WO2004067377A1 - Bootsantrieb und verfahren zum herstellen - Google Patents

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WO2004067377A1
WO2004067377A1 PCT/DE2003/004256 DE0304256W WO2004067377A1 WO 2004067377 A1 WO2004067377 A1 WO 2004067377A1 DE 0304256 W DE0304256 W DE 0304256W WO 2004067377 A1 WO2004067377 A1 WO 2004067377A1
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water
tube
rotor axis
rotor
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Lothar Bieschewski
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Lothar Bieschewski
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Definitions

  • the invention relates to a boat drive with a jet rotor essentially in the form of an outer hollow cylinder or outer tube to be rotatably driven about its rotor axis, on the inner surface of which axially conveying water vanes are fixed and extend in the radial direction up to an inner hollow cylinder coaxial with the rotor axis or central tube extend and are fixed to it. It also relates to a method for producing the rotor which is to be mounted coaxially and rotatably in a cylindrical hollow stator tube of the boat drive.
  • a water screw with an outer cylinder tube, a central tube and a screw fixed between the two tubes is known from US Pat. No. 1,387,416 (August 9, 1921).
  • the snail has only a low pumping capacity in water.
  • the boat drive according to the invention can, for example, like a conventional outboard motor, have a so-called Z gear with a central, mechanically loaded shaft.
  • a direct electric drive is also possible, the outer tube in principle being able to form the rotor of an electric motor.
  • the rotor can preferably be designed as a squirrel-cage rotor of an asynchronous motor; if necessary, a rotor laminated core with inserted copper bars can be provided around the outer tube.
  • the rotor for the boat drive of the type mentioned can be manufactured in substantial parts as cast aluminum. It can be difficult to keep the mass of the rotor and therefore the wall thicknesses of its individual areas, especially of the central tube and outer tube, low and / or to machine the inner surface of the outer tube.
  • the object of the invention is to improve the mechanical efficiency of the known jet pipes without impairing their mechanical stability. Another object is to simplify the manufacture of the associated rotor.
  • the solution according to the invention preferably consists in that the width of the water blades, measured in the direction of the rotor axis, is approximately the same everywhere, as seen in the radial direction, and that the connecting line of the respective water blade on Central tube by about 10 to 20 ° and the connecting line of the same water scoop on the inner surface of the outer tube by another 30 to 60 ° skewed to the rotor axis.
  • the width of the water scoops according to the invention should be approximately the same everywhere, that is to say from the inner wall of the outer tube to the outer wall of the central or inner tube.
  • Such a water scoop if you place its surface in a plane, has approximately the shape of a rectangle.
  • the rectangular length should preferably be approximately equal to the radial distance between the central tube and the outer tube. This should apply in particular to a radial center line that is thought to be approximately in the middle of the width of the blade measured axially (in the direction parallel to the axis).
  • the two connecting lines (on the central tube and the outer tube) of each blade - by twisting the blade itself - are rotated or twisted by about 10 to 50 ° relative to one another about the aforementioned radial center line as an axis.
  • the material thickness measured perpendicular to the surface of the water scoops then increases, beginning at the leading edge facing the incoming water, and then decreases again in the vicinity of the corresponding scoop blade edge after the area of the aforementioned center line, which is intended as the axis of rotation of the water scoop.
  • each water scoop has approximately the shape of a flat lens with an S cross section, that is to say with a turning point in cross section on both surfaces.
  • An alternative flat lens shape of the cross section without an inflection point on the surfaces is also preferred, but one surface can be convex and the other surface can be concave (with a larger radius of curvature than on the convex surface).
  • This advantage is attributed in particular to the fact that the water scoops have the approximate basic rectangular shape described, are twisted around a central center line and are fixed skewed on the central tube and on the outer tube with respect to the rotor axis.
  • the connecting line on the central tube can preferably be placed skewed by 15 ° and that on the inner surface of the outer tube by an order of 45 ° (in the same direction) with respect to the rotor axis.
  • the above-mentioned blade width is significantly smaller than the blade length, that is to say smaller than the distance between the central tube and the outer tube.
  • Such relatively narrow water scoops in their width defined above are held stably in the jet pipe according to the invention because they are fixed on their two narrower sides of the rectangle on the entire side edge (on the central pipe on the one hand and on the outer pipe on the other hand).
  • the central tube diameter should preferably decrease in the flow direction. Instead, the diameter can also increase in the direction of flow.
  • the increase or decrease in pipe diameter should be on the order of 2 to 30 °, but should be relatively small.
  • the wall thickness of the central tube should preferably be the same everywhere, so that the increase and decrease in the tube diameter on the outside and inside of the central tube becomes approximately the same.
  • the shape of the central tube influences the Venturi effect which develops on the operation of the jet rotor (cf. Lexicon of Physics, Franckh'sche Verlags Stuttgart, 1952, Volume II, page 1365).
