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Bereich der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanordnung für den Vortrieb
eines Bootes, wenn sie darin installiert ist, wobei sich eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auf einen Schraubenantrieb bezieht, der
an der Außenseite
eines Bootsrumpfs fest installiert ist und eine wenigstens im wesentlichen
vertikale Antriebswelle hat, die über ein in einem Unterwassergehäuse eingeschlossenes
Winkelgetriebe auf gegendrehende Weise ein Paar von wenigstens im
wesentlichen horizontalen Schraubenwellen antreibt, von denen jede
ihre eigene Schraube hat, sowie eine Antriebseinheit aufweist, die
auf der Innenseite des Rumpfes angeordnet ist und mit der die vertikale
Antriebswelle in Treibverbindung steht.
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Hintergrund
der Erfindung
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Aus
der veröffentlichen
europäischen
Patentanmeldung
EP 0 215 758 und
aus der veröffentlichten
deutschen Patentanmeldung
DE
35 19 599 ist es bekannt, dass bei schnellen Motorbooten
mit einem Außenbordantrieb
mit drehenden Doppelschrauben, die mit einem Innenbordmotor gekoppelt
sind, ein beträchtlicher
höherer
Gesamtwirkungsgrad als mit einem Innenbordmotor erreicht werden
kann, der über eine
gerade Welle mit einer einzigen Schraube gekoppelt ist, wie es in
der veröffentlichten
europäischen
Patentanmeldung
EP 0 269 272 beschrieben ist.
Bis heute sind Außenbordantriebe
bei Schnellbooten mit wenigen Ausnahmen so gebaut, dass sie steuerbar
sowie trimmbar und kippbar in einem Bootsspiegelheck aufgehängt sind.
Eine solche Ausnahme ist in der schwedischen Patentanmeldung SE 8305066-6
offenbart und beschrieben, bei der eine spezielle Ausgestaltung
eines Antriebs mit einer Druckschraube und einer Zugschraube fest
installiert ist und nach unten aus dem Boden eines Rumpfes vorsteht.
Ein Vorteil, der daraus ableitbar ist, dass der Antrieb mit verschiedenen
Winkeln bezogen auf das Bootsspiegelheck getrimmt werden kann, besteht
darin, dass ein zugeordneter Antriebswinkel an eine entsprechende
Position des Boots im Wasser angepasst werden kann, wobei ein solcher
Antriebswinkel von der Beladung, von der Geschwindigkeit und den Wetterbedingungen
abhängt,
um so unter verschiedenen Betriebsbedingungen einen optimalen Vortrieb
zu erreichen. Die Vorteile aufgrund der Möglichkeit, den Antrieb zu trimmen,
werden bei kleineren und mittelgroßen, schnell fahrenden Booten
bis zu etwa 40 Fuß (etwa
12 m) besonders offensichtlich. Je größer und schwerer das Boot ist,
desto weniger wird seine Position im Wasser von den Faktoren beeinträchtigt und
desto geringer ist die Notwendigkeit, den Antrieb trimmen zu können. Gleichzeitig
nehmen die Kosten des Antriebs beträchtlich zu, je größer die zu übertragende
Leistung ist. Aus diesen Gründen werden
unter anderem Außenbordantriebe
bei Booten mit einer Größenklasse
von über
40 Fuß (etwa
12 m) kaum eingesetzt, vielmehr treiben in diesem Fall die Motoren
gerade Schraubenwellen mit einer Einzelschraube über innenbords angebrachte
Wendegetriebe an.
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Aus
der vorstehend erwähnten
deutschen Patentanmeldung
DE
35 19 599 und auch aus der vorher erwähnten veröffentlichten europäischen Patentanmeldung
EP 0 215 758 ist es bekannt,
Abgasabführauslässe beispielsweise
zur Lärmverringerung untergetaucht
auszuführen.
In den beiden veröffentlichten
Anmeldungen befinden sich die Abgasabführauslässe räumlich bei den entsprechenden Schrauben
oder in der Innenwand, damit sie die Wasserströmung über die Schrauben nicht beeinträchtigen.
