SE532755C2 - Vattenfarkost och framdrivningsanordning för vattenfarkost - Google Patents

Description

25 30 til Lä? fi* "ni ifl »Il 2 - En båt som framdrivs av två vertikalt rörliga, böjliga fenor som manövreras via en gungbrädeliknande anordning genom hål i båtens skrov beskrivs i patentansökan JP 54 045 845.

- En anordning som drivs av en fena som svänger antingen vertikalt eller horisontellt, vilken drivs av ett gummiband eller en motor, beskrivs i patentet JP 52103196. Fenan svänger med samma frekvens som motorns eller gummibandets utgående axel.

Konstruktionen, som har öppna, olagrade länksystem, verkar vara avsedd för leksaker.

- En utombordsmotor som manövrerar en stabiliseringsvinge, vilken tar en vågframdrivningsrörelse, visas i det japanska patentet JP 11376278.

Den övervägande merparten av de kända fenframdrivningsanordning- arna innefattar horisontellt rörliga fenor och försöker härma fiskar. Dessa anordningar är inte särskilt effektiva och skapar mycket kraftiga vibrationer i vattenfarkosten, eftersom det inte finns någon stark motverkande kraft som låser vattenfarkostens läge i sidled. Varje fenrörelse ger upphov till en motsvarande reaktionsrörelse hos det framdrivna föremålet, vilket inte bara begränsar verkningsgraden utan också sätter kraftiga begränsningar for hur stor en framdrivningsfena kan vara.

Minimering av vibrationer och reaktionsrörelser är emellertid inte tillräckligt för att nå hög verkningsgrad; det är dessutom nödvändigt att fenan ges en sådan form att turbulens minimeras, att fenan ges en lämplig elasticitetsprofil i dess olika partier så att den får en lämplig form när den belastas, att fenans yta ges lämpliga egenskaper, och att fenan rör sig längs en lämplig bana i ett lämpligt rörelsemönster. Inget av de ovan angivna dokumenten anger vilka egenskaper hos en fenframdrivningsanordning som är av vikt för att ge hög verkningsgrad; och län mindre mån beskriver de någon effektiv utformning.

Men den största anledningen till att fenframdrivning ännu inte har nått någon kommersiell framgång är att alla tidigare beskrivna lösningar inbegriper en komplett motor- och kraftöverföringslösning, eller kräver andra väsentliga förändringar av en befintlig vattenfarkost som drivs med konventionella rote- 10 15 20 25 30 n: ru “u ut ut 3 rande propellrar. Detta innebär att det är komplicerat och dyrt för en båtägare att utrusta sin båt med fenframdrivning, eftersom det skulle vara nödvändigt att köpa ett stort och komplicerat system som kräver väsentliga förändringar av båten, eller till och med att köpa en helt ny båt som är utformad särskilt för fenframdrivning.

Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning avser en framdrivningsanordning som har hög verkningsgrad och är enkel i sin uppbyggnad. Vidare kan den anslutas till motorer som finns på marknaden nu, eller som redan är i bruk; i en utföringsform genom att man helt enkelt byter ut propellerenheten mot en enhet som innefattar en fensvängningsväxel och en fena. Ekonomisk, miljövänlig och säker framdrivning blir således tillgänglig till och med för äldre utombordsmotorer.

Ett antal särdrag utgör uppfinningens kärna: A. Framdrivningsanordningen är anordnad att anslutas till en flytande vattenfarkost, och fenan är anordnad att vara belägen under vattenfarkostens vattenlinje, och vertikalt svängbar kring en horisontell geometrisk axel. På grund av den vertikala driften kommer de på vattenfarkosten verkande, motriktade flyt- och tyngdkrafterna att hålla vattenfarkosten i ett vertikalt mer eller mindre låst läge, vilket minimerar dragkraftförluster på grund av vibrationer i och reaktionsrörelser hos vattenfarkosten. Den vertikala läsningen riktar fenans dragkraft i framåtriktningen på ett sätt som liknar hur en båts centerboard eller köl ger den laterala låsning som krävs för segling mot vinden.

B. För att fenan skall svänga, anordnas rotationsenergin från en utgående drivaxel, d.v.s. en axel för överföring av kraft från antingen en motor eller en växellåda, att omvandlas till en svängningsrörelse hos fenan, och den utgående drivaxelns höga rotationshastighet är anordnad att växlas ner med en reduktionsväxel för att ge lämplig svängningsfrekvens. Enligt en utföringsform är den utgående drivaxeln en vattenfarkosts propelleraxel, d.v.s. det konventionella stället för anslutning av en roterande propeller till en vattenfarkost eller en utombordsmotors eller ett inu-drevs nedre enhet. 10 15 20 25 30 Lif! E+ " Pi-J “al *Fl lf! 4 C. Fenan är anordnad att vara böjlig för att den skall anta korrekt form för att kupas och driva vattenströmmen i en välriktad, bakåtriktad stråle.

