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DE20121431U1 - Propeller mit reduzierter Geräuschabstrahlung - Google Patents

Propeller mit reduzierter Geräuschabstrahlung

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Publication number
DE20121431U1
DE20121431U1 DE20121431U DE20121431U DE20121431U1 DE 20121431 U1 DE20121431 U1 DE 20121431U1 DE 20121431 U DE20121431 U DE 20121431U DE 20121431 U DE20121431 U DE 20121431U DE 20121431 U1 DE20121431 U1 DE 20121431U1
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DE
Germany
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propeller
damping
blades
blade
coating
Prior art date
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DE20121431U
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English (en)
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ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
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Howaldtswerke Deutsche Werft GmbH
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Publication date
Application filed by Howaldtswerke Deutsche Werft GmbH filed Critical Howaldtswerke Deutsche Werft GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/147Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00Propulsive elements directly acting on water
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    • B63H1/12Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14Propellers
    • B63H1/26Blades
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/16Blades
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/96Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

•(JatentafiWalte. &Ggr;
Eifert, Bressel und kotlegen
European Patent Attorneys ■ European Trade Mark Attorneys
, Pie Eifert, Bressel und Kollegen ■ Radiclestraße 43■ 12*39 Berlin . Dipl.-Ing. Udo Eifert Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Burkhard Bressel Dipl.-Ing. Volker Zucker Dipl.-Ing. Günter Köckeritz
Radickestr. 48
12489 Bertin-Adleishof
Deutschland
Telefon ++49(0)30 - 670 00 60 Telefax ++49(0)30 - 670 00 670
Internet; www.patentberlin.de e-mail: office@patentberlin.de
VAT-Nr.: DE 138 714 760
Howaldtswerke-Deutsche Werft AG Werftstrasse 112-114 24143 Kiel
17. Juni 2002
KT/pa
GM05.287.9DE
Propeller mit reduzierter Geräuschabstrahlung
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2688GM
Propeller mit reduzierter Geräuschabstrahlung Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Propeller mit reduzierter Geräuschabstrahlung und Schwingung, insbesondere einen Propeller für ein Unter- oder Überwasserfahrzeug.
Es ist bekannt, dass durch Einbringung künstlicher Dämpfung das ' Eigenschwingungsverhalten von Propellern bzw. Rotorblättern (z.B. von Schiffsschrauben, Luftschrauben, Windmühlenflügeln, Rotorblättern usw.) so beeinflußt werden kann, dass die Geräuschabstrahlung stark reduziert wird. Unerwünschte Effekte aus Propellerblattschwingungen sind besonders in der Schiffahrt bekannt und dort besonders bei Militärfahrzeugen. Kritisch ist dort, dass wegen der sehr geringen Materialdämpfung die Gesamtdämpfung nur durch das umgebende Wasser bestimmt wird. Diese reicht meist nicht aus, um unerwünschte Resonanzen zu unterdrücken. Als Gegenmittel wird gelegentlich versucht durch besondere Wahl eines hochdämpfenden Materials, z.B. einer stark manganhaltigen Bronze bekannt unter dem Namen „Sonoston" - eine Reduzierung zu erreichen. Nach der US-PS 6,059,533 können auch sogenannte Schwingungstilger eingesetzt werden, die auf die Eigenfrequenzen der Propeller abgestimmt sind.
Üblich ist auch die in der EP 0375 296 A1 beschriebene Bearbeitung der austretenden Kante zu Erreichung spezieller Profilformen. Es gibt jedoch keine sichere Vorgehensweise für ein garantiertes Ergebnis. Die Maßnahme wird nach dem Prinzip „Versuch und Irrtum" angewandt. Die Zielrichtung dieser Maßnahme ist auch eher das „Propellersingen", während die tiefsten Schwingungsfrequenzen unberücksichtigt bleiben.
2688GM
In der RU 2130403 C1 wird eine Maßnahme speziell an der austretenden Kante von Propellerblättern zur Unterdrückung des Propellersingens beschrieben.
Keine der oben beschriebenen Maßnahmen hat bislang zu einer zuverlässigen Reduzierung oder gar Beseitigung der Schwingungsproblematik und damit der Geräuschabstrahlung geführt. Grund dafür ist, dass keine Maßnahme im erforderlichem Maße Dämpfung in das schwingende System einbringt, die die Dämpfung aus dem mitschwingenden Medium überschreitet.
' Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Propeller zu entwickeln, welcher die aus dem genannten Standes Technik bekannten Lösungen verbessert und damit die Geräuschabstrahlung von Propeller- bzw. Rotorblättern reduziert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in zugehörigen Unteransprüchen enthalten.
Demnach beinhaltet die Erfindung einen Propeller, der aus Nabe und Propellerflügeln besteht, wobei mindestens ein Propellerflügel mit einer Dämpfungsschicht aus einem dämpfenden Material oder einer dämpfenden Struktur versehen ist, wobei die Dämpfungsschicht auf der Oberfläche des Propellerflügels aufgebracht ist und/oder in die Propellerflügelstruktur integriert ist. Dabei wird Material mit hoher Eigendämpfung in den Propeller, der sonst aus niedrig bedämpften Material besteht, integriert oder aufgebracht. Damit wird die Dämpfung in ausreichendem Maße erhöht, so dass eine wirksame Pegelreduzierung oder gar eine Beseitigung der Resonanzen sichergestellt werden kann. Besondere Wirksamkeit tritt bei Flügeln aus Elastomer- oder Verbundwerkstoffen ein. Maßnahmen auf Basis der vorliegenden Erfindung sind auch bei existierenden Propellern möglich. Die Anordnungsmöglichkeiten des Materials werden dabei so genutzt, dass
