DE19905141A1 - Vertikale Wasserstrahlantriebsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine herkömmliche vertikale Wasserstrahlantriebsvorrichtung hat ein Gehäuse und einen Diffusor, die einteilig miteinander ausgebildet sind. Aufgrund des einteiligen Aufbaus wirkt eine Dehnkraft, die aus der Reaktionskraft einer dem Diffusor zugeführten rotierenden Wasserströmung resultiert, auf das Gehäuse ein, so daß ein Steuermotor, der das Gehäuse dreht, in unerwünschter Weise auf eine höhere Leistung auszulegen ist. DOLLAR A Bei der erfindungsgemäßen vertikalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung (WJ), die ein drehbar gelagertes Gehäuse (10) aufweist, in dem durch ein Flügelrad (6) eine Wasserströmung vom Boden des Gehäuses (10) durch einen Diffusor (8) in eine Druckkammer des Gehäuses (10) gedrückt wird, aus der der Wasserstrom über Auslaßöffnungen im Boden des Gehäuses (10) ausgestoßen wird, ist ein innerer Ring (5), den eine Seite eines Schiffskörpers (1) trägt und in den die Flügelradwelle (7) ragt, am oberen Teil des Gehäuses (10) ausgebildet, um das Gehäuse (10) durch ein Kugellager (14) abzustützen, und der Diffusor (8) einteilig mit dem inneren Ring (5) ausgebildet oder starr an diesem befestigt. Dies ermöglicht eine geringer Antriebsleistung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine vertikale Wasser­ strahlantriebsvorrichtung.

Eine bekannte vertikale Wasserstrahlantriebsvorrichtung ist so ausgebildet, daß eine Einlaß- und eine Auslaß­ öffnung mit einem Schiffsboden bündig sind. Eine solche Antriebsvorrichtung, die nicht nach unten über den Schiffsboden hinausragt, wird häufig bei Spezialschif­ fen benutzt, die für flache Gewässer ausgelegt sind, zum Beispiel ein schwimmender Kran, dessen Antriebs­ schraube nicht hinreichend tief eintauchen kann und der aufgrund seines geringen Tiefgangs nicht mit einem her­ kömmlichen Tunnel-Triebwerk versehen werden kann. Die japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungs­ schriften 6-278692, 6-286693, 7-52882, 8-58689 und dergleichen of­ fenbaren bekannte vertikale Wasserstrahlantriebsvor­ richtungen dieser Art. Eine vertikale Wasserstrahlan­ triebsvorrichtung dieser Art ermöglicht es, einen Ge­ häuse-Hauptkörper mit einer Auslaßöffnung in alle Rich­ tungen um bis zu 360° zu drehen, so daß eine Schubkraft in beliebigen Richtungen ausgeübt und die Manöverier­ barkeit eines mit einer solchen Antriebsvorrichtung ausgerüsteten Schiffes verbessert werden kann.

Fig. 6 stellt eine Querschnitt einer vertikalen Wasser­ strahlantriebsvorrichtung dar, die in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 7-52882 offenbart ist. Fig. 7 stellt eine Draufsicht auf diese Wasser­ strahlantriebsvorrichtung an der Stelle eines Diffusors dar.

Wie man sieht, wird eine austretende Strömung, die über eine Einlaßöffnung 53 im mittleren Teil eines Bodens 52a eines Gehäuses 52 angesaugt wird und stromoberhalb eines Flügelrades 51 strömt, durch Drehung des Flügel­ rads 51 in eine rotierende Strömung umgelenkt. Ein Dif­ fusor 54 stromunterhalb des Flügelrads 51 bewirkt eine Krümmung der rotierenden Strömung mittels Flügeln 55 und auch eine Änderung der Richtung der rotierenden Strömung in die radiale Richtung auf der Ausgangsseite der Flügel 55. Wenn die rotierende Strömung beibehalten wird, während die Auslaßströmung in die Druckkammer des Gehäuses 52 eintritt, bewirkt die Rotationsenergie Rei­ bungsverluste zwischen der Auslaßströmung und der Wandoberfläche des Gehäuses 52, so daß große Energie­ verluste auftreten. Was die Funktion des Diffusors 54 betrifft, so wird aufgrund seiner derart gewählten Form, daß die Querschnittsfläche seines Strömungskanals allmählich zunimmt, die kinetische Energie der Wasser­ strömung allmählich in Druckenergie umgeformt, so daß die Schubkraft ansteigt. Der Diffusor 54 mit seinen Flügeln 55 ist daher eines der unerläßlichen Bauelemen­ te der vertikalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung.

Bei der erwähnten herkömmlichen vertikalen Wasser­ strahlantriebsvorrichtung ist der Diffusor 54 mit dem Gehäuse 52 einteilig ausgebildet oder einteilig mit diesem zusammengebaut. Die Vorrichtung hat daher einen solchen Aufbau, daß sowohl das Gehäuse 52 als auch der Diffusor 54 durch den Betrieb eines Steuer- oder Lenk­ motors 56 gedreht werden.

