DE2851733B1

DE2851733B1 - Ruderrotor fuer Wasserfahrzeuge und schwimmendes Geraet

Info

Publication number: DE2851733B1
Application number: DE2851733A
Authority: DE
Inventors: Fred Dipl-Ing Petersen
Original assignee: Jastram Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Jastram Werke GmbH and Co KG
Priority date: 1978-11-30
Filing date: 1978-11-30
Publication date: 1980-01-31
Also published as: US4535714A; FI67063C; PL122589B1; DK149877C; FI793264A; ES486266A1; DE2851733C2; JPS5576797A; SE464864B; IT7969287A0; PL219951A1; NO145754C; NO793358L; DD147083A5; IT1119533B; GB2038260B; NO145754B; DK11979A; SE7909319L; DK149877B

Description

Die Erfindung betrifft einen Ruderrotor für Wasserfahrzeuge und schwimmendes Gerät.

Es ist bekannt, daß bei Rudern für Wasserfahrzeuge und schwimmendes Gerät etwa ²13 der Ruderwirkung an der Saugseite und etwa V3 der Ruderwirkung an der Druckseite erzeugt werden. Je nach dem Seitenverhältnis des Ruders und der Anordnung im Ruder außerhalb des Propellerstrahles tritt eine Saugseitenablösung bei 15° bis 35° Ruderwinkel ein, wobei die Saugseitenwirkung weitgehend zusammenbricht. Als Abhilfe haben sich daher angetriebene Rotoren bewährt, die entweder in der Rudervorderkante oder innerhalb von Knicken mehrteiliger Ruder untergebracht sind (DE-Patentmeldung 28 20 355; DE-PS 4 20 840).

Bisher ausgeführte Ruderrotoren wurden entweder mechanisch oder mit einem Hydraulikmotor angetrieben, wobei die Zuleitung durch den hohlgeborten Ruderschaft erfolgte.
Der mechanische Antrieb eines Ruderrotors durch den hohlgebohrten Ruderschaft ist naturgemäß recht kompliziert und erfordert eine im Schiffsbau kaum einzuhaltende Fertigungsgenauigkeit. Ensprechend teuer ist dieser Antrieb.

Der Antrieb durch einen im Ruderblatt angeordneten Hydraulikmotor ist erheblich weniger aufwendig, wenngleich die Verlegung der erforderlichen sehr dicken Hydraulik-Rohrleitungen durch den hohlgebohrten Ruderschaft und im Ruderkörper selbst nicht unproblematisch ist, insbesondere wenn berücksichtigt wird, daß das Ruder schnell und unproblematisch aus- und einbaubar bleiben muß, um Instandhaltungs- und Reparaturarbeiten an dem Propeller bzw. an der Propellerwelle nicht unnötig zu behindern. Außerdem ergeben die erforderlichen vielen Krümmer in den Hydraulikleitungen erhebliche Strömungswiderstände. Bei gebauten Anlagen gehen über 60% der im Rudermaschinenraum zugeführten Leistung in den Hydraulikleitungen verloren. Ein weiterer Nachteil des hydraulischen Rotorantriebes besteht in der Gefahr von Leckagen, die sich nur bei eingedocktem Schiff reparieren lassen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ruderrotor zu schaffen, der sich möglichst einfach und ohne große Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit der schiffbaulichen Anschlußteile in ein Ruderblatt einbauen läßt, dessen Energiezufuhr möglichst unkompliziert und verlustarm gestaltet werden kann, robust und unanfällig ist und die Ein- und Ausbaubarkeit des

ORIGINAL INSPECTED

Ruderblattes möglichst wenig behindert.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Ruderrotor vorgeschlagen, der erfindungsgemäß als außenlaufender Unterwasser-Elektromotor ausgebildet ist.

