DE29707028U1 - Schiffsantrieb mit einem Ruderpropeller - Google Patents

Description

Schiffsantrieb mit einem Ruderpropeller

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schiffsantrieb mit einer Antriebsmaschine und einem Ruder-Doppelpropeller, der von der Antriebsmaschine angetrieben wird.

Ein Schiffsantrieb dieser Art ist aus der DR 870 655 bekannt. Die Leistung der innerbords angeordneten Antriebsmaschine wird in eine vertikal angeordnete Antriebswelle eingeleitet, deren unteres Ende durch den Schiffsboden hindurch nach außenbords geführt ist, dort über Winkelgetriebe horizontal, angeordnete'Ausgangswellen antreibt, von denen jede an dem jeweiligen Winkelgetriebe abgekehrten Ende eine dem Vortrieb des Schiffes dienende Schiffsschraube trägt. Eine solche Anlage kann als Ruderpropeller ausgebildet sein, indem am oberen Ende der vertikal angeordneten Welle nicht nur die Antriebsleistung eingeleitet wird, sondern ein Stellmotor derart zur Wirkung gebracht werden kann, daß ein die Antriebswelle konzentrisch umgebendes Hüllrohr um die Längsachse der Antriebswelle um bis zu 360° bzw. rundum schwenkbar ist. Wird der Stellmotor zur Wirkung gebracht, so werden letztlich die Schiffsschrauben um die Längsachse der Antriebswelle geschwenkt, und es wird nicht nur die Leistung der Antriebsmaschine in Schubleistung umgesetzt, sondern es ist die Möglichkeit geboten, durch 360°-Schwenkung des Unterwasserteiles des Antriebssystems die Antriebsleistung auch für das Manövrieren des Schiffes einzusetzen. Bei der bekannten Vorrichtung ist jedem Propeller jeweils ein Winkelgetriebe und jeweils eine Ausgangswelle zugeordnet. Damit sind

beide Propeller unabhängig voneinander antreibbar. Jedoch steht der technische Aufwand dieses Antriebes nicht im Verhältnis zum Nutzen, der aus der getrennten Funktionsweise der beiden Propeller erzielbar ist.

Bei einer anderen vorbekannten Propelleranordnung zum Antrieb eines Schiffes sind am unteren Ende einer oder zweier vertikaler von einem Gehäuserohr umgebenden Antriebswelle bzw. Antriebswellen unter Zwischenschaltung eines Winkeltriebes zwei horizontale Propellerwellen angeordnet und den dem Winkeltrieb abgekehrten Enden der Propellerwellen ist je einer von zwei Propellern drehfest zugeordnet. Der Winkeltrieb ist derart ausgebildet, daß zwischen unterem Wellenende bzw. unteren vertikalen Wellenenden der vertikalen Welle bzw. der vertikalen Wellen und jeder der horizontalen Wellen ein "Winkelgetriebe des Winkeltriebes angeordnet ist. Die beiden Propellerwellen, die zugleich Getriebeausgangswellen sind, sind auf einer Seite dieses Antriebsgehäuses angeordnet oder auf jeder Seite des Antriebsgehäuses ist eine der Propellerwellen angeordnet und entsprechend aus dem Antriebsgehäuse herausgeführt. Sind beide Propellerwellen und demzufolge beide Propeller auf einer Seite des Antriebsgehäuses angeordnet, so umgibt die eine dieser Wellen die andere konzentrisch als Hohlwelle. Die beiden Propeller sind verschieden ausgelegt, insbesondere in der Weise, daß auf jeden Fall die Drehrichtung und die Propellerdurchmesser, wahrscheinlich aber auch die Flügelzahl, unterschiedlich sind (GB 2 190 344).

Schließlich befaßt sich ein weiterer Stand der Technik (DE 35 08 203) mit einer Ausgestaltung einer Leiteinrichtung für einen mit einem Propeller ausgestatteten Schiffsantrieb

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zur Steigerung der Schubkraft bzw. zur Reduktion des Treibstoffverbrauches und berührt deshalb die vorliegende Erfindung allenfalls in Merkmalen, die die vorliegende Erfindung in zweckmäßiger Weise ausgestalten.

