-
Bez.: "Propeller mit Zykloiden beschreibenden Flügelelementen"
-
Gegenstand der Erfindung ist eine neue Konstruktion von Propellern,
die eine Erhöhung des Wirkungsgrades bei Propellern ermöglicht, deren Flügelelemente
Bahnen von der Form verlängerter Zykloiden beschreiben-, und-umfaßt äuch' Anordnungen
von Teilen des Schiffsrumpfes, durch die ein ordentliches Funktionieren des Propellers
ermPglicfit- wird.
-
Die derzeitigen Ausführungsformen der erwähnten Art von Propellern,
die Voith-Schneider-Propeller, haben habe'n' praktisch senkrechte Propellerwellen,
Wodurch unter Zuhilfenahme eines geeigneten Steuermechanismus außerordentliche Manövrierfähigkeiten
erzielt werden können. In der Schiffahrt gibt es jedoch Anwendungsgeb'iete, bei
denen es die erwähnten Propeller mit den klassischen Schraubenpropellern nicht aufnehmen
können. Das gilt besonders für den Einsatz auf Super-Tankern und anderen Schiffen
für Masse-nguttran-sportmit Verdrängungen von einigen Hunderttausenden von Tonnen,
wo es in erster Linie auf höchsten Wirkungsgrad ankommt.
-
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Erhöhung des Propellerwirkungsgrades
durch Vergrößerung des Seitenverhältnisses der Propellerflügel. Aus der Theorie
und den Anwendungen der Strömungslehre geht hervor, daß der Widerstand von Tragflächen
bei gleichem Flächeninhalt mitwachsendem Seitenverhältnis abni-mmt. Diese Tatsache
wird im Schiffbau, z.B. bei der Gestaltung der Ruderblätter, berücksichtigt.
-
Die bei den Voith-Schneider-Propellern angewandten Propellerflügel
werden mit verhältnismäßig kleinen Seitenverhältnissen ausgeführt. Die ist erstens
durch den Höhenunterschied zwischen dem Heckteil des Schiffsrumpfes und der'Kielunterkante
bedingt. Dann aber ist die Länge der Propellerflügel
auch durch
die aus den hydrodynamischen und den Fliehkräften resultierenden maximalen statischen
Momente begrenzt.
-
Erfindungsgemäß wird das Seitenverhältnis des Propellerflügels, d.h.
seine relative Länge, durch eine Vergrößerung der Neigung der Propellerwelle gegen
die Mittschiffsebene bis zum Winkel von 9o° erzielt. Bei diesem letzten Winkel steht
zur Unterbringung des Propeller samt Lagerungen seiner Länge nach beinahe die ganze
Breite des Schiffsrumpfes zur Verfügung. Deswegen kann man diese günstige waagerechte
Lage der Propellerwelle als für die neue Propellerart normal betrachten, und im
folgenden wird, wenn nicht ausdrücklich anders gesagt, diese Propellerlage vorausgesetzt.
-
Bei dem Voith-Schneider-Propeller werden die Flügel in statischer
Hinsicht als einfache Balken auf zwei Stützen mit einseitiger Kr-aglast ausgeführt,
wobei der unter Belastung befindliche Teil aus dem Schiffskörper herausragt, während
die Lager innerhalb des Schiffskörpers untergebracht sind. Bei dieser Anordnung
ist eine Vergrößerung der nützlichen Flügellänge, mit Rücksicht auf die erwähnten
statischen Verhältnisse, auch in der waagerechten Lage der Propellerachse nicht
möglich. Deswegen werden die Flügel von Propellern nach vorliegendem Vorschlag vom
statischen Standpunkt als Trager auf mindestens zwei Stützen ausgeführt, zwischen
denen sich der den hydrodynamischen Kräften ausgesetzte Teil befindet. Daraus ergibt
sich die Notwendigkeit einer Anordnung von zwei sich synchron drehenden Lagerträgern
zur Abstützung der Propellerflügel, um Beschädigungen von Lagern und Lagerzapfen
durch änderungen von Lagerentfernungen an dem gleichen Propellerflügel zu vermeiden.