  • the cross-section of the water scoops can be approximately symmetrical with respect to the center line defined above.
  • the shape of the individual water scoop may be on its leading edge facing the incoming flow as well as on the trailing edge facing away from the leading edge.
  • the front of the lens cross section can be made convex and the back concave.
  • the boat drive according to the invention can be driven directly, as a rotor of an electric motor, or, for example like an outboard motor, like a mechanical transmission via a material shaft.
  • the shaft is inserted into the central tube and connected to it by means of essentially radial spokes, for example three spokes.
  • the arrangement is to be made within the scope of the invention in such a way that between the shaft and the inner surface of the central tube there remains an open cylindrical ring with an annular water passage except for the spokes.
  • the outer tube - but not the central tube - is extended in the direction of thrust of the flow generated in the jet pipe.
  • additional axially promoting water blades fixed which extend in the direction of the rotor axis, but end freely at a distance from the axis.
  • the distance from the rotor axis should be approximately equal to the diameter of the central tube.
  • the invention preferably consists in that the outer tube on the one hand and the central tube including the water blades formed thereon are manufactured independently of one another and that the finished central tube is fixed with the water scoops on the prepared inner surface of the outer tube.
  • the rotor can be produced in a simple manner essentially by casting if the central tube including molded water blades is produced separately from the outer tube and the parts are only joined after machining.
  • the procedure according to the invention first of all ensures that the inner surface of the outer tube can be prepared by machining on the lathe.
  • the mold is considerably simplified compared to the one-piece casting case.
  • the central tube including the molded water blades should be produced in one piece, preferably three blades offset by 120 °. Since the wall thickness of the central tube - in order to reduce the water resistance - should be as small as possible, preferably smaller than can be achieved by casting, according to a further invention it is provided that the central tube is solidly cast and only drilled out later (after hardening). The small wall thicknesses that can be achieved in this way are out of the question for (hollow) casting, because then a clean casting of the water scoops, the shapes of which are to be supplied with liquid aluminum or the like through the shape of the central tube, could not be guaranteed. For the rest, a corresponding core is saved in the case of solid casting of the central tube.
  • a 3-blade motor with a central tube - rotor three offset from one another by 120 ° with the water blades - has proven particularly effective, in which the ratio of outer tube inner diameter D to central tube (outer) diameter d does not fall below the value D: d from about 10: 1 to 8: 1. In the case of rotors with a larger diameter, the aforementioned ratio can be significantly greater than 10: 1.
  • the central tube diameter d should be relatively small, but still so large that a volume-wise significant volume can form within the central tube.
  • FIG. 1 shows a side view of a boat drive according to the invention
  • FIG. 2 shows a view in the direction of arrow A from FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a side view of an outboard motor of the type according to the invention.
  • the motor according to the exemplary embodiment is acted upon mechanically via a so-called sterndrive.
  • This includes an approximately vertical drive shaft 1, which can be connected to a motor with a horizontal output shaft at the upper end, not shown.
  • the drive shaft 1 drives an (approximately horizontal) rotor shaft 3 with a rotor axis 4.
  • three spokes 5 are fixed on the rotor shaft 3, which have a central tube 6 in a coaxial position with respect to the rotor axis at a radial distance from the (material) rotor shaft 3.
  • Wear 4 Six water scoops 8 are fixed along the connecting line 9 on the outer surface 7 of the central tube 6.
  • the water blades 8 extend - essentially over their full width - to an outer tube 10, which is also positioned coaxially with the rotor axis 4.
  • On the inner surface 11 of the outer tube 10, the water blades 8 are fixed along a connecting
  • FIG. 1 and 2 also show between the central tube 6 and the outer tube 10 clamped water blades 8 additional water blades 25, which are fixed on the inner surface 26 of a tube extension 27 and extend in the direction of the rotor axis 4, but do not extend to the axis 4 but end at a distance from it.
  • the distance can be of the order of magnitude of the diameter of the central tube 7.
  • the tube extension 27 and the water blades 25 fixed to its inner surface 26, the free longitudinal ends of which extend in the direction of the axis are not connected to one another, form an alternative possible and advantageous addition to the propeller according to the invention with the one between the central tube and the outer tube - in contrast to the self-supporting water blades 25 - Water scoops 8 clamped on both sides.
  • a center line 13 which extends approximately radially (with respect to the rotor axis 4) is drawn in dashed lines in the water scoop 8.
  • the length of this center line 13 should be substantially equal to the radial distance a between The outer surface 7 of the central tube 6 and the inner surface 11 of the outer tube 10.
  • the width b of the individual water scoops 8, measured approximately parallel to the direction of the rotor axis 4, should be smaller than the length a of the scoop 8.
  • the single water scoop 8 is considered to be twisted in itself with the radial centerline 13 as the axis.
