DE19622829A1 - Nabenkappe für Schiffsschrauben - Google Patents
Nabenkappe für SchiffsschraubenInfo
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- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
- B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
- B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
- B63H1/14—Propellers
- B63H1/28—Other means for improving propeller efficiency
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- B63H2001/283—Propeller hub caps with fins having a pitch different from pitch of propeller blades, or a helix hand opposed to the propellers' helix hand
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- B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
- B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
- B63H5/08—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers of more than one propeller
- B63H5/10—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers of more than one propeller of coaxial type, e.g. of counter-rotative type
- B63H2005/103—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers of more than one propeller of coaxial type, e.g. of counter-rotative type of co-rotative type, i.e. rotating in the same direction, e.g. twin propellers
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Nabenkappe zum
Verschließen der Nabenbohrung an einem Propeller oder
an der Unterwassergetriebebirne eines Antriebes.
Propeller von Schiffsschrauben sind in der Regel mit
Nabenkappen versehen, mit denen unter Wasser liegende
Nabenöffnungen oder Getriebebirnen verschlossen
werden. Die Nabenkappen bilden die innere Begrenzung
der Propellerflügel, an denen sich im Propellerbetrieb
Strömungswirbel bilden. Die von Wirbeln verursachten
Leistungsverluste sind beachtlich und machen sich
insbesondere bei Propellernaben mit großem Durchmesser
und bei Propellern für höhere Schubbelastungen
bemerkbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung
zu finden, mit der diesem Leistungsverlust erfolgreich
entgegengewirkt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch
entsprechende Ausgestaltung bzw. Formgebung der Naben
kappe, der Bildung von Wirbeln durch den Propeller in
der Nabenumgebung entgegengewirkt werden kann, indem
die Druckverhältnisse in dieser Umgebung durch die
Ausgestaltung der Kappe gezielt verändert werden.
Die für den Schub verantwortlichen Propeller-Flügel
flächen sind außen durch die Flügelspitzen und innen
durch die Nabe begrenzt. Hier reißt die Strömung unter
Bildung von Wirbeln ab. Diese turbulente Strömungen,
die energiereich sind, haben eine von der Schubrich
tung unterschiedliche Richtung und verbrauchen somit
einen Teil der vom Motor an den Propeller gelieferten
Energie.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Nabenka
ppe kann zumindest im Nabenbereich aus den Wirbeln
Energie zurückgewonnen werden, womit der Wirkungsgrad
eines Schiffsantriebes nennenswert verbessert werden
kann. Außerdem wird durch die Erfindung die Geräusch
emission reduziert.
Gemäß einer fertigungstechnisch einfachen Ausgestal
tung der Erfindung enthält die Nabenkappe mindestens
eine Schaufel, die im Betrieb für eine Beseitigung des
Nabenwirbels sorgt. Eine derartige Nabenkappe ist
jederzeit nachrüstbar, dazu sind keine weiteren
Bauteile auszutauschen, vielmehr können alle übrigen
Bauteile des Antriebssystems unverändert bleiben.
Vorzugsweise sind mehrere, auf den Umfang der Naben
kappe regelmäßig verteilte Schaufeln vorgesehen, die
annähernd in meridionaler Ausrichtung angeordnet sind.
Durch entgegengesetzte Ausrichtungen der Wölbung der
Nabenschaufeln und der Propellerflügel ist es möglich
die hohen Tangentialgeschwindigkeiten in Nabennähe so
in Strahlrichtung umzulenken, daß ein zusätzlicher
Schub erzeugt wird. Das dabei durch die Umlenkung auf
tretende Drehmoment ist dem den Propeller antreibenden
Motormoment gleichgerichtet, was einer Leistungsein
sparung gleichkommt. Außerdem führt die vollständige
Beseitigung des Nabenwirbels zu einer Reduzierung der
Schallabstrahlung.
Die erfindungsgemäße Nabenkappe ist sowohl bei Schrau
benpropellern, die als Druckpropeller arbeiten, als
auch bei Zugpropellern anwendbar.
Besonders geeignet ist die Anwendung an Propellern für
höhere Schubbelastungsgrade, z. B. an Propellern, die
einen hohen Schub auf vergleichsweise geringer Fläche
erzeugen und dabei zwangsweise eine verstärkte Naben
wirbelbildung verursachen. Hierbei ist das erreichbare
Verbesserungspotential entsprechend groß. Die Verbin
dung der erfindungsgemäßen Nabenkappe mit Propellern
dieses Typs mit Endplatten an den Flügelspitzen ist
daher besonders vorteilhaft.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin
dung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 ein Diagramm, das Tangentialgeschwindigkeiten in
Abhängigkeit vom Propellerradius aufzeigt, und
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel.