Die durchlaufende Achse des zentralen Ständerteils des Rotors läßt sich mit viel Spiel, eventuell auch elastisch bzw. gelenkig oben und unten am Ruderblatt befestigen, wobei diese Verbindung im wesentlichen nur verdrehschlüssig in Bezug auf den Freiheitsgrad der Rotation des Ständerteiles um die eigene Längsachse sein muß, um als Widerlager für das Drehmoment des laufenden Rotors zu dienen, und auch diese Verdrehschlüssigkeit muß nur auf einer Seite des Rotors, also entweder oben oder unten, sichergestellt sein. Naturgemäß muß die Momentschlüssigkeit keineswegs starr sein, sondern kann durchaus eine gewisse Elastizität besitzen. So läßt sich der Rotor sogar vollkommen elastisch im Ruderblatt lagern, so daß es auch bei relativ großer Fertigungsgenauigkeit der Anschlußteile nicht zu Verspannungen kommt und darüber hinaus eine Vibrationsdämmung in beiden Richtungen, sowohl vom Ruderblatt zum Rotor hin als auch umgekehrt, erreicht werden kann. Bei besonders ausgeprägt weicher Aufhängung des Rotors, z. B. in Schwingmetall-Elementen, läßt sich sogar eine Abminderung des Anlaufimpulses und damit auch der Einschaltstromspitze erzielen.

Ein derart ausgebildeter Elektro-Ruderrotor läßt sich komplett fertigstellen und dann als geschlossene Einheit in das Ruderblatt einbauen, ohne daß dabei noch maschinenbauliche Arbeiten anfallen.

Die Energiezufuhr über ein Elektrokabel stellt in dieser Hinsicht sicherlich eine wesentliche Verbesserung gegenüber den bisher ausgeführten Lösungen dar. Sie ist extrem verlustarm, robust und unanfällig. Ein Kabel ist einfach zu verlegen und vergleichsweise dünn, was für die Bohrung im Ruderschaft bedeutsam ist. Zudem sind mit einem Elektro-Kabel auch andere Wege der Energie-Übertragung denkbar als durch den hohlgebohrten Ruderschaft; da ein Elektro-Kabel sehr flexibel ist, läßt es sich z. B. neben dem Ruderschaft aus dem Schiffskörper heraus, dann in Form einer lockeren Spirale um den Ruderschaft herum und dann in das Ruderblatt hineinführen.

Ein Elektro-Ruderrotor gemäß der vorliegenden Erfindung stellt die denkbar einfachste und mit Abstand preisgünstigste Lösung des vorliegenden Problems dar; er ist über sehr lange Zeiträume wartungsfrei und betriebssicher. Der Rotor bzw. die Rotoranlage ist kostensparend herstellbar und nicht nur in Rudern einsetzbar, sondern überall, wo Rotoren zur Strömungsbeeinflussung benutzt werden.

Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, einen Elektro-Rotor auszuführen. Geeignet ist im Prinzip jede Maschine, der über einen feststehenden Wellenzapfen elektrische Energie zugeführt und bei der der eigene Außenmantel angetrieben wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 einen in der Vorderkante eines Ruderblattes angeordneten Elektro-Ruderrotor, teils in einer Seitenansicht, teils in einem senkrechten Schnitt,

F i g. 2 einen Elektro-Ruderrotor, bei dem jedoch die Statorwelle nur einseitig aus dem Motor herausgeführt ist, während der Rotor auf der anderen Seite drehbar in dem Ruderblatt gelagert ist, teils in einer Seitenansicht, teils in einem senkrechten Schnitt,

Fig.3 eine weitere Ausführungsform entsprechend Fig.2, jedoch unter Anwendung des umgekehrten Prinzips eines Schleifringläufer-Elektromotors, teils in Seitenansicht, teils in einem senkrechten Schnitt,

Fig.4 einen Elektro-Ruderrotor, bei dem sich der innen liegende Rotorteil des motorischen Teiles wie bei einem normalen innenlaufenden Elektromotor dreht und den Mantel des Ruderrotors mitnimmt, wobei der Statorteil steht, teils in einer Seitenansicht, teils in einem senkrechten Schnitt,

F i g. 5 einen Elektro-Ruderrotor mit einem integrierten Untersetzungsgetriebe in einem senkrechten Schnitt und

