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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung in Motorbooten
oder großen schraubengetriebenen Schiffen zur Einstellung
der Antriebseinrichtung in eine beliebige Winkelstellung
innerhalb der Begrenzungslinien einer imaginären
konischen Konfiguration, wobei ein Ende der
Antriebseinrichtung an der Spitze des Konus angebracht ist. Eine
derartige Vorrichtung ist aus der SE-B-462 589 bekannt.
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Es sind verschiedene Typen von Vorrichtungen bekannt, um
das Gieren eines Motorbootes oder eines großen
Schraubengetriebenen Schiffes herbeizuführen. Die meisten üblichen
Anordnungen verwenden einen fest ausgerichteten Propeller
bzw. Schraube und ein Ruder, mittels dessen es möglich
ist, das Boot zur Backbord- oder Steuerbordseite zu
gieren.
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Im Falle von Booten, die mit Außenbordmotoren ausgerüstet
sind, kann die gesamte Motoreinheit einschließlich der
Schraube in die eine oder andere Richtung geschwenkt
werden, um auf diese Weise das Boot zur Backbord- oder
Steuerbordseite zu gieren.
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Es ist ebenfalls bekannt, Trimmruder zu verwenden, die am
Schiffsheck angeordnet sind und in verschiedenen
Neigungspositionen bezüglich einer horizontalen Ebene
eingestellt werden können, um das Schiff in verschiedene
Neigungspositionen relativ zu seiner
Hauptbewegungsrichtung zu bringen.
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Die Erfindung sieht eine Vorrichtung vor, mittels der es
möglich ist, durch direkte Betätigung der
Antriebseinrichtung des Wasserfahrzeuges und somit ohne die Hilfe
von Zusatzeinrichtungen das Boot in Backbord- und
Steuerbordrichtung zu gieren oder dessen Neigungsposition zu
beeinflussen, beispielsweise um sicherzustellen, daß das
Schiff gerade liegt. Die charakteristischen Merkmale
dieser Vorrichtung ergeben sich aus dem Text des
Anspruchs 1, wobei bevorzugte Ausführungsbeispiele aus den
abhängigen Ansprüchen hervorgehen.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei
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Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der
Vorrichtung in einer perspektivischen, längs
geschnittenen Ansicht zeigt,
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Fig. 2 und 3 das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1
im Längsschnitt in zwei
unterschiedlichen Einstellungspositionen zeigen,
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Fig. 4 eine teilweise geschnitten
dargestellte Ansicht der Vorrichtung gemäß
einem zweiten Ausführungsbeispiel
ist,
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Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel der
Vorrichtung teilweise geschnitten
zeigt,
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Fig. 6-19 eine Anzahl von Vektordiagrammen
zeigen, die verschiedene
Winkelpositionen der Vorrichtung
verdeutlichen, und
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Fig. 20-27 verschiedene Ausführungsformen von
Antriebsmechanismen für Boote
bekannter Bauart zeigen, wobei jedes mit
einer herkömmlichen Vorrichtung und
der erfindungsgemäßen, der
Antriebseinheit zugeordneten Vorrichtung
versehen ist.
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Das Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß Fig. 1
weist eine Verkleidungshülse 1 auf, die am Schiffsrumpf
fest verankert ist. Die Vorrichtung umfaßt eine erste
Hülse 2, die Drehbewegungen um eine Achse a ausführen
kann, die koaxial zu der Ausgangsantriebswelle 3 einer
Schiffsantriebseinheit verläuft. Die Hülse 2 ist mit
einer Zahnreihe 4 ausgebildet, die auf der Innenfläche
der Hülse 2 in deren Querrichtung verläuft und mit einem
Ritzel 5 in Eingriff steht, das an einer drehenden Stange
6 oder einem drehenden Kabel angebracht ist. Mit Hilfe
der drehenden Stange 6 kann die Hülse 2 um ihre
Mittelachse a in beide Richtungen gedreht werden. Die Hülse 2
ist mit einem Abschnitt 7 versehen, der sich unter einem
Winkel zu der Drehachse a der Hülse erstreckt.
