EP0241730A1 - Antriebseinrichtung für insbesondere flachgehende Wasserfahrzeuge - Google Patents

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EP0241730A1
EP0241730A1 EP87103778A EP87103778A EP0241730A1 EP 0241730 A1 EP0241730 A1 EP 0241730A1 EP 87103778 A EP87103778 A EP 87103778A EP 87103778 A EP87103778 A EP 87103778A EP 0241730 A1 EP0241730 A1 EP 0241730A1
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EP
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watercraft
pump
centrifugal pump
manifold
drive device
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EP87103778A
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Franz Dipl.-Kaufmann Krautkremer
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Schottel GmbH and Co KG
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Schottel GmbH and Co KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H11/00—Marine propulsion by water jets
    • B63H11/02—Marine propulsion by water jets the propulsive medium being ambient water
    • B63H11/10—Marine propulsion by water jets the propulsive medium being ambient water having means for deflecting jet or influencing cross-section thereof
    • B63H11/101—Marine propulsion by water jets the propulsive medium being ambient water having means for deflecting jet or influencing cross-section thereof having means for deflecting jet into a propulsive direction substantially parallel to the plane of the pump outlet opening
    • B63H11/102—Marine propulsion by water jets the propulsive medium being ambient water having means for deflecting jet or influencing cross-section thereof having means for deflecting jet into a propulsive direction substantially parallel to the plane of the pump outlet opening the inlet opening and the outlet opening of the pump being substantially coplanar

Definitions

  • the invention relates to a drive device as described in the preamble of the main claim.
  • Watercraft for shallow water have a shallow draft and are therefore sensitive to changes in weight and displacement, especially if channels or tunnels are provided in the hull to guide the drive device.
  • such vehicles should be very maneuverable and must be maneuvered as effortlessly as possible. To make matters worse, such vehicles are very vulnerable to ground contact.
  • the drive device is installed in a protected manner, in particular against ground contact, it must function self-priming even in the smallest draft of the watercraft.
  • the result of these conditions is that the centrifugal pump itself is at risk from contaminants sucked into the water.
  • the invention has for its object to make the centrifugal pump itself insensitive to said contaminants, so that the known protective devices can either be avoided entirely or can be designed to be wide-meshed.
  • the invention thus allows a safe arrangement of the centrifugal pump, as described in claim 2.
  • the drive device according to the invention allows stones or the like to be carried away, which can impair the smooth running of the drive, which in turn has repercussions on the control device, i.e. the control of the pivoting movement of the elbow can cause, an embodiment with the features of claim 3 is appropriate.
  • Centrifugal pumps are understood in the sense of the invention to mean all pumps with rotating rotors.
  • An elbow is understood to mean any device which deflects a water jet from one direction to another, for example also a spiral housing, which redirects an axial flow to the pump into a radial flow.
  • a manifold 2 is pivotally mounted about a vertical pivot axis 3.
  • the manifold consists of an intake pipe 5 with a suction opening 9 and an exhaust pipe 6.
  • the exhaust pipe can be designed as a nozzle.
  • a propeller pump 7 is mounted between the intake and exhaust pipe and is attached to the lower end of a pump shaft 8.
  • the pump shaft is arranged in the manifold 2 eccentrically and parallel to the pivot axis 3.
  • the discharge pipe is directed obliquely downwards, which creates a propulsion component for the ship.
  • the eccentricity results in a small enclosed space for the housing 10 of the manifold 2.
  • the manifold does not protrude under the ship's bottom 4 or the keel.
  • the propeller of the propeller pump is arranged close to the intake opening.
  • the housing 10 of the manifold can consist entirely or partially of foamable plastic, whereby a tight and very light housing is achieved.
  • the storage of the housing is indicated schematically by 11 and seals by 12. All known face pumps for suitable bearings and seals must be taken into account.
  • the pivoting movement of the manifold 2 or its housing 10 is driven by a control motor 13, which is driven by a worm 14 and a worm wheel 15 acts on the manifold. This worm gear is self-locking.
  • the rotation of the propeller pump 7 is driven by a drive motor 16 which is mounted in the fuselage 1.