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Ein
dabei entstehendes technisches Problem, dem sich die vorliegende
Erfindung zuwenden wird, besteht darin, wie solche Abgasabführauslässe optimal
auszuführen
sind, insbesondere wenn man relativ hohe Bootsgeschwindigkeiten
in Betracht zieht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Ziel der Erfindung besteht darin, eine optimalere Ausführung für untergetauchte
Abgasabführauslässe bei
Antriebsanordnungen für
den Vortrieb von Booten zu schaffen, wenn sie darin installiert
sind.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird eine Antriebsanordnung für den Vortrieb
eines Bootes, wenn sie darin installiert ist, vorgesehen, wobei
die Anordnung
- a) einen Schraubenantrieb mit
einer Antriebswellenanordnung, die über ein Unterwassergehäuse gekoppelt
ist und auf gegendrehende Weise ein Paar von Schraubenwellen antreibt,
wobei jede Schraubenwelle mit einer entsprechenden Schraube gekoppelt
ist, und die Schrauben als Zugschrauben wirken und an einem vorderen
Bereich des Unterwassergehäuses
angeordnet sind;
- b) eine Antriebseinheit mit einer Brennkraftmaschine, mit der
die Antriebswellenanordnung für den
Antrieb verbindbar ist; und
- c) einen Abgasabführauslass
aufweist, der an einem hinteren Bereich des Unterwassergehäuses angeordnet
ist, um in Betrieb Abgase abzuführen, die
von der Antriebseinheit erzeugt werden, wobei das Unterwassergehäuse an seinem
hinteren Bereich ein Blatt aufweist,
und sich dadurch auszeichnet,
- – dass
der Abführauslass
mit einer Abschirmung zum Abschirmen des Blatts gegenüber den
Abgasen versehen ist.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass durch Vorsehen der Abschirmung eine
optimalere Ausführung
des Abgasabführauslasses
bereitgestellt wird.
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Ein
Vorteil von Zugschrauben anstelle von Druckschrauben bei einem Außenbordantrieb
besteht unter anderem darin, dass die Schrauben in ungestörtem Wasser
arbeiten, da das Unterwassergehäuse
hinter den Schrauben liegt. Dies erzeugt dann auch Raum für einen
Abgasabführauslass
in der Achterseite des Unterwassergehäuses, was unter anderem bedeutet,
dass es möglich
ist, den Strahlpumpeneffekt auszunutzen, den das vorbeiströmende Wasser
auf die Abgase ausübt,
die genauso ausströmen,
als wenn die Abgase durch die Schraubennaben bei Druckschrauben
nach außen
befördert
werden. Wenn die Abgase in dem hinteren Rand des Unterwassergehäuses anstatt
durch die Naben herrausbefördert
werden, können
der Nabendurchmesser und somit der gesamte Schraubendurchmesser
verringert werden, was in vieler Hinsicht vorteilhaft ist. Einerseits
werden die Masse und die Massenkräfte reduziert, während andererseits
das Raumerfordernis unter dem Boden des Rumpfes verringert wird, was
bedeutet, dass das Unterwassergehäuse so ausgelegt werden kann,
dass es in Vertikalrichtung kürzer
und demzufolge leichter ist, als wenn Druckschrauben mit einem Abgasausführauslass
in den Naben verwendet werden müssten.
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In
der Antriebsanordnung hat wahlweise das Unterwassergehäuse einen
langgestreckten, im wesentlichen zylindrischen Gehäuseabschnitt
für die Aufnahme
des Paars von Schraubenwellen, wobei der im wesentlichen zylindrische
Gehäuseabschnitt ein
vorderes und ein hinteres Ende hat, welches den vorderen bzw. hinteren
Bereich bildet, und der zylindrische Abschnitt in Betrieb durch
ein flügelartiges Profil
der Anordnung an einer Unterseite des Bootes gehalten werden kann.
Es ist auch möglich,
dass bei der Antriebsanordnung die Abschirmung eine Verlängerung
des im wesentlichen zylindrischen Gehäuseabschnitts am hinteren Bereich
bildet. Bei der Antriebsanordnung ist wahlweise der im wesentlichen zylindrische
Abschnitt torpedoförmig
ausgeführt.
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Bei
der Antriebsanordnung ist wahlweise der Abführauslass in Betrieb wenigstens
teilweise nach unten gerichtet.
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Bei
der Antriebsanordnung kann das flügelartige Profil das Blatt
an einem hinteren Bereich aufweisen, wobei das Blatt so betätigbar ist,
dass es als schwenkbare Verlängerung
des flügelartigen
Profils wirkt. Insbesondere kann bei der Antriebsanordnung der im
wesentlichen zylindrische Gehäuseabschnitt eine
Längserstreckung
haben, die im wesentlichen gleich der Summe der Längen des
flügelartigen
Profils und seines zugeordneten Blattes ist.
