DE69912847T2

DE69912847T2 - Strahlantriebspumpe

Info

Publication number: DE69912847T2
Application number: DE69912847T
Authority: DE
Inventors: Hendrik Johannes Zwaan; Craig Zwaan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-01-07
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2019-12-23
Also published as: CA2359973A1; ES2211221T3; US6533622B1; WO2000040461A1; AUPP804799A0; ATE254061T1; CA2359973C; EP1149015A1; EP1149015B1; DE69912847D1; EP1149015A4

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Strahlantriebspumpe und insbesondere auf eine Strahlantriebspumpe zur Verwendung in Kanus, Kajaks und ähnlichen Wasserfahrzeugen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Strahlantriebspumpen werden bekannterweise für Wasserfahrzeuge verwendet, insbesondere für Flachwasserfahrzeuge wie Kanus und Kajaks.
Im britischen Patent Nr. GB 2081199 wird eine Strahlantriebsvorrichtung für Wasser beschrieben, die einen für axiale Drehung an einer Welle befestigten Propeller sowie Mittel umfasst, die in einer Pumpkammer positioniert sind, um die Welle für die axiale Drehung mit dem Propeller zu halten, wobei die Pumpkammer einen spiralförmigen Kanal einschließt, um Wasser von einer Ausstoßöffnung der Pumpkammer aus schräg nach unten zu leiten und auszustoßen. Der spiralförmige Kanal ist ebenfalls schräg positioniert, damit das Wasser besser durch die Saugöffnung einströmen kann. Das Ziel der Erfindung besteht darin: eine Strahlantriebspumpe bereitzustellen, die das Strömungsverhalten des Wassers beeinflusst, während es in die Pumpkammer eintritt; die Wasserwirbel innerhalb der Pumpkammer zu reduzieren; und eine verbesserte Umwandlung von Motorleistung in Schubkraft zu ermöglichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Strahlantriebspumpe vorgesehen, die umfasst: eine Pumpkammer; eine vertikale Welle; einen für axiale Drehung an der Welle befestigten Propeller; Mittel, die in der Pumpkammer positioniert sind, um die Welle für die axiale Drehung mit dem Propeller zu halten; eine Öffnung in der Pumpkammer;
dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpkammer umfasst:
einen zylindrischen Einlass, der in der Pumpkammer angeordnet ist und wobei der Propeller im zylindrischen Einlass befestigt ist; eine innere Umfangswand; einen spiralförmig nach außen führenden Außenwandteil mit einer Oberkante, wobei die innere Umfangswand einen im zylindrischen Einlass integrierten Raum definiert, wobei die Pumpkammer ferner eine Unterwand aufweist, und wobei die innere Umfangswand und der spiralförmig nach außen führende Außenwandteil jeweils Unterkanten aufweisen, die im Wesentlichen horizontal zueinander ausgerichtet und durch die Unterwand miteinander verbunden sind; und eine Oberwand, die in die Oberkante des spiralförmig nach außen führenden Außenwandteils integriert ist;
wobei die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung so beschaffen ist, dass bei der Verwendung Flüssigkeit vom Propeller durch den zylindrischen Einlass hindurch aufwärts in die Pumpkammer geführt wird, dann radial entlang der Oberwand und den damit verbundenen Oberflächen fließt und durch die Öffnung hindurch in den Auslass strömt.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun lediglich anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1: eine von oben gesehene perspektivische Darstellung einer Strahlantriebspumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;
2: eine von unten gesehene perspektivische Darstellung einer Strahlantriebspumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;
3: eine Längsschnittdarstellung der Strahlantriebspumpe gemäß der vorliegenden Erfindung; und
4: eine Querschnittdarstellung der Strahlantriebspumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;
5: eine seitliche Querschnittdarstellung der Strahlantriebspumpe gemäß der vorliegenden Erfindung; und
6: eine seitliche Draufsicht der Strahlantriebspumpe gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Strahlantriebspumpe für die Verwendung in einem Boot und in Verbindung mit einem Antriebsmotor angeordnet ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Bezug nehmend auf die 1 bis 5, ist eine Strahlantriebspumpe 10 mit einer Pumpkammer 20, einem zylindrischen Einlass 30, einem Propeller 40 und einem Auslass 50 dargestellt.
