DE102019116553B4

DE102019116553B4 - Antrieb für ein Wasserfahrzeug

Info

Publication number: DE102019116553B4
Application number: DE102019116553.9A
Authority: DE
Inventors: Yannick Eberhard; Sebastian Nagel; Bernd Weinrich
Original assignee: Promarin Propeller und Marinetechnik GmbH
Current assignee: Promarin Propeller und Marinetechnik GmbH
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2021-01-07
Anticipated expiration: 2039-06-19
Also published as: DE102019116553A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb (110) für ein Wasserfahrzeug (112) mit einem Propeller (114), der mindestens zwei Propellerflügel (116) mit einer Anströmkante (118) und einer Abströmkante (120) aufweist und mit einer Befestigungsstruktur (124) mit mindestens einer Strebe (126a, 126b, 126c) auf der Saugseite des Propellers (114), wobei sich die mindestens eine Strebe (126a, 126b, 126c) mindestens teilweise in einen Zuströmbereich (130) des Propellers (114) erstreckt und diesen zumindest teilweise von außen nach innen durchragt. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antrieb für ein Wasserfahrzeug zur Verfügung zu stellen, durch den eine unerwünschte Geräuschbildung wirksam reduziert oder vermieden werden kann.Dazu weist die Strebe (126a, 126b, 126c) zumindest im Bereich ihrer Abströmkante in axialer Draufsicht eine Krümmung auf, die der Krümmung der Anströmkante (118) der Propellerflügel (116) entgegengesetzt ist. Ferner sind mehrere Streben (126a, 126b, 126c) vorgesehen und die Abströmkante mindestens einer Strebe (126c) weist einen anderen Krümmungsverlauf auf als die Abströmkanten der anderen Streben (126a, 126b).

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Wasserfahrzeug mit einem Propeller und einer Befestigungsstruktur mit mindestens einer Strebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus DE 398 621 A ist eine Leitvorrichtung für das Schraubenwasser bei Schiffen bekannt. Die Leitvorrichtung weist dabei die gleiche Krümmungsrichtung auf wie die Anströmkante der Schraubenflügel. Sie soll durch Beeinflussung der Strömungsrichtung den Wirkungsrad steigern. Sie wirkt nicht als Befestigungselement und die Verringerung von Geräuschen ist in dieser Druckschrift nicht berücksichtigt.
Aus US 7 798 875 B1 ist eine Halterung für eine Propellerwelle bekannt, wobei die Halterung einen Steg umfasst. Der Steg weist einen leicht gewundenen Verlauf auf, wobei die Abströmkante des Steges in derselben Richtung wie die Anströmkante der Propellerflügel gekrümmt ist. Damit soll das auf der Saugseite in Richtung des Propellers strömende Wasser bereits einen Drall erhalten, welcher die Richtung des vom Propeller erzeugten Dralls aufweist.
Weitere Antriebe für Wasserfahrzeuge mit Propeller sind aus JP S56- 147 200 U , aus JP S63- 129 697 U , sowie aus JP H08- 150 983 A bekannt. Die Antriebe weisen Halterungen mit Streben auf, welche im Zuströmbereich eines Propellers entgegen der Krümmung der Anströmkante der Propellerflügel gekrümmt sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antrieb für ein Wasserfahrzeug zur Verfügung zu stellen, durch den eine unerwünschte Geräuschbildung wirksam reduziert oder vermieden werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Wasserfahrzeug mit einem Propeller, der mindestens zwei Propellerflügel mit jeweils einer Anströmkante und einer Abströmkante aufweist. Bei dem Propeller handelt es sich insbesondere um einen Propeller mit starrer Welle, einen Ruderpropeller, einen Impeller, ein Querstrahlruder, einen Festpropeller oder einen Verstellpropeller. Insbesondere ist der Antrieb als Außenbordantrieb für ein Schiff, Boot oder U-Boot vorgesehen.
Als Propeller können sowohl Fixed Pitch Propeller (FPP) als auch Verstellpropeller (Controllable Pitch Propeller CPP) vorgesehen sein. Beim Verstellpropeller sind die Flügel um eine Achse drehbar an der Nabe befestigt. In diesem Fall gelten die geometrischen Angaben für den Auslegungspunkt (design point). Schließlich sind auch sogenannte „Build-Up-“Propeller mit drehbaren Flügeln bekannt, bei denen die die Flügel verdreht und mit Schrauben in einer bestimmten Drehposition arretierbar sind. Darüber hinaus kann der Propeller mit und ohne Düse, Ummantelung oder Teilummantelung betrieben werden. Der Propeller kann als Zug- oder Druckpropeller verwendet werden.
