DE19610454A1 - Zykloidalpropeller, insbesondere als Schiffsantrieb - Google Patents
Zykloidalpropeller, insbesondere als SchiffsantriebInfo
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- B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
- B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
- B63H1/04—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction
- B63H1/06—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades
- B63H1/08—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment
- B63H1/10—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment of Voith Schneider type, i.e. with blades extending axially from a disc-shaped rotary body
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Description
Die Erfindung betrifft einen Zykloidalpropeller mit am Rotorkörper in
bestimmten Flügelkreispositionen schwenkbar gelagerten, sich quer zur
Vortriebsrichtung erstreckenden Flügeln, wobei die Rotordrehachse und die
Flügelschwenkachsen zueinander parallel verlaufen und die Verstellung der
Flügel über ein die Flügelkinematik bildendes Gestänge mittels einem
zentralen Steuerknüppel steuerbar ist. Ein solcher Zykloidalpropeller ist
beschrieben in Voith Forschung und Konstruktion, Heft 18, Aufsatz 3, Mai 67
mit dem Titel "Die Konstruktion der heutigen Voith-Schneider-Propeller" oder
auch im Voith-Sonderdruck 9.94 2000. Ferner findet sich eine Beschreibung
eines solchen Zykloidalpropellers in der deutschen Auslegeschrift DE-AS 21
41 569.
In der erstgenannten und zuletzt genannten Literaturstelle wird ausführlich auf
die die eigentliche Flügelverstellung bildende Flügelkinematik eingegangen,
so daß auf eine ausführliche Beschreibung und Darstellung hier verzichtet
wird. Man erkennt aus den genannten Literaturstellen auch sehr klar die
Lagerung der einzelnen Flügel am Rotorkörper. Dabei ist im allgemeinen bzw.
grundsätzlich ein mit dem Flügel verbundener Flügelschaft vorgesehen, der in
entsprechenden Lagern, insbesondere Gleitlagern, gelagert ist.
In der jüngeren Vergangenheit konnte durch verschiedene Verbesserungen
die mechanische Belastbarkeit des Zykloidalpropellers entscheidend
verbessert werden.
Es ist nun die Aufgabe, entsprechend der höheren, umzusetzenden
mechanischen Leistung auch ein besseres hydrodynamisches Verhalten des
Voith-Schneider-Propellers zu erreichen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch den Einsatz an mindestens einem Paar von zueinander parallelen oder
zumindest quasiparallelen Flügeln je Flügelkreisposition wird erreicht, daß bei
gleicher Flügellänge und gleichem Auftrieb beim Doppelflügel (oder
Mehrfachflügel allgemein) im Vergleich zum Einzelflügel ein geringerer
induzierter Widerstand auftritt. Dadurch wird ein besserer
Vortriebswirkungsgrad des Zykloidalpropellers erreicht, was eine
grundsätzliche Verbesserung darstellt. Umgekehrt kann auch ein Doppelflügel
den gleichen Auftrieb und induzierten Widerstand wie ein Einzelflügel bei
kürzerer Flügellänge erreichen.
Die kürzere Flügellänge bringt auch gewisse konstruktive Vorteile, da sich die
Momentenbelastung der Flügellagerung entsprechend verringert.
Ferner kann bei zumindest einem Flügelpaar je Flügelkreisposition durch die
Wechselwirkung zwischen den parallelen Flügeln eine spürbare Reduktion der
Unterdruckbereiche am Flügelprofil erreicht werden. Dadurch nimmt die
Kavitationsneigung entscheidend ab. Diese geringere Kavitationsneigung
bringt die folgenden Vorteile mit sich:
- 1. Verringerte Schwingungsanregung, was eine grundsätzliche Verbesserung für höhere Schiffsgeschwindigkeiten darstellt.
- 2. Geringerer Geräuschpegel des Propellers (also insbesondere unter Wasser). Dies dürfte ein spezieller Vorteil bei militärischen Anwendungszwecken sein.
- 3. Wirkungsgradverbesserung.
- 4. Vermeidung von Kavitationsschäden.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß eine wesentliche
Verbesserung des Verhältnisses zwischen Leistung und Schub auftritt.
Alle genannten Verbesserungen lassen sich auch durch das günstigere
Abreißverhalten des Doppelflügels z. B. im Vergleich zum Einflügler erklären
d. h. die Strömung reißt beim Doppelflügel später ab.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren in der Zeichnung
erläutert; dabei stellen im einzelnen dar:
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung der Flügel in den verschiedenen
Flügelkreispositionen bei einem vierflügligen Zykloidalpropeller,
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Flügelpaares,
Fig. 3 eine Ansicht des Flügelpaares quer zur Fig. 2,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Flügelanordnung auf dem Flügelkreis mit den
verschiedenen Positionen bei einem vierflügligen, einfachflügligen
Zykloidalpropeller,
Fig. 5 eine Seitenansicht eines Flügelpaares bei einer gebauten Konstruktion
und
Fig. 6 eine Ansicht quer zu Fig. 5.
In Fig. 1 ist der Flügelkreis mit 9 angedeutet und die einzelnen
Flügelpositionen mit a, b, c oder d, wobei es sich hier um vier
Flügelkreispositionen, mithin einen vierflügligen Zykloidalpropeller mit jeweils
vier Flügelpaaren 2a, 3a; 2b, 3b; 2c, 3c; sowie 2d und 3d handelt. Die
Flügelpositionen haben dabei auf dem Flügelkreis gleiche Umfangsabstände.
Dies ist üblich und entspricht der bisherigen Ausführung eines
einfachflügligen Zykloialpropellers mit vier Flügeln entsprechend Fig. 4.