  • the connecting line 9 of a blade 8 on the central tube 7 is described as an additional order of magnitude 15 ° and the connecting line 12 of the same blade as an order of magnitude 45 ° skewed relative to the rotor axis 4.
  • the the Corresponding angles defining mean angle lines of the connecting line 9 and 12 are designated in FIG. 1 by 14 and 15.
  • FIG. 4 shows, for an exemplary embodiment according to the invention, a section through a water scoop 8 chosen along the line IV-IV of FIG. 1.
  • the water scoop according to FIG. 4 has a front edge 16 in the direction of the forward travel direction 17 and a corresponding rear edge 18. Between The leading edge 16 and trailing edge 18 can initially increase and then decrease the thickness s of the individual water scoops 8 measured perpendicular to the wing surface.
  • the cross section according to FIG. 4 can take the form of a flat, single (FIG. 5) or double (FIG. 4) curved lens.
  • the lens can increase and decrease in thickness in the same way on the upper side 20 and lower side 21 in FIG. 4, so that a figure shape is created as is known from hysteresis curves.
  • the cuts through the top 10 and bottom 21 are, as shown in FIG. 4, both partly convex and partly concave. 5, it is also within the scope of the invention to make the material distribution in the individual water wing 8 such that one side, for example the upper side 20, is convex everywhere and the other side, for example the lower side 21, is concave everywhere.
  • the individual water scoop 8 should be approximately pointed, as is known from the wings of supersonic aircraft.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

Es wird ein Bootsantrieb mit einem Strahlrotor im Wesentlichen in Form eines um seine Rotorachse (4) rotierbar anzutreibenden Aussenrohrs (10), an dessen Innenfläche (11) axialfördernde Wasserschaufeln (8) fixiert sind und sich in Richtung auf die Rotorachse (4) bis zu einem zu der Rotorachse koaxialen Zentralrohr (6) erstrecken Bowie daran fixiert sind . Um den Wirkungsgrad (4) eines solchen Antriebs zu verbessern, wird die in Richtung der Rotorachse (4) gemessene Breite der Wasserschaufeln überall annähernd gleich gemacht. Ausserdem sollen die Verbindungslinien der jeweiligen Wasserschaufel am Zen­tralrohr um etwa 15 bis 20° und die Verbindungslinien der jeweils selben Wasserschaufel (8) auf der Innenfläche (11) des Aussenrohrs (10) um weitere etwa 30 bis 60° windschief gegenüber der Rotorachse (4) stehen. Der Rotor last sick auf einfache Weise im Wesentlichen durch Giessen herstellen, wenn man das Zentralrohr (6) mit den Wasserflügeln (8) getrennt vom Aussenrohr (10) erzeugt und die Teile erst nach Bearbeitung zusammensetzt.

Description

„Bootsantrieb und Verfahren zum Herstellen"
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft einen Bootsantrieb mit einem Strahlrotor im Wesentlichen in Form eines um seine Rotorachse rotierbar anzutreibenden, äußeren Hohlzylinders bzw. Außenrohrs, an dessen Innenfläche im wesentlichen axial fördernde Wasserschaufeln fixiert sind und sich in radialer Richtung bis zu einem zu der Rotorachse koaxialen, inneren Hohizylinder bzw. Zentralrohr erstrecken sowie daran fixiert sind. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen des in einem zylindrisch hohlen Statorrohr des Bootsantriebs koaxial und rotierbar zu lagernden Rotors.
Eine Wasserschraube mit äußerem Zylinderrohr, Zentralrohr und zwischen den beiden Rohren fixierter Schnecke ist aus der US-Patentschrift 13 87 416 (09. August 1921) bekannt. Die Schnecke besitzt im Wasser eine nur geringe Förderleistung.
Ein anderer Bootsantrieb mit Strahlrohr wird beschrieben in EP 04 52 538 B1. Bei dem bekannten Strahlantrieb besitzt der Strahlrotor kein Zentralrohr, vielmehr enden die an der Innenfläche des Außenrohrs fixierten Wasserschaufeln ohne gegenseitige Verbindung mit Abstand von der Rotorachse. Die Fläche der einzelnen Wasserschaufeln verjüngt sich in Richtung auf die Rotorachse bis zu einer Spitze. Die Stärke der einzelnen Wasserschaufeln jedoch - gemessen senkrecht zur Schaufelfläche - ist im Bekannten im Wesentlichen überall gleich. Der Erfinder baute versuchsweise in dem bekannten Strahlrotor ein Zentralrohr ein, das an den Flügeispitzen der Wasserschaufeln fixiert war und die Schaufeln dadurch gegeneinander abstützte. Auch bei dieser Lösung war die Antriebsleistung unbefriedigend. In der US-PS 38 26 591 wird eine Wasserschraube beschrieben, deren Wasserschaufeln abgewinkelt geformt sind und von der Innenfläche eines Außenrohrs bis zur Schraubenwelle reichen. Hierbei fehlt jedoch der bei dem beispielsweise aus EP 04 52 538 B1 bekannten Strahlantrieb für die Antriebsleistung wesentliche zentrale Kanal, der durch die freien Spitzen der Wasserschaufeln definiert wird, ganz weg. Der Wirkungsgrad der Wasserschaufeln nimmt von der äußeren Zylinderwand in Richtung Rotorachse ab und geht in der Nähe der Achse gegen Null. Eine massive Rohrwelle ist aber wegen ihres Strömungswiderstandes bei einem Bootsantrieb betreffend den Wirkungsgrad der Wasserschaufeln nachteilig.
