DE2906590A1

DE2906590A1 - Vortriebseinheit fuer schwimmkoerper

Info

Publication number: DE2906590A1
Application number: DE19792906590
Authority: DE
Inventors: Georges Mougin
Original assignee: Iceberg Transport International ITI Ltd
Current assignee: Iceberg Transport International ITI Ltd
Priority date: 1978-03-06
Filing date: 1979-02-21
Publication date: 1979-09-20
Also published as: GB2015955A; JPS54126393A; FR2419212A1; AU4463079A

Description

Iceberg Transport International (ITI)
43» avenue de Friedland

F- 75oo8 PARIS

Vortriebseinheit fur Schwimmkörper

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vortriebseinheit für Schwimmkörper, die vollständig unter Wasser arbeitet und bei geringen Geschwindigkeiten einen hohen, in seiner Richtung einstellbaren Vortrieb erzeugt.

Die Bewegung großer schwimmender Massen, wie beispielsweise schwimmender Gebäude oder Eisberge erfordert die Anwendung sehr hoher Vortriebskräfte in der Größenordnung von mehreren MN, die entweder durch Hochseeschlepper oder aber durch unmittelbar an die schwimmenden Massen angebrachte Vortriebseirtieiten aufgebracht werden können.

Bei einer für die Anmelderin geschützten Technik ist vorgesehen, daß die zu bewegende, schwimmende Masse mit einer Anzahl untereinander verbundener, die schwimmende Masse umgebender Schwimmtürme umgeben wird. Bei dieser insbesondere in den französischen Patentanmeldungen 77 28859, 77 24979 und 77 3498ο dargelegten Technik ist eine Reihe von mittels Schlepp- und Zurrleinen untereinander und mit der schwimmenden Masse verbundener Schwimmtürme mit Vortriebseinheiten ausgerüstet, welche herkömmliche Schraubenpropeller aufweisen, denen jedoch der Nachteil eines geringen mechanischen Wirkungsgrades, etwa 6 bis 8 Watt Zugkraftverlust je Zugkrafteinheit anhaftet.

Während einer Zusammenkunft unter der Bezeichnung "Konferenz über die Eisbergnutzung" in der Zeit vom 2. bis 6. Oktober 1977 an der "Iowa State University " die sich mit dem Problem des geringen Wirkungsgrades klassischer Schiffsschrauben befaßte, hat Herr Shawkat Ismail für Schwimmkörper gemäß der französischen Patentanmeldung 77 2o436 ein Schaufelrad als Vortriebseinheit vorgeschlagen. Das vorgeschlagene Schaufelrad soll vollständig unter Wasser arbeiten und mit rund um eine

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horizontale Antriebsachse verteilt angeordneten, einstellbaren Schaufeln versehen sein. Der Verstellung der Schaufeln des Schaufelrades ist eine zur Antriebsachse koaxiale Steuerscheibe zugeordnet, welche über keilförmig abgewinkelte Flächen mit den verlängerten Enden der Lagerwellen der Schaufelblätter zusammenwirkt und eine wenigstens 9o° betragende Verstellung der Schaufelblätter während einer halben Umdrehung bewirkt. Eine Verstellung der keilförmig winkelig ansteigenden Flächen durch Drehen der Steuerscheibe um 18o bewirkt eine Umkehrung der Antriebsdrehrichtung. Die Steuerscheibe umfaßt zwei ebene Segmente, auf denen wenigstens eine rechteckige Nocken aufweisende Rolle geführt ist, welche ihrerseits an der Verlängerung der Lagerwelle eines Schaufelblattes befestigt ist. Die Lagerwellen der Schaufelblätter sind in einer zur Antriebsachse rechtwinkelig ausgerichteten Ebene drehbar im Schaufelrad verlagert und über einen Drehwinkelbereich von 9o° hin dadurch gesteuert, daß die rechteckige Nocken aufweisenden Führungsrollen mittels jeweils eines gleichfalls an jeder Lagerwelle angeordneten konischen Zahnrades, welches mit zwischen den ebenen Flächen der Steuerscheibe angeordneten Abschnitten eines Zahnkranzes in Eingriff gelangt, mit den ebenen Flächen der Steuerscheibe ausser Eingriff gebracht werden. Es ist also wenigstens ein Steuerscheibendurchmesser vorhanden, an dessen einer Seite ein erstes ebenes Segment und an dessen anderer Seite ein zweites ebenes Segment und die beiden Zahnkranzabschnitte angeordnet sind. Eine solche Lösung ist lediglich bei Vortriebseinheiten mit geringer Schubkraft befriedigend.