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Die Vorrichtung umfaßt auch eine zweite Hülse 8. Eine
Welle 10 für die Antriebseinrichtung des Schiffes,
beispielsweise ein Propeller bzw. eine Schraube, erstreckt
sich durch und über die Hülse 8 von einem Schwenklager 9.
Außerhalb der Hülse 8 erstreckt sich die Antriebswelle 10
in eine Richtung, die unter einem Winkel zu der Drehachse
b der Hülse 8 verläuft. Ein Zahnkranz 11 ist an dem
inneren Randabschnitt der Hülse 8 ausgebildet.
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Das in den Fig. 1-3 dargestellte Ausführungsbeispiel der
Erfindung umfaßt auch eine dritte Hülse 12. Diese kann
Drehbewegungen koaxial zu der ersten Hülse 2 ausführen
und ist ebenfalls mit einem Zahnkranz 13 in einem seiner
Randbereiche ausgebildet, wobei der Zahnkranz teilweise
mit dem Zahnkranz 11 der zweiten Hülse 8 in Eingriff
steht. Wie die erste Hülse 2 ist auch die dritte Hülse 12
mit einer inneren Zahnreihe 14 versehen, die sich in
Querrichtung der Hülse 12 erstreckt. Ein Ritzel 15, das
mit der Zahnreihe 14 in Eingriff steht, ist an einer
drehenden Stange 16 oder einem drehenden Kabel
angebracht. Die dritte Hülse 12 ist derart angeordnet, daß
sie bei Drehung in jede Richtung mittels der drehenden
Stange 16 die zweite Hülse 8 in die gleiche Richtung zum
Drehen bringt. Die Antriebseinrichtungswelle 10 wird dann
zu einer derartigen Bewegung gebracht, daß sie eine
konisch geformte Drehfigur k beschreibt.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen die Vorrichtung in einem
horizontalen Längsschnitt, d.h. die Vorrichtung in einer Ansicht
von oben. Fig. 2 zeigt dabei die Einstellungsposition der
Vorrichtung, die ein maximales Gieren des Schiffes in
Backbordrichtung sicherstellt, während Fig. 3 eine
Einstellungsposition zeigt, bei der das Schiff geradeaus
nach vorne fährt. Durch Drehen der Hülsen 2 und 8 relativ
zueinander ist es möglich, die Antriebswelle 10 in jede
gewünschte Winkelposition innerhalb der Begrenzungslinien
des imaginären Konus k zu bringen.
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Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die
Vorrichtung in einer Abdeckung 17 aufgenommen ist. Die
dritte Hülse 12 ist bei diesem Ausführungsbeispiel
weggelassen. Statt dessen sind die erste Hülse 2 wie auch die
zweite Hülse 8 jeweils mit einer außen verlaufenden
Zahnquerreihe 18 bzw. 19 versehen. Die Zahnreihe 18 der
Hülse 2 steht mit einer Schnecke 20 in Eingriff, die
relativ zu der Drehachse der Hülse 2 quer verläuft, und
entsprechend steht eine Schnecke 21 mit der Zahnreihe 19
der Hülse 8 in Eingriff. Durch Drehen einer drehenden
Stange oder eines Kabels, die nicht dargestellt sind und
mit den jeweiligen Schnecken 20, 21 zusammenwirken, kann
eine relative Bewegung der Hülsen 2 und 8 erreicht
werden, was zu einer Einstellung der Position der
Antriebswelle 10 in der gleichen Weise wie im Falle des
Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 führt. Eine entsprechende
Drehbewegung der Hülsen 2 und 8 wird auch erreicht, wenn
die Schnecken 20 und 21 durch Zahnstangen ersetzt werden,
die in ihre Längsrichtung mittels Zug- oder Schubstangen
oder mittels innerhalb einer flexiblen Abdeckung
rückwärts und vorwärts bewegbaren Kabel verschiebbar sind.
