DE19850954C1

DE19850954C1 - Cycloidal propeller for marine vessel

Info

Publication number: DE19850954C1
Application number: DE1998150954
Authority: DE
Inventors: Herbert Perfahl
Original assignee: Voith Hydro GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Hydro Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1998-11-05
Filing date: 1998-11-05
Publication date: 2000-02-03
Anticipated expiration: 2018-11-06
Also published as: GB2345039A; GB2345039A8; GB9926165D0; GB2345039B

Abstract

The cycloidal propeller has cyclically adjustable blades each with a linkage (12-14) connected to pairs of non-circular gears (2,3). The blade axes are parallel to the rotor axis. The diameter of the gears can vary towards their ends.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zykloidalpropeller entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie er beschrieben ist in dem Deutschen Patent 196 02 043 C2.The invention relates to a cycloidal propeller according to the preamble of claim 1 as described in the German patent 196 02 043 C2.

Die Konstruktionselemente und theoretischen Grundlagen des als Zykloidalpropeller ausgebildeten Schiffsantriebes sind in der Literatur vielfältig dargestellt worden, so z. B. im Voith-Druck 9.94 2000 sowie im Voith- Sonderdruck 1803, der einen Auszug aus "Voith Forschung und Konstruktion" Heft 18, Aufsatz 3, Mai 1967, darstellt. Hier finden sich auch viele Einzelheiten über die Flügelkinematik, welche dazu dient, die zyklische Verstellung der Flügel während eines Umlaufes auf der Kreisbahn zu bewirken (siehe Bilder 6 bis 9). In der erstgenannten Literaturstelle finden sich auch Ausführungen über die theoretischen Grundlagen der zyklischen Flügelverstellung.The construction elements and theoretical foundations of the as Cycloidal propellers of trained ship propulsion are diverse in the literature has been shown so. B. in Voith 9.94 2000 and in Voith Special print 1803, which is an extract from "Voith Research and Construction" Issue 18, Article 3, May 1967. There are also many details here via the wing kinematics, which serves to cyclically adjust the To cause wings during a revolution on the circular path (see figure 6 till 9). There are also explanations in the first-mentioned literature reference about the theoretical basics of cyclic sash adjustment.

DE 196 02 043 C1 beschreibt einen Zykloidalpropeller mit Flügeln, die an einem Rotor gelagert sind. Auch hierbei verlaufen die Flügelschwenkachsen parallel zur Rotordrehachse. Am Schaft des einzelnen Flügels greift eine Antriebseinheit mit einem Getriebe an, das vom Gestänge der Flügelantriebs- Kinematik antreibbar ist.DE 196 02 043 C1 describes a cycloidal propeller with blades attached to it are mounted on a rotor. The wing swivel axes also run here parallel to the rotor axis of rotation. One grips the shaft of the individual wing Drive unit with a gearbox, which from the linkage of the wing drive Kinematics can be driven.

Der Erfinder hat nun erkannt, daß mit den üblichen Kinematiken der Flügelverstellung den theoretischen Grundlagen dafür nicht genau entsprochen werden kann, d. h., daß das für die Flügelverstellung zu beachtende "normale Gesetz", d. h. daß die Normalen auf die Flügelsehnen sich im jeweiligen Steuerpunkt genau treffen müssen, nicht erfüllt wird. Hier greift nun die Erfindung ein.The inventor has now recognized that with the usual kinematics Wing adjustment is not exactly the theoretical basis for this can be met, d. that is, for the wing adjustment too observing "normal law", d. H. that the normals on the wing tendons must meet exactly in the respective control point, is not met. Here now intervenes the invention.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, den Voith-Schneider-Propeller derart auszubilden, daß eine weitgehende Erfüllung des oben angesprochenen "normalen Gesetzes" erreichbar wird, d. h., daß in jedem Fahrzustand sich die Normalen auf die Flügelsehnen genau in dem sogenannten Steuerpunkt treffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. The object of the invention is the Voith-Schneider propeller train that a broad fulfillment of the above "normal law" becomes available, d. that is, in any driving condition Normals on the wing tendons exactly in the so-called control point to meet. This object is achieved by the features of Claim 1 solved.

