DE19856305A1 - Schiffsantrieb - Google Patents
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- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
- B63H25/42—Steering or dynamic anchoring by propulsive elements; Steering or dynamic anchoring by propellers used therefor only; Steering or dynamic anchoring by rudders carrying propellers
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- 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
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit auf fest im Schiffskörper oder unter dem Schiffsheck liegenden Antriebswellen angeordneten Propellern. DOLLAR A Um bei solchen Schiffsantrieben eine optimale Schubkraft für die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt bei gleichzeitigem Wegfall eines separaten Steuerorgans zu erreichen, werden die Antriebswellen paarweise im Bereich von knapp oberhalb bis knapp unterhalb der Wasseroberfläche am Heck eines Schiffs- bzw. Bootskörpers gelagert und auf die Schwanzenden der Antriebswellen an der Oberfläche drehende Verstellpropeller montiert, so daß der Drehkreis der sogenannten Oberflächen-Verstell-Propeller zumindest 30% oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist und der Schiffs- bzw. Bootskörper ohne ein zusätzliches Steuerorgan, z. B. ein Ruder, ausgerüstet ist. Dabei sind die paarweise angeordneten Oberflächen-Verstell-Propeller für die normale Marschfahrt entgegengesetzt drehend schaltbar und für Steuermanöver gleichsinnig drehend schaltbar und das Maß der Steuerbewegung ist durch Veränderungen von Steigung der Propellerflügel und der Drehzahl der Propeller- bzw. Antriebswellen einstellbar.
Description
Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit auf fest im Schiffskörper oder unter
dem Schiffsheck liegenden Antriebswellen angeordneten Propellern.
In der Binnenschiffahrt hat sich bei Schub- und Schleppfahrzeugen (Wassertrecker)
der Voith-Schneider-Propeller als Schiffsantrieb wegen der damit erreichbaren
hohen Manövrierfähigkeit der Einheiten bewährt. Da der Propellerstrahl durch die
relativ einfache konzentrische Verschiebung des Steuerpunktes beliebig gerichtet
werden kann, ist somit der Einbau eines Ruders bei Schiffseinheiten mit einem
Voith-Schneider-Antrieb völlig überflüssig und deshalb ein solches nicht mehr
vorhanden.
Weiterhin haben sich mit der Möglichkeit der Herstellung zuverlässiger Z-Getriebe
auch Antriebsanlagen durchgesetzt, bei der die Schiffsschraube an einem um 360°
drehbaren, stromlinienförmig ausgebildeten Pylon unter dem Schiff befestigt ist.
Diese Ruderpropeller dienen in einer Baueinheit sowohl dem Schiffsantrieb als auch
der Schiffssteuerung.
Den neuesten Stand auf diesem Gebiet stellen die Azipodpropeller dar, wo statt
eines mechanischen Antriebs des Propellers über ein Z-Getriebe der Antrieb über
einen vor dem Propeller gelagerten und mit ihm drehbaren E-Motor erfolgt.
Bei diesem Schiffsantrieb mit innerhalb eines drehbaren Pylons angeordnetem
Propeller entfällt natürlich auch das traditionelle Ruder.
Bei fest auf im Schiffskörper oder unter dem Schiffsheck liegenden Antriebswellen
angeordneten Propellern ist eine Umlenkung des Propellerstrahles jedoch nur dann
möglich, wenn der Propeller innerhalb einer um eine senkrechte Achse verschwenk
baren Düse rotiert. Diese sogenannten Düsenruder bringen zwar gegenüber
herkömmlichen Rudern eine bessere Ruderwirkung, jedoch kann nicht auf die
Anordnung zweier mechanisch getrennter Einheiten - Schubantrieb und
Schiffssteuerung - verzichtet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schiffsantrieb mit fest auf im Schiffskörper oder
unter dem Schiffsheck liegenden Antriebswellen angeordneten Propellern zu
schaffen, insbesondere für Schub- und Binnenschiffe, mit dem sowohl eine optimale
Schubkraft für die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt erreicht werden kann als auch die
Steuerbewegungen des Schiffsobjektes ausgeführt werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch erreicht, daß die fest im Schiffskörper
oder unter dem Schiffsheck liegenden Antriebswellen paarweise im Bereich von
knapp oberhalb bis knapp unterhalb der Wasseroberfläche, der Konstruktions
wasserlinie, angeordnet werden und daß am Heck des Wasserfahrzeugs auf den
Schwanzenden der paarweisen Propellerwellen an der Oberfläche drehende
Verstellpropeller montiert werden, so daß der Drehkreis der sogenannten
Oberflächen-Verstell-Propeller sich zumindest 30% oberhalb der Wasseroberfläche
befindet, und daß das Wasserfahrzeug ohne ein zusätzliches Steuerorgan, z. B. ein
Ruder, ausgerüstet wird.
