DE2144889C3 - Flossenpropeller - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Flossenpropeller zum Antrieb von Wasserfahrzeugen, z. B. von kleineren Booten und großen Schiffen, wie sie z. B. aus der deutschen Patentschrift 8 90 762, dem deutschen Gebrauchsmuster 18 77 876, der österreichischen Patentschrift 21 313 und der USA.-Patentschrift 16 01 246 bekannt sind.

Diese Flossenpropeller bestehen aus einem, um eine feststehende Achse hin- und herbewegten Schwingarm und einer an dessen schwingendem Ende drehbar gelagerten Flosse, deren Arbeitsein- bzw. Arbeitsansiellwinkel gegenüber dem Schwingarm durch An- *s schlagstücke am Schwingarm begrenzt sind.

Alle diese Flossenpropeller haben drei gemeinsame Nachteile:

1. Der Flossenwinkel ist nicht regelbar. Sie sind also mit einem festen vorgewählten Flosseneinstellwinkel für einen eng begrenzten Geschwindigkeitsbereich ausgelegt

2. Die Schubrichtung dieser Flossenpropeller ist nicht umkehrbar. Man kann also nicht mit ihnen bremsen oder Rückwärtsschub erzeugen.

3. Die eigentlich nur für Schnellfahrt sinnvolle Anordnung dieser bekannten Flossenpropeller hat aber gerade dort einen niedrigen Wirkungsgrad. Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, diese Nachteile zu vermeiden und insbesondere dein Flossenanstellwinkel für verschiedene Schubrichtungen zur Erhöhung des Wirkungsgrades regelbar zu machen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß

a) die Flosse doppelsymmetrisch profiliert ist und eine in der Profilmitte befestigte Achse hat;

b) zwei voneinander unabhängige Anschlagsysteme vorhanden sind, und zwar ein erstes System, bestehend aus den Anschlagstücken und der Steuerstange für die Begrenzung des Flossenanstellwinkels und ein zweites System, bestehend aus den ortsfest am Schiffskörper befestigten Anschlagstücken und der Steuerstange, für die Umsteuerung der Flossen und

c) die Anschlagstücke von der Stellung für die Fahrtrichtung in die Stellung für die Fahrtrichtung umschaltbar sind.

Dabei können die Anschlagstücke zwecks Anpassung des Anstellwinkels der Flosse an den jeweiligen Betriebszustand z. B. mit Hilfe eines Verschiebestücks am Schwingarm verstellbar angeordnet sein.

Durch die.Möglichkeiten der kontinuierlichen aktiven Anpassung der Flossenstellung auch während des Betriebes und zum Manövrieren zeichnet sich dieser Flossenpropeller vor den obengenannten Erfindungen aus. Er ist deshalb z. B. als Antrieb für Bugsierschlepper zur Erzeugung hoher Schübe aus dem Stand heraus geeignet, bzw. in solchen Fällen einsetzbar, wo große schwimmende Massen (z. B. Pontons) mit mäßiger Geschwindigkeit bewegt werden müssen.

Werden höhere Schwimmgeschwindigkeiten gefordert, so kann mit einer Ein- bzw. Anstellwinkelverstelleinrichtung die Flosse in Abhängigkeit vom Schwingarmwinkel mit ihrem Anstellwinkel dem effektiven Anströmwinkel angepaßt werden, welcher sich aus der Überlagerung der Rotationsbewegung des Schwingarmes und der Translationsbewegung in Fahrtrichtung ergibt Zu diesem Zweck kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch den Schwingarm ein verstellbares, parallelogrammartiges oder dergleichen Gestänge in der Schwingebene mitbewegt werden, welches in Abhängigkeit vom Schwingarmwinkel den Flossenanstellwinkel gegenüber dem Schwingarm verstellt Dies wird dadurch erreicht, daß das Anschlagstück statt auf dem Schwingarm auf dem einen Schenkel eines um die Flossenachse drehbar mit der Spitze angeordneten Leitwinkels verstellbar angeordnet ist, der über den anderen Schenkel bei durch die Leitstange in Abhängigkeit vom Schwingarmwinkel β gegenüber dem Schwingarm durch das Verschieben des Lageirbocks auf der Führungsstange verstellt wird.

