EP0790921A1 - Schiffsantrieb mit einem ruderpropeller - Google Patents

Schiffsantrieb mit einem ruderpropeller

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EP0790921A1
EP0790921A1 EP95939279A EP95939279A EP0790921A1 EP 0790921 A1 EP0790921 A1 EP 0790921A1 EP 95939279 A EP95939279 A EP 95939279A EP 95939279 A EP95939279 A EP 95939279A EP 0790921 A1 EP0790921 A1 EP 0790921A1
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EP
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drive
propellers
propeller
guide
output shaft
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Stefan Kaul
Reinhold Reuter
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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
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/14—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers characterised by being mounted in non-rotating ducts or rings, e.g. adjustable for steering purpose
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/08—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers of more than one propeller
    • B63H5/10—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers of more than one propeller of coaxial type, e.g. of counter-rotative type

Definitions

  • the invention relates to a ship propulsion system with a drive machine and a rudder double propeller which is driven by the drive machine via drive shafts, angular gears and transmission output shafts, the propellers being connected in a rotationally fixed manner to the output shafts.
  • a ship propulsion of this type is known from DE 870 655.
  • the power of the inboard engine is introduced into a vertically arranged drive shaft, the lower end of which is led through the ship's floor to the outboard, drives horizontally arranged output shafts there via angular gears, each end of which is turned away from the respective angular gearbox, which is used to propel the ship serving propeller.
  • Such a system can be designed as a rudder propeller in that not only is the drive power introduced at the upper end of the vertically arranged shaft, but an actuating motor can be brought into effect in such a way that a cladding tube concentrically surrounding the drive shaft the longitudinal axis of the drive shaft can be pivoted up to 360 ° or all around. If the servomotor is activated, the propellers will eventually turn
  • ERSA ⁇ ZBLA ⁇ T (RULE 26) the longitudinal axis of the drive shaft is pivoted, and not only is the power of the prime mover converted into thrust power, but the possibility is also provided of using the power for the maneuvering of the ship by swiveling the underwater part of the propulsion system through 360 °.
  • each propeller is assigned an angular gear and an output shaft. The two propellers can thus be driven independently of one another.
  • the technical complexity of this drive is not in relation to the benefit that can be achieved from the separate functioning of the two propellers.
  • the invention is based on the object of developing a ski drive of the type mentioned at the outset, which is simple in terms of production technology with a high degree of efficiency.
  • a guide device is known from DE 293 611, but it is a propeller arrangement with a horizontal drive shaft, i.e. a propeller system without rudder function.
  • the angular gear and the output shaft are usually surrounded by a housing that serves to support the output shaft and the angular gear.
  • this housing forms a fixed unit with the guide device, while the housing tube surrounding the drive shaft is preferably designed as a guide vane. This means that the intermediate area between the two propellers is optimally used in terms of flow technology for an effective control device.
  • the guide device can be formed from two guide vanes which are arranged at 180 ° around the axis of rotation of the propellers and which extend radially from the axis of rotation of the propellers. It is of course also possible to provide more than two guide vanes which are arranged in a rotationally symmetrical arrangement about the axis of rotation of the propellers.