Ausgehend von diesem Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine bei niedrigen Geschwindigkeiten in der Größenordnung bis zu 1 Knoten arbeitende Vortriebseinrichtung mit einer Schubkraft von o,5 bis 1 MN zu schaffen, welche eine einer herkömmlichen Schiffsschraube gegenüber um das Zwei- bis Vierfache höhere mechanische Wirkung erlaubt und welche geeignet ist, im vollständig eingetauchten Zustand, beispielsweise bei einer Anordnung an oder unter einer schwimmenden Konstruktion, welche von Fall zu Fall entweder eine horizontal Oder eine vertikal ausgerichtete Bezugsebene aufweist, die auch durch ein Chassis gebildet sein kann, zu arbeiten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gegen das Wasser abgestützte Vortriebskraft durch eine Reihe rechtwinkelig zur Bezugsebene

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ausgerichteter Schaufeln, insbesondere mittels eines einem Chassis parallelen Schaufelrades erzeugt wird, wobei die Schaufeln um zur Bezugsebene rechtwinkelig angestellte Achsen .frei drehbar im Umfang des Antriebsrades gelagprt sind. Während der vorlaufenden Hälfte der Umdrehung des Schaufelrades, während welcher die Schaufelblätter einen Druck auf das Wasser ausüben, wird die Ausrichtung der Schaufelblätter in Bezug auf das Antriebsrad geändert, wobei jedes Schaufelblatt während einer halben Umdrehung des Antriebsrades eine Drehbewegung im Winkelbereich von 18o° ausführt, in der Weise, daß die Schaufelblätter untereinander parallel und quer zur Schubrichtung ausgerichtet bleiben. Die Drehbewegung jedes Schaufelblattes um seine Achse ist dabei gleich der Winkel bewegung seiner Achse durch das Antriebsrad. Während der rücklaufenden Hälfte der Umdrehung des Schaufelrades, während der die Schaufelblätter zu ihrem Ausgangspunkt zurücklaufen und keinen Druck auf das Wasser ausüben, bleiben die Schaufelblätter in Bezug auf das Antriebsrad unbeweglich, in der Weise, daß ihre Ebene quer zu einem Strahl ausgerichtet ist, welcher ausgehend vom Mittelpunkt des Antriebsrades auf die Drehachse jedes Schaufelblattes gerichtet ist. Die Schaufelblätter stützen sich gegen das Wasser ab, so lange sie quer zu einem Strahl des Antriebsrades ausgerichtet sind und eine Winkelstellung in Bezug auf die durch ihre Drehachse verlaufende Tangente einnehmen. Während der vorlaufenden Hälfte einer Umdrehung des Antriebsrades wird eine fortschreitende Ausrichtung der Schaufelblätter durch eine Serie von Drehbewegungen geringer Amplitude bewirkt, welche jeweils durch ein an der Drehachse jedes Schaufelrades befestigtes eine der Ausrichtung des Schaufelblattes entsprechende Zähnezahl aufweisendes Zahnrad bewirkt werden, wobei diese Zahnräder mit einem mit eingesetzten, zu den Achsen der Schaufelblätter parallelen Zähnen versehenen Zahnrad zusammenarbeiten und so die Ausrichtung der Schaufelblätter erzwingen. Das mit eingesetzten Zähnen versehene Rad ist zwischen dem Chassis und dem die Schaufelblätter tragenden Antriebsrad angeordnet und besteht aus zwei mit Ausnehmungen versehenen und durch die eingesetzten Zähne zusammengehaltenen Flanschen. Das mit eingesetzten Zähnen versehene Rad und die Zahnräder bilden einen Laterneneingriff, welcher nur über einen Winkelbereich von 18o° hin vorhanden ist und der vorlaufenden Hälfte der Umdrehung des Antriebsrades entspricht, da die eingesetzten Zähne nur über einen Winkelbereich von 18o° hin verteilt angeordnet sind. Die Schubrichtung der Antriebseinheit ist dabei durch die beiden äußersten, eingesetzten Zähne des mit eingesetzten Zähnen versehenen Rades bestimmt. Eine Verdrehung

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des mit eingesetzten Zähnen versehenen Rades bewirkt eine Änderung der Richtung des von der Vortriebseinheit erzeugten Schubes. Änderst gesagt, eine Verstellung der Winkellage des mit eingesetzten Zähnen versehenen Rades ermöglicht eine Ausrichtung des erzeugten Schubes in jede beliebige Richtung.

