DE102007058811B4

DE102007058811B4 - Boat propeller

Info

Publication number: DE102007058811B4
Application number: DE102007058811A
Authority: DE
Inventors: Hans Weber; Velimir Radmanic
Original assignee: Inotec GmbH Transport und Foerdersysteme; Inotec GmbH
Current assignee: Visco Jet Ruehrsysteme De GmbH
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2007-12-05
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2027-12-06
Also published as: EP2072392A3; DE102007058811A1; EP2072392B1; EP2072392A2; ATE545579T1

Abstract

The boat drive propeller has propeller blades (2a,2b,2c) arranged symmetrically on an end-side of a drive shaft flange (1). An inflow opening (3) of a tapering channel (5) is provided on a leading edge of each propeller blade. The channel opens in an outflow opening (4) in an area of a trailing edge of a propeller blade. The propeller blade is made from a U-shaped sheet metal, whose opposing shank sides (6a,6b) together with a bottom side (7) form the tapering channel. A sheet metal of the propeller blade and the drive shaft flange is made from steel of same alloy.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bootsantriebsschraube mit mindestens zwei endseitig an einem Antriebswellenflansch symmetrisch angeordneten Propellerblättern, wobei an der Anströmkante jedes Propellerblatts eine Einströmöffnung eines sich von hieraus verengenden Kanals vorgesehen ist, der im Bereich der Rückkante des Propellerblatts in eine Ausströmöffnung mündet, um eine Leistungssteigerung des Antriebs zu erzeugen.The The invention relates to a boat propeller with at least two End side on a drive shaft flange symmetrically arranged propeller blades, wherein at the leading edge each propeller blade has an inflow opening out of it narrowing channel is provided in the region of the rear edge of the propeller blade opens into an outflow opening to increase performance of the drive.

Das Einsatzgebiet von Bootsantriebsschrauben erstreckt sich auf Wasserfahrzeuge aller Größenklassen. Bootsantriebsschrauben, auch Propeller genannt, stellen das am weitesten verbreitete Antriebsorgan für Wasserfahrzeuge dar, welches durch um eine Antriebswelle symmetrisch radial angeordnete Flügel realisiert ist. Bootantriebsschrauben zählen zu den gehäuselosen Strömungsmaschinen, die mechanische Arbeit aufnehmen und diese in Form von Strömungsenergie an das sie umgebende Wasser abgeben. Die Propellerblätter sind so geformt und ausgerichtet, dass diese bei Rotation der Antriebswelle vom umgebenen Wasser schräg oder asymmetrisch umströmt werden. Dadurch entsteht ein Druckgefälle in oder entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung, das eine Strömung des Wassers erzeugt. Jedes einzelne Propellerblatt erfährt dynamischen Auftrieb. Die schräg gerichteten dynamischen Auftriebskräfte der einzelnen Propellerblätter überlagern ihre axial Komponenten zu einer resultierenden Kraft zwischen dem Medium und der Bootsantriebsschraube, die als Schub bezeichnet wird und die Bootsantriebsschraube mitsamt dem verbundenen Objekt, also dem Boot, antreibt.The Field of application of boat propellers extends to watercraft of all sizes. Boat propellers, also called propellers, make this the furthest widespread drive element for Watercraft, which is symmetrical about a drive shaft radially arranged wings is realized. Boat propellers are among the caseless ones Turbomachinery, to absorb the mechanical work and this in the form of flow energy to the surrounding water. The propeller blades are shaped and aligned so that this upon rotation of the drive shaft sloping from the surrounded water or flows around asymmetrically become. This creates a pressure gradient in or opposite to the direction of movement, which generates a flow of water. each individual propeller blade experiences dynamic buoyancy. The oblique superimposed directed dynamic buoyancy forces of the individual propeller blades their axial components cause a resultant force between the Medium and the boat drive screw, which is referred to as thrust and the boat drive screw together with the connected object, ie the Boat, drives.