  • the guide vanes preferably have curved airfoil profiles, it being fluidically very advantageous if the curvature consists of a pre-swirl and a post-swirl curvature. The re-spin of the front propeller can thus be directed effectively and the energy lost during the re-spin of the front propeller can be recovered by the propulsive force generated during the flow around the guide vane.
  • the longitudinal extension of the guide vanes is largely equated to the radius of the tip circle of the propellers.
  • FIG. 3 shows a section along the line III-III in Fig.l
  • FIG. 5 shows another example of the control device.
  • 1 shows a ship drive designed as a rudder double ropel with a drive machine arranged in the ship's hull with a vertical drive shaft 1 and drive propellers outside the ship's hull.
  • a drive machine comprising a motor and gear acts on the upper end of the vertical drive shaft 1 in order to set the drive shaft 1 in rotation about its longitudinal axis 2 at a variable speed.
  • the lower end of the drive shaft 1 has the input cone ad 3 of an angular drive 3, 4 rotatably associated, which is in operative connection with the output bevel gear 4 of the angular drive 3, 4.
  • the output bevel gear 4 rotatably supports a horizontal output shaft 5 which extends in both directions and at the free ends of which a propeller 6, 7 is arranged in a rotationally fixed manner.
  • the propellers will generally be structurally different, although tip circles 14 with the same diameter and similar wing geometries may be possible. Due to the common assignment to the output shaft 5, they have the same direction of rotation and the same speed and, for example, flow in the same direction according to arrow A.
  • the angular gear 3, 4 is surrounded by a housing 9 in which the output shaft 5 is rotatably mounted by means of two bearings 10, 11.
  • This housing 9 is carried by a housing tube 9a concentrically surrounding the vertical drive axis 1 and pivotable about its longitudinal axis for the rudder function.
  • the underwater part of the drive system can be arranged within a nozzle 12.
  • the front propeller 6 generates a residual or post-swirl in its outflow, which represents lost energy.
  • the downstream, co-rotating propeller 7 is acted upon by the outflow of the front propeller. Without a guide device between the two propellers 6, 7, the above-mentioned unfavorable outflow would lead to increased cavitation and increased energy losses.
  • a guide device 8 is provided between the two propellers 6, 7, with which the re-spin of the front propeller 6 is directed.
  • lost energy is recovered by generating a propulsive force in the flow around the device.
  • a pre-twist is generated for the downstream propeller 7 so that it can implement a higher energy gradient.
  • the second propeller 7 will preferably have a structural design that differs from the first propeller 6.
  • the guide device 8 consists of two guide vanes 8a and 8b, one guide vane 8a being formed by the housing tube 9a surrounding the vertical drive shaft 1.
  • the second guide vane 8b is located on the lower side 9b of the housing 9 surrounding the horizontal output shaft 5, i.e. offset by 180 ° from the first guide vane.
  • Both guide blades 6, 7 form a structural unit with the overall housing 9, 9a.
  • FIGS 2 and 3 each show a cross section of the upper guide blade 8a and the lower guide blade 8b. Thereafter, the guide vanes 8a, 8b have curved ones
  • Wing profiles which have a pre-swirl curvature ⁇ for deflecting the flow for the second propeller 7, and a post-swirl curvature ⁇ for straightening the re-swirl of the first propeller 6.
  • the longitudinal extent L of the guide blades 8a, 8b corresponds, as shown in FIG. 4, to the radius R of the tip circle 14 of the propellers 6, 7.
  • FIG. 5 shows another example of a guide device in the same section as in FIG.
  • three instead of two guide blades 15, 16, 17 are provided in a rotationally symmetrical arrangement about the common axis of rotation 18 of both propellers 6, 7.
  • the guide device can of course also consist of more than three guide vanes.