Wie auch bei Grubenausbauen ist es dabei sehr wesentlich, die Übertragung sehr großer Momente durch eine mechanische Achse auszuschliessen, wie dies bereits in der französischen Patentanmeldung 77 2o436 dargelegt ist. Bei einer einfachen Verwirklichungsform kann daher auf eine präzise Bearbeitung, insbesondere derjenigen Teile, die große Abmessungen aufweisen, verzichtet werden. Zu diesem Zweck ist das Antriebsrad ein Schmiedeteil, welches durch maschinelles Schweißen hergestellt ist, in der Weise, daß Stahlblechzuschnitte elektrisch miteinander verschweißt sind. Weiterhin ist die Verwendung eines mechanischen Reduziergetriebes, welches als Wendegetriebe ausgebildet ist, vorgesehen. Zweckmäßigerweise erfolgt ferner der Antrieb des Antriebsrades über Reibräder, welche mittels hydraulischer Motoren angetrieben sind. Die motorisch angetriebenen Reibräder weisen eine Reibfläche aus elastomeren Kunststoff auf, welcher geeignet ist, hohe Drücke zu übertragen, wie dies beispielsweise in Form von mit hohem Luftdruck gefüllten Reifen verwirklicht werden kann. Die motorisch angetriebenen Reibräder besitzen einen in Bezug auf das Antriebsrad geringen Durchmesser, wodurch eine ausreichende Reduzierung der Umfangsgeschwindigkeit des Antriebsrades gewährleistet ist. Weiterhin sind wenigstens drei angetriebene Reibräder vorgesehen, die wenigstens teilweise am Antriebsrad anliegen.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beispielsbeschreibung an Hand eines

in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen beschrieben.

In der Zeichnung zeigt die Figur 1 eine Unteransicht der erfindungsgemäßen Vortriebseinheit;

Figur 2 einen Schnitt durch die Vortriebseinheit gemäß Figur 1, entlang der Linie I - I;

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Figur 3 einen Schnitt durch die Darstellung der Figur 2, entlang der Linie II - II.

Die Figur 1 zeigt eine Unteransicht der erfindungsgemäßen Vortriebseinheit, mit einem Chassis lo, welches am unteren Teil eines schwimmenden Turmes 11 befestigt ist, wobei der schwimmende Turm beispielsweise gemäß der französischen Patentanmeldung 77 3498o gestaltet ist. Die Vortriebseinheit setzt sich aus zwei untereinander gleichen nebeneinanderliegend Seite an Seite angeordneten Teilen zusammen, wodurch sich die Reaktionsmomente gegenseitig aufheben und die übertragung eines Drehmomentes auf den im Meer schwimmenden Turm 11 vermieden wird.

Ein Antriebsrad 1 ist durch Vermittlung motorisch angetriebener Reibräder 2, die eine aus elastomerem Werkstoff bestehende Umfangsreibflache 12 aufweisen, welche zweckmäßigerweise durch unter hohem Luftdruck stehende Luftreifen gebildet wird und daher hohe Drücke übertragen können, angetrieben. Der geringe Durchmesser der angetriebenen Reibräder 2 in Bezug auf den Umfang des anzutreibenden Antriebsrades 1 bewirkt eine ausreichende Verringerung der Umfangsgeschwindigkeit des angetriebenen Antriebsrades Beispielsweise kann das Antriebsrad 1 einen Durchmesser von 11 m besitzen, während die motorisch angetriebenen Reibräder 2 einen Halbmesser von o,5 m aufweisen, so daß wenn die angetriebenen Reibräder mit einer Geschwindigkeit von 22o U/min umlaufen, das Antriebsrad 1 Io U/min ausführt. Eine zentrale hydraulische Kraftanlage umfaßt einen Dieselmotor und hydraulische Pumpen sowie Steuereinrichtungen und ist insgesamt im oberen oder unteren Bereich des schwimmenden Turmes 11 untergebracht. Diese zentrale Anordnung gewährleistet die Energieversorgung der hydraulischen Motoren für die Reibräder 2 und die Energieversorgung für die Steuereinrichtung zur Veränderung der Schubrichtung der Vortriebseinheit. Mit den Hydraulikpumpen sind die Hydraulikmotoren über Hochdruckschläuche verbunden.