In Fig. 2 ist der Doppelflügel mit seinem einheitlichen Flügelschaft 4 in
Seitenansicht dargestellt, wobei Flügel 2a oder 3a im Prinzip der Ausführung
des einfachflügligen, bekannten Propellers mit Flügeln 12 gemäß Fig. 4
entspricht. Fig. 3 zeigt die Ansicht quer zur Blickrichtung der Fig. 2 mit den
beiden zusammengehörigen Flügeln 2a und 3a des Flügelpaares. Der
Abstand zwischen diesen beiden Flügeln eines Paares ist vorzugsweise
zumindest etwas größer als die maximale Dicke des Profils eines Flügels. Der
optimale Abstand muß im Einzelfall ermittelt werden. Die Lage der Flügel
eines Flügelpaares zueinander kann auch von der genauen Parallelität
abweichen, insbesondere kann auch ein gewisser Versatz der beiden
Flügelprofile zueinander vorgenommen werden. Denkbar ist auch, daß die
Flügelprofile eines Flügelpaares etwas unterschiedlich ausgebildet werden.
Denkbar wäre auch, daß nicht nur ein Flügelpaar bildende zwei parallele
Flügel, sondern drei Flügel oder mehr je Flügelkreisposition angewendet
werden. Im allgemeinen dürfte jedoch ein Flügelpaar optimale Verhältnisse
unter der Gesamtheit der Gesichtspunkte hydrodynamischer und konstruktiver
Art ergeben.
Bei der Auswahl der Anzahl der Flügel dürfte auch die Materialwahl eine
große Rolle spielen; es dürfte auch Kunststoff in Kompositbauweise in
Betracht kommen.
Ein aus Einzelteilen aufgebauter Doppelflügel, der also aus zwei parallelen
Einzelflügeln besteht, ist in Fig. 5 und 6 in den entsprechenden Ansichten
dargestellt. Dabei trägt der gemeinsame Flügelschaft 24 eine Grundplatte 15,
die die beiden Flügel 22 und 23 eines Flügelpaares trägt. Am freien
Flügelende befindet sich eine Verbindungsplatte 13. Die Verbindung der
einzelnen Platten mit den Flügeln kann durch Schrauben, aber auch durch
Schweißung erfolgen. Sicher ist aber auch die gegossene Variante eine
praktikable Ausführung. Die Verbindungsplatte an den freien Flügelenden
kann einen gewissen Beitrag zur Verbesserung des Wirkungsgrad es der
Doppelflügel bzw. Mehrfachflügel leisten.
Die Erfindung läßt sich nicht nur in Zykloidalpropellern, sondern auch bei
Windturbinen nutzen.
Claims (8)
1. Zykloidalpropeller mit am Rotorkörper schwenkbar gelagerten, sich
quer zur Vortriebsrichtung erstreckenden Flügeln (2a, 3a; 2b, 3b; 2a, 3a;
2d, 3d), die in bestimmten Flügelkreispositionen (a, b, c, d) des
Flügelkreises (9) angeordnet sind, wobei die Rotordrehachse und die
Flügelschwenkachsen zueinander parallel verlaufen und die Verstellung
und Schwenkbewegung der Flügel über ein die Flügelkinematik
bildendes Gestänge mittels einem zentralen Steuerknüppel bewirkbar
ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei zueinander parallele
Flügel (2a, 3a; 2b, 3b; 2c, 3c; 2d, 3d) je Flügelkreisposition (a, b, c, d)
vorgesehen sind.
2. Zykloidalpropeller nach Anspruch 1, bei dem die einzelnen Flügel
jeweils von einem mit der Flügelkinematik verbundenen Flügelschaft
(14) gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Flügel der
einzelnen Flügelkreisposition von dem einen Flügelschaft (14) gehalten
sind.
3. Zykloidalpropeller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß eine gemeinsame Grundplatte (15) für die parallelen Flügel einer
Flügelkreisposition vorgesehen ist.
4. Zykloidalpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die entsprechenden Flügel einer Flügelposition
genau zueinander parallel angeordnet sind.
5. Zykloidalpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die einzelnen Flügel jeder Flügelkreisposition (a,
b, c, d) nur quasi-parallel zueinander oder mit gegenseitigen Versatz
und/oder Winkel zueinander angeordnet sind.
6. Zykloidalpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet
durch eine ungleiche Länge der Flügel je Flügelkreisposition,
insbesondere je Flügelpaar.
7. Zykloidalpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet
durch eine Verbindungsplatte (13) am freien Flügelende der einzelnen
Flügel (22, 23) je Flügelkreisposition (a, b, c, d), deren
Längserstreckung zu der Vortriebsrichtung des Propellers parallel ist.
8. Zykloidalpropeller nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Flügelform und die Flügelprofile der Flügel
eines Flügelpaares unterschiedlich sind.
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
DE19610454A DE19610454C2 (de) | 1996-03-16 | 1996-03-16 | Zykloidalpropeller, insbesondere als Schiffsantrieb |
EP97100987A EP0795466B1 (de) | 1996-03-16 | 1997-01-23 | Zykloidalsysteme mit Doppel- bzw. Mehrfach-Flügelsystemen |
DE59704053T DE59704053D1 (de) | 1996-03-16 | 1997-01-23 | Zykloidalsysteme mit Doppel- bzw. Mehrfach-Flügelsystemen |
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DE19610454C2 DE19610454C2 (de) | 1997-04-10 |
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Family Applications (2)
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Citations (1)
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- 1996-03-16 DE DE19610454A patent/DE19610454C2/de not_active Expired - Fee Related
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1997
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- 1997-01-23 EP EP97100987A patent/EP0795466B1/de not_active Expired - Lifetime
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DE19610454C2 (de) | 1997-04-10 |
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