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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung, die für den Antrieb
eines Bootes betrieben werden kann, wenn sie darin installiert ist,
wobei eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einen Schraubenantrieb betrifft, der
fest an einer Außenseite
eines Bootsrumpfes angeordnet ist und eine wenigstens im Wesentlichen
vertikale Antriebswelle aufweist, die über ein in einem Unterwassergehäuse eingeschlossenes
Winkelgetriebe in einer gegendrehenden Weise ein Paar von wenigstens im
Wesentlichen horizontalen Schraubenwellen mit jeweils ihrer eigenen
Schraube antreibt, und wenigstens eine Antriebseinheit aufweist,
die an einer Innenseite des Rumpfes angeordnet ist und mit der die vertikale
Antriebswelle antriebsverbunden ist.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Aus
einer veröffentlichten
europäischen
Patentanmeldung Nr.
EP 0 215
758 und aus einer veröffentlichten
deutschen Patentanmeldung Nr.
DE
35 19 599 ist es bekannt, dass bei schnellen Motorbooten
ein beträchtlich
höherer
Gesamtwirkungsgrad mit einem Außenbordantrieb
mit zwei gegendrehenden Schrauben erreicht werden kann, die mit
einem Innenbordmotor gekoppelt sind, als mit einem Innenbordmotor,
der mit einer geraden Welle mit einer einzigen Schraube gekoppelt
ist, wie es in einer veröffentlichten
europäischen
Patentanmeldung Nr.
EP 0 269
272 beschrieben ist. Bis heute sind Außenbordantriebe in Schnellbooten
bis auf ein Paar Ausnahmen von einem Typ, der sowohl lenkbar als
auch trimmbar und neigbar in einem Transomheck eines Bootes aufgehängt ist.
Eine solche Ausnahme ist in einer schwedischen Patentanmeldung SE 8305066-6
offenbart und beschrieben, in der eine spezielle Ausführungsform
eines Antriebs mit einer Druckschraube und einer Zugschraube fest
installiert ist und nach unten von einem Boden eines Rumpfes vorsteht.
Ein Vorteil, der durch die Möglichkeit
der Trimmung des Antriebs in verschiedenen Winkeln bezüglich des
Transomhecks des Bootes erreicht wird, besteht darin, dass ein zugeordneter
Antriebswinkel an eine entsprechende Position des Bootes im Wasser
angepasst werden kann, wobei ein solcher Antriebswinkel von der
Last, der Geschwindigkeit und den Wetterbedingungen abhängt, so
dass ein optimaler Antrieb unter unterschiedlichen Betriebsbedin gungen
erreicht werden kann. Vorteile, die durch die Möglichkeit der Trimmung des
Antriebs erreicht werden, sind am meisten bei schmalen und mittelgroßen Schnellbooten
bis zu ungefähr
40 Fuß (ca.
12 Meter) wahrnehmbar. Je größer und
schwerer das Boot ist, desto weniger wird die Position im Wasser
durch diese Faktoren beeinflusst und desto geringer ist das Bedürfnis den
Antrieb trimmen zu können. Gleichzeitig
steigen die Kosten für
den Antrieb beträchtlich
je größer die
zu übertragende
Leistung ist. Unter anderem aus diesem Grund werden Außenbordmotoren
selten bei Booten in der Größenordnung über 40 Fuß (ca. 12
Meter) verwendet, sondern in diesem Fall Motoren, die gerade Schraubenwellen mit
einer einzigen Schraube über
ein an Bord angebrachte Umkehrgetriebe antreiben.
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Aus
der zuvor erwähnten
europäischen
Patentanmeldung Nr.
EP 0 269
272 und auch aus der zuvor erwähnten deutschen Patentanmeldung
Nr.
DE 35 19 599 ist
es bekannt, dass Druckschrauben Antriebsanordnungen für Boote
mit einer verbesserten Antriebsleistung versehen können. Es
ist außerdem
aus der deutschen Patentanmeldung Nr.
