DE4038146C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ruderpropeller für Schiffe bzw. Schwimmkörper, insbesondere für Bin­ nenschiffe, mit einer zugeordneten Düse als Ummantelung zur Bildung eines um eine Vertikalachse drehbaren hydrodynamischen Antriebs sowie einer Steuerung, wobei der Ruderpropeller am Schiffskörper unterhalb des Schiffsbodens bzw. in einem Schraubentunnel angeordnet ist und die Antriebsleistung durch einen im wesent­ lichen vertikal angeordneten Schaft mittels einer Welle auf ein Getriebe übertragen wird, das sich in einer mit dem Schaft um eine Drehachse schwenkbare Nabe befindet, und eine etwa horizontale Propellerwelle antreibt.

Eine gattungsgemäße Anordnung eines Ruderpropellers ist aus der DE-AS 26 55 667 bekannt, wobei ein Ruderpro­ peller-Aggregat in einem Schacht angeordnet ist und der schiffsfest angeordnete Schacht einen äußeren Zylinder­ mantel bildet.

Ferner ist nach der US-PS 35 72 281 ein Ruderpropeller als sogenannter Azimutal-Propeller bekannt, der in einem Schraubentunnel angeordnet ist und der Propeller zum Zweck der Fahrtrichtungsänderung, des Kurshaltens sowie zum Stoppen und zur Rückwärtsfahrt um eine Ver­ tikalachse schwenkbar angeordnet ist.

Bei Schiffen für begrenzte Wassertiefen wird der Schiffsboden im Bereich des Propellers höher gelegt als der in Höhe der Basislinie liegende Teil des Schiffs­ bodens, so daß die untere Flügelspitze des Propellers nur geringfügig bzw. gar nicht unterhalb der Basislinie liegt.

Bei Binnenschiffen ist ein Schutz des Propellers vor Grundberührung unerläßlich, und es wird hierzu oftmals der Schiffsboden im Bereich des Propellers in Form eines Tunnels ausgebildet, dessen höchste Wölbung als Scheitel vielfach oberhalb der Wasserlinie so hoch liegt, daß der Propeller die Basislinie des Schiffsbo­ dens nicht unterschneidet.

Bei Tiefgangsbeschränkung liegt ein Grundproblem der Antriebsanordnung darin, daß in dem höhenmäßig beengten Raum zwischen der Basislinie und der nach hydrodyna­ mischen und praktischen Gesichtspunkten im Einzelfall größtmöglichen Tunnelhöhe sich nur Propeller unter­ bringen lassen, deren Durchmesser unterhalb der für den Wirkungsgrad optimalen Größe liegt. Da in den hier vor­ liegenden Belastungsbereichen der Propellerwirkungsgrad zwar mit dem Durchmesser steigt, aber mit zunehmender Schub- oder Leistungsbelastung fällt, ist es erforder­ lich, einen möglichst großen Propellerdurchmesser, ins­ besondere bei hochbelasteten Propellern, unterzubrin­ gen. Dieses ist auch dann der Fall, wenn Propeller zur Wirkungsgradverbesserung eine Ringummantelung des Pro­ pellers mit einem tragflügelähnlichen Düsenprofil auf­ weisen, wie sie beispielsweise als Kortdüse bekannt ist.

Bei den bekannten Anordnungen von Ruderpropellern mit Düsen besteht der Mangel, daß der am Schaft des Propel­ lers befestigte Düsenring sich mit dem Propeller um die Azimutalachse dreht und gleichzeitig der Düsenring in­ nerhalb der Tunnelhöhe voll ausgebildet ist. Hierdurch wird der Scheitel des Tunnels nicht vom Innenkreis der Düse tangiert, sondern der Innenkreis liegt deutlich tiefer. Bei gleicher Tunnelhöhe wird daher der Innen­ durchmesser des Düsenringes und damit auch der Durch­ messer des Propellers wesentlich verringert und damit der Propeller im Wirkungsgrad schlechter.

Demgegenüber bringt der voll ausgebildete obere Sektor des Düsenringes kaum einen Vorteil, weil dort durch die Bauteile des Schaftes und durch die Nähe der Tunnel­ wand die Zirkulation um das Düsenprofil und damit die Düsenwirkung sehr mangelhaft ist.