  • the drive acts via a clutch 17, a propeller shaft 18, a bevel pinion 19 on a bevel gear 20, which is seated on a transmission shaft 21, which is rotatably mounted in the pivot axis 3 of the manifold 2.
  • a gear 22 is arranged, which meshes with a second gear 23, which is attached to the upper end of the propeller shaft8. Due to the eccentricity of the propeller shaft, an extremely small diameter of the manifold housing can be achieved.
  • the propeller blades 24 of the propeller pump 7 are connected to one another by a ring 25.
  • the manifold can be facilitated in that the housing 10 is made entirely or partially of foamable plastic.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the invention, in which the pump shaft 30 of the propeller pump 33 and the suction pipe 31 are inclined in the suction direction.
  • the propeller shaft 30 can be coupled to the transmission shaft 21 by means of a ball joint 32 or a bevel gear or a cardan shaft or another suitable element.
  • the torque can also be transmitted in that the drive motor 16 drives a pump or power generator and an associated hydraulic or electric motor is arranged on the propeller shaft 30. This can result in a very advantageous possibility of distributing the engine and one or more jet propulsion devices in the ship.
  • the control motor 13 is again provided for the pivoting movement and drives the manifold 2 via the self-locking worm gear 14, 15.
  • the blades 34 of the propeller pump 33 are connected to one another by a ring 35, which gives them the desired stability.
  • FIG. 3 shows an embodiment in which the propeller pump is replaced by a centrifugal pump 40 which is installed with an inclined pump shaft 41 in the manifold 2 so that the centrifugal pump is eccentric, in this case angular, to the pivot axis.
  • the centrifugal pump is driven by the drive motor 16 via the above-mentioned gear elements and via the transmission shaft 42, which can also be inclined somewhat in the sense of the propeller shaft, in deviation from FIG. 3, in order to evenly distribute the articulation angles of the universal joints or constant velocity joints.
  • the suction opening 9 of the suction pipe can or the like with guide vanes 43. be provided to facilitate the water flow.
  • the discharge pipe is arranged so that there is a propulsion component for the ship.
  • the intake pipe 5 is also so inclined and possibly curved, that the suction results in a propulsion component for the ship.
  • the housing 10 of the manifold 2 is designed and installed in the ship in such a way that it adapts exactly to the cutout of the ship and cuts off with the ship's bottom.
  • the pivoting movement of the manifold 2 can again be driven by the control motor via the self-locking worm gear 14, 15.
  • all structures that hold the blades, blades and the like are considered to be "rings”. connect to each other in addition to the hub and are preferably arranged on the periphery of the centrifugal pump.

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Abstract

Die Antriebseinrichtung enthalt mindestens eine einen Wasserstrahl erzeugenden Kreiselpumpe (7) od.dgl., die innerhalb des Wasserfahrzeugs und innerhalb eines zum Steuern des Wasserfahrzeugs schwenkbaren Krümmers (2) dicht oberhalb der Ansaugöffnung (5) angeordnet ist und deren Blätter, Schaufeln od.dgl. (24) untereinander mit einem Ring (25) od.dgl. verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung, wie sie im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschrieben ist.
  • Wasserfahrzeuge für flache Gewässer haben geringen Tiefgang und reagieren daher empfindlich auf Gewichts- und Verdrängungs­veränderungen, insbesondere wenn zur Wasserführung der Antriebs­einrichtung Kanäle oder Tunnel im Schiffskörper vorgesehen sind. Überdies sollen derartige Fahrzeuge sehr wendig sein und müssen dabei möglichst mühelos manöveriert werden können. Erschwerend kommt dazu, daß solche Fahrzeuge durch Grundberührung sehr ge­fährdet sind.
  • Nach der Erkenntnis des Erfinders genügt es nicht, daß die An­triebseinrichtung geschützt, insbesondere gegen Grundberührung, eingebaut ist, sie muß auch bei kleinstem Tiefgang des Wasser­fahrzeugs selbstansaugend funktionieren. Diese Bedingungen haben zur Folge, daß die Kreiselpumpe selbst gefährdet ist durch angesaugte Verunreinigungen des Wassers.
