Strahlantrieb für Wasser- und Luftfahrzeuge sowie Umwälzpumpen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Strahlantrieb für Wasser- und Luftfahrzeuge sowie Umwälzpumpen, bei dem das in ein Strahlrohr (11) einströmende Fluid durch wenigstens ein Vortriebselement wie einem als Schnecke (17) ausgebildeten Rotor entgegen der beabsichtigten Vortriebsrichtung beschleunigt wird, bei dem der äußere Rand der Schnecke (17) mit dem Innenmantel des Strahlrohres (11) fest verbunden ist und der innere Rand der Schnecke eine zentrale achsparallele öffnung begrenzt und Schnecke und Strahlrohr (11) gemeinsam rotieren, bei dem das Strahlrohr (11) an seinen Außenmantel angetrieben wird.

[0002] Ein derartiger Strahlantrieb ist aus der US-A-3482402 vorbekannt. Zwecks Verringerung des Reibungswiderstandes und Verhütung turbulenter Strömungsverhältnisse und hierdurch verusachter Kavitation sind hierbei zwei gesondert angetriebene Strahlantriebe strömungsmäßig hintereinander geschaltet. In dem zweiten Strahlrohr ist die Strömung durch Verengung der aus einer größeren Anzahl Vortriebselemente bestehenden Gitter gegenüber derjenigen der ersten in umgekehrter Drehrichtung beschleunigt. Infolge der größeren Gitterfläche in dem zweiten Strahlrohr jedoch ist mit weit größeren Reibungsverlusten und damit turbulenten Ablösungserscheinungen der Strömung zu rechnen, sodaß der Strahlantrieb eine enge Bandbreite aufweist.

[0003] Aus der US-A-2656809 ist ein Strahlantrieb mit einem in einem Rudergehäuse angeordneten Strahlrohr bekannt. Bei diesem bestehen die Vortriebselemente aus spiraligen in Strömungsrichtung verschmälerten Flügeln, deren innere Kanten eine zentrale Öffnung begrenzen. Hierbei sind die Ablösungserscheinungen wesentlich verringert.

[0004] Strahlantriebe dieser Art haben nach einer Erkenntnis der Erfindung nur in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich brauchbare Schuberzeugungswirkungsgrade.

[0005] Dem will die Erfindung abhelfen. Die Aufgabe besteht somit darin, ein insbesondere für Wasser- und Luftfahrzeuge geeigneten Strahlantrieb der oben bezeichneten Art zu schaffen, welcher in allen anderen erforderlichen Geschwndigkeistbereichen wirksam ist.

[0006] Die Aufgabe der Erfindung wird in einer besonders einfachen Weise dadurch gelöst, daß an einem von der Lagerung des Strahlrohres freigehaltenen Außenmantelabschnitt wenigstens ein zusätzliches Vortriebselement wie Schraubenpropeller (18) angeordnet ist.

[0007] Die durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen im wesentlichen in der nunmehr möglichen Anpassung an die Charakteristiken der jeweiligen Antriebsmaschine und an wechselnde Betriebsbedingungen im Betrieb.

Zeichnungsbeschreibung

[0008] Im folgenden wird die Erfindung lediglich an Hand von Bootsvortrieben und einer Umwälzpumpe beispielweise näher erläutert. Die Bootsvortriebe sind in entsprechender Anpassung auch bei Luftfahrzeugen verwendbar.

[0009] Es zeigt

Figur 1 ein Strahlrohr mit einer Randschnecke (Schnittschema II-II in Figur 1a ist das Überstreichfeld),

Figur 2 ein Strahlrohr mit einer Randschnecke und einem am Außenmantel angeordneten Schraubenpropeller (Schnittschema III-III in Figur 2a ist das Überstreichfeld),

Figuren 3 bis 6 Antriebsbeispiele der Strahlrohre,

Figuren 7 und 8 Beispiele einer Lagerung der Strahlrohre in Hüllgehäusen,

Figur 9 ein in ein Boot eingebautes Strahltriebwerk,

Figur 10 eine schematische Heckansicht von unterhalb des Bodens eines Bootes angeordneten Strahlrohren,

Figur 11 ein perspektivisch veranschaulichtes Schema des Zentralantriebs der Strahlrohre gemäß Fig. 10,

Figur 12 ein Boot mit einem achtern angeordneten Strahltriebwerk,

Figur 13 ein Boot mit einem Außenbordmotor gemäß der Erfindung
und

Figur 14 eine erfindungsgemäße Umwälzpumpe mit Anschlußflanschen.

[0010] Der Anmeldungsgegenstand funktioniert wie folgt:
Das in dem Strahlrohr 11 befindliche Fluid wird durch die Randschnecke 17 in Drehbewegung gesetzt und trifft mit dem weiterhin angesaugten Fluid auf das in dem freien zentralen Durchgang befindliche Fluid und beschleunigt auch dieses in Durchlaufrichtung, wodurch eine starke nahezu über die Länge des Strahlrohres 11 wirkende Vortriebskraft durch Abgabe eines Teiles der kinetischen Energie von den Schaufeln an die zentrale Strömung entsteht. Dabei wird das an der vorderen Stirnseite befindliche Fluid ohne Wirbelbildung laufend angesaugt. Im Prinzip kompensiert die zentrale Strömung das auf die Gesamtanordnung ausgeübte Drehmoment, sodaß neben dem wirbelfreien Zustrom und Vermeidung einer Wirbelbildung am Ausgang eine bisher nicht erreichte Vortriebskraft resultiert.
Ein Leitwerk am abtriebsseitigen Ende des Strahlrohres 11 wird überdies in der Regel in vorteilhafter Weise eingespart.

[0011] In den Figuren 1 und 2 sind Strahlrohre 11 eines erfindungsgemäßen Strahlantriebs 10 jeweils in einem Hüllrohrgehäuse 12 an Lagerringen 13 drehbar gelagert. Die Hüllrohrgehäuse 12 sind einstückig mit Auslegern 14 ausgebildet. Angetrieben sind die Strahlrohre 11 durch Zahnriemen 15, deren Zähne 15a mit einem an ihrem Außenmantel angeordneten Zahnkranz 16 kämmen. Als Vortriebselement dient eine Randschnecke 17, die mit ihrem äußