DE3713993C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Propelleranlage für ein Wasserfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Propelleranlagen, die mit Propellern ausgerüstet sind, die sich in entgegengesetzten Richtungen drehen, sind an sich bekannt. Durch Anordnung zweier Propeller derart, daß sie in derselben Propelleranlage in axialer Richtung hintereinander liegen und sich in entgegengesetzten Richtungen drehen, kann der Großteil der in den Wirbeln der Austrittsströmung des ersten Propellers gebundenen Energie mit dem hinteren Pro­ peller nutzbar gemacht werden, indem dieser zweckentsprechend bemessen wird. Dabei wird die Belastung beider Propeller kleiner und dementsprechend werden die Kavitationsverhält­ nisse günstiger und der Wirkungsgrad der Propelleranlage steigt. Weil der Wirkungsgrad besser wird, können Propeller kleineren Durchmessers verwendet werden, woraus sich ergibt, daß ein Wasserfahrzeug mit einer Propelleranlage dieser Art auch für flache Gewässer geeignet ist. Gegenüber herkömmli­ chen Propelleranlagen werden bei diesen Propelleranlagen mit kleinen Propellerdurchmessern große Schubkräfte erzielt und andererseits wird aufgrund des guten Wirkungsgrades der Pro­ pelleranlage große Schubkraft mit kleineren Maschinenleistun­ gen erzielt als bei herkömmlichen Systemen. Dadurch werden die Kosten des Systems niedriger. Mit in entgegengesetzten Richtungen rotierenden Propellern ausgerüstete Propeller­ anlagen sind u. a. in den US-Patenten 26 91 356, 29 87 031, 30 94 967 und der DE-Patentschrift 8 70 655 und der DE-Aus­ legeschrift 11 45 048 beschrieben.

Die DE-35 90 393 T1 beschreibt eine Propelleranlage für ein Wasserfahrzeug mit zumindest vier Propellern, die paarweise gegenläufig drehend, axial hintereinander in einer gemeinsa­ men Propellerdüse angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, daß ein Propellerpaar ziehend und das andere Propellerpaar schie­ bend ausgelegt sind. Die Propelleranlage kann gelenkt sein und als Aktivruder zur Steuerung des Wasserfahrzeuges die­ nen.

Eine gemeinsame Propellerdüse für mehrere Propeller einer Propelleranlage ist notwendigerweise sehr lang und konver­ giert sehr stark. Es ist dabei nicht möglich, die Anordnung der Propeller in der Propellerdüse optimal zu wählen.

Aus der DE-32 07 852 A1 ist eine Propelleranlage für ein Was­ serfahrzeug bekannt, die zwei gegenläufig rotierende Propel­ ler enthält, von denen der hintere kleiner ist als der vorde­ re und eine größere Blattzahl aufweist. Die Propelleranlage ist als aktives Ruder um eine vertikale Achse drehbar. Da bei dieser Ausführung keine Propellerdüse vorgesehen ist, müssen die Propeller sehr groß sein, um eine ausreichende Schubkraft erzeugen zu können.

In der DE-PS 8 70 655 ist eine Steuervorrichtung für Schiffe beschrieben. Dabei sind zwei Propeller axial hintereinander an einem um eine Vertikalachse schwenkbaren Gehäusekörper angeordnet und rotieren mit gleichem Drehsinn. Da auch bei dieser Ausführung keine Propellerdüse vorgesehen ist, müssen relativ große Propeller zur Erzeugung einer ausreichenden Schubkraft eingesetzt werden. Dadurch werden ferner die ohne­ hin aufgrund der gleichen Drehrichtungen der beiden Propel­ ler ungünstigen Kavitationsverhältnisse zusätzlich ver­ schlechtert.

Als sehr vorteilhaft kann eine solche Propelleranlage mit in entgegengesetzten Richtungen rotierenden Propellern dann angesehen werden, wenn zwei Propeller vorgesehen sind, die beide auf derselben Seite des Winkelgetriebes angeordnet sind, d. h. wenn beide Propeller entweder ziehen oder schieben. Dabei verursacht das Winkelgetriebe der Propelleranlage keine Störströmungen für den hinteren Pro­ peller, sondern die in den Wirbeln der Austrittsströmung des vorderen Propellers gebundene Energie läßt sich mit dem hin­ teren Propeller besser ausnutzen. Eine Anordnung dieser Art wurde bereits in der SE-Patentschrift 4 33 599 beschrieben.

