Schiffsantrieb

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit auf fest im Schiffskörper oder unter dem Schiffsheck liegenden Antriebswellen angeordneten Propellern.
Um bei solchen Schiffsantrieben eine optimale Schubkraft für die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt bei gleichzeitigem Wegfall eines separaten Steuerorgans zu erreichen, werden die Antriebswellen paarweise im Bereich von knapp oberhalb bis knapp unterhalb der Wasseroberfläche am Heck eines Schiffs- bzw. Bootskörpers gelagert und auf die Schwanzenden der Antriebswellen an der Oberfläche drehende Verstellpropeller montiert, so daß der Drehkreis der sogenannten Oberflächen-Verstell-Propeller zumindest 30% oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist und der Schiffs- bzw. Bootskörper ohne ein zusätzliches Steuerorgan, z.B. ein Ruder, ausgerüstet ist. Dabei sind die paarweise angeordneten Oberflächen-Verstell-Propeller für die normale Marschfahrt entgegengesetzt drehend schaltbar und für Steuermanöver gleichsinnig drehend schaltbar und das Maß der Steuerbewegung ist durch Veränderungen von Steigung der Propellerflügel und der Drehzahl der Propeller- bzw. Antriebswellen einstellbar.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit auf fest im Schiffskörper oder unter dem Schiffsheck liegenden Antriebswellen angeordneten Propellern.

[0002] In der Binnenschiffahrt hat sich bei Schub- und Schleppfahrzeugen (Wassertrecker) der Voith-Schneider-Propeller als Schiffsantrieb wegen der damit erreichbaren hohen Manövrierfähigkeit der Einheiten bewährt. Da der Propellerstrahl durch die relativ einfache konzentrische Verschiebung des Steuerpunktes beliebig gerichtet werden kann, ist somit der Einbau eines Ruders bei Schiffseinheiten mit einem Voith-Schneider-Antrieb völlig überflüssig und deshalb ein solches nicht mehr vorhanden.
Weiterhin haben sich mit der Möglichkeit der Herstellung zuverlässiger Z-Getriebe auch Antriebsanlagen durchgesetzt, bei der die Schiffsschraube an einem um 360° drehbaren, stromlinienförmig ausgebildeten Pylon unter dem Schiff befestigt ist. Diese Ruderpropeller dienen in einer Baueinheit sowohl dem Schiffsantrieb als auch der Schiffssteuerung.
Den neuesten Stand auf diesem Gebiet stellen die Azipodpropeller dar, wo statt eines mechanischen Antriebs des Propellers über ein Z-Getriebe der Antrieb über einen vor dem Propeller gelagerten und mit ihm drehbaren E-Motor erfolgt. Bei diesem Schiffsantrieb mit innerhalb eines drehbaren Pylons angeordnetem Propeller entfällt natürlich auch das traditionelle Ruder.
Bei fest auf im Schiffskörper oder unter dem Schiffsheck liegenden Antriebswellen angeordneten Propellern ist eine Umlenkung des Propellerstrahles jedoch nur dann möglich, wenn der Propeller innerhalb einer um eine senkrechte Achse verschwenkbaren Düse rotiert. Diese sogenannten Düsenruder bringen zwar gegenüber herkömmlichen Rudern eine bessere Ruderwirkung, jedoch kann nicht auf die Anordnung zweier mechanisch getrennter Einheiten - Schubantrieb und Schiffssteuerung - verzichtet werden.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schiffsantrieb mit fest auf im Schiffskörper oder unter dem Schiffsheck liegenden Antriebswellen angeordneten Propellern zu schaffen, insbesondere für Schub- und Binnenschiffe, mit dem sowohl eine optimale Schubkraft für die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt erreicht werden kann als auch die Steuerbewegungen des Schiffsobjektes ausgeführt werden können.

