EP0790921B1 - Schiffsantrieb mit einem ruderpropeller - Google Patents

Schiffsantrieb mit einem ruderpropeller Download PDF

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EP0790921B1
EP0790921B1 EP95939279A EP95939279A EP0790921B1 EP 0790921 B1 EP0790921 B1 EP 0790921B1 EP 95939279 A EP95939279 A EP 95939279A EP 95939279 A EP95939279 A EP 95939279A EP 0790921 B1 EP0790921 B1 EP 0790921B1
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propellers
propeller
drive
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output shaft
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Reinhold Reuter
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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 Engine and a rudder double propeller, which drives over drive shafts, Angular gearboxes and gearbox output shafts from the prime mover is powered, the propeller are rotatably connected to the output shafts.
  • a ship propulsion of this type is known from DE 870 655.
  • the performance of the inboard engine is introduced into a vertically arranged drive shaft, the lower end out through the ship's floor is guided, horizontally arranged there via angular gear Drives output shafts, each on the respective bevel gear opposite end to the propulsion of the ship serving propeller.
  • Such a system can be used as Rudder propeller be formed by the top of the vertical arranged shaft not only initiated the drive power is brought into effect, but an actuator can be that a concentrically surrounding the drive shaft Cladding tube around the longitudinal axis of the drive shaft by up to can be swiveled 360 ° or all around.
  • each propeller is an angular gear and each associated with an output shaft. This means that both propellers can be driven independently of one another. However, the technical effort of this drive stands not in proportion to the benefit from the separate mode of operation the two propellers can be achieved.
  • propeller arrangement for driving of a ship are at the bottom of one or two vertical ones drive shaft surrounding a housing tube or Drive shafts with the interposition of an angular drive two horizontal propeller shafts arranged and the Angle drive is facing away from the ends of the propeller shafts assigned to one of two propellers in a rotationally fixed manner.
  • the angular drive is designed so that between the lower shaft end or lower vertical shaft ends of the vertical shaft or of the vertical waves and each of the horizontal waves an angular gear of the angular drive is arranged.
  • the two propeller shafts, which are also gearbox output shafts are arranged on one side of this drive housing or one on each side of the drive housing Propeller shafts arranged and accordingly from the drive housing led out.
  • the invention has for its object a marine propulsion system to develop the type mentioned at the outset, with the contribution a high degree of efficiency in terms of production technology is constructed.
  • Both propellers are functionally the same with only one Angular gear and a drive train operated. So that is a much simpler compared to the prior art and less susceptible drive created, with which the construction volume is significantly reduced.
  • a guide device is known from DE 293 611, however, this is a Propeller arrangement with horizontal drive shaft, i.e. a propeller system without rudder function.
  • the angular gear and the output shaft are in the Usually surrounded by a housing that at the same time Bearing of the output shaft and the angular gear serves.
  • this housing with the guide device a fixed Unit while the one surrounding the drive shaft Housing tube preferably designed as a guide vane is. This will be the intermediate area between the two Flow-wise optimal propellers for one effective guidance device used.
  • the guide device can be in a simple embodiment from two 180 ° around the axis of rotation of the propellers arranged guide vanes can be formed extend radially from the axis of rotation of the propellers. It is of course also possible, more than two guide vanes provide the order in a rotationally symmetrical arrangement the axis of rotation of the propellers lie.
  • the guide vanes preferably have curved wing profiles, where it fluidically as proves to be very favorable if the curvature consists of a pre-twist and a post-twist. So that can the re-spin of the front propeller is effectively directed and by the flow around the guide vane The propulsive force generated when the front propellers re-spin recovered lost energy become.
  • FIG. 1 shows a rudder double propeller Ship propulsion with a propulsion machine arranged in the hull with vertical drive shaft 1 and drive propellers outside the hull.
  • the angular gear 3, 4 is surrounded by a housing 9 in which The output shaft 5 is rotatably supported by means of two bearings 10, 11 is.
  • This housing 9 is one of the vertical drive axis 1 concentrically surrounding and for the rudder function housing tube 9a pivotable about its longitudinal axis.
  • the underwater part of the drive system can be within one Nozzle 12 may be arranged.
  • the front propeller 6 generates a residual or Reverberation that represents lost energy.
  • a guide device 8 is provided with which directs the re-spin of the front propeller 6.
  • lost energy is recovered by the Guiding device flow around a driving force is generated.
  • the second propeller takes this criterion into account 7 preferably one different from the first propeller 6 have structural design.