Durch diese eintretenden Nachteile und die dadurch be­ dingte Wirkungsgradminderung ist der an sich wegen der besonderen Manövrierfähigkeit und auch aus anderen Gründen vorteilhafte Ruderpropeller mit Düse, besonders in seiner Anwendung bei hochbelasteten Tunnelschiffen stark eingeengt und kommt beispielsweise gerade bei Schubbooten, bei denen der Fortfall von sehr umfangreichen Ruderanlagen ein großer Vorteil wäre, re­ lativ selten zum Einsatz.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Ausbildung zu verbessern und eine Anordnung für einen größtmöglichen Durchmesser des Propellers unter Beibe­ haltung eines harmonischen hydrodynamisch günstigen Einbauraumes zu schaffen, die einen relativ hohen Ge­ samtgütegrad des Systems Propeller/Düse/Schiff gewähr­ leistet und hochbelastbare Anlagen ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß da­ durch, daß eine Düse als Teilring mit dem zugeordneten Propeller um die Vertikalachse drehbar im Strömungsbe­ reich angeordnet und der Teilring derart ausgebildet ist, daß der Innenkreis der Düse eine Trennfläche zwischen dem Schwimmkörper und der daran entlangführen­ den Strömung annähernd tangiert und auch der Flügel­ spitzenkreis des Propellers eine annähernd tangierende Position aufweist.

Der Verlauf der Trennfläche ist dabei nicht unter dem Aspekt der Wasserdichtigkeit zu sehen, sondern so, wie die Strömung der Form des Schiffsbodens oder Tunnels folgt, d. h. auch eine nicht wasserdichte Abdeckung einer Vertiefung oder Öffnung kann Teil der Trennfläche sein.

Durch diese tangentiale Anordnung des Düsen-Innen­ kreises wird eine optimale Ausnutzung des vorhandenen Einbauraumes ermöglicht, indem auf den für die Zirkula­ tionsströmung praktisch nutzlosen Bereich des oberen Düsensektors verzichtet und die gewonnene Höhe zur Ver­ größerung des Propellerdurchmessers und/oder zur flacheren Gestaltung des Tunnels genutzt wird.

Es ist zwar nach der GB 20 08 520 A eine fest ange­ ordnete Düse als Teilring für einen starr eingebauten Propeller bekannt. Hierbei wird aber keine Lehre für eine drehbare Anordnung im Tunnel gegeben, die strömungstechnisch verbessert werden soll.

Weitere Ausgestaltungen zur Aufnahme der Düse als Teil­ ring und zur Strömungsbeeinflussung einschließlich der zugeordneten Tunnel- bzw. Außenhautausbildung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Beim Stand der Technik ist es zwar gemäß der US 28 85 990 bekannt, eine drehbar angeordnete Scheibe vorzusehen. Hierbei dient aber die unterhalb des Pro­ pellers angeordnete drehbare Scheibe, als Verschluß im Schiffsboden bei vollständig hochgezogenem Propeller. Nach der US-Z: Marine Engineering/Log Dec. 1982, Seite 72, ist lediglich bekannt, daß ein Verbindungs­ flansch oberhalb der Düse zwischen einem oberen und unteren Teil eines Getriebegehäuses angeordnet ist, sowie ferner ein oberer Befestigungsflansch, der den Schacht nach oben verschließt und mit dem das gesamte Aggregat an der Oberkante des Schachtes mit dem Schiffskörper verschraubt ist. Diese Ausbildungen sind somit nicht mit einer Anordnung gemäß Anspruch 3 ver­ gleichbar.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Ruder­ propellers mit Düse in tangentialer An­ ordnung,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Propelleranord­ nung mit einem plattenförmigen Befesti­ gungselement für die Düse an ihren Enden,

Fig. 3 eine Ansicht einer Propelleranordnung mit einem im Schiffsboden eingelassenen Dreh­ teller,

Fig. 4 eine Propelleranordnung mit Drehteller im Tunnelquerschnitt, mit einer Seitenansicht des in Querrichtung gedrehten Ruderpropel­ lers,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Propelleranord­ nung an einem Drehteller mit konkaver Bo­ denfläche,

