EP0829422A2 - Cycloidal propeller - Google Patents

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EP0829422A2
EP0829422A2 EP97114713A EP97114713A EP0829422A2 EP 0829422 A2 EP0829422 A2 EP 0829422A2 EP 97114713 A EP97114713 A EP 97114713A EP 97114713 A EP97114713 A EP 97114713A EP 0829422 A2 EP0829422 A2 EP 0829422A2
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Definitions

  • the invention relates to a cycloidal propeller. Reference is made to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to provide a cycloidal propeller in which large swivel angles are possible to achieve the feathering position, so that a normal wing profile can be used, which has a thicker, rounded head part and a slimmer, tapering tail end.

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Abstract

The rotor rotary axis and the vane pivot axes run parallel to one another and vertically. The adjustment of the vanes (1) is achieved by a central control wire bar, via a rod which forms the propeller kinematics. Additional devices (5) are provided, which with the rotor blocked effect an adjustment of the vanes in the sailing position, with which the vanes extend parallel to one another and which bring the vanes out of the sailing position into any required steering position. The additional devices engage the vanes via a gear (3,4) and may comprise hydraulic stroke cylinders, installed at a suitable position of the propeller kinematics. In the event of thrust crank kinematics, the cylinder completely or partly replaces the coupling rod (19) of the propeller kinematics.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zykloidalpropeller. Auf den Oberbegriff von Anspruch 1 wird verwiesen.The invention relates to a cycloidal propeller. Reference is made to the preamble of claim 1.

Zykloidalpropeller dienen meist als Hauptantrieb für ein Schiff. Sie können aber auch nur als Hilfsantrieb eingesetzt werden, nämlich dann, wenn eine besonders hohe Manövrierfähigkeit gefordert wird. Ein Zykloidalpropeller entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist beschrieben im Voith-Sonderdruck 9.94 2000. Die Flügelkinematik dient dabei dazu, die Flügel auf dem Flügelkreis des Rotors in die erforderlichen Stellungen zu bewegen, um einerseits Forttrieb andererseits aber auch Steuerkräfte zu erzeugen. Die Verstellungskinematik erfolgt dabei über einen zentralen Steuerknüppel, der durch zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Servomotoren betätigt wird. Der Antrieb des Rotors erfolgt im allgemeinen über ein Zahnradgetriebe mit Tellerkegelrad und Kegelritzel, häufig von einem Dieselmotor her.Cycloidal propellers mostly serve as the main propulsion system for a ship. However, they can also only be used as an auxiliary drive, namely when particularly high maneuverability is required. A cycloidal propeller according to the preamble of claim 1 is described in Voith special 9.94 2000. The wing kinematics serve to move the blades on the wing circle of the rotor into the required positions in order to generate propulsion on the one hand but also control forces on the other. The adjustment kinematics is carried out via a central control stick, which is actuated by two servomotors arranged at right angles to each other. The rotor is generally driven by a gear transmission with a bevel gear and bevel pinion, often from a diesel engine.

DE-B 19 41 652 beschreibt einen Zykloidalpropeller, der nur als Zusatzantrieb bei einem Schiff dient, und der bei Marschfahrt des Schiffes ausschließlich als Ruder betrieben wird. Dabei wird durch geeignete Zusatzeinrichtungen eine Verstellung der einzelnen Flügel so weit vorgenommen, daß sie in der sogenannten auffriebslosen, d.h. vortriebslosen Segelstellung zueinander parallel stehen und in dieser Stellung durch Verdrehen des Rotorkörpers gemäß der erforderlichen Rotorstellung in die erforderliche Winkelstellung verstellt werden können.DE-B 19 41 652 describes a cycloidal propeller which only serves as an additional drive for a ship and which is operated exclusively as a rudder when the ship is cruising. Appropriate additional devices are used to adjust the individual sashes to such an extent that in the so-called non-fraying, i.e. Standstill sail position parallel to each other and can be adjusted in this position by rotating the rotor body according to the required rotor position in the required angular position.