Zum anderen ist bekannt, an einer mit einem Propeller versehenen Propelleranlage eine ringförmige, um den Propeller herum angeordnete Propellerdüse zu verwenden, um die Strö­ mungsverhältnisse des Propellers zu verändern. Eine Propel­ lerdüse wird im allgemeinen zur Verbesserung der Schubkraft des Propellers eingesetzt, speziell bei kleinen Geschwindig­ keiten, in denen die Propellerdüse dazu dient, die Propeller­ strömung zu beschleunigen, um einen besseren Schub zu erzie­ len. Eine solche Anordnung wird im allgemeinen zum Beispiel in Schleppern verwendet. Weil mit Hilfe der Propellerdüse die Schubkraft verbessert werden kann, kann in der Propelleran­ lage ein Propeller kleineren Durchmessers verwendet werden, im Gegensatz zu der Situation, bei der ein Propeller ohne Propellerdüse eingesetzt wird. Eine mit Propellerdüse aus­ gerüstete Propelleranlage wurde vorher zum Beispiel in der FI-Patentanmeldung 8 30 373 beschrieben.

Ein gemeinsamer Vorteil dieser im vorstehenden beschriebenen Propelleranlagen liegt zudem darin, daß sie auf einfache Weise drehbar an­ geordnet werden können, womit sie zur Steuerung des Wasser­ fahrzeuges verwendet werden können, wie aus der DE-28 48 785 C2 bekannt ist. Der darin beschriebene Propeller ist ferner in der in Strömungsrichtung hinteren Hälfte der Propeller­ düse innerhalb dieser angeordnet.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine neue Propelleranlage zu schaffen, mit der auch dieselben Vorteile wie mit den bisher bekannten Propelleranlagen des derzeitigen Standes der Technik erreicht werden, wobei aber Wirkungsgrad und Schubkraft der erfindungsgemäßen Anlage wesentlich besser sind als diejenigen der bisher bekannten Propelleranlagen. Zur Erreichung dieses Zieles ist für die Erfindung im wesent­ lichen charakteristisch, daß die Propelleranlage mit wenig­ stens einer ringförmigen Propellerdüse ausgerüstet ist der­ art, daß wenigstens einer der Propeller der Propelleranlage innerhalb der genannten Propellerdüse rotierend angeordnet ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Propelleranlage durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Eine weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist in Anspruch 2 beschrieben.

Von den Vorteilen der Erfindung gegenüber den bisher bekannten Lösungen kann u. a. hervorgehoben werden, daß ge­ genüber den bisher bekannten Propelleranlagen mit der erfin­ dungsgemäßen Propelleranlage mit einem wesentlich kleineren Propellerdurchmesser eine sehr große Schubkraft erzielt wird. Mit anderen Worten, der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Propelleranlage ist wesentlich besser als bei den bisher bekannten Lösungen. Ein wesentlicher Vorteil ist außerdem, daß sich die erfindungsgemäße Propelleranlage auf einfache Weise drehbar anordnen läßt, womit die Propelleranlage zur Steuerung des Wasserfahrzeuges verwendet werden kann, und daß die verglichen mit dem Stand der Technik kurze Bauweise der bzw. jeder Düse besonders einfach eine optimale Anord­ nung der Propeller darin ermöglicht.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Figuren der beigefügten Zeichnung beschrieben, in denen sche­ matisch verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Propelleranlage dargestellt sind.

Fig. 1A-1B zeigen verschiedene Ausführungen einer er­ findungsgemäßen Propelleranlage, bei denen Propeller schiebend angeordnet sind.

Fig. 2A-2C zeigen Ausführungen einer erfindungsgemäßen Propelleranlage, in denen einer der in der Propelleranlage verwendeten Propeller schiebend, der andere ziehend angeordnet ist.