Stand der Technik ist endlich auch noch ein Antrieb, bei dem ein Gehäuse außerhalb des anzutreibenden Schiffes im Wasser einen Elektrometer aufnimmt, der zumindest einen Propeller außerhalb des Gehäuses antreibt, wobei im Fall der Anwendung zweier Propeller diese gegenläufig drehen und der Antrieb nur mit erheblichem Bauaufwand zu realisieren ist (EP 0 590 867 Al).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schiffsantrieb der eingangs genannten Art zu entwickeln, der unter Einbringung eines hohen Wirkungsgrades fertigungstechnisch einfach aufgebaut ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Damit verwendet die Erfindung zunächst einmal einen Antrieb, bei dem zwei Propeller funktionsgleich sind, wie es auch bei dem weiteren Stand der Technik nach DE 44 40 738 Al der Fall ist. Während dort aber mit einem Winkelgetriebe und einem Antriebsstrang gearbeitet wird und damit ein gegenüber dem weiter zurückliegenden Stand der Technik wesentlich einfacherer und weniger anfälliger Antrieb geschaffen ist, mit dem zudem das Bauvolumen deutlich reduziert wird, wird bei der vorliegenden Erfindung noch einmal eine deutliche Verringerung des Bauaufwandes dadurch erzielt, daß in dem Unterwassergehäuse ein Elektromotor vorgesehen ist, dessen Antriebswelle aus beiden Motorseiten herausgeführt ist und an jedem

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Ende einen der beiden gleichlaufenden Propeller trägt. Es wird damit bei einem Schiffsantrieb gemäß der vorliegenden Erfindung ein Winkelgetriebe überhaupt eingespart und durch die Gleichläufigkeit der Propeller in Verbindung mit der Leiteinrichtung werden der Nachdrall des vorderen Propellers und der Vordrall des hinteren Propellers beeinflußt. Ein solches Konzept ergibt also einen sehr leistungsfähigen Antrieb mit sehr geringem Bauaufwand.

Auch bei diesem erfindungsgemäßen Antrieb werden mit der Leiteinrichtung durch Kavitation hervorgerufene Energieverluste weitgehend vermieden, indem die Leiteinrichtung den vom vorderen Propeller erzeugten Nachdrall richtet und dabei verlorengegangene Energie zurückgewinnt.

Eine Leiteinrichtung zwischen zwei Propellern ist zwar aus der DE 293 611 bekannt, auch handelt es sich um eine Propelleranordnung mit horizontaler Antriebswelle, über die Art des Antriebes der Welle ist aber nichts offenbart. Bei der Erfindung nimmt das Gehäuse den Elektromotor auf und bildet mit der Leiteinrichtung eine feste Einheit, sodaß der Zwischenbereich zwischen den beiden Propellern strömungstechnisch optimal für eine wirkungsvolle Leiteinrichtung genutzt wird.

Die Leitschaufeln des Leitapparates haben vorzugsweise gekrümmte Tragflächenprofile, wobei es sich strömungstechnisch als sehr günstig erweist, wenn die Krümmung in einer Vordrall- und einer Nachdrallkrümmung besteht. Damit kann der Nachdrall des Vorderpropellers wirkungsvoll gerichtet werden und durch die bei der Leitschaufelumströmung erzeugte Vortriebskraft die beim Nachdrall der Vorderpropeller verlorene Energie wieder zurückgewonnen werden.

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Um die Wirkung der Leitschaufeln möglichst auszuschöpfen, wird die Längserstreckung der Leitschaufeln weitgehend dem Radius des Spitzenkreises der Propeller gleichgesetzt.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung näher beschrieben. Die Zeichnung stellt einen erfindungsgemäßen Antrieb als Mittellängsschnitt dar.

