DE3332833A1

DE3332833A1 - Bootsschraubenantrieb

Info

Publication number: DE3332833A1
Application number: DE19833332833
Authority: DE
Inventors: Lennart H Brandt
Original assignee: Volvo Penta AB
Current assignee: Volvo Penta AB
Priority date: 1982-09-13
Filing date: 1983-09-12
Publication date: 1984-03-15
Also published as: SE8205215L; JPH0376278B2; FR2532909B1; SE451190B; FR2532909A1; IT8348967A0; BR8304905A; GB2126968B; DE3332833C2; US4698036A; IT1170490B; GB8324027D0; CA1215274A; US4840136A; SE8205215D0; GB2126968A; JPS5970291A

Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNER

PATENT-UND RECHTSANWÄLTE

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN . DIPL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FÜCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GORG

DIPL.-ING. K. KOHLMANN ■ RECHTSANWALT A. NETTE

-2-

3 9 117 p/hl

AB VOLVO PENTA
Göteborg / Schweden

Bootsschraubenantrieb

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bootsschraubenantrieb mit einem Paar von konzentrischen, in entgegengesetzten Richtungen angetriebenen Schraubenwellen innerhalb eines Antriebsgehäuses, von denen jede Welle zumindest eine Schraube trägt und das Antriebsgehäuse um eine Steuerachse schwenkbar ist und oberhalb der Schrauben eine Antikavitationsplatte aufweist.

Beim Antrieb eines mit einem innerbords angeordneten Mo-0 tor und einer außenbords angeordneten Antriebseinheit ausgerüsteten Gleitbootes, und zwar einer sogenannten Innerbord-Außerbord-Antriebseinheit, spürt der Bootsführer bestimmte Steuerradkräfte sowohl beim Geradeausfahren als auch beim Wenden bzw. beim Fahren einer Kurve. Die Steuerradkräfte sind beim Wenden ein Ergebnis einer Schrägwasserströmung, die zwei Arten von Querkräften erzeugen, nämlich einerseits eine Querkraft (Auftrieb) auf das Unterwassergehäuse der Antriebseinheit und andererseits eine Querkraft auf die Schraube, wenn eine Schrägströmung auftritt, verursacht durch den verstärkten Auftrieb der Schraubenflügel, die der Strömung begegnen und einen verminderten Auftrieb der Flügel, die sich mit der Strömung bewegen.

25

RABELLASTRASSE 4 · D-8000 MÜNCHEN 81 · TELEFON CO89J 911087 ■ TELEX O5-29619 CPATHEJ · TELEKOPIERER.9183

Im allgemeinen sind diese Kräfte von der Geschwindigkeit und der Kraft abhängig. Die auf eine herkömmliche Einzelschraubenantriebseinheit wirkenden Querkräfte sind jedoch während des Wendens normalerweise sogar bei einer hohen Motorleistung niedrig, und zwar weil diese Antriebseinheiten aus praktischen Gründen mit Schrauben versehen sind, die ein wenig überlastet arbeiten, so daß an den Flügeln eine geringe Kavitation auftritt, insbesondere beim Wenden, wenn der Strömungswinkel gegen die Flügel zu pulsieren beginnt und beim Antrieb mit relativ niedriger Geschwindigkeit um die Flügel herumströmt. Dank der Tatsache, daß die Querkraft der Schraube sogar während eines scharfen Manövers niedrig ist und weil das Druckzentrum des Unterwassergehäuses bei einer Einzelschraubenantriebseinheit sich normalerweise hinter der Steuerachse, jedoch in dichter Nähe zu dieser liegt, treten üblicherweise vernachlässigbare Steuerkräfte auf.

Bei Doppelschraubenantriebseinheiten, beispielsweise des in der schwedischen Patentanmeldung 81 01 423-5 beschriebenen Art, werden die Schrauben optimal hinsichtlich der Spitzengeschwindigkeit, des Brennstoffverbrauchs und der Verzögerung ausgelegt, so daß die Bedingungen unterschiedlich sind. Hier ist jedoch die Flügelfläche so ausgewählt, daß die Druckkraft gleicherweise zwischen den beiden Schrauben aufgeteilt ist, die ohne Kavitation arbeiten, sogar wenn sehr scharfe Wendemanöver gefahren werden. Der kritische Punkt des Schraubenschlupfes wird im Prinzip außerhalb des in Frage kommenden Ruderwinkelbereiches bewegt. Die Schraubenquerkraft ist so ein Faktor, welcher bei Doppelschraubenantriebseinheiten berücksichtigt werden muß, insbesondere da diese Kraft einen langen Hebelarm im Verhältnis zur Dreh- bzw. Schwenkachse der Antriebs-