Anfangs wird auf Fig. 1A-1B hingewiesen, in denen die erfindungsgemäße Propelleranlage allgemein mit Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Der Propelleranlage 10 wird die Kraft in üblicher Weise über eine Vertikalwelle 12 zugeführt, von der sie über ein Winkelgetriebe 11 weiter auf die Wellen der Propeller 13 und 14 übertragen wird. In Fig. 1A-1B sind beide Propeller 13 und 14 der Propelleranlage 10 schiebend angeord­ net. Die Propeller 13 und 14 sind in entgegengesetzten Rich­ tungen drehend angeordnet, wie dies zum Beispiel in der SE- Patentschrift 4 33 599 beschrieben ist. Die Propellerwellen sind somit ineinander konzentrisch gelagert derart, daß die Welle des ersten Propellers 13, d. h. die Welle des vorderen Propellers, hülsenförmig ist und daß diese auf der Welle des zweiten Propellers 14, d. h. der Welle des hinteren Propel­ lers, angeordnet und drehbar gelagert ist. Wie oben bereits festgestellt, werden die Wellen der Propeller 13 und 14 über das Winkelgetriebe 11 in entgegengesetzten Richtungen ge­ dreht.

Die Größe der in der Propelleranlage verwendeten Pro­ peller 13 und 14 ist in bekannter Weise derart gewählt, daß der Durchmesser des ersten Propellers 13 größer ist als der des zweiten 14, wobei die Spitzenwirbel der Blätter des ersten Propellers 13, d. h. des vorderen Propellers, am zweiten 14, d. h. hinteren Propeller, keine Kavitation oder Schwin­ gungen hervorrufen. Außerdem ist bekannt, daß der zweite 14, d. h. der hintere Propeller, vorteilhaft mit einer größeren Anzahl Blätter ausgerüstet wird als der erste 13, d. h. vor­ dere Propeller. Die Anzahl der Blätter des zweiten Propellers 14 ist vorteilhaft um ein Blatt größer gewählt als die des ersten Propellers 13, was sehr wichtig ist zur Vermeidung einer harmonischen Schwingung unter den Propellern 13 und 14. Diese Bemessungsprinzipien sind allgemein gültig für jede einzelne Ausführung der erfindungsgemäßen Propelleranlage.

In Fig. 1A ist eine erste Ausführung der erfindungs­ gemäßen Propelleranlage 10 dargestellt. In dieser Ausfüh­ rungsform ist der erste Propeller 13, d. h. der vordere Pro­ peller, innerhalb einer Propellerdüse 15a angeordnet und der zweite Propeller 14, d. h. der hintere Propeller, als offener Propeller ausgeführt. Diese Anordnung dürfte erfindungsgemäß als die vorteilhafteste angesehen werden. Das kommt daher, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers am vorderen Propeller 13 langsamer ist als am hinteren Propeller 14, womit die von der Düse 15a abgegebene zusätzliche Schubkraft auch größer ist. Die Lage des ersten Propellers 13 innerhalb der Propellerdüse 15a, d. h. in Axialrichtung gesehen im Bereich zwischen der Eintrittskante 16a und der Austrittskante 17a der Propeller­ düse ist vorteilhaft derart gewählt, daß sich der erste Pro­ peller 13 im Bereich zwischen der Mitte der axialen Länge der Propellerdüse 15a und der Austrittskante 17a befindet. Bei dieser Lage des ersten Propellers 13 in der Propeller­ düse 15a hat der von der Propellerdüse 15a auf den ersten Propeller 13 abgegebene Schubkraftzuwachs sein Maximum.