Fenan kan vidare innefatta förstärkningar av stål eller något annat lämpligt material, vilka bidrar till att ge fenan rätt form när den belastas. En bölig fena kan tillverkas av, som ej begränsande exempel, fjäderstål eller ett gummiartat material, såsom latex, silikongummi eller polyuretan, eller så kan den bestå av flera styva delar som är sammanfogade med böjliga leder.

Några ytterligare villkor bör uppfyllas för att optimala prestanda och/eller ytterligare praktiska egenskaper skall uppnås: D, Reduktionsväxelns utväxlingsförhållande bör typiskt vara mellan 8:1 och 32:1 för goda prestanda, med 1611 som optimum.

E. Fensvängningsväxeln kan vara anordnad att innefatta organ för framdrivnlng av vattenfarkosten i backriktnlngen för att ge största möjliga manövrerbarhet och för att medge motordriven hastighetsminskning. Detta organ kan realiseras med tex. en impeller.

F. Fenan kan, för att minska virvelströmmar och förlust av dragkraft p.g.a. turbulens, vara formad som en flasknosdelfinstjärt. Denna form ger dessutom fenan en frikostig överstegringsvinkel, eller effektiv anfallsvinkel, vilket är önskvärt i fenframdrivningssystem med varierbar fensvängnings- amplitud.

Föreliggande uppfinning gör det således möjligt att framdriva en flytande vattenfarkost på ett sätt som erbjuder hög verkningsgrad, som är i stort sett ofarligt för människor och djurliv i vattnet nära framdrivningsanord- ningen, och som är i stort sett okänsligt för fiskenät, rep, linor, plastfilm eller annat flytande skräp i vattnet; och framförallt möjliggör uppfinningen detta för konventionella vattenfarkoster som ursprungligen utformades förframdrivning medelst roterande propellrar.

Kortfattad ritningsbeskrivning Alla figurer tillhandhålles endast för att underlätta förståelse; de visar olika aspekter av uppfinningen, men skall ej uppfattas som begränsande för uppfinningen omfång såsom det är uttryckt i de bifogade kraven. 10 15 20 25 30 lm: i m P-.fl '-1..l 1,51 Lïl 5 Fig. 1A är en schematisk skiss av en vattenfarkost som har en inombordsmotor ansluten till en framdrivningsanordning för vattenfarkoster enligt uppfinningen; Fig. 1B är en schematisk skiss av en vattenfarkost som har en utombordsmotor ansluten till en framdrivningsanordning för vattenfarkoster enligt uppfinningen; Fig. 2 är en schematisk skiss av en framdrivningsanordning för vattenfarkoster enligt uppfinningen.

Fig. 3 är en mer utförlig vy, som schematiskt visar innandömet i en fensvängningsväxel hos en framdrivningsanordning för vattenfarkoster enligt uppfinningen; Fig. 4 är en genomskuren sidovy som motsvarar en detalj i fig. 2, vilken sidovy mer utförligt visar ett gränssnitt mellan en fensvängningsväxel och en fena.

Fig. 5 är en vy med bortbrutna delar som illustrerar en framdrivningsanordning enligt uppfinningen, ansluten till en utombordsmotor.

Sätt att utöva uppfinningen Fig. 1A visar en aspekt av uppfinningen, varvid en flytande vattenfarkost 10 framdrivs av en framdrivningsanordning 12 innefattande en enda fena 18, vilken framdrivningsanordning drivs av en inombordsmotor 14.

Fig. 1B visar en likartad fendriven vattenfarkost, men motorn 15 är en utom- bordsmotor som är fäst vid vattenfarkostens 10 akterspegel istället för att vara belägen inuti vattenfarkosten, och framdrivningsanordningen är ansluten till utombordsmotorns 15 nedre enhet 6.