Um einen ruhigen Gang bei einem möglichst stoßfreien Arbeiten des Flossenpropellers zu erreichen können Mittel, z. B. Federn zur Dämpfung des hin und hergehenden Massen des Schwingarms angeordne werden. Der Schwingann kann zwischen Federn derar

angeordnet und mit diesen verbunden sein, daß diese das Verzögern bzw. Beschleunigen der hin- und herbewegten Massen unterstützen, indem die beim Verzögern in die Federn gelangte Energie den anschließenden Bcschleunigungsvorgang unterstützt Dabei sind die Federkräfte in der SchwingarmmitteUage gleich Null. Günstig ist der Resonanzfall zwischen der Antriebsfrequenz und dem Feder-Massen-System. Auch die im Umkehrbereich des Schwingarms ortsfest am Schiffskörper angeordneten, verstellbaren Anschlagsiücke zur Änderung des Flossenanstellwinkels in die Umkehrlage können federnd ausgebildet sein. Auch diese Maßnahme trägt ebenso wie die oben beschriebene Federanordnung am Schwingarm zum ruhigen Lauf des Flossenpropellers und durch den Energieaustausch zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei, der aber im wesentlichen durch die antriebsmäßige Steuerung, d.h. Anpassung des Ein- bzw. Anstellwinkels an die Betriebserfordernisse sinen hohen Wert erreicht

Einige Ausführungsbeispiele von Flossenpropellern gemäß der Erfindung sind in den Fig. 1 bis 8 schematisch dargestellt Diesen Darstellungen und deren Beschreibungen können weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung entnommen werden.

F i g. 1 zeigt ein Schema eines arbeitenden Flossenpropellers,

Fig.2 einen Schnitt »A-A« gemäß der Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt»Ä-ß« gemäß der Fig. 1,
F i g. 4 einen Schnitt »C-C« gemäß der F i g. 1,
Fig. 5 einen Schnitt »D-D« gemäß der Fig. 1,
Fig. 6 einen Schnitt»£-£< < gemäß der Fig. 1,
Fig.7 ein Schema einer mit dem Schwingarm gekoppelten Anstellwinkelverstelleinrichtung in Parallelogrammausführung und
Fig. 8 einen Schnitt»F-F« gemäß der Fig. 7.
Gemäß den Fig. 1 bis 6 besteht der Flossenpropeller aus einem Schwingarm 1, einer Flosse 2 mit einer Achse 7, einem Kurbeltrieb 3, einem den Winkel 14, 14', der Flosse 2 gegenüber dem Schwingarm 1 begrenzenden Anschlagstücken 5', einem am Schwingarm 1 an diesem axial verstellbaren, die Anschlagstücke 5" tragenden Verschiebestücks und aus Anschlagstücken 8 und ff, welche von verstellbaren Wippen 8 c und 8 d getragen werden, die mit Hilfe von Sockeln9 und 9 z.B. am Schiffsboden 11 befestigt sind. Mit der Achse 7 ist ein Steuerkreuz fest verbunden, welches aus Anschlagstäben 4 und Steuerstangen 6 besteht, von denen der Anschlagstab 4 mit den Anschlagstücken 5' und die Steuerstange 6 mit den Anschlagstücken 8 und 8* zusammenarbeitet Und zwar handelt es sich um zwei voneinander unabhängige Anschlagsysteme, ein erstes System (bestehend aus den Anschlagstücken 5' und der Steuerstange 4) für die Begrenzung des Flossenanstellwinkels 14, 14' und ein zweites System (bestehend aus den Anschlagstücken 8,8* und der Steuerstange 6) Tür das Umsteuern der Flossenlage von der Hin- auf die Rückbewegung des Schwingarms 1. Die Anschlagstücke 8, 8' können von der Stellung 8a, 8a' Tür die Fahrtrichtung 30 in die Stellungen, iff für die Fahrtrichtung31 entsprechend Pfeil 17 umgeschaltet werden. Mit 10 sind am Schwingarm I angreifende Federn beziffert, welche mit ihren anderen Enden an Widerlagern W befestigt sind.