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Bei
der Antriebsanordnung können
die Schrauben entsprechende Naben in einem zentralen Bereich aufweisen,
wobei die Naben maximale Durchmesser haben, die kleiner sind als
ein maximaler Durchmesser des im wesentlichen zylindrischen Abschnitts.
Insbesondere können
bei der Antriebsanordnung die Schrauben Nabendurchmesser haben, die
im wesentlichen 20% der entsprechenden maximalen Schraubendurchmesser
betragen.
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Ferner
kann die Antriebsanordnung eine Kavitationsplatte aufweisen, die
in Betrieb zwischen dem Unterwassergehäuse und einer Unterseite des Bootes
angeordnet ist.
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Fakultativ
haben die Schrauben bei der Antriebsanordnung eine vordere Schraube
und eine hintere Schraube, wobei die Schrauben mit entsprechenden
Schaufelbereichen so ausgeführt
sind, dass wenigstens unter bestimmten Betriebsbedingungen die hintere
Schraube als hohlraumerzeugende Schraube arbeitet, während die
vordere Schraube kavitationsfrei arbeitet. Auf diese Weise ist es
möglich,
den Griff der Schrauben in dem Wasser während des Drehens etwas zu
verringern, so dass ein bestimmtes Seitwärtsgleiten auftritt, das bei
kleineren Booten von Bedeutung ist, um zu verhindern, dass der Rumpf
nach außen
kippt. Es hat sich jedoch als hydrodynamisch vorteilhaft erwiesen,
eine Doppelschraubenkombination mit einer hohlraumerzeugenden hinteren
Schraube zusammen mit einem feststehenden Außenbordantrieb mit Druckschrauben
auch bei größeren Booten
anzuordnen, die für
ein Kippen beim Kurvenfahren nicht anfällig sind.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Antriebsanlage vorgesehen,
die ein Boot, wenn sie darin installiert ist, vortreibt, wobei die
Anlage zwei Antriebsanordnungen nach dem ersten Aspekt der Erfindung
aufweist und die Anordnungen im wesentlichen nahe beieinander angeordnet
sind und einzelne lenkbare Blätter
haben, um im Betrieb eine Fahrtrichtung des Bootes zu steuern.
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Figurenbeschreibung
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Die
Erfindung wird näher
unter Bezug auf beispielsweise Ausführungsformen beschrieben, die in
den beiliegenden Zeichnungen gezeigt sind, wobei
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1 eine
schematische teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform
einer Antriebsanordnung nach der Erfindung ist,
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2 eine
volle Seitenansicht der Antriebsanordnung von 1 ist,
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3 eine
perspektivische Ansicht einer Antriebsanlage mit zwei Antriebsanordnungen
von 1 und 2 ist,
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4 eine
Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform
einer Antriebsanordnung nach der Erfindung ist,
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5 eine
perspektivische Ansicht einer Antriebsanlage mit zwei Antriebsanordnungen
von 4 ist,
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6 in
einem Diagramm den Gesamtwirkungsgrad einer Antriebsanordnung nach
der Erfindung verglichen mit einer herkömmlichen Innenbordanlage zeigt,
und
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7 in
einem Diagramm die Geschwindigkeitserhöhung eines Bootes in einer
Antriebsanordnung nach der Erfindung bezogen auf ein Boot mit einer
herkömmlichen
Innenbordanlage zeigt.
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Beschreibung
von Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt eine Antriebseinheit
belegt, die aus einem Motor 1a und einem Wendegetriebemechanismus 1b besteht,
die an einer Innenfläche 2 auf
einem Boden 4 eines Bootsrumpfs befestigt sind. Ein Unterwassergehäuse 5 hat
eine Befesti gungsplatte 7, die an einer äußeren Oberfläche 8 an
dem Boden 4 festgelegt ist. Der Motor 1a treibt über ein
Winkelgetriebe in einem Wendegetriebe des Getriebemechanismus 1b eine Abtriebswelle 9 an,
die ihrerseits über
ein Winkelgetriebe mit konischen Zahnrädern 10, 11 und 12 ein Paar
von Schraubenwellen 13 und 14 antreibt, von denen
die Welle 14 eine Hohlwelle ist, durch die sich die Welle 13 erstreckt.
