DE899179C

DE899179C - Impeller propeller

Info

Publication number: DE899179C
Application number: DEV4187A
Authority: DE
Inventors: Guenther Franz
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1952-01-01
Filing date: 1952-01-01
Publication date: 1953-12-10

Description

Flügelradpropeller Die Flügel von Flügelradpropellern (Zykloidenpropellern) werden bekanntlich während ihres Umlaufes um die Propellerachse durch einen Flügelantriebsmechanismus, meist Kinematik genannt, nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit gesteuert. Die Flügel führen während des Betriebes um ihre Tangentialstellung eine Schwingbewegung aus, deren Amplitude durch den Fahrthebel und deren Phase durch das Ruderrad beeinflußt werden kann.Impeller propeller The blades of impeller propellers (cycloid propellers) are known to be during their revolution around the propeller axis by a wing drive mechanism, usually called kinematics, controlled according to a certain law. The wings perform an oscillating movement around their tangential position during operation, whose amplitude is influenced by the speed lever and its phase by the rudder wheel can be.

Als Flügelantriebsmechanismus hat sich im Sch nelläufer-Zykloidenpropeller die sogenannte Schubstangenkinematik bewährt. Bei dieser, auch Gleitlenkerkinem.ati'k genannten Ausführung, sind die Flügel mit einem in der Nullstellung der Flügel zentral liegenden und mit dem Propeller in geeigneter Weise auf Drehung gekuppelten ringförmigen Steuerzentrum durch je einen Flügelhebel, eine Schubstange und eine Gleitstange gekuppelt, die in einem im Propellerlaufrad drehbar gelagerten Gleitstein (Kreuzkopf) ,geführt ist.The high-speed cycloid propeller has proven to be the vane drive mechanism the so-called push rod kinematics have proven their worth. With this one, also Gleitlenkerkinem.ati'k named version, the wings are central with one in the zero position of the wing lying and with the propeller in a suitable manner coupled for rotation Control center with a wing lever, a push rod and a slide rod coupled in a sliding block (cross head) rotatably mounted in the propeller , is performed.

Darüber hinaus wurde noch eine Reihe von weiteren Kinematiken vorgeschlagen. Soweit sie auch gebaut wurden, haben sie sich teilweise in konstruktiver Hinsicht zwar bewährt, konnten sich aber gegenüber der einfacheren Schubstangenkinematik nicht durchsetzen.. Aber auch mit,der bewährten Schubstangenkinematik hat der Flügelradpropeller wegen seines ;gegenüber Schraubenantrieb hohen Preises nicht die Verbreitung gefunden, die ihm mit Rücksicht auf seine einzigartigen Manöveriereigenschaften und die Einfachheit seiner Bedienung zukommt.In addition, a number of other kinematics have been proposed. As far as they were built, they have partly changed in a constructive way tried and tested, but compared to the simpler push rod kinematics not enforce .. But the impeller propeller also has the tried and tested push rod kinematics not found widespread because of its high price compared to screw drives, with regard to its unique maneuverability and simplicity is due to its service.

In dem Bestreben, eine möglichst einfache und billige Kinematik zu entwickeln, ist schon vor etwa zwei Jahrzehnten auch die Ausführung einer einfachen Sinuskinematik vorgeschlagen und diskutiert worden. Zur Aufklärung durchgeführte vorläufige Versuche haben jedoch so schlechte Wirkungsgrade der Sinuskinematik ergeben, daß man weitere Versuche unterließ und die Sinuskinematik als völlig unbrauchbar ablehnte. Auch die in der Zwischenzeit gelegentlich vorgebrachten diesbezüglichen Anregungen führten zu keinem Erfolg, da man lediglich eine Bestätigung der Ergebnisse der einleitend gemachten Versuche erwartete.In an effort to achieve the simplest and cheapest possible kinematics develop, is also the execution of a simple one about two decades ago Sinus kinematics proposed and discussed been. For clarification However, preliminary tests carried out have such poor efficiencies of the sinus kinematics show that no further attempts were made and the sinus kinematics were completely useless refused. Also those that have occasionally been put forward in the meantime Suggestions were unsuccessful, as you can only confirm the results who awaited the preliminary experiments.