In Fig. 1B ist eine zweite alternative Ausführung der erfindungsgemäßen Propelleranlage 10 dargestellt. In dieser Ausführung ist der erste Propeller 13 , d. h. der vordere Propeller, als offener Propeller ausgeführt und der zweite Propeller 14 , d. h. der hintere Propeller, innerhalb einer Propellerdüse 15b angeordnet. Die Anordnung nach Fig. 1B ist bei kleinen Geschwindigkeiten nicht so vorteilhaft wie die Ausführung 1A, aber die in Fig. 1B dargestellte Lösung ist bei größeren Geschwindigkeiten brauchbar. In der Ausfüh­ rung nach Fig. 1B ist der zweite Propeller 14 innerhalb der Propellerdüse 15b, d. h. in Axialrichtung gesehen im Bereich zwischen der Eintrittskante 16b und der Austrittskante 17b der Propellerdüse 15b, angebracht derart, daß sich der genannte Propeller 14 vorteilhaft im Bereich zwischen der Mitte der axialen Länge der Propellerdüse 15b und der Austrittskante 17b der Propellerdüse 15b befindet. Wie in Fig. 1A sind auch in Fig. 1B keine Befestigungselemente der Propellerdüsen 15a und 15b gezeigt, aber die Befestigung der Propellerdüsen 15a und 15b an der Pro­ pelleranlage 10 kann in jeder beliebigen geeigneten Weise ausgeführt werden.

In Fig. 2A-2C sind verschiedene Ausführungen einer erfindungsgemäßen Propelleranlage 20 dargestellt, in denen der erste Propeller 23 der in der Propelleranlage verwendeten Propeller als ziehender und der zweite Propeller 24 als schiebender Propeller ausgeführt sind. Die Kraft wird in die Propeller­ anlage 20 entlang einer Vertikalwelle 22 gebracht und weiter werden Kräfte über ein Winkelgetriebe 21 der Anlage auf die Wellen der Propeller 23 und 24 übertragen.

In Fig. 2A ist eine alternative Ausführung der erfin­ dungsgemäßen Propelleranlage 20 dargestellt. Gemäß dem Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 2A ist der erste Propeller 23 der Propelleranlage, d. h. der ziehende vordere Propeller, als offener Propeller und der zweite Propeller 24, d. h. der schiebende hintere Propeller, innerhalb einer Propellerdüse 25a angebracht. Der zweite Propeller 24 ist in Axialrichtung gesehen im Bereich zwischen der Eintrittskante 26a und der Austrittskante 27a der Propellerdüse 25a angebracht derart, daß er sich vorteilhaft im Bereich zwischen der Mitte der axialen Länge der Propellerdüse 25a und der Austrittskante 27a der Propellerdüse 25a befindet. Durch diese Anordnung werden die Vorteile erzielt, die bereits im vorstehenden unter Hinweis auf Fig. 1A-1B beschrieben wurden.

Die Ausführung gemäß Fig. 2B entspricht ansonsten der in Fig. 2A dargestellten, aber in der Ausführungsform nach Fig. 2B ist auch der erste Propeller 23, d. h. der ziehende vordere Propeller, innerhalb einer Propellerdüse 25b angeord­ net. Gemäß dieser Ausführungsform werden in der Propeller­ anlage 20 folglich zwei Propellerdüsen 25a und 25b verwendet. Auch der erste Propeller 23 ist zweckmäßig innerhalb der Propellerdüse 25b derart angebracht, daß er sich in Axial­ richtung gesehen zwischen der Eintrittskante 26b und der Austrittskante 27b der Propellerdüse 25b im Bereich zwischen der Mitte der axialen Länge der Propellerdüse 25b und der Aus­ trittskante 27b der Propellerdüse 25b befindet.

Die Propelleranlage nach Fig. 2C unterscheidet sich von der in Fig. 2A und 2B dargestellten darin, daß sich bei die­ ser Ausführung der erste Propeller 23, d. h. der ziehende Vorderpropeller, innerhalb einer Propellerdüse 25c befindet, wogegen der zweite Propeller 24, d. h. der schiebende hintere Propeller, als offener Propeller ausgeführt ist. Der erste Propeller 23 ist in dieser Ausführung innerhalb einer Propel­ lerdüse 25c in entsprechender Weise wie in den vorherigen Ausführungen angebracht, d. h. derart, daß sich der in Axial­ richtung gesehen erste Propeller 23 zwischen der Eintritts­ kante 26c und der Austrittskante 27c der Propellerdüse 25c im Bereich zwischen der Mitte der axialen Länge der Propeller­ düse 25c und der Austrittskante 27c befindet.