Nach Fig. 7 erzeugen die Flügel 55 des Diffusors 54 ei­ ne Drehkraft (ein Drehmoment) Y in Richtung des darge­ stellten Pfeils in Folge einer Reaktionskraft F, die durch die Wasserströmung ausgeübt wird. Die Drehkraft ist hinreichend groß, um das Gehäuse 52 in allen Rich­ tungen um bis zu 360° zu drehen, und hat einen wesent­ lichen Einfluß auf die Leistung des Steuermotors. Das heißt, wenn das Gehäuse 52 durch den Steuermotor 56 ge­ dreht wird und sich der Diffusor 54 in der gleichen Richtung dreht, in der die Drehkraft (das Drehmoment) Y in Pfeilrichtung nach Fig. 7 auf ihn ausgeübt wird, dann dreht sich das Gehäuse 52 von selbst, und der Steuermotor 56 dreht sich mit kleiner Leistung (was um­ gekehrt bedeutet, daß es zusammen mit dem Steuermotor aufhören muß, sich zu drehen). Wenn sich der Diffusor 54 dagegen in entgegengesetzter Richtung dreht, muß die Leistung hinreichend groß sein, um die Summe aus "Reibungswiderstand und dem aus der gesamten Trägheits­ kraft des Gehäuses resultierenden Drehmoment" + "Drehmoment, das aus der Wasserströmung resultiert und im Vergleich zu den beiden vorstehend erwähnten Kräften unverhältnismäßig groß ist" zu überwinden. Der Steuer­ motor muß auf die erforderliche Leistung ausgelegt wer­ den. Die Leistung beziehungsweise der Energieverbrauch ist jedoch ein wichtiger Punkt, insbesondere bei einer Baggerschutte mit geringer Generatorleistung. Die Lei­ stung beziehungsweise der Energieverbrauch sollte aber im Hinblick auf die Anschaffungs- und Betriebskosten möglichst gering sein. Für den Steuermotor steht nur ein beschränkter Raum zur Verfügung, so daß seine Lei­ stung und dementsprechend seine Abmessungen so gering wie möglich sein müssen. Bei der bekannten Wasser­ strahlantriebsvorrichtung nach Fig. 6 ist eine Flügel­ radwellendichtung 27 in dem drehbaren Gehäuse 52 ange­ ordnet. Wenn sich das Gehäuse 52 entgegengesetzt zum Flügelrad 51 dreht, ist die relative Umfangsgeschwin­ digkeit eines Berührungspunktes der Dichtung proportio­ nal der Summe der Drehzahlen von Gehäuse und Flügelrad. Infolgedessen sind an die Ausbildung der Dichtung strenge Anforderungen zu stellen, um eine zu geringe Lebensdauer der Dichtung zu verhindern.

Bei der Wasserstrahlantriebsvorrichtung nach der japa­ nischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 7-52882 sind im Boden des Gehäuses 52 drei Auslaßöffnungen vor­ gesehen, bei denen die einlaßseitige Stirnfläche der mittleren Auslaßöffnung die Form eines Bogens hat, der konzentrisch zum Einlaß zu sein scheint. Die Innenseite jeder Auslaßöffnung ist nicht mit einem Leitflügel ver­ sehen, was nachstehend noch ausführlicher beschrieben wird. Offenbar wird dort nicht berücksichtigt, daß das Austrittswasser effizient in horizontaler Richtung strömt. Infolgedessen entweicht ein Teil der Wasser­ strömung offensichtlich im wesentlichen unmittelbar un­ ter dem Boden des Gehäuses 52. Inzwischen wird berück­ sichtigt, daß das zur Drehung einer Gehäuseanordnung erforderliche Drehmoment eine Drehkraft einschließt, die der kinetischen Energie des austretenden Fluids wi­ dersteht, die aus der Trägheitskraft der Gehäuseanord­ nung und dergleichen resultiert. Wenn die Beträge und Richtungen der Wasserströme, die aus zwei seitlichen Auslaßöffnungen austreten, zwischen denen die mittlere Auslaßöffnung liegt, nicht im Gleichgewicht (nicht gleich) sind, hat die resultierende Drehkraft einen großen Einfluß auf das Drehmoment, so daß der Betrag der Drehkraft zu einem vorherrschenden Faktor des Drehmoments wird. Um das Auftreten eines solchen Drehmoments zu verhindern, befaßt sich die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 7-52882 mit der Wahl der Abmessungen und Lage der Auslaßöffnungen. In der Praxis ist das Gleichgewicht jedoch unvermeidlich determiniert, so daß mit hoher Wahrscheinlichkeit ein unerwünschtes Drehmoment verbleibt. Je höher das rest­ liche bzw. verbleibende Drehmoment ist, um so größer muß die Leistung des Steuermotors gewählt werden. Dies hat eine größere Hydraulikquelle oder höheren Energie­ verbrauch zur Folge.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine vertikale Wasserstrahlantriebsvorrichtung der beschrie­ benen Art anzugeben, die mit einer geringen Antriebs­ leistung auskommt.

Eine erste Lösung dieser Aufgabe besteht in einer ver­ tikalen Wasserstrahlantriebseinrichtung mit einem Ge­ häuse, das mittels eines Steuermotors drehbar ist, bei der ein Wasserstrom vom Boden des Gehäuses durch Dre­ hung eines Flügelrads über einen Diffusor in eine Druckkammer des Gehäuses gedrückt und als Wasserstrom über Auslaßöffnungen im Boden des Gehäuses ausgestoßen wird, wobei ein innerer Ring, der durch eine Seite ei­ nes Schiffskörpers abgestützt ist und in den die Flü­ gelradwelle ragt, an einem oberen mittleren Teil des Gehäuses vorgesehen und das Gehäuse durch den inneren Ring über ein Drehlager abgestützt ist und der Diffusor einteilig mit dem inneren Ring ausgebildet oder starr an dem inneren Ring befestigt ist.