Der Antrieb umfasst ferner eine Befestigungsstruktur mit mindestens einer Strebe. Die Befestigungsstruktur dient insbesondere dazu entweder die Welle des Propellers mittelbar oder unmittelbar zu lagern und zu stabilisieren und/oder eine Düse aufzunehmen. Bei der Strebe kann es sich insbesondere um ein Tragrohr zur Aufnahme einer Welle für einen (Ruder-) Propeller handeln, um eine Haltestrebe zur Befestigung und Stabilisierung einer Motorwelle und/oder um eine Stützstrebe zur Abstützung einer Propellerdüse oder einer Ummantelung. Als Strebe im Sinne der Erfindung kann auch der Hintersteven bzw. das heckseitige Ende des Wasserfahrzeuges angesehen werden.
Die mindestens eine Strebe der Befestigungsstruktur ist auf einer Saugseite des Propellers angeordnet. Die Saugseite ist die Seite des Propellers, von welcher aus Wasser in Richtung des Propellers strömt. Bei Propellern, welche zwei Dreh- und Wirkrichtungen haben, ist jeweils die Seite als Saugseite zu betrachten, aus welcher das Wasser den Propeller anströmt. Mit anderen Worten ist die mindestens eine Strebe in Strömungsrichtung betrachtet stromaufwärts des Propellers angeordnet.
Die mindestens eine Strebe erstreckt sich mindestens teilweise bis in einen Zuströmbereich des Propellers und durchragt diesen zumindest teilweise von außen nach innen. Der Zuströmbereich ist ein auf der Saugseite liegender, zylinderförmiger Bereich mit dem Radius des Propellers. Dieser Radius wird auch als Flügel- oder Propellerdurchschlagskurve bezeichnet. Durch den Zuströmbereich strömt das Wasser zum Propeller hin. Mit anderen Worten überlappen sich die Strebe und der Propeller in axialer Draufsicht auf die Anströmkanten der Propellerflügel.
Die mindestens eine Strebe weist zumindest im Bereich ihrer Abströmkante in axialer Draufsicht - also bei Blickrichtung in Richtung der Drehachse des Propellers - eine Krümmung auf, die der Krümmung der Anströmkante der Propellerflügel entgegengesetzt ist.
Bei dem Antrieb ist mehr als eine Strebe vorgesehen, wobei die Abströmkante mindestens einer Strebe einen anderen Krümmungsverlauf aufweist als die Abströmkanten der anderen Streben. Vorzugsweise weisen sämtliche Abströmkanten der Streben unterschiedliche Krümmungsverläufe auf. Dies fördert ebenfalls die Verminderung von Geräuschbildung. Die von den jeweiligen Streben hervorgerufenen verzögerten Strömungsfronten, d.h. die Nachlaufdellen, treffen jeweils zu unterschiedlichen Zeitpunkten und für unterschiedliche Zeitintervalle auf die Anströmkanten der Propellerflügel.
Durch die Erstreckung der Strebe in den Zuströmbereich des Propellers weist das stromabwärts der Strebe in axialer Richtung strömende Wasser eine langsamere Strömungsgeschwindigkeit auf als das frei strömende Wasser seitlich der Strebe. Das dem Propeller zuströmende Wasser hinter der Strebe trifft also mit reduzierter Geschwindigkeit auf den Propeller bzw. auf die Propellerebene. Diese durch die Strebe hervorgerufene „Zuströmdelle“ oder Inhomogenität der Strömungsgeschwindigkeiten im Zuströmbereich des Propellers führt zu Vibrationen im Propeller und damit zu einer Geräuschentwicklung.
Ein erfindungsgemäßer Antrieb mit einer Strebe, die eine Abströmkante aufweist, deren Krümmung der Krümmung der Anströmkante des Propellerflügels entgegengesetzt ist, reduziert diese Vibrationen. Die Anströmkante des Propellerflügels tritt folglich nicht schlagartig sondern zeitlich verzögert in die Nachlaufdelle der Strebe ein. Die langsameren Strömungsfronten hinter der Strebe treffen nicht gleichzeitig auf die jeweiligen Anströmkanten der Propellerflügel sondern zeitlich versetzt. Dadurch wirken die Kräfte auf den Propeller nicht schlagartig sondern bauen sich über ein Zeitintervall auf oder ab. Der Zeitraum, über welchen sich der Eintritt der Anströmkante jedes Propellerflügels in die gekrümmte Nachstromdelle erstreckt soll mit einem erfindungsgemäßen Antrieb besonders lang sein. Insgesamt muss für einen erfindungsgemäßen Antrieb lediglich die Geometrie der Abströmkante der Strebe angepasst werden und nicht die Geometrie der Propellerflügel. Der Propellerflügel kann zusätzlich eine in Bezug auf Wirkungsgrad und Geräuschentwicklung optimierte Geometrie aufweisen. Ein erfindungsgemäßer Antrieb ist konstruktiv besonders einfach zu realisieren und ermöglicht eine wirksame Reduzierung der Geräuschbildung.