Die erfindungsgemäße Lösung kann auch auf andere Art und Weise als gemäß den Figuren der Zeichnung ausgeführt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, daß in der Propeller­ anlage beide Propeller ziehend ausgeführt werden. Die erfin­ dungsgemäße Doppelpropeller-Propellerdüsenkombination kann auch in gewöhnlichen Kraftübertragungssystemen, d. h. in Fällen, bei denen die Kraft über eine "lange" Propellerwelle auf die Propeller übertragen wird, angewendet werden. In diesen Fällen kann die Kraftübertragung z. B. derart ausge­ führt werden, daß die auf die Propeller gebrachte Kraft in der Kraftübertragungslinie so nahe wie möglich an den Pro­ pellern geteilt wird, wie z. B. mit Hilfe eines Planeten­ getriebes und unter Verwendung von koaxialen Propellerwellen. Eine Kraftübertragungsausführung dieser Art ist jedoch kom­ pliziert und schwierig durchzuführen, aus welchem Grund die Anwendung der Doppelpropeller-Propellerdüsenkombination bedeutend günstiger und einfacher an den in den Figuren dar­ gestellten Propelleranlagen 10 und 20 und speziell in der Ausführung nach Fig. 1A-1B ausführbar ist, weil dabei sehr kurze Propellerwellen erzielt werden. Die Propelleranlagen 10 und 20 lassen sich außerdem um die Vertikalachse 12, 22 dreh­ bar ausführen, womit sie zur Steuerung des Fahrzeuges benutz­ bar sind.

Die Erfindung wurde im vorstehenden als Beispiel unter Hinweis auf die Figuren der beigefügten Zeichnung beschrie­ ben. Dadurch soll die Erfindung jedoch in keiner Weise nur auf die in den Figuren gezeigten Beispiele begrenzt werden, sondern es sind viele Variationen im Rahmen des in den bei­ gefügten Patentansprüchen definierten erfinderischen Gedan­ kens möglich.

Claims (4)

1. Propelleranlage für ein Wasserfahrzeug, zu der zwei Pro­ peller, die hintereinander auf zwei koaxialen Wellen ange­ ordnet sind und sich in entgegengesetzten Richtungen drehen, und wenigstens eine stationäre ringförmige Propel­ lerdüse gehören, bei der die Antriebskraft über eine Ver­ tikalwelle und ein Winkelgetriebe auf die im wesentlichen horizontalen Propellerwellen der Propeller übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Propellerdüse (15a; 15b; 25a; 25c) nur einen dreh­ bar darin angeordneten Propeller (13; 14; 23; 24) um­ schließt, während der andere Propeller (13; 14; 23; 24) außerhalb dieser Propellerdüse (15a; 15b; 25a; 25c) liegt, wobei der vordere Propeller (13; 23) innerhalb einer Propellerdüse (15a; 25c) angeordnet ist und der hin­ tere Propeller (14; 24) als offener Propeller angebracht ist oder wobei der vordere Propeller (13; 23) als offener Propeller und der hintere Propeller (14; 24) innerhalb einer Propellerdüse (15b; 25a) angeordnet ist.

2. Propelleranlage für ein Wasserfahrzeug, zu der zwei Pro­ peller, die hintereinander auf zwei koaxialen Wellen ange­ ordnet sind und sich in entgegengesetzten Richtungen drehen, und wenigstens eine stationäre ringförmige Propel­ lerdüse gehören, bei der die Antriebskraft über eine Ver­ tikalwelle und ein Winkelgetriebe auf die im wesentlichen horizontalen Propellerwellen der Propeller übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß beide Propeller (23, 24) mit einer eigenen Propeller­ düse (25a; 25b) versehen sind.

3. Propelleranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Propellerdüse (15a; 15b; 25a; 25b; 25c) rotie­ rend angeordnete Propeller (13; 14; 23; 24) innerhalb der Propellerdüse (15a; 15b; 25a; 25b; 25c) in Axialrichtung gese­ hen im Bereich zwischen der Mitte der axialen Länge der Propellerdüse und der Austrittskante (17a; 17b; 27a; 27c) angeordnet ist.

4. Propelleranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Propelleranlage (10; 20) zwecks Steuerung des Was­ serfahrzeuges um die Vertikalwelle (12; 22) drehbar ange­ ordnet ist.