Die Welle 13 trägt
eine Schraube 14 mit einer Nabe 15a und Schaufeln 15b, während die
Welle 14 eine Schraube 16 mit einer Nabe 16a und
Schaufeln 16b trägt.
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Die
Schraubenwellen 13 und 14 sind an einem torpedoförmigen Teil 20 des
Unterwassergehäuses 5 angebracht.
Ein Gehäuseteil 21 zwischen
dem Torpedo 20 und der Befestigungsplatte 7 hat
ein flügelartiges
Profil und leicht domförmige
Seitenflächen an
beiden Seiten einer vertikalen Symmetrieebene. An der achterlichen
Seite des Gehäuseteils 21 ist
ein Ruderblatt 22 zum Schwenken um eine vertikale Schwenkachse
angebracht. Ein vorderer Endabschnitt 23 des Ruderblattes 22 hat
einen halbkreisförmigen
Querschnitt und steht in einen halbkreisförmigen Kanal 24 vor,
wie besonders deutlich in 3 gezeigt
ist, wo die Steuerbordantriebsanordnung mit entferntem Ruderblatt
gezeigt ist. Die Seitenflächen
des Ruderblattes 22 liegen an dem vorderen Rand in der
gleichen Ebene wie der hintere Rand der Seitenflächen des Gehäuseteils 21,
so dass ein glatter Übergang
zwischen dem Gehäuseteil 21 und dem
Ruderblatt 22 erhalten wird. Der Gehäuseteil 21 und das
Ruderblatt 22 erstrecken sich zusammen über die ganze Länge des
Torpedos 20.
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An
seinem achterlichen Ende hat der Torpedo 20 eine Abführöffnung 25,
die in ein Abgasrohr 26 mündet, das von dem Motor 1a aus
durch das Unterwassergehäuse 5 verläuft. Als
Folge arbeiten die Schrauben in vollständig ungestörtem Wasser einerseits deshalb,
weil sie vor dem Unterwassergehäuse positioniert
sind, und andererseits wegen der Positionierung des Abgasabführauslasses,
was darüber
hinaus aufgrund des Strahlpumpeneffekts, der während der Bewegung entsteht,
zu einem minimalen Abgasgegendruck beiträgt. Wie aus den Figuren zu sehen
ist, ist der Torpedo an seinem hinteren Ende mit einer Abschirmung 27 zu
dem Ruderblatt 22 hin versehen, um das Ruderblatt gegenüber dem
Abgasstrom abzuschirmen. Dadurch, dass die Abgase durch das Unterwassergehäuse nach
außen
und nicht durch die Schraubennaben 15a und 16a befördert werden,
kann der Durchmesser der Naben und somit der Durchmesser der Schrauben
als Ganzes verringert werden. Bei lenkbaren Außenbordantrieben mit Druckschrauben
ist der maximale Durchmesser der Naben normalerweise der gleiche
wie der maximale Durchmesser des benachbarten Teils des Unterwassergehäuses, während der
maximale Nabendurchmesser der Schrauben 15 und 16 von 2 bis 5 grob
60 bis 60% des maximalen Durchmessers des Torpedos in dem Teil angrenzend
an die Schrauben beträgt.
Wenn die Schrauben einen bestimmten minimalen Abstand von der Oberfläche des Bodens
des darüber
befindlichen Boots benötigen, wird
auch die Länge
des Unterwassergehäuses
in der Vertikalrichtung durch den Schraubendurchmesser beeinflusst,
was bedeutet, dass das Unterwassergehäuse in Vertikalrichtung um
so kürzer
sein kann, je kleiner der Schraubendurchmesser ist.
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2 zeigt
einen Schraubenantrieb der in Verbindung mit 1 beschriebenen
Art, d.h. einen Antrieb mit einem Unterwassergehäuse 5, der direkt an
die Bodenfläche
des Bootsrumpfs mit seiner Befestigungsplatte 7 befestigt
ist. Der Antrieb hat zwei Schrauben 15 und 16,
von denen die vordere Schraube drei Blätter hat, während die achterliche Schraube
vier Blätter
hat, was bei lenkbaren Außenbordantrieben
an sich bekannt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind darüber hinaus
die Blattflächen
der Schrauben aneinander so angepasst, dass innerhalb eines vorgegebenen
oberen Geschwindigkeitsbereichs die heckseitige Schraube in einer
hohlraumbildenden Weise arbeitet, während die vordere Schraube
so arbeitet, dass keine Hohlraumbildung stattfindet.