DE
35 19 599 erkennbar, dass durch die Aufnahme einer relativ
kleinen Kavitationsplatte in Verbindung mit einem Paar von gegenseitig
drehenden Zugschrauben die Antriebsleistung bis zu einem Bereich
verbessert werden kann, in dem Kavitationseffekte in dem Paar von
Schrauben auftreten.
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Nimmt
man die europäische
Patentanmeldung Nr.
EP 0 269
272 und die deutsche Patentanmeldung Nr.
DE 35 19 599 als Referenzen, ist ein technisches
Problem, dessen sich die vorliegende Erfindung annimmt, eine Art
und Weise, mit der weitere Verbesserungen der Antriebsleistung bei
Antriebsanordnungen für
Boote geschaffen werden können.
Solche weiteren Verbesserungen beziehen sich nicht nur auf die Schaffung
eines höheren
Gesamtwirkungsgrads und eine bessere Leistung solcher Antriebsanordnungen,
sondern auch auf eine vereinfache Installation und ein geringeres
Anlagengewicht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Ziel der Erfindung besteht darin, eine optimalere Antriebsleistung
von Antriebsanordnungen zu schaffen, die bei Booten mit Schrauben
betrieben werden können,
wenn sie darin installiert sind.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Antriebsanordnung
bereitgestellt, die für
den Antrieb eines Bootes betrieben werden kann, wenn sie darin installiert
ist, wobei die Anordnung umfasst:
- (a) einen
Schraubenantrieb, der in einem Unterwassergehäuse eingeschlossen ist und
für einen Antrieb
eines Paars von Schraubenwellen auf entgegendrehende Weise betrieben
werden kann, wobei jede Welle mit einer entsprechenden Schraube
versehen ist und die Schrauben so betrieben werden können, dass
sie als Zugschrauben wirken, und
- (b) eine Antriebseinheit, die mit der Antriebswelle für den Antrieb
verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- (c) das Unterwassergehäuse
einen langgestreckten, im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt aufweist,
wobei der im Wesentlichen zylindrische Abschnitt eine torpedoartige
Form hat und die Schraubenwellen in dem im Wesentlichen zylindrischen
Abschnitt angeordnet sind, und
- (d) die Schrauben an ihren Mittelbereichen entsprechende Naben
aufweisen, wobei die Naben maximale Durchmesser haben, die kleiner
sind als ein Durchmesser eines Frontendes des im Wesentlichen zylindrischen
Abschnittes angrenzend an die Schrauben, und der im Wesentlichen zylindrische
Abschnitt an dem Boot mittels eines flügelartigen Profils der Anordnung
anbringbar ist.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass eine Kombination des im Wesentlichen
zylindrischen Gehäuses,
des flügelartigen
Profils und der Realisierung von Schraubennabendurchmesser, die
bezüglich
des im Wesentlichen zylindrischen Gehäuses vorteilhaft sind, die
Antriebsanordnung mit verbesserter Leistung versehen kann.
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Schraubenantriebe
mit Schubschrauben, die hinter einem Unterwassergehäuse mit
einem torpedoartigen Abschnitt angeordnet sind, weisen normalerweise
Schrauben mit Naben auf, die eine Verlängerung zu einem hinteren Bereich
des torpedoartigen Abschnitts bilden. Dieser Abschnitt hat einen
Durchmesser, der unter anderem durch einen Platzbedarf für die darin
aufgenommenen Getriebeeinheiten und Schraubenwellen bestimmt wird,
wodurch zusammen mit einem Abgasabführungsauslass in den Naben
die Durchmesser der Schraubennaben bestimmt werden. Auch Stoßdämpfer aus
Gummi in den Naben beeinflussen ihren Nabendurchmesser. Die Nabendurchmesser
beeinflussen ihrerseits den Gesamtdurchmesser der Schrauben. Normalerweise betragen
die Nabendurchmesser ungefähr
30% ihrer entsprechenden Gesamtschraubendurchmesser.