DE 36 06 549 betrifft eine Untervariante eines Zykloidalpropellers. Dieser Propeller weist einen mehrteiligen Flügel auf. Dabei sind besondere Maßnahmen notwendig, um die Verstellung der einzelnen Flügelteile sicher und zuverlässig durchzuführen. Hierzu ist ein Zahnradgetriebe vorgesehen, weil mit der Zahl der Zahnräder die entsprechende Schwenkrichtung der Flügelteile einfach zu bewirken ist.DE 36 06 549 relates to a sub-variant of a cycloidal propeller. This propeller has a multi-part wing. Special measures are necessary to carry out the adjustment of the individual wing parts safely and reliably. A gear transmission is provided for this purpose, because with the number of gears, the corresponding swivel direction of the wing parts is easy to effect.

DE 196 02 043 C1 ist eine ältere, nicht vorveröffentlichte Druckschrift.DE 196 02 043 C1 is an older, unpublished publication.

Die Konstruktion des Zykloidalpropellers insbesondere hinsichtlich der Ausbildung der Propellerkinematik und der Anlenkung am Flügelschaft bedingt jedoch, daß nur relativ kurze Verstellwege der Flügel erreicht werden können. Deshalb ist es nicht möglich, die abgerundete Kopfseite der Flügel in Fahrtrichtung nach vorne zu stellen. Daher werden Flügelprofile benutzt, die von der üblichen Form abweichen und im wesentlichen eine ovale Form haben. Dies ist jedoch bei bestimten Fahrzuständen ungünstig, z.B. dann, wenn das Schiff in engen Fahrrinnen fährt, z.B. in Häfen oder in den Schären. Bei solchen Fahrzuständen ist es nämlich vorteilhaft, das Schiff mit dem Zykloidalpropeller anzutreiben, und nicht mit dem Hauptantrieb, der für eine wesentlich höhere Geschwindigkeit ausgelegt ist. Dabei wird die hohe Manövrierfähigkeit des Zykloidalpropellers ausgenutzt.However, the construction of the cycloidal propeller, particularly with regard to the design of the propeller kinematics and the articulation on the wing shaft, means that only relatively short adjustment paths of the wings can be achieved. Therefore it is not possible to put the rounded head side of the wing in To set the direction of travel forward. Therefore, wing profiles are used that deviate from the usual shape and have an essentially oval shape. However, this is unfavorable in certain driving conditions, for example when the ship is sailing in narrow channels, for example in ports or in the archipelago. In such driving conditions, it is namely advantageous to drive the ship with the cycloidal propeller and not with the main drive, which is designed for a much higher speed. The high maneuverability of the cycloidal propeller is used.

Die Aufgabe der Erfindung ist, einen Zykloidalpropeller anzugeben, bei dem zum Erreichen der Segelstellung große Schwenkwinkel möglich sind, so daß ein normales Flügelprofil verwendbar ist, welches einen dickeren, abgerundeten Kopfteil und ein schlankeres spitz zulaufendes Schwanzende aufweist.The object of the invention is to provide a cycloidal propeller in which large swivel angles are possible to achieve the feathering position, so that a normal wing profile can be used, which has a thicker, rounded head part and a slimmer, tapering tail end.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme werden durch relativ kleine Stellbewegungen des hydraulischen Hubzylinders große Schwenkwinkel der Flügel durch die Übersetzung des Getriebes möglich.This object is achieved by the features of the characterizing part of patent claim 1. The measure according to the invention enables relatively small actuating movements of the hydraulic lifting cylinder to make large swivel angles of the wings through the translation of the transmission.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren der Zeichnungen erläutert; dabei stellt

Fig. 1
prinzipiell eine Draufsicht auf den Rotor des Zykloidalpropellers mit der Propellerkinematik in Normalstellung, d.h. für Marschbetrieb,
Fig. 2
die entsprechende Darstellung mit den Flügeln in Segelstellung,
Fig. 3
die Steuerung bei Ruderbetrieb (für Propeller mit Servo-Getriebekinematik) dar.
The invention is explained below with reference to the figures of the drawings; poses
Fig. 1
basically a top view of the rotor of the cycloidal propeller with the propeller kinematics in normal position, ie for marching operations,
Fig. 2
the corresponding representation with the wings in feathering,
Fig. 3
the control in rudder mode (for propellers with servo gear kinematics).

