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Schiffeant rieb
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schiffsantrieb für Hochseeschiffe
und Binnenschiffe.
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Es ist bereits bekannt, den bzw. die am Rumpfheck des Schiffes angeordneten
Propeller (je) mit einer ringförmigen festen oder schwenkbaren Düse zu umgeben,
um den Propellerschub bei gleicher Antriebsleistung zu erhöhen. (Die Steigerung
beträgt 20 - 30 % seines ursprünglichen Wertes).
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Nachteilig bei den jetzigen Ausführungen dieser ummantelten Propeller
ist es, daß der lichte Abstand zwischen den Außenkonturen der Propellerflügel und
den benachbarten Innenflächen der umgebenden Düse bei großen-Hochseeschiffen ca.
100 mm beträgt. Ein lichter Abstand von dieser Größe ist erforderlich, um beim Einsaugen
von Fremdkörpern (z.B. Balken, Baumstämmen, Eisstücken) durch den Propeller extreme
Beanspruchungen (Schläge) auf das Lager der Propellerwelle abzuschwächen bzw. zu
vermeiden.
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Auch ist ein solch lichter Abstand erforderlich, um Relativbewegungen
zwischen dem Propeller und der umgebenden Düse ohne Schäden aufnehmen zu können,
die durch die Deformationen des Schiffsrumpfes verursacht werden.
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Dieser große lichte Abstand hat aber andererseits den Nachteil, daß
die optimale Steigerung des Propellerschubes durch die umgebende Düse nicht erreicht
und daß die Kavitationsgefahr am Propeller gegenüber einem nichtummantelten Propeller
kaum verringert werden kann. Letzteres führt dazu, daß eine Steigerung der Propellerdrehzshl
- die in Hinblick auf eine
Verringerung des Motor- und Antriebswellengewichtes
sehr erwünscht wäre - nicht durchführbar ist.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wird ein Schiffsantrieb vorgeschlagen,
der aus einem Propeller'mit horizontaler oder annähernd horizontaler Drehachse und
einer den Propeller umgebenden ringförmigen Düse oder einen den Propeller umgebenden
festen Ring besteht und der am hinteren oder gegebenenfalls am vorderen Bereich
des Schiffsrumpfes angeordnet und erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß
zwischen der Eintrittsöffnung der ringförmigen Düse bzw. des festen Ringes und den
davor liegenden, benachbarten Begrenzungswänden des Schiffsrumpfes oder unmittelbar
vor oder in der Eintrittsöffnung der ringförmigen Düse bzw. des festen Ringes Durchtrittsgitter
für das vom Propeller£sförderte Wasser angeordnet sind. Dabei sind diese Öffnungen
zur Gänze oder weitgehend mit Gitterplatten abgekleidet.
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Durch diese Art der Anordnung der Durchtrittsgitter wird das Einsaugen
von Frendkörpern durch den Propeller ab einer gewissen Größe derselben völlig ausgeschlossen
und eine unzulässige Belastung des hinteren Lagers der Propellerwelle durch Schläge
mit Sicherheit vermieden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weistJdas Durchtrittsgitter
eine zylinder-, prisma- oder kegelstumpfähnliche Form auf und ist vorzugsweise als
selbsttragende Konstruktion (Fachwerkkonstruktion) mit längsgerichteten Hauptspanten
und in Umfangsrichtung angeordneten Nebenspanten ausgebildet. Dabei ist die den
Propeller umgebende ringförmige Düse am Durchtrittsgitter befestigt, vorzugsweise
mit diesem lösbar verbunden.
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Das als selbsttragende KUnstruktion ausgebildete Durchtrittsgitter
ragt teilweise in den Schiffsrumpf hinein und ist mit diesem durch Versteifungsrippen
verbunden. Innerhalb des im Schiffsrumpf befindlichen Teiles der Durchtrittsgitterkonstruktion
ist wenigstens ein Lager der Propellerwelle, vorzugsweise aber sind zwei Lager derselben
dort angeordnet. Davon ist eines das Drucklager des Propellers.
