DE2701914B2

DE2701914B2 - Vorrichtung zur Erzeugung einer Schubkraft in einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE2701914B2
Application number: DE2701914A
Authority: DE
Inventors: Werner 7920 Heidenheim Fork
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1977-01-19
Filing date: 1977-01-19
Publication date: 1980-08-14
Also published as: GB1571969A; US4225286A; DE2701914C3; DE2701914A1; JPS5391294A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Schubkraft in einer Flüssigkeit nach der im Oberbegriff des Anspruches näher beschriebenen Art.

Vorrichtungen mit den wesentlichen Merkmalen dieser Art werden als Zykloidalpropcller, wie beispielsweise der Voith-Schneider-Propcller, zum Antrieb von Schiffen verwendet. Mittels dieser Schubkraftorgane, deren Drehachsen senkrecht zur Wasseroberfläche angeordnet sind, können die Schubkräfte nach Größe und Richtung beliebig eingestellt werden. Die Schubkraftorgane besitzen dabei Flügclform, die während einer Umdrehung des Radkörpers um ihre vertikale Achse hin- und herschwingen. Dabei sind nur Verstellwinkel von ca. 60° in beiden Drehrichtungen erforderlich.

Nachteilig ist dabei in manchen Fällen, daß die Schubkraftorgane aufgrund ihrer Anordnung Beschädigungen ausgesetzt sind. So besteht z. B. bei Grundberührungen die Gefahr, daß die Flügelblätter abbrechen. Das gleiche gilt bei im Wasser vorhandenen Fremdkörpern. Bei Vorhandensein von Wasserpflanzen besteht die Gefahr von Verstopfungen.

Durch die US-PS 3 326 296 ist nun bereits ein Zykloidalpropeller bekannt, bei dem die schubkrafterzeugenden Organe mit Rotationszylinder!! verschen sind, die jeweils nach einer halben Radkörperumdrchung ihre Drehrichtung und damit die Schiibrichtung umkehren.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Schubkraft zu schaffen, die unempfindlicher gegen äußere Einflüsse ist und mit der größere Verstellwinkel, insbesondere mehr als 360" während einer halben Radkörperum

drehung, möglich sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches aufgezeigten Merkmale gelöst.

Bei der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird von dem bekannten Magnus-Effekt Gebrauch gemacht.

Wenn ein rotierender Körper gleichzeitig eine Anströmung erfährt, so entsteht ein Auftrieb bzw. eine Schubkraft senkrecht zur Anströmung. Beim Umströmen des rotierenden Körpers herrschen auf der Seite, auf der die Rotationsrichtung in gleicher Richtung wie die Parallelströmung verläuft, höhere Geschwindigkeiten, was einen kleineren Druck bedeutet. Auf der anderen Seite ergibt sich dagegen ein höherer Druck. Es enisteht somit eine Kraft senkrecht zu der Anströmung in Richtung des geringeren Druckes.

Dieser Effekt wird zur Erzeugung der Vorschubkraft verwendet. Die auf dem rotierenden Radkörper angeordneten Rotationszylinder werden jeweils tangential angeströmt. Entsprechend der Drehrichtung und der Lage der Punkte, wo die Rotationszylinder ihre Drehrichtung umkehren, lassen sich die einzelnen auf die Rotationszylinder wirkenden Kräfte zu einer Gesamtschubkraft zusammenfassen. Dies geschieht dabei dadurch, daß jeder Rotationszylinder während einer Umdrehung einmal seine Drehrichtung ändert; d. h. die Rotationsgeschwindigkeit wird zweimal zu Null und erreicht zweimal ein Maximum. Die Schubgröße wird dabei durch die Rotationsgeschwindigkeit bestimmt, während die Schubrichtung durch die Phasenlage von Beginn bzw. Ende einer Drehrichtung festgelegt wird.

Die Rotationszylinder sind im Vergleich zu Flügelblättern unempfindlicher, und aufgrund ihrer Form ist die Gefahr von Verstopfungen durch Pflanzen und ähnlichem geringer. Außerdem ist die Geräuschentwicklung geringer.

Für die Lage und Verstellung des Steuerknüppels, der das Gestänge betätigt, läßt sich beispielsweise eine Vorrichtung verwenden, wie sie in der DFi-AS 2029995 für die Verstellung des Flügclgcstänges bei einem Voith-Schneidcr-Propellcr beschrieben ist.

Durch das erfindungsgemäßc Zahnstangengetriebe, das einfach und robust im Aufbau sein kann, können mehrere Umdrehungen während eines Halbkreises durchgeführt werden.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine prinzipgemäße Darstellung über die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 den sinusförmigen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit eines Rotationszylinders,

Fig 3 ein Schiff mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Antrieb in prinzipmäßiger Darstellung,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung in prinzipmäßiger Darstellung in der Draufsicht.