Der Antrieb besteht im wesentlichen aus einem Elektromotor 1 in einem Gehäuse 2 außerhalb, insbesondere unterhalb des Schiffsrumpfes und zwei Propellern, 3,4, die von dem Elektromotor 1 angetrieben werden. Die beiden Propeller werden in der Regel baulich unterschiedlich sein, obwohl sie Spitzenkreise 5 mit gleichem Durchmesser haben sowie eine ähnliche Flügelgeometrie haben können. Sie haben gleiche Drehrichtung und gleiche Drehzahl und werden zum Beispiel gemäß dem Pfeil A in gleicher Richtung angeströmt.

Der Elektromotor 1 ist in dem Unterwassergehäuse 2 wasserdicht angeordnet. Aus ihm ist beidseitig die Abtriebswelle herausgeführt und seitlich vom Motor in je einen von zwei Lagern 8,9 des Gehäuses 2 drehbar in diesem gelagert. Der Dichtung dienen Dichtungen 10,11 seitlich der Lager 8,9 zwischen Welle 7 und stirnseitigen Gehäusewänden 2a,2b in Verbindung mit der Ausbildung der Stirnflächen als Teile von Labyrinthdichtungen. Außerhalb des Gehäuses 2 sind an die Welle 7 Wellenstummel 12,13 angeflanscht, von denen je einer einen der beiden Propeller 3,4 drehfest trägt. Stirnseitig schließen an das Gehäuse 2 Nabenkappen 14,15 an, wobei eine stetige strömungsgünstige Außenkontur mit

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Kopf 14 im Bereich des vorderen Propellers 3, Mittelteil in der Form des Gehäuses 2 und Endteil 15 im Bereich des hinteren Propellers 4 gebildet wird. Die dem Gehäuse 2 zugekehrten Stirnwände 14a,15a der Nabenkappen 14,15 sind zweite Teile der Labyrinthdichtungen 16,17, deren erste Teile die schon erwähnten Stirnflächen 2a,2b sind. Das Gehäuse 2 ist am Schiffsrumpf mit einem Fuß 18 gehalten, der hohl ausgebildet ist, dessen Außenkontur Teil des Leitapparates 19 zwischen den Propellern 3,4 ist, der weitere, dem Gehäuse 2 zugeordnete Schaufeln aufweist, von denen eine dem Fuß 18 diametral gegenüberliegende Schaufel mit 20 bezeichnet ist. Insgesamt sind die Schaufeln des Leitapparates 19 gleichmäßig um die Längsachse der Welle 7 verteilt fest dem Gehäuse 2 zugeordnet.

Insgesamt sind die Propeller 3,4 so ausgebildet, daß das Ausgangsarbeitsniveau des zweiten Propellers 4 etwa das Endarbeitsniveau des ersten Propellers 3 ist und in Verbindung mit dem Leitapparat 19 der Ausgangsdrall des ersten Propellers 3 ebenso wie der Eingangsdrall des zweiten Propellers 4 zweckgerichtet so beeinflußt werden, daß allenfalls geringe Energieverluste beim übergang der Flüssigkeit vom ersten zum zweiten Propeller eintreten.

Die Energiezufuhr zum Elektromotor erfolgt durch Leitungen 21, die im Fuß 18 und im Gehäuse 2 an den Motor herangeführt sind, weshalb die Innenräume des Fußes 18 und des Gehäuses 2 miteinander in Verbindung stehen.

Um den Antrieb nicht nur zur Erzeugung eines Schubes in Schiffslängsrichtung (Längsachse der Antriebswelle), sondern auch zum Steuern des Schiffes einsetzen zu können, ist der

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gesamte Antrieb durch entsprechende Zuordnung zum Schiff und einen angemessenen Schwenkmechanismus an sich bekannter Art um die vertikale Längsachse 22 in der Mitte zwischen den beiden Propellern verschwenkbar, gegebenenfalls um 360° rundum schwenkbar; wobei die Achse 22 senkrecht zur Drehachse der Wellenlängsachse 23 gerichtet ist.