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Durch diese Ausbildung des Durchtrittsgitters als selbsttragende
Konstruktion, durch die Befestigung der den Propeller umgebenden Düse an derselben
und durch die Anordnung der Wellenlager in derselben ist es möglich, den lichten
Abstand zwischen Propeller und umgebender Düse stark zu verringern (u.zw. auf 10
bis 20 mm). Hierdurch tritt - bei gleicher Antriebsleistung -eine weitere Steigerung
des Propellerschubes auf (u. zw. um insgesamt ca. 40 %) und die Kavitationsgefahr
am Propeller wird deutlich reduziert. letzteres erlaubt dann eine Steigerung der
Propellerdrehzahl und damit eine Reduzierung des Gewichtes des Antriebsaggregates
und der Welle. Dabei ist diese Gewichtsreduzierung größer als das für die Düse und
das Durchtrittsgitter erforderliche zusätzliche Gewicht.
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Ein weiterer Vorteil dieser lösung besteht darin, daß die Wandungen
der Düse wesentlich dünner ausgeführt werden können als bei den bisherigen Konstruktionen
da die Gefahr des Ansaugens großer Fremdkörper durch den Propeller ausgeschlossen
ist.
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Zum Ausgleich der im Schiffsrumpf auftretenden Deformationen ist
zwischen der Propellerwelle und dem vom Antriebsaggregat kommenden Wellenstrang
(Wellenstumpf) ein besonders biegsames Wellenstück angeordnet. Dieses besteht aus
mehreren
ineinander angeordneten Rohrstücken aus hochfestem und
hochelastischem Stahl.
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Ist die ringförmige Düse als bewegliche Ruderdüse ausgebildet, so
ist nach einem anderen Merkmal der Erfindung der Propeller von einem festen Ring
und dieser von der schwenkbaren Düse umgeben. Der den Propeller umgebende feste
Ring ist dabei an dem als tragende Konstruktion ausgebildeten Durchtrittsgitter
befestigt oder als ein integraler Teil desselben gestaltet. Die Außenfläche des
den Propeller umgebenden festen Ringes ist als bombierte Fläche, vorzugsweise als
Teil einer Kugelfläche ausgebildet. Die Eintrittsöffnung des den Propeller umgebenden
festen Ringes kann auch unmittelbar mittels Durchtrittsgitter abgekleidet sein.
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Um die Maschenweite des Durchtrittsgitters nicht zu klein ausfuhren
zu müssen, ist zwischen Propeller und der ihn umgebenden Düse oder den ihn umgebenden
festen Ring mindestens ein ein-oder mehrteiliger Sperring aus deformierbarem Material
(Gummi, Plastik) angeordnet. Dieser Sperring erlaubt die Ausführung eines sehr engen
lichten Abstandes zwischen Propeller und Düse bzw. festem Ring bei gleichzeitigem
Durchtritt kleinerer Fremdkörper. Auch die äußeren Enden aer Propellerflügel bestehen
aus deformierbarem Material.
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Eine andere Lösung für das einwandfreie Durchströmen kleinerer Fremdkörper
durch den Propeller besteht darin, daß der Propeller in seinem peripheren Bereich
von einem metallischen Außenkranz umgeben ist, der die starren Propellerflügel verbindet
und während des Betriebes mit dem Propeller umläuft.
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Die Propellerflü&el können in an sich bekannter Weise auch im
Nabenstück des Propellers drehbar gelagert sein.
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Ist der Propeller von einer festen Düse umgeben, so sind an dieser
in an sich bekannter Weise ein oder mehrere schwenkbare Steuerruder angebracht.