In neuerer Zeit glaubte man auch die Erklärung für die Unbrauchbarkeit der Sinuskinematik gefunden zu haben. Man hatte nämlich erkannt, daß man bei einem Flügelradpropeller mit ziemlich hohen Anstellwinkeln arbeiten kann, ohne eine Ablösung der Strömung befürchten zu müssen, doch glaubte man, daß eine sinusförmige Flügelwinkelkurve im ersten Bereich der vorderen Radhälfte (ansteigender Ast der Sinuskurve) und im gegenüberliegenden letzten Bereich der hinteren Radhälfte (abfallender Ast der Sinuskurve) ein zu rasches Ansteigen bzw. Abfallen des Anströmwinkels und damit Ablösungen und Wirkungsgradeinbußen zwangsläufig mit sich bringen müßte. Diese Erklärung bekräftigte noch die Auffassung über die Unbrauchbarkeit der Sinuskinematik.More recently, the explanation for the uselessness has also been believed of sinus kinematics. You had realized that with one Impeller propellers can operate at fairly high angles of attack without detaching of the current, but it was believed that a sinusoidal wing angle curve in the first area of the front half of the wheel (rising branch of the sine curve) and in the opposite last area of the rear half of the wheel (sloping branch of the sine curve) too rapid an increase or decrease in the angle of attack and thus detachments and Would inevitably have to bring about a loss of efficiency. This statement reiterated nor the view of the uselessness of sinus kinematics.

Neue Versuche haben nun ergeben, daß .die bisherigen Auffassungen über eine Sinuskinematik bei Flügelradzykloidenpropellern ein unberechtigtes Vorurteil sind und daß sich mit einer Sinuskinematik sehr günstige Ergebnisse erzielen lassen.New experiments have now shown that the previous views An unjustified prejudice about sinus kinematics in impeller cycloid propellers and that very favorable results can be achieved with sinus kinematics.

Im Zuge der Bestrebungen nach weiterer konstruktiver Vereinfachung des Flügplradpropell-ers hat der Erfinder unter Überwindung aller bisherigen Vorurteile in der Fachwelt einen Propeller mit denkbar einfachster Kinematik ;gebaut und systematische Vergleichsversuche durchgeführt, bei denen sich. ergab, daß eine Kinematik, bei der jeder einzelne Flügel seine eigene Flügelwinkelkurve beschreibt, so daß sich insgesamt ein breites Band als Flügelwinkelkurve des gesamten Propellers ergibt, schlechter ist als eine Kinematik, bei ,der alle Flügel nach der ,gleichen oder wenigstens annähernd nach der gleichen Kurve ,gesteuert werden.In the course of efforts for further constructive simplification of the wing propeller, the inventor has overcome all previous prejudices In the professional world, a propeller with the simplest possible kinematics; built and systematic Comparative tests carried out in which. revealed that a kinematics, at which each individual wing describes its own wing angle curve, so that overall results in a broad band as the wing angle curve of the entire propeller, is worse than a kinematics, in which all wings after the, same or at least approximately according to the same curve.

Gemäß :der Erfindung wird daher vorgeschlagen, Flügelradpropeller mit einem Flügeläntriebsmechanismus auszurüsten, der für alle Flügel die -gleiche oder wenigstens annähernd. die gleiche, genau öder angenähert sinusförmi!ge Flügelwinkelkurve ergibt. Der über dem Umfangswinkel aufgetragene Flügelanstel.lwinkel a soll demnach angenähert eine Sinuskurve- ergeben, d. h. s soll für jeden Flügel in guter Annäherung gleich dem Sinus des Umfangswinkels p sein.According to: the invention is therefore proposed, impeller propellers to equip with a wing drive mechanism that is the same for all wings or at least approximately. the same, exactly or approximately sinusoidal wing angle curve results. The wing pitch angle a plotted over the circumferential angle should accordingly approximate a sinusoidal curve, d. H. s should be in good approximation for each wing be equal to the sine of the circumferential angle p.

Nach einem besonderen Vorschlag wird das Steuerzentrum als zentraler Zapfen ausgebildet, an dem alle an den Flügelhebeln angreifenden Kuppelstan;gen so an;gelenkt sind, daß ihre Mittellinien in jeder Lage des Steuerzentrums möglichst durch einen Punkt laufen. Diese Ausführung ergibt für alle Flügel genau,die :gleiche Flügelwinkelkurve.According to a special proposal, the control center becomes the more central Pin formed on which all of the coupling rods acting on the wing levers are so steered that their center lines in every position of the control center as possible run through a point. This version results in exactly the same for all wings: the same Wing angle curve.