Die Flügel sind mit 1 bezeichnet, die sich auf dem Flügelkreis a während des Marschbetriebes, d.h. Vortrieb des Schiffes, bewegen. Die Propellerkinematik ist mit 2 angedeutet, wobei sich der Steuerknüppel in der Nullage befindet, in welcher die Sehnen der Profile im allgemeinen tangential zu dem Flügelkreis a verlaufen. In die Kinematik ist nun jeweils ein Hubzylinder 5 eingebaut, der hier praktisch die sogenannte Kuppelstange 19 überwiegend ersetzt. Die Kolbenstange des Hubzylinders ist an einem Zahnsegment 4 angelenkt, welches mit seinen Zähnen in das am Flügelschaft befestigte Zahnrad 3 eingreift. Durch die Übersetzung des Getriebes, die man entsprechend groß wählen kann, wird ein großer Schwenkwinkel der Flügel erreicht.The wings are designated 1, which are on the wing circle a during the marching operation, i.e. Propulsion of the ship, move. The propeller kinematics is indicated by 2, the control stick being in the zero position in which the chords of the profiles are generally tangential to the wing circle a. A lifting cylinder 5 is now installed in the kinematics, which practically replaces the so-called coupling rod 19. The piston rod of the lifting cylinder is articulated on a toothed segment 4, which engages with its teeth in the toothed wheel 3 fastened to the wing shaft. Due to the gear ratio, which can be chosen accordingly large, a large swivel angle of the wing is achieved.

Will man vom Marschbetrieb zum Ruderbetrieb des Zykloidalpropellers umschalten, wird dieser stillgesetzt und an einer bestimmten Stelle blockiert, vorzugsweise, wenn einer der Flügel wie hier dargestellt, sich auf dem Durchmesser des Rotors befindet, der senkrecht zur Schiffslängsachse verläuft. Man hat dann die geeignete Ausgangsbasis, um die einzelnen Flügel durch die Hydraulik entsprechend anzusteuern.If you want to switch from marching to rowing the cycloidal propeller, it is stopped and blocked at a certain point, preferably if one of the blades, as shown here, is on the diameter of the rotor that is perpendicular to the longitudinal axis of the ship. You then have the appropriate starting point to control the individual wings by the hydraulics accordingly.

Aus Fig. 3 erkennt man in schematischer Darstellung einen Zykloidalpropeller mit Steuerschema. Die wichtigsten Bauteile sind die folgenden:

  • Flügel 1
  • Getriebe-Hubkurbelkinematik 2
  • Zahnrad 3 (als Teile der Getriebe-Schubkurbelkinematik)
  • Zahnsegment 4
  • Hydraulikzylinder 5
  • Eingang vom Schiffskompaß 100
  • SPS-Steuerung 101
  • Ruderrad 102
  • Steuersignalgeber (Potentiometer) 103
  • Ölversorgung für Hydraulikzylinder 107
  • Grenzschalter für Blockierung des Rotors 105
  • Schaltnocken für Blockierung des Rotors 106
  • elektrische Verbindungsstelle am Stator 108
  • elektrische Verbindungsstelle am Rotor 109
  • hydraulische Verbindungsstelle am Stator 110
  • hydraulische Verbindungsstelle am Rotor 111
  • Steigungsrückmeldung 112
  • Drucköl für Hydraulikzylinder 113
A cycloidal propeller with control scheme can be seen in a schematic representation from FIG. 3. The main components are the following:
  • Wing 1
  • Gearbox crank mechanism 2
  • Gear 3 (as parts of the geared thrust kinematics)
  • Tooth segment 4
  • Hydraulic cylinder 5
  • Entrance from ship compass 100
  • PLC control 101
  • Rudder wheel 102
  • Control signal transmitter (potentiometer) 103
  • Oil supply for hydraulic cylinder 107
  • Limit switch for blocking rotor 105
  • Switching cams for blocking the rotor 106
  • electrical connection point on stator 108
  • electrical connection point on rotor 109
  • hydraulic connection point on stator 110
  • hydraulic connection on rotor 111
  • Slope feedback 112
  • Hydraulic cylinder pressure oil 113

Die Verbindungen des Steuerschemas sind nur für einen einzigen Flügel dargestellt; sie sind jedoch für alle fünf Flügel identisch.The connections of the control scheme are only shown for a single wing; however, they are identical for all five wings.