Bei diesem Aufbau bildet der innere Ring einen statio­ nären (feststehenden) Teil, der durch die Schiffskör­ perseite abgestützt wird, und der Diffusor ist vom Ge­ häuse getrennt, so daß er als unabhängiges Bauteil wirkt. Das durch die Änderung der Richtung der rotie­ renden Strömung im Diffusor bewirkte Drehmoment wird nicht auf das Gehäuse ausgeübt. Außerdem bleibt der Diffusor stationär, selbst wenn sich das Gehäuse dreht. Die zur Drehung des Gehäuses erforderliche Antriebslei­ stung des Steuermotors kann daher verringert werden.

Hierbei läßt sich ein einfacherer Aufbau erreichen, wenn der Innenring zylindrisch ist, mit einem Getriebe­ kasten verbunden ist, nach unten ragt, sein unterer Endteil innerhalb des Gehäuses liegt und der Diffusor am unteren Endteil des inneren Rings angebracht ist.

Ferner kann dafür gesorgt sein, daß eine Flügelradwel­ lendichtung zwischen einem stationären (drehfesten) Teil des Diffusors oder dem Innenring der rotierenden Flügelradwelle angeordnet ist, so daß eine Schmiermit­ telkammer gegenüber Seewasser abgedichtet ist.

Auf diese Weise ist es möglich, ein Leck oder den Durchtritt von Seewasser oder Schmiermittel zwischen der Seewasserseite und der Schmiermittelkammer zu ver­ hindern.

Wenn darüber hinaus eine sich drehende Dichtung zwi­ schen einem stationären Teil des Diffusors oder dem In­ nenring und dem sich drehenden Gehäuse angeordnet ist, um eine Schmiermittelkammer gegenüber Seewasser abzu­ dichten, dann ist es möglich, ein Leck oder den Durch­ tritt von Seewasser oder Schmiermittel zwischen der Seewasserseite und der Schmiermittelkammer zu verhin­ dern.

Außerdem kann dafür gesorgt sein, daß zwischen dem Dif­ fusor und dem in den Diffusor ragenden inneren Ring ei­ ne abgeschrägte Berührungsfläche ausgebildet ist, so daß der Diffusor und der innere Ring durch eine Dreh­ kraft, die durch die Reaktionskraft des dem Diffusor zugeführten Wasserstroms bewirkt wird, gegeneinanderge­ drückt werden. Dadurch wird ein sich selbst verriegeln­ des System realisiert, und der Diffusor kann mit klei­ neren oder weniger Befestigungsschrauben montiert wer­ den.

Eine andere Lösung der genannten Aufgabe besteht in ei­ ner vertikalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung mit ei­ nem Gehäuse, das in einer horizontalen Ebene drehbar ist, einem in der Mitte des Bodens des Gehäuses vorge­ sehenen Einlaß, einem über dem Einlaß vorgesehenen Flü­ gelrad, einem mit dem Einlaß in Verbindung stehenden Diffusor, einer mit dem Diffusor in Verbindung stehen­ den Druckkammer und Auslaßöffnungen, die mit der Druck­ kammer in Verbindung stehen und im Boden des Gehäuses ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Auslaßöffnungen Auslaßleitflügel vorgesehen sind, die einen solchen Neigungswinkel haben, daß ein durch die Auslaßöffnungen ausgestoßener Wasserstrahl so parallel wie möglich zum Boden des Gehäuses verläuft.

Bei diesem Aufbau ist es möglich, den Wasserstrahl so weit wie möglich horizontal aus den Auslaßöffnungen austreten zu lassen, ohne daß er unmittelbar nach unten strömt, um dadurch den Antriebswirkungsgrad zu erhöhen und dementsprechend ebenfalls insgesamt mit geringerer Antriebsleistung auszukommen.

In diesem Fall kann dafür gesorgt sein, daß der Nei­ gungswinkel der Auslaßleitflügel so gewählt ist, daß der über die Auslaßöffnungen ausgestoßene Wasserstrahl außerhalb des Gehäuses vom Einlaß weg gerichtet ist. So ist es möglich, zu verhindern, daß die aus den Auslaß­ öffnungen austretenden Wasserstrahlen sofort wieder über die Einlaßöffnung angesaugt werden, so daß der An­ triebswirkungsgrad erhöht wird.