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Description

Schiffsantrieb mit einem Ruderpropeller
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schiffsantrieb mit einer Antriebsmaschine und einem Ruder-Doppelpropel ler, der über An¬ triebswellen, Winkelgetriebe und Getriebeausgangswellen von der Antriebsmaschine angetrieben wird, wobei die Propeller drehfest mit den Ausgangswellen verbunden sind.
Ein Schiffsantrieb dieser Art ist aus der DE 870 655 bekannt. Die Leistung der innerbords angeordneten Antriebsmaschine wird in eine vertikal angeordnete Antriebswelle eingeleitet, deren unteres Ende durch den Schiffsboden hindurch nach außenbords geführt ist, dort über Winkelgetriebe horizontal angeordnete Ausgangswellen antreibt, von denen jede an dem jeweiligen Win¬ kelgetriebe abgekehrten Ende eine dem Vortrieb des Schiffes dienende Schiffsschraube trägt. Eine solche Anlage kann als Ruderpropeller ausgebildet sein, indem am oberen Ende der ver¬ tikal angeordneten Welle nicht nur die Antriebsleistung einge¬ leitet wird, sondern ein Stellmotor derart zur Wirkung ge¬ bracht werden kann, daß ein die Antriebswelle konzentrisch um- gebendes Hüllrohr um die Längsachse der Antriebswelle um bis zu 360° bzw. rundum schwenkbar ist. Wird der Stellmotor zur Wirkung gebracht, so werden letzlich die Schiffsschrauben um
ERSAΓZBLAΓT (REGEL 26) die Längsachse der Antriebswelle geschwenkt, und es wird nicht nur die Leistung der Antriebsmaschine in Schubleistung umge¬ setzt, sondern es ist die Möglichkeit geboten, durch 360°-Schwenkung des Unterwasserteiles des Antriebssystems die Antriebs1ei stung auch für das Manövrieren des Schiffes einzu¬ setzen. Bei der bekannten Vorrichtung ist jedem Propeller je¬ weils ein Winkelgetriebe und jeweils eine Ausgangswelle zuge¬ ordnet. Damit sind beide Propeller unabhängig voneinander an¬ treibbar. Jedoch steht der technische Aufwand dieses Antriebes nicht im Verhältnis zum Nutzen, der aus der getrennten Funk¬ tionsweise der beiden Propeller erzielbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schi fsantrieb der eingangs genannten Art zu entwickeln, der unter Einbrin¬ gung eines hohen Wirkungsgrades fertigungstechnisch einfach aufgebaut ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An¬ spruchs 1 gelöst.
Hierbei werden beide Propeller funktionsgleich mit nur einem Winkelgetriebe und einem Antriebsstrang betrieben. Damit ist ein gegenüber dem Stand der Technik wesentlich einfacherer und weniger anfälliger Antrieb geschaffen, mit dem zudem das Bau¬ volumen deutlich reduziert wird.
ERSÄΓZBLÄΓT (REGEL 26) Mit der Leiteinrichtung werden durch Kavitation hervor¬ gerufene Energieverluste weitgehend vermieden, indem die Leiteinrichtung den vom vorderen Propeller erzeug¬ ten Nachdrall richtet und dabei verlorengegangene Energie zurückgewinnt.
Eine Leiteinrichtung ist zwar aus der DE 293 611 be¬ kannt, jedoch handelt es sich hierbei um eine Propelleranordnung mit horizontaler Antriebswelle, d.h. um ein Propellersystem ohne Ruderfunktion.
Das Winkelgetriebe und die Ausgangswelle sind in der Regel von einem Gehäuse umgeben, das gleichzeitig zur Lagerung der Ausgangswelle und des Winkelgetriebes dient. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung bildet dieses Gehäuse mit der Leiteinrichtung eine feste Einheit, während das die Antriebswelle umgebende Gehäuserohr vorzugsweise als Leitschaufel ausgebildet ist. Damit wird der Zwischenbereich zwischen den beiden Propellern strömungstechnisch optimal für eine wirkungsvolle Leiteinrichtung genutzt.
Die Leiteinrichtung kann in einer einfachen Ausgestal¬ tung aus zwei um 180° um die Drehachse der Propeller angeordneten Leitschaufeln gebildet sein, die sich radial von der Drehachse der Propeller erstrecken. Es ist natürlich auch möglich, mehr als zwei Leitschaufeln vorzusehen, die in rotationssymmetrischer Anordnung um die Drehachse der Propeller liegen. Die Leitschaufeln haben vorzugsweise gekrümmte Trag¬ flächenprofile, wobei es sich strömungstechnisch als sehr günstig erweist, wenn die Krümmung in einer Vor¬ drall- und einer Nachdrallkrümmung besteht. Damit kann der Nachdrall des Vorderpropellers wirkungsvoll gerich¬ tet werden und durch die bei der Leitschaufelumströmung erzeugte Vortriebskraft die beim Nachdrall der Vorder¬ propeller verlorene Energie wieder zurückgewonnen werden.