  • An sich ist es bekannt, zum Schutz der Antriebseinrichtung an der Wassereintriffsöffnung (Ansaugöffnung) ein Sieb oder Gitter vorzusehen. Derartige Vorrichtungen sind aber unvollkommen. Ent­ weder ist das Sieb oder Gitter eng, dann werden die Verunreini­gungen mehr oder weniger gut abgehalten, aber der Wirkungsgrad der Kreiselpumpe sinkt ab, insbesondere wenn diese Schutzein­richtung sich zusetzt. Oder die Maschen sind weit, dann ist der Wirkungsgrad zunächst besser, aber die Verunreinigungen werden nur unvollkommen abgehalten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kreiselpumpe selbst gegen die besagten Verunreinigungen unempfindlich zu machen, um so die bekannten Schutzeinrichtungen entweder ganz vermeiden oder weitmasching ausbilden zu können.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merk­male des Anspruchs 1 gelöst.
  • An sich ist ein derartiger Ring eher schädlich für den Wirkungs­grad der Kreiselpumpe. Der Erfinder hat aber beobachtet, daß der Wirkungsgrad bei der bekannten Bauweise mit der Zeit stark ab­fällt. Das war darauf zurückzuführen, daß mitgerissene Steine u.dgl. die Blätter der Kreiselpumpe verbiegen oder auf andere Weise beschädigen, was ihre Funktion beeinträchtigt. Durch den Ring nach der Erfindung behält der Läufer der Kreiselpumpe seine Form und gewährleistet eine konstante Förderung, d.h. einen kon­stanten Wirkungsgrad.
  • Die Erfindung erlaubt so eine gefahrlose Anordnung der Kreisel­pumpe, wie sie mit Anspruch 2 beschrieben ist.
  • Da die Antriebseinrichtung nach der Erfindung ein Mitreißen von Steinen oder dergleichen erlaubt, die die Laufruhe des An­triebs beeinträchtigen können, was wiederum Rückwirkungen auf die Steuereinrichtung,d.h. das Steuern der Schwenkbewegung des Krümmers, verursachen kann, ist eine Ausgestaltung mit den Merk­malen des Anspruchs 3 zweckmäßig.
  • Die oben geschriebene Gesamtkombination erlaubt eine sehr ge­drängte Bauweise, die mit den Merkmalen des Anspruchs 4 erzielt wird.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der fol­genden Beschreibung hervor.
  • Die Erfindung ist anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben.
    • Fig.1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Propellerpumpe,
    • Fig.2 zeigt ein anderes Beispiel mit einer Propellerpumpe,
    • Fig.3 zeigt ein Beispiel mit einer Zentrifugalpumpe.
    • Fig.4 zeigt als Beispiel einen Läufer zur Zentrifugalpumpe Fig.3.
  • Die Figuren sind als Schema zu verstehen, alle Teile, die nicht zum Verständis der Erfindung erforderlich sind, wie Lager, Dichtungen usw., wurden fortgelassen.
  • Unter Kreiselpumpen werden im Sinne der Erfindung alle Pumpen mit rotierenden Läufern verstanden. Unter Krümmer wird jede Vorrich­tung verstanden, die einen Wasserstrahl aus einer Richtung in eine andere Richtung umlenkt, so z.B. auch ein Spiralgehäuse, das einen zur Pumpe axialen Strom in einen radialen Strom um­lenkt.