Der erfindungsgemäße Bootsantrieb kann, beispielsweise wie ein üblicher Außenbordmotor, ein sog. Z-Getriebe mit zentraler, mechanisch beaufschlagter Welle besitzen. Alternativ kommt auch ein unmittelbarer elektrischer Antrieb in Frage, wobei das Außenrohr im Prinzip den Rotor eines Elektromotors bilden kann. Ein solcher Antrieb wird beschrieben in DE 100 02 657 A1. Gegebenenfalls kann der Rotor bevorzugt als Kurzschlußläufer eines Asynchron-Motors ausgebildet werden, gegebenenfalls kann um das Außenrohr ein Läuferblechpaket mit eingesetzten Kupferstäben vorgesehen werden.
Der Rotor für den Bootsantrieb eingangs genannter Art kann in wesentlichen Teilen als Aluminiumguß hergestellt werden. Dabei kann es schwierig sein, die Masse des Rotors und daher die Wandstärken seiner einzelnen Bereiche, vor allem von Zentralrohr und Außenrohr, gering zu halten und/oder die Innenfläche des Außenrohrs zu bearbeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den mechanischen Wirkungsgrad der bekannten Strahlrohre zu verbessern, ohne deren mechanische Stabilität zu beeinträchtigen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Herstellung des zugehörigen Rotors zu vereinfachen.
Die erfindungsgemäße Lösung für den Bootsantrieb selbst wird im Anspruch 1 , diejenige für das Herstellungsverfahren wird in Anspruch 9 angegeben. Einige Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Für den eingangs angegebenen Bootsantrieb mit einem Strahlrohr mit zur Rotorachse koaxialem Außenrohr und Zentralrohr besteht die erfindungsgemäße Lösung vorzugsweise darin, daß die in Richtung der Rotorachse gemessene Breite der Wasserschaufeln - gesehen in radialer Richtung - überall annähernd gleich ist und daß die Verbindungslinie der jeweiligen Wasserschaufel am Zentralrohr um etwa 10 bis 20° und die Verbindungslinie der jeweils selben Wasserschaufel auf der Innenfläche des Außenrohrs um weitere etwa 30 bis 60° windschief gegenüber der Rotorachse stehen.
Die Breite der erfindungsgemäßen Wasserschaufeln soll überall, das heißt von der Innenwand des Außenrohrs bis zur Außenwand des Zentral- bzw. Innenrohrs annähernd gleich sein. Eine solche Wasserschaufel hat, wenn man ihre Fläche in eine Ebene legt, annähernd die Form eines Rechtecks. Dabei soll die Rechtecklänge vorzugsweise etwa gleich dem radialen Abstand von Zentralrohr und Außenrohr sein. Das soll insbesondere für eine etwa in der Mitte der axial (in Richtung parallel zur Achse) gemessenen Breite der Schaufel gedachte radiale Mittellinie gelten.
Gemäß weiterer Erfindung werden die beiden Verbindungslinien (an Zentralrohr und Außenrohr) jeder Schaufel - durch Verwindung der Schaufel in sich - um die vorgenannte radiale Mittellinie als Achse gegeneinander um etwa 10 bis 50° verdreht bzw. verwunden. Durch eine solche Verformung der einzelnen Schaufel kann erreicht werden, daß die Verbindungslinie der jeweiligen Wasserschaufel am Zentralrohr um etwa 10 bis 20° und diejenige derselben Wasserschaufel auf der Innenfläche des Außenrohrs um etwa 30 bis 60° windschief gegenüber der Rohrachse zu plazieren und zu fixieren sind.
Gemäß weiterer Erfindung kann es günstig sein, die Wasserschaufeln nicht nur in sich um die genannte radiale Mittellinie verwunden sondern auch in Richtung des bei Betrieb vorbeiströmenden Wassers (annähernd parallel zur Richtung der Rotorachse) mit etwa wie die Tragflächen eines Überschallflugzeugs zu- und wieder abnehmender, also variierender, Materialstärke auszustatten. Die senkrecht zur Fläche der Wasserschaufeln gemessene Materialstärke nimmt dann also beginnend an der dem anströmenden Wasser zugewandten Vorderkante zunächst zu und im Anschluß an den Bereich der vorgenannten als Verdrehachse der Wasserschaufel gedachten Mittellinie in der Nähe der entsprechenden Schaufel- Hinterkante wieder ab. Der entsprechende Querschnitt jeder Wasserschaufel hat ungefähr die Form einer flachen Linse mit S-Querschnitt, also mit einem Wendepunkt im Querschnitt auf beiden Flächen. Bevorzugt wird auch eine alternative flache Linsenform des Querschnitts ohne Wendepunkt auf den Flächen, wobei jedoch die eine Fläche konvex und die andere Fläche konkav (mit größerem Krümmungsradius als auf der konvexen Fläche) sein kann.
