschlagene Konzeption verifiziert.

1: Schaufelradkörper
2: Schaufellagerung
3: Schaufel

Claims

Schaufelrad mit Anpassungscharakteristik für Wasserfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln einseitig gelagert und im Grundzustand in der Lagerung ungehindert vollständig drehbar sind.
Schaufelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht im Wasser befindlichen Schaufeln in ihrer Ausrichtung hauptsächlich durch die Schwerkraft beeinflusst werden.
Schaufelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während der Eintauchphase der Schaufeln durch die Steuermechanik in den Schaufellagern Anschläge gesetzt werden, die nur noch eine Bewegungsrichtung der Schaufeln zulassen und erst wirksam werden, wenn die parallel zur Wasseroberfläche und entgegengesetzt zur Fahrtrichtung gerichtete Geschwindigkeitskomponente in der Bewegung der Schaufellager die Geschwindigkeit des vorbeiströmenden Wasser übersteigt und damit der Vortrieb des Fahrzeugs bewirkt wird.
Schaufelrad nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die in Anspruch 3 für den Fahrzeugvortrieb formulierte Bedingung über die Bewegungsabläufe nicht mehr erfüllt ist, sich die Schaufeln in Strömungsrichtung einstellen und vor ihrem Auftauchen die Anschläge zurückgesetzt und die Schaufeln durch das abfließende Wasser nach unten bewegt werden.
Schaufelrad nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge für die Schaufeln in einem Winkelbereich verstellbar sind.
Schaufelrad nach Anspruch 1, 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln einen tragflügelähnlichen Querschnitt aufweisen.
Schaufelrad nach Anspruch 1, 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Schaufelrades der jeweiligen Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs angepasst wird wobei die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den im Wasser bewegten Schaufeln und dem vorbeiströmenden Wasser ein Maximum im Wirkungsgrad der Antriebsleistung ergibt.
Schaufelrad nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Betriebsmodus gibt, in dem STOP, Wendemanöver und Rückwärtsfahrt realisierbar sind.
Schaufelrad nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es auch an der Unterseite von Wasserfahrzeugen angeordnet werden kann, wobei nur die zur Vorwärtsbewegung wirksamen Antriebsschaufeln die Fahrzeugkonturen überragen.
Schaufelrad nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es im Zusammenwirken mehrerer von einander unabhängig steuerbarer Exemplare an einem Wasserfahrzeug eingesetzt werden kann, wobei durch eine phasenverschobene Synchronisation Vibrationen minimiert und die Manövrierfähigkeit erhöht werden.