Das vorstehend beschriebene allgemeine Prinzip einer Bootsantriebsschraube erfuhr in jüngster Zeit technische Verbesserungen zur Leistungssteigerung, also zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Antriebs. Zu diesem Zwecke können beispielsweise die einzelnen Propellerblätter mit internen Strömungskanälen versehen werden. Die Erfindung widmet sich diesem Aspekt.The described above general principle of a boat propeller learned recently Time technical improvements to increase performance, so the increase the efficiency of the drive. For this purpose, for example the individual propeller blades provided with internal flow channels become. The invention is devoted to this aspect.

Aus der US 2003/0175120 A1 geht eine gattungsgemäße Bootsantriebsschraube mit in den Propellerblättern eingearbeiteten Kanälen hervor. Die einzelnen Propellerblätter sind gegossen und weisen im Querschnitt eine strömungsoptimale Flügelform auf. An der Anströmkante jedes Propellerblatts befindet sich eine flache Öffnung, welche den Anfang eines sich im Verlaufe der Längserstreckung des Propellerblatts verengenden Kanals bildet. An der Rückkante des Propellerblatts endet dieser Kanal in eine Ausströmöffnung. Der Querschnitt der ebenfalls flachen Ausströmöffnung ist kleiner bemessen als der Querschnitt der Einströmöffnung. Hierdurch ergibt sich eine Beschleunigung des hindurchströmenden Wassers, welches einen Beitrag zur Antriebsleistung bildet. Dabei ist die Leistungssteigerung durch Hindurchströmung von die Bootsantriebsschraube umgebendem Wasser in Folge der Drehbewegung der Bootsantriebsschraube über eine variable Eintrittsöffnung steuerbar.From the US 2003/0175120 A1 a generic boat propeller with machined in the propeller blades channels emerges. The individual propeller blades are cast and have a flow-optimized wing shape in cross-section. At the leading edge of each propeller blade there is a flat opening which forms the beginning of a channel narrowing in the course of the longitudinal extent of the propeller blade. At the rear edge of the propeller blade, this channel ends in an outflow opening. The cross section of the likewise flat outflow opening is smaller than the cross section of the inflow opening. This results in an acceleration of the water flowing through, which forms a contribution to the drive power. In this case, the power increase is controlled by flow of water surrounding the boat drive screw as a result of the rotational movement of the boat drive screw via a variable inlet opening.

Nachteilig bei diesem Stand der Technik erweist sich die Fertigungstechnik der Bootsantriebsschraube. Denn zur Erzeugung des propellerblattinternen Strömungskanals ist dieser nach dem Gießen der Antriebsschraube spanend einzubringen. Wegen der strömungsoptimalen Gestaltung wird die spanende Bearbeitung entsprechend aufwendig sein. Alternativ hierzu könnte der Strömungskanal allerdings auch beim Gießen mit erzeugt werden. Dies setzt jedoch eine entsprechend komplizierte Gießform mit entnehmbaren Formkernen voraus. Weiterhin sind gießtechnisch erforderliche Einlaufschrägen zu beachten.adversely In this state of the art proves the production technology the boat propeller. Because for the production of the propeller blade internal flow channel is this after the pouring of the Insert drive screw by cutting. Because of the optimal flow Design, the machining is correspondingly expensive be. Alternatively, could the flow channel but also when casting be generated with. However, this sets a correspondingly complicated mold with removable mandrels ahead. Furthermore, casting technology required inlet slopes to be observed.

Aus der DE 2 322 599 A geht ein Schaufelrad oder Propeller mit drei symmetrisch angeordneten Propellerblättern hervor, wobei die Blätter mit zwei gegenüberliegenden Außenflächen als Hohlkörper ausgebildet sind, der aus Blechmaterial besteht, welches zu einer konischen Fläche zugeschnitten ist. Gegenüber gegossenen Propellerblättern ergibt sich eine erhebliche Materialeinsparung. Strömungsdynamische Verbesserungen sind hiermit nicht verbunden.From the DE 2 322 599 A goes out a paddle wheel or propeller with three symmetrically arranged propeller blades, the leaves are formed with two opposite outer surfaces as a hollow body, which consists of sheet material, which is cut to a conical surface. Compared to cast propeller blades results in a significant material savings. Fluid dynamics improvements are not associated with this.