Ferner kann dafür gesorgt sein, daß im Einlaß Ansaug­ leitflügel angeordnet und unter einem Winkel geneigt sind, der zu dem der Auslaßleitflügel entgegengesetzt ist, so daß das Wasser aus einer Richtung angesaugt wird, die frei vom ausgestoßenen Wasserstrahl ist. Auf diese Weise ist es möglich, das Ansaugen der aus den Auslaßöffnungen austretenden Wasserstrahlen noch siche­ rer zu verhindern und den Antriebswirkungsgrad entspre­ chend zu erhöhen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann ferner darin be­ stehen, daß eine mittlere Auslaßöffnung symmetrisch zu einer Diametrallinie, die durch die Mitte des Einlasses verläuft, und/oder seitliche Auslaßöffnungen, die sym­ metrisch zur Diametrallinie angeordnet sind, als die Auslaßöffnung(en) vorgesehen ist bzw. sind und daß eine einlaßseitige Endfläche der mittleren Auslaßöffnung senkrecht zur Diametrallinie ausgebildet ist. Hierbei kann der Neigungswinkel der Auslaßleitflügel der seit­ lichen Auslaßöffnung geändert und eingestellt werden. Gegebenenfalls kann die Größe der rechts und links wir­ kenden Antriebskräfte ungleich eingestellt und ein Drehmoment erzeugt werden, das einem Drehmoment entge­ genwirkt, das aus der rotierenden Strömung infolge der Drehung des Flügelrads resultiert. Infolgedessen kann die zur Drehung des Gehäuses erforderliche Leistung des Steuermotors verringert werden.

Wenn darüber hinaus der Neigungswinkel der Leitflügel der mittleren Auslaßöffnung geändert und eingestellt werden kann, kann auch die Belastung des Flügelrades eingestellt werden. Das heißt, wenn die Flächen der Auslaßöffnungen vergrößert werden, wird die Belastung verringert. Wenn die Flächen verringert werden, wird die Belastung erhöht. Sodann ist es auf einfache Weise möglich, eine Hauptantriebsmaschine mit konstanter Drehzahl durch entsprechende Einstellung des Neigungs­ winkels an das Flügelrad anzupassen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele näher be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer er­ findungsgemäßen Wasserstrahlantriebsvor­ richtung,

Fig. 2A und 2B eine schematischen und eine perspektivische Darstellung wesentlicher Teile eines Bei­ spiels eines Aufbaus, der es ermöglicht, die Befestigung eines Diffusors an einem inneren Ring unter Ausnutzung der Drehkraft des Diffusors zu verbessern, die als Reak­ tionskraft von Flügeln eines Flügelrades erzeugt wird,

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt der verti­ kalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung,

Fig. 4 eine Ansicht des Bodens eines Gehäuses der vertikalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung,

Fig. 5A einen Querschnitt eines Auslaßöffnungsteils (mit einem feststehenden Auslaßleitflügel),

Fig. 5B eine schematische Darstellung eines ver­ stellbaren Auslaßleitflügels,

Fig. 6 einen Querschnitt einer herkömmlichen ver­ tikalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung und

Fig. 7 eine Draufsicht der herkömmlichen vertika­ len Wasserstrahlantriebsvorrichtung vom Diffusor aus gesehen.

Die Wasserstrahlantriebsvorrichtung WJ nach Fig. 1 ist an einem Schiffskörper 1 angebracht. Sie besteht aus einer Platte 4 mit einem vertikal darüber angebrachten Getriebekasten 3, der eine Drehmoment-Transmissionsein­ richtung 2 enthält, einem inneren Ring 5, der sich vom mittleren Teil der Platte 4 aus nach unten erstreckt, einer Flügelradwelle 7, die in den inneren Ring 5 ver­ tikal eingeführt ist und ein Flügelrad 6 an ihrem unte­ ren Ende aufweist, einem Diffusor 8, der stromunterhalb des Flügelrads 6 am inneren Ring 5 angebracht ist, ei­ nem Gehäuse 10, das durch einen Steuermotor 9 gedreht werden kann und um den inneren Ring 5 herum drehbar ge­ lagert ist, und aus weiteren Teilen.

Die Platte 4 liegt auf einer Öffnung 1c des Schiffskör­ pers 1 und ist an einer Bodenplatte 1a des Schiffskör­ pers 1 befestigt. Eine Antriebswelle 11, die durch eine (nicht dargestellte) Hauptantriebsmaschine angetrieben wird, ragt in den Getriebekasten 3, der vertikal auf dem mittleren Teil der Platte 4 angeordnet ist. An dem im Inneren des Getriebekastens 3 liegenden Ende der An­ triebswelle 11 ist ein Ritzel 2a in Form eines Kegelra­ des vorgesehen. Mit dem Ritzel 2a steht ein weiteres Zahnrad 2b in Form eines Kegelrades im Getriebekasten 3 in Eingriff, das zusammen mit dem Ritzel 2a eine Drehmoment-Transmissionseinrichtung 2 bildet. Die Flü­ gelradwelle 7 ist senkrecht in den zylindrischen inne­ ren Ring 5 unter dem Zahnrad 2b eingeführt und in einem oberen und einem unteren Lager 7a gelagert.

Der innere Ring 5 steht mit dem Getriebekasten 3, die­ sen berührend, in Verbindung und erstreckt sich zylin­ drisch nach unten. Der Diffusor 8 und eine Flügelrad­ wellendichtung 12, die mit der Flügelradwelle 7 in gleitender Berührung steht, sind an einem Flansch 5a am unteren Endteil des inneren Rings 5 durch mehrere Befe­ stigungsschrauben 8 befestigt. Der innere Ring 5 ist an der Platte 4 befestigt, die ihrerseits am Schiffskörper 1 befestigt ist, so daß sie als feststehender (statio­ närer) Teil wirkt. Der am inneren Ring 5 befestigte Diffusor 8 wirkt ebenfalls als stationärer, das heißt drehfester Teil.