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Ein
Vorteil von Zugschrauben anstatt von Druckschrauben bei einem Außenbordantrieb
besteht unter anderem darin, dass die Schubschrauben in ungestörtem Wasser
arbeiten, da das Unterwassergehäuse
hinter den Schubschrauben liegt. Es hat sich herausgestellt, dass
es dann keinen strömungsbedingten
Grund dafür
gibt, die Naben der Schubschrauben so zu dimensionieren, dass ein
gleichmäßiger Übergang
zwischen ihnen und dem Unterwassergehäuse erreicht wird, d. h. genauso
wie bei einem Antrieb, der Schubschrauben verwendet. durch Reduzierung
des Nabendurchmessers der Schubschrauben bezüglich des Durchmessers des
torpedoartigen Unterwassergehäuses
kann der Gesamtdurchmesser der Schubschraube reduziert werden, was
in vieler Hinsicht vorteilhaft ist. Einerseits werden die Masse
und Massenkräfte
verringert und andererseits wird der Platzbedarf unter einem Bodenbereich an
dem Rumpf reduziert, was bedeutet, dass das Unterwassergehäuse so dimensioniert
werden kann, dass es in Vertikalrichtung kürzer und folglich leichter ist,
als wenn Schraubennaben mit dem gleichen Durchmesser wie der torpedoartige
Abschnitt des Unterwassergehäuses
verwendet würden.
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Optional
betragen die maximalen Durchmesser der Naben in der Antriebsanordnung
im Wesentlichen 20% ihrer entsprechenden Schraubendurchmesser.
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Es
ist bereit aus der zuvor erwähnten
veröffentlichten
europäischen
Patentanmeldung Nr.
EP 0 215
758 bekannt, bei lenkbaren Außenbordantrieben eine Schraubenkombination
aus einer vorderen und einer hinteren Schraube zu verwenden, wobei
bei der Kombination, wenigstens bei höheren Geschwindigkeiten, die
hintere Schraube in einer Kavität
erzeugenden Weise arbeitet, wohingegen die vordere Schraube in einer
nicht Kavität
erzeugenden Weise arbeitet. Auf diese Weise ist es möglich, die
Haftung der Schrauben in dem Wasser während des Drehens etwas zu
reduzieren, so dass eine gewisse seitliche Verschiebung stattfindet,
wobei eine solche Verschiebung bei kleinen Booten wesentlich ist,
um zu verhindern, dass ihre Rümpfe
nach außen
neigen. Es hat sich jedoch als hydrodynamisch vorteilhaft herausgestellt,
eine Doppelschraubenkombination mit einer Kavität erzeugenden hinteren Schraube
zusammen mit einem festen Außenbordantrieb
mit Druckschrauben auch in größeren Booten
anzuordnen, die während
des Drehens nicht neigungsempfindlich sind.
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Optional
weist der im Wesentlichen zylindrische Abschnitt bei der Antriebsanordnung
einen im Betrieb nach rückwärts weisenden
Endbereich auf, wobei der Endbereich einen Abgasabführauslass zum
Abführen
von Abgasen hat, die von der Antriebseinheit im Betrieb erzeugt
werden.
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Optional
ist das flügelartige
Profil bei der Antriebsanordnung an ihrem hinteren Bereich mit einem schwenkbaren
Ruderblatt versehen, das im Betrieb eine schwenkbare Verlängerung
für das
flügelartige Profil
bildet.
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Optional
weist der im Wesentlichen zylindrische Abschnitt bei der Antriebsanordnung
eine Längserstreckung
auf, die im Wesentlichen gleich einer Summe der Längen des
flügelartigen
Profils und Ruderblattes ist.
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Optional
umfasst der Abgasabführauslass bei
der Antriebsanordnung an seinem oberen Bereich eine Abschirmung,
um das Entfernen von Abgasen weg von dem Ruderblatt zu unterstützen.
