EP0111908A2 - Elektrisch angetriebene Schiffsschraube und Verwendung hierfür - Google Patents

Elektrisch angetriebene Schiffsschraube und Verwendung hierfür Download PDF

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EP0111908A2
EP0111908A2 EP83112682A EP83112682A EP0111908A2 EP 0111908 A2 EP0111908 A2 EP 0111908A2 EP 83112682 A EP83112682 A EP 83112682A EP 83112682 A EP83112682 A EP 83112682A EP 0111908 A2 EP0111908 A2 EP 0111908A2
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EP
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nozzle
screw
rotor
propeller
electrically driven
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Wolfgang Dr.-Ing. Hars
Klaus Dr.-Ing. Kranert
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    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H2023/005—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements using a drive acting on the periphery of a rotating propulsive element, e.g. on a dented circumferential ring on a propeller, or a propeller acting as rotor of an electric motor

Definitions

  • the invention relates to an electrically driven propeller according to the preamble of claim 1.
  • Such a propeller is known from DE-PS 688 114. This runs approximately in the middle of a nozzle, the stator and rotor of the electric motor being received by the nozzle body. The wing ends of the screw are connected to the rotor. The screw can be mounted on a shaft and this can be held in the nozzle via a cross arm. The propeller and the rotor can be stored differently directly in the nozzle via rollers, balls or conical rollers. In this case, the bearings must be able to absorb the screw thrust and the weight of the rotor. An exchange or maintenance of the stator or rotor and propeller is only possible by disassembling the nozzle.
  • such an arrangement is also suitable for an arrangement of the rotor in the axis of the propeller, as in the Pleuger motors, an increased thrust output to produce with heavily loaded propellers. With normal thrust load on the propeller, such an arrangement does not improve the efficiency of the propeller.
  • TVF propeller tip vortex free
  • magazine "HANSA” 1982, No. 12, page 816 in which the wing tips of the propeller are trimmed and given a strap.
  • These can be designed as curved plates and attached to the wing ends in order to form an aerofoil that rotates coaxially with the propeller.
  • the propeller is located at the end of a nozzle and is driven by the shaft. With these propellers, an increased thrust can be generated even with normally loaded screws.
  • propellers are operated electrically as active rudders, swiveling gondola drives or submarine drives with torque introduction via the wing attachments, large hubs or long electrical machines must be used on average.
  • the invention has for its object to provide an electrically driven propeller of the type described, which ensures a great thrust effect at low speeds and a high maintenance friendliness by their arrangement and the type of torque input.
  • the propeller according to the invention has the particular advantage that a significant improvement in efficiency compared to conventional drives of this type is achieved and that when used as a submarine drive, the energy can be recovered from the entire friction wake.
  • a good rudder effect is achieved by the central bearing, the rudder surfaces can be minimal.
  • the installation and expansion and the Maintenance of the propeller and the hotel rotor are simple and straightforward.
  • the active rudder according to FIG. 1a shows a rudder blade 1, which is mounted in the usual way over the rudder shaft 2 in the stern of a ship.
  • a nozzle 3 and a screw 4 with a shaft 5 are mounted in the rudder blade within the nozzle directly in front of the front edge.
  • a slim hub 7 is provided for fastening the screw wings 6.
  • the stator 8 of an electric motor is let into the end part of the nozzle 3.
  • the electrical leads can be led through the rudder shaft 2 to the stator 8.
  • the wing ends of the screw 4 are trimmed and provided with plates.9 shaped in terms of flow technology.
  • the individual plates 9 can be connected to one another to form a peripheral ring.
  • the plates 9 can accommodate the rotor 10 in sectors.
  • the rotor is distributed over the entire circumference.
  • the plates 9 or the ring are extended beyond the plane formed by the rear boundary edges of the wings 6 (extensions 11), as a result of which the vortex formation normally occurring at the wing ends is linearized.
  • the gap between The stator 8 and rotor 10 are flowed through by the surrounding water.
  • Fig. 1b which shows a section A - A 'of Fig. 1a, it can be seen that the hub 7 of the propeller 4 is slim and merges into the rudder blade 1 in terms of flow.
  • the nozzle nacelle 12 according to FIG. 2a is mounted in the stern of a ship via a shaft 13.
  • the propeller 14 with the plates 15 or a peripheral ring which receive the rotor is placed in the end region of the nozzle 16.
  • the propeller shaft 17 is supported by a fluidically designed arm cross 18.
  • FIG. 2 b shows a top view of the arm cross 18.
  • Fig. 3 the stern 20 of a U-boat is indicated with the pressure body 21 and the envelope body 22. While the propeller of the submarine is usually driven by a shaft from the inside of the pressure body and thereby considerable sealing problems when the shaft is carried out by the Pressure hurdles to be overcome, this difficulty is now eliminated.
  • the nozzle 23 is fastened to the enveloping body 22 by means of arm crosses 24, 25.
  • the enveloping body 22 has a cylindrical extension 27. This greatly simplifies propeller removal and beyond the entire afterflow of friction is captured by the nozzle 23 and used for the propulsion.
  • Fig. 4 shows a variant of a U-8oot drive.
  • the approach 28 of the enveloping body 22 is made slightly stronger.
  • the nozzle 29 is fastened to it with an arm cross 30, the propeller 31 is mounted, and the rudder 32 and rudder 33 are arranged behind it.
  • the entire after-flow of friction is used for propulsion and the rudder effect is significantly increased.