  • In dem Rumpf 1 (Fig.1) eines flachgehenden Wasserfahrzeugs ist ein Krümmer 2 um eine vertikale Schwenkachse 3 schwenkbar ge­lagert. Der Krümmer besteht aus einem Ansaugrohr 5 mit einer Ansaugöffnung 9 und einem Ausstoßrohr 6. Das Ausstoßrohr kann als Düse ausgebildet sein. Zwischen Ansaug- und Ausstoßrohr ist eine Propellerpumpe 7 gelagert, die am unteren Ende einer Pumpenwelle 8 befestigt ist. Die Pumpenwelle ist im Krümmer 2 exzentrisch und parallel zur Schwenkachse 3 angeordnet. Das Ausstoßrohr ist schräg nach unten gerichtet, wodurch eine An­triebskomponente für das Schiff hervorgerufen wird. Durch die Exzentrizität ergibt sich ein kleiner umbauter Raum für das Ge­häuse 10 des Krümmers 2. Der Krümmer ragt nicht unter den Schiffsboden 4 oder den Kiel. Der Propeller der Propellerpumpe ist dicht über der Ansaugöffnung angeordnet. Das Gehäuse 10 des Krümmers kann ganz oder teilweise aus schäumbaren Kunststoff be­stehen, wodurch ein dichtes und sehr leichtes Gehäuse erzielt wird. Die Lagerung des Gehäuses ist mit 11 und Dichtungen mit 12 schematisch angedeutet. Es sind alle bekannten Gesichts­pumpte für geeignete Lagerungen und Dichtungen zu berücksichtigen. Die Schwenkbewegung des Krümmers 2 bzw. seines Gehäuses 10 wird von einem Steuermotor 13 angetrieben, der über eine Schnecke 14 und ein Schneckenrad 15 auf den Krümmer einwirkt. Dieses Schneckengetriebe ist selbsthemmend. Die Rotation der Propeller­pumpe 7 wird von einem Antriebsmotor 16 angetrieben, der im Rumpf 1 gelagert ist. Vom Antriebsmotor aus wirkt der Antrieb gegebenenfalls über eine Kupplung 17, eine Gelenkwelle 18, ein Kegelritzel 19 auf ein Kegelrad 20, das auf einer Übertra­gungswelle 21 sitzt, die in der Schwenkachse 3 des Krümmers 2 drehbar gelagert ist. Am freien Ende der Übertragungswelle ist ein Zahnrad 22 angeordnet, das mit einem zweiten Zahnrad 23 kämmt, welchse am oberen Ende der Propellerwelle8 befestigt ist. Durch die Exzentrizität der Propellerwelle ist ein extrem kleiner Durchmesser des Krümmergehäuses erzielbar. Die Propeller­blätter 24 der Propellerpumpe 7 sind mit einem Ring 25 mitein­ander verbunden. Der Krümmer kann dadurch erleichtert werden, daß das Gehäuse 10 ganz oder teilweise aus schäumbarem Kunst­stoff hergestellt wird.
  • Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Pumpenwelle 30 der Propellerpumpe 33 und das Ansaugrohr 31 in die Ausaugrichtung geneigt sind. Dadurch ergibt sich ein ge­ringerer Ansaugwiderstand, zumal die Ansaugöffnung hydrodyna­misch günstig gestaltet werden kann. Ferner ergibt auch der Sog des Propellers eine Komponente in der Antriebsrichtung. Die Propellerwelle 30 kann mit der Übertragungswelle 21 mittels eines Kugelgelenks 32 oder eines Kegelradgetriebes oder einer Gelenkwelle oder einem anderen geeigneten Element gekuppelt werden. Das Drehmoment kann auch dadurch übertragen werden, daß der Antriebsmotor 16 eine Pumpe oder Stromerzeuger antreibt und an der Propellerwelle 30 ein dazugehöriger hydraulischer oder elektrischer Motor angeordnet ist. Dadurch kann sich eine sehr vorteilhafte Möglichkeit zur Verteilung von Motor und einer oder mehrerer Strahlantriebsvorrichtung im Schiff ergeben. Für die Schwenkbewegung ist wieder der Steuermotor 13 vorge­sehen, der über das selbsthemmende Schneckengetriebe 14, 15 den Krümmer 2 antreibt. Die Blätter 34 der Propellerpumpe 33 werden mit einem Ring 35 miteinander verbunden, der ihnen die gewünschte Stabilität verleiht.