Ein erfindungsgemäßer Antrieb reduziert die Größe der auf den Propeller wirkenden Kräfte und folglich die Amplitude des Schalls im Bereich der Flügelfrequenz und ihrer Harmonischen. Dieser Frequenzbereich liegt in der Regel im Bereich von 50 bis 500 Hz.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebs ist es, dass die Inhomogenität der Strömungsgeschwindigkeiten stromabwärts der mindestens eine Strebe nicht durch einen Skew der Propellerflügel ausgeglichen werden muss, was vor allem bei Querstrahlrudern vorteilhaft ist, die zwei Dreh- und Wirkrichtungen haben.
In einer praktischen Ausführungsform weist die gesamte Strebe in axialer Draufsicht eine Krümmung auf, die der Krümmung der Anströmkante der Propellerflügel entgegengesetzt ist. Die Strebe weist damit eine simple Geometrie auf und kann besonders einfach konstruiert werden, beispielsweise indem das gesamte Blech oder Profil, aus welchem die Strebe geformt wird, gebogen wird.
Falls mehrere Streben vorgesehen sind, kann ein Teil der Streben als Gesamtes gekrümmt sein und ein anderer Teil weist nur eine entgegen der Krümmung der Anströmkante der Propellerflügel gekrümmte Abströmkante auf. Dies ist zum Beispiel bei Ruderpropellern der Fall, wenn es sich bei einem Teil der Streben um Stützstreben handelt, welche zur Befestigung eines Düsenrings an einer Propellergondel dienen, die die Propellerwelle trägt, und bei dem anderen Teil der Streben um ein Tragrohr, welches eine Antriebswelle für die Propellerwelle aufnimmt. Die Stützstreben können vollständig gekrümmt sein. Das Tragrohr sollte eine Form aufweisen, die die Antriebswelle vollständig umhüllt, wobei es einen gewundenen Verlauf aufweisen kann, so dass seine Abströmkante entgegengesetzt zur Krümmung der Anströmkante des Propellers gekrümmt ist.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform weist die Befestigungsstruktur mehrere Streben auf, wobei der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Streben sich von dem Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Propellerflügeln unterscheidet. Der Winkelabstand zweier benachbarter Propellerflügel ist bei einem Propeller mit gleichmäßiger Flügelteilung durch die Anzahl an Propellerflügeln vorgegeben. Mit anderen Worten entspricht der Winkelabstand zwischen den auf der Nabe liegenden Wurzelpunkten der Erzeugenden (blade generator line) zweier aufeinanderfolgender Flügel jeweils 360° geteilt durch die Flügelzahl. Der Winkelabstand zwischen den Wurzelpunkten der Erzeugenden zweier aufeinanderfolgender Flügel beträgt bei einem zweiflügligen Propeller 180°, bei einem dreiflügligen Propeller 120°, bei einem vierflügligen Propeller 90°, bei einem fünfflügligen Propeller 72° usw.
Die verzögerten Strömungsfronten von unterschiedlichen Streben treffen durch diese Anordnung zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf die Anströmkanten der Propellerflügel. Mit anderen Worten durchströmt eine erste Anströmkante eines ersten Propellerflügels eine Nachlaufdelle einer Strebe zu einem Zeitpunkt, in dem sich die Anströmkanten benachbarter Propellerflügel in störungsfreier Strömung ohne Nachlaufdelle befinden. Damit kann eine weitere Reduktion der Vibrationen und Geräusche bewirkt werden, weil eine Überlagerung und Verstärkung zeitgleich auf mehrere Propellerflügel wirkender Kräfte vermieden wird.
Zusätzlich kann der Verlauf der mindestens einen Strebe bzw. der Abströmkante der mindestens einen Strebe an der Drehrichtung des Propellers orientiert ausgerichtet sein. Die Anströmkante eines Propellerflügels ist in der Regel konvex, also bauchig gekrümmt, so dass ihr mittlerer Bereich am weitesten in Drehrichtung nach vorne ragt. Die Abströmkante der Strebe weist eine entgegengesetzte Krümmung auf. Sie ist von innen nach außen, d.h. von einem Bereich nahe der Drehachse des Propellers zu den Spitzen der Propellerflügel hin, derart gekrümmt, dass sie zu dem sich auf die Strebe zu bewegenden Propellerflügel ausbaucht ist. Der „Bauch“ der Abströmkante der Strebe erstreckt sich also zu dem vorragenden Bauch der Anströmkante des Propellerflügels hin.
In der Praxis kann die Abströmkante der Strebe innerhalb des Zuströmbereichs des Propellers eine andere Krümmung aufweisen als außerhalb des Zuströmbereichs des Propellers. Die Krümmung der Abströmkante der Strebe wird dabei insbesondere innerhalb des Zuströmbereichs derart angepasst, dass eine möglichst geringe Geräuschbildung entsteht. Außerhalb des Zuströmbereichs können andere Anforderungen an die Strebe umgesetzt werden, wie eine hohe mechanische Stabilität der Strebe, insbesondere gegenüber Torsions- und Querkräften, und eine geeignete Anbindung an das Wasserfahrzeug. Bei dem Zuströmbereich handelt es sich wie vorliegend beschrieben, um einen in axialer Richtung vor dem Propeller liegenden Zylinder mit dem Radius des Propellers.