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Optional
ist das flügelartige
Profil in der Antriebsanordnung so ausgelegt, dass es an der Unterseite
eines Rumpfes des Bootes anbringbar ist.
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Optional
umfasst die Anordnung bei der Antriebsanordnung außerdem eine
Kavitationsplatte, die im Betrieb zwischen dem Unterwassergehäuse und
dem Boot positionierbar ist.
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Optional
umfassen die Schrauben bei der Antriebsanordnung eine vordere Schraube
und eine hintere Schraube, so dass die Schrauben zugeordnete Blattbereiche
haben, damit wenigstens unter bestimmten Betriebsbedingungen die
hintere Schraube in einer Kavitation erzeugenden Weise arbeitet,
während
die vordere Schraube in kavitationsfreier Weise arbeitet.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Antriebsanlage zum Vortrieb
eines Bootes, wenn sie darin installiert ist, bereitgestellt, wobei
die Anlage zwei Anordnungen nach dem ersten Aspekt der Erfindung
hat, wobei die Anordnungen im Betrieb im Wesentlichen nahe einander
positionierbar sind, wobei die Anordnungen individuell steuerbare
Blätter aufweisen,
um die Fahrtrichtung des Bootes zu steuern.
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Optional
umfassen die Anordnungen bei der Anlage entsprechende schwenkbare
Ruderblätter, wobei
die Ruderblätter
in zueinander entgegengesetzte Richtungen lenkbar sind.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird anhand in den beigefügten Zeichnungen gezeigter
beispielhafter Ausführungsformen
näher beschrieben,
in denen:
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1 eine
schematische teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung
ist;
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2 eine
einfache Seitenansicht auf die Antriebsanordnung von 1 ist;
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3 eine
perspektivische Ansicht einer Antriebsanlage mit zwei Antriebsanordnungen
gemäß den 1 und 2 ist;
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4 eine
Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung
ist;
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5 eine
perspektivische Ansicht einer Antriebsanlage mit zwei Antriebsanordnungen
gemäß 4 ist;
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6 ein
Diagramm des Gesamtwirkungsgrades einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung verglichen
mit einer bekannten Innenbordanlage ist; und
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7 ein
Diagramm ist, das den Geschwindigkeitsanstieg eines Bootes mit einer
erfindungsgemäßen Antriebsanordnung
bezüglich
eines Bootes mit einer bekannten Innenbordanlage ist.
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BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 insgesamt eine Antriebseinheit, die
aus einem Motor 1a und einem Umkehrgetriebemechanismus 1b besteht,
die an einer Innenfläche 2 eines
Bodens eines Bootrumpfes angeordnet sind. Ein Unterwassergehäuse 5 weist
eine Befestigungsplatte 7, die an einer Außenfläche 8 an
dem Boden 4 befestigt ist. Der Motor 1a treibt über ein
Winkelgetriebe in einem Umkehrgetriebe des Getriebemechanismus 1b eine Ausgangswelle 9 an,
die ihrerseits über
ein Winkelgetriebe mit konischen Zahnrädern 10, 11 und 12 ein Paar
von Schraubenwellen 13 und 14 antreibt, von denen
die Welle 14 eine Hohlwelle ist, durch die sich die Welle 13 erstreckt.
Die Welle 13 trägt
eine Schraube 15 mit einer Nabe 15a und Blättern 15b, und
die Welle 14 trägt
eine Schraube 16 mit einer Nabe 16a und Blättern 16b.
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Die
Schraubenwellen 13 und 14 sind in einem torpedoartigen
Teil 20 des Unterwassergehäuses 5 angeordnet.