Der Motor 1 ist als ein Permanent-Synchron-Motor ausgeführt und ist damit eine Elektro-Maschine mit sehr hoher Leistungsdichte. Durch die Technologie eines solchen Motors ist es möglich, das Gehäuse 2 zwischen den beiden Propellern hydrodynamisch so auszugestalten, daß ein sehr hoher Wirkungsgrad erzielt wird.

Bei dieser Technologie ist es möglich, daß der Fuß 18 als ein Schaft ausgebildet werden kann, daß auch er eine optimale hydrodynamische Gestaltung hat.

Der Schaft 18 ist in seinem unteren, dem Gehäuse 2 nahen Bereich, so ausgebildet, daß er zusammen mit einer zweiten, diametral gegenüberliegenden Leitflosse 20 ein Leitflossenpaar und damit einen Leitapparat bildet, sodaß eine optimale Zuströmung des Wassers zu dem in der Anströmrichtung A gesehen zweiten Propeller 4 möglich ist. Die Leitflossen enden in den durchmessergleichen Spitzenkreisen 5 der beiden Propeller 3, 4.

Durch die Kombination des Permanent-Synchron-Motors mit hoher Leistungsdichte auf einem kleinen Durchmesser mit der optimalen Leiteinrichtung (Leitflossenpaar bzw. Leitapparat 20) sowie den beiden Propellern 3,4 wird eine Antriebsanlage erreicht, die sich durch eine extreme Wirkungs-

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verbesserung sowohl elektrisch als auch hydrodynamisch auszeichnet.

Die Ausbildung des Motors 1 als Permanent-Synchron-Motor macht gegenüber anderen an sich bekannten Motoren eine Verringerung des Durchmessers des Gehäuses 2 um bis zu 20% möglich. Die Vorteile liegen auf der Hand, es sollen nur geringere Massen und günstigere Strömungsverhältnisse bzw. geringerer Strömungswiderstand genannt werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung betrifft die Rotorlagerung des Permanentmotors, die auch die Propellerwellenlagerung beinhaltet. Um die Verlagerungen und Verformungen sowie die dynamischen Belastungen aus den Propellern zu reduzieren bzw. zu eliminieren, erfolgt die Verbindung von Rotor, also der Antriebswelle 7, zu den Propellerwellen 12,13 über Membrankupplungen 23,24. Dadurch ist ein minimaler Luftspalt zwischen Stator und Rotor möglich, was eine erhebliche, zusätzliche Wirkungsgradverbesserung bedeutet.

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Claims (4)

Schutzansprüche

1. Schiffsantrieb mit einer Antriebsmaschine und einem von dieser angetriebenen Ruder-Doppelpropeller, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung eines Propellers (3,4) an den Enden einer Welle (7) und einer Leiteinrichtung (19) zwischen den gleichrotierenden Propellern (3,4) die horizontal liegende Welle die Abtriebswelle eines Elektromotors (1) ist, der unter Wasser in einem Gehäuse (2) außerhalb des Schiffes angeordnet ist, aus dem die Welle (7) mit beiden Enden herausgeführt ist, um an den Enden außerhalb des Gehäuses die gleichrotierenden, insbesondere gleichlaufenden Propeller (3,4) zu tragen.

2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung jedes Propellers (3,4) auf der Welle (7) von jeweils einer Nabe (14,15) umschlossen ist und die Außenkontur von Gehäuse (2) und Naben (14,15) ein strömungsgünstig ausgebildetes Strömungsprofil ergeben, dessen Nase (14) den Propeller (3) in diesem Bereich als den in Anströmrichtung (A) vorderen Propeller ausweist, während der Schwanz (15) des Strömungsprofils den Propeller (4) in diesem Bereich als den in Anströmrichtung hinteren Propeller ausweist.

3. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (1) ein Permanent-Synchron-Motor ist.

4. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Propeller (3,4) drehfest auf einer Propellerwelle (12,13) gelagert ist

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und daß jede dieser Propellerwellen mit der Motorwelle (7) über eine Membrankupplung (23,24) verbunden ist.

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