F i g. 6 einen Elektro-Ruderrotor, der nach oben hin vollkommen dicht ausgebildet ist, so daß der oben im Rotor angeordnete elektromotorische Teil aufgrund der Luftblase, die sich bei von unten her eindringendem Wasser bildet, nicht überflutet werden kann, teils in einer Seitenansicht, teils in einem senkrechten Schnitt.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist ein Ruderrotor als außenlaufender Unterwasser-Elektromotor ausgebildet. Eine durchgehende Statorachse 11 ist oben und unten drehsteif mit einem Ruderblatt 90 verbunden. Ausführungsmöglichkeiten für Anschlüsse sind vorangehend erörtert worden. Auf der Statorachse 11 ist der eigentliche Statorteil 12 angeordnet, der über ein Elektro-Kabel 10 mit elektrischer Energie versorgt wird, während der Läuferteil mit 13 bezeichnet ist. Der Läuferteil 13, der als Kurzschlußläufer ausgebildet ist, ist angetrieben. Außerdem ist der Läuferteil 13 direkt auf der Innenseite des Ruderrotor-Zylinders 14a montiert.

Eine derartige Ausführungsform erfordert jedoch zwei kostspielige und im Laufe der Zeit verschleißende Dichtungen gegen Seewasser, nämlich an jedem Rotorende eine. Des weiteren werden elektromotorischen Teile, also Statorteile und Läuferteil, im allgemeinen bei weitem nicht die gesamte Rotorlänge ausfüllen, so daß sich bei dieser Ausführungsform entsprechend F i g. 1 eine lange und entsprechend biegeweiche Statorachse ergibt.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 ist dagegen der Rotor 24 unmittelbar an beiden Seiten des elektromotorischen Teiles auf einer kurzen Achse 21 des Statorteiles 22 gelagert, so daß der Statorteil 22 und der Läuferteil 23 bestmöglich zueinander fixiert sind. Dabei wird allerdings eine weitere Lagerung 25 des Rotorzylinders 24a an dessen unteren Ende in dem Ruderblatt 90 erforderlich. Naturgemäß lassen sich alle skizzierten Rotoren auch um 180° gedreht einbauen. Diese Lagerung läßt sich beispielsweise vorteilhaft als wassergeschmiertes Gleitlager ausführen.

Die in F i g. 3 gezeigte Ausführungsform entspricht in allen Funktionen der Ausführungsform gemäß F i g. 2, nur sind die elektrischen Wirkungsweisen des Statorteils 22 und des Läuferteiles 23 vertauscht, d. h. hier wird der Läuferteil 23 mit Strom versorgt. Die Stromzuführung erfolgt über Schleifringe 36. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß sehr weitgehend auf Bauteile handelsüblicher innenlaufender Elektromotoren zurückgegriffen werden kann.

Noch weitergehender ist das Prinzip des herkömmlichen innenlaufenden Elektromotors bei der Ausführungsform in F i g. 4 beibehalten worden. Hier erfolgt die Stromzufuhr direkt zu dem Statorteil 42. In dem Statorteil 42 rotiert der Läuferteil 41 und nimmt über seine Welle 46 und einen Flansch 45 den Zylinder 44a des Ruderrotors 44 mit. Bei dieser Ausführungsform ist der Rotorzylinder 44a mit dem unteren Ende der Welle

46 des Läuferteils 41 fest verbunden.und mit seinem unteren Ende über einen Wellenzapfen 43b in dem Ruderblatt 90 gelagert. Das obere Ende des Rotorzylinders 44a ist an einer Achse 43a gelagert, die mit ihrem oberen Ende mit dem Ruderblatt 90 fest verbunden ist, während das untere Ende der Achse 43a mit dem Ständerteil 43 verbunden ist, der den Statorteil 42 aufnimmt und in dem das obere Ende der Läuferwelle 46 gelagert ist Der Läuferteil 41 ist dabei in dem Statorteil 42 rotierend angeordnet, während die mit dem Ständerteil 43 verbundene Achse 43a durch den Mantel des Ruderrotors 44 hindurchgeführt und an dem Ruderblatt 90 befestigt ist.