damit das Verformungsverhalten der Propellerblätter in Richtung Erregungsreduzierung beeinflusst wird.
Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung ist die Oberfläche des Propellerflügels mit der Dämpfungsschicht aus einem viskoelastischen Material einseitig beschichtet. Es ist auch möglich die einseitige Beschichtung des Propellerflügels mit einem viskoelastischen Belag mit Deckplatte vorzunehmen, wobei es sich hier um ein spezielles an die Deckplatte gebundenes Material handelt.
Nach einem weiteren Merkmal ist eine Beschichtung durch aufklebbare Platten vorgesehen.
Die Beschichtung ist dabei in Form eines
2 -Komponentenmaterials auf der Basis von Polyurethan aufgespachtelt. Nach einem bevorzugten weiteren Merkmal ist die Dämpfungsschicht aus dem dämpfenden Material bzw. der Struktur im Grundmaterial des Propellerflügels angeordnet.
Damit lassen sich wesentlich höhere Dämpfungen erzielen, allerdings ist die Gestaltung des Propellerblattes damit schwieriger. Dies rührt daher, daß das Material in Zonen großer Schubverformung eingebracht werden muß, wo es andererseits unerwünschte Wirkungen auf Verformung unter Last (und damit das hydro/aerodynamische Verhalten) und Festigkeit haben kann. Die günstigste Gestaltung unter Berücksichtigung aller Anforderungen ist mit dem Einsatz von Faserverbundwerkstoffen für die Propellerblätter möglich. Damit lässt sich die hohe Dämpfung auch in Kombination mit gezielten anregungsreduzierenden Maßnahmen einsetzen.
Die Erfindung umfasst also einen Propeller bestehend aus Nabe und Propellerflügeln, insbesondere für Schiffsschrauben, Luftschrauben, Windmühlen und Rotoren, wobei die Propellerflügel mit einer Dämpfungsschicht aus einem dämpfenden Material oder einer dämpfenden Struktur versehen sind, wobei die Dämpfungsschicht auf der Oberfläche der
Propellerflügel und/oder in der Propellerflügelstruktur angeordnet ist. Das dämpfende Material nimmt dabei Verformungsenergie in Form von Zug/Druck- oder Schubverformungen auf und vernichtet diese durch Dämpfung.
5
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
In den Zeichnungen zeigen
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Figur 1a: radialer Querschnitt durch einen Propeller mit einseitiger Beschichtung,
Figur 1 b: Aufsicht auf die Ausführung nach Figur 1 a, Figur 2a: radialer Querschnitt durch einen Propeller mit einseitiger Beschichtung und Deckplatte, Figur 2b: Aufsicht auf die Ausführung nach Figur 2a, Figur 2c: Detail „Y" aus Figur 2a,
Figur 3a: radialer Querschnitt durch einen Propeller mit integrierter Dämpfungsstruktur,
Figur 3b: Aufsicht auf die Ausführung nach Figur 3a, Figur 3c: Detail „X" aus Figur 3a.
Der Propeller besteht aus der Nabe 1 und den Flügeln 2, von denen nur einer gezeigt wird. Die Flügelform ergibt sich aus den Erfordernissen des Antriebs und der Aero/Hydrodynamik und Festigkeitsgrenzen.
Die einfachste Ausführung der Erfindung besteht in der einseitigen Beschichtung 4, z.B. im Wurzelbereich gemäß den Figuren 1a und 1b. Der einseitige Belag wird aufgespachtelt und klebt selbständig am Grundmaterial. Alternativ kann eine fertige Platte bestehend aus dem Dämmmaterial auf die zu dämpfende Struktur aufgebracht werden.
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Die damit erzielbaren Dämpfungswerte sind zumindest bei Schiffspropellern aus Metall klein, weil die erforderliche Schichtdicke ähnlich wie die lokale Blattdicke sein müßte, was in der Regel hydrodynamisch nicht verträglich wäre.
5
Eine deutliche Steigerung lässt sich erzielen durch die Ausführung der Erfindung gemäß den den Figur 2a, 2b und 2c mit dem Prinzip „eingezwängter Belag" mit einer dünnen Dämpfungsschicht mit Deckplatte ' (5). Letztere würde nicht zur Steifigkeit und Festigkeit des Blattes beitragen und muss nicht unbedingt aus dem Grundmaterial (3) des Blattes bestehen, sondern kann aus einem steiferen Werkstoff bestehen. Der Belag wird ebenfalls aufgespachtelt und klebt selbständig am Grundmaterial. Alternativ kann eine fertige Platte oder Folie aus dem Dämmmaterial auf die zu dämpfende Struktur aufgebracht werden. Bei beiden Alternativen wird zusätzlich eine Deckplatte aufgeklebt.
Die integrierte Ausführung ist in den Figur 3a,3b und 3c dargestellt. Hier bestehen die Strukturen um die Dämpfungsschicht (4) herum aus dem Grundmaterial (3) des Propellerblattes. Die gezeigte Anordnung ist besonders wirksam gegen Torsionsschwingungen.
In einer komplexen Berechnung unter Zuhilfenahme der Methode der Finiten Elemente wird die Struktur mit einem möglichen Dämpfungssystemaufbau berechnet und hinsichtlich Festigkeit, Steifigkeit und Dämpfung optimiert. Bei einem Metallpropeller wird die viskoelastische Schicht in Schlitze in der Flügelstruktur nachträglich eingebracht, oder die Grundform des Propellers ist so gewählt, dass erst das nachträgliche Aufbringen von Strukturteilen, die dann ganz oder teilweise von der Grundstruktur über eine Dämpfungsschicht entkoppelt sind, die endgültige hydrodynamische Form herstellt. Bei einem Faserverbundpropeller kann die Dämpfungsstruktur wie beim Metallpropeller eingebracht werden, oder bei der Herstellung des Propellers in die Blätter gemäß Berechnung einlaminiert werden.