Aus der GB 1 200 162 A geht eine andere Bootsantriebsschraube hervor, welche symmetrisch angeordnete Propellerblätter aufweist, die jeweils mit einer Perforation versehen sind. Die Perforation wirkt hier allerdings nicht in Schraubendrehrichtung, sondern in Fahrtrichtung, so dass von einer solchen technischen Lösung nicht eine Leistungssteigerung des Antriebs zu erwarten ist.From the GB 1 200 162 A Another boat propeller comes out, which has symmetrically arranged propeller blades, which are each provided with a perforation. However, the perforation does not act in the screw direction, but in the direction of travel, so that from such a technical solution is not expected to increase the performance of the drive.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine Bootsantriebsschraube mit in den Propellerblättern integrierten sich verengenden Kanälen zur Leistungssteigerung zu schaffen, welche sich einfach fertigen lässt und sich durch ein Maximum an Leistungssteigerung auszeichnet.It Therefore, the object of the invention is a boat propeller with integrated in the propeller blades narrowing channels to increase performance, which are easy to manufacture lets and characterized by a maximum increase in performance.

Die Aufgabe wird ausgehend von einer Bootsantriebsschraube gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.The Task is based on a boat propeller according to the preamble of claim 1 in conjunction with its characterizing features solved. The subsequent dependent ones claims give advantageous developments of the invention again.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass jedes Propellerblatt aus einem U-förmigen Metallblech hergestellt ist, dessen einander gegenüberliegende Schenkelseiten gemeinsam mit der Bodenseite den sich verengenden Kanal bilden.The Invention includes the technical doctrine that each propeller blade made from a U-shaped sheet metal is its opposite one another Leg sides together with the bottom side the narrowing Make channel.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass von der Gießtechnik abgehend die Bootsantriebsschraube in ganz neuer Weise gefertigt wird. Es wurde erkannt, dass sich die an sich recht komplizierte Struktur eines Propellerblatts auch mit einem im Wesentlichen U-förmigen Metallblech nachbilden lässt, und zwar in nahezu strömungsoptimaler Weise. Somit lässt sich die erfindungsgemäße Bootsantriebsschraube als Schweißkonstruktion aus Blech fertigungstechnisch einfach herstellen. Hierdurch bedingt kommt weniger Material zum Einsatz, was auch das Eigengewicht der Bootsantriebsschraube vorteilhaft verringert. Zur Erzeugung eines gegenüber einer gegossenen Bootsantriebsschraube der hier interessierenden Art gleichen Drehmoments ist weniger Antriebsenergie erforderlich. Zur Erzeugung der gleichen Flüssigkeitsströmung ist zirka nur dreiviertel der ansonsten üblichen Energie erforderlich, wie Versuche ergaben. Die Reibungsverluste bei der erfindungsgemäßen Bootsantriebsschraube sind ebenfalls recht gering, da mit wesentlich geringeren Drehzahlen operiert wird. Da bei der erfindungsgemäßen Ausführung als Schweißkonstruktion weniger Kavitationserscheinungen zu erwarten sind, ist die Haltbarkeit der Komponenten höher als beim Stand der Technik. Mit der erfindungsgemäßen Bootsantriebsschraube lassen sich die Treibstoffkosten in zweistelliger Prozentgröße senken, was der Umwelt zu Gute kommt.Of the Advantage of the invention is solution especially in that outgoing from the casting technique, the boat drive screw is made in a completely new way. It was realized that the intricately intricate structure of a propeller blade as well with a substantially U-shaped sheet metal replicate, and in almost optimal flow Wise. Thus lets the boat drive screw according to the invention as a welded construction made of sheet metal manufacturing technology easy. Conditionally conditioned Less material is used, which also the weight of the boat propeller advantageously reduced. To create one over one cast boat drive screw of the type of interest here Torque is required less drive power. To produce is the same fluid flow about three quarters of the otherwise usual energy required, as experiments have shown. The friction losses in the boat propeller according to the invention are also quite low, since with much lower speeds operated on. As in the embodiment of the invention as a welded construction Less cavitation is to be expected, is the durability components higher as in the prior art. With the boat propeller according to the invention can lower fuel costs in double-digit percentage size, which benefits the environment.