Die 3, 4 und 5 zeigen, dass die Pumpkammer 20 eine innere Umfangswand 22 und einen spiralförmig nach außen führenden Außenwandteil 24 umfasst. Ein erstes Ende 25 des spiralförmig nach außen führenden Wandteils 24 grenzt an eine Außenfläche 23 der inneren Umfangswand 22 an und verläuft gegenüber dieser Außenfläche spiralförmig nach außen. Ein zweites Ende des spiralförmig nach außen führenden Außenwandteils 24 ist in ein erstes Ende eines hohlen Bogenteils 27 integriert, der nahe dem ersten Ende 25 des spiralförmig nach außen führenden Außenwandteils 24 angeordnet ist. Ein zweites Ende des hohlen Bogenteils 27 ist in den Auslass 50 integriert. Der hohle Bogenteil 27 umfasst eine der Pumpkammer 20 zugeordnete Auslassöffnung 29, von der die in die Pumpkammer 20 eingesaugte Flüssigkeit ausgestoßen werden kann.
Die Unterkanten der inneren Umfangswand 22 und des spiralförmig nach außen führenden Außenwandteils 24 sind im Wesentlichen horizontal ausgerichtet und durch eine horizontale Unterwand 26 miteinander verbunden. Eine im Wesentlichen horizontale Oberwand 28 ist in eine Oberkante des gekrümmten Außenwandteils 24 integriert.
5 zeigt, dass eine Innenfläche 32 des spiralförmig nach außen führenden Außenwandteils 24 so von der Außenfläche 23 der inneren Umfangswand 22 beabstandet ist, dass die Entfernung zwischen der Innenfläche 32 des spiralförmig nach außen führenden Außenwandteils 24 und der Außenfläche 23 der inneren Umfangswand 22 inkrementell von Null an einer Stelle, wo eine Kante des spiralförmig nach außen führenden Wandteils 24 an eine Außenfläche 23 der inneren Umfangswand 22 angrenzt, bis zu einem maximalen Abstand nahe dem ersten Ende des Bogenteils 27 zunimmt. Vorzugsweise nimmt die Entfernung zwischen der Innenfläche 32 des spiralförmig nach außen führenden Außenwandteils 24 und der Außenfläche 23 der inneren Umfangswand 22 inkrementell von Null bis zu einem Abstand zu, bei dem eine Querschnittsfläche der Pumpkammer 20 zwischen der inneren Umfangswand und dem spiralförmig nach außen führenden Außenwandteil 24 bis zu 40% der Querschnittsfläche des zylindrischen Einlasses 30 beträgt. Mit der Pumpe kann eine optimale Leistung erzielt werden, wenn die Querschnittsfläche der Pumpkammer 20 zwischen der inneren Umfangswand 22 und dem spiralförmig nach außen führenden Außenwandteil 24 nahe dem Bogen 27 ungefähr 25% der Querschnittsfläche des zylindrischen Einlasses 30 beträgt.
Der zylindrische Einlass 30 der Strahlantriebspumpe 10 umfasst einen in die Innenfläche 34 der inneren Umfangswand 22 integrierten Raum.
Die 3 und 4 zeigen, dass die horizontale Oberwand 28 mit einem nach unten führenden, im Wesentlichen gekrümmten kegelförmigen Element 46 vorgesehen ist, das sich radial von einer ersten Öffnung 44 der horizontalen Oberwand 28 aus erstreckt. Die erste Öffnung 44 ist so angeordnet, dass sie eine Welle 42 aufnehmen kann, an der der Propeller 40 für die axiale Drehung befestigt ist. Der Propeller 40 ist so angeordnet, dass sein Rotationsweg in unmittelbarer Nähe zu der Innenfläche 34 der inneren Umfangswand 22 liegt. Die Oberkanten des Propellers 40 sind vorzugsweise horizontal auf die Oberkanten der inneren Umfangswand 22 ausgerichtet, um für einen optimalen Wirkungsgrad der Strahlantriebspumpe 10 zu sorgen. Um darüber hinaus für einen optimalen Wirkungsgrad der Strahlantriebspumpe 10 zu sorgen, sollten die Unter kanten des Propellers 40 vorzugsweise mindestens 13 mm über den Unterkanten der inneren Umfangswand 22 angeordnet sein.
Der Auslass 50 umfasst ein hohles Rohrelement 52, das mit dem Ende nach oben mit dem zweiten Ende des Bogenteils 27 verbunden ist. Die Querschnittsfläche des hohlen Rohrelements 52 beträgt zwischen 15 und 40% der Querschnittsfläche des zylindrischen Einlasses 30 und vorzugsweise 20% der Querschnittsfläche des zylindrischen Einlasses 30.
Das hohle Rohrelement 52 ist so angeordnet, dass es in einem spitzen Winkel zur Horizontale nach unten geneigt ist, der vorzugsweise zwischen 12° und 16° gegenüber der Horizontale beträgt.
In der vorliegenden Erfindung ist – wie in 6 dargestellt – ein Wasserfahrzeug 100 vorgesehen, bei dem die Strahlantriebspumpe 10 so zwischen dessen Bug und Heck befestigt ist, dass der Auslass zum Heck des Wassertahrzeugs gerichtet ist. Der Flüssigkeitsstrom wird aus dem nach unten geneigten Auslass 50 direkt in das Gewässer ausgestoßen. Die Strahlantriebspumpe 10 ist vorzugsweise an einer im Wesentlichen mittigen Position im Boden des Wasserfahrzeugs befestigt. Es wurde festgestellt, dass eine mittige Positionierung der Strahlantriebspumpe 10 im Wasserfahrzeug dessen Bug in die richtige Lage bringt und außerdem die Steuerbarkeit des Wassertahrzeugs unterstützt. Es ist vorgesehen, dass die Strahlantriebspumpe 10 mit einem Pumpengehäuse ausgerüstet sein kann, wobei das Pumpengehäuse verschiebbar in einem in den Boden des Wasserfahrzeugs 100 integrierten Aufnahmemittel untergebracht ist. Das Pumpengehäuse umfasst: einen Bodenteil, der in die Strahlantriebspumpe 10 integriert ist; einen Teil, in dem ein nach innen verlaufender Flansch an seiner Unterkante und ein nach außen verlaufender Flansch an seiner Oberkante untergebracht ist; und einen Deckelteil. Das Pumpengehäuse wird dadurch zusammengesetzt, dass die zueinander passenden Flächen des Bodenteils und des nach innen verlaufenden Flansches des Wandteils mit üblichen Befestigungsmitteln fest miteinander verbunden werden. Der Deckelteil ruht auf dem nach außen verlaufenden Flansch des Wandteils und kann mit mehreren Klemmen daran befestigt werden. Für den Deckelteil sind mehrere Öffnungen vorgesehen, die so angeordnet sind, dass sie ein Schaltpult oder ei nen Kraftstoffverschluss aufnehmen können, das/der dem an der Strahlantriebspumpe 10 befestigten Motor zugeordnet ist. Der Deckelteil besitzt auch einen Griff zum bequemen Tragen des Pumpengehäuses.
Auf diese Weise können die Strahlantriebspumpe 10 und das Pumpengehäuse bequem zu Reparatur- oder Wartungszwecken aus dem Wasserfahrzeug 100 entfernt werden.
Die Strahlantriebspumpe 10 ist bei der Verwendung so angeordnet, dass sie im Boden des Wasserfahrzeugs an irgendeiner Position zwischen dessen Bug oder Heck befestigt ist. Auf diese Weise ist ein unterer Teil der Pumpe einschließlich dem zylindrischen Einlass 30 und dem Auslass 50 unter der Wasseroberfläche eingetaucht.
Ein Antriebsmotor ist über der Strahlantriebspumpe 10 befestigt und so angeordnet, dass er die Welle 42 axial dreht und dadurch den Propeller 40 antreibt. Bei der Verwendung ist der Propeller 40 so angeordnet, dass er Flüssigkeit in den zylindrischen Einlass 30 zieht und den Flüssigkeitsstrom in die Pumpkammer 20 leitet. Das nach unten führende, im Wesentlichen gekrümmte kegelförmige Element 46 ist so angeordnet, dass die Flüssigkeit stromlinienförmig in die Pumpkammer 20 fließt, während sie in den zylindrischen Einlass 30 gezogen wird, wodurch die Wirksamkeit der Strahlantriebspumpe 10 unterstützt wird.
Der spiralförmig nach außen führende Außenwandteil 24 der Pumpkammer 20 ist so angeordnet, dass er die Flüssigkeit stromlinienförmig von der Pumpkammer 20 zum Auslass 50 leitet. Der Auslass 50 hat eine wesentlich schmalere Querschnittsfläche als der zylindrische Einlass 30. Der Flüssigkeitsstrom ist demzufolge am Auslass 50 weitaus schneller als am zylindrischen Einlass 30, was die Strahlantriebswirkung der vorliegenden Erfindung erklärt. Der Auslass 50 ist ferner so angeordnet, dass er den Flüssigkeitsstrom in einem spitzen Winkel zur Horizontale nach unten aus der Pumpkammer 20 herausleitet, wodurch der Bug des Wasserfahrzeugs in die richtige Lage gebracht wird.