In Fig. 1 ist ein Z-Antrieb 10 mit einem Endscheiben
propeller 11 dargestellt. Die Propellernabe 12 trägt
eine Nabenkappe 13, die die Nabenbohrung 14 gegen das
Eindringen von Wasser abdeckt. An beiden Grenzen der
Flügelflächen 15, nämlich in Nabennähe und an den
Flügelspitzen 20 entstehen im Betrieb des Propellers
Wirbel, die energiereich sein können und eine von der
Schubrichtung verschiedene Richtung haben. Daraus
ergeben sich für den Wirkungsgrad des Propellers 11
entscheidende Nachteile. Die Wirbel verbrauchen einen
Teil der vom Motor an den Propeller gelieferten Ener
gie und erzeugen eine den Wirkungsgrad mindernden Ge
genschub. Außerdem wird die Wirbelenergie zum Teil in
erhöhte Schallabstrahlung umgesetzt.
Um diesen nachteiligen Strömungsverhältnissen entgegen
zuwirken, werden im Nabenbereich und ggf. an den Flü
gelspitzen 20 Maßnahmen ergriffen, mit denen die in
den Wirbel enthaltene Energie möglichst weitgehend
rückgewonnen bzw. mit denen die Wirbelbildung vermie
den werden kann.
In Fig. 1 ist eine Lösung gezeigt, bei der mit Endplat
ten 21 an den Flügelspitzen 20 Wirbel im Außenbereich
weitgehend vermieden werden, während im Nabenbereich
an der Nabenkappe 13 angebrachte Schaufeln 16 für eine
Beseitigung der Nabenwirbel sorgen.
Der gemäß Fig. 1 als Druckpropeller 11 arbeitende
Schraubenpropeller hat eine mitdrehende Nabenkappe 13,
die in Strömungsrichtung V hinter dem Propeller 11
liegt. Der sich hinter dem Propeller 11 entlang der
Nabenkappe 13 bildende Wirbel, besteht zunächst aus
mehreren Wirbeln der verschiedenen Flügel 15, die sich
dann sehr schnell zu einem einzigen Wirbel zusammen
formen, der seine Spur in einem eng begrenzten Gebiet
entlang der Drehachse des Propellers hinterläßt. Die
Drehrichtung dieses Wirbels fällt dabei mit der Dreh
richtung des Propellers zusammen und die Geschwindig
keiten des Wirbels sind innen am größten und nehmen
nach außen ab.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, treten ganz innen entlang
der Nabenkappe 13 Geschwindigkeiten Vw auf, die deut
lich höher sind als die Drehgeschwindigkeit Vu des Pro
pellers 11 selbst. Im Diagramm der Fig. 2 sind die Tan
gentialkomponenten VT der Wirbelgeschwindigkeit Vw (ge
strichelte Kurve) und der durch die Propellerdrehung
verursachten Umfangsgeschwindigkeit Vu (durchgehende
Kurve) in Abhängigkeit des Abstandes R von der Propel
lerachse 22 gezeigt. Aus dem Schnittpunkt A ergibt
sich ein Grenzradius Rg, bis zu dem die Komponente VT
der Wirbelgeschwindigkeit Vw größer ist als die der
Umfangsgeschwindigkeit Vu am Propeller. Bis zu Diesem
Grenzradius Rg ist eine Energierückgewinnung möglich.
Die Schaufeln 15 der Nabenkappe 13 erstrecken sich aus
diesem Grund von der Propellerachse 22 bis maximal dem
Grenzradius Rg, um die Wirkung der Schaufeln 15 opti
mal zu nützen. Die Wölbung der Schaufelflächen ist der
der Propellerflächen entgegengesetzt. Auf die Weise
werden die Wirbelströme in Strahlrichtung umgelenkt
wobei es durchaus möglich ist, den Strom so umzulen
ken, daß ein zusätzlicher Schub erzeugt wird. In dem
dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier, auf den
Umfang der Nabenkappe 13 verteilte Schaufeln 16 ge
zeigt, die sich von dem der Propellernabe 12 zugekehr
ten Ende 17 bis zur Spitze 18 der Nabenkappe 13 er
strecken.
Eine weitere Ausgestaltung der Schaufeln ist in Fig. 3
in Zusammenhang mit einem Zugpropeller 11′ gezeigt.
Hier ist eine nicht mitdrehende Ablaufkappe 25 mit
Schaufeln 26 versehen.
Soweit bisher schon Vorschläge für die Vermeidung von
Nabenwirbeln gemacht wurden, handelt es sich um Lösun
gen, denen die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden
Erfindung mit ihrem besonderen Wirkungsprinzip sich als
überlegen erweisen sollten.