  • the guide device 8 consists of two guide vanes 8a and 8b, the one guide vane 8a through the vertical drive shaft 1 surrounding housing tube 9a formed is.
  • the second guide blade 8b is located on the underside 9b of the housing surrounding the horizontal output shaft 5 9, i.e. offset by 180 ° from the first guide vane.
  • Both Guide vanes 6.7 form a structural unit with the overall housing 9.9a.
  • Figures 2 and 3 each show a cross section of the upper one Guide blade 8a or the lower guide blade 8b. Thereafter, the guide vanes 8a, 8b have curved ones Wing profiles that have a pre-twist curvature ⁇ Deflecting the flow for the second propeller 7, and a re-swirl curvature ⁇ for directing the re-swirl of the have first propeller 6.
  • the longitudinal extent L of the guide vanes 8a, 8b corresponds to as shown in Fig.4, the radius R of the Top circle 14 of the propellers 6.7.
  • FIG 5 shows a section similar to that in FIG another example of a guidance device.
  • the control device can of course also consist of more than three guide vanes.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schiffsantrieb mit einer Antriebsmaschine und einem Ruder-Doppelpropeller, der über Antriebswellen, 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 Winkelgetriebe abgekehrten Ende eine dem Vortrieb des Schiffes dienende Schiffsschraube trägt. Eine solche Anlage kann als Ruderpropeller ausgebildet sein, indem am oberen Ende der vertikal angeordneten Welle nicht nur die Antriebsleistung eingeleitet wird, sondern ein Stellmotor derart zur Wirkung gebracht werden kann, daß ein die Antriebswelle konzentrisch umgebendes 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 die Längsachse der Antriebswelle geschwenkt, und es wird nicht nur die Leistung der Antriebsmaschine in Schubleistung umgesetzt, sondern es ist die Möglichkeit geboten, durch 360°-Schwenkung des Unterwasserteiles des Antriebssystems die Antriebsleistung auch für das Manövrieren des Schiffes einzusetzen. Bei der bekannten Vorrichtung ist jedem Propeller jeweils ein Winkelgetriebe und jeweils eine Ausgangswelle zugeordnet. Damit sind beide Propeller unabhängig voneinander antreibbar. Jedoch steht der technische Aufwand dieses Antriebes nicht im Verhältnis zum Nutzen, der aus der getrennten Funktionsweise der beiden Propeller erzielbar ist.
Bei einer anderen vorbekannten Propelleranordnung zum Antrieb eines Schiffes sind am unteren Ende einer oder zweier vertikaler von einem Gehäuserohr umgebenden Antriebswelle bzw. Antriebswellen unter Zwischenschaltung eines Winkeltriebes zwei horizontale Propellerwellen angeordnet und den dem Winkeltrieb abgekehrten Enden der Propellerwellen ist je einer von zwei Propellern drehfest zugeordnet. Der Winkeltrieb ist derart ausgbildet, daß zwischen unterem Wellenende bzw. unteren vertikalen Wellenenden der vertikalen Welle bzw. der vertikalen Wellen und jeder der horizontalen Wellen ein Winkelgetriebe des Winkeltriebes angeordnet ist. Die beiden Propellerwellen, die zugleich Getriebeausgangswellen sind, sind auf einer Seite dieses Antriebsgehäuses angeordnet oder auf jeder Seite des Antriebsgehäuses ist eine der Propellerwellen angeordnet und entsprechend aus dem Antriebsgehäuse herausgeführt. Sind beide Propellerwellen und demzufolge beide Propeller auf einer Seite des Antriebsgehäuses angeordnet, so umgibt die eine dieser Wellen die andere konzentrisch als Hohlwelle. Die beiden Propeller sind verschieden ausgelegt, insbesondere in der Weise, daß auf jeden Fall die Drehrichtung und die Propellerdurchmesser, wahrscheinlich aber auch die Flügelzahl, unterschiedlich sind (GB 2 190 344).
Schließlich befaßt sich ein weiterer Stand der Technik (DE 35 08 203) mit einer Ausgestaltung einer Leiteinrichtung für einen mit einem Propeller ausgestatteten Schiffsantrieb zur Steigerung der Schubkraft bzw. zur Reduktion des Treibstoffverbrauches und berührt deshalb die vorliegende Erfindung allenfalls in Merkmalen, die die vorliegende Erfindung in zweckmäßiger Weise ausgestalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schiffsantrieb der eingangs genannten Art zu entwickeln, der unter Einbringung eines hohen Wirkungsgrades fertigungstechnisch einfach aufgebaut ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 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 Bauvolumen deutlich reduziert wird.