Erfindungsgemäß werden vorzugsweise am Heck des Wasserfahrzeugs zwei im
wesentlichen nebeneinander liegende und bei normaler Marschfahrt entgegen
gesetzt drehende Oberflächen-Verstell-Propeller vorgesehen.
Die Ausführung von Steuermanövern wird erfindungsgemäß sowohl durch die
Verstellung der Propellerflügel als auch durch das Umsteuern der Drehrichtung eines
der beiden Propeller erreicht, so daß dann der Schaufelradeffekt beider Oberflächen-
Verstell-Propeller in gleicher Richtung zur Wirkung gebracht wird.
Erfindungsgemäß werden weiterhin die Propellerwellen jeweils in einem
Winkelbereich von 0° bis 45°, vorzugsweise von 0° bis 20°, zur Schiffslängsachse in
der horizontalen Ebene angeordnet, um durch Überlagerung der Schubkraft- und der
Querkraftkomponenten einen größeren Kraftvektor in Bewegungsrichtung des
Schiffes zu erreichen.
Da die relativ großen Propellerdurchmesser, die hohen Flügelzahlen und die großen
Nabendurchmesser bei Propellern aus Bronze zu hohen Propellergewichten führen,
sollten zur Vermeidung dieser hohen Propellergewichte die Flügel der Oberflächen-
Verstell-Propeller erfindungsgemäß aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt werden.
Nachstehend wird die Erfindung an dem Steuer- und Manövrierkonzept für ein
Stromschubboot mit Oberflächenpropeller näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Die Seitenansicht eines Schubbootes mit Anordnung von Oberflächen-
Verstell-Propellern am Heck;
Fig. 1a Die stilisierte Darstellung eines Schubbootes mit Anordnung von
Oberflächen-Verstell-Propellern am Heck;
Fig. 2 Die Antriebs- und Bewegungsvektoren von Oberflächensystemen;
Fig. 3 Vektoren bei Geradeausfahrt;
Fig. 4 Vektoren bei normalem Drehkreis;
Fig. 5 Vektoren bei Rückwärtsfahrt durch Drehrichtungsumkehr;
Fig. 6 Vektoren bei Rückwärtsfahrt durch Steigungsänderung.
Bei einer Anordnung der Oberflächenpropellern hinter dem Schiff ist die Verwendung
von zusätzlichen Rudern nicht nötig, da eine Steuerung des Schiffes nur mit dem
Propeller möglich ist. Die Besonderheit des oberflächendurchstoßenden Propellers
ist, daß die Flügel nur mit der unteren Propellerkreisfläche ins Wasser eintauchen und
somit stets eine Querkraft am Propeller vorhanden ist. Diese Querkräfte des
Propellers können zum Steuern ausgenutzt werden.
Durch die paarweise Kombination von zwei Oberflächen-Verstell-Propellern ist die
Möglichkeit einer universellen Steuerung durch die in zwei Richtungen steuerbare
Kraftvektoren Schub und Querkraft je Propeller gegeben. Erreicht wird dies durch die
Kombination von Drehzahl/Richtung mit einer Steigungsverstellung. Entsprechend
Fig. 2 lassen sich theoretisch damit alle Bewegungsformen auch ohne Ruder bzw.
Bugstrahlruder in der horizontalen Ebene erreichen. Voraussetzung ist eine
universelle Steuermöglichkeit von Steigung, Drehzahl und Drehrichtung jedes
Propellers. Am günstigsten wird das durch ein dieselelektrisches Steuerkonzept
verwirklicht.
In den ersten beiden Spalten der Fig. 2 ist die achsparallele Anordnung der
Propellerachsen dargestellt, in der dritten Spalte eine schuboptimierte, leicht aus der
Schiffslängsachse herausgedrehte Variante.
Im Weiteren soll das Bewegungskonzept anhand der schuboptimierten Variante
vorgestellt weden. Beim Antrieb eines Propellers bildet sich eine Schubkomponente
und eine Querkraft. Diese beiden Komponenten können durch Variation von
Steigung und Drehzahl zueinander verändert werden. Prinzipiell ist damit die
Möglichkeit gegeben, mit einem Propeller geradeaus zu fahren und auch leichte
Drehungen/Versetzungen durchzuführen. Durch die Verwendung von zwei
Propellern ergeben sich jedoch erheblich günstigere Steuereigenschaften.