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Der
Schraubenantrieb von 2 ist auf einer Seite mit einem
Abstand von der Mittellinie 30 des Bodens angeordnet. Auf
der anderen Seite der Mittellinie ist ein entsprechender Schraubenantrieb
angebracht, wie es im Einzelnen in 3 gezeigt
ist. Wie vorstehend erwähnt,
ist das Ruderblatt des rechten Antriebs weggelassen, um den Aufbau
des flügelförmigen Teils 21 des
Unterwassergehäuses 5 darzustellen.
Bei doppelseitigen Antrieben können
Einrichtungen (nicht gezeigt) in vorteilhafter Weise angeordnet
werden, die es ermöglichen,
den normalen synchronen Betrieb der Ruderblätter zu unterbrechen und stattdessen
die Ruderblätter
spiegelverkehrt zu lenken, d.h. so dass eine Auslenkung des einen
Ruders beispielsweise nach Backbord zu einer entsprechenden Auslenkung
des anderen Ruders nach Steuerbord führt. Auf diese Weise heben
die Schwenkauslenkungen einander auf und die Ruder wirken stattdessen
als Bremsklappen ohne jeden Lenkeffekt.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
eines Schraubenantriebs nach der Erfindung, der sich von dem vorstehenden
dadurch unterscheidet, dass das Unterwassergehäuse 5 mit einem Gehäuse 32 verbunden
ist, das an dem Spiegelheck 31 des Rumpfs angebracht ist
und ein Winkelgetriebe sowie einen Wendegetriebemechanismus enthält, wobei
eine Abtriebswelle mit der Welle 9 verbunden ist (1).
An dem Übergang
zwischen dem Gehäuse 32 und
dem Unterwassergehäuse 5 ist
letzteres mit einer Kavitationsplatte 33 versehen, die
sich nach oben zu dem Spiegelheck 31 erstreckt. Der vordere
Rand der Kavitationsplatte 33 ist an der Oberfläche des
Spiegelhecks abgedichtet, so dass die Kavitationsplatte 33 eine
Verlängerung
des Bodens des Boots bildet. Wie der Antrieb von 1 bis 3 hat
der Antrieb von 4 eine dreiflügelige vordere
Schraube und eine vierflügelige
achterliche Schraube, die vorzugsweise innerhalb eines vorgegebenen
oberen Geschwindigkeitsbereichs eine hohlraumbildende Schraube ist. 5 zeigt
einen Bootsrumpf mit zwei Antrieben der in 4 gezeigten
Art, die an dem Spiegelheck mit gleichem Abstand von der Mittellinie 30 angebracht sind.
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Das
Diagramm in 6 zeigt den Gesamtwirkungsgrad
als Funktion der Geschwindigkeit des Boots für ein- und denselben Bootstyp
mit einerseits einer herkömmlichen
Innenbordinstallierung, d.h. geraden Wellen und einer einzigen Schraube
(gestrichelte Linie) und andererseits mit vorstehend beschriebenen
Antriebsanordnungen nach der Erfindung (ausgezogene Linie). Wie
aus dem Diagramm zu sehen ist, liegt die Differenz bei beispielsweise
38 Knoten bei einer Größe von 20
Prozenteinheiten, mit anderen Worten man erhält eine Steigerung des Gesamtwirkungsgrads
von nicht weniger als etwa 40% mit der Installierung nach der Erfindung
verglichen mit der herkömmlichen
Innenbordinstallierung. Das Diagramm von 7 zeigt
entsprechend die Zunahme der Bootsgeschwindigkeit bei einer Antriebsanordnung
nach der Erfindung bezogen auf das gleiche Boot mit einer herkömmlichen
Innenbordinstallierung. Aus dem Diagramm lässt sich beispielsweise ersehen,
dass, wenn die Höchstgeschwindigkeit
eines Bootes mit einer Antriebsanordnung nach der Erfindung 40 Knoten
beträgt,
wenn es mit einem bestimmten Motor ausgerüstet ist, die Höchstgeschwindigkeit
des gleichen Bootes und bei dem gleichen Motor und herkömmlicher
Innenbordinstallierung etwa 35 Knoten beträgt.