Mittels dieser beschriebenen Lösung kann auch erreicht werden, daß die auftretenden Beschleunigungen der einzelnen Flügel soweit vermindert werden können, daß die Flügelbelastungen entscheidend herabgesetzt werden können. Dies stellt dann allerdings im Zusammenhang mit der erstgenannten Aufgabe einen gewissen Kompromiß dar, der zu einer Optimierungsaufgabe bei der Auslegung des betreffenden Schiffsantriebes führt, da ja die verschiedensten Randbedingungen bei jeder einzelnen Propellerauslegung betrachtet werden müssen.By means of this solution described can also be achieved that the accelerations of the individual wings occurring are reduced as far as possible can be that the wing loads are significantly reduced can be. However, this then relates to the first-mentioned task represents a certain compromise that leads to a Optimization task when designing the ship propulsion system in question leads, since the different boundary conditions for each one Propeller design must be considered.

Es ist bekannt, daß ein Getriebepaar durch unrunde Zahnräder gebildet werden kann, wozu Einzelheiten und entsprechende weitere Literaturstellen aus Konstruktion 48 (1996) Seiten 256 bis 262 entnommen werden können.It is known that a pair of gears is formed by non-circular gears can be what details and corresponding further references from construction 48 (1996) pages 256 to 262.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert, wobeiIn the following the invention with reference to the attached drawings explained where

Fig. 1 eine prinzipielle Draufsicht auf den Flügelkreis, Fig. 1 shows a schematic plan view of the blade circle,

Fig. 2 konstruktive Einzelheiten für diese Ansicht und Darstellung und Fig. 2 structural details for this view and representation and

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Lagerung des einzelnen Flügels und der Zahnräder darstellen. Fig. 3 represent a longitudinal section through the storage of the individual wing and the gears.

Aus der Darstellung nach Fig. 1 erkennt man prinzipiell die Schubkurbelkinematik mit der Koppel 12, der Schwinge 13 und der Kuppelstange 14, die die Schubkurbelkinematik prinzipiell bilden. Diese Antriebskinematik ist die heute beim Voith-Zykloidalpropeller anzutreffende Konstruktion.From the illustration of FIG. 1 to the thrust crank kinematics with the coupling 12, the rocker arm 13 and the coupling rod 14 forming the thrust crank kinematics in principle principle recognizes. This drive kinematics is the design found today with the Voith cycloidal propeller.

In der eingangs erwähnten deutschen Patentschrift ist nun diese sogenannte Schubkurbelkinematik in Zusammenhang gebracht mit einem Getriebepaar, durch welches letztlich der einzelne Flügel verschwenkt wird. Hier sind die beiden Getrieberäder mit 2 und 3 bezeichnet, wobei das Antriebsrad 3 mit der Kuppelstange 14 und das Abtriebsrad 2 über den Flügelschaft 8 mit dem einzelnen Flügel 1 (siehe Fig. 3) fest verbunden sind. Die einzelnen Flügel laufen nun auf dem Flügelumlaufkreis 20 mit ihren im allgemeinen vertikal ausgerichteten Flügelachsen oder auch Schaftachsen 9 um und der zugehörige Steuerpunkt für die Kinematik ist mit N in Fig. 1 angegeben.In the German patent mentioned at the beginning, this so-called thrust crank kinematics is now associated with a pair of gears through which the individual wing is ultimately pivoted. Here, the two gear wheels are designated 2 and 3, the drive wheel 3 with the coupling rod 14 and the driven wheel 2 via the wing shaft 8 with the individual wing 1 (see FIG. 3). The individual blades now run on the blade circulation circuit 20 with their generally vertically aligned blade axes or shaft axes 9 and the associated control point for the kinematics is indicated by N in FIG. 1.