Die obenerwähnten Versuche haben weiter ergeben, daß sich eine Sinuskinematik.gemäß .der Erfindung besonders für Propeller mit mittlerem oder -hohem Belastungsgrad eignet, .das sind Propeller für langsam fahrende, verhältnismäßig schwere Fahrzeuge, wie Schlepper, Schwimmkrane od. dgl. Für diese Zwecke kann aber in weiterer Ausbildung der Erfindung der Flügelradpropeller noch dadurch vereinfacht werden, .daß er mit einer möglichst kleinen Flügelzahl, nämlich mit nur drei breiten Flügeln ausgerüstet wird. Es hat sieh nämlich gezeigt, daß eine kleine Schaufelzahl gerade für langsam laufende Propeller durchaus zulässig ist, während bei hochtourig angetriebenen Propellern für schnelle Schiffe mit weniger als vier oder fünf Flügeln Kavitation eintritt.The above-mentioned experiments have also shown that sinus kinematics .The invention especially for propellers with a medium or high load factor suitable, .these are propellers for slow moving, relatively heavy vehicles, such as tugs, floating cranes or the like. For these purposes, however, in further training the invention of the impeller propeller can be simplified. That he with the smallest possible number of wings, namely equipped with only three wide wings will. It has shown that a small number of blades is just for slow running propellers is quite permissible, while with high-speed propellers for fast ships with fewer than four or five blades cavitation occurs.

Ein Flügelradpropeller gemäß der Erfindung weist demnach gegenüber allen bekannten Ausführungen .grundlegende Vereinfachungen auf. Das Flügelantriebsgestänge besteht für jeden Flügel außer dem Flügelhebel nur aus einer Kuppelstan.ge, die an einem gemeinsamen, .etwa wie bekannt, durch einen Steuerknüppel betätigten Steuerzapfen zentral angelenkt sind. Die Flügelhebel und die Kuppelstangen können alle völlig gleich ausgeführt werden. Ferner ist die Mitnehmereinrichtung für das Steuerzentrum für eine synchrone oder isochrone Mitnahme des Steuerzentrums. .durch den Radkörper völlig entbehrlich. Da außerdem nur drei Flügel für ein einwandfreies Arbeiten des Propellers erforderlich sind, kann auch hierdurch noch eine wesentliche Vereinfachung oder Verbilligung erzielt werden.An impeller propeller according to the invention accordingly has opposite all known versions .basic simplifications. The wing drive linkage consists of only one Kuppelstan.ge for each wing apart from the wing lever, the on a common, approximately as known, actuated by a joystick control pin are centrally hinged. The wing levers and the coupling rods can all completely will be executed immediately. Furthermore, the driver device is for the control center for synchronous or isochronous transfer of the control center. .through the wheel center completely dispensable. In addition, since only three wings ensure that the Propellers are required, this can also be a significant simplification or cheaper.

Eine sinusförmige Flügelwinkelkurve könnte statt mit zentral aasgelenkten Kuppelstangen an sich auch mittels einer Kurvenscheibe erzielt werden, durch die die Flügel bzw. Flügelhebel geführt werden, da man durch entsprechende Formgebung mit Kurvenscheiben jedes Flügelbewegungsgesetz verwirklichen kann. Diese für Modellpropeller sehr geschätzte Ausführungsform hat aber in der Praxis ,den Nachteil, daß hierbei eine Veränderung der Steigung des. Propellers von »Voll voraus« über »Null« auf »Voll zurück« nicht möglich ist.A sinusoidal wing angle curve could be steered instead of centrally Coupling rods can also be achieved by means of a cam, through which the wings or wing levers are guided, as you can by appropriate shaping can realize any law of wing motion with cams. These for model propellers but very appreciated embodiment has in practice, the disadvantage that this a change in the pitch of the propeller from "full ahead" to "zero" "Full back" is not possible.

Außer für Schiffsantriebe mit mittlerem oder hohem Belastungs.gradeignet sich der Propeller gemäß der Erfindung auch für solche Anwendungsfälle, z. B. Fährschiffe, wo es nicht so sehr auf den Wirkungsgrad als vielmehr in erster Linie auf eine gute Manöverierfähigkeit des Propellers ankommt. wo aber doch mit Rücksicht auf einen möglichst .geringen Anschaffungspreis die Forderung nach einer einfachen Kinematik besteht.Except for ship propulsion systems with medium or high loads the propeller according to the invention is also suitable for such applications, e.g. B. ferries, where it is not so much about the efficiency as rather primarily about a good one Maneuverability of the propeller matters. but where with consideration for one the demand for simple kinematics for as low a purchase price as possible consists.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung noch näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.