Durch die erfindungsgemäße Form der Wasserflügel - und gegebenenfalls deren in Strömungsrichtung variierender Materialstärke (Flügeldicke) - wird ein gegenüber dem einschlägigen Stand der Technik wesentlich verbesserter Wirkungsgrad erreicht. Dieser Vorteil wird insbesondere darauf zurückgeführt, daß die Wasserschaufeln die beschriebene annähernde Rechteck-Grundform besitzen, um eine zentrale Mittellinie verwunden sind sowie am Zentralrohr und am Außenrohr windschief in Bezug auf die Rotorachse fixiert sind. Die Verbindungslinie am Zentralrohr kann vorzugsweise größenordnungsmäßig um 15° und diejenige an der Innenfläche des Außenrohrs um größenordnungsmäßig 45° (in derselben Richtung) gegenüber der Rotorachse windschief gestellt sein.
Gemäß weiterer Erfindung kann es außerdem für diesen Erfolg günstig sein, wenn die oben genannte Schaufelbreite deutlich kleiner als die Schaufellänge, das heißt kleiner als der Abstand zwischen Zentralrohr und Außenrohr ist. An derartige in ihrer oben definierten Breite relativ schmale Wasserschaufeln werden stabil im erfindungsgemäßen Strahlrohr gehalten, weil sie an ihren beiden schmaleren Rechteckseiten jeweils auf der ganzen Seitenkante (am Zentralrohr einerseits und am Außenrohr andererseits) fixiert sind. Gemäß noch weiterer Erfindung kann es auch vorteilhaft sein, das Zentralrohr in Strömungsrichtung des Wassers bzw. in Richtung der Rotorachse konisch auszubilden. Vorzugsweise soll der Zentralrohrdurchmesser in der Strömungsrichtung abnehmen. Statt dessen kann der Durchmesser in Strömungsrichtung auch zunehmen. Die Zu- oder Abnahme des Rohrdurchmessers soll in der Größenordnung von 2 bis 30° liegen, aber relativ gering sein. Vorzugsweise soll die Wandstärke des Zentralrohrs überall gleich sein, so daß die Zu- und Abnahme des Rohrdurchmessers auf der Außen- und Innenseite des Zentralrohrs etwa gleich wird. Die Form des Zentralrohrs beeinflußt den an diesem bei Betrieb des Strahlrotors sich ausbildenden Venturi-Effekt (vergl. Lexikon der Physik, Franckh'sche Verlagshandlung Stuttgart, 1952, Band II, Seite 1365).
Der Querschnitt der Wasserschaufeln kann in Bezug auf die oben definierte Mittellinie annähernd symmetrisch sein. Gegebenenfalls ist die Form der einzelnen Wasserschaufel auf deren der ankommenden Strömung zugewandten Vorderkante ebenso wie auf der von der Vorderkante abgewandten Hinterkante. Im Rahmen der Erfindung kann es jedoch bevorzugt werden, die Linsenform auf Vorder- und Rückseite unterschiedlich zu gestalten. Im Extremfall kann die Vorderseite des Linsenquerschnitts konvex und die Rückseite konkav ausgebildet werden.
Wie eingangs gesagt, kann der erfindungsgemäße Bootsantrieb unmittelbar, gewissermaßen als Rotor eines Elektromotors, oder, zum Beispiel wie ein Außenbordmotor, wie ein mechanisches Getriebe über eine materielle Welle angetrieben werden. Gegebenenfalls wird die Welle in das Zentralrohr eingesetzt und mit diesem über im Wesentlichen radial verlaufenden Speichen, zum Beispiel drei Speichen, verbunden. Die Anordnung soll im Rahmen der Erfindung so getroffen werden, daß zwischen der Welle und der Innenfläche des Zentralrohrs ein bis auf die Speichen offener Zylinderring mit ringförmigem Wasserdurchlauf verbleibt.