-
Die Erfindung wird imfolgenden in Beziehung zu den beiliegenden Zeichnungen
näher beschrieben werden, in denen: Fig. 1 einen Propellerflügel in Ansicht mit
Endteil im Schnitt; Fig. 2 die Seitenansicht des Propellerflü.gels in größerem Maßstab;
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt des Heckteils- eine-s Schiffes mit Propelleranordnung
im Sinne der Erfindung; Fig. 4 den gleichen Schnitt wie Fig. 3, jedoch in der Variante
ohne Wellenabschnitt zwischen den Radkörpern; Fig. 5 die gleiche Anordnung wie in
Fig. 4, jedoch im Schnitt senkrecht zur Mittschiffs.ebene; Fig. 6 den gleichen schematischen
Schnitt wie bei der Anordnung der Fig. 5, jedoch in der Variante mit Zwischenwellen;
Fig. 7 die Detailzeichnung einer Zwischenwelle; Fig. 8 die schematische Anordnung
eines Propellerantriebs mit Kettengetriebe; Fig. 9 eine Ansicht des Schiffshecks
in Richtung der Schiffachse; Fig. lo eine der Fig. 9 ähnliche Ansicht, jedoch bei
Anordnung von drei Propellertragwerken;
Fig. 11 den waagerechten
Schnitt nach Linie A - B des in -Fig. lo gezeigten Schiffshecks darstellen.
-
Fig. 1 zeigt einen Propellerflügel 1, der an seinen beiden Enden mit
Lagerzapfen 3 zum Abstützen in auf den kreisförmigen Radkörpern 4- angeordneten
Gleit- oder Rollenlagern versehen ist.
-
Die Radkörper 4 sind in der Form von zylindrischen Trommeln ausgeführt,
in deren Innerem neben den Zapfenl agern auch Teile der Flügelsteuerung untergebracht
sind. Zum Anschluß an den Steuermechanismus sind an den Lagerzapfen Verlängerungen
5 für die feste Verbindung der Flügel mit den in Fig. 2 im Detail dargestellten
Hebeln 6 vorgesehen, die bei jeder Propellerumdrehung eine Schwingbewegung. auf
den Propellerflügel übertragen.
-
Die im Vorhergesagten erklärte notwendige Synchronisierung der Bewegung
der beiden Radkörper kann in einfachster Weise durch eine feste Verbindung der Radkörper
mit einer gemeinsamen Propellerwelle 7 zustandegebracht werden. Diese Herstellungsart
ist in Fig. 3 schematisch dargestellt, wobei der Radkörper 4 in Ansicht, die Welle
7 und der Propellerflügel jedoch im Schnitt gezeigt sind. Bei einer derartigen Sicherung
der gegenseitigen Lagen der Flügellager kann die Kraftübertragung von der Motorwelle
nach Belieben über einen von den beiden Radkörpern 4 auf die Welle 7 und dann durch
diese auf den anderen Radkörper erfolgen, vorausgesetzt daß die Welle genügend starr
ist, um der Beanspruchung durch das Drehmoment nicht nachzugeben.
-
Bei der erwähnten einfachen Synchronisierung erzeugt die Propellerwelle
zwischen den beiden Radkörpern 4 während der Fahrt
einen bestimmten
hydrodynamischen Widerstand. Dieser Widerstand kann dadurch behoben werden, daß
der fragliche Wellenabschnitt weggelassen wird und die Drehbewegungen der beiden
Radkörper 4 durch je ein besonderes Übersetzungssystem von einer gemeinsamen, mit
der Kupplung des Antriebsmotors des Fahrzeugs in an sich bekannter Weise verbundenen
Vorgelegewelle 8 abgeleitet werden. Jeder Radkörper wird dabei m-it seiner Welle
9 in dem zugehörigen Propellertragwerk lo abgestützt. Eine solche in Fig. 4 und
5 ersichtliche Anordnung zeigt Übersetzungssysteme zwischen Vorgelegewelle und den
Radkörpern, die aus Zahnrädern für parallele Wellen zusammengesetzt sind.
-
Die Übersetzungen zwischen Vorgelegewelle 8 und Radkörper 4 können
mit' unmittelbarem Eingriff der auf der Vorgelegewelle befestigten Zahnräder 11
mit den auf den Radkörpern 4 befestigten Zahnkränzen 12 oder durch Anordnung von
in mehreren Stufen hintereinandergeschalteten Zwischenrädern 13 ausgeführt werden.