Ein Gehäuseteil 21 zwischen
dem Torpedo 20 und der Befestigungsplatte 7 weist
ein flügelartiges
Profil mit leicht gewölbten
Seitenflächen auf
beiden Seiten einer vertikalen Symmetrieebene auf. An der hinteren
Seite des Gehäuseteils 21 ist
ein Ruderblatt 22 für
eine Verschwenkung um eine vertikale Schwenkachse angebracht. Der
vordere Endabschnitt 23 des Ruderblattes 22 weist
einen halbkreisförmigen
Querschnitt auf und erstreckt sich in einen halbkreisförmigen Kanal 24,
wie es am deutlichsten in 3 zu sehen
ist, in der eine Steuerbordantriebsanordnung gezeigt ist, wobei
das Ruderblatt entfernt ist. Die Seitenflächen des Ruderblattes liegen
an der Vorderkante in der gleichen Ebene wie die Hinterkante der
Seitenflächen
des Gehäuses 21,
so dass ein gleichmäßiger Übergang
zwischen dem Gehäuseteil 21 und
dem Ruderblatt 22 erhalten wird. Diese beiden erstrecken
sich zusammen über
die gesamte Länge
des Torpedos 20.
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An
seinem hinteren Ende weist der Torpedo 20 eine Abführöffnung 25 auf,
in die ein Abgasrohr 26 mündet, das von dem Motor 1a und
durch das Unterwassergehäuse 5 verläuft. Die
Schrauben arbeiten deshalb in vollkommen ungestörtem Wasser, einerseits weil
sie vor dem Unterwassergehäuse
angeordnet sind und andererseits wegen der Positionierung des Abgasabführauslasses,
der darüber
hinaus wegen des Auswurfeffekts der während der Bewegung auftritt,
zu einem minimalen Abgasrückdruck
beiträgt. Wie
es aus den Figuren zu sehen ist, ist der Torpedo an seiner hinteren
Kante mit einer Abschirmung 27 in Richtung des Ruderblattes 22 versehen,
um das Ruderblatt von der Abgasströmung abzuschirmen. Dadurch,
dass die Abgase durch das Unterwassergehäuse nach außen geführt werden und nicht durch die
Schraubennaben 15a und 16a kann der Durchmesser
der Naben und somit der Durchmesser der Schraube als Ganzes reduziert
werden. Bei steuerbaren Außenbordantrieben
mit Druckschrauben ist der maximale Durchmesser der Naben normalerweise
der gleiche wie der maximale Durchmesser des angrenzenden Teils
des Unterwassergehäuses,
wohingegen der maximale Nabendurchmesser der in den 2 bis 5 gezeigten
Schrauben 15 und 16 ungefähr 60–65% des maximalen Durchmessers
des Torpedos 20 in dem an die Schrauben angrenzenden Abschnitt
beträgt.
Da die Schrauben einen bestimmten Minimalabstand von der Fläche des
Bodens des darüber
befindlichen Bootes benötigen,
wird die Länge
des Unterwassergehäuses
in der Vertikalrichtung ebenfalls durch den Schraubendurchmesser
beeinflusst, was bedeutet, dass je geringer der Schraubendurchmesser
ist, desto kürzer
das Unterwassergehäuse
in der Vertikalrichtung sein muss.
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2 zeigt
einen Schraubenantrieb der in Verbindung mit 1 beschriebenen
Art, d. h. einen Antrieb mit einem Unterwassergehäuse 5 das
direkt an der Bodenfläche
des Bootrumpfes mittels einer Befestigungsplatte 7 befestigt
ist. Der Antrieb weist zwei Schrauben 15 und 16 auf,
von denen die vordere Schraube drei Blätter aufweist, wohingegen die hintere
Schraube vier Blätter
aufweist, was bei steuerbaren Außenbordantrieben an sich bekannt
ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Blattbereiche der Schrauben darüber hinaus zueinander so ausgelegt,
dass innerhalb eines vorher bestimmten oberen Geschwindigkeitsbereiches
die hintere Schraube in einer Kavität erzeugenden Weise arbeitet,
wohingegen die vordere Schraube in einer nicht Kavität erzeugenden
Weise arbeitet.
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Der
Schraubenantrieb von 2 ist an einer Seite und im
Abstand zu der Mittellinie 30 des Bodens angebracht. Ein
entsprechender Schraubenantrieb ist auf der anderen Seite der Mittellinie
angebracht, wie es in größerem Detail
in 3 gezeigt ist. Wie oben stehend erwähnt, ist
das Ruderblatt des rechten Antriebs entfernt, um die Konstruktion
des flügelartigen
Teils 21 des Unterwassergehäuses 5 darzustellen.
Bei doppelt angebrachten Antrieben kön nen vorteilhafterweise Einrichtungen
(nicht gezeigt) angeordnet werden, die es möglich machen, die normalerweise
synchrone Betätigung
der Ruderblätter
zu unterbinden und die Ruderblätter
stattdessen auf spiegelverkehrte Weise zu steuern, d. h. so, dass
eine bestimmte Auslenkung eines Blattes beispielsweise nach Backbord
zu einer entsprechenden Auslenkung des anderen nach Steuerbord führt. Auf diese
Weise löschen
sich die Steuerauslenkungen gegeneinander aus und die Ruder wirken
stattdessen als Bremsklappen ohne irgendeinen Steuereffekt.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schraubenantriebs,
der sich von dem oben beschriebenen dadurch unterscheidet, dass
das Unterwassergehäuse 5 an
ein Gehäuse 32 angeschlossen
ist, das gegen das Transomheck 31 des Rumpfes angebracht
ist und einen Winkelgetriebe- und Umkehrmechanismus mit einer Ausgangswelle
enthält,
die mit der Welle 9 (1) verbunden ist.
Bei dem Übergang
zwischen dem Gehäuse 32 und
dem Unterwassergehäuse 5 ist
das Letztgenannte mit einer Kavitationsplatte 33 versehen,
die sich nach oben zu dem Transomheck 31 erstreckt. Die
Vorderkante der Kavitationsplatte 33 ist gegen die Oberfläche des
Transomhecks abgedichtet, so dass die Kavitationsplatte 33 eine
Erstreckung des Bodens des Bootes bildet. Wie der Antrieb in den 1 bis 3 weist
der Antrieb in 4 eine dreiblättrige vordere
Schraube und eine vierblättrige
hintere Schraube auf, die vorzugsweise innerhalb eines bestimmten
oberen Geschwindigkeitsbereichs eine kavitationserzeugende Schraube
ist. 5 zeigt einen Bootsrumpf mit zwei Antrieben der
in 4 gezeigten Art, die an dem Transomheck in einem
gleichen Abstand von der Mittellinie 30 angebracht sind.
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Das
Diagramm in 6 zeigt den Gesamtwirkungsgrad
als Funktion der Geschwindigkeit des Bootes für ein und denselben Bootstyp
einerseits bei einer bekannten Innenbordanlage, d. h. mit geraden Wellen
und einer einzigen Schraube (durchbrochene Linie), und andererseits
bei erfindungsgemäßen Antriebsanordnungen,
die oben beschrieben worden sind (durchgehende Linie). Wie es aus
dem Diagramm zu erkennen ist, beträgt der Unterschied bei beispielsweise
38 Knoten 20%-Einheiten, mit anderen Worten wird ein Anstieg des
Gesamtwirkungsgrades von nicht weniger als ungefähr 40% mit der erfindungsgemäßen Anlage
erreicht, verglichen mit einer bekannten Innenbordanlage. Das Diagramm
in 7 zeigt auf entsprechende Weise die Geschwindigkeitserhöhung eines
Bootes mit einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung
bezüglich
des gleichen Bootes mit einer bekannten Innenbordanlage. Es ist aus
dem Diagramm beispielsweise zu erkennen, dass, wenn die Topgeschwindigkeit
eines Bootes mit einem erfindungsgemäßen Antrieb 40 Knoten
beträgt,
wenn es mit einer bestimmten Maschine ausgestattet ist, die Topgeschwindigkeit
des gleichen Bootes und Motors mit einer bekannten Innenbordanlage ungefähr 35 Knoten
beträgt.