In die Ausführungsform gemäß F i g. 4 läßt sich relativ einfach ein Untersetzungsgetriebe integrieren, das von hohem Nutzen sein kann. Zwar ist eine zu hohe Drehzahl dem erwünschten Effekt nicht abträglich; sie schlägt sich jedoch mit der dritten Potenz im Leistungsbedarf nieder. Insofern ist eine Lösung mit integriertem Untersetzungsgetriebe sehr vorteilhaft.

Naturgemäß sind hier zahlreiche Getriebe-Bauarten verwendbar. Anbieten würden sich im vorliegenden Fall verschiedene Planetengetriebe-Bauarten. Aber auch Stirnradgetriebe sind möglich, wie das aus der Fülle der Möglichkeiten herausgegriffene Beispiel in F i g. 5 zeigt.

Bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform dreht sich der innenlaufende Kurzschlußläufer im Feld der ihn umschließenden Ständerwicklungen des Statorteiles 52. Der Statorteil 52 ist an einem Ständerteil 53 befestigt. Er trägt an beiden Enden die am Ruderblatt 90 befestigten Wellenstümpfe 88 und 89, die endseitig aus dem Rotorzylinder herausgeführt sind. Im Innenraum des Rotors sind sowohl die Lager 57 und 58 für den Läuferteil 51 als auch die Lager 81 und 82 für die Getriebewelle 80 angeordnet. Die Läuferwelle 56 überträgt das Drehmoment über ein Ritzel 59 auf ein Zahnrad 83, das wiederum über eine Getriebewelle 80 und ein Ritzel 84 das Zahnrad 85 dreht. Das Zahnrad 85 ist starr mit dem Rotor-Außenmantel yerbunden, so daß sich dieser, gelagert auf den festen Wellenstümpfen 88 und 89, mitdrehen muß.

F i g. 6 zeigt eine Bauweise, bei der die elektromotorischen Teile besonders gut gegen das umgebende Meerwasser geschützt sind. Hier ist das Gleitlager 65 oben angeordnet, so daß der Ruderrotor nach oben vollkommen luftdicht abgeschlossen ist Oben im Rotor ist der elektromotorische Teil angeordnet

Bei dem in Fig.6 gezeigten Ruderrotor ist das

ίο Antriebsprinzip des in Fig.2 gezeigten Ruderrotors angewandt; es lassen sich hier aber auch die anderen vorangehend beschriebenen Arbeitsprinzipien anwenden. Wesentlich ist, daß bei einem Eindringen von Wasser in den Rotorinnenraum — was nur an der Lagerstelle 69 geschehen kann — eine Luftblase oben im Rotor ausgebildet wird, die die dort angeordneten elektromotorischen Teile vor dem Wasser schützt. Es ist dabei denkbar, das untere Lager 69 als wassergeschmiertes Gleitlager auszubilden und auf eine besondere Dichtung an dieser Stelle vollkommen zu verzichten. Zusätzlich kann der Rotor entweder von Zeit zu Zeit über eine besondere Leitung oder auch nur einmalig durch einen Taucher bei im Wasser liegenden Schiff mit Druckluft ausgeblasen werden, so daß der Luftdruck im Inneren des Rotors bereits etwa dem statischen Druck des umgebenden Wassers entspricht ohne daß bis zum Druckausgleich eine größere Menge Wasser von unten in den Rotor eindringen würde. Im Prinzip muß dabei der oben im Rotor angeordnete motorische Teil nur gegen Spritzwasser angedichtet sein, in F i g. 6 etwa am Lager 68.