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Besonders vorteilhaft ist dabei eine erfindungsmäßige Ausführung,
bei der an der Austrittsöffnung der festen Düse zwei Teilruder - vorzugsweise in
der vertikalen Längssymmetrieebene der Düse - angeordnet sind, die sowohl gleichsinnig
als gegensinnig zueinander geschwenkt werden können. Im Grundriß ist dabei die Kontur
der Düsenaustrittsöffnung pfeilförmig gestaltet.
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Diese Ausführung der festen Düse erlaubt neben der normalen Steuerung
des Schiffes auch die Erzeugung von reinen Querkräften zur Drehung des Schiffes
an Ort und Stelle.
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In gewissen Fällen - besonders bei großen Schiffen - ist es nach
einer weiteren Ausbildung der Erfindung zweckmäßig, das Antriebsaggregat des Propellers
(Dampfturbine mit Getriebe und Kondensator, Verbrennungsmotor, Gasturbine, Elektromotor)
ebenfalls innerhalb des selbsttragenden Durchtrittsgitters anzuordnen. Hierdurch
können Relativbewegungen zwischen dem Antriebsaggregat und dem Propeller weitgehend
vermieden werden und die Anordnung eines besonders biegsamen Wellenstückes (dessen
Herstellung für große Schiffe problematisch ist) erübrigt sich dann.
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Auch bei dieser Lösung ist es möglich, den Spalt zwischen Propeller
und umgebender Düse bzw. umgebenden festen Ring klein auszuführen und die dadurch
erreichbaren - bereits früher genannten -technischen Vorteile zu realisieren. -
In
den Zeichnungen sind zwei Ausführungen des Erfindungsgegenstandes sowie einige Konstruktionsdetails
beispielhaft dargestellt.
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Es zeigt: Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch ein Schiffsheck
einer ersten Ausführungsform, bei dem der Propeller von einer starren Düse umgeben
ist (Schnitt gemäß Linie A - B von Fig. 4).
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Pig. 2 einen vertikalen Achsnormalschnitt durch das selbsttragende
Durchtrittsgitter dieser ersten Ausführungsform nach der linie C - D von Fig. 1.
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Fig. 3 einen vertikalen Achsnormalschnitt durch die den Propeller
umgebende Düse dieser ersten Ausführungsform nach der Linie E - F von Fig. 1.
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Pig. 4 einen Horizontalschnitt dieser ersten Ausführungsform nach
der Linie G - H von Fig. 1 Fig. 4a einen analogen Horizontalschnitt nach der Linie
G - H dieser ersten Ausführungsform mit halbseitig verschlossener Düse zur Erzeugung
einer Querkraft.
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Fig. 5 einen vertikalen Längsschnitt durch ein Schiffsheck einer zweiten
Ausführungsform bei der der Propeller von einem festen Ring und dieser von einer
schwenkbaren Düse umgeben ist (Schnitt J - K von Fig. 6).
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Fig. 6 einen vertikalen Achsnormalschnitt durch das selbsttragende
Durchtrittsgitter dieser zweiten Ausführungsform nach der
Linie
L - M von Fig. 5.
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Fig. 7 einen vertikalen Achsnormalschnitt dieser zweiten Ausführungsforn
nach der Linie N - 0 von Fig. 5 Fig. 8 in axonometrischer Darstellung einen Schiffspropeller
mit festem, mitdrehendem Außenkranz.
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Fig. 9 einen partiellen Längsschnitt durch ein mehrteiliges, biegsames
Wellenstück.
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Bei der in Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 4a dargestellten
ersten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist der Propeller 1, der am hinteren
Ende der Propellerwelle 2 angeordnet ist, von einer festen, ringförmigen Düse 3
umgeben, welche die Schubsteigerung bewirkt.
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Zwischen der festen Düse 3 und der davor liegenden Begrenzungswand
4a des Schiffsrumpfes ist ein Durchtrittsgitter 5 für das vom Propeller 1 geförderte
Wasser angeordnet. Dieses Durchtrittsgitter 5, das auch teilweise in den Schiffsrumpf
4 hineinragt, ist als selbsttragende Konstruktion von polygonaler Prismenform ausgebildet,
dessen Hauptspanten 5a längsgerichtet und dessen Nebenspanten 5b in Umfangsrichtung
angeordnet sind.