Wie insbesondere aus der Darstellung der Figur 2 ersichtlich, ist das Antriebsrad 1 mittels einer Umfangsnut 3, in welche die motorisch angetriebenen Reibräder 2 eingreifen, in einer horizontalen Lage gehalten. Es ist allerdings auch möglich, zwei seitliche Rollen vorzusehen, welche in zwei seitliche Umfangsbahnen des Antriebsrades eingreifen, wobei jeder Rolle eine eigene Laufbahn zugeordnet ist und wobei die miteinander zusammenwirkenden Reibflächen keine Profilierung aufweisen. Beide erfindungsgemäßen Verwirklichungsformen vermeiden die übertragung hoher Drehmomente

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über eine mechanische Achse und gestatten daher die Verwirklichung der Vortriebseinheit in einer Weise, die eine präzise Bearbeitung der Teile der Vortriebseinheit nicht erfordert.

Gemäß der Darstellung der Figur 3 sind die Schaufelblätter 4 oberendig durch eine Achse 5 verlängert, welche die Oberseite des Antriebsrades überragt. Am oberen Ende jeder Achse 5 ist jeweils ein Zahnrad 6 befestigt, welches mit einem eingesetzte Zähne aufweisenden Rad 7 zusammenwirkt. Das mit eingesetzten Zähnen versehene Rad 7 ermöglicht einen Eingriff der Zahnräder 6 nach Art einer Laterne nur über einen Umfangsbereich von 18o° des Antriebsrades hin und in der Weise, daß ein Eingriff der Zahnräder 6 nur während der vorlaufenden Hälfte der Umdrehung des Antriebsrades erfolgen kann. Zu diesem Zwecke sind die eingesetzten Zähne 8 über einen Winkelbereich von 18o° hin verteilt. Die Schubrichtung der Vortriebseinheit ist durch die äußersten Zähne und 82 des mit eingesetzten Zähnen versehenen Rades 7 bestimmt. Wenn die Zahnräder 6 (n) Zähne aufweisen und (n/2) eingesetzte Zähne auf einen Winkelbereich von 18o° verteilt in dem mit eingesetzten Zähnen versehenen Rad 7 angeordnet sind, werden die vorlaufenden Schaufelblätter quer zur Bewegungsrichtung des schwimmenden Turmes 11 ausgerichtet. Diese Ausrichtung ist durch eine Gerade bestimmt, welche durch die eingesetzten Zähne 81 und 82 verläuft. Die Richtung dieser Geraden ist demzufolge auch die Richtung des Schubes M der Vortriebseinheit. Durch eine Drehbewegung des mit eingesetzten Zähnen versehenen Rades 7 kann die durch dessen Stellung festgelegte Schubrichtung der Vortriebseinheit verändert werden, in der Weise, daß die Richtung des Schubes M der Vortriebseinheit verändert wird. Die beiden mit eingesetzten Zähnen versehenen Räder 7, deren jedes einem Antriebsrad 1 zugeordnet ist, sind untereinander synchronisiert und werden gleichzeitig und gleichmäßig verstellt, so daß die durch die beiden Antriebsräder 1 erzeugten Schübe jederzeit parallel sind und das Reaktionsmoment aus dem von jedem der beiden Antriebsräder erzeugten Schub gegeneinander aufgehoben werden. Die Vortriebseinheit ist so ausgelegt, daß wenn sie vollständig im Wasser untergetaucht ist, der von ihr erzeugte Auftrieb gleich ihrem Eigengewicht ist. Die Schaufelblätter 4 sind hohl und wasserdicht und bestehen zweckmäßigerweise aus einem geschlossene Zellen aufweisenden, soweit in Bezug auf die Sicherheit zulässig eine geringe Zugfestigkeit aufweisenden Material. Das Antriebsrad 1 weist zwischen den Lagerbüchsen für die Achsen 5 der Schaufelblätter 4 wasserdichte Volumina auf,

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in der Weise, daß sein Auftrieb gleich seinem Gewicht ist. Das Chassis weist einerseits Auftriebsvolumen und andererseits einen Ballast auf, die beide gemeinsam eine Regulierung der Lage und Ausrichtung der Vortriebseinheit ermöglichen.