Der Kurbeltrieb 3 erzeugt eine Hin- und Herbewegung 12 bzw. 13 des Schwingarms 1 um seine Achse 28. Am freien Ende des Schwinganms 1 ist die Flosse 2 im Lager 1 α drehbar gelagert Für eine Schiffsbewegung in Richtung 30 ist die Flosse mit ausgezogenen Linien gezeichnet Der Flossen-Anstellwinkel 14, 14' der Flosse 2 gegenüber dem Schwingarm 1 wird über das auf dem Schwingarm 1 verstellbar angebrachte Verschiebestück 5 und den mit der Flosse: 2 starr verbundenen Anschlagstab 4 begrenzt Die: Anschlagstücke 8 und 8* sind an den Umkehrpunkten des hin- und herbewegten Schwingarms 1 angeordnet Sie dienen zur Umsteuerung der Flossenstellungen vom Hin- und Rückschlag und umgekehrt. Dabei stößt die starr mit der Achse 7 verbundene Steuerstange 6 im Umkehrbereich des Schwingarms 1 mit seinem Zapfen a auf das Anschlagstück 8 und dreht die Flosse 2 in die neue Schlagstillung, die sie während des eigentlichen Schlages durch die hydraulischen Kräfte automatisch beibehält. In Stellung 8a bzw. Sa' der Anschlagstücke 8 bzw. 8* stößt das Ende mit dem Zapfen α der Steuerstange 6 auf die Anschlagstücke 8 bzw. B¹. Dadurch ist die Flosseneinstellung für die Schiffsbewegung in Richtung 30 gegeben.

Soll das Schiff in entgegengesetzter, also in Richtung 31 fahren, so werden die federnden Anschlagstücke 8 und 8" durch Drehen der Wippun8cund 8</(s. Pfeile

17) in die gestrichelt gezeichneten Stellungen 8 b und 8 b' gebracht In diesen Stellungen 'trifft bei der Hin- und Herbewegung des Schwingarms 1 das andere Ende des Anschlagstabes 6 mit seinem Zapfen b auf die Anschlagstücke 8 bzw. 8\ Soll das Schiff wieder in Richtung 30 fahren, so werden die Wippen in die anderen Stellungen zurückgestellt. Es ist also durch einfaches Umstellen der Wippen8cbzw. -Ad(Pfeile 17) möglich, von der Vorwärtsfahrt auf die Rückwärtsfahrt schlagartig mit Hilfe an sich bekannter Mittel, wie z.B.

Bowdenzüge, Gestänge oder Hydraulikmittel, welche an den Hebeln8ς 8dangreifen,, umzuschalten.

Die Federn 10 nehmen die Bewegungsenergie der hin- und herbewegten Massen wechselseitig auf und geben sie wieder ab, so daß bei gut angepaßtem Feder-Masse-System (abgesehen vom Anfahrvorgang) nur noch die Widerstandskräfte der Flosse und die Reibungskräfte der übrigen Mechanik vom Antriebsmotor aufgebracht werden müssen.
Die in den Fig.7 und 8 schematich dargestellt, mit einem Schwingarm 1 gekoppelte Anstellwinkelverstelleinrichtung in Parallelograrnmausfühirung, besteht aus einer Leitstange 18, einem Leitwinkel 19, einem Lagerblock 20 und einer Führungsstange 21, weiche senkrecht zur Mittelstellung 22 des Schwingarms 1 bzw. parallel zur Basislinie des Schwingarmsystems angeordnet ist Der Leitwinkel 19 ist auf der Achse 7 drehbar gelagert und mit einem Bolzen 24 mit der Leitstange 18 drehbar verbunden. Die Leitstange 1.8 ist mit ihrem anderen Ende durch einen Bolzen 25 mit dem Lagerbock 20 drehbar gekoppelt, welcher auf der Führungsstange 21 in Richtung 26 verstellbar ist. Das Verschiebestück 5 mit den Anschlagstücken 5' ist um Leitwinkel 19 in Richtung 27 verstellbar angeordnet.
Zur Verstellung des Anstellwinkels können an sich bekannte Mittel, wie z. B. Bowdenzüge oder biegsame Wellen verwendet werden, welche nicht dargestellt sind und an dem beweglichen Lagerbock 20 angelenkt sind bzw. angreifen. Durch Verschieben des Lagerbocks 20 auf der Führungsstange 21 in Richtung 26 kann der Anstellwinkel während des Stillstandes und auch während des Betriebs geregelt werden.