-Kleinheit hat. Bei großer Motorleistung kann die aufgrund der Querkraft auf die Schrauben ausgeübte Steuerkraft so groß sein, daß die Antriebseinheit nicht ohne Schwierigkeiten mit einer herkömmlichen Kabelsteuerung manövriert werden kann. Dann ist eine hydraulische Steuerung unbedingt erforderlich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schraubenantriebseinheit der eingangs beschriebenen Art zu erzielen, die es ermöglicht, die Wirkung der Querkräfte auf das auf die Antriebseinheit ausgeübten Steuerdrehmoments zu reduzieren, so daß sowohl Stoßbelastungen während scharfer Wendemanöver und die Steuerkräfte während normaler Manöver auf ein Niveau reduziert werden können, welches die Verwendung herkömmlicher Kabelsteuerungen auch bei Motoren mit hoher Leistung erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die projizierte Fläche des Abschnittes des Antriebsgehäuses unterhalb der Kavitationsplatte und vor der Steuerachse zumindest halb so groß oder höchstens zweimal so groß ist wie die Summe der projezierten Fläche des Abschnittes des Antriebsgehäuses unterhalb der Kavitationsplatte und hinter der Steuerachse und der projizierten Fläche der Naben der Schrauben.

eine schräggerichtete Wasserströmung unterwirft ein symmetrisches Antriebsgehäuse mit gekrümmten Seitenflächen einer Querkraft, deren Druckzentrum auf der Steuerachse liegt, wenn die Fläche vor der Steuerachse bis nahezu 33 % der Fläche hinter der Steuerachse beträgt. Normalerweise hat ein nicht hydraulisch gesteuerter Einzelschraubenantrieb vor der Steuerachse eine Fläche ,die zwischen 10 und 20 % der Fläche hinter der Steuerachse beträgt, so daß

das Druckzentrum für die Strömungskraft hinter der Steuerachse liegt. Um stattdessen entsprechend der Erfindung die Antriebseinheit so auszulegen, daß die Fläche vor der Steuerachse zumindest 50 % der Fläche hinter der Steuerachse beträgt, wird das Druckzentrum der Strömungskraft an eine Stelle vor der Steuerachse vorgeschoben. Das durch die Strömungskraft auf die Antriebseinheit ausgeübte Steuerdrehmoment wird so das durch die Schraubenquerkraft ausgeübte Drehmoment ausgleichen und so ein niedriges resultierendes Steuerdrehmoment vorsehen.

. Ein vollständiger Ausgleich bei allen Geschwindigkeiten ist unmöglich zu erreichen, da die Strömungskraft von der Geschwindigkeit abhängig ist. Die Oberflächenverteilung und somit die Lage des Druckzentrums vor der Steuerachse wird daher so ausgewählt, daß die durch die Strömungskraft ausgeübten Drehmomente und die Schraubenquerkr'aft im oberen Ende des für die Antriebseinheit vorgesehenen Geschwindigkeitsbereiches nahezu gleich ist. Dies dient der Vermeidung einer Übersteuerung im oberen Geschwindigkeitbereich. Je niedriger der Bootsgeschwindigkeitsbereich ist, für den die Antriebseinheit ausgelegt ist, um so größer muß die Fläche vor der Steuerachse im Verhältnis zur Fläche hinter der Steuerachse sein, weil eine niedrige Antriebseinheitsgeschwindigkeit in einer niedrigen Strömungskraft resultiert, so daß die Dominanz der Schraubenquerkraft zunimmt. In der Praxis kann man annehmen, daß die Strömungskraft niemals niedriger ist als die Schraubenquerkraft, was bedeutet, daß die Fläche vor der Steuerachse höchstens zweimal so groß sein kann wie die Fläche hinter der Steuerachse. Wie zuvor umfaßt die Fläche hinter der Steuerachse sowohl die Fläche des Antriebsgehäuses selbst unterhalb der Antikavitationsplatte

(sogenannte Naßfläche) und die Fläche der Schraubennaben.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung Ü5 ,der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Doppelschraubenantriebseinheit entsprechend der Erfindung und

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht des Profils des Unterwassergehäuses der Antriebseinheit.