Sofern die Vortriebseinheit unterhalb eines schwimmenden Turmes angeordnet ist, kann jedoch der Ballast durch Druckluft gefüllte Körper ersetzt werden, so daß die Vortriebseinheit aufgrund ihrer eigenen Auftriebskraft an der Unterseite des schwimmenden Turmes zur Anlage kommt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1.) Vortriebseinheit für Schwimmkörper, die vollständig unter Wasser arbeitet und bei geringen Geschwindigkeiten einen hohen, in seiner Richtung einstellbaren Vortrieb erzeugen kann und die in einem an einem Chassis gehaltenen Antriebsrad verlagerte Schaufelblätter umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelblätter (4) senkrecht zu einer durch das Antriebsrad (1) bestimmten Bezugsebene ausgerichtet und um ihre senkrecht zur Bezugsebene ausgerichtet an der Peripherie des Antriebsrades (1) verlagerten Achsen (5) frei drehbar sind. . . . -

2.) Vortriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der vorlaufenden Hälfte einer Umdrehung des Antriebsrades, während derer die Schaufelblätter (4) einen Druck auf das Wasser ausüben, die Ausrichtung der Schaufelblätter (4) in Bezug auf das Antriebsrad (1) geändert wird, wobei jedes Schaufelblatt (4) während der halbem Umdrehung des Antriebsrades eine Winkel verstellung um 18o° erfährt, in der Weise, daß die Schaufelblätter (4) untereinander parallel und quer zur Schubrichtung ausgerichtet sind undcfaß die Winkelbewegung der Schaufelblätter (4) um ihre Drehachse (5) der Winkelbewegung des Antriebsrades (1) gleich ist.

3.) Vortriebseinheit nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der zurücklaufenden Hälfte der Umdrehung des Antriebsrades, während der die Schaufelblätter (4) in ihre Ausgangsposition zurückkehren und keinen Druck auf das Wasser ausüben, die Schaufelblätter (4) in Bezug auf das Antriebsrad (1) unbeweglich bleiben, wobei ihre Ebene quer zu einem von der Mitte des Antriebsrades (1) ausgehenden, ihre jeweilige Drehachse (5) schneidenden Strahl ausgerichtet ist.

4.) Vortriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung der Schaufelblätter (4) mittels einer Reihe von Drehbewegungen geringer Amplitude erfolgt, welche durch das Zusammenwirken jeweils eines mit der Drehachse (5) jedes Schaufelblattes (4) verbundenen Zahnrades (5) mit einem eingesetzte und zu den

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Drehachsen (5) der Schaufelblätter (4) parallel ausgerichtete Zähne aufweisenden Rad (7) erzeugt werden, wobei Rad (7) und Zahnräder (5) miteinander im Eingriff stehen.

5.) Vortriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mit eingesetzten Zähnen versehene Rad (7) zwischen dem Chasis (lo) und dem Antriebsrad (1) angeordnet ist.

6.) Vortriebseinheit nach Anspruch 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Antriebsrades (1) reibschllissig mittels mit Reibflächen versehener, durch hydraulische Motoren angetriebener Reibräder (2) erfolgt.

7.) Vortriebseinheit nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (1) durch die in eine Umfangsnut (3) eingreifenden Reibräder (2) getragen ist.

8.) Vortriebseinheit nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei gegenläufig angetriebene Antriebsräder (1) aufweist.

9.) Vortriebseinheit nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (1) mit zwei parallelen Umfangsnieten versehen und über Rollenpaare getragen ist.

lo.) Vortriebseinheit nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das mit eingesetzten Zähnen (8) versehene Rad (7) aus zwei durch die eingesetzten Zähne (8) verbundenen Flanschscheiben besteht.

11.) Vortriebseinheit nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (1) aus untereinander durch maschinelle elektrische Schweißung verbundenen Stahlblechzuschnitten besteht.

11.) Vortriebseinheit nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibräder (2) mit unter hohem Luftdruck stehenden Luftreifen bestückt sind.

12.) Vortriebseinheit nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vortriebseinheit Auftriebsvolumen enthält, die wenigstens das Eigengewicht der Vortriebseinheit ausgleichen

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