Um diese unterschiedlichen Anforderungen zu erfüllen, kann die Strebe alternativ oder in Ergänzung zu vorstehendem innerhalb des Zuströmbereichs des Propellers einen anderen Profilquerschnitt bzw. ein anderes Querschnittprofil aufweisen als außerhalb des Zuströmbereichs des Propellers. Als Profilquerschnitt wird vorliegend ein Schnitt durch die Strebe entlang einer Zylinderfläche um die Propellerachse verstanden. Insbesondere kann das Querschnittsprofil im Zuströmbereich möglichst strömungsoptimiert und in Form gängiger Leitvorrichtungen gestaltet sein, wobei die Strebe außerhalb des Zuströmbereichs ein mechanisch möglichst stabiles und einfach zu fertigendes Querschnittsprofil aufweist. Aber auch hier ist darauf zu achten, dass das Strebenprofil die Wasserströmung des sich bewegenden Wasserfahrzeugs nicht unnötig behindert.
Insbesondere kann der Profilquerschnitt der Strebe innerhalb des Zuströmbereichs des Propellers einen anderen Anstellwinkel in Bezug auf die Axialrichtung aufweisen als außerhalb des Zuströmbereichs des Propellers. Dies dient ebenfalls dazu im Zuströmbereich des Propellers eine möglichst homogene Strömung zu erzeugen.
In der Praxis kann an der Strebe eine Einblasvorrichtung vorgesehen sein, welche in den Zuströmbereich, insbesondere zwischen den Propeller und der mindestens einen Strebe, Luft zuführt. Insbesondere kann in der Strebe ein Luftkanal angeordnet sein, welcher in den Zuströmbereich mündet. Die Abströmkante der Strebe kann dann eine oder mehrere Auslassöffnungen aufweisen, durch welche die Luft entweichen kann. Alternativ kann an der Strebe eine Luftleitung befestigt sein, die im Zuströmbereich des Propellers mündet.
Die Lufteinblasung reduziert den durch Kavitation erzeugten Schall. Bei der Kavitation entstehen insbesondere im Bereich der Flügelspitzen aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeiten und des niedrigen statischen Druckes Dampfblasen bzw. Kavitäten, welche bei einer Erhöhung des statischen Druckes des umgebenden Wassers wieder kollabieren und dabei Geräusche erzeugen und die Oberfläche der Propellerflügel beschädigen können. Die Lufteinblasung wirkt einer Geräuschbildung entgegen, da die in das Wasser eingeblasene Luft auch bei höherem statischem Druck gasförmig bleibt und dadurch bewirkt, dass das Wasser kompressibel ist. Hierdurch werden die Druckstöße beim Kollabieren der Dampfblasen gedämpft und die Geräuschbildung vermindert. Das Kavitationsbereich liegt bei höheren Schalfrequenzen über 500 Hz. Durch die Lufteinblasung wird diese Schallbildung bei Frequenzen oberhalb von 500 Hz reduziert, welcher sich besonders schädlich auf Wasserlebewesen auswirkt.
Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs in einer schematischen Darstellung in einer axialen Draufsicht von der Druckseite des Propellers aus, d.h. von stromabwärts des Propellers aus gesehen,
2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs in einer schematischen Darstellung in einer axialen Draufsicht von der Saugseite des Propellers aus, d.h. von stromaufwärts des Propellers aus gesehen,
3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs mit einem Ruderpropeller in einer axialen Draufsicht von der Druckseite aus, d.h. von stromabwärts des Propellers aus gesehen,
4 die dritte Ausführungsform aus 3 in einer Seitenansicht,
5 die dritte Ausführungsform aus 3 und 4 in einer perspektivischen Ansicht von der Saugseite des Propellers aus gesehen,
6 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs in Form eines Querstrahlruders in einer schematischen Darstellung in einer axialen Draufsicht von der Druckseite aus,
7 die vierte Ausführungsform aus 6 in einer schematischen Darstellung in einer Seitenansicht,
8 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs mit einem Ruderpropeller in einer axialen Draufsicht von der Druckseite aus, d.h. von stromabwärts des Propellers aus gesehen und
9 die fünfte Ausführungsform aus 8 in einer perspektivischen Ansicht von der Saugseite aus.

In 1 ist ein Antrieb 10 für ein Wasserfahrzeug 12 in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Die Hülle des Wasserfahrzeuges 12 ist vorliegend nur schematisch dargestellt. Der Antrieb 10 weist einen Propeller 14 auf. In 1 ist nur ein Propellerflügel 16 mit einer Anströmkante 18 und einer Abströmkante 20 dargestellt. In 1 ist der Antrieb 10 in axialer Draufsicht, das heißt in einer Draufsicht auf die Propellerebene mit Blickrichtung in Richtung der Rotationsachse des Propellers 14 dargestellt. Die Rotationsachse des Propellers 14 erstreckt sich folglich in die Blattebene hinein. Der Propeller 14 ist auf einer Welle 22 gelagert. Der Propeller 14 rotiert in 1 in Richtung des Pfeils R entgegen dem Uhrzeigersinn.