Ein seewasserseitiger Teil bzw. Raum 12a und eine Schmiermittelkammer 12b sind gegeneinander abgedichtet beziehungsweise voneinander getrennt, so daß ein Leck oder der Durchtritt von Seewasser und Schmiermittel zwischen dem Seewasser bzw. dem Teil 12a und der Schmiermittelkammer 12b verhindert sind, und zwar da­ durch, daß die Flügelradwellendichtung 12 zwischen dem stationären Teil des Diffusors 8 oder inneren Ring 5 und der rotierenden Flügelradwelle 7 angeordnet ist.

Das zylindrische Gehäuse 10 ist passend im Öffnungsteil 1c angeordnet und hat einen äußeren Ring 13, der kon­ zentrisch zum Mittelteil des inneren Rings 5 angeordnet ist. Der äußere Ring 13 stützt sich über ein Drehlager 14, hier ein Wälzlager, insbesondere Kugellager, am in­ neren Ring 5 ab. Der äußere Ring 13 ist vom Diffusor 8 getrennt und unabhängig von diesem drehbar. Insbesonde­ re stehen der Diffusor 8 des stationären Teils und das Gehäuse 10 des sich drehenden Teils nur über eine dreh­ bare Dichtung 15 gleitend miteinander in Berührung, wo­ bei sie voneinander getrennt und unabhängig sind.

In ähnlicher Weise sind der seewasserseitige Teil 12a und die Schmiermittelkammer 12b voneinander getrennt oder gegeneinander abgedichtet, so daß ein Leck oder Durchtritt von Seewasser und Schmiermittel zwischen dem Teil 12a und der Kammer 12b dadurch verhindert wird, daß die sich drehende Dichtung 15 zwischen dem statio­ nären Teil des Diffusors 8 oder inneren Ring 5 und dem Gehäuse 10 vorgesehen ist. Zwischen dem Gehäuse 10 und der Platte 4 ist ebenfalls eine Dichtung 10a angeord­ net, um den seewasserseitigen Teil 12a und die Schmier­ mittelkammer 12b gegeneinander abzudichten.

Am äußeren Ring 13 des Gehäuses 10 ist ein Zahnkranz 13a ausgebildet. Der Zahnkranz 13a steht mit einem Zahnrad 9b am unteren Ende einer Welle 9a des Steuermo­ tors 9 in Eingriff, der auf der Platte 4 angebracht ist, so daß das Gehäuse 10 durch den Steuermotor 9 un­ abhängig vom Diffusor 8 und dem Flügelrad 6 in Drehung versetzt werden kann.

Im mittleren Teil des Bodens 10a des Gehäuses 10 ist eine Einlaßöffnung 16 ausgebildet, von der eine zylin­ drische innere Wand 10b vertikal nach oben ragt, so daß sie das Laufrad 6 umgibt. Der Diffusor 8 ist von der inneren Wand 10b (das heißt dem Gehäuse 10) in der Wei­ se getrennt ausgebildet, daß er sich kontinuierlich bis unmittelbar in die Nähe des oberen Endes der inneren Wand 10b und etwas über dieses hinweg erstreckt. Im Diffusor 8 sind ein Durchtrittskanal für durch das Flü­ gelrad 6 nach oben gedrücktes und das Flügelrad durch­ strömendes Wasser sowie radiale Flügel 8a vorgesehen. Wie schon erwähnt, wird die durch das Flügelrad 6 er­ zeugte Wasserströmung zu einer rotierenden Strömung, die auf die Flügel 8a einwirkt. Da der Diffusor 8 je­ doch an der Schiffskörperseite befestigt und vom Gehäu­ se 10 getrennt ist, wird das durch die Reaktionskraft erzeugte Drehmoment auf den Schiffskörper 1 ausgeübt, so daß es sich nicht auf die Drehung des Gehäuses 10 auswirkt. Der Steuermotor 9 braucht daher nur eine ge­ ringe Leistung für den Drehantrieb des Gehäuses 10 auf­ zuweisen.

Der Wasserstrom aus dem Diffusor 8 tritt in die Druck­ kammer 17 des relativ zum drehfesten Diffusor 8 drehba­ ren Gehäuses 10 ein, und das in der Druckkammer 17 vor­ handene Wasser wird über die im Gehäuseboden 10a mit Leitflügeln 18a versehenen Auslaßöffnungen 18 ausgesto­ ßen, um dadurch den Schub zu erzeugen. Durch Drehung des Gehäuses 10 kann die Lage der Auslaßöffnungen 18 um bis zu 360° frei geändert werden.

Die Fig. 2A und 2B veranschaulichen eine Konstruktion, die die Art der Befestigung des Diffusors 8 am inneren Ring 5 verbessert, indem die durch die Reaktionskraft der Leitflügel bewirkte Drehkraft des Diffusors 8 aus­ genutzt wird.

Hierfür ist eine Schrägfläche 19a ausgebildet, die ein ringförmiges Teil 8c, das am mittleren Teil des Diffu­ sors 8 vorsteht, und den Flansch 5a am unteren Ende des inneren Rings 5, an dem das ringförmige Teil 8c ange­ ordnet ist, an einer Verbindungsfläche 19 zwischen dem ringförmigen Teil 8c und dem Flansch 5a durch eine Drehkraft Y, die durch die Reaktionskraft des auf den Diffusor 8 wirkenden Wasserstroms bewirkt wird, gegen­ einanderdrückt. Auf diese Weise ergibt sich ein Selbst­ verriegelungssystem, so daß weniger oder kleinere Befe­ stigungsschrauben 8b (siehe Fig. 1) zur Anbringung des Diffusors 8 erforderlich sein können.