Claims (6)

1. Propeller bestehend aus Nabe (1) und Propellerflügeln (2), insbesondere für Schiffsschrauben, Luftschrauben, Windmühlen und Rotoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerflügel (2) mit einer Dämpfungsschicht (4) aus einem dämpfenden Material oder einer dämpfenden Struktur versehen sind, wobei die Dämpfungsschicht (4) auf der Oberfläche der Propellerflügel (2) und/oder in der Propellerilügelstruktur angeordnet ist.
2. Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Propellerflügels (2) einseitig mit einer Dämpfungsschicht (4) aus einem dämpfenden Material bzw. Struktur versehen ist.
3. Propeller nach den Ansprüchen 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einseitige Beschichtung (4) des Propellerflügels (2) aus einem viskoelastischen Belag mit Deckplatte besteht.
4. Propeller nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) aus aufgeklebten Platten oder Folien besteht.
5. Propeller nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) aus einem 2-Komponentenmaterial auf der Basis von Polyurethan besteht.
6. Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (4) aus dem dämpfenden Material bzw. der Struktur im Grundmaterial (3) des Propellerflügels (2) angeordnet ist.
DE20121431U 2001-02-02 2001-02-02 Propeller mit reduzierter Geräuschabstrahlung Expired - Lifetime DE20121431U1 (de)

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