Zur Erzielung einer fertigungstechnisch besonders einfachen Ausführung wird vorgeschlagen, vorzugsweise jedes Propellerblatt am distalen Ende der Schenkelseiten mit dem Antriebsflansch zu verschweißen. Insoweit ist das distale Ende jedes Propellerblatts in Anpassung an die Kontur des Antriebswellenflanschen mit einer konkaven Kante versehen, um einen gleichmäßigen Schweißspalt zum Antriebswellenflansch hin zu erzielen. Die Schweißnaht kann als Kehlnaht ausgeführt werden, wobei die Nahtstärke nach dem an der Verbindungsstelle zwischen Propellerblatt und Antriebsflansch auftretenden Drehmoment zu dimensionieren ist.to Achieving a manufacturing technology particularly simple design is proposed, preferably each propeller blade at the distal end of the To weld leg sides with the drive flange. in this respect is the distal end of each propeller blade to conform to the contour of the drive shaft flanges provided with a concave edge a uniform welding gap to Drive shaft flange to achieve. The weld can as Fillet weld executed be, with the seam strength after the at the connection point between propeller blade and drive flange is to dimension occurring torque.

Zur Bildung eines insgesamt U-förmigen Metallblechs für das Propellerblatt wird vorgeschlagen, dass die einander gegenüberliegenden Schenkelseiten aus einem Stanzbiegeteil bestehen, die an den Grenzstellen zur ebenfalls als Stanzbiegeteil ausgebildeten Bodenseite hin verschweißt sind. Die Bodenseite des Propellerblatts wird hierbei in Anpassung an die außenradiale Schraubenform vorzugsweise gewölbt ausgeführt. Die Wölbung lässt sich in einfacher Weise durch Biegen herstellen.to Formation of a total U-shaped Metal sheet for the propeller blade is suggested that the opposite Leg pages consist of a stamped and bent part, which at the boundary points welded to the also formed as a stamped bent part bottom side. The bottom side of the propeller blade is here in adaptation to the outside radial Screw shape preferably curved executed. The vault let yourself in a simple manner by bending produce.

Zur einfachen Erzeugung des sich entgegen der Drehrichtung verengenden Kanals innerhalb des Propellerblatts wird vorgeschlagen, dass die einander gegenüberliegenden Schenkelseiten des Propellerblatts in einen in Drehrichtung zunehmenden, das heißt entgegen der Drehrichtung abnehmenden, Abstand zueinander angeordnet sind. Dies lässt sich in besonders einfacher Weise durch entsprechendes Ausrichten der aus Blechteilen gefertigten Schenkelseiten des Propellerblatts in einer Schweißvorrichtung erzielen.to easy generation of the narrowing contrary to the direction of rotation Channel inside the propeller blade is suggested that the opposite each other Leg sides of the propeller blade increasing in a direction of rotation, this means decreasing opposite to the direction of rotation, spaced from each other are. This leaves in a particularly simple manner by appropriate alignment the made of sheet metal leg sides of the propeller blade in a welding device achieve.

Zur weiteren Verbesserung der Strömungseigenschaften können die einander gegenüberliegenden Schenkelseiten jedes Propellerblatts auch gewellt geformt sein. Die Wellung lässt sich durch Biegen erzielen. Ebenfalls einer Verbesserung der Strömungseigenschaften kommt ein vorzugsweise konisch geformter Antriebswellenflansch zu Gute. Der Antriebswellenflansch lässt sich ebenfalls aus entsprechend geformtem Metallblech nach Art einer Schweißkonstruktion herstellen.to further improvement of the flow properties can the opposite ones Thigh sides of each propeller blade also be wavy shaped. The curl leaves to achieve by bending. Also an improvement of the flow characteristics comes to a preferably conically shaped drive shaft flange Quality. The drive shaft flange can also be adjusted accordingly produce shaped metal sheet in the manner of a welded construction.