Nachstehend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel an­ hand der Fig. 3 bis 5 beschrieben.

Fig. 3 stellt schematisch einen Querschnitt einer ver­ tikalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung WJ dar, während Fig. 4 den Boden ihres zylindrischen Gehäuses 23 dar­ stellt. Die vertikale Wasserstrahlantriebsvorrichtung WJ ist in einem Schiffsbodenteil 21 installiert. Dabei ist das Gehäuse 23 der Antriebsvorrichtung konzentrisch in einem kreisförmigen Öffnungsteil 22 eingebaut, der im Bodenteil 21 ausgebildet ist. Das Gehäuse 23 ist am Schiffsbodenteil 21 mittels einer Platte 24 befestigt. Das heißt, ein Drehlager 40 in Form eines Wälzlagers, hier ein Kugellager, ist zwischen dem oberen Teil des inneren Rings 34 und einem äußeren Ring 39, der am Rand einer mittleren Öffnung in einer oberen Wand 23c des Gehäuses 23 vorgesehen ist, angeordnet. Dadurch ist das Gehäuse 23 drehbar und als Ganzes auf der Schiffskör­ perseite gelagert. Dabei wird das Gehäuse 23 durch die Platte 24 am Schiffskörper festgehalten. Dennoch ist es relativ zum Schiffskörper drehbar. Auf dem mittleren Teil der Platte 24 ist ein Getriebekasten 28 ange­ bracht. Quer in den Getriebekasten 28 ragt eine An­ triebs- oder Eingangswelle 29, die in einem Lager 30 gelagert ist. Am inneren Ende der Antriebswelle 29 ist ein Ritzel 31 in Form eines Kegelrads vorgesehen. Am oberen Ende einer Ausgangswelle 32 ist ebenfalls ein Kegelrad 33 vorgesehen, das mit dem Ritzel 31 in Ein­ griff steht, so daß ein Kegelradgetriebe gebildet wird. Die Ausgangswelle 32 ragt vertikal nach unten und er­ streckt sich durch einen inneren Ring 34, der bis zum unteren Teil des Getriebekastens 28 reicht. Am unteren Ende der Ausgangswelle 32 ist eine Nabe 35 vorgesehen, an der Flügel 36 oder Schaufeln ausgebildet sind, so daß sie zusammen mit der Nabe 35 ein Flügelrad bilden. Die Ausgangswelle 32 ist in Lagern 32a drehbar gela­ gert, die zwischen der Welle 32 und dem inneren Ring 34 angeordnet sind.

Das Gehäuse 23 hat eine etwa konische mittlere Wand 23a, die nach unten ragt und den inneren Ring 34 im Be­ reich eines unteren Teils des Rings 34 umgibt. Das un­ tere Ende der mittleren Wand 23a erstreckt sich bis in die Nähe des oberen Endes der Nabe 35. Der mittlere Teil des Bodens 23e des Gehäuses 23 ist nach oben her­ ausgedrückt, so daß ein sehr kleines Spiel (Spalt oder Abstand) zwischen seinem mittleren Teil und den freien Enden der Flügel 36 besteht, wobei der mittlere Teil eine innere Wand 23b bildet. Die innere Wand 23b erwei­ tert sich nach oben und erstreckt sich weiter über das untere Ende der konischen mittleren Wand 23a hinaus nach oben, wobei sie einen bestimmten Abstand von der mittleren Wand 23a einhält, so daß ein Diffusor 37 ge­ bildet wird. In dem Diffusor 37 sind Leitplatten 38 ra­ dial zwischen der mittleren Wand 23a und dem oberen Teil der inneren Wand 23b angeordnet.

Ein Ritzel 41a am unteren Ende der Welle des Steuermo­ tors 41, der auf der Platte 24 angebracht ist, steht mit einem Zahnkranz am äußeren Ring 39 in Eingriff. Wenn daher der Steuermotor 41 in Betrieb gesetzt wird, so daß er das Ritzel 41a in einer vorbestimmten Rich­ tung dreht, dann dreht sich das Gehäuse 23, das mit dem äußeren Ring 39, mit dessen Zahnkranz das Ritzel 41a in Eingriff steht, einteilig verbunden ist, um die Mitte­ lachse der Ausgangswelle 32. Dadurch kann die Drehwin­ kellage einer Auslaßöffnung 42, die noch beschrieben wird, um bis zu 360° frei geändert werden. Außerdem ist ein ringförmiger Vorsprung 25 auf der oberen Wand 23c des zylindrischen Gehäuses 23 ausgebildet. Der Vor­ sprung 25 ist gegen einen von der Platte 24 nach unten ragenden Führungsring 26, der den Vorsprung 25 konzen­ trisch umgibt, durch eine Dichtung 27 abgedichtet.