Bei einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bootsantriebs wird das Außenrohr - nicht aber das Zentralrohr - in der Schubrichtung der im Strahlrohr erzeugten Strömung verlängert. An seiner Innenfläche werden zu- sätzliche axialfördernde Wasserschaufeln fixiert, die sich in Richtung der Rotorachse erstrecken, aber mit Abstand von der Achse frei enden. Der Abstand von der Rotorachse soll etwa gleich dem Durchmesser des Zentralrohrs ein. Bei Versuchen hat sich diese Kombination vermutlich deshalb bewährt, weil ein durch den in der Vorausfahrt-Richtung vorangehenden, zwischen Zentral- und Außenrohr befindlichen Propeller an der Innenwand des Außenrohrs aufgebauter Staudruck durch die nur an der Innenwand des Außenrohrs fixierten Schaufeln wieder abgebaut wird.
Für das oben angegebene Verfahren zum Herstellen des Rotors für den Bootsantrieb mit im Zylinderringraum zwischen dem Außenrohr und einem hohlen koaxialen Zentralrohr fixierten bzw. aufgespannten Wasserschaufeln besteht die Erfindung bevorzugt darin, daß das Außenrohr einerseits und das Zentralrohr einschließlich der daran angeformten Wasserschaufeln andererseits unabhängig voneinander hergestellt werden und daß das fertige Zentralrohr mit den Wasserschaufeln an der vorbereiteten Innenfläche des Außenrohrs fixiert wird. Hiernach läßt sich der Rotor auf einfache Weise im Wesentlichen durch Gießen herstellen, wenn man das Zentralrohr einschließlich angeformter Wasserschaufeln getrennt vom Außenrohr erzeugt und die Teile erst nach Bearbeitung zusammenfügt.
I
Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird zunächst erreicht, daß die Innenfläche des Außenrohrs durch Bearbeiten auf der Drehbank vorbereitet werden kann. Außerdem ist die Gußform gegenüber dem Fall beim einteiligen Gießen erheblich vereinfacht.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum zweiteiligen Herstellen, vorzugsweise Gießen aus Aluminium, soll allerdings das Zentralrohr einschließlich der angeformten Wasserschaufeln, bevorzugt werden drei um je 120° versetzte Schaufeln, einteilig entstehen. Da die Wandstärke des Zentralrohrs - zur Verminderung des Wasserwiderstands - möglichst klein, vorzugsweise kleiner als durch Gießen normaler Weise erreichbar, sein soll, wird gemäß weiterer Erfindung vorgesehen, das Zentralrohr massiv zu gießen und erst später (nach dem Erhärten) auszubohren. Die auf diese Weise erzielbaren geringen Wandstärken kämen beim (Hohl-)Gießen schon deshalb nicht in Frage, weil dann ein sauberer Guß der Wasserschaufeln, deren Formen durch die Form des Zentralrohrs hindurch mit flüssigem Aluminium oder dergleichen zu versorgen sind, nicht zu garantieren wäre. Im übrigen wird bei Massivguß der Zentralrohrs ein entsprechender Kern eingespart.
Bei Versuchen im Rahmen der Erfindung hat sich ein 3-Flügel-Motor mit Zentralrohr - Rotor drei gegeneinander je um 120° versetzen mit der Wasserschaufeln - besonders bewährt, bei dem das Verhältnis von Außenrohr-Innendurchmesser D zu Zentralrohr-(Außen-)Durchmesser d den Wert D : d von etwa 10 : 1 bis 8 : 1 nicht unterschreitet. Bei Rotoren mit größerem Durchmesser kann das vorgenannte Verhältnis deutlich größer als 10 : 1 sein. Der Zentralrohrdurchmesser d soll zwar relativ klein, aber doch so groß sein, daß sich innerhalb des Zentralrohrs eine volumenmäßig erhebliche Strömung ausbilden kann.
Anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bootsantriebs; und Fig. 2 eine Ansicht in Pfeilrichtung A von Fig. 1.
Fig. 3 eine flach gelegte Wasserschaufel; und
Fig. 4 und 5 verschiedene Flügelquerschnittsformen.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Außenbordmotors erfindungsgemäßer Art. Der Motor gemäß Ausführungsbeispiel wird mechanisch über einen sogenannten Z-Antrieb beaufschlagt. Hierzu gehört eine etwa vertikale Antriebswelle 1 , die am oberen, nicht gezeichneten Ende an einen Motor mit horizontaler Abtriebswelle angeschlossen sein kann. In einem Getriebe 2 treibt die Antriebswelle 1 eine (annähernd horizontale) Rotorwelle 3 mit Rotorachse 4 an. Nach Fig. 2 werden auf der Rotorwelle 3 drei Speichen 5 fixiert, die mit radialem Abstand von der (materiellen) Rotorwelle 3 ein Zentralrohr 6 in koaxialer Position gegenüber der Rotorach- se 4 tragen. Auf der Außenfläche 7 des Zentralrohrs 6 werden sechs Wasserschaufeln 8 längs je einer Verbindungslinie 9 fixiert. Die Wasserschaufeln 8 reichen - im Wesentlichen in voller Breite - bis zu einem Außenrohr 10, das ebenfalls koaxial zur Rotorachse 4 positioniert wird. Auf der Innenfläche 11 des Außenrohrs 10 werden die Wasserschaufeln 8 längs je einer Verbindungslinie 12 fixiert.
