Zykloidalpropeller, insbesondere als Schiffsantrieb

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Zykloidalpropeller mit an im Stator drehbar gehaltenen Rotorkörper schwenkbar gelagerten, sich im wesentlichen quer zur Vortriebsrichtung erstreckenden Flügeln (1), wobei die Rotordrehachse und die Flügelschwenkachsen zueinander parallel verlaufen und die Verstellung der Flügel über ein die Flügelkinematik bildendes Gestänge (4,5,6) mittels einem zentralen Steuerknüppel (10) bewirkbar ist. Sie ist derart ausgebildet, daß als unmittelbare, im wesentlichen direkt am Flügel über dessen Flügelschaft angreifene Antriebseinheit desselben ein Getriebe (2,3) dient, das von dem Gestänge der Flügelantriebs-Kinematik antreibbar ist, um die Steigung λo über 0,8 hinaus, vorzugsweise bis 1,0 zu erhöhen.
Es ist möglich, mit der Anwendung des Getriebes Steigungen von wesentlich mehr als den bisher erreichbaren Werten von 0,8 vorzusehen. Durch die Anwendung eines Zahnradgetriebes leidet dabei nicht die Präzision der Flügelverstellung und auch hinsichtlich Betriebssicherheit und Lebensdauer liegt eine gute Lösung vor.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Zykloidalpropeller mit an im Stator gehaltenen Rotorkörper schwenkbar gelagerten, sich quer zur Vortriebsrichtung erstreckenden Flügeln (1), wobei die Rotordrehachse und die Flügelschwenkachsen zueinander parallel verlaufen und die Verstellung der Flügel über ein die Flügelkinematik bildendes Gestänge mittels einem zentralen Steuerknüppel bewirkbar ist. Ein solcher Zykloidalpropeller ist beschrieben im Voith-Sonderdruck 1803 "Die Konstruktion der heutigen Voith-Schneider-Propeller" (Sonderdruck aus Voith Forschung und Konstruktion, Heft 18, Aufsatz 3, Mai 67). Eine ähnliche Beschreibung findet sich im Voith-Sonderdruck 9.94 2000. Ferner findet sich eine Beschreibung eines solchen Zykloidalpropellers in der Deutschen Auslegeschrift DE-AS 21 41 569.

[0002] In der erstgenannten Literaturstelle finden sich ein Querschnitt eines solchen Propellers in Bild 5 (auf Seite 3.6) sowie prinzipielle Darstellungen der Flügelantriebs-Kinematiken in den Bildern 6 bis 9, wobei Bild 9 die sogenannte Schubkurbel-Kinematik beschreibt. Diese Kinematik ist insbesondere in den am Steuerknüppel des Propellers gelegenen Teilen konstruktiv relativ schwierig aufgebaut, und man kann einen besseren Einblick durch die fotografische Darstellung im zweitgenannten Sonderdruck erhalten. Auf die räumliche Darstellung bezüglich dieses Teils wird in dieser Anmeldung daher verzichtet.

[0003] Weitere Einzelheiten eines solchen Zykloidalpropellers sind der Zeitschrift: HANSA, Nr. 10/1966, Seiten 807-815 zu entnehmen.

[0004] In den genannten Sonderdrucken wird auch ausführlich auf die Bewegungsvorgänge bei den Zykloidalpropellern eingegangen.

[0005] Es besteht nun der Nachteil bei der Schubkurbel-Kinematik, daß nur Steigungen (bezogen auf den jeweiligen Flügel) bis maximal λo = 0,8 möglich sind. Für höhere Steigungen fehlt der Freigang zwischen der Kuppelstange und dem Flügelschaft, und es müßte außerdem mit sehr hohen Gestängekräften gerechnet werden. Es ist allerdings wünschenswert, daß höhere Steigungen erzielbar sind, um höhere Vortriebskräfte des Propellers zu erzeugen. Hier greift die Erfindung gemäß den Patentansprüchen ein.

[0006] Es ist klar, daß nicht alle möglichen Getriebe in diesem Falle günstig sind, weil es auf eine sehr genaue Einstellung (Verschwenkung) der einzelnen Flügel sowie auf eine hohe Betriebssicherheit und Betriebsdauer ankommt. Daher empfiehlt sich ein Zahnradgetriebe.

[0007] In der Zeitschrift MARINE PROPULSION, 1991, Seite 38, ist ein Zykloidalpropelpropeller beschrieben, bei welchem der Antrieb der Flügel sowohl hinsichtlich ihrer Drehbewegung als auch hinsichtlich ihrer Schwenkbewegung, also der Bewegung um ihre eigene Achse, mittels einem Planetengetriebe vorgenommen wird.

[0008] Eine ähnliche Anordnung ist bekannt aus US 3 134 443. In dieser US-Patentschrift wird auch der Antrieb mittels einem Planetengetriebe in den Einzelheiten genau beschrieben. Hierbei wird klargestellt, daß pro Umdrehung des die Propellerflügel tragenden Gehäuses eine halbe Umdrehung der einzelnen Flügel um ihre Achse stattfindet. Ein solcher Antrieb hat wegen der starken Stellungsänderung der Flügel einen relativ geringen Wirkungsgrad und ist auch nicht sehr gut geeignet, um gleichzeitig Steuerungszwecke eines Schiffes zu erfüllen. Daher kommen für die Schiffsantriebe im Grunde genommen nur die Gestänge-Kinematiken als Antrieb für die Propellerflügel in Frage.

[0009] Gemäß der DE-36 06 549 wird ein Zykloidalpropeller mit Getriebeantrieb der Flügelbewegung beschrieben, bei welchem mehrteilige Flügel verwendet werden. Hierbei wird auch u.a. auch ein Zahnradsegment als Antrieb eines Flügelteils verwendet.

[0010] Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung erläutert. Dabei stellt

Fig. 1

eine prinzipielle Darstellung der Getriebe-Flügelkinematik,

Fig. 2

einen Querschnitt durch einen Ausschnitt des Rotorkörpers und

Fig. 3

einen Axialschnitt durch den Rotorkörper in seinem radialen Außenbereich

dar.

[0011] Aus Fig. 1 erkennt man die Anordnung der Flügelkinematik, die bis auf den radial äußeren Teil im wesentlichen der sogenannten Schubkurbel-Kinematik mit jeweils der Koppel 5, der Kuppelstange 4 und der Schwinge 6 entspricht. Der Zentralpunkt der Darstellung entspricht praktisch der zentralen Längsachse des Steuerknüppels 10 in der Null-Lage (siehe Fig. 2). Das am jeweiligen Flügel 1 direkt angreifende Getriebeelement (Zahnrad oder Zahnradsegment 2) umfaßt hier den Flügelschaft 12. In die Zähne des Zahnrades 2 greifen die Zähne eines Antriebs-Zahnsegments 3 ein, das bei 30 gelenkig gelagert ist und an seinem Hebel 29 mit der Kuppelstange 4 gelenkig verbunden ist. Die entsprechende konstruktive Darstellung ergibt sich aus Fig. 2 und man erkennt hieraus auch, daß der wirksame Momentenarm des Zahnradsegments 3 im wesentlichen dem bisherigen Flügelantriebshebel der Schubkurbel-Kinematik entspricht. Man erkennt aber auch weiter, daß eine wesentlich umfangreichere Verstellung, d.h. eine wesentlich höhere Steigung des einzelnen Flügels, mit dem Getriebe erreichbar ist.

[0012] Gemäß Fig. 2 ist kein vollständiges Zahnrad, sondern nur ein Zahnradsegment 2 am Flügelschaft 12 mittels Spannschrauben 23 befestigt. Dies entspricht auch im wesentlichen der bisherigen Befestigung des Flügel-Antriebshebels der sogenannten Schubkurbel-Kinematik. Man kann jetzt davon sprechen, daß eine Getriebe-Schubkurbel-Kinematik vorliegt.