Zur Gewährleistung einer optimalen Schweißbarkeit sollte das Metallblech des Propellerblatts und das des Antriebswellenflansches aus demselben legierten Stahl bestehen. Alternativ zum Schweißen eignet sich als stoffschlüssiges Verbindungsverfahren auch Hartlöten.to warranty optimum weldability should be the metal sheet of the propeller blade and that of the drive shaft flange made of the same alloyed steel. Alternatively suitable for welding as cohesive Bonding method also brazing.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:Further the invention improving measures will be described below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to the figures shown in more detail. It shows:

1 eine perspektivische Ansicht einer Bootsantriebsschraube, 1 a perspective view of a boat propeller,

2 eine Draufsicht auf die Bootsantriebschraube nach 1, und 2 a plan view of the boat propeller after 1 , and

3 einen Längsschnitt der Bootsantriebsschraube nach 2 entlang des Schnitts A-A. 3 a longitudinal section of the boat propeller after 2 along the section AA.

Gemäß 1 besteht die Bootsantriebsschraube aus drei gegenüber eines Antriebswellenflansches 1 symmetrisch angeordneten Propellerblättern 2a bis 2c. Der Antriebswellenflansch 1 besteht aus einem konisch geformten Metallblech, an dem die Propellerblätter 2a bis 2c mit ihrem distalen Ende verschweißt sind.According to 1 the boat drive screw consists of three opposite a drive shaft flange 1 symmetrically arranged propeller blades 2a to 2c , The drive shaft flange 1 consists of a conical shaped metal sheet, on which the propeller blades 2a to 2c are welded to their distal end.

Jedes Propellerblatt 2a bis 2c ist aus einem U-förmigen Metallblech hergestellt, in dem ein sich von einer Einströmöffnung 3 ausgehend zu einer Ausströmöffnung 4 hin sich verengender Kanal 5 ausgebildet ist. Der Kanal 5 dient der Leistungssteigerung des Antriebs zur Erzeugung einer propellerblattinternen hohen Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der Drehzahl der Propellerblätter 2a bis 2c.Every propeller blade 2a to 2c is made of a U-shaped sheet metal, in which a from an inlet opening 3 starting to an outflow opening 4 narrowing channel 5 is trained. The channel 5 Serves to increase the performance of the drive to produce a propeller blade internal high flow velocity due to the speed of the propeller blades 2a to 2c ,

Der Kanal 5 ist in jedem Propellerblatt 2a bis 2c durch sich einander gegenüberliegende Schenkelseiten 6a und 6b eines Metallblechs mit einer hiermit verschweißten Bodenseite 7 gebildet.The channel 5 is in every propeller blade 2a to 2c by opposing leg sides 6a and 6b a metal sheet with one here with welded bottom side 7 educated.

Gemäß 2 ist die Bodenseite 7 jedes Propellerblatts 2a bis 2c in Schraubenumfangsrichtung gewölbt geformt, um günstige Strömungseigenschaften zu gewährleisten. Die Propellerblätter 2a bis 2c sind symmetrisch um den Antriebswellenflansch 1 angeordnet.According to 2 is the bottom side 7 every propeller blade 2a to 2c curved in the circumferential direction of the screw to ensure favorable flow characteristics. The propeller blades 2a to 2c are symmetrical about the drive shaft flange 1 arranged.

