DE3312063A1

DE3312063A1 - Schiffsintegrierter motorpropeller

Info

Publication number: DE3312063A1
Application number: DE19833312063
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 2358 Kaltenkirchen Billerbeck; Wolfgang Dr.-Ing. 2000 Hamburg Hars; Klaus Dr.-Ing. 2000 Hamburg Kranert
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1983-04-02
Filing date: 1983-04-02
Publication date: 1984-10-04
Also published as: NO156891B; KR840008629A; NO841293L; FI841303A0; EP0124720A1; FI76748C; FI841303L; NO156891C; DE3460374D1; JPS59223598A; FI76748B; EP0124720B1

Description

Licentia Patent-Vertjaltungs-GmbH PTL-HH/Sa/mar

Theodor-Stern-Kai 1 HH 83/02

D-6000 Frankfurt 70

"Schiffsintegrierter Motarprapeller"

Die Erfindung betrifft einen elektrisch angetriebenen Propeller für Wasserfahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.

Ea sind Motorpropeller bekannt, bei denen der Propeller in einer Düse läuft, die um den Umfang verteilt die Statoruicklung aufnimmt. Die Flügelenden des Propellers sind über eine Gurtung miteinander verbunden. In die Gurtung sind, ebenfalls über den Umfang verteilt, Permanentmagnete zur Erregung des Motors eingesetzt. Ein derartiger Motorpropeller ist in der DE-Anmeldung P 32 46 730.3 beschrieben und bringt eine wesentliche Idirkungsgradverbesserung gegenüber Antrieben mit sich, die von der Propellernabe angetrieben werden (vergl. DE-PS GBB 11*»).

Es ist weiterhin bekannt, daß eine V/p.rminderung der Drehzahl eines Propellers auf beispielsweise 5B U/min bei einer Durchmesservergrößerung auf 9 m zu einer Uirkungsgradverbesserung

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ναη ca. 15 % führt (vergl. STG-Jahrbuch 1980, Seiten 130 ff). Wegen des bei Schiffen herkömmlicher Bauart gegebenen Konstruktianstiefganges ist eine Vergrößerung des Propellerdurchmessers auf optimale Werte meistens nicht möglich. Insbesondere sind dann Brenzenzu beachten, uienn das Schiff bestimmte Fahrtrouten mit vorgegebenen üJassertiefen befährt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist daher darin zu sehen, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit der ein optimaler Prapulsionsgütegrad bei maximalen Propellerabmessungen erreicht uird.

Diese Aufgabe uiird erfindungsgemäß durch die im Hennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. 15

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Anordnung nach der Erfindung bringt wesentliche V/orteile mit sich. Wird die Statoruicklung in das an den Motorpropeller angepaßte Hinterschiff gelegt, so ist eine maximale Durchmesserausnutzung des Propellers gegeben. Eine uieitere Verbesserung der Effektivität kann erreicht werden, uienn die Schiffsaußenhaut, die bei einem Zuei-Schraubenschiff den Prapellermotor mehr als 50 % umgibt, zu einem Tunnel ausgebildet lüird. Dieser Teiltunnel kann durch einen Düsenring geschlossen uierden. Durch Wegfall der Wellenhase und der üJellenleitung und entsprechende Ausgestaltung des Hinterschiffes uird eine gleichmässige Anströmung erzielt. Dadurch idird der Gesamtpropulsionsgutegrad gesteigert.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Hecks eines

Zuciach raubenschiffes,
Fig. 2 Ansicht der in das Heck integrierten Doppelschrauben,

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Fig. 3 Heckansicht bei einem Einschraubenschiff, Fig. k Seitenansicht des Motarpropellers als Radialfeld-Maschine
Fig. 5 Rotor- und Statorausführungen

G5 Fig. 6 Seitenansicht des Propellers als Achsialfeld-Maschine

mit Doppelrotor
Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung des Doppelratars aus

Fig. S und
Fig. Β eine Variante für einen Radialfeld-Doppelrotor.

Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daB die beiden Propeller 1 und 2 so in das Hinterschiff 3 eingesetzt sind, daß sie in einer tunnelartigen Ausnehmung k laufen. Die besondere Ausbildung des Hinterschiffes 3 in der Form eines flassenartigen Fortsatzes 5 des Kieles führt zu einer mehr als 50 % Eintunnelung der Propeller 1, 2. Zur vollständigen Umfassung der Propeller kann ein ,Teildüsenring 6 an die Teiltunnel eingefügt werden. Diese konstruktiv einfachere Form des Hinterschiffes 3 führt zu einer vergleichmMßigten Anströmung der Propeller 1, 2 und kann im günstigen Fall zu einer ca. 20 % Steigerung des Gesamtpropulsionsgütegrades führen.