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Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, gemäß dem
eine Schraube bzw. ein Propeller 22 auf der Antriebswelle
10 montiert ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die
Hülsen 2 und 8 verglichen mit den vorgenannten
Ausführungsbeispielen ein anderes Aussehen, jedoch
grundsätzlich die gleiche Funktion, weshalb die Bezugszeichen
beibehalten wurden. Wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß
den Fig. 1-3 wird die relative Drehung der Hülsen 2 und 8
mittels drehender Stangen 23 und 24 erreicht, die über
ihre jeweiligen Ritzel 25 und 26 jeweils mit inneren
Zahnreihen 27 und 28 in Eingriff stehen. Der wesentliche
Unterschied zu den beiden vorgenannten
Ausführungsbeispielen
liegt in dem Zwischenschalten einer
Universalantriebswelle zwischen die Ausgangswelle 3 des
Antriebsmotors und die Antriebswelle 10 des Propellers 22, wobei
die Universalantriebswelle unter einem Winkel zu der
Ausgangswelle 3 und auch zu der Propellerwelle 10
verläuft. Diese Ausführungsform soll vorzugsweise bei großen
schraubengetriebenen Schiffen verwendet werden, bei denen
die auf die Antriebseinheit wirkenden Spannungen
wesentlich höher sind als die bei kleineren Schiffen und wo die
Last auf eine einzige Verbindung, beispielsweise das
Schwenklager 9 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig.
1-3, übermäßig hoch sein könnte.
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Ein charakteristisches Merkmal, das allen drei
Ausführungsformen der Fig. 1-5 gemeinsam ist, liegt darin, daß
alle drehenden Wellen, d.h. die Drehwellen a und b der
Antriebswelle 3 und der Hülse 2 und 8, sich in einem
Punkt in dem Lager 9 schneiden. Der Vorteil dieser
Ausführungsformen liegt darin, daß sowohl das Drehmoment als
auch der Antrieb für den Propeller bei nicht übermäßig
hohen Antriebsübertragungen in einfacher Weise über ein
Schwenklager 9 übertragen werden können. Bei Betrieb
bedeutet dies, daß axiale Kräfte, die auf die
Propellerwelle 10 einwirken, nicht zu einem Auftreten eines
Momentes an den Hülsen 2 und 8 führen. Auf diese Weise ist die
Möglichkeit für ein einfaches und bequemes Lenken sowie
die Einstellung der Vorrichtung in verschiedene
Winkelpositionen geschaffen.
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Zum besseren Verständnis der Funktion der Erfindung wird
diese im folgenden unter Bezugnahme auf die
Vektordiagramme der Fig. 6-19 näher erläutert. Gleichzeitig wird
Bezug auf die Fig. 2 genommen, in der α den Winkel
bezeichnet, der zwischen der Drehachse a der ersten Hülse 2
und der Drehachse b der zweiten Hülse 8 gebildet ist, und
β den Winkel zwischen der Drehachse b der zweiten Hülse
und der Propellerantriebswelle 10 bezeichnet. In den
Vektordiagrammen gibt die Länge eines Vektors den
jeweiligen Winkel wieder, beispielsweise den Winkel oder
Hülse 2, während die Neigung des Vektors eine direkte
Darstellung der "Winkelposition der Drehung" der
jeweiligen Hülse ist. Die Vektordiagramme zeigen ein
Koordinatensystem, bei dem die Achsen in Winkelgrößen unterteilt
sind. Der Nullpunkt bezeichnet "Vorwärts-Geradeausfahrt"
ohne nach oben oder unten gerichtete Höhenabweichung des
Schiffsrumpfs.
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In Fig. 6 belegt der Vektor "H1" eine gewünschte Stellung
in dem Diagramm. Der Vektor ist als "α&sub0; lang"
dargestellt und ist um einen Winkel Ψ von der Lot-Linie nach
außen gedreht. Ein Propeller auf einer Welle, die auf
diesen Höhenwinkel und diese Richtung eingestellt ist,
würde das Schiff zum Gieren in Steuerbordrichtung in
Kombination mit einem Anheben des Hecks des Schiffs
(Trimmen) führen. Wie durch die gestrichelte Linie in
Fig. 6 dargestellt ist, kann der Vektor H1 über eine
volle Umdrehung verstellt werden, d.h. der Winkel α kann
jeden Wert annehmen.