Die Anwendung von be
sonders ausgebildeten Nabenkappen ist insbesondere an
Propellern für höhere Schubbelastungsgrade wichtig.
Derartige Propeller erzeugen einen hohen Schub auf
vergleichsweise geringer Fläche und damit zwangsweise
verstärkte Nabenwirbel. Aufgrund des hohen Verlustes
kann bei Anwendung einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Nabenkappe eine hohe Verbesserung erreicht werden. Zu
diesen Propellern gehören z. B. Propeller 11 mit End
platten 21 gemäß Fig. 1, sogenannte Tip-Fin-Propeller.
Die Verbindung der Nabenkappenschaufeln 16 mit einem
Propeller 11 mit Endscheiben 21, die die Flügelspit
zenwirbel beseitigen, wird somit ein Antrieb geschaf
fen, mit dem hohe Wirkungsgrade erreicht werden kön
nen. Die Kombination mit Endplatten ist vorteilhaft,
aber nicht zwingend.
Die vorstehend beschriebene Nabenkappe ist in der
Zeichnungen in Verbindung mit einem Z-Antrieb darge
stellt. Die erfindungsgemäßen Nabenkappen sind selbst
verständlich auch bei allen anderen Schiffsantrieben
anwendbar.
Claims (9)
1. Nabenkappe zum Verschließen der Nabenbohrung an
einem Propeller oder an der Unterwassergetriebebirne
eines Antriebes , dadurch gekennzeichnet, daß die Na
benkappe (13, 25) eine Ausgestaltung hat derart, daß
den vom Propeller (11, 11′) im Nabenbereich (15) er
zeugten Strömungswirbeln entgegengewirkt wird.
2. Nabenkappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Nabenkappe (13, 25) mit mindestens einer
Schaufel (16, 26) versehen ist.
3. Nabenkappe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß mehrere Schaufeln (16, 26) in meridionaler
Anordnung regelmäßig auf den Umfang der Nabenkappe
(13, 25) verteilt sind.
4. Nabenkappe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Wölbung der Schaufel(n) (16) der
des Propellers (11) entgegengerichtet ist.
5. Nabenkappe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (16, 26) in
ihrer radialen Erstreckung in der Rotationsachse (22)
des Propellers (11, 11′) beginnen und einen Grenzra
dius (Rg) nicht überschreiten, innerhalb welchem die
Tangentialkomponente (VT) der Geschwindigkeit (Vw) der
Wirbelströmung größer als die durch die Propellerdre
hung verursachte Umfangsgeschwindigkeit (Vu) ist.
6. Nabenkappe nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, gekennzeichnet durch Anwendung der Nabenkappe
(13, 25) in Verbindung mit einem Z-Antrieb (10).
7. Nabenkappe nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, gekennzeichnet durch die Anwendung der Naben
kappe als mitdrehende Nabenkappe (13) an Schrauben
propellern, die in Druckausführung an einer Wellen
anlage oder einem Z-Antrieb arbeiten.
8. Nabenkappe nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch
die Anwendung der Nabenkappe als nicht mitdrehende
Ablaufkappe (13) einer Z-Antriebsbirne am Z-Antrieb
in Zugversion.
9. Nabenkappe nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, gekennzeichnet durch Anwendung der Nabenkappe in
Verbindung mit einem Propeller, der ein Endplattenpropeller
(11 ) beliebiger Bauform ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19622829A DE19622829A1 (de) | 1995-08-16 | 1996-06-07 | Nabenkappe für Schiffsschrauben |
EP96112507A EP0758606A1 (de) | 1995-08-16 | 1996-08-02 | Nabenkappe für Schiffsschrauben |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19529992 | 1995-08-16 | ||
DE19622829A DE19622829A1 (de) | 1995-08-16 | 1996-06-07 | Nabenkappe für Schiffsschrauben |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19622829A1 true DE19622829A1 (de) | 1997-02-20 |
Family
ID=7769528
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19622829A Withdrawn DE19622829A1 (de) | 1995-08-16 | 1996-06-07 | Nabenkappe für Schiffsschrauben |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19622829A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3150482A4 (de) * | 2014-05-28 | 2018-01-17 | Korea Institute of Ocean Science and Technology | Kombinierte propellerabdeckung zur verringerung von rotationsfluss und nabenwirbel und zur erhöhung der antriebseffizienz |
-
1996
- 1996-06-07 DE DE19622829A patent/DE19622829A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3150482A4 (de) * | 2014-05-28 | 2018-01-17 | Korea Institute of Ocean Science and Technology | Kombinierte propellerabdeckung zur verringerung von rotationsfluss und nabenwirbel und zur erhöhung der antriebseffizienz |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |