DE69706674T2

DE69706674T2 - Vortriebs-und steuerelement für schiffe

Info

Publication number: DE69706674T2
Application number: DE69706674T
Authority: DE
Inventors: Stig Loenngren; Jan Pettersson
Original assignee: Rolls Royce AB
Current assignee: Kongsberg Maritime Sweden AB
Priority date: 1996-06-06
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2017-06-07
Also published as: US6165031A; WO1997046445A1; DK0901449T3; JP2000511488A; NO985682D0; CA2257508A1; SE9602235D0; SE506926C2; EP0901449B1; DE69706674D1; CA2257508C; EP0901449A1; SE9602235L; NO985682L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schiffsantriebs- und Steuerungseinheit.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Schiffsantriebs- und Steuerungseinheit der Art, umfassend einen Tragkörper mit einem vorderen und einem hinteren Ende, eine Antriebsmaschine, die im Tragkörper untergebracht ist, eine im wesentlichen horizontale Schiffsschraubenwelle, die antriebsmäßig mit der Antriebsmaschine verbunden und außen am vorderen Ende des Tragkörpers mit einer Schiffsschraube ausgestattet ist, und eine aufrecht stehende Tragkörperhaltestrebe, die starr am Tragkörper befestigt ist und am oberen Ende ein Pendellagermittel aufweist, die die Tragkörperhaltestrebe und den Tragkörper unter einem schwimmenden Körper für eine winkelige Bewegung um eine im wesentlichen vertikale Achse tragen.
Der schwimmende Körper kann ein Schiff, eine Arbeitsplattform, ein Ponton oder ein ähnlicher schwimmender Körper sein.
Eine Antriebs- und Steuerungseinheit dieser Art ist aus EP- B-0 394 320 bekannt. Da die Einheit winkelig um eine vertikale Achse bewegbar ist, kann sie nicht nur für den Antrieb, sondern auch für die Steuerung des Schiffes oder eines anderen schwimmenden Körpers, der mit der Einheit ausgestattet ist, verwendet werden, und gleichzeitig kann auch das Ruder zur Steuerung eingesetzt werden. Eine winkelige Einstellung der gesamten Einheit kann auch mit einem Ruderausschlag kombiniert werden.
Wenn der schwimmende Körper, der mit der Einheit ausgestattet ist, ein Schiff ist, das imstande ist, mit einer hohen Geschwindigkeit, zum Beispiel 20 Knoten oder mehr, betrieben zu werden, wird die Einheit sehr großen Kräften durch das Wasser ausgesetzt, wenn sie gedreht wird, während das Schiff mit einer solchen hohen Geschwindigkeit läuft. Das Pendellager und die Stellglieder und andere Komponenten, die für das Drehen der Einheit verwendet werden, werden dadurch während der Steuerungsmanöver stark beansprucht. Wenn das Schiff mit einer hohen Geschwindigkeit fährt, wird daher ein Steuern mit Hilfe des Ruders bevorzugt. Auf das Steuern durch Drehen der gesamten Einheit, möglicherweise in Kombination mit einem Ruderausschlag, wird zurückgegriffen, wenn die Fahrgeschwindigkeit geringer ist, wie zum Beispiel beim Manövrieren des Schiffes in Häfen oder engen Wasserwegen.
In der bekannten Einheit fällt die Schwenkachse des Ruders mit der vertikalen Drehachse der Einheit zusammen. In bestimmten Betriebszuständen verursacht diese Anordnung der Drehachsen hydrodynamische Probleme, die mit der Position des Ruders und dem inhomogenen Fluss des Wassers, das auf die Einheit auftrifft, wenn die Einheit winkelig von der vorderen und hinteren vertikalen Mittellinienebene des Schiffes versetzt wird, in Zusammenhang stehen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Antriebs- und Steuerungseinheit bereitzustellen, die in Bezug auf diese Probleme eine Verbesserung darstellt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch erfüllt, daß die Tragkörperhaltestrebe im wesentlichen als ein aufrechter Lufttragflügel geformt wird, dessen Haupt- oder Sehnenebene die Achse der Schiffsschraubenwelle enthält oder ihr nahe ist und dessen Vorderkante zur Schiffsschraube hin gerichtet ist, und daß die Tragkörperhaltestrebe an ihrer Hinterkante mit einem Ruder ausgestattet wird, das winkelig um eine Achse bewegbar ist, die in der Sehnenebene oder parallel zur Sehnenebene der Tragkörperhaltestrebe und in einem Winkel zur Achse der Schiffsschraubenwelle angeordnet ist.
Durch die Gestaltung der Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung kommt es zu einer entscheidenden Verringerung der oben erwähnten Probleme, ohne die Möglichkeit zu schmälern, das Schiff bei hohen Geschwindigkeiten nur mit dem Ruder zu steuern, das heißt, während die Einheit in ihrer normalen Position, der Cruising-Position bleibt, in der die Schiffsschraubenwelle mit der vorderen und hinteren vertikalen Mittellinienebene des Schiffes ausgerichtet ist, und auch ohne die Möglichkeit zu schmälern, das Schiff durch winkeliges Bewegen der Einheit in einem geeigneten Winkel bei geringen Geschwindigkeiten zu steuern, z. B. beim Manövrieren des Schiffes in Häfen oder engen Wasserwegen.
Da die Tragkörperhaltestrebe als Lufttragflügel (oder Wassertragflügel) geformt ist, und ihr horizontaler Querschnitt demzufolge einem Lufttragflügelprofil oder der Kontur eines fallenden Wassertropfens gleicht, zumindest über den größten Teil der Höhe der Strebe hinweg, und weil das Ruder an der Hinterkante der Strebe befestigt ist, vorzugsweise bündig in der Strebe befestigt, so daß das Ruder in der neutralen Position eine glatte Verlängerung des Bereichs der Strebe bildet, der sich vor ihm befindet, kann das Ruder bei hohen Geschwindigkeiten, für die es primär vorgesehen ist, sehr effektiv betrieben werden. Eine Wirkfläche des Ruders, die nur ein Bruchteil der Oberfläche ist, die für ein normales Hauptruder eines entsprechenden Schiffs erforderlich ist, ist daher ausreichend. Die Positionierung des Ruders in einem wesentlichen Abstand von der Schiffsschraube und von der Drehachse ist in Bezug auf das Kavitationsproblem vorteilhaft, insbesondere in Verbindung mit dem stromlinienförmigen Querschnitt der Tragkörperhaltestrebe.
Eine Betätigung des Ruders kann mit Hilfe eines Ruderstellglieds erfolgen, das am oberen Ende der Tragkörperhaltestrebe positioniert und mit dem Ruder verbunden ist. Alternativ dazu kann das Ruder mit Hilfe eines Stellglieds betätigt werden, das im Tragkörper angeordnet ist.
Die Erfindung wird weiter unten detaillierter unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in den beigelegten Zeichnungen dargestellt ist.
Fig. 1 ist eine vertikale Längsschnittansicht einer Antriebs- und Steuerungseinheit, welche die Erfindung verkörpert, wobei die Einheit in einem Schiffsrumpf befestigt wird, der nur teilweise gezeigt wird;
Fig. 2 zeigt die Einheit vom Blinkwinkel der Linie A-A der Fig. 1 aus betrachtet;
Fig. 3-5 sind horizontale Schnittansichten auf unterschiedlichen Ebenen, angezeigt durch die Linien B-B, C-C und D-D von Fig. 1, der Strebe, durch welche der Tragkörper, in dem sich die Antriebsmaschine befindet, vom Rumpfboden herabhängt.
Unter Bezugnahme auf diese Figuren hängt die Antriebs- und Steuerungseinheit 10, die darin dargestellt ist, vom Boden S eines Schiffsrumpfs herab, der mit Ausnahme eines kleinen Abschnitts des Bodens nicht gezeigt ist.
Ein Lagerring R, der am Rumpfboden S befestigt ist, bildet ein Dreh- oder Pendellager, in dem ein Trägerring 11 der Einheit 10 um eine vertikale Achse C drehbar ist. Die detaillierte Konstruktion des Pendellagers, das durch den Lagerring R und den Trägerring 11 gebildet wird, ist nicht Teil der Erfindung und wird nicht beschrieben. Über dem Lagerring R und dem Trägerring 11 ist eine Maschinerie zum Drehen des Trägerrings angeordnet, die Strom an die Einheit liefert und die Einheit kühlt. Die detaillierte Konstruktion dieser Ausrüstung, die zum Beispiel hydraulische Motoren oder Zylinder umfaßt, ist ebenfalls nicht Teil der Erfindung.
Am Trägerring 11 ist das obere Ende eines vertikalen Trägers oder Hängelagers, nachfolgend als die Strebe bezeichnet und durch die Zahl 12 gekennzeichnet, befestigt, deren unteres Ende starr aber entfernbar an einem länglichen, im allgemeinen zylinderförmigen oder knollenförmigen, horizontal ausgerichteten Tragkörper, nachfolgend als der Tragkörper bezeichnet und durch die Zahl 13 gekennzeichnet, befestigt ist, in dem sich eine Antriebsmaschine befindet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antriebsmaschine, die im Tragkörper 13 untergebracht ist, ein Antriebsmotor 14, und zwar ein Elektromotor. Die Abtriebswelle 15 des Motors 14 ist mit der Achse des Tragkörpers 13 horizontal und konzentrisch. Sie wird von den Lagern 16 und 17 getragen, die innerhalb des Tragkörpers außerhalb des Motorstators angeordnet sind. Ein Ende der Welle steht durch ein Ende des Tragkörpers, das rechte Ende in Fig. 1, hervor. Auf dem hervorstehenden Wellenende befindet sich eine Schiffsschraube 18, die ausgelegt ist, als ziehende Schiffsschraube zu arbeiten. Somit ist das rechte Ende des Tragkörpers 13, wenn in der normalen Richtung des Antriebs betrachtet, das vordere Ende.
Wie aus den Querschnittansichten in Fig. 1-3 hervorgeht, ähnelt die Querschnittform der Tragkörperhaltestrebe 12 einem Lufttragflügelprofil, zumindest über den größten Bereich der Höhe der Tragkörperhaltestrebe 12 hinweg. Demzufolge ist der Querschnitt der Tragkörperhaltestrebe 12 an der Vorderkante 12A abgerundet, verbreitert sich dann rückwärtig bis zu einem Maximum, das bei weniger als der Hälfte des Weges zur hinteren Kante 12B liegt, und verengt sich allmählich zu einer sehr kleinen Breite an der hinteren Kante. Die Länge des Querschnitts, d. h. der Lufttragflügel- Profilsehne, wird allmählich vom Trägerring 11 zum Motortragkörper 13 hin größer. Sowohl die Vorderkante 12A als auch die Hinterkante 12B schließen einen spitzen Winkel mit der Drehachse C ein und konvergieren zu einem Punkt hin, der sich über dem Rumpfboden S befindet.
Wie ebenfalls aus Fig. 3-5 hervorgeht, ist das Lufttragflügelprofil im dargestellten Ausführungsbeispiel über die Höhe der Tragkörperhaltestrebe 12 hinweg doppelt konvex und zumindest im Mittelabschnitt der Strebe asymmetrisch. Die Asymmetrie wird in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Schiffsschraube 18 gewählt. Des weiteren geht aus Fig. 2 und 5 hervor, daß die Längsachse des Tragkörpers und die Achse T der Motor-/Antriebswelle 15, die mit ihr zusammenfällt, in der vertikalen Hauptebene V - der Sehnenebene des Lufttragflügelprofils - der Tragkörperhaltestrebe 12 enthalten sind. Es können unterschiedliche asymmetrische Lufttragflügelprofile und auch symmetrische Lufttragflügelprofile verwendet werden.
Die Tragkörperhaltestrebe 12 ist hohl, und der Hohlraum 12C, den sie definiert, bildet Kanäle für das Passieren von Kühlluft zu und vom Antriebsmotor 14 und für das Unterbringen von Leitungen für Schmieröl usw.
Über den größten Abschnitt der Höhe der Tragkörperhaltestrebe 12 hinweg, wird der Hinterkantenabschnitt der Strebe durch eine Ruderklappe 19 gebildet, die in einer Ausnehmung in der Strebe geformt und bündig angebracht ist, so daß, wenn die Ruderklappe in ihrer neutralen, nicht ausgeschlagenen Position ist, so wie dargestellt, ihr Querschnittsprofil eine glatte Fortsetzung des Abschnitts der Strebe bildet, der sich vor ihr befindet.
Die Ruderklappe 19 ist um eine Achse L, die im wesentlichen zur Hinterkante 12B parallel ist oder nur einen kleinen Winkel mit der Hinterkante 12B einschließt, mit Hilfe eines Ruderstellglieds 20, wie einem hydraulischen Motor, der im Trägerring 11 am oberen Ende der Tragkörperhaltestrebe 12 befestigt ist, drehbar beweglich.
Das Ruderstellglied kann auch an unterschiedlichen Stellen positioniert sein, etwa oberhalb des Trägerrings 11 oder innerhalb des Tragkörpers 13.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf das beispielhaft dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und kann demzufolge auf unterschiedliche Weisen innerhalb des Umfangs des Erfindungskonzeptes, so wie in den Ansprüchen definiert, geändert werden. So kann zum Beispiel in dem Fall, in dem die Antriebsmaschine ein Motor ist, dieser Motor ein hydraulischer Motor sein. Dabei ist jedoch zu beachten, daß die Antriebsmaschine kein Motor sein muß; es kann sich dabei auch um ein Winkelgetriebe oder ein anderes Getriebe handeln, das Antriebskraft von einem Antriebsmotor oder einer Antriebsmaschine im Schiffsrumpf zur Schiffsschraubenwelle überträgt.
Außerdem können die Drehachse C und die Schiffsschraubenwellenachse T leicht in der Hauptebene V geneigt sein, um einen kleinen Winkel mit der vertikalen oder der horizontalen Richtung einzuschließen. Normalerweise ist die Neigung nicht größer als ungefähr 5º, wobei jedoch Neigungen von bis zu ungefähr 15º möglich sind.