[0004] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch erreicht, daß die fest im Schiffskörper oder unter dem Schiffsheck liegenden Antriebswellen paarweise im Bereich von knapp oberhalb bis knapp unterhalb der Wasseroberfläche, der Konstruktionswasserlinie, angeordnet werden und daß am Heck des Wasserfahrzeugs auf den Schwanzenden der paarweisen Propellerwellen an der Oberfläche drehende Verstellpropeller montiert werden, so daß der Drehkreis der sogenannten Oberflächen-Verstell-Propeller sich zumindest 30% oberhalb der Wasseroberfläche befindet, und daß das Wasserfahrzeug ohne ein zusätzliches Steuerorgan, z.B. ein Ruder, ausgerüstet wird.
Erfindungsgemäß werden vorzugsweise am Heck des Wasserfahrzeugs zwei im wesentlichen nebeneinander liegende und bei normaler Marschfahrt entgegengesetzt drehende Oberflächen-Verstell-Propeller vorgesehen.
Die Ausführung von Steuermanövern wird erfindungsgemäß sowohl durch die Verstellung der Propellerflügel als auch durch das Umsteuern der Drehrichtung eines der beiden Propeller erreicht, so daß dann der Schaufelradeffekt beider Oberflächen-Verstell-Propeller in gleicher Richtung zur Wirkung gebracht wird.
Erfindungsgemäß werden weiterhin die Propellerwellen jeweils in einem Winkelbereich von 0° bis 45°, vorzugsweise von 0° bis 20°, zur Schiffslängsachse in der horizontalen Ebene angeordnet, um durch Überlagerung der Schubkraft- und der Querkraftkomponenten einen größeren Kraftvektor in Bewegungsrichtung des Schiffes zu erreichen.
Da die relativ großen Propellerdurchmesser, die hohen Flügelzahlen und die großen Nabendurchmesser bei Propellern aus Bronze zu hohen Propellergewichten führen, sollten zur Vermeidung dieser hohen Propellergewichte die Flügel der Oberflächen-Verstell-Propeller erfindungsgemäß aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt werden.

[0005] Nachstehend wird die Erfindung an dem Steuer- und Manövrierkonzept für ein Stromschubboot mit Oberflächenpropeller näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1:

Die Seitenansicht eines Schubbootes mit Anordnung von Oberflächen-Verstell-Propellern am Heck;

Fig. 1a:

Die stilisierte Darstellung eines Schubbootes mit Anordnung von Oberflächen-Verstell-Propellern am Heck;

Fig. 2:

Die Antriebs- und Bewegungsvektoren von Oberflächensystemen;

Fig. 3:

Vektoren bei Geradeausfahrt;

Fig. 4:

Vektoren bei normalem Drehkreis;

Fig. 5:

Vektoren bei Rückwärtsfahrt durch Drehrichtungsumkehr;

Fig. 6:

Vektoren bei Rückwärtsfahrt durch Steigungsänderung.

[0006] Bei einer Anordnung der Oberflächenpropellern hinter dem Schiff ist die Verwendung von zusätzlichen Rudern nicht nötig, da eine Steuerung des Schiffes nur mit dem Propeller möglich ist. Die Besonderheit des oberflächendurchstoßenden Propellers ist, daß die Flügel nur mit der unteren Propellerkreisfläche ins Waser eintauchen und somit stets eine Querkraft am Propeller vorhanden ist. Diese Querkräfte des Propellers können zum Steuern ausgenutzt werden.
Durch die paarweise Kombination von zwei Oberflächen-Verstell-Propellern ist die Möglichkeit einer universellen Steuerung durch die in zwei Richtungen steuerbare Kraftvektoren Schub und Querkraft je Propeller gegeben.Erreicht wird dies durch die Kombination von Drehzahl/Richtung mit einer Steigungsverstellung. Entsprechend Fig. 2 lassen sich theoretisch damit alle Bewegungsformen auch ohne Ruder bzw. Bugstrahlruder in der horizontalen Ebene erreichen. Voraussetzung ist eine universelle Steuermöglichkeit von Steigung, Drehzahl und Drehrichtung jedes Propellers. Am günstigsten wird das durch ein dieselelektrisches Steuerkonzept verwirklicht.
In den ersten beiden Spalten der Fig. 2 ist die achsparallele Anordnung der Propellerachsen dargestellt, in der dritten Spalte eine schuboptimierte, leicht aus der Schiffslängsachse herausgedrehte Variante.
Im Weiteren soll das Bewegungskonzept anhand der schuboptimierten Variante vorgestellt weden. Beim Antrieb eines Propellers bildet sich eine Schubkomponente und eine Querkraft. Diese beiden Komponenten können durch Variation von Steigung und Drehzahl zueinander verändert werden. Prinzipiell ist damit die Möglichkeit gegeben, mit einem Propeller geradeaus zu fahren und auch leichte Drehungen/Versetzungen durchzuführen. Durch die Verwendung von zwei Propellern ergeben sich jedoch erheblich günstigere Steuereigenschaften.