Fig. 2 är en närbild som visar ett exempel på hur en framdrivnings- anordning enligt föreliggande uppfinning, såsom exemplifierad ifig. 1B, kan realiseras. Framdrivningsanordningen 12 i detta exempel innefattar en fen- svängningsväxel 16, och en fena 18. Framdrivningsanordningen kan idetta exempel anslutas till en utombordsmotor 15 på ett sådant sätt att fensväng- ningsväxelns hölje 8 förbinds icke-roterbart med utombordsmotorns 15 nedre enhets 6 hölje 4, och att utombordsmotorns 15 roterande propelleraxel 20 överför roterande rörelse till fensvängningsväxeln 16. En icke-roterbar anslut- 10 15 20 25 30 6 ning kan uppnås med exempelvis en bult 17, eller genom att strukturella element 19 i fensvängningsväxelns hölje 8 griper in i strukturella element 21 i den nedre enhetens 6 hölje 4. Syftet med fensvängningsväxeln 16 är att omvandla den roterande rörelse som levereras av propelleraxeln 20 till en svängande rörelse med lämplig svängningsfrekvens hos fenan 18. Leden mellan fensvängningsväxeln 16 och fenan 18 skyddas av en bälg 22, Fenan 18 kan innefatta förstärkningar 58.

Det är inte väsentligt för föreliggande uppfinning huruvida motorn 14 är en utombordsmotor, en inombordsmotor, eller en motor som driver ett inu- drev. Ej heller är det väsentligt för föreliggande uppfinning huruvida fram- drivningsanordningen är ansluten till den nedre enheten hos en utombords- motor eller ett inu-drev, eller om den är ansluten till skrovet hos en vatten- farkost som har en inombordsmotor. Vidare, är det inte heller väsentligt hur framdrivningsanordningen ansluts till den nedre enheten eller skrovet; den kan bultas, svetsas, nitas, limmas, eller fästas med någon annan typ av förband eller kombination av förband. Ej heller är det väsentligt för före- liggande uppfinning hur motorn är realiserad; den kan vara en förbränninge- motor, en elmotor, en ångmaskin, en kärnkraftdriven turbin, eller vilken som helst annan typ av motor. Alla dessa fall täcks av de bifogade kraven.

Figur 3 visar ett exempel på en utföringsform av fensvängningsväxeln 16. Den innefattar organ för framdrivning av en vattenfarkost i baokriktningen med hjälp av en impeller.

Propelleraxelns 20 roterande rörelse driver en snäckväxel 24, som i sin tur driver en axel 26 som har en geometrisk rotationsaxel som är väsentligen vinkelrät mot propelleraxelns 20 geometriska rotationsaxel. Förutom över- föringen av den roterande rörelsen till en axel som har en annan riktning på den geometriska rotationsaxeln, utför snäckväxeln 24 även nedväxling. Axeln 26 är ansluten till en första frihjulskoppling 28, vilken ingriper i ett kugghjul för drivning i framåtriktning 30 när propelleraxeln 20 når en första rotations- hastighet i en första rotationsriktning. Vidare är axeln 26 ansluten till en andra frihjulskoppling 32, vilken ingriper i en impeller 34 när propelleraxeln 20 når en andra rotationshastighet i en andra rotationsriktning som är omvänd mot den första rotationsriktningen. 10 15 20 25 30 rf: W FJ 7 Vatten kan komma in i impellern 34 genom ett inströmningsmunstycke, ej visat i figuren, och formas till en stråle genom ett utströmningsmunstycke, ej visat i figuren. Munstyckena är riktade så att strålen kan användas för att minska hastigheten i vattenfarkostens framåtriktning, eller för att driva vattenfarkosten i backriktningen.

Kugghjulet för drivning i framåtriktning 30 driver ett vevaxelkugghjul 36, vilket är anslutet till en vevaxel 38 som är roterbart lagrad i lager 40. Vevaxeln 38 innefattar en vevtapp 42, vid vilken en första ände av en vevstake 44 är ansluten och roterbart lagrad.

Det är inte väsentligt för föreliggande uppfinning vilket sätt som används för att byta riktning på den geometriska rotationsaxeln i fensväng- ningsväxeln 16. Andra organ än en snäckväxel kan också användas och täcks av de bifogade kraven, t.ex. vinkelräta koniska kugghjul. Ej heller är det väsentligt för föreliggande uppfinning hur nedväxlingen av den roterande rörelsen från propelleraxeln 20 är realiserad. Andra organ än en snäckväxel kan användas och täcks av de bifogade kraven, såsom steglöst varierbar remtransmission (CVT), planet- hypocykloid- och epicykliska växlar, kedjeväxlar etc.

Ej heller är det väsentligt för föreliggande uppfinning hur den roterande rörelsen hos axeln 26 överförs till roterande rörelse hos vevaxeln 38. Andra organ kan användas och täcks av de bifogade kraven, såsom rem, kedja, etc.

Det är av lika lite väsentlighet för föreliggande uppfinning hur den roterande rörelsen omvandlas till svängande rörelse. Andra organ än en vevaxel kan också användas och täcks av de bifogade kraven, tex. en kamaxel eller planetväxel.