Claims

1. Antriebs- und Steuerungseinheit für Schiffe, umfassend einen Tragkörper (13) mit vorderem und hinterem Ende, eine Antriebsmaschine (14), die in dem Tragkörper untergebracht ist, eine im wesentlichen horizontale Schiffsschraubenwelle (15), die antriebsmäßig mit der Antriebsmaschine verbunden und mit einer Schiffsschraube (18) außerhalb des vorderen Endes des Tragkörpers (13) ausgestattet ist, und eine aufrecht stehende Tragkörperhaltestrebe (12), die starr mit dem Tragkörper verbunden ist, und am oberen Ende davon Pendellagermittel (11) aufweist, welche die Tragkörperhaltestrebe und den Tragkörper unterhalb eines schwimmenden Körpers für eine winkelige Bewegung um eine im wesentlichen vertikale Achse (C) halten,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Tragkörperhaltestrebe (12) im wesentlichen als ein aufrecht stehender Lufttragflügel geformt ist, dessen Sehnenebene (V) die Achse (T) der Schiffsschraubenwelle (15) enthält oder dieser nahe ist, und dessen Vorderkante (12A) zur Schiffsschraube (18) hin ausgerichtet ist, und daß

die Tragkörperhaltestrebe (12) an ihrer Hinterkante (12B) mit einem Ruder (19) ausgestattet ist, das winkelig um eine Achse (L) bewegbar ist, die in oder parallel zur Sehnenebene (V) der Tragkörperhaltestrebe und in einem Winkel zur Achse (T) der Schiffsschraubenwelle angeordnet ist.

2. Schiffsantriebs- und steuerungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ruder (19) bündig im Hinterkantenabschnitt der Tragkörperhaltestrebe (12) befestigt ist.

3. Schiffsantriebs- und steuerungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ruder (19) mit einem Ruderstellglied (20) verbunden ist, das antriebsmäßig mit dem Ruder verbunden und am oberen Ende der Tragkörperhaltestrebe (12) angeordnet ist.

4. Schiffsantriebs- und steuerungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ruder (19) mit einem Ruderstellglied (20) verbunden ist, das antriebsmäßig mit dem Ruder verbunden und im Tragkörper (13) angeordnet ist.