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Wie in Fig. 2 dargestellt ist, besteht noch ein weiterer
Winkel, d.h. der Winkel β, zur Beeinflussung. Da die
Betätigung der Hülse 8 in allen Stellungen in einem
Winkel zur Hülse 2 stattfindet, ist es notwendig,
hinsichtlich des Winkels β von der Spitze des Vektors H1
auszugehen, um das Diagramm zu vervollständigen.
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Dies ist in Fig. 7 dargestellt, in der ein zweiter Vektor
H2 mit der gleichen Länge wie der Vektor H1 für
beispielsweise α = β = 15º vorgegeben ist. Der maximale
Ablenkwinkel 30º ist bestimmt durch die Neigung der
beiden Vektoren H1 und H2 in die gleiche Richtung, d.h.
ψ = Ψ. Das Diagramm zeigt des weiteren, daß die Abdrift
des Schiffes in dieser Einstellungsposition etwa 25º nach
rechts beträgt, wozu zusätzlich das Schiffsheck weniger
stark angehoben wird. Diese Einstellungsposition ist
jedoch nicht realistisch und hier lediglich aufgeführt,
um zu zeigen, wie das Diagramm interpretiert werden kann.
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Wenn man dem Schiff eine Ruderabweichung von
beispielsweise 25º nach rechts ohne gleichzeitiges Anheben des
Hecks geben möchte, ist die Winkeleinstellung
entsprechend Fig. 8 geeignet.
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Fig. 9 zeigt eine Winkeleinstellung von 5º nach links,
ebenfalls ohne zusätzliches Anheben des Hecks.
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Fig. 10 zeigt, daß die Spitze des Pfeils für H2 in
einfacher Weise entlang der Höhenachse = 0 verschoben werden
kann.
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Wenn jemand im Gegensatz dazu wünscht, lediglich das Heck
anzuheben, ohne gleichzeitig zu gieren, ist dies leicht
möglich, wie in Fig. 11 dargestellt ist.
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Selbstverständlich ist es auch notwendig, daß man das
Schiff während der Trimmbedingungen steuern kann, wie in
Fig. 11 dargestellt ist. In diesem Fall kann das
Vektordiagramm von der in Fig. 12 gezeigten Art sein, die
beispielhaft eine rechtsseitige Gierbewegung von 20º
zeigt.
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In diesem Zusammenhang ist es erwähnenswert, daß jede
gewünschte Position der Steuer- und Höheneinstellung auf
zwei Arten erreicht werden kann. Die Position gemäß Fig.
12 kann beispielsweise auch mit unterschiedlichen
relativen Einstellungspositionen der Hülsen 2 und 8 erreicht
werden, wie in Fig. 13 dargestellt ist.
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Wenn ein unwesentlicher Trimmwinkel (Heckanheben)
gewünscht ist, beispielsweise in der Größenordnung von nur
1º, können jedoch praktische Probleme auftreten. In dem
Fall des gleichzeitigen Steuerns durch geringe seitliche,
um die Stellung "Geradeaus" oszillierende Bewegungen
werden die Ablenkwinkel ψ und Ψ groß und "fluktuieren",
wie die Fig. 14, 15 und 16 zeigen.
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Eine Lösung dieses Problems besteht darin, die gesamte
Vorrichtung um einen lagerfesten Winkel relativ zu der
unteren Ebene des Schiffes zu neigen. Ein derartiger
Neigungswinkel wird üblicherweise verwendet, wenn die
Motorwelle durch den unteren Rumpf des Schiffes hindurch
verläuft. In den hier dargestellten Vektordiagrammen muß
in diesem Fall das Zentrum der Drehung von H1 von dem
Ursprung auf eine Position unterhalb des Ursprungs
entsprechend diesem Winkel, beispielsweise 8º nach unten,
verschoben werden, wie in Fig. 17 dargestellt ist. Die
Vektoren H1 und H2 sollen weiterhin die gleiche Länge,
beispielsweise 15º, besitzen. Der Vektor H2 ist in Fig.