Figur 4 visar i detalj hur gränssnittet mellan fensvängningsväxeln 16 och fenan 18 kan realiseras. Fenan 18 innefattar en fästplatta 46 med ett första svängtappsfäste 48 och ett andra svängtappsfäste 50. Det första svängtappsfästet 48 är svängbart förbundet med fensvängningsväxeln 16 i en svängtappshållare 51, som är fäst vid eller utgör en integrerad del av fensvängningsväxelns hölje 8. Det andra svängtappsfästet 50 är förbundet med och roterbart lagrat vid den andra änden av vevstaken 44. En rotation av vevaxeln 38 tvingar vevstaken 44 att röra sig fram och tillbaka, och därmed 10 15 20 1.31 att: H 8 tvingar vevstaken 44 fenan att svänga fram och tillbaka kring en geometrisk svängningsaxel 52. Det går att ändra fenans slaglängd genom ändring av avståndet mellan det första svängtappsfästet 48 och det andra svängtapps- fästet 50, eller genom ändring av avståndet mellan vevtappen 42 och vev- axelns 38 geometriska rotationsaxel, och således anpassa fenans sväng- ningsamplitud till en viss motor som levererar en viss effekt, Gränssnittet mellan fensvängningsväxeln 16 och fenan 18 skyddas av en bälg 22.

Figur 5 visar ytterligare en utföringsform av uppfinningen. Denna figur visar speciellt ett stödfäste 54 som har en ände ansluten till fensvängnings- växelns 16 hölje 8, och en annan ände ansluten till en utombordsmotors 15 kavitationsplatta 56. Ett liknande stödfäste kan användas för anslutning av fensvängningsväxelns hölje till kavitationsplattan hos ett inu-drev eller en hos en båt som har en inombordsmotor, eller till och med för anslutning till en båts skrov. Fästet kan även förses med organ för förlängning eller förkortning av detsamma, för att det skall passa till olika vattenfarkoster eller motorer.

En fackman kan utföra uppfinningen på många olika sätt; den utförliga beskrivningen ovan ges endast som exempel, och skall inte på något sätt tolkas som en begränsning av uppfinningen såsom den definieras av de bifogade kraven.

Claims (10)

10 15 20 25 til: fw ”al Éïl Ül PATENTKRAV

1. Framdrivningsanorclning (12) för framdrivning av en flytande vattenfarkost (10), varvid nämnda framdrivningsanordning (12) är anordnad att anslutas till en utombordsmotors (15), en inombordsmotors (14), eller ett inu-drevs propelleraxel (20), varvid nämnda framdrivningsanordning k ä n n e t e c k n a s av att den innefattar en böjlig fena (18) sorn är svängbar kring en horisontell geometrisk axel (52), och av att den innefattar en fensvängningsväxel (16) som innefattar ett organ för nedvåxling av en av propelleraxeln (20) förmedlad roterande rörelse, samt ett organ för omvandling av den av propelleraxeln (20) förmedlade roterande rörelsen till en svängande rörelse hos fenan (18).

2. Framdrivningsanordningen enligt krav 1, varvid organet för nedväxling innefattar en snäckväxel (24).

3. Framdrivningsanordningen enligt något av krav 1-2, varvid organet för omvandling av den av propelleraxeln (20) förmedlade roterande rörelsen till en svängande rörelse hos fenan (18) innefattar en vevaxel (38) och en vevstake (44).

4. F ramdrivningsanordningen enligt något av föregående krav, varvid fensvängningsväxeln (16) innefattar en impeller (34) för framdrivning av vattenfarkosten i en riktning som är väsentligen motsatt den framdrivningsriktning som svängning av fenan (18) ger upphov till.

5. Framdrivningsanordningen enligt något av föregående krav, varvid fensvängningsväxeln (16) innefattar en frihjulskoppling för inkoppling och urkoppling av fenan till/från propelleraxeln (120).

6. Framdrivningsanordningen enligt något av föregående krav, varvid fensvängningsväxeln omsluts av ett hölje (8).

7. Framdrivningsanordningen enligt något av föregående krav, varvid fensvängningsväxelns hölje (8), via minst ett stödfäste (64), är anslutet till en båts, ett inu-drevs eller en utombordsmotors (15) kavitationsplatta (56), eller till ett båtskrov.

8. Framdrivningsanordningen enligt något av föregående krav, varvid organet för nedväxling har ett utväxlingsförhållande på mellan 8:1 och 3211. in CM ru» ~ i arr ~:1 10

9. Framdrivningsanordningen enligt något av föregående krav, varvid fenan (18) är av polyuretan och innefattar förstärkningar (58) av stål.

10. En vattenfarkost innefattande en framdrivningsanordning enligt något av föregående krav.