Aus Fig. 2 ist nach deutlicher zu erkennen, daß die Propeller 1, 2 in das Hinterschiff 3 integriert sind. Die tunnelfSrmigen Ausnehmungen k werden durch die Düsenringe 6 ergänzt, so daß die Statoruicklungen gleichmäßig über den Umfang der Propeller verteilt werden können. Angedeutet sind die zur Halterung der Propellerwellen 7 dienenden Uellenböcke 8, die mit der Schiffshaut fest verbunden sind. Durch diese Ausbildung des Hinter- schiffes wird selbst bei optimalen Propellerdurchmessern der Honstruktionstiefgang des Schiffes nicht überschritten.

Die Fig. 3 und h zeigen das Heck eines Einschraubenschiffes. Der Propeller 10 läuft konstruktionsbedingt nur zu etwa 1/3 seines Umfangs in einem in das Hinterschiff 11 integrierten Tunnel 12, während ca. 2/3 von einem Düsenring 13 gebildet werden.

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Die Lagerung der Propellerwelle 1 ί* und die Aufnahme der Schubkräfte kann im feststehenden Teil 15 eines Halbschuieberuders 16 erfolgen, alternativ auch in einem Steg zur Ruderhacke 17. Radialkräfte können durch Gelenkarme 18 aufgenommen werden.

Die Statoruicklung 19 ist, wie in Fig. h angedeutet, über den Tunnel 12 und den Düsenring 13 verteilt angeordnet. Die Erregung des Motors wird durch Permanentmagnete 20 erzeugt, die ebenfalls über den Umfang des Propellers in einer Gurtung 21 verteilt sind. Die Statoruicklung 19 wird zuieckmässig von einem separaten Generator gespeist und mit einer Spannung entsprechend der Bardnetzspannung ausgelegt. Dadurch ist bei Ausfall der Hauptmaschine ein take-home-Betrieb über die Bardnetzgeneratoren und Umrichter möglich.

Um den Uprteil einer uirbelstromfreien Ablösung des Propellerstrahles hinter dem Propeller-Düsenring 22 zu erhalten, wie Fig. 5a und 5b zeigen, uiird die Schiffsaußenhaut örtlich hinter der Statorwicklung 23, aber vor dem Ende der stromlinienförmig ausgebildeten Propellergurtung 22 enden (Fig.5a).

Die Schiffsaußenhaut kann als Abrißkante oder Ablaufuiulst 2k, auch abnehmbar, gestaltet sein (Fig. 5b). Anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung wird diese Ausführung näher behandelt.

In Fig. 6 ist eine Variante gezeigt, bei der die Flügelenden des Propellers 25 mit einer Ringscheibe 26 verbunden sind. In die einander gegenüberliegenden Ringflächen sind Permanentmagnete 27, 28 über den Umfang verteilt eingelassen. Die Ringscheibe 26 läuft in einer Ringnut 29 des Teiltunnels und des Düsenringes, die entsprechend stärker in der Wandung ausgeführt sind. Der Rotor ist hier nach Art eines Achsialfeld-Doppelrotors ausgeführt. Zu beiden Seiten der Ringnut 29 sind die Statormicklungen 30, 31 angeordnet.

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Die Propellerwelle 32 ist sowohl am festen Teil 33 deg
Ruders als auch mittels Gelenkarmen ~bh an der Schiffsaußenhaut gelagert, um die Schub- und Querkräfte aufzunehmen. Der Spalt zwischen Ringscheibe 26 und Ringnut 29 ist geflutet und am Eingang mit einer Grabdichtung 35 versehen, um Fremdkörper fernzuhalten.

Aus Fig. 7, die den in Fig. 6 kreisförmig umrandeten Teil
vergrößert darstellt, geht hervor, daO die hintere Stator-

1D wicklung 31 in einem Ringwulst 36 angeordnet ist, der zur

Herabsetzung des üJasserwiderstandes am Ende 37 stromlinienförmig ausläuft. Um die Wartung und Reparatur des Propellers zu erleichtern, ist der Ringwulst· 36 nach achtern abnehmbar. Die Trennfuge kann dabei in der Mitte des Stegringes 38

verlaufen. In den Stegring können zur Uasserseite periphere Öffnungen 39 vorgesehen sein, um eine Spülung des gefluteten Ringspaltes sowie eine Kühlung des Motors zu gewährleisten.