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Außerhalb des Schiffsrumpfes 4 sind auf den Spanten 5a, 5b die eigentlichen
Gitterplatten 5c lösbar befestigt. Das selbsttragende Durchtrittsgitter 5 ist über
Rippen 4b mit dem Schiffsrumpf 4 verbunden und trägt in seinem Inneren wenigstens
ein Lager 6 (hier das Drucklager 6a) der Propellerwelle 2. Am hinteren Ende des
selbsttragenden Durchtrittsgitters 5 ist die
Düse 3 lösbar befestigt.
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Zwischen dem vom Antriebsaggregat 7 kommenden Wellenstrang (Wellenstummel)
7a' und der Propellerwelle 2 ist ein biegsames Wellenstück 8 angebracht, das aus
mehreren, ineinander angeordneten Rohrstücken 8a, 8b, 8c aus hochfesten Stahl besteht
und das die Verformungen des Schiffsrumpfes aufnimmt.
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Am hinteren Ende der festen Düse 3 ist in deren vertikalen Symmetrieebene
das Steuerruder 9 angebracht, das aus den beiden Teilrudern 9a und 9b besteht, welche
gemeinsam oder auch jedes für sich geschwenkt werden können.
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Wie im Horizontalschnitt Fig. 4a dargestellt, kann durch die beiden
Teilruder 9a, 9b auch eine Querkraft Q zum Drehen des Schiffes erzeugt werden. Hierzu
ist im Grundriß das hintere Ende der festen Düse 3 pfeilähnlich gestaltet.
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Bei der in Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 7 dargestellten zweiten Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes ist der Propeller 1 von einem festen Ring 10 umgeben,
der wiederum am selbsttragenden Durchtrittsgitter 5 befestigt ist. Dieser feste
Ring 10 hat außen eine bombierte Begrenzungsfläche (Teile einer Eugelfläche) und
ist von einer um eine lotrechte Achse schwenkbaren (mehrteiligen) Düse 3a umgeben,
die zwei Passivruder 9c, 9d trägt.
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An der Innenfläche des festen Ringes 10 ist ein-Sperrring 11 aus
deformierbarem Material (Gummi, Plastik) befestigt.
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Überdies sind die äußeren Enden 1a der Propellerflügel ebenfalls aus
deformierbarem Material hergestellt. Durch diese beiden
Maßnahmen
sollen auch bei Eindringen kleinerer Fremdkörper in den Propeller 1 Schläge auf
die Propellerlager vermieden werden.
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Auch ist dadurch ein besonders enger Spalt zwischen Propeller 1 und
umgebenden festen Ring 10 bzw. Sperring 11 ausführbar.
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Als wesentliches Erfindungsmerkmal ist hier eine Dampfturbine 7a
mit Getriebe 7b und Kondensator 7c als Antriebsaggregat 7 des Propellers 1 innerhalb
des selbsttragenden Durchtrittsgitters 5 angeordnet Durch diese Maßnahme werden
Deformationen des Schiffsrumpfes 4 vom Propeller 1 und dessen Antriebsaggregat 7
weitgehend ferngehalten.
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Bei dem in Fig. 8 axonometrisch dargestellten Propeller 1 besitzt
derselbe einen starren Außenkranz 1b, der im Betrieb mit umläuft. Auf diese Weise
wird die Klemmgefahr durch kleine Fremdkörper weiter vermindert.
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Das in Fig. 9 im partiellen Längsschnitt dargestellte biegsame Wellenstück
8 wird aus drei Roh stücken 8a, 8b, 8c gebildet1 die aus hochfestem Stahl bestehen
und ineinander angeordnet sind. -Es sei noch erwähnt, daß große Schiffe mit mehreren
der hier beschriebenen neuen Schiffsantrieben ausgerüstet werden können.
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