Ein kreisförmiger Öffnungsteil, der von der inneren Wand 23b unter den Flügeln 36 umgeben ist, dient als Wassereinlaß 43. Der Einlaß 43 erstreckt sich kontinu­ ierlich bis zum Diffusor 37 und steht mit der Druckkam­ mer 44, die zwischen der äußeren Wand 23d und der inne­ ren Wand 23b des Gehäuses 23 vorgesehen ist, in Verbin­ dung. Die Auslaßöffnung 42 (in Fig. 3, bei der es sich um eine mittlere Auslaßöffnung 45 handelt, die noch be­ schrieben wird) ist in einem Teil der Bodenwand ausge­ bildet, so daß ein Wasserstrahl aus der Druckkammer 44 aus der Auslaßöffnung 42 austritt. In der Auslaßöffnung 42 befindet sich eine Vielzahl gebogener Auslaßöff­ nungs-Leitflügel 42a, deren Neigungswinkel so gewählt ist, daß ein Wasserstrahl weitgehend horizontal oder parallel zum Boden 23e des Gehäuses 23 ausgestoßen wer­ den kann. Denn je größer die Komponente der austreten­ den Strömung in horizontaler Richtung ist; um so wirk­ samer und größer ist der durch den Wasserstrahl erzeug­ te Schub. Da sowohl der Einlaß 43 als auch die Auslaß­ öffnung 42 im Boden 23e des Gehäuses 23 ausgebildet sind, sind im Einlaß 43 eine Vielzahl von Ansaugleit­ flügeln 43a mit einem Neigungswinkel ausgebildet, der dem der Auslaßöffnungs-Leitflügel 42a entgegengesetzt ist, so daß ein aus der Auslaßöffnung 42 austretender Wasserstrom nicht sofort wieder in den Einlaß 43 ge­ saugt werden kann. Bei diesem Aufbau der vertikalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung WJ wird durch die Dre­ hung des Flügel- oder Schaufelrades 35, 36 Wasser über den Einlaß 43 angesaugt, wie es durch die Pfeile in Fig. 3 dargestellt ist, und über den Diffusor 37 in die Druckkammer 44 gedrückt. In der Druckkammer 44 wird der Druck in kinetische Energie umgeformt, wobei das Wasser über die Auslaßöffnung 42 ausgestoßen wird und dadurch den gewünschten Schub erzeugt.

Nach Fig. 4 umfassen die Auslaßöffnungen 42 eine mitt­ lere Auslaßöffnung 45 und seitliche Auslaßöffnungen 46 um die mittlere Öffnung 45 herum. Die mittlere Auslaß­ öffnung 45 hat eine rechteckige Form, die länger als der Durchmesser des kreisförmigen Einlasses 43 in tan­ gentialer Richtung des Einlasses 43 ist. Vorzugsweise erstreckt sich eine auf seiten des Einlasses 43 liegen­ de Rand- oder Endfläche 45a der mittleren Auslaßöffnung 45 senkrecht zu einer durch die Mitte des kreisförmigen Einlasses 43 verlaufenden Diametrallinie O. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß der Wasserstrom effizi­ ent zur Ausbildung des Schubs ausgenutzt werden kann, ohne daß ein Teil des Wasserstroms direkt nach unten verlorengeht. Die Endfläche kann konzentrisch zum Ein­ laß 43 ausgebildet sein, wie es durch die gestrichelte Linie 45B dargestellt ist. Auf diese Weise wird jedoch die Effizienz der Ausnutzung des Wasserstroms als Schub geringfügig verringert. Die seitlichen Auslaßöffnungen 46 haben die gleichen Abmessungen symmetrisch zur Dia­ metrallinie O. Sowohl in der mittleren Auslaßöffnung als auch in den seitlichen Auslaßöffnungen 46 sind Aus­ laßleitflügel 42a vorgesehen. Der Querschnitt der Leit­ flügel 42a ist in Fig. 5A dargestellt. Die Leitflügel 42a in der seitlichen Auslaßöffnung 46 sind entgegenge­ setzt zu den Leitflügeln 43a im Einlaß 43 geneigt, um zu verhindern, daß aus den Auslaßöffnungen 43 austre­ tende Wasserstrahlen unmittelbar wieder über den Einlaß 43 angesaugt werden.

Nach Fig. 5B können die Auslaßleitflügel in der mittle­ ren Auslaßöffnung 45 und in den seitlichen Auslaßöff­ nungen 46 als einstellbare Auslaßleitflügel 42b ausge­ bildet sein, so daß ihre Neigungswinkel einstellbar sind. Das heißt, die Leitflügel 42b sind um ihre Mitte drehbar gelagert, und eine Betätigungsstange 49, die mit einer Kolbenstange 48 eines Antriebszylinders 47 verbunden ist, ist mit dem oberen Ende der Leitflügel 42b über Kupplungsmittel 50 verbunden. Auf diese Weise kann der Neigungswinkel aller Leitflügel 42b gemeinsam durch Betätigung des Antriebszylinders 47 und entspre­ chendes Aus- oder Einfahren der Kolbenstange 48 nach Wunsch eingestellt werden.

Wenn der Neigungswinkel der Leitflügel in der mittleren Auslaßöffnung 45 einstellbar ist, lassen sich die Aus­ laßöffnungen so einstellen, daß sie an das Schaufelrad beziehungsweise dessen Flügel angepaßt sind, während eine Hauptantriebsmaschine, die an der Eingangswelle angekuppelt ist, mit konstanter Drehzahl läuft. Wenn der Neigungswinkel der Leitflügel in den seitlichen Auslaßöffnungen 46 einstellbar ist, kann das Gleichge­ wicht der Austrittsströmungsgeschwindigkeit zwischen den seitlichen (linken und rechten) Auslaßöffnungen so geändert werden, daß die Strömungskraft einem Ungleich­ gewichts-Drehmoment entgegenwirkt bzw. dieses aus­ gleicht. Dies ermöglicht es, die Leistung des Steuermo­ tors zu verringern.