Schließlich sind in einer weiteren Variante gemäß Fig. 8
Ringscheibe und Ringnut nach Fig. 6 durch zur Propellerachse parallele Ansätze L-förmig ausgebildet, wobei die elektrisch wirksamen Komponenten in die horizontalen Teile gelegt sind. Mit den Flügelenden des Propellers *tO ist wiederum eine Ringscheibe *λΛ verbunden, die allerdings einen horizontalen, zur Propellerachse parallelen Ansatz kZ erhält. Dieser weist
auf einander gegenüberliegenden Flächen und verteilt über
den Umfang Permanentmagnete <+3, kk auf. Die den L-förmigen
Rator, der hier als Radialfeld-Dappelrotor wirkt, aufnehmende Ringnut k5 im Teiltunnel des Hinterschiffes und im Düsenring weist in den den Rotarmagneten gegenüberliegenden Flächen Statorwicklungen k6, kl auf.

Die Flügelenden können dicht an die Innenwand des Tunnels
bzw. Düsenringes herangeführt werden. Die den radialen Teil if 1 des Rotors aufnehmende Ringnut kann dagegen relativ breit

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ausgeführt werden und erhält am Eingang wiederum eine Grab dichtung UB.

Die Statorwicklungen kB, kl sind in einem mit dem Hinterschiff beispielsweise über Schraubenbolzen h9 verbundenen Ringwulst 50 gelegt. Dadurch wird Wartung und Reparatur des Propellers kO erleichtert. Auch hier können Öffnungen 51 zur üJasserseite im Ringujulst vorgesehen werden.

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Claims

Licentia Patent-Uerualtunga-GmbH PTL-HH/Sa/mar

Theodor-Stern-Kai 1 HH 83/02

D-6000 Frankfurt 70

PATENTANSPRÜCHE

Elektrisch angetriebener Propeller für Wasserfahrzeuge

mit Permanenterregung in einer die Propellerflügelenden verbindenden Gurtung und einer artsfest angebrachten Statoruicklung, bei dem der Ringapalt zwischen. Stator und Rotor geflutet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller (1, 10' zumindest teilujeise in einem in das Schiffsheck integrierten Tunnel O, 12) angeordnet ist, der durch einen Düsenring (6, 1j um den restlichen Umfang des Propellers geschlossen ist, wobei zur Lagerung der Propellerwelle (7, 1Ό UJellenböcke (Θ, 18) zur Schiffsaußenhaut und zur Ruderhacke (17) und/oder eine lilellenaufnähme im feststehenden Teil (15) des Ruderblattes (16) dienen.
2. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB bei Einsatz einer Radialfeldmaschine Ständerujicklung und die Permanentmagnete in der Propellergurtung in der Tunnel- und Düsenringmandung versenkt sind.

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3. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenring (6, 13) als Teilkortdüse ausgebildet ist.
k. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da8 das achterliche Ende von Tunnel (k, 12) und Düsenring (6, 13) vor der achterlichen Kante der Rotorgurtung (22) endet und als Abreißkante oder üJulst CZk) ausgebildet ist.
5. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorgurtung stromlinienförmig ausgebildet ist.
6. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenuiandung von Tunnel und Düsenring eine radiale Ringnut (29) aufweist, in deren seitliche Begrenzungsflächen die Statoruicklungen (30, 31) eingesetzt sind, und daß der mit den Flügelenden verbundene Rotor als radiale Ringscheibe (26) in die Ringnut eingreift und mit den Statoruicklungen gegenüberliegenden Erregermagneten (27, 28) versehen ist.
7. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ringnut (29) und Ringscheibe (26) eine Grabdichtung (35) angeordnet ist.
8. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (^5) in der Tunnel- und Düsenringuandung und die mit ihr zusammenwirkende Ringscheibe (M) durch einen achsialen Ansatz QkZ) L-förmig ausgebildet sind, wobei Statoruicklungen (^6, kl) und Erregermagnete (^3, kk) im achsialen Teil einander gegenüberliegend angeordnet sind.

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9. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der achsiale Anaatz (A2) der Ringnut mit den einander gegenüberliegenden Statormicklungen (i*6, kl) in einem als üJulstring (50) ausgebildeten Bauteil vorgesehen sind,, der von achtern an das Schiffsheck anbringbar ist.
10. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ululstring (50) zur Herabsetzung des lilasserüjiderstandes stromlinienförmig ausgebildet ist.
11. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (^5) bziu. deren achsialer Ansatz (^2) durch periphere Öffnungen (51) mit dem umgebenden Ulasser verbunden ist.
12. Elektrisch angetriebener Propeller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Statoruicklung (31) in einem uulstfSrmigen Bauteil (36) untergebracht ist, der abnehmbar mit dem Schiffaheck verbunden ist.