Um die Wirkung der Leitschaufeln möglichst auszu¬ schöpfen, wird die Längserstreckung der Leitschaufeln weitgehend dem Radius des Spitzenkreises der Propeller gleich gesetzt.
Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig.i das untere Ende eines Antriebes in Längsschnitt,
Fig.2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig.l,
Fig.3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig.l,
Fig.4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig.l und
Fig.5 ein weiteres Beispiel der Leiteinrichtung. Fig. 1 zeigt einen als Ruder-Doppel ropel ler ausgebildeten Schiffsantrieb mit einer im Schiffsrumpf angeordneten An¬ triebsmaschine mit vertikaler Antriebswelle 1 und Antriebspro¬ pellern außerhalb des Schiffsrumpfes.
In üblicher Weise und deshalb in Fig. 1 nicht dargestellt, wirkt auf das obere Ende der vertikalen Antriebswelle 1 eine Antriebsmaschine aus Motor und Getriebe, um die Antriebswelle 1 mit veränderbarer Drehzahl in Umdrehung um ihre Längsachse 2 zu versetzen. Dem unteren Ende der Antriebswelle 1 ist das Eingangskegel ad 3 eines Wi nkeltriebes 3,4 drehfest zugeord¬ net, das in Wirkverbindung mit dem Ausgangskegelrad 4 des Win¬ kelgetriebes 3,4 steht. Das Ausgangskegelrad 4 trägt drehfest eine in beide Richtungen sich erstreckende horizontale Aus¬ gangswelle 5, an deren freien Enden jeweils ein Propeller 6,7 drehfest angeordnet ist. Die Propeller werden in der Regel baulich unterschiedlich sein, obwohl Spitzenkreise 14 mit gleichem Durchmesser sowie ähnliche Fl ügel geometrien möglich sei können. Sie haben durch die gemeinsame Zuordnung zur Aus¬ gangswelle 5 gleiche Drehrichtung und gleiche Drehzahl und werden zum Beispiel gemäß dem Pfeil A in gleicher Richtung an¬ geströmt.
Das Wi nkel getriebe 3,4 ist von einem Gehäuse 9 umgeben, in dem Mittels zweier Lager 10,11 die Ausgangswelle 5 drehbar gela¬ gert ist. Dieses Gehäuse 9 wird von einem die vertikale An¬ triebsachse 1 konzentrisch umgebenden und für die Ruderfunk¬ tion um seine Längsachse schwenkbaren Gehäuserohr 9a getragen.
ERSÄΓZBLÄ T (REGEL 26) Der Unterwasserteil des Antriebssystems kann innerhalb einer Düse 12 angeordnet sein.
Der vordere Propeller 6 erzeugt in seinem Abstrom einen Rest¬ bzw. Nachdrall, der verlorene Energie darstellt. Der nachge¬ schaltete, gleichdrehende Propeller 7 wird mit dem Abstrom des vorderen Propellers beaufschlagt. Ohne eine Leiteinrichtung zwischen beiden Propellern 6,7 würde der vorstehend genannte ungünstige Abstrom zur verstärkten Kavitation und Vergrößerung der Energieverluste führen.
Um diesem Energieverlust entgegenzuwirken, ist zwischen den beiden Propellern 6,7 eine Leiteinrichtung 8 vorgesehen, mit der der Nachdrall des vorderen Propellers 6 gerichtet wird. Dabei wird verlorene Energie zurückgewonnen, indem bei der Lei tei nri chtungsumströmung eine Vortriebskraft erzeugt wird. Ferner wird ein Vordrall für den nachgeschalteten Propeller 7 erzeugt, damit dieser ein höheres Energiegefälle umsetzen kann. Diesem Kriterium Rechnung tragend wird der zweite Pro¬ peller 7 vorzugsweise eine vom ersten Propeller 6 sich unter¬ scheidende bauliche Ausgestaltung haben.
Die Leiteinrichtung 8 besteht gemäß Fig. 1 aus zwei Leitschau¬ feln 8a und 8b, wobei die eine Leitschaufel 8a durch das die vertikale Antriebswelle 1 umgebende Gehäuserohr 9a gebildet ist. Die zweite Leitschaufel 8b befindet sich an der Untersei¬ te 9b des die horizontale Ausganswelle 5 umgebenden Gehäuses 9, d.h. um 180° von der ersten Leitschaufel versetzt. Beide Leitschaufeln 6,7 bilden mit dem Gesamtgehäuse 9,9a eine Bau- einheit.
ERSÄΓZBLAΓT (REGEL 26) Figuren 2 und 3 zeigen je einen Querschnitt der oberen Leitschaufel 8a bzw. der unteren Leitschaufel 8b. Danach haben die Leitschaufeln 8a, 8b gekrümmte
Tragflächenprofile, die eine Vordrallkrümmung α zum Ablenken der Strömung für den zweiten Propeller 7, und eine Nachdrallkrümmung ß zum Richten des Nachdralls des ersten Propellers 6 aufweisen.
Die Längserstreckung L der Leitschaufeln 8a, 8b ent¬ spricht, wie in Fig.4 gezeigt ist, dem Radius R des Spitzenkreises 14 der Propeller 6,7.
Fig. 5 zeigt in einem gleichen Schnitt wie in Fig.4 ein anderes Beispiel einer Leiteinrichtung. Bei diesem Beispiel sind drei anstelle von zwei Leitschaufeln 15, 16, 17 in rotationssymmetrischer Anordnung um die gemeinsame Drehachse 18 beider Propeller 6,7 vorge¬ sehen. Die Leiteinrichtung kann selbstverständlich auch aus mehr als drei Leitschaufeln bestehen.