Fig. z zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Propeller gemäß der Erfindung, Fig.2 eine Draufsicht auf das Flügelantriebsgestänge und.Fig. Z shows schematically a cross section through a propeller according to of the invention, Fig.2 is a plan view of the wing drive linkage and.

Fi;g. 3 die Flügelwinkelkurve dazu.Fi; g. 3 the wing angle curve for this.

Das über die Hohlwelle r angetriebene Laufrad 2 des Propellers wird. in bekannter Weise von .dem in die Hohlwelle 'hineingreifenden Teil 3 des feststehenden Gehäuses :getragen. Die Flügel q. sind im Laufrad 2 drehbar .gelagert. Auf die Flügelzapfen 5 ist je ein Flügelhebel 6 aufgeschoben, an dem die Kuppelstange 7- angelenkt ist. Die Kuppelstangen greifen mit einer ringförmigen Erweiterung 8 an ihrem inneren Ende um die Kugelbüchse g am unteren Ende des Steuerknüppels no- herum. Dabei sind die Kuppelstangen in Etagen übereinander angeordnet. Das innere Ende der mittleren. Kuppelstange ist als Büchse ausgebildet, die in ihrer Höhe über die Hähe der drei Kuppelstan:gen reicht. Außerdem sind die ringförmigen inneren Kuppelstan;genenden eben ausgebildet und zwischen der oberen Wand i-ii,des Laufrades und einer Zwischenwand 12 gleitbar gelagert.The impeller 2 of the propeller driven via the hollow shaft r is. in a known manner of .dem in the hollow shaft 'engaging part 3 of the stationary Case: worn. The wings q. are rotatable in the impeller 2. On the wing pegs 5 each has a wing lever 6 pushed on to which the Coupling rod 7- is hinged. The coupling rods grip with an annular extension 8 at its inner end around the ball bushing g at the lower end of the joystick no- hereabouts. The coupling rods are arranged in tiers one above the other. The inner End of middle. Coupling rod is designed as a sleeve that is over in height the height of the three dome poles is sufficient. Also, the ring-shaped inner ones Coupling rod; the ends are flat and between the upper wall i-ii of the impeller and an intermediate wall 12 slidably mounted.

In der Fig. i sind die beiden Flügel 4 und 4' der Fig. 3 zur Vereinfachung und Verdeutlichung der Darstellung in die Bildebene :gerückt. In Fig. 2 sind die drei Flügel mit ihrem Gestänge in der Stellung für volle Fahrt voraus gezeigt. Die Fahrtrichtung ist mit 13 bezeichnet.In Fig. I, the two wings 4 and 4 'of Fig. 3 are for the sake of simplicity and clarification of the representation in the image plane: moved. In Fig. 2 are the three wings shown with their linkage in the position for full speed ahead. the The direction of travel is denoted by 13.

In Fig.3 ist über dem Umfangswinkel 99 der Flügelwinkel a aufgetragen.In FIG. 3, the wing angle a is plotted over the circumferential angle 99.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Impeller propellers with axes parallel to their Axis a controlled oscillating movement executing wings and a control center with the wing shafts connecting wing drive mechanism, characterized in that, that the vane drive mechanism is designed such that during operation with the control center shifted from the center for all wings the same or approximately the same the same exactly or approximately sinusoidal wing angle curve results.

2. Impeller propeller according to claim i, characterized in that .the control center as a central Pin (io) is formed on which each wing (4) by means of one on the wing lever (6) articulated coupling rod (7) is coupled.

3. Impeller propeller after the Claims i and 2, characterized in that the coupling rods (7) ate on the inside End with an annular extension (8) are provided with .der them, in floors one on top of the other, encompass the control center.

4. Impeller propeller according to claim 3, characterized in that the inner ends of the coupling rod: gene disc-shaped and are slidably mounted between two flat surfaces.

5. Impeller propeller according to one or more of claims i to 4, characterized in that it only has three wings (4).

6. Impeller propeller according to one or more of the claims i to 5, characterized by the use in drives with medium or high Degree of exposure.