Mit der Leiteinrichtung werden durch Kavitation hervorgerufene Energieverluste weitgehend vermieden, indem die Leiteinrichtung den vom vorderen Propeller erzeugten Nachdrall richtet und dabei verlorengegangene Energie zurückgewinnt.
Eine Leiteinrichtung ist zwar aus der DE 293 611 bekannt, 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 Ausgestaltung 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 Tragflächenprofile, wobei es sich strömungstechnisch als sehr günstig erweist, wenn die Krümmung in einer Vordrall- und einer Nachdrallkrümmung besteht. Damit kann der Nachdrall des Vorderpropellers wirkungsvoll gerichtet werden und durch die bei der Leitschaufelumströmung erzeugte Vortriebskraft die beim Nachdrall der Vorderpropeller verlorene Energie wieder zurückgewonnen werden.
Um die Wirkung der Leitschaufeln möglichst auszuschöpfen, 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.1
das untere Ende eines Antriebes in Längsschnitt,
Fig.2
einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig.1,
Fig.3
einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig.1,
Fig.4
einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig.1 und
Fig.5
ein weiteres Beispiel der Leiteinrichtung.
Fig. 1 zeigt einen als Ruder-Doppelpropeller ausgebildeten Schiffsantrieb mit einer im Schiffsrumpf angeordneten Antriebsmaschine mit vertikaler Antriebswelle 1 und Antriebspropellern 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 Eingangskegelrad 3 eines Winkeltriebes 3,4 drehfest zugeordnet, das in Wirkverbindung mit dem Ausgangskegelrad 4 des Winkelgetriebes 3,4 steht. Das Ausgangskegelrad 4 trägt drehfest eine in beide Richtungen sich erstreckende horizontale Ausgangswelle 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 Flügelgeometrien möglich sei können. Sie haben durch die gemeinsame Zuordnung zur Ausgangswelle 5 gleiche Drehrichtung und gleiche Drehzahl und werden zum Beispiel gemäß dem Pfeil A in gleicher Richtung angeströmt.
Das Winkelgetriebe 3,4 ist von einem Gehäuse 9 umgeben, in dem Mittels zweier Lager 10,11 die Ausgangswelle 5 drehbar gelagert ist. Dieses Gehäuse 9 wird von einem die vertikale Antriebsachse 1 konzentrisch umgebenden und für die Ruderfunktion um seine Längsachse schwenkbaren Gehäuserohr 9a getragen.
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 nachgeschaltete, 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 Leiteinrichtungsumströmung 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 Propeller 7 vorzugsweise eine vom ersten Propeller 6 sich unterscheidende bauliche Ausgestaltung haben.
Die Leiteinrichtung 8 besteht gemäß Fig. 1 aus zwei Leitschaufeln 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 Unterseite 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 Baueinheit.
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 β zum Richten des Nachdralls des ersten Propellers 6 aufweisen.
Die Längserstreckung L der Leitschaufeln 8a, 8b entspricht, 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 vorgesehen. Die Leiteinrichtung kann selbstverständlich auch aus mehr als drei Leitschaufeln bestehen.

Claims (6)

  1. Schiffsantrieb mit einer Antriebsmaschine und einem Ruder-Doppelpropeller, der über Antriebswellen, Winkelgetriebe und Getriebeausgangswellen von der Antriebsmaschine angetrieben wird, wobei die Propeller drehfest mit den Ausgangswellen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Winkelgetriebestufe (3,4) vorgesehen ist, die eingangsseitig mit einer Antriebswelle (1) und ausgangsseitig mit einer Ausgangswelle (5) in Verbindung steht, wobei die Ausgangswelle (5) beidseitig 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 Einheit bildet.
  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 rotationssymmetrischer Anordnung um die gemeinsame Drehachse beider Propeller (6,7) aufweist und daß die gekrümmten Tragflächenprofile der Leitschaufeln sowohl eine Vordrall- als auch eine Nachdrallkrümmung (α bzw. β) haben.
  4. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die vertikale Antriebswelle (1) umgebendes Gehäuserohr (9a) als Leitschaufel (8a) ausgebildet ist.
  5. Antrieb nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, 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
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EP0790921A1 EP0790921A1 (de) 1997-08-27
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