Fig. 6 eine Ausführungsform mit konkaver Boden­ fläche, entsprechend Fig. 5, jedoch in Kombination mit einer partiellen konvexen Ausbuchtung,

Fig. 7 eine alternative Ausführungsform ent­ sprechend Fig. 5 mit konvexer Bodenfläche,

Fig. 8 bis 10 einen Längsschnitt, Querschnitt und Drauf­ sicht eines ebenen Drehtellers in Anpas­ sung an die längsgestreckte-ovalen Wasser­ linien des Tunnels und

Fig. 11 einen Querschnitt eines Schraubentunnels mit einen Drehteller mit konkav einge­ buchtetem Boden und Leitflächen-Segmenten zum Ausgleich der unterschiedlichen Wöl­ bungen in Längs- und Querrichtung.

Bei den dargestellten Anordnungen ist ein Propeller 1 mit einem Düsenring als Teilring 2 angeordnet, der ein entsprechendes Düsenprofil 3 aufweist. Der Propeller 1 ist auf einer Nabe 4 mit einer horizontalen Propellerwelle 5 angeordnet und wird über ein Getriebe durch einen Schaft 6 angetrieben, wobei der Schaft 6 um eine Vertikalachse 7 zur Verstellung des Propellers 1 mit dem Düsenring 2 drehbar ist.

Der Propeller 1 und die Düse als Teilring 2 sind dabei so angeordnet, daß der Innenkreis 8 der Düse 2 bzw. der damit fast identische Flügelspitzenkreis des Propellers 1 die jeweilige Trennfläche 9 zwischen der Strömung und dem Schiffskörper annähernd tangential berührt.

Die Trennfläche 9 kann, wie in Fig. 1 und 2 darge­ stellt, der ebene Boden eines Schwimmkörpers sein. In einem Schraubentunnel erfordert der Schwenkradius 10 der Düse die Ausbildung einer Scheitelebene 11 die die Tunnelhöhe 12 über der Basislinie 13 begrenzt und zu­ sammen mit der Wandung des Tunnels 14 die Trennfläche 9 für die Strömung bildet, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

Bei der Ausbildung gemäß Fig. 1 ist der Düsenring 2 über Befestigungsstreben 15 gehalten und die Profilen­ den 16 sind parallel unterhalb der Trennfläche 9 zum Schiff abgeschnitten. Selbstverständlich können die Profilenden auch abgerundet oder mit Endscheiben aus­ geführt werden.

Gemäß Fig. 2 sind die Profilenden 16 des Düsenringes 2 über ein plattenartiges Befestigungselement 17 unter­ halb der Trennfläche 9 zusätzlich am Schaft 6 be­ festigt, das sich um die Vertikalachse 7 mitdreht.

Eine weitere Ausführung gemäß Fig. 3 besteht in der Anordnung eines Scheibenkörpers als Drehteller 18, der als Teil der Trennfläche 9 in einem Schacht 19 fluchtend eingesetzt ist. Der Drehteller 18 ist konzen­ trisch zur Vertikalachse 7 angeordnet und fest mit dem Düsenring 2 und dem drehbaren Schaft 6 verbunden. Gegebenenfalls ist es möglich, den vollständigen Düsen­ ring 2 mit seinem oberen Sektor so im Drehteller 18 einzubetten, daß die tangentiale Lage des Innenkreises 8 des Düsenringes erreicht wird.

Eine Abdichtung des Drehtellers 18 im Schacht 19 kann an seinem Rand erfolgen. Falls es vorgesehen ist, den Aus- und Einbau von Drehteller und Düse nur von unten vorzunehmen, kann der Schacht 19 auch als wasserdichte Vertiefung in der Trennfläche 9 ausgebildet werden.

Eine weitere Ausführung gemäß Fig. 4 besteht darin, daß der Drehteller 18 in dem Schacht 19 angeordnet ist, der bis über die Wasserlinie 20 geführt und über einen Flanschdeckel 21 am oberen feststehenden Teil 22 des Aggregates verschlossen ist. Bei dieser Anordnung ist das gesamte Aggregat mit dem Drehteller 18 nach oben heraushebbar.

Der Drehteller 18 weist gemäß Fig. 3 und 4 einen ebenen Boden 23 auf, der sich in der Scheitelebene 11 befin­ det.

Eine alternative Ausbildung ist in Fig. 5 dargestellt, wobei die Bodenfläche des Drehtellers 18 eine konkave Einbuchtung 24 aufweist. Diese Einbuchtung 24 dient zur besseren Anpassung an die Tunnelform.

Bei einer Ausbildung gemäß Fig. 6 ist diese konkave Einbuchtung 24 im Verbindungsbereich mit dem Düsenring 2 mit einer partiellen Erhebung 26 kombiniert. Bei dieser Ausbildung der Bodenfläche erfolgt somit eine Abweichung von der Rotationssymmetrie, und es ist mög­ lich, die durch die Bodenfläche gebildete örtliche Tun­ nelform in Abhängigkeit vom Drehwinkel um die Vertikal­ achse 7 relativ zum Schiff zu verändern. Ferner wird partiell ein ähnlicher Effekt erzielt, wie mit der Aus­ buchtung des ganzen Tellerbodens gemäß einer Ausbildung nach Fig. 7.

Bei dieser Ausführungsform nach Fig. 7 besitzt die Bo­ denfläche des Drehtellers eine konvexe Ausbuchtung 25. Es wird hierbei der Zweck verfolgt, im Einlauf der Strömung in den oberen Sektor des Düsenringes 2 durch eine Stromlinienverengung das Schwingungs- und Kavita­ tionsverhalten des Propellers 1 zu beeinflussen.

Um eine Anpassung an eine generell günstige längsovale Tunnelform zu erzielen, ist eine Anordnung gemäß Fig. 8 bis 10 vorgesehen. Zur besseren Anpassung an die Tun­ nelwasserlinien 27 wird die durch den ebenen kreis­ runden Drehtellerboden 18 gebildete Scheitelebene 11 in eine virtuelle, d. h. für die Strömung wirksame Scheitelebene 28 mit länglich-ovalem Umriß umgeformt. Dazu wird die Scheitelebene 11 in Schiffslängsrichtung, nach vorn und hinten an den Schacht 19 anschließend, durch sichelförmige ebene Bereiche 29 der festen Tun­ nelwandung 14 verlängert.

Gleichzeitig wird die virtuelle Breite der Scheitel­ ebene verringert. Hierzu wird die Unterkante des Schachtes 19 an den Seiten tiefergelegt und - wie in Fig. 8 und 9 ersichtlich - ein Stück unterhalb des Dreh­ tellerbodens an die seitliche schräge Tunnelwand ange­ schlossen. Hierdurch entsteht ein ideeller Strak 30 des Tunnelquerschnittes (innerhalb des Scheibenkörpers nur als gedachte Linie), in dessen Verlauf die von unten überlappenden, nicht mitdrehenden Leitflächen-Segmente 31 bis nahe an die vom Drehtellerboden gebildete Scheitelebene 11 herangeführt werden. Diese Leit­ flächen-Segmente 31, die in Fig. 9 im Querschnitt und in Fig. 10 schraffiert als Draufsicht erkennbar sind, überbrücken die an der Unterkante des Schachtes 19 ent­ stehende Stufe, bilden im übrigen einen Teil der Trenn­ fläche 9 und erzeugen so die verringerte Breite 32 der virtuellen Scheitelebene 28, womit diese den er­ wünschten, zu den Tunnelwasserlinien 27 passenden läng­ lich-ovalen Umriß erhält.

In einer Ausführung gemäß Fig. 11 ist eine sinngemäße Anwendung der Leitflächen-Segmente 31 bei einem nach oben gewölbten Drehtellerboden mit konkaver Einbuchtung 24 in einem Tunnelquerschnitt gezeigt. Wie der ge­ strichelt gezeichnete Verlauf der Längswölbung 33 des Tunnels deutlich macht, wird die konkave Einbuchtung 24 des Drehtellerbodens dieser schwächeren Wölbung etwa angepaßt. Dadurch können vor und hinter dem Schacht 19 die sichelförmigen ebenen Bereiche 29 gemäß der Aus­ führung nach Fig. 8 und 10 entfallen. Der Ausgleich mit der stärkeren Querwölbung 34 des Tunnels wird erreicht, indem analog zu Fig. 9 der Schacht 19 an den Seiten tiefer heruntergezogen und die dort entstehende Stufe durch Leitflächen-Segmente 31 ausgleichen wird. Dadurch ergibt sich auch hier eine virtuell annähernd ovale Form des Drehtellerbodens.

Claims (9)

1. Ruderpropeller für Schiffe bzw. Schwimmkörper, ins­ besondere für Binnenschiffe, mit einer zugeordneten Düse als Ummantelung zur Bildung eines um eine Ver­ tikalachse drehbaren hydrodynamischen Antriebs so­ wie einer Steuerung, wobei der Ruderpropeller am Schiffskörper unterhalb des Schiffsbodens bzw. in einem Schraubentunnel angeordnet ist und die An­ triebsleistung durch einen im wesentlichen vertikal angeordneten Schaft mittels einer Welle auf ein Getriebe übertragen wird, das sich in einer mit dem Schaft um eine Drehachse schwenkbare Nabe befindet, und eine etwa horizontale Propellerwelle antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse als Teilring (2) mit dem zugeordneten Propeller (1) um die Ver­ tikalachse (7) drehbar im Strömungsbereich ange­ ordnet und der Teilring (2) derart ausgebildet ist, daß der Innenkreis (8) der Düse (2) eine Trenn­ fläche (9) zwischen dem Schwimmkörper und der daran entlangführenden Strömung annähernd tangiert und auch der Flügelspitzenkreis des Propellers (1) eine annähernd tangierende Position aufweist.

2. Ruderpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düse als Teilring (2) mit ihren freien Enden (16) über ein plattenförmiges Befesti­ gungselement (17) im Bereich der Trennfläche (9) mit dem Schaft (6) verbunden ist.

3. Ruderpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trennfläche (9) im Drehbereich der Düse (2) durch eine drehbare angeordnete Scheibe bzw. Scheibenkörper (18) gebildet wird, der den Schaft (6) mit der teilringförmigen Düse (2) verbindet und in einem Rezeß bzw. Schacht (19) des Schiffskörpers fluchtend mit dem Verlauf der Außen­ haut eingesetzt ist.

4. Ruderpropeller nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Scheibenkörper (18) zylinderför­ mig mit ebenem Boden (23) ausgebildet ist.

5. Ruderpropeller nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe nach oben gewölbt ist bzw. der zylindrische Scheibenkörper (18) eine konkave Einbuchtung (24) an seiner Boden­ fläche aufweist.

6. Ruderpropeller nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Schei­ benkörper (18) eine konkave Einbuchtung (24) auf­ weist und im Verbindungsbereich der Düse (2) mit dem Scheibenkörper (18) eine partielle Erhebung aufweist.

7. Ruderpropeller nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Schei­ benkörper (18) an seiner Bodenfläche eine konvexe Ausbuchtung (25) aufweist.

8. Ruderpropeller nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schraubentunnel bzw. tunnelähnlichen Schiffsboden die durch den ebenen Boden eines Drehtellers (18) gebildete, an sich kreisrunde Scheitelebene (11) virtuell eine länglich-ovale Umrißform durch seitlich von unten überlappende feststehende Leitflächen-Segmente (31) und/oder durch vorn und hinten in Höhe der Scheitel­ ebene (11) an den Schacht (19) anschließende Ebene sichelförmige Bereiche (29) der festen Tunnelwan­ dung (14) erhält.

9. Ruderpropeller nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer konkaven Einbuchtung (24) des Scheibenkörpers (18), die annähernd einer schwächeren Längswölbung (33) eines Schraubentun­ nels entspricht, der Unterschied zwischen der Bo­ denwölbung des Scheibenkörpers (18) und einer stärkeren Querwölbung (34) des Schraubentunnels durch seitliche, feststehende Leiflächen-Segmente (31), die den Scheibenkörper (18) partiell von un­ ten überlappen, überbrückt wird.