Bei der Ausführungsform in Fig.6 ist in die durchgehende Achse 66, 66a ein elastisches Glied 70 eingefügt, um Fluchtungsfehler der drei Lager 67,68 und 69 aufzufangen. Dieses elastische Glied kann aus Schwingmetall bestehen; es kann aber auch als Zahnkupplung od. dgl. ausgebildet sein. Wesentlich ist, daß es kein nennenswertes Biegemoment übertragen darf.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ruderrotor für Wasserfahrzeuge und schwimmendes Gerät, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruderrotor als außenlaufender Unterwasser-Elektromotor ausgebildet ist.

2. Ruderrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruderrotor (14) aus einem feststehenden Ständerteil (12), dessen Achse (11) ein- oder beidseitig an dem Ruderblatt (90) befestigt ist, und aus einem umlaufenden Läuferteil (13) besteht, der den zylindrischen Rotorzylinder (14a,/ trägt, während die Stromversorgung über die feststehende Achse (11) des Ständerteiles (12) erfolgt und der Läuferteil (13) direkt durch magnetische Wechselwirkung zwischen dem Ständerteil (12) und dem Läuferteil (13) umlaufend angetrieben ausgebildet ist.

3. Ruderrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruderrotor (24) mit seinem einen Ende an dem Ruderblatt (90) und mit seinem anderen Ende unmittelbar an beiden Seiten des elektromotorischen Teiles auf einer kurzen Statorachse (21) gelagert ist, die einendig an dem Ruderblatt (90) befestigt ist und die den mit Strom versorgten Statorteil (22) trägt, der von dem mit dem Rotorzylinder (24a,} verbundenen Läuferteil (23) umgeben ist.

4. Ruderrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruderrotor (44) mit der Welle (46) eines Läuferteiles (41) verbunden ist und mit seinem unteren Ende mittels eines Wellenzapfens (43b) in dem Ruderblatt (90) und mit seinem oberen Ende auf einer Achse (43a,) gelagert ist, die mit ihrem oberen Ende an dem Ruderblatt (90) befestigt ist und die mit ihrem anderen Ende mit dem im oberen Bereich des Rotorzylinders angeordneten, den Statorteil (42) tragenden Ständerteil (43) verbunden ist, in dem der Läuferteil (4ί) rotierend angeordnet ist.

5. Ruderrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterwasser-Elektromotor als Getriebemotor ausgebildet ist.

6. Ruderrotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterwasser-Elektromotor mit einem integrierten Untersetzungsgetriebe versehen ist.

7. Ruderrotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruderrotor mit einem Stirnradgetriebe als Untersetzungsgetriebe in Wirkverbindung steht und aus einem im Feld des Statorteils (52) innenlaufenden Kurzschlußläufer (51) besteht, daß der Statorteil (52) an einem Ständerteil (53) befestigt ist, der an seinen beiden Enden an dem Ruderblatt (90) befestigte Wellenstümpfe (88,89) trägt, daß der Ständerteil (53) in seinem Innenraum Lager (57,58) für den Läuferteil (51) und Lager (81, 82) für eine Getriebewelle (80) aufweist, und daß die Läuferwelle (56) endseitig ein Ritzel (59) trägt, das mit einem Zahnrad (83) kämmt, das auf einer Getriebewelle (80) mit einem weiteren Ritzel (84) angeordnet ist, das in ein Zahnrad (85) eingreift, das starr auf dem Wellenstumpf (88) befestigt ist.

8. Ruderrotor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorinnenraum nach oben hin luftdicht abgeschlossen und nach unten hin dichtungslos ausgebildet ist.

9. Ruderrotor nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorinnenraum mit einer Druckluftleitung verbunden ist.

10. Ruderrotor nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorinnenraum von außen über verschließbare oder unverschließbare öffnungen mittels Druckluft ausblasbar ausgebildet ist

11. Ruderrotor nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum des Ruderrotors eine Wassermenge angeordnet ist, oberhalb der eine Schutzluftblase für die elektromotorischen Teile (Läufer- und Ständerteil) ausgebildet ist.

12. Ruderrotor nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Läuferteil (23) mit Stromzuführungsschleifringen (36) verbunden ist.

13. Ruderrotor nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruderrotor elastisch oder gelenkig an dem Ruderblatt (90) befestigt ist