Die Schraubenantriebseinheit der Fig. 1 ist eine sogenannte Innerbords-Außerbords-Antriebseinheit, die dazu bestimmt ist, an einer Bootsbodenwange oder an einem Ausleger angebracht und mit der Abtriebswelle eines nicht dargestellten Motors verbunden zu werden. Die Antriebseinheit umfaßt ein Gehäuse 1 und enthält einen Wendemechanismus mit einer Abtriebswelle 2, die ein Kegelrad 3 trägt. Dieses Kegelrad 3 kämmt ständig mit zwei Kegelrädern 4 und 5. Das Kegelrad 4 treibt eine Schraubenwelle 6 an. Das Kegelrad 5 treibt eine Hohlschraubenwelle 7 an, die konzentrisch zur Schraubenwelle 6 angeordnet ist. Die Schraubenwelle 6 trägt eine Schraube 8 und die Schraubenwelle 7 eine Schraube 9. Die beschriebene Anordnung resultiert in einem Antrieb der Schraubenwellen in entgegengesetzter Richtung. Die Drehrichtung der Schraubenwelle 2 wird so ausgewählt, daß die Schraubenwelle 7 sich von hinten gesehen im Gegenuhrzeigersinn dreht.

Das Antriebsgehäuse kann um eine Schrägachse S gedreht werden, welche auf herkömmliche Weise die Antriebsverbindung (nicht dargestellt) zwischen dem Motor und der Antriebseinheit kreuzt. Der Befestigungs- und Steuermechanismus des Antriebs sind an sich bekannt und werden daher hier nicht im einzelnen beschrieben. Der Winkel zwischen der Schwenkachse S und der Antriebsachse 2 beträgt bei dem hier dargestellten Beispiel 12°.

Das Antriebsgehäuse besteht aus einer Antikavitationsplatte 10, welche nach hinten über die Schrauben verläuft. Der Abschnitt des Antriebsgehäuses 1 unterhalb der Ebene KP der Antikavitationsplatte ist das Unterwassergehäuse 11 der Antriebseinheit. Die Schutzfläche des Abschnittes des Unterwassergehäuses unterhalb der Ebene KP und vor der Steuerachse S beträgt bei der hier dargestellten Ausführungsform bis zu 55 % der Flache des Gehäuses unterhalb der Ebene KP und hinter der Steuerachse S einschließlieh der Schutzfläche der Naben 12, 13 der Schrauben 8,9. Das Druckzentrum Tc der Strömungskraft befindet sich somit ein wenig vor der Steuerachse S. Diese Antriebseinheit ist primär'für Dieselmotoren, bemessen auf 150-300 PS, und für Geschwindigkeiten über 45 km/h bestimmt. 25

Die Kräfte F und F die während eines Wendemanövers aui das Antriebsgehäuse bzw. die Schrauben wirken, üben in diesem Fall entgegengesetzt wirkende Drehmomente auf die Antriebseinheit aus, wie dies deutlich aus Fig. 2 ersichtlich ist, in der der Pfeil Vs die Wasserströmungsrichtung anzeigt. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform mit einem Oberflächenverhältnis von 55 % werden die Stoßbelastungen während eines scharfen Wendemanövers um mehr als die Hälfte reduziert. Die Steuerkräfte bei normalen Manövern werden um ungefähr 30 % gegenüber denjenigen reduziert, die bei einem unausgeglichenen Doppelschraubenantrieb auftreten.

Vorstehend wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Innerbords-Außerbords-Antriebseinheit beschrieben, die an einem Ausleger zu befestigen ist. Die
Erfindung kann natürlich auch auf Antriebseinheiten Anwendung finden, bei denen das festzulegende Antriebsgehäuse durch eine Öffnung im Boden des Bootes verläuft, wie dies bei einem sogenannten S-Antrieb der Fall ist.

f.

Leerseite

Claims

HOFFMANN · EITLE & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN D1PL.-ING. K. FÜCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN . DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS . DIPL.-ING. K. GDRG DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE 39 117 p/hl AB VOLVO PENTA Göteborg /Schweden Bootsschraubenantrieb Patentansprüche

1. Bootsschraubenantrieb mit einem Paar von konzentrischen, in entgegengesetzten Richtungen angetriebenen Schraubenwellen innerhalb eines Antriebsgehäuses, von denen jede Welle zumindest eine Schraube trägt und das Antriebsgehäuse um eine Steuerachse schwenkbar ist und oberhalb der Schrauben eine Antikavitationsplatte aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß die projizierte Fläche des Abschnittes des Antriebsgehäuses (11) unterhalb der Kavitationsplatte (10) und vor der Steuerachse ( S ) zumindest halb so groß oder höchstens zweimal so groß ist wie die Summe der projizierten Fläche des Abschnittes des Antriebsgehäuses (11) unterhalb der Kavitationsplatte und hinter der Steuerachse (S) und der projizierten Fläche der Naben (12,13) der Schrauben.

2. Bootsschraubenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Fläche vor der Steuerachse (S) 55 % der Fläche hinter der Steuerachse beträgt.

.RABELLASTRASSE 4 · D-BOOQ MÜNCHEN 81 · TELFFnwm=^"-·"" τα cv ηκ.ϋοκια fPATHE) · TELEKOPIERER 9183