[0013] Aus Fig. 3 erkennt man weitere Einzelheiten der Lagerung der einzelnen Antriebsteile der Kinematik sowie des Flügelschaftes 12. Dessen zentrale Längsachse 21 entspricht praktisch der Schwenkachse der Flügel 1. Der Flügelschaft ist noch oben in einem Deckel 17 des Rotorkörpers mit entsprechend aus der Figur erkennbaren Lagern drehbar gehalten. Die Kuppelstange 4 ist am Antriebszahnsegment 3 mittels einem Bolzen 19 und über ein Lagerauge 24 mit entsprechenden Lagern 14 schwenkbar gelagert. Grundsätzlich weist der Rotorkörper eine obere Platte 13, eine untere Platte 15 und eine radial äußere, umlaufende Ringwand 16 auf.

[0014] Aus Fig. 2 erkennt man noch die zwischen diesen Platten und Ringwand verlaufenden zur Versteifung dienenen Rippen und sonstige Stützelemente des Rotorkörpers.

[0015] Grundsätzlich ist noch anzumerken, daß die vorgesehene Kombination von Gestänge und Zahnradgetriebe auch bei anderen, in der genannten Literatur beschriebenen Kinematiken anwendbar ist, so z. B. bei der Gleitlenker- oder Winkellenker-Kinematik. Ferner ist es im allgemeinen so, daß die wirksame Länge der Schwinge 6 im wesentlichen gleich der Distanz zwischen deren Ankoppelpunkt 33 an der Koppel 5 (Zapfen 9 in Fig. 2) bis zur Zentralachse des Propellers ist. Dies erkennt man eher aus Fig. 1 als aus Fig. 2, weil dort der jeweilige Lagerbereich der Schwinge 6 an der entsprechenden Rotorplatte jeweils von der nächstfolgenden oder vorangehenden Koppel 5 überdeckt ist. In Fig. 2 erkennt man nur einen Teilbereich der unteren Platte der im wesentlichen mit zwei durch einen Zapfen 31 miteinander verbundenen, im wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildeten Platten der Schwinge 6 der Schubkurbel-Kinematik.

Ansprüche

1. Zykloidalpropeller mit an im Stator drehbar gehaltenen Rotorkörper schwenkbar gelagerten, sich quer zur Vortriebsrichtung erstreckenden Flügeln (1), wobei die Rotordrehachse und die Flügelschwenkachsen zueinander parallel verlaufen und die Verstellung der Flügel (1) über ein die Flügelkinematik bildendes Gestänge (4, 5, 6) mittels einem zentralen Steuerknüppel (10) bewirkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß als unmittelbare, im wesentlichen direkt am Flügel (1) über dessen Flügelschaft (12) angreifende Antriebseinheit desselben ein Getriebe (2, 3) dient, das von dem Gestänge (4, 5, 6) der Flügelantriebs-Kinematik antreibbar ist und mit einer Übersetzung ausgebildet ist, um die Steigung (λo) über 0,8 hinaus, vorzugsweise bis 1,0 zu erhöhen.

2. Zykloidalpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelantriebs-Kinematik auf dem Gestänge der Schubkurbel-Kinematik aufbaut, bei welcher für die Flügel vorgesehene Lenker (5) jeweils konzentrisch an der Kugelbüchse des Steuerknüppels (10) beweglich gelagert sind und an derem freien Ende jeweils eine Kuppelstange (4) angelenkt ist, die an ihrem anderen Ende am Getriebeantriebsteil (3) gelenkig angreift.

3. Zykloidalpropeller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe von einem Antriebs-Zahnsegment (3) und einem Zahnrad oder Zahnradsegment (4) gebildet ist, wobei letzteres an dem jeweiligen Flügelschaft (12) befestigt ist.

4. Zykloidalpropeller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad oder Zahnradsegment (4) eine zentrale, runde Aussparung hat, durch die der Flügelschaft (12) hindurchgreift.

Zeichnung