Die einzelnen Bewegungsformen werden dabei wie folgt erzielt:
Geradeausfahrt, Fig. 3:
Die Propeller drehen entgegengesetzt. Die Steigung entspricht einem für die Leistungsumsetzung optimalen Punkt. Die Querkräfte heben sich durch die entgegengesetzte Drehrichtung auf.
Geradeausfahrt, Fig. 3:
Die Propeller drehen entgegengesetzt. Die Steigung entspricht einem für die Leistungsumsetzung optimalen Punkt. Die Querkräfte heben sich durch die entgegengesetzte Drehrichtung auf.
Leichte Kurvenfahrt, Fig. 4:
Die Drehzahl der Propeller oder Leistungsumsetzung ist an jedem Propeller unterschiedlich. Bei voller Leistungsumsetzung hat der Propeller mit der geringeren Drehzahl eine höhere Steigung. Dadurch wird die Querkraft wesentlich vergrößert. Es erfolgt eine Drehung, kombiniert mit einem Versatz.
Die Drehzahl der Propeller oder Leistungsumsetzung ist an jedem Propeller unterschiedlich. Bei voller Leistungsumsetzung hat der Propeller mit der geringeren Drehzahl eine höhere Steigung. Dadurch wird die Querkraft wesentlich vergrößert. Es erfolgt eine Drehung, kombiniert mit einem Versatz.
Extreme Kurvenfahrt:
Es arbeitet nur ein Propeller oder beide Propeller haben die gleiche Drehrichtung bei gleicher Steigungsrichtung.
Es arbeitet nur ein Propeller oder beide Propeller haben die gleiche Drehrichtung bei gleicher Steigungsrichtung.
Versetzen:
Ein Propeller arbeitet mit Schubvektor voraus und einer Querkraftrichtung. Der andere Propeller arbeitet mit rückwärtsgerichtetem Schubvektor und mit einem in die gleiche Richtung wie der erste Propeller weisenden Querkraftvektor.
Ein Propeller arbeitet mit Schubvektor voraus und einer Querkraftrichtung. Der andere Propeller arbeitet mit rückwärtsgerichtetem Schubvektor und mit einem in die gleiche Richtung wie der erste Propeller weisenden Querkraftvektor.
Rückwärtsfahrt, Fig. 6:
Beide Propeller arbeiten mit entgegengesetzter Drehrichtung gleicher Steigungseinstellung und rückwärtsgerichtetem Schubvektor.
Beide Propeller arbeiten mit entgegengesetzter Drehrichtung gleicher Steigungseinstellung und rückwärtsgerichtetem Schubvektor.
Claims (4)
1. Schiffsantrieb mit auf fest im Schiffsköper oder unter dem Schiffsheck liegenden
Antriebswellen angeordneten Propellern, dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebswellen paarweise im Bereich von knapp oberhalb bis knapp
unterhalb der Wasseroberfläche, der Konstruktionswasserlinie, am Heck eines
Schiffs- bzw. Bootskörpers gelagert sind und daß auf den Schwanzenden der
Antriebswellen an der Oberfläche drehende Verstellpropeller montiert sind, so daß
der Drehkreis der sogenannten Oberflächen-Verstell-Propeller zumindest 30%
oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist und daß der Schiffs- bzw.
Bootskörper ohne ein zusätzliches Steuerorgan, z. B. ein Ruder, ausgerüstet ist.
2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die paarweise angeordneten Oberflächen-Verstell-Propeller für die normale
Marschfahrt entgegengesetzt drehend schaltbar sind und für Steuermanöver
gleichsinnig drehend schaltbar sind und daß das Maß der Steuerbewegung durch
Veränderungen von Steigung der Propellerflügel und der Drehzahl der Propeller-
bzw. Antriebswellen einstellbar ist.
3. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebswellen jeweils in einem Winkelbereich von 0° bis 45°,
vorzugsweise von 0° bis 20°, zur Schiffslängsachse in der horizontalen Ebene
angeordnet sind.
4. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Flügel der Oberflächen-Verstell-Propeller aus Faserverbundwerkstoffen
gefertigt sind.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998156305 DE19856305A1 (de) | 1998-12-07 | 1998-12-07 | Schiffsantrieb |
EP99124176A EP1008514A1 (de) | 1998-12-07 | 1999-12-03 | Schiffsantrieb |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998156305 DE19856305A1 (de) | 1998-12-07 | 1998-12-07 | Schiffsantrieb |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19856305A1 true DE19856305A1 (de) | 2000-06-08 |
Family
ID=7890188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998156305 Withdrawn DE19856305A1 (de) | 1998-12-07 | 1998-12-07 | Schiffsantrieb |
Country Status (2)
Country | Link |
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EP (1) | EP1008514A1 (de) |
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