EP0241730B1

EP0241730B1 - Antriebseinrichtung für insbesondere flachgehende Wasserfahrzeuge

Info

Publication number: EP0241730B1
Application number: EP87103778A
Authority: EP
Inventors: Franz Dipl.-Kaufmann Krautkremer
Original assignee: Schottel GmbH and Co KG
Current assignee: Schottel GmbH and Co KG
Priority date: 1986-03-18
Filing date: 1987-03-16
Publication date: 1991-09-11
Anticipated expiration: 2007-03-16
Also published as: DE3772814D1; CN87101817A; AR245056A1; CN1010932B; BR8602156A; EP0241730A1; US4838821A; DE3609032A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung wie wie im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschrieben ist. Eine solche Antriebseinrichtung ist in der GB 2 071 592 A beschreiben und von ihr geht die Erfindung aus.
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, und die Kreiselpumpe als Teil der Antriebseinrichtung soll unter diesem und anderen Gesichtspunkten möglichst nahe dem Ansaugquerschnitt des Kanals oder Tunnels im Schiffskörper angeordnet sein, durch den der mittels der Kreiselpumpe zum Antrieb und zur Steuerung des Schiffs benutzte Wasserstrahl gefördert wird. Diese Bedingungen haben zur Folge, daß die Kreiselpumpe selbst gefährdet ist durch angesaugte Verunreinigungen des Wassers.
Es ist deshalb bei gattungsgemäßen Antriebseinrichtungen üblich, zum Schutz der Antriebseinrichtung an der Wassereintriffsöffnung (Ansaugöffnung) ein Sieb oder Gitter vorzusehen. Derartige Vorrichtungen sind aber unvollkommen. Entweder 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 Wirkunsgrad zunächst besser, aber die Verunreinigungen werden nur unvollkommen abgehalten. Außerdem machen es diese der Kreiselpumpe vorgeschalteten Schutzeinrichtungen unmöglich, die Kreiselpumpe so nahe der Ansaugöffnung des Kanals bzw. Tunnels anzuordnen, wie es an sich wünschenswert ist, was oben bereits erläutert wurde.
Diese Problematik ist auch bei einer anderen bekannten Antriebseinrichtung gegeben, die obendrein nicht gattungsgemäß ist (deutsche Patentschrift 423 687). Dort verbindet eine Pumpendruckleitung einen etwa vertikalen festen Ansaugrohrabschnitt mit einem ebenfalls etwa senkrechten Auslaßrohrabschnitt, der als drehbare Auslaßdüse mit Schaufeln ausgebildet ist, die gegeneinander und gegen den Düsenmantel durch eine mittlere Rippe versteift sind. Der Ansaugrohrabschnitt ist ein Gehäuse, in dem ein ummanteltes Laufrad zwischen feststehenden Leitschaufelkränzen angeordnet ist. Die Ummantelung des Laufrades trägt zur Definition des Strömungskanals bei und der vor dem Laufrad angeordnete Leitschaufelkranz soll das angesaugte Wasser dem Laufrad verlustarm zuführen. Der Mantel des Laufrades versteift mit einer gewissen Zwangsläufigkeit das Laufrad, ohne daß dies seine Aufgabe wäre und der Leitschaufelkranz vor dem Laufrad könnte in Grenzen im Wasser mitgeführte Verunreinigungen vom Laufrad fernhalten, ohne daß aber auch dies seine eigentliche Aufgabe wäre. Außerdem verhindet der Leitschaufelkranz bei dieser Lösung wie die Schutzgitter bei gattungsgemäßen Antriebseinrichtungen eine Anordnung des Lauf- bzw. Kreiselpumpenrades möglichst nahe am Einlaß des Strömungskanals.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kreiselpumpe selbst gegen die besagten Verunreinigungen unempfindlich zu machen, um so die bekannten Schutzeinrichtungen vermeiden 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. Außerdem ist es damit möglich, das Kreiselpumpenrad erfindungsgemäß sehr nahe - im Grenzfall sogar im - Einlaß des Strömungskanals anzuordnen. Auch bei einer solchen Anordnung ist das Kreiselpumpenlaufrad nicht durch Steine, Äste o. dgl. gefährdet, die im angesaugten Wasser mitgeführt werden. Das Laufrad ist eben sehr formstabil und widerstandsfähig gegen mechanische Beschädigungen.
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 2 zweckmäßig.
Die oben geschriebene Gesamtkombination erlaubt eine sehr gedrängte Bauweise, die mit den Merkmalen des Anspruchs 3 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 als Beispiel einen Läufer zu Zentrifugalpumpen

Die Figuren sind als Schema zu verstehen, alle Teile, die nicht zum Verständnis 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, welches 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 Ansaugoffnung 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 Strahlantriebsvorrichtungen 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.
Die Propellerpumpe kann durch eine Zentrifugalpumpe 40 gemäß Fig. 3 ersetzt werden, die mit geneigter Pumpenwelle in den Krümmer 2 so eingebaut ist, daß die Zentrifugalpumpe exzentrisch liegt.
Die Schaufeln 45 der Zentrifugalpumpe sind untereinander mit einem Ring 46 verbunden, wodurch deren gewünschte Stabilität gewährleistet wird.

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
42
43
44
45: Schaufeln
46: Ring

Claims

Antriebseinrictung für flachgehende Wasserfahrzeuge mit einem um eine vertikale Schwenkachse (3) schwenkbaren Gehäuse (10), das einen von einem Ansaugrohr (5) und einem Ausstoßrohr (6) gebildeten Rohrkrümmer umschließt, wobei zwischen dem Ende des Ansaugrohres (5) und dem Anfang des Ausstoßrohres (6) ein Kreiselpumpenrad (7) um eine zur Schwenkachse (3) seitlich versetzt drehbar angeordnet ist und wobei weiter die Einlaßöffnung des Ansaugrohres und die Auslaßöffnung des Ausstoßrohres in der Ebene des Bodens (4) des Schiffsrumpfes liegen und schließlich das Ansaugrohr und das Ausstoßrohr schräg zum Boden des Schiffsrumpfes hin verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung des Kreiselpumpenrades (7) dicht oberhalb der Einlaßöffnung des Ansaugrohres im Sinn einer Anordnung möglichst in dieser Einlaßöffnung und bei Verzicht auf eine Schutzeinrichtung zwischen dem Kreiselpumpenrad und der Einlaßöffnung die Schaufeln des von Haus aus nicht ummantelten Kreiselpumpenrades am Außenumfang durch einen die Schaufelstabilität gewährleistenden Ring (25) miteinander verbunden sind.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schwenkbare Krümmer (2) von einem Motor (13) aus über ein selbsthemmendes Schneckengetriebe (14, 15) antreibbar ist.
Antriebseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse der Pumpenwelle (8,30,41) außermittig der Schwenkachse (3) des Krümmers (2) angeordnet ist.