Im Normalbetrieb des Propellers sind die Hydraulikzylinder 5 in der Nullage blockiert und übertragen so die von der Kinematik erzeugten Bewegungen auf die Flügel. Eine im Rotor integrierte Ölversorgung gleicht Leckverluste der Hydraulikzylinder aus und sorgt dafür, daß ihre Nullage stets erhalten bleibt. Die Energieversorgung erfolgt entweder über einen Akku, der im Stillstand des Rotors immer aufgeladen wird, oder über eine im Rotor installierte und mechanisch angetriebene Ölpumpe.In normal operation of the propeller, the hydraulic cylinders 5 are blocked in the zero position and thus transmit the movements generated by the kinematics to the wings. An oil supply integrated in the rotor compensates for leakage losses in the hydraulic cylinders and ensures that their zero position is always maintained. Power is supplied either by a battery, which is always charged when the rotor is at a standstill, or by a mechanically driven oil pump installed in the rotor.

Im Ruderbetrieb befindet sich der Rotor im Stillstand. Es werden jetzt die Schnellschlußkupplungen geschlossen und damit eine Verbindung der Hydraulikzylinder 5 zu ihren jeweiligen Ölversorgungen hergestellt. Im einfachsten Falle erfolgt das Schließen der Schnellschlußkupplungen von Hand; der Vorgang läßt sich aber leicht automatisieren (zum Beispiel über eine hydraulisch oder pneumatisch betätigte Vorrichtung). Dasselbe gilt für die elektrische Verbindung zu dem im Hydraulikzylinder vorhandenen Weggeber. Auch hier ist die elektrische Verbindung erst erforderlich, wenn sich der Rotor im Stillstand befindet.The rotor is at a standstill in rowing mode. The quick-release couplings are now closed and thus a connection of the hydraulic cylinders 5 to their respective oil supplies is established. In the simplest case, the quick-release couplings are closed by hand; however, the process can be easily automated (for example via a hydraulically or pneumatically operated device). The same applies to the electrical connection to the displacement sensor in the hydraulic cylinder. Here, too, the electrical connection is only required when the rotor is at a standstill.

Beschreibung der Blockierung des Radkörpers:Description of locking the wheel body:

Das Stoppen und Blockieren des Rotors kann man sich wie folgt vorstellen: Am Rotor befindet sich ein Schaltnocken, der einen Grenzschalter am Stator aktivieren muß. Beim Abschalten des Propellers bleibt der Rotor an einer beliebigen Stelle stehen, wird dann aber solange weitergedreht, bis der Schaltnocken den Grenzschalter betätigt. Danach wird der Propeller gegen Verdrehen an der Propellereingangswelle zum Beispiel mittels einer Scheibenbremse oder einer einfachen mechanischen Blockierung festgesetzt. Der Steuerknüppel wird über eine elektrisch angetriebene Ölpumpe in der Nullage gehalten.The stopping and blocking of the rotor can be imagined as follows: There is a switch cam on the rotor, which must activate a limit switch on the stator. When the propeller is switched off, the rotor stops at any point, but is then rotated further until the switch cam actuates the limit switch. The propeller is then fixed against rotation on the propeller input shaft, for example by means of a disc brake or a simple mechanical lock. The control stick is held in the zero position by an electrically driven oil pump.

Beschreibung der Steuerung:Description of the control:

Die Steuerung des Propellers im Normalbetrieb erfolgt über eine Standard-Steuervorrichtung.
Die Steuerung im Ruderbetrieb, bei stillstehendem Rotor, erfolgt über ein Handrad, das mittels Drehpotentiometer Steuerimpulse in eine SPS-Steuerung gibt. Die Ausgangssignale steuern Magnetventile, die wiederum die Steuerung der Hydraulikzylinder und damit die geforderte Verstellung der Flügel bewirken. Durch ein Signal vom Schiffskompaß kann der Steuervorgang auch automatisiert werden.The propeller is controlled in normal operation via a standard control device.
The control in rudder mode, with the rotor at a standstill, takes place via a handwheel, which gives control impulses to a PLC control by means of a rotary potentiometer. The output signals control solenoid valves, which in turn control the hydraulic cylinders and thus the required adjustment of the wings. The control process can also be automated by a signal from the ship's compass.