Zudem weist der Antrieb 10 eine Befestigungsstruktur 24 mit vorliegend zwei Haltestreben 26a, 26b auf. Die Haltestreben 26a, 26b sind stromaufwärts des Propellers 14 auf der Saugseite des Propellers 14 angeordnet und ihre Abströmkanten 28 sind zu sehen. Die Haltestreben 26a, 26b erstrecken sich ausgehend von der Welle 22 durch einen Zuströmbereich 30 des Propellers 14 von innen nach außen zu dem Wasserfahrzeug 12. Der äußere Umfang des Zuströmbereichs 30 ist durch den Radius des Propellers 14 festgelegt und mit einem Kreis 32 gekennzeichnet.
In der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform des Antriebs 10 sind die Haltestreben 26a, 26b in axialer Draufsicht als Gesamtes gekrümmt und die Krümmung ist der Krümmung der Anströmkante 18 der Propellerflügel 16 entgegengesetzt. Die Dicke der Haltestreben 26a, 26b nimmt vorliegend von innen nach außen zu.
In 1 sind außerdem simulierte Strömungsfronten eingezeichnet. Die Linien 34 zeigen den Verlauf einer Strömungsfront, die eine um 10% geringere Strömungsgeschwindigkeit gegenüber der auf der Saugseite des Propellers herrschenden maximalen Strömungsgeschwindigkeit aufweist. Die Linien 36 zeigen den Verlauf einer Strömungsfront, die eine um 15% geringere Strömungsgeschwindigkeit aufweist gegenüber der auf der Saugseite herrschenden maximalen Strömungsgeschwindigkeit. Die durch die Haltestreben 26a, 26b hervorgerufene Verlangsamung der Strömungsfronten folgt im Wesentlichen der Geometrie der Haltestreben 26a, 26b. Hier ist gut zu erkennen, dass durch die Krümmung der Haltestreben 26a, 26b bzw. der Abströmkanten der Haltestreben 26a, 26b die langsameren Wellenfronten 34, 36 über einen größeren Zeitraum verteilt auf die Anströmkanten 18 der Propellerflügel 16 treffen.
In 2 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs 110 gezeigt. Dieser Antrieb 110 weist einen Propeller 114 mit vier Propellerflügeln 116 mit jeweils einer Anströmkante 118 und einer Abströmkante 120 auf. Der Propeller 114 rotiert in 2 in Richtung des Pfeils R im Uhrzeigersinn.
Auf der Saugseite des Propellers 114 ist zumindest teilweise im Zuströmbereich 130 des Propellers 114 (begrenzt durch den Kreis 132) die Befestigungsstruktur 124 angeordnet, welche hier drei Haltestreben 126a, 126b, 126c aufweist. In 2 sind jeweils die Abströmkanten der Haltestreben 126a, 126b, 126c nicht erkennbar, da sich diese auf der vom Betrachter abgewandten Seite der Haltestreben 126a, 126b, 126c befinden. Es ist aber zu erkennen, dass die Haltestreben 126a, 126b, 126c insgesamt gekrümmt sind. Die Haltestreben 126a, 126b, 126c verbinden die Welle 122 mit dem Wasserfahrzeug 112. Auch hier sind die Haltestreben 126a, 126b, 126c entgegen der Krümmung der Anströmkanten 118 der Propellerflügel 116 gekrümmt. Die Anströmkanten 118 der Propellerflügel 116 sind in Drehrichtung konvex, also nach vorne ragend, gewölbt. Somit sind die Haltestreben 126a, 126b, 126c entgegen der Drehrichtung 124 konvex gekrümmt. Die Haltestreben 126a, 126b, 126c weisen hier eine konstante Dicke auf.
In den 3 bis 5 ist eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs 210 dargestellt, wobei es sich um einen Ruderpropeller handelt.
Bei einem Ruderpropeller ist über ein Tragrohr 238 eine Propellergondel 236 um die im wesentliche vertikale Achse des Tragrohrs 238 drehbar am Körper des Wasserfahrzeuges (nicht dargestellt) befestigt, so dass die Schubrichtung eines an der Propellergondel 236 befestigten Propellers 214 verstellt werden kann. Die Welle 222 (vgl. 3) des Propellers 114 verläuft im Wesentlichen waagerecht durch die Propellergondel 236 und ist über ein Getriebe mit einer senkrechten Antriebswelle (nicht erkennbar) verbunden, welche das Tragrohr 238 durchragt. Der Propeller 214 weist drei Propellerflügel 216 mit einer Anströmkante 218 und Abströmkante 220 auf. Der Propeller 214 rotiert von der Druckseite aus betrachtet entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeils R in 3. In den 4 und 5 ist die Saugseite 246 auf der linken Seite und die Druckseite 240 auf der rechten Seite angeordnet.
Zudem umgibt ein Düsenring 234 die Propellerflügel 216 des Propellers 214 außenseitig. Der Düsenring 234 ist vorliegend mittels einer Befestigungsstruktur 224 mit zwei Stützstreben 226a, 226b, welche sich auf der Saugseite 246 des Propellers 214 hauptsächlich im Zuströmbereich 230 des Propellers 214 erstrecken, an der Propellergondel 236 befestigt. Der Zuströmbereich 230 ist außenseitig durch den Kreis 232 (Innenwand des Düsenrings 234) begrenzt. In der axialen Draufsicht in 3 ist erkennbar, dass nicht nur die Abströmkanten 228 der Stützstreben 226a, 226b gekrümmt sind, sondern die Stützstreben 226a, 226b als Gesamtes eine Krümmung aufweisen, welche entgegengesetzt der Krümmung der Anströmkanten 218 der Propellerflügel 216 ist.
Das Tragrohr 238 ist ebenfalls Teil der Befestigungsstruktur 224 und stellt eine Strebe dar, welche sich bis in den Zuströmbereich 230 erstreckt. Das Tragrohr 238 weist entsprechend eine gekrümmte Abströmkante 244 auf, deren Krümmung der Krümmung der Anströmkanten 218 der Propellerflügel 216 entgegengesetzt ist. Außerhalb des Zuströmbereichs 230 des Propellers 214 weist die Abströmkante 244 des Tragrohrs 238 keine Krümmung auf, sondern erstreckt sich in rein radialer Richtung.
In den 6 und 7 ist eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemä-ßen Antriebs 310 dargestellt, wobei es sich bei dem Propeller 314 um ein Querstrahlruder handelt.
Dieser Antrieb 310 umfasst einen Propeller 314 mit mehreren Propellerflügeln 316 (in 6 ist nur ein Propellerflügel gestrichelt dargestellt) mit einer Anströmkante 318 und einer Abströmkante 320. In 7 ist nur die Propellerebene 340 dargestellt ist. Der Propeller 314 rotiert in der in 6 gezeigten Ansicht in Richtung des Pfeils R entgegen dem Uhrzeigersinn.
Wie in 7 erkennbar ist, strömt das Wasser von der Saugseite 346 (links) innerhalb eines in dem Wasserfahrzeug 312 ausgebildeten Tunnel 334 entlang der Propellergondel 336 nach rechts zur Propellerebene 340. Die Propellergondel 336 ist mittels einer Befestigungsstruktur 324 aus zwei Stützstreben 326a, 326b und dem Tragrohr 338 an den den Tunnel 334 umgebenden Wänden des Wasserfahrzeuges 312 befestigt. Das Tragrohr 338 ist allerdings nicht drehbar sondern fest innerhalb des Tunnels 334 angeordnet, so dass die Propellerebene 340 senkrecht zur Achse des Tunnels 334 verläuft.
Die Anordnung ist in axialer Draufsicht in 6 mit Blick von der Druckseite 342 aus gezeigt. Es ist gut zu erkennen, dass die Krümmung der Abströmkanten 328 der Stützstreben 326a, 326b der Krümmung der Anströmkante 318 der Propellerflügel 316 entgegengesetzt ist. Tatsächlich sind die Stützstreben 326a, 326b als Ganzes der Anströmkante 318 der Propellerflügel 316 entgegengesetzt gekrümmt. Das Tragrohr 338 verläuft im Wesentlichen gerade, um die Antriebswelle für den Propeller umhüllen zu können. Seine in radialer Richtung des Propellers aufeinander folgenden Profile variieren aber derart, dass die Krümmung der Abströmkante 344 des Tragrohrs 338 entgegengesetzt der Krümmung der Anströmkante 318 der Propellerflügel 316 verläuft.
In 6 ist außerdem noch eine Einblasvorrichtung 348 schematisch dargestellt. Die Einblasvorrichtung 348 umfasst ein in einer oder mehreren der Stützstreben 326a, 326b oder des Tragrohrs 338 angeordnete Luftleitung oder eine außen an der Stützstrebe 326a, 326b montierte Luftleitung (nicht dargestellt) und entsprechende Austrittsöffnungen, welche in den Zuströmbereich 330 münden. In 6 sind Austrittsöffnungen 350 exemplarisch an nur einer Stützstrebe dargestellt. Es können aber in allen Stützstreben 318a, 318b oder im Tragrohr 338 solche Austrittsöffnungen 350 ausgebildet sein. In 7 sind schematisch Luftblasen 352 dargestellt, welche ausgehend von der Abströmkante 328 der Stützstreben 326a in Richtung des Propellers 314 eingeblasen werden.
In den 8 und 9 ist eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs 410 dargestellt.
Der Propeller 414 weist drei Propellerflügel 416 mit einer konvex gekrümmten Anströmkante 418 und einer konkav gekrümmten Abströmkante 420 auf. Der Propeller 414 rotiert von der Druckseite aus betrachtet entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeils R. In der 9 ist die Saugseite 446 auf der rechten Seite und die Druckseite 440 auf der linken Seite angeordnet.
Zudem umgibt ein Düsenring 434 die Propellerflügel 416 des Propellers 414 außenseitig. Der Düsenring 434 ist vorliegend mittels einer Befestigungsstruktur 424 mit zwei Stützstreben 426a, 426b, welche sich auf der Saugseite 446 des Propellers 414 hauptsächlich im Zuströmbereich 430 des Propellers 414 erstrecken, an dem Körper des Wasserfahrzeuges 412 angebunden. Die Stützstreben 426a, 426b weisen als Gesamtes eine Krümmung auf, welche entgegengesetzt der Krümmung der Anströmkanten 418 der Propellerflügel 416 ist.
Neben den Stützstreben 426a, 426b weist auch das heckseitige Ende des Wasserfahrzeuges 412, auch Hintersteven 438 genannt, eine Abströmkante 444 auf, welche entgegen der Anströmkante 418 der Propellerflügel 416 gekrümmt ist. Der Hintersteven 438 im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls als eine Strebe angesehen, weil sich an ihm eine Nachlaufdelle bildet, in welche eine Anströmkante jedes drehenden Propellerflügel.
Es wird darauf hingewiesen, dass sämtliche der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit oder ohne Einblasvorrichtung gestaltet sein können. Ein System mit entgegengesetzt zur Anströmkante der Propellerflügel gekrümmten Flügeln, welches eine Lufteinblasvorrichtung aufweist, reduziert den niederfrequenten Schall, indem es die Amplitude der Anregung der Propellerflügel durch die Nachlaufdelle reduziert, und den hochfrequenten Schall, indem es das Wasser durch die eingeschlossenen Luftbläschen im Zuströmbereich des Propellers kompressibel macht.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Antrieb
12: Wasserfahrzeug
14: Propeller
16: Propellerflügel
18: Anströmkante
20: Abströmkante
22: Welle
24: Befestigungsstruktur
26a, 26b: Haltestrebe
28: Abströmkante der Haltestrebe
30: Zuströmbereich
32: äußerer Umfang des Zuströmbereichs
34: 10% langsamere Strömungsfront
36: 15% langsamere Strömungsfront
110: Antrieb
112: Wasserfahrzeug
114: Propeller
116: Propellerflügel
118: Anströmkante
120: Abströmkante
122: Welle
124: Befestigungsstruktur
126a, 126b, 126c: Haltestrebe
130: Zuströmbereich
132: äußerer Umfang des Zuströmbereichs
210: Antrieb, Ruderpropeller
214: Propeller
216: Propellerflügel
218: Anströmkante
220: Abströmkante
222: Welle
224: Befestigungsstruktur
226a, 226b: Stützstrebe
228: Abströmkante der Stützstrebe
230: Zuströmbereich
232: äußerer Umfang des Zuströmbereichs
234: Düsenring
236: Propellergondel
238: Tragrohr
240: Druckseite
244: Abströmkante des Tragrohres
246: Saugseite
310: Antrieb
312: Wasserfahrzeug
314: Propeller
316: Propellerflügel
318: Anströmkante
320: Abströmkante
322: Welle
324: Befestigungsstruktur
326a, 326b: Stützstrebe
328: Abströmkante der Stützstrebe
330: Zuströmbereich
332: äußerer Umfang des Zuströmbereichs
334: Tunnel
336: Propellergondel
338: Tragrohr
340: Propellerebene
342: Druckseite
344: Abströmkante des Tragrohres
346: Saugseite
348: Einblasvorrichtung
350: Auslassöffnung
352: Luftblase
410: Antrieb, Ruderpropeller
412: Wasserfahrzeug
414: Propeller
416: Propellerflügel
418: Anströmkante
420: Abströmkante
422: Welle
424: Befestigungsstruktur
426a, 426b: Stützstrebe
428: Abströmkante der Stützstrebe
430: Zuströmbereich
432: äußerer Umfang des Zuströmbereichs
434: Düsenring
438: Hintersteven
440: Druckseite
444: Abströmkante des Hinterstevens
446: Saugseite

Claims

Antrieb (10, 110, 210, 310, 410) für ein Wasserfahrzeug (12, 112, 312, 412) mit einem Propeller (14, 114, 214, 314, 414), der mindestens zwei Propellerflügel (16, 116, 216, 316, 416) mit einer Anströmkante (18, 118, 218, 318, 418) und einer Abströmkante (20, 120, 220, 320, 420) aufweist, und mit einer Befestigungsstruktur (24, 124, 224, 324, 424) mit mindestens einer auf der Saugseite (246, 346, 446) des Propellers (14, 114, 214, 314, 414) angeordneten Strebe (26, 126, 226, 326, 426, 238, 338, 438), die sich mindestens teilweise in einen Zuströmbereich (30, 130, 230, 330, 430) des Propellers (14, 114, 214, 314, 414) erstreckt, diesen zumindest teilweise von außen nach innen durchragt und zumindest im Bereich ihrer Abströmkante (28, 228, 328, 428, 244, 344, 444) in axialer Draufsicht eine Krümmung aufweist, die der Krümmung der Anströmkante (18, 118, 218, 318, 418) der Propellerflügel (16, 116, 216, 316, 416) entgegengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Streben (26, 126, 226, 326, 426, 238, 338, 438) vorgesehen sind und die Abströmkante (28, 128, 228, 328, 428, 244, 344, 444) mindestens einer Strebe (26, 126, 226, 326, 426, 238, 338, 438) einen anderen Krümmungsverlauf aufweist als die Abströmkanten (28, 228, 328, 428, 244, 344, 444) der anderen Streben (26, 126, 226, 326, 426, 238, 338, 438).