Claims

Patentansprüche
1. Schiffsantrieb mit einer Antriebsmaschine und einem Ru¬ der-Doppel propel ler , der über Antriebswellen, Winkelgetriebe und Getriebeausgangswellen von der Antriebsmaschine angetrie¬ ben wird, wobei die Propeller drehfest mit den Ausgangswellen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Winkelge¬ triebestufe (3,4) vorgesehen ist, die ei ngangssei tig mit einer Antriebswelle (1) und ausgangssei tig mit einer Ausgangswelle (5) in Verbindung steht, wobei die Ausgangswelle (5) beidsei- tig aus dem Winkelgetriebe herausgeführt ist, daß an den Enden der Ausgangswelle je ein Propeller (6,7) angeordnet ist und daß zwischen den Propellern eine Leiteinrichtung (8 bzw. 15,16,17) vorgesehen ist.
2. Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung (8 bzw. 15,16,17) mit einem das Winkelgetriebe (3,4) und die Ausgangswelle (5) umgebenden Gehäuse (9) eine feste Ei nheit bi 1 det .
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung (8 bzw. 15,16,17) mindestens zwei Leitschaufeln (8a,8b bzw. 15,16,17) in rotationssymme¬ trischer Anordnung um die gemeinsame
ERSÄΓZBLAΓΓ (REGEL 26)
Drehachse beider Propeller (6,7) aufweist und daß die gekrümmten Tragflächenprofile der Leitschaufeln sowohl eine Vordrall- als auch eine Nachdrallkrümmung (α bzw. ß) haben.
4. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die vertikale Antriebs¬ welle (l) umgebendes Gehäuserohr (9a) als Leitschaufel
(8a) ausgebildet ist.
5. Antrieb nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die radiale Längenerstreckung (L) der Leitschaufeln (8a,8b bzw. 15,16,17) in etwa dem Radius (R) der Spitzenkreise (14) der Propeller (6,7) entspricht.
6. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der außenbords befindliche Teil des Antriebs sich in einer Düse (12) befindet.
EP95939279A 1994-11-15 1995-11-14 Schiffsantrieb mit einem ruderpropeller Expired - Lifetime EP0790921B1 (de)

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DE4440738A DE4440738A1 (de) 1994-11-15 1994-11-15 Schiffsantrieb mit einer Antriebsmaschine im Schiffsrumpf und einem von der Antriebsmaschine angetriebenen Propeller außerhalb des Schiffsrumpfes
PCT/EP1995/004481 WO1996015028A1 (de) 1994-11-15 1995-11-14 Schiffsantrieb mit einem ruderpropeller

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EP0790921A1 true EP0790921A1 (de) 1997-08-27
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EP (1) EP0790921B1 (de)
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