Aus Fig. 3 erkennt man noch die Lagerung des Flügelschafts in einem oberen Lager 22 und einem unteren Lager 21 sowie entsprechende Dichtungen 17, die das Innere des Rotorgehäuses 15 gegen das Wasser abdichten.From Fig. 3 you can still see the bearing of the wing shaft in an upper bearing 22 and a lower bearing 21 and corresponding seals 17 which seal the inside of the rotor housing 15 against the water.

Mit der Ausbildung der Zahnräder als Unrundzahnräder ist es nun möglich, die Form der Flügelwinkelkurve beliebig auszulegen und insbesondere zu erreichen, daß sich die Normalen auf die Sehnen der Flügelprofile genau sich bei dem Steuerpunkt treffen, wobei die Lage des Steuerpunktes N sich entsprechend der Fahrtbedingungen ändert, entsprechend der erforderlichen Winkeleinstellung der einzelnen Flügel.With the design of the gears as non-circular gears it is now possible interpret the shape of the wing angle curve arbitrarily and especially to achieve that the normals exactly on the tendons of the wing profiles meet at the control point, where the position of the control point N is changes according to the driving conditions, according to the required Angle adjustment of the individual wings.

Die maximale Verstellung eines Flügels beträgt im Normalfall so etwa 110 bis 120°, so daß hier die Unrundzahnräder nicht vollständig verzahnt sind, sondern praktisch von Zahnsegmenten gebildet werden. Man erkennt, daß sich der Teilkreisdurchmesser der Zahnräder kontinuierlich ändert, wobei natürlich die Summe der einzelnen Teilkreisdurchmesser von Antriebs- und Abtriebszahnrad eine Konstante (= Achsabstand) ist. Die maximale Änderung der Übersetzungsverhältnisse der Zahnradpaare wird bspw. mit etwa 15 bis 20% der minimalen Übersetzung anzusetzen sein.The maximum adjustment of a wing is normally about 110 to 120 °, so that the non-circular gears are not fully toothed here, but are practically formed by tooth segments. You can see that the pitch circle diameter of the gears changes continuously, whereby of course the sum of the individual pitch circle diameters of drive and Output gear is a constant (= center distance). The maximum change the gear ratios of the gear pairs is, for example, about 15 to 20% of the minimum translation must be set.

Es kann sehr vorteilhaft sein, in einem Extrembereich oder hin zum Extrembereich der Flügelanstellwinkel durch einen jeweils wachsenden Teilkreisdurchmesser des Abtriebszahnrades, also desjenigen Zahnrades, das mit dem Flügelschaft jeweils gekuppelt ist, die Beschleunigung der Flügel und damit die entsprechend auftretenden Kräfte zu verringern.It can be very beneficial in an extreme area or towards Extreme range of the wing pitch by a growing Pitch circle diameter of the driven gear, that of the gear that is coupled with the wing shaft, the acceleration of the wing and thus reducing the corresponding forces.

Die Erfindung läßt sich nicht nur bei einem Schiffsantrieb anwenden, sondern auch bei einer Turbine oder einer sonstigen Kreiselmaschine. Als Medium kommt dabei Wasser, Luft oder andere Medien in Betracht.The invention can be applied not only to a ship's propulsion system, but also also with a turbine or other gyroscopic machine. As a medium water, air or other media are considered.

Claims

1. Cycloidal propeller with cyclically pivotable blades by means of their shafts with the aid of a control stick and a wing kinematics ( 12 , 13 , 14 ), the pivot axes ( 9 ) of which are arranged parallel to one another and to the axis of rotation of the rotor mounted in the stator, each wing ( 1 ) are coupled to the wing kinematics (12, 13, 14) by means of a gear pair (2, 3), one of which is in each case attached to the vane shaft (8), characterized in that non-circular gears (2, 3) respectively form the gear wheel pairs.

2. Cycloidal propeller according to claim 1, characterized in that the pitch circle diameter of the drive wheel ( 3 ) in the extreme range or towards the extreme range of the blade adjustment angle is smaller than the central region thereof and correspondingly larger in the driven gear ( 2 ).

3. Cycloidal propeller according to claim 1 or 2, characterized in that the maximum pitch circle diameter difference on the respective gear ( 2 , 3 ) is 15% of the minimum value.