Gemäß 3 sind die gegenüberliegenden Schenkelseiten 2a und 2b jedes Propellerblatts 2a gewellt geformt, um den strömungsmechanischen Grundlagen entsprechend einen axialen Vortrieb der Bootsantriebsschraube in Folge Drehbewegung zu gewährleisten. Das Metallblech für den konisch geformten Antriebswellenflansch 1 sowie auch das Metallblech für die Propellerblätter 2a ff. weisen bei diesem Ausführungsbeispiel dieselbe Dicke auf und bestehen aus demselben legierten Stahl.According to 3 are the opposite leg sides 2a and 2 B every propeller blade 2a corrugated shaped, in accordance with the principles of fluid mechanics to ensure an axial propulsion of the boat propeller in rotation following rotation. The metal sheet for the conically shaped drive shaft flange 1 as well as the metal sheet for the propeller blades 2a ff. In this embodiment have the same thickness and consist of the same alloy steel.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der folgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, die Bootsantriebsschraube mit nur zwei Propellerblättern auszuführen oder mehr als drei Propellerblättern. Die Anzahl der Propellerblätter richtet sich prinzipiell nach den Dimensionierungsparametern, wie Drehzahl, Antriebsleistung, Durchmesser.The Invention is not limited to the preferred embodiment described above. It is rather also modifications thereof conceivable, which of the scope of the following claims are included. So it is also possible, for example, the Boat drive screw with only two propeller blades to run or more than three propeller blades. The number of propeller blades directs in principle according to the dimensioning parameters, such as speed, Drive power, diameter.

Weiterhin ist es auch möglich, den leistungssteigernden Kanal des Propellerblatts durch Einfügung weiterer Zwischenwände und Strömungsleitbleche zu modifizieren. Hierbei ist darauf zu achten, dass sich ein in Richtung Austrittsöffnung verengter Kanal ergibt, um die erfindungsgegenständliche Wirkung einer Leistungssteigerung herbeizuführen.Farther it is also possible the performance-enhancing channel of the propeller blade by inserting more partitions and flow baffles to modify. It is important to ensure that a in Direction outlet opening narrowed channel results in the inventive effect of an increase in performance bring about.

11: Antriebswellenflanschdrive shaft flange
22: Propellerblattpropeller blade
33: Einströmöffnunginflow
44: Ausströmöffnungoutflow
55: Kanalchannel
66: Schenkelseiteleg side
77: Bodenseitebottom side

Claims

Boat drive screw with at least two ends on an Antriebswellenflansch ( 1 ) symmetrically arranged propeller blades ( 2a . 2 B . 2c ), wherein at the leading edge of each propeller blade ( 2a . 2 B . 2c ) an inflow opening ( 3 ) of a narrowing channel from here ( 5 ) is provided in the region of the rear edge of the propeller blade ( 2a ; 2 B ; 2c ) in an outflow opening ( 4 ) to produce an increase in power of the drive, characterized in that the propeller blade ( 2a ; 2 B ; 2c ) is made of a U-shaped metal sheet whose opposite leg sides ( 6a . 6b ) together with the bottom side ( 7 ) form the narrowing channel.

Boat drive screw according to claim 1, characterized in that the propeller blade ( 2a ; 2 B ; 2c ) at the distal end of the femoral side ( 6a . 6b ) with the drive shaft flange ( 1 ) is welded.

Boat drive screw according to claim 1, characterized in that the leg sides ( 6a . 6b ) as well as the bottom side ( 7 ) consist of sheet metal parts, which are welded to each other in the adjoining portion to form the overall U-shaped metal sheet.

Boat drive screw according to claim 1 or 3, characterized in that the bottom side ( 7 ) of the propeller blade ( 2a ; 2 B ; 2c ) is curved in the circumferential direction of the screw.

Boat drive screw according to claim 1, characterized in that the opposite leg sides ( 6a . 6b ) of the propeller blade ( 2a ; 2 B ; 2c ) have an increasing in the direction of rotation distance, so that the extended in the direction of rotation channel ( 5 ).

Boat drive screw according to claim 1, characterized in that the opposite leg sides ( 6a . 6b ) of the propeller blade ( 2a ; 2 B ; 2c ) are corrugated.

Boat drive screw according to claim 1, characterized in that the drive shaft flange ( 1 ) consists of a conically shaped metal sheet.

Boat drive screw according to claim 7, characterized in that the metal sheet of the propeller blade ( 2a ; 2 B ; 2c ) and that of the drive shaft flange ( 1 ) consists of the same alloyed steel.