[0007] Die einzelnen Bewegungsformen werden dabei wie folgt erzielt:

Geradeausfahrt, Fig. 3:

[0008] Die Propeller drehen entgegengesetzt. Die Steigung entspricht einem für die Leistungsumsetzung optimalen Punkt. Die Querkräfte heben sich durch die entgegengesetzte Drehrichtung auf.

Leichte Kurvenfahrt, Fig. 4:

[0009] Die Drehzahl der Propeller oder Leistungsumsetzung ist an jedem Propeller unterschiedlich. Bei voller Leistungsumsetzung hat der Propeller mit der geringeren Drehzahl eine höhere Steigung. Dadurch wird die Querkraft wesentlich vergrößert. Es erfolgt eine Drehung, kombiniert mit einem Versatz.

Extreme Kurvenfahrt:

[0010] Es arbeitet nur ein Propeller oder beide Propeller haben die gleiche Drehrichtung bei gleicher Steigungsrichtung.

Versetzen:

[0011] Ein Propeller arbeitet mit Schubvektor voraus und einer Querkraftrichtung. Der andere Propeller arbeitet mit rückwärtsgerichtetem Schubvektor und mit einem in die gleiche Richtung wie der erste Propeller weisenden Querkraftvektor.

Rückwärtsfahrt, Fig. 6:

[0012] Beide Propeller arbeiten mit entgegengesetzter Drehrichtung gleicher Steigungseinstellung und rückwärtsgerichtetem Schubvektor.

Ansprüche

1. Schiffsantrieb mit auf fest im Schiffsköper oder unter dem Schiffsheck liegenden Antriebswellen angeordneten Propellern, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswellen paarweise im Bereich von knapp oberhalb bis knapp unterhalb der Wasseroberfläche, der Konstruktionswasserlinie, am Heck eines Schiffs- bzw. Bootskörpers gelagert sind und daß auf den Schwanzenden der Antriebswellen an der Oberfläche drehende Verstellpropeller montiert sind, so daß der Drehkreis der sogenannten Oberflächen-Verstell-Propeller zumindest 30% oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist und daß der Schiffs- bzw. Bootskörper ohne ein zusätzliches Steuerorgan, z.B. ein Ruder, ausgerüstet ist.

2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise angeordneten Oberflächen-Verstell-Propeller für die normale Marschfahrt entgegengesetzt drehend schaltbar sind und für Steuermanöver gleichsinnig drehend schaltbar sind und daß das Maß der Steuerbewegung durch Veränderungen von Steigung der Propellerflügel und der Drehzahl der Propeller- bzw. Antriebswellen einstellbar ist.

3. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswellen jeweils in einem Winkelbereich von 0° bis 45°, vorzugsweise von 0° bis 20°, zur Schiffslängsachse in der horizontalen Ebene angeordnet sind.

4. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel der Oberflächen-Verstell-Propeller aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt sind.

Zeichnung