Es können Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden, die für einen Fachmann offensichtlich sind, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Strahlantriebspumpe (10) mit einer Pumpkammer (20); einer vertikalen Welle (42); einem für axiale Drehung an der Welle (42) befestigten Propeller (40); Mitteln, die in der Pumpkammer (20) positioniert sind, um die Welle (42) für die axiale Drehung mit dem Propeller (40) zu halten; einer Öffnung (29) in der Pumpkammer (20); und einem schräg nach unten führenden Auslass (50), der mit der Öffnung (29) in der Pumpkammer (20) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpkammer (20) umfasst: einen zylindrischen Einlass (30), der in der Pumpkammer (20) angeordnet ist und wobei der Propeller (40) im zylindrischen Einlass (30) befestigt ist; eine innere Umfangswand (22); einen spiralförmig nach außen führenden Außenwandteil (24) mit einer Oberkante, wobei die innere Umfangswand (22) einen im zylindrischen Einlass (30) integrierten Raum definiert, wobei die Pumpkammer (20) ferner eine Unterwand (26) aufweist, und wobei die innere Umfangswand (22) und der spiralförmig nach außen führende Außenwandteil (24) jeweils Unterkanten aufweisen, die im Wesentlichen horizontal zueinander ausgerichtet und durch die Unterwand (26) miteinander verbunden sind; und eine Oberwand (28), die in die Oberkante des spiralförmig nach außen führenden Außenwandteils (24) integriert ist; wobei die Anordnung so beschaffen ist, dass bei der Verwendung Flüssigkeit vom Propeller (40) durch den zylindrischen Einlass (30) hindurch aufwärts in die Pumpkammer (20) geführt wird, dann radial entlang der Oberwand (28) und den damit verbundenen Oberflächen fließt und durch die Öffnung (29) hindurch in den Auslass (50) strömt.
Strahlantriebspumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schräg nach unten führende Auslass (50) in einem spitzen Winkel unter einer horizontalen Ebene angeordnet ist.
Strahlantriebspumpe (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der spitze Winkel zwischen 12° und 16° beträgt.
Strahlantriebspumpe (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der schräg nach unten führende Auslass (50) eine quer gerichtete Querschnittsfläche aufweist, die wesentlich kleiner ist als eine seitliche Querschnittsfläche des zylindrischen Einlasses (30).
Strahlantriebspumpe (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des schräg nach unten führenden Auslasses (50) zwischen 15 und 40% der seitlichen Querschnittsfläche des zylindrischen Einlasses (30) beträgt.
Strahlantriebspumpe (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die quer gerichtete Querschnittsfläche des schräg nach unten führenden Auslasses (50) ungefähr 20% der seitlichen Querschnittsfläche des zylindrischen Einlasses (30) beträgt.
Strahlantriebspumpe (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberkanten des Propellers (40) horizontal auf eine Oberkante des zylindrischen Einlasses (30) ausgerichtet sind.
Strahlantriebspumpe (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkanten des Propellers (40) von einer Unterkante des zylindrischen Einlasses (30) beabstandet und über dieser angeordnet sind.
Strahlantriebspumpe (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkanten des Propellers (40) mindestens 13 mm über der Unterkante des zylindrischen Einlasses (30) angeordnet sind.
Strahlantriebspumpe (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen dem spiralförmig nach außen führenden Wandteil (24) und der inneren Umfangswand (22) inkrementell von Null an einem ersten Ende (25) des spiralförmig nach außen führenden Wandteils (24) bis zu einem maximalen Abstand an einem zweiten Ende des spiralförmig nach außen führenden Wandteils (24) zunimmt, wobei das zweite Ende an den schräg nach unten führenden Auslass (50) angrenzt.
Strahlantriebspumpe (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine zwischen der inneren Umfangswand (22) und dem spiralförmig nach außen führenden Wandteil (24) angeordnete Querschnittsfläche der Pumpkammer (20) auf bis zu 40% der seitlichen Querschnittsfläche des zylindrischen Einlasses (30) vergrößert.
Strahlantriebspumpe (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zwischen der inneren Umfangswand (22) und dem spiralförmig nach außen führenden Wandteil (24) angeordnete Querschnittsfläche der Pumpkammer (20) auf bis zu 25% der seitlichen Querschnittsfläche des zylindrischen Einlasses (30) vergrößert.
Strahlantriebspumpe (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Höhenunterschied zwischen der spiralförmig nach außen führenden Außenwand (24) und der inneren Umfangswand (22) zwischen 30 und 40% eines Radius des zylindrischen Einlasses (30) beträgt.
Strahlantriebspumpe (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberwand (28) der Pumpkammer (20) mit einem nach unten führenden, im Wesentlichen kegelförmigen Element (46) mit gekrümmter Wand vorgesehen ist, wobei sich das kegelförmige Element (46) radial von einer Öffnung (44) aus erstreckt, um die Welle (42) in der Oberwand (28) aufzunehmen.
Wasserfahrzeug (100) einschließlich einer Strahlantriebspumpe (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlantriebspumpe (10) in einem Boden des Wasserfahrzeugs (100) zwischen dessen Bug und Heck befestigt ist, wobei die Strahlantriebspumpe (10) von einem Pumpengehäuse umschlossen ist, wobei das Pumpengehäuse verschieb- und abnehmbar in einem in den Boden des Wasserfahrzeugs (100) integrierten Aufnahmemittel untergebracht ist.