Mit dieser Anstellwinkelverstelleinrichtung kann wie folgt gearbeitet werden:

Je nach Wahl der Exzentrizität e(Stellung des Lagerbocks 20 auf der Führungsstange ?.l bezogen auf den Schwingarmdrehpunkt 28) wird mit Hilfe der Leitstange 18 der Leitwinkel 19, der das Verschiebestück 5 mit den Anschlagstücken 5' trägt, um die Achse 7 in Abhängigkeit vom Schwingarmwinkel./? verdreht Durch die Wahl der Exzentrizität e kann damit dem durch die Anschlagstücke ? gegenüber Jem Schwingarm eingestellten Winkel 14 ein vom Schwingarmwinkel abhängiger Einstellwinkel überlagert werden Diese Verstelleinrichtung ermöglicht ein optimale:

Anpassen des Flosseneinstellwinkels an die jeweiliger

Betriebsbedingungen.
Für den Standschub wird e= 0 gewählt Mit zuneh

mender Vorwärtsfahrt (Rückwärtsfahrt) wird e zu grö

ßeren Werten verstellt
Der Schwingwinkel des Schwingarms 1 kann durch

Verändern der Kurbelarmlänge 32 reguliert werden

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flossenpropeller zum Antrieb von Wasserfahrzeugen, welcher aus einem um eine feststehende s Achse hin- und herbewegten Schwingann und einer an dessen schwingendem Ende drehbar gelagerten Flosse besteht, deren Anstellwinkel gegenüber dem Schwingarm durch Anschlagstücke am Schwingarm begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Flosse (2) doppelsymmetrisch profiliert ist und eine in der Profilmitte befestigte Achse (7) hat;

b) zwei voneinander unabhängige Anschlagsysteme vorhanden sind, und *war ein erstes System, bestehend aus den Anschlagstucken (50 und der Steuerstange (4), für die Begrenzung des Flossenanstellwinkels (14, 140 und ein zweites System, bestehend aus den ortsfest am Schiffskörper befestigten Anschlagstücken (8,80 und der Steuerstange (6) für die Umsteuerung der Flossen (2) und

c) die Anschlagstücke (8,80 von der Stellung (8 4 8aO für die Fahrtrichtung (30) in die Stellung (8 b, 8 U) für die Fahrtrichtung (31) umschaltbar sind (entsprechend Pfeil 17).

2. Flossenpropeller nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagstücke (50 mit Hilfe eines Verschiebestücks (5) am Schwingarm (1) verstellbar angeordnet sind.

3. Flossenpropeller nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (Federn 10) zur Dämpfung der Kräfte der hin- und herbewegten Massen des Schwingarms (1) angeordnet sind.

4. Flossenpropeller nach dem Patentansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagstücke (8,80 federnd ausgebildet sind;

5. Flossenpropeller nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagstück (S) statt auf dem Schwingarm (1) auf dem einen Schenkel eines um die Flossenachse (7) drehbar mit der Spitze angeordneten Leitwinkels (19) verstellbar angeordnet ist, der über den anderen Schenkel bei (24) durch die Leitstange (18) in Abhängigkeit vom Schwingarmwinkeljff gegenüber dem Schwingarm (1) durch das Verschieben des Lagerbocks (20) auf der Führungsstange (21) verstellt wird.

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