-
Dies ist beispielsweise in den Fig. 4.und 5 gezeigt, wo nur ein Zahnrad
13 zwischen einem Zahnrad 11 und einem Zahnkranz 12 eingeschaltet ist.
-
Die Propellertragwerke lo werden in ihrem Zweck entsprechender Form
von Hohlkörpern auf beiden Seiten des Propellers mit dem Schiffsrumpf zusammengebaut
und besitzen auf ihrer Oberseite Uffnungen für die durchgehenden Transmissionsteile
und sonstigen Konstruktionselemente sowie in ihren Seitenwänden entsprechende Durchführungen
für die Propellerwellen 9.
-
Als eine Variante des übersetzungssystems zwischen dem Zahnrad 11
der Vorgelegewelle 8 und dem Zahnkranz 12 wird im Rahmen der Erfindung auch der
Einsatz von Zwischenwellen 14 vorgeschlagen, die auf ihren Enden mit Kegelrädern
15 und 16 zum Eingriff mit den Rädern 11 bzw. Zahnkränzen 12 versehen sind,
wobei
auch diese Elemente als Kegelräder ausgeführt werden müssen. Beispielsweise ist
in Fig. 7 eine Zwischenwelle 14 im Detail dargestellt.
-
Anstatt durch Zahnradübersetzungen ist die übertragung der Antriebsleistung
von der Vorgelegewelle 8 auf die Radkörper 4 auch durch Getriebe mit Gelenkketten
ausführbar. Diese Art von übersetzungen ist in Fig. 8 gezeigt, in der die mit 17
bezeichnete, strichpunktiert ausgezogene Linie die Mittellinie der Gelenkkette darstellt.
Selbstverständlich müssen in diesem Fall die Verzahnungen der Elemente 11 und 12
der angewandten Kettenausführung entsprechend ausgeführt sein.
-
Zum Verkehr auf seichten Gewässern wird es manchmal notwendig, die
Fahrzeuge mit geringerem Tiefgang und dafür mit größerer Breite auszuführen. In
solchem Fall müßten die Propeller nach vorliegendem Vorschlag bei gleichbleibender
Drehzahl wegen notwendigerweise vermindertem Durchmesser eine größere Flügellänge
aufweisen. Aus Gründen statischer Sicherheit, wie bereits gesagt, sind dieser Länge
Jedoch bestimmte Grenzen gesetzt. Als Lösung des Problems bietet sich die Möglichkeit,
die erforderliche Flügellänge auf mehrere Abschnitte zu verteilen, d.h. die ganze
Flügelfläche der Länge nach in mehreren Teilen auszuführen. In solchem Fall wird
es notwendig, auch die Tragwerke lo der Wellen 9 den neuen Anordnungen der Propellerflügel
anzupassen.
-
Bei er in Fig. 9 schematisch dargestellten Ausführung einer derartigen
Verteilung der Propellerfläche ist diese in drei Teilen angeordnet, von denen der
mittlere, in der Form eines im Vorhergesagten beschriebenen neuen Propellers ausgeführte
Teil zwischen zwei Tragwerken 181, 18r angeordnet ist, während die beiden seitlichen
Teile in der Form üblicher Voith-Schneider-Propeller auf den äußeren Seiten dieser
Tragwerke
angeordnet sind, wobei die Drehachsen dieser Propeller beliebige Neigungen gegen
die Mittschiffsebene aufweisen können.
-
Eine viel besser geschützte Lage des Propellers wird erzielt, wenn
- wie in den Fig. lo und 11 ersichtlich - die gesamte Propellerfläche auf zwei Einheiten
verteilt wird, zwischen denen ein Tragwerk 19 zur Aufnahme von zwei Lagern für die
nebeneinanderliegenden Propellerwellen 9 angeordnet wird, während für die äußeren
Lager die Tragwerke 201 und 20r vorgesehen werden, die gleichzeitig zum Schutz der
Propellerteile gegen Kollisionen jeder Art dienen. Zwischen dem mittleren und je
einem der äußeren Tragwerke befindet sich somit je eine Hälfte der gesamten Propellerfläche
in der Form eines in dem vorliegenden Vorschlag beschriebenen Propellers. Die Tragwerke
können außerdem zum Aufhängen der Ruder benutzt werden.
Leerseite