Claims (11)

1. Vertikale Wasserstrahlantriebsvorrichtung (WJ) mit einem Gehäuse (10), das mittels eines Steuermotors (9) drehbar ist, bei der ein Wasserstrom vom Boden (10a) des Gehäuses (10) durch Drehung eines Flügel­ rads (6) über einen Diffusor (8) in eine Druckkam­ mer (17) des Gehäuses (10) gedrückt und als Wasser­ strom über Auslaßöffnungen (18) im Boden (10a) des Gehäuses (10) ausgestoßen wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein innerer Ring (5), der durch eine Seite eines Schiffskörpers (1) abgestützt ist und in den die Flügelradwelle (7) ragt, an einem oberen mittleren Teil des Gehäuses (10) vorgesehen und das Gehäuse (10) durch den inneren Ring (5) über ein Drehlager (14) abgestützt ist und der Diffusor (8) einteilig mit dem inneren Ring (5) ausgebildet oder starr an dem inneren Ring befestigt ist.

2. Wasserstrahlantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (5) zy­ lindrisch ist, mit einem Getriebekasten (3) verbun­ den ist und nach unten ragt und sein unterer End­ teil innerhalb des Gehäuses (10) liegt, und daß der Diffusor (8) am unteren Endteil des inneren Rings (5) angebracht ist.

3. Wasserstrahlantriebsvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flügelradwellendichtung (12) zwischen einem statio­ nären (drehfesten) Teil des Diffusors (8) oder dem Innenring (5) der rotierenden Flügelradwelle (7) angeordnet ist, so daß eine Schmierkammer (12b) ge­ genüber Seewasser abgedichtet ist.

4. Wasserstrahlantriebsvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine sich drehende Dichtung (15) zwischen einem statio­ nären Teil des Diffusors (8) oder dem Innenring (5) und dem sich drehenden Gehäuse (10) angeordnet ist, um eine Schmierkammer (12b) gegenüber Seewasser ab­ zudichten.

5. Wasserstrahlantriebsvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen dem Diffusor (8) und dem in den Diffusor (8) ragenden inneren Ring (5) eine abgeschrägte Berüh­ rungsfläche (19) ausgebildet ist, so daß der Diffu­ sor (8) und der innere Ring (5) durch eine Dreh­ kraft (Y), die durch die Reaktionskraft des dem Diffusor (8) zugeführten Wasserstroms bewirkt wird, gegeneinandergedrückt werden.

6. Vertikale Wasserstrahlantriebsvorrichtung (WJ) mit einem Gehäuse (23), das in einer horizontalen Ebene drehbar ist, einem in der Mitte des Bodens (23e) des Gehäuses (23) vorgesehenen Einlaß (43), einem über dem Einlaß (43) vorgesehenen Flügelrad (35, 36), einem mit dem Einlaß (43) in Verbindung ste­ henden Diffusor (38), einer mit dem Diffusor (38) in Verbindung stehenden Druckkammer (44) und Aus­ laßöffnungen (42, 45, 46), die mit der Druckkammer (44) in Verbindung stehen und im Boden (23e) des Gehäuses (23) ausgebildet sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Auslaßöffnungen (42, 45, 46) Auslaßleitflügel (42a; 42b) vorgesehen sind, die einen solchen Neigungswinkel haben, daß ein durch die Auslaßöffnungen ausgestoßener Wasserstrahl so parallel wie möglich zum Boden (23e) des Gehäuses (23) verläuft.

7. Wasserstrahlantriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Auslaßleitflügel (42a; 42b) so gewählt ist, daß der über die Auslaßöffnungen (42, 45, 46) ausgestoßene Wasserstrahl außerhalb des Gehäuses (23) vom Einlaß (43) weg gerichtet ist.

8. Wasserstrahlantriebsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Einlaß (43) Ansaugleitflügel (43a) angeordnet und unter einem Winkel geneigt sind, der zu dem der Auslaßleitflü­ gel (42a, 42b) entgegengesetzt ist, so daß das Was­ ser aus einer Richtung angesaugt wird, die frei vom ausgestoßenen Wasserstrahl ist.

9. Wasserstrahlantriebsvorrichtung nach einem der An­ sprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere Auslaßöffnung (45) symmetrisch zu einer Diametrallinie (O), die durch die Mitte des Einlas­ ses (43) verläuft, und/oder seitliche Auslaßöffnun­ gen (46), die symmetrisch zur Diametrallinie (O) angeordnet sind, als die Auslaßöffnung(en) vorgese­ hen ist bzw. sind und daß eine einlaßseitige End­ fläche (45a) der mittleren Auslaßöffnung (45) senk­ recht zur Diametrallinie (O) ausgebildet ist.

10. Wasserstrahlantriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Auslaßleitflügel (42b) der seitlichen Auslaßöffnun­ gen (46) einstellbar ist.

11. Wasserstrahlantriebsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Leitflügel (42b) der mittleren Auslaßöffnung (45) einstellbar ist.