Mit der vorgeschlagenen Erfindung wird eine echte Segelstellung erreicht, und es lassen sich noch zusätzliche Ruderwinkel einstellen. Das heißt, der Propeller ist ein echter Ersatz eines zusätzlichen Ruders, da alle Flügel um einen gemeinsamen Winkel geschwenkt werden und daher einen Auftrieb (Schub) in einer gewünschten Richtung erzeugen.With the proposed invention, a true feathering is achieved, and additional rudder angles can also be set. This means that the propeller is a real replacement for an additional rudder, since all wings are swiveled through a common angle and therefore generate lift (thrust) in a desired direction.

Man kann die gesamte Einrichtung so ausbilden, daß in den Endlagen des Hydraulikkolbens der Hubzylinder maximale Flügelausschläge gegeben sind.You can train the entire device so that there are maximum wing deflections in the end positions of the hydraulic piston of the lifting cylinder.

Claims (4)

Zykloidalpropeller mit einem Stator und einem in diesem drehbar gelagerten Rotor, an welchem Flügel (1) schwenkbar gelagert sind; 1.1 die Rotordrehachse und die Flügelschwenkachsen verlaufen parallel zueinander und im wesentlichen senkrecht; 1.2 die Verstellung der Flügel (1) erfolgt mittels eines zentralen Steuerknüppels (8) über ein Gestänge (20,51,52), das die Propellerkinematik (2) bildet; 1.3 es sind Zusatzeinrichtungen (5) vorgesehen, die bei blockiertem Rotor eine Verstellung der Flügel (1) in die Segelstellung bewirken, bei der sich die Flügel parallel zueinander erstrecken, und die die Flügel aus der Segelstellung heraus in jede gewünschte Ruderlage bringen; gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: 1.4 die Zusatzeinrichtungen (5) greifen über ein Getriebe (3,4) an den Flügeln (1) an. Cycloidal propeller with a stator and a rotor rotatably mounted therein, on which vanes (1) are pivotably mounted; 1.1 the rotor axis of rotation and the wing pivot axes run parallel to one another and essentially perpendicular; 1.2 the wings (1) are adjusted by means of a central control stick (8) via a linkage (20, 51, 52) which forms the propeller kinematics (2); 1.3 additional devices (5) are provided which, when the rotor is blocked, cause the wings (1) to be adjusted to the feathered position, in which the wings extend parallel to one another, and which bring the wings out of the feathered position into any desired rudder position; characterized by the following characteristic: 1.4 the additional devices (5) engage via a gear (3, 4) on the wings (1). Zykloidalpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzeinrichtungen im wesentlichen einen hydraulischen Hubzylinder (5) aufweisen, der an geeigneter Position der Propellerkinematik eingebaut ist.Cycloidal propeller according to Claim 1, characterized in that the additional devices essentially have a hydraulic lifting cylinder (5) which is installed at a suitable position in the propeller kinematics. Zykloidalpropeller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall einer sogenannten Schubkurbelkinematik der Hubzylinder (5) die Kuppelstange (19) der Propellerkinematik ganz oder teilweise ersetzt, wobei seine Wirkungsweise mit der Mittelachse (Längsachse) der Kuppelstange (19) fluchtet.Cycloidal propeller according to claim 1 or 2, characterized in that in the case of a so-called thrust crank kinematics, the lifting cylinder (5) replaces the coupling rod (19) of the propeller kinematics completely or partially, its mode of operation being aligned with the central axis (longitudinal axis) of the coupling rod (19). Zykloidalpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Getriebeteil ein Zahnrad (3) ist, dessen zentrale Bohrung koaxial den Flügelschaft des Propellers (1) umschließt, und der zugehörige, treibende Getriebeteil ein Zahnradsegment (4) ist, an welchem der Hubzylinder (5) mit seiner Kolbenstange oder der verbleibende Teil der Kuppelstange (19) angelenkt ist.Cycloidal propeller according to one of Claims 1 to 3, characterized in that a gear part is a gear wheel (3), the central bore of which is coaxial with the wing shaft of the propeller (1) encloses, and the associated driving gear part is a gear segment (4) on which the lifting cylinder (5) with its piston rod or the remaining part of the coupling rod (19) is articulated.
EP97114713A 1996-09-17 1997-08-26 Cycloidal propeller Withdrawn EP0829422A3 (en)

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