Antrieb (10, 110, 210, 310, 410) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die gesamte Strebe (26, 126, 226, 326, 426, 238, 338, 438) in axialer Draufsicht eine Krümmung aufweist, die der Krümmung der Anströmkante (18, 118, 218, 318, 418) der Propellerflügel (16, 116, 216, 316, 416) entgegengesetzt ist.
Antrieb (10, 110, 210, 310, 410) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Streben (26, 126, 226, 326, 426, 238, 338, 438) sich von dem Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Propellerflügeln (16, 116, 216, 316, 416) unterscheidet.
Antrieb (10, 110, 210, 310, 410) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Krümmung der in axialer Draufsicht entgegen der Anströmkante (18, 118, 218, 318, 418) der Propellerflügel (16, 116, 216, 316, 416) gekrümmten Abströmkante (28, 228, 328, 428, 244, 344, 444) der jeweiligen Strebe (26, 126, 226, 326, 426, 238, 338, 438) derart ausgebildet ist, dass diese Abströmkante (28, 228, 328, 428, 244, 344, 444) von radial innenseitig nach radial außenseitig zunächst entgegen der Drehrichtung (R) des Propellers (14, 114, 214, 314, 414) ausgelenkt ist.
Antrieb (10, 110, 210, 310, 410) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in axialer Draufsicht entgegen der Anströmkante (18, 118, 218, 318, 418) der Propellerflügel (16, 116, 216, 316, 416) gekrümmten Abströmkante (28, 228, 328, 428, 244, 344, 444) der jeweiligen Strebe (26, 126, 226, 326, 426, 238, 338, 438) innerhalb des Zuströmbereichs (30, 130, 230, 330, 430) des Propellers (14, 114, 214, 314, 414) eine andere Krümmung aufweist als außerhalb des Zuströmbereichs (30, 130, 230, 330, 440) des Propellers (14, 114, 214, 314, 414).
Antrieb (10, 110, 210, 310, 410) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Strebe (26, 126, 226, 326, 426, 238, 338, 438) mit in axialer Draufsicht entgegen der Anströmkante (18, 118, 218, 318, 418) der Propellerflügel (16, 116, 216, 316, 416) gekrümmten Abströmkante (28, 228, 328, 428, 244, 344, 444) innerhalb des Zuströmbereichs (30, 130, 230, 330, 440) des Propellers (14, 114, 214, 314, 414) einen anderen Profilquerschnitt aufweist als außerhalb des Zuströmbereichs (30, 130, 230, 330, 430) des Propellers (14, 114, 214, 314, 414).
Antrieb (10, 110, 210, 310, 410) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilquerschnitt innerhalb des Zuströmbereichs (30, 130, 230, 330, 440) des Propellers (14, 114, 214, 314, 414) einen anderen Anstellwinkel in Bezug auf die Axialrichtung aufweist als außerhalb des Zuströmbereichs (30, 130, 230, 330, 440) des Propellers (14, 114, 214, 314, 414).
Antrieb (10, 110, 210, 310, 410) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Strebe (26, 126, 226, 326, 426, 238, 338, 438) eine Einblasvorrichtung (348) vorgesehen ist, welche in den Zuströmbereich (30, 130, 230, 330, 430) Luft zuführt.
Antrieb (10, 110, 210, 310, 410) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strebe (26, 126, 226, 326, 426, 238, 338, 438) mit Einblasvorrichtung (348) mindestens einen Luftkanal aufweist, der im Zuströmbereich (30, 130, 230, 330, 430) des Propellers (14, 114, 214, 314, 414) mündet oder dass an der mindestens einen Strebe (26, 126, 226, 326, 426, 238, 338, 438) mit Einblasvorrichtung (348) eine Luftleitung befestigt ist, die im Zuströmbereich (30, 130, 230, 330, 430) des Propellers (14, 114, 214, 314, 414) mündet.