17 in einer Position entsprechend einer 20º-Gierbewegung
nach rechts ohne hinteres Anheben plaziert. Mit einer
wie angedeutet eingestellten Vorrichtung können die
oszillierenden Bewegungen der Hülsen 2 und 8 und die
damit verbundenen Winkelbeschleunigungen gering gehalten
werden.
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Fig. 18 zeigt eine unterschiedliche Variation der
winkelfesten Einstellungsposition von 8º. Die Lenkposition ist
in diesem Fall "Geradeaus" und die Höhentrimmung beträgt
annähernd 3º.
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In Fig. 19 ist letztendlich eine Variation der
Einstellungsposition aus Fig. 18 dargestellt. Zusätzlich zu der
Höhentrimmung ist eine geringe rechtsseitige
Gier-Situation dargestellt. Dieser Steuermodus ist wesentlich
"stabiler" als der gemäß den Fig. 14, 15 und 16, auf die
zu Vergleichszwecken Bezug genommen wird.
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Der Rest der Zeichnungen zeigt eine Vielzahl von
praktischen Ausführungsbeispielen, um die bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung mögliche, verglichen mit der bekannten
Technik wesentlich einfachere Konstruktion zu
veranschaulichen. Fig. 20 zeigt eine herkömmliche Konstruktion mit
einer festen Propellerwelle 30, einem Ruder 31 und einem
oder mehreren Trimmrudern 33, deren Position mit Hilfe
von Kolben-Zylinder-Einheiten 32 eingestellt werden kann.
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Fig. 21 zeigt zu Vergleichszwecken eine Vorrichtung 34,
die alle Einstellmechanismen gemäß Fig. 20 ersetzt.
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Fig. 22 zeigt einen Außenbordmotor 35, der in
herkömmlicher Weise von einem Schiff mittels eines Lagers 36
abgehängt ist.
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Fig. 23 zeigt die Art und Weise, in der ein
entsprechender Außenbordmotor fest am Schiff angebracht werden kann,
während die Vorrichtung 34 die Steuerung übernimmt.
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Fig. 24 zeigt ein Wasserfahrzeug, das mittels eines
Wasserstrahls angetrieben ist. Ein separater Mechanismus
38 ist zur Einstellung der Wasserstrahldüse 39
notwendig.
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Fig. 25 zeigt, wie die Vorrichtung 34 gemäß der Erfindung
für diese Anwendung verwendet werden kann.
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Fig. 26 zeigt ein Wasserfahrzeug mit einem die Oberfläche
durchdringenden Propeller 40 und entsprechenden
Einstellungsmechanisinen 41 und 42.
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Fig. 27 verdeutlicht, wie auch in diesem Fall die
Vorrichtung 34 gemäß der Erfindung verwendet werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und
dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann in
einer Vielzahl von Arten innerhalb des Grundgedankens der
abhängigen Ansprüche variiert werden. Dies ist
insbesondere klar für die verschiedenen Mechanismen zur Drehung
der Hülsen 2 und 12. Beispielsweise kann die Hülse 2
etwas in das Innere des Schiffsrumpfs hinter der
Verkleidungshülse 1 vorstehen. In der gleichen Weise kann die
Verkleidungshülse 12 auch in den Schiffsrumpf hinter der
Hülse 2 vorstehen. An die inneren Endabschnitte der
Hülsen 2 und 12 können dann einige Arten von äußeren
Einstellungsmechanismen, beispielsweise ein verstellbarer
Hebel angebracht werden, der fest mit den jeweiligen
Hülsen 2 und 12 verbunden ist, wobei eine
Zapfeneingriffskette um die Abschnitte der jeweiligen Hülse 2 und
12 verläuft oder ein Ritzel mit einer Zahnreihe in
Eingriff steht, die um die Mantelfläche der Hülse 2 bzw. 12
verläuft.