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Abstract

Die Anmeldung befasst sich mit einer elektrisch angetriebenen Schiffsschraube in einer Düse, die den Stator aufnimmt, und bei der mit den Flügelenden einzelne gekrümmte Platten oder ein peripherer Ring zur Aufnahme des Rotors eines Elektromotors verbunden sind.
Um eine größere Schubwirkung und eine bessere Wartungsfreundlichkeit zu erzielen, wird der Stator und damit die den Rotor aufnehmende Schraube in den Endabschnitt der Düse gelegt. Zur Linearisierung der Strömung werden die Platten oder der periphere Ring über die durch die hinteren Begrenzungskanten der Flügel gebildete Ebene hinaus verlängert und der Stator und Rotor trennende Spalt geflutet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Schiffsschraube nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE-PS 688 114 ist eine solche Schiffsschraube bekannt. Diese läuft etwa mittig in einer Düse, wobei Stator und Rotor des Elektromotors von dem Düsenkörper aufgenommen werden. Mit dem Rotor sind die Flügelenden der Schraube verbunden. Die Schraube kann dabei auf einer Welle gelagert und diese über ein Armkreuz in der Düse gehalten sein. Eine andere Lagerung der Schiffsschraube und des Rotors kann unmittelbar in der Düse über Rollen, Kugeln oder konische Rollen erfolgen. Die Lager müssen in diesem Fall den Schraubenschub und das Gewicht des Rotors aufnehmen können. Ein Austausch bzw. eine wartung von Stator bzw. Rotor und Propeller ist nur durch Auseinanderbau der Düse möglich.
  • Eine solche Anordnung ist bekanntlich auch bei einer Anordnung des Rotors in der Achse der Schiffsschraube, wie bei den Motoren der Fa. Pleuger, geeignet, eine erhöhte Schubleistung bei hochbelasteten Propellern zu erzeugen. Bei normaler Schubbelastung der Schiffsschraube erbringt eine solche Anordnung keine Verbesserung des Wirkungsgrades des Propellers.
  • Ferner ist der sogenannte TVF-Propeller (tip vortex free) bekennt, Zeitschrift "HANSA" 1982, Nr. 12, Seite 816, bei dem die Flügelspitzen des Propellers beschnitten werden und eine Gurtung erhalten. Diese können als gekrümmte Platten ausgebildet und an den Flügelenden angebracht sein, um eine mit dem Propeller gleichachsig kreisende Tragfläche zu bilden. Der Propeller ist am Ende einer Düse angeordnet und wird von der welle angetrieben. Mit diesen Propellern kann ein erhöhter Schub auch bei normal belasteten Schrauben erzeugt werden.
  • werden solche Propeller als Aktivruder, schwenkbare Gondel-Antriebe oder U-Boot-Antriebe mit einer Drehmomenteneinleitung über die Flügelansätze elektrisch betrieben, so müssen im Durchschnitt große Naben bzw. lange elektrische Maschinen eingesetzt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch angetriebene Schiffsschraube der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die durch ihre Anordnung und die Art der Drehmomenteinleitung eine große Schubwirkung bei geringen Drehzahlen und eine hohe-Wartungsfreundlichkeit gewährleistet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.
  • Die Schiffsschraube nach der Erfindung hat den besonderen Vorteil, daB eine wesentliche Wirkungsgradverbesserung gegenüber den herkömmlichen Antrieben dieser Art erzielt wird und bei ihrem Einsatz als U-Boot-Antrieb die Energie aus dem gesamten Reibungs-Nachstrom zurückgewonnen werden kann. Durch die zentrale Lagerung wird eine gute Ruderwirkung erzielt, die Ruderflächen können minimal sein. Der Ein- und Ausbau und die Wartung des Propellers und des Hotorrotors sind einfach und unproblematisch.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
  • Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sollen weitere Erläuterungen gegeben werden. Es zeigen
    • Fig. 1 den Anmeldungsgegenstand als Aktivruder,
    • Fig. 2 als Düsen-Gondel-Antrieb,
    • Fig. 3 und 4 als Antrieb für U-Boote.
  • Das Aktivruder nach Fig. 1a zeigt ein Ruderblatt 1, das in üblicher weise über den Ruderschaft-2 im Heck eines Schiffes gelagert ist. An der Vorderseite des Ruderblattes 1 ist eine Düse 3 und innerhalb der Düse unmittelbar vor der Vorderkante eine Schraube 4 mit einer welle 5 im Ruderblatt gelagert. Zur Befestigung der Schraubenflügel 6 ist eine schlanke Nabe 7 vorgesehen.
  • In den Endteil der Düse 3 ist der Stator 8 eines Elektromotors eingelassen. Die elektrischen Zuleitungen können durch den Ruderschaft 2 zum Stator 8 geführt werden.
  • Die Flügelenden der Schraube 4 sind beschnitten und mit strämungstechnisch geformten Platten.9 versehen. Aus Festigkeitsgründen können die einzelnen Platten 9 zu einem peripheren Ring miteinander verbunden sein. Die Platten 9 können sektorweise den Rotor 10 aufnehmen. Bei Verwendung eines peripheren Ringes wird der Rotor über den ganzen Umfang verteilt. Die Platten 9 oder der Ring werden über die durch hintere Begrenzungskanten der Flügel 6 gebildete Ebene hinaus verlängert (Fortsätze 11), wodurch die an den Flügelenden normalerweise entstehende wirbelbildung linearisiert wird. Der Spalt zwischen Stator 8 und Rotor 10 ist vom umgebenden Wasser durchströmt.
  • Aus Fig. 1b, die einen Schnitt A - A' der Fig. 1a darstellt, ist zu ersehen, daß die Nabe 7 des Propellers 4 schlank ausgebildet ist und strömungstechnisch günstig in das Ruderblatt 1 übergeht.
  • wenn der Rotor permanent erregt wird, kann die Drehzahl des Propellers 4 über eine U/f = Const-Regelung eingestellt werden.
  • Die Düsengondel 12 nach Fig. 2a ist im Heck eines Schiffes über einen Schaft 13 gelagert. Der Propeller 14 mit den Platten 15 oder einem peripheren Ring, die den Rotor aufnehmen, ist in den Endbereich der Düse 16 gelegt. Die Lagerung der Propellerwelle 17 erfolgt über ein strömungstechnisch ausgebildetes Armkreuz 18. Fig. 2b zeigt die Draufsicht auf das Armkreuz 18. Um den Strömungswiderstand der Platten 15 oder des Ringes herabzusetzen, kann es zweckmässig sein, den Endteil 19 der-Düse 16 mit vergrößertem Innendurchmesser auszuführen, so daß die Platten 15 oder der Ring etwa zur Hälfte in der ringförmigen Ausnehmung der Düse laufen.
  • In Fig. 3 ist das Heck 20 eines U-Baotes angedeutet mit dem Druckkörper 21 und dem Hüllkörper 22. Während üblicherweise der Propeller des U-Bootes über eine welle vom Inneren des Druckkörpers angetrieben wird und dadurch erhebliche Abdichtprobleme bei der Durchführung der Welle durch den Druckkörper zu bewältigen sind, wird diese Schwierigkeit jetzt beseitigt.
  • Die Düse 23 wird mittels Armkreuzen 24, 25 am Hüllkörper 22 befestigt. Für die Lagerung des Propellers 26 weist der Hüllkörper 22 einen zylindrischen Ansatz 27 auf. Hierdurch wird ein Propellerausbau erheblich vereinfacht und darüber hinaus wird der gesamte Reibungsnachstrom von der Düse 23 eingefangen und zur Propulsion ausgenutzt.
  • Fig. 4 zeigt eine Variante eines U-8oot-Antriebes. Der Ansatz 28 des Hüllkörpers 22 ist etwas stärker ausgeführt. An ihm ist die Düse 29 mit einem Armkreuz 30 befestigt, der Propeller 31 gelagert und hinter diesem sind Tiefenruder 32 und Seitenruder 33 angeordnet. Auch hier wird der gesamte Reibungsnachstrom zur Propulsion ausgenutzt und die Ruderwirkung wesentlich erhöht.

Claims (6)

1. Elektrisch angetriebene Schiffsschraube in fester Düse, wobei unmittelbar in der Düse der Stator und in einem die verkürzten Flügelendsektionen der Schraube verbindenden Ring oder in einzelnen an den Flügelenden befestigten gekrümmten Platten der Rotor eines Elektromotors angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daB der Stator (8) in den Endabschnitt der Düse (3) gelegt ist, daB die den Rotor (10) aufnehmenden gekrümmten Platten (9) oder der diese peripher verbindende Ring der ebenfalls in den Endabschnitt der Düse angeordneten Schraube (4) über die durch die hinteren Begrenzungskanten der Flügel gebildete Ebene hinaus verlängert (11) sind, und daß der den Stator (8) und den Rotor (10) trennende Spalt von umgebendem Meereswasser geflutet ist.
2. Elektrisch angetriebene Schiffsschraube nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung als Aktivruder, wobei die Schraube (4) mittels einer Achse (5) im Ruderblatt (1) gelagert ist.
3. Elektrisch angetriebene Schiffsschraube nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung als Düsen-Gondelantrieb (12), bei dem die Schraube (14) in der Gondel und die Gondel über ein Armkreuz (18) in der Düse (16) gehaltert sind.
'4. Elektrisch angetriebene Schiffsschraube nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Einsatz als U-Boot-Antrieb, bei dem die Düse (23, 29) mit mindestens einem Armkreuz (24, 30) am Hüllkärper (22) gehaltert und die Schraube (26, 31) auf einem im Durchmesser stark verringerten Fortsatz (27, 28) des Hüllkörpers gelagert sind.
5. Elektrisch angetriebene Schiffsschraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daB hinter der Schraube (31) die Ruder (32, 33) des Bootes angeordnet sind.
6. Elektrisch angetriebene Schiffsschraube nach.einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (9, 15) oder der periphere Ring in einer Ausnehmung im Endteil der Düse (3, 16, 23, 29) laufen.
EP83112682A 1982-12-17 1983-12-16 Elektrisch angetriebene Schiffsschraube und Verwendung hierfür Expired EP0111908B1 (de)

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