  • Figur 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Propellerpumpe durch eine Zentrifugalpumpe 40 ersetzt ist, die mit geneigter Pumpenwelle 41 in den Krümmer 2 so eingebaut ist, daß die Zentrifugalpumpe exzentrisch, in diesem Fall winkelig, zur Schwenkachse liegt. Die Zentrifugalpumpe wird von dem Antriebs­motor 16 aus über die oben genannten Getriebeelemente und über die Übertragungswelle 42 angetrieben, die auch abweichend von Fig.3 etwas im Sinne der Propellerwelle geneigt sein kann, um die Knickwinkel der Kardangelenke oder Gleichlaufgelenke gleich­mäßig zu verteilen. Die Ansaugöffnung 9 des Ansaugrohrs kann mit Leitschaufeln 43 od.dgl. versehen sein, um die Wasserführung zu erleichtern. Das Wasser wird von der Kreiselpumpe axial ange­saugt und in ein Spiralgehäuse 44 gefördert, das in das Aus­stoßrohr 6 mündet. Das Ausstoßrohr ist wie in den vorherigen Beispielen so geneigt angeordnet, daß sich für das Schiff eine Vortriebskomponente ergibt. Auch ist das Ansaugrohr 5 so geneigt und gegebenenfalls gekrümmt, daß der Sog eine Vortriebs­komponente für das Schiff ergibt. Bei allen beschriebenen Aus­führungsformen ist das Gehäuse 10 des Krümmers 2 so gestaltet und im Schiff eingebaut, daß es sich genau dem Ausschnitt des Schiffes anpaßt und mit dem Schiffsboden abschneidet.
  • Die Schwenkbewegung des Krümmers 2 kann wieder mit dem Steuer­motor über das selbsthemmende Schneckengetriebe 14, 15 ange­trieben werden.
  • Die Schaufeln 45 der Zentrifugalpumpe sind untereinander mit einem Ring od.dgl. verbunden, wodurch deren gewünschte Stabili­tät gewährleistet wird. Im Sinne der Erfindung gelten als "Ring" alle Strukturen, die die Blätter, Schaufeln u.dgl. zusätzlich zur Nabe miteinander verbinden und vorzugsweise an der Peripherie der Kreiselpumpe angeordnet sind.
    • Begriffsliste
    • 1 Rumpf
    • 2 Krümmer
    • 3 Schwenkachse
    • 4 Boden
    • 5 Ansaugrohr
    • 6 Ausstoßrohr
    • 7 Propellerpumpe
    • 8 Pumpenwelle
    • 9 Ansaugöffnung
    • 10 Gehäuse
    • 11 Lager
    • 12 Dichtung
    • 13 Steuermotor
    • 14 Schnecke
    • 15 Schneckenrad
    • 16 Antriebsmotor
    • 17 Kupplung
    • 18 Gelenkwelle
    • 19 Kegelritzel
    • 20 Kegelrad
    • 21 Übertragungswelle
    • 22 Zahnrad
    • 23 Zahnrad
    • 24 Propellerblätter
    • 25 Ring
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30 Pumpenwelle
    • 31 Ausaugrohr
    • 32 Kugelgelenk
    • 33 Propellerpumpe
    • 34 Blätter
    • 35 Ring
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40 Zentrifugalpumpe
    • 41 Pumpenwelle
    • 42 Übertragungswelle
    • 43 Leitschaufeln
    • 44 Spiralgehäuse
    • 45 Schaufeln
    • 46 Ring

Claims (4)

1. Antriebseinrichtung für insbesondere flachgehende Wasser­fahrzeuge mit mindestens einer einen Wasserstrahl erzeu­genden Kreiselpumpe, die innerhalb des Wasserfahrzeugs in einem um eine im wesentlichen vertikale Achse schwenkbaren Krümmer gelagert ist, wobei das für den Wasserstrahl erfor­derliche Wasser am Boden des Wasserfahrzeugs angesaugt und schräg nach unten ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter (24, 34, 45) der Kreiselpumpe (7, 33, 40) mittels minstestens eines Ringes (25, 35, 46) od.dgl. mit­einander verbunden sind.
2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselpumpe (7, 33, 40) dicht oberhalb der Ansaug­öffnung (9) des Krümmers (2) gelagert ist.
3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekenn­zeichnet, daß der schwenkbare Krümmer (2) von einem Motor (13) aus über ein selbsthemmendes Schneckengetriebe (14, 15) antreibbar ist.
4. Antriebseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse der Pumpenwelle (8, 30 41) außermittig der Schwenkachse (3) des Krümmers (2) angeordnet ist.
EP87103778A 1986-03-18 1987-03-16 Antriebseinrichtung für insbesondere flachgehende Wasserfahrzeuge Expired - Lifetime EP0241730B1 (de)

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EP (1) EP0241730B1 (de)
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