In Fig. 1 ist die Wirkungsweise von Rotationszylinder 1 während eines Radkörpcrumlaufes dargestellt. Die Rotationszylinder 1 sind auf einem mit der Winkelgeschwindigkeit (t>_K rotierenden Radkörper 2 angeordnet. Zur besseren Darstellung ist ein Achsenkreuz in der Figur eingezeichnet. Befindet sich der Rotationszylinder 1 auf der positiven A'-Achse (()") ist seine Drehzahl (!(Position /Ί). Durch die Rotation

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des Radkörpers 2 werden die Rotationszylinder tangential (strichlierte Pfeile) angeströmt. Von der Position Pl aus erhält der Rotationszylinder zunehmend eine Winkelgeschwindigkeit ω,, die bei 90° (Position P3) ihr Maximum erreicht. Durch diese Winkelgeschwindigkeit in Verbindung mit der tangentialen Anströmung entsteht entsprechend dem Magnus-Effekt eine mit Pfeilen dargestellte Schubkraftkomponente. In Position PS bei 180° ist die Rotationsgeschwindigkeit des Rotationszylinders wieder Null, anschließend wird sie wieder im umgekehrten Drehsinne bis zum Maximum beschleunigt (Position P7) und anschließend wieder bis auf Null abgesenkt (Position Pl). Die Resultierende aller Schubkraftkomponenten ist durch den Pfeil 3 dargestellt. Seine Größe ergibt sich aus den Winkelgeschwindigkeiten. Durch Verschiebung des Achsenkreuzes, d. h. durch Festlegung der Null-Lagen der Rotationszylinder läßt sich die Richtung der Schubkraft einstellen. Je nach Wunsdi können mehrere, vorzugsweise 4-6, Rotationszylinder auf dem Radkörper angeordnet werden, die alle nacheinander die beschriebenen Position einnehmen und sich so in ihrer Wirkung ergänzen.

In Fig. 2 ist während eines Umlaufes des Radkörpers die Winkelgeschwindigkeit eines Rotationszylinders angegeben. Wie daraus ersichtlich ist, weist sie einen sinusförmigen Verlauf auf, wobei

W₁=(O₂.

In den Fig. 3 bis 5 ist ein Ausfiihrungsbeispiel mit einer mechanischen Antriebseinrichtung dargestellt.

Die Rotationszylinder lsind in einem Radkörper 2 angeordnet und laufen mit diesem um. Die Zahl der Rotationszylinder 1 kann beliebig gewählt werden. Vorzugsweise werden vier bis seciis auf dem Radkör per angeordnet.

Eine Zahnstange 26 ist dabei mit ihrem einen Ende an einem Steuerknüppel 8 angelenkt und arbeitet mit einem Ritzel 27, das entweder direkt oder indirekt über ein Übersetzungsgetriebe mit dem Rotationszylinder 1 verbunden ist, zusammen. Dabei wird die Zahnstange 26 durch den Steuerknüppel 8 hin- und herbewegt und versetzt so den Rotationszylinder 1 über das Ritzel 27 in eine entsprechende Drehbewegung.

In der Fig. 3 ist der Einbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Schiff angedeutel.

Gemäß Fig. 4 erfolgt der Antrieb des Radkörpers 2 über eine Hauptwelle 17 mit einem Zahnrad 18 auf einen Zahnkranz 19.

Statt für den Vortrieb eines Schiffes läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für Pumpen verwenden. Insbesondere ist der Antrieb zum Transport von empfindlichen Gütern geeignet, zum Beispiel für Fische, bei denen die Gefahr besteht, daß die Köpfe abgerissen werden. Auch aggressive Medien, die eine Pumpe angreifen, wie z. B. Kiesaufschwcminungcn. lassen sich damit ohne Gefahr für Beschädigungen der Pumpe transportieren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

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Patentanspruch:

Vorrichtung zur Erzeugung einer Schubkraft in einer Flüssigkeit mit einem rotierenden Radkörper, an dem schubkrafterzeugende Organe mit parallel zur Rotationsachse des Radkörpers verlaufenden Drehachsen angeordnet sind, wobei jedes schubkrafterzeugende Organ einen Rotationszylinder aufweist, der jeweils nach einer halben Radkörperumdrehung seine Drehrichtung umkehrt, und wobei die schubkrafterzeugenden Organe mit einem gemeinsamen, exzentrisch gegenüber der Rotationsachse des Radkörpers einstellbaren Steuerknüppel verbunden sind und wobei die Umkehrpunkte der Rotationszylinder und damit die Schubrichtung durcl· Veränderung der exzentrischen Lage des Steuerknüppels gegenüber der Rotationsachse des Radkörpers einstellbar sind, dadurch ge kennzeich net, daß die Rotationszylinder (1) je über eine Zahnstange (26) mit dem gemeinsamen Steuerknüppel (8) verbunden sind, wöbe: jede Zahnstange (26) an dem Steuerknüppel (8) angelenkt ist und mit einem Ritzel (27), das entweder direkt oder über ein Übersetzungsgetriebe mit dem Rotationszylinder (1) verbunden ist, zusammenarbeitet und daß jedes schubkrafterzeugende Organ lediglich aus einem Rotationszylinder (1) allein besteht.