Fig. 1 und 2 zeigen außerdem zwischen dem Zentralrohr 6 und dem Außenrohr 10 eingespannten Wasserschaufeln 8 zusätzliche Wasserschaufeln 25, die auf der Innenfläche 26 einer Rohrverlängerung 27 fixiert sind und sich in Richtung auf die Rotorachse 4 erstrecken, aber nicht bis zur Achse 4 reichen sondern mit Abstand davon enden. Der Abstand kann etwa in der Größenordnung des Durchmessers des Zentralrohrs 7 sein. Die Rohrverlängerung 27 und die an dessen Innenfläche 26 fixierten Wasserschaufeln 25, deren sich in Richtung Achse erstreckenden freien Längsenden nicht miteinander verbunden sind, bilden eine alternativ mögliche und vorteilhafte Ergänzung des erfindungsgemäßen Propellers mit den zwischen Zentralrohr und Außenrohr - im Gegensatz zu den freitragenden Wasserschaufeln 25 - beiderseits eingespannten Wasserschaufeln 8.
Fig. 3 zeigt eine in eine Ebene „gepreßte" Wasserschaufel 8. In die Wasserschaufel 8 ist eine etwa radial (in Bezug auf die Rotorachse 4) verlaufende Mittellinie 13 gestrichelt eingezeichnet. Die Länge dieser Mittellinie 13 soll im Wesentlichen gleich dem radialen Abstand a zwischen Außenfläche 7 des Zentralrohrs 6 und Innenfläche 11 des Außenrohrs 10 sein. Die annähernd parallel zur Richtung der Rotorachse 4 gemessene Breite b der einzelnen Wasserschaufel 8 soll kleiner als die Länge a der Schaufel sein. Bei Versuchen haben sich Verhältnisse a:b 1 :2 =bis 4:5 als vorteilhaft erwiesen.
Wie oben angegeben, wird die einzelne Wasserschaufel 8 als in sich, mit der radialen Mittellinie 13 als Achse, verwunden betrachtet. Außerdem wird die Verbindungslinie 9 einer Schaufel 8 am Zentralrohr 7 als um zusätzlich größenordnungsmäßig 15° und die Verbindungslinie 12 derselben Schaufel als um größenordnungsmäßig 45° windschief gegenüber der Rotorachse 4 beschrieben. Die die entsprechenden Winkel definierenden mittleren Winkellinien der Verbindungslinie 9 und 12 werden in Fig. 1 mit 14 und 15 bezeichnet.
Fig. 4 zeigt für ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einen längs der Linie IV-IV von Fig. 1 gewählten Schnitt durch eine Wasserschaufel 8. Die Wasserschaufel nach Fig. 4 besitzt eine Vorderkante 16 in Richtung der Voraus- Fahrtrichtung 17 und eine entsprechende Hinterkante 18. Zwischen Vorderkante 16 und Hinterkante 18 kann die senkrecht zur Flügelfläche gemessene Stärke s der einzelnen Wasserschaufel 8 zunächst zu- und dann wieder abnehmen. Auf diese Weise kann der Querschnitt nach Fig. 4 die Form einer flachen, einfach (Fig. 5) oder doppelt (Fig. 4) gewölbten Linse erhalten. Die Linse kann auf der Oberseite 20 und Unterseite 21 in Fig. 4 in gleicher Weise an Stärke zu- und abnehmen, so daß eine Figurenform entsteht wie man sie von Hysterese-Kurven kennt. Die Schnitte durch Oberseite 10 und Unterseite 21 verlaufen, wie in Fig. 4 gezeigt, beide zum Teil konvex und zum Teil konkav. Es liegt aber nach Fig. 5 auch im Rahmen der Erfindung, die Materialverteilung in dem einzelnen Wasserflügel 8 so vorzunehmen, daß die eine Seite, z.B. die Oberseite 20, überall konvex ist und die andere Seite, z.B. die Unterseite 21 , überall konkav ist. An der Vorderkante 16 und an der Hinterkante 18 soll die einzelne Wasserschaufel 8 annähernd spitz zulaufen, wie man das von den Tragflächen von Überschallflugzeugen kennt.
Bezugszeichenliste:
1 — vertikale Antriebswelle
2 Getriebe
3 = Rotorwelle
4 = Rotorachse
5 - Speiche
6 = Zentralrohr
7 = Außenfläche (6)
8 = Wasserschaufel
9 = Verbindungslinie (7/8)
10 = Außen röhr
11 = Innenfläche (10)
12 = Verbindungslinie (8/10)
13 radiale Mittellinie (8)
14 = Winkellinie (9)
15 = Winkellinie (12)
16 = Vorderkante (8)
17 = Voraus-Fahrtrichtung
18 = Hinterkante (8)
19 = Flügelfläche
20 = Oberseite (19)
21 = Unterseite (19)
25 = Wasserschaufel, freitragend
26 = Innenfläche (27)
27 = Rohrverlängerung
28 = freies Längsende (25)

Claims

Patentansprüche:
1. Bootsantrieb mit einem Strahlrotor im Wesentlichen in Form eines um seine Rotorachse (4) rotierbar anzutreibenden äußeren Hohlzylinders bzw. Außenrohrs (10), an dessen Innenfläche (11) im Wesentlichen axialfördernde Wasserschaufeln (8) fixiert sind und sich in radialer Richtung bis zu einem zu der Rotorachse (4) koaxialen, inneren Hohizylinder bzw. Zentralrohr (6) erstrecken sowie daran fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung der Rotorachse (4) gemessene Breite (b) der Wasserschaufel (8) überall auf deren in radialer Richtung gemessener Länge annähernd gleich ist und daß die Verbindungslinie (9) der jeweiligen Wasserschaufel (8) am Zentralrohr (6) um etwa 10 bis 20° und die Verbindungslinie (12) derselben Wasserschaufel (8) auf der Innenfläche (11) des Außenrohrs (10) um weitere etwa 30 bis 60° windschief gegenüber der Rotorachse (4) stehen.
2. Bootsantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Wasserschaufel (8) eine annähernd gerade radiale Mittellinie (13) besitzt.
3. Bootsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen Außenfläche (7) des Zentralrohrs (6) und Innenfläche (11) des Außenrohrs (10) kleiner als die annähernd in Richtung der Rotorachse (4) gemessene Schaufelbreite (b) ist und daß das Verhältnis von Breite (b) zu Abstand (a) in der Größenordnung von 1 :1 ,1 bis 1 ,5 liegt.
4. Bootsantrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnitt senkrecht zur Flügelfläche (19) einer Wasserschaufel (8), insbesondere im Bereich von Vorderkante (16) und Hinterkante (18) der jeweiligen Wasserschaufel (8) annähernd der Tragflächenform von Überschallflugzeugen entspricht.
5. Bootsantrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichn'et, daß das Zentralrohr (6) konisch ausgebildet ist und daß der Zentralrohrdurchmesser in Strömungsrichtung des zu fördernden Wassers zu- oder abnimmt.
6. Bootsantrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralrohr (6) eine materielle axiale Welle (3) besitzt und mit dieser über - zum Beispiel drei - im Wesentlichen radial verlaufende Speichen (5) verbunden ist und daß die Rotorwelle (3) mechanisch über ein mechanisches Getriebe (2) anzutreiben ist.
7. Bootsantrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (10) - nicht aber das Zentralrohr (6) - in der Schubrichtung der im Strahlrohr erzeugten Strömung um einen Betrag zum Anbringen eines zusätzlichen Kreises von Wasserschaufeln verlängert ist und daß an der Innenfläche (26) der Rohrverlängerung (27) axialfördernde Wasserschaufeln (25) fixiert sind, die sich in Richtung der Rotorachse (4) erstrecken, aber mit Abstand von der Achse (4) frei enden.
8. Bootsantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der freien Enden (28) der zusätzlichen Wasserschaufeln (25) von der Rotorachse (4) in der Größenordnung des Radius des Zentralrohrs (6) liegt.
9. Verfahren zum Herstellen des in einem zylindrisch hohlen Statorrohr eines Bootsantriebs koaxial und rotierbar gelagerten Rotors, wobei der Rotor im Wesentlichen die Form eines um seine Rotorachse (4), rotierbar anzutreibenden Außenrohrs (10) besitzt, an dessen Innenfläche (11) im Wesentlichen axial fördernde Wasserschäufeln (8) fixiert sind, welche sich in radialer Richtung bis zu einem zu der Rotorachse (4) hohlen koaxialen Zentralrohr (6) erstrecken und daran fixiert sind, insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Anprüche, bevorzugt der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (10) einerseits und das Zentralrohr (6) mit den daran angeformten Wasserschaufeln (8) unabhängig voneinander hergestellt werden und daß das fertige Zentralrohr (6) mit den Wasserschaufeln (8) an der vorbereiteten Innenfläche (11) des Außenrohrs (10) fixiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralrohr (6) mit den angeformten Wasserschaufeln (8) einstückig , vorzugsweise aus Aluminium, gegossen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralrohr (6) massiv gegossen und nach dem Erhärten ausgebohrt wird.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (11) des Außenrohrs (10) vor dem Einbau des Zentralrohrs (6) ausgedreht wird.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der an das Zentralrohr (6) angeformten Wasserschaufeln (8) vor dem Einsetzen in das Außenrohr (10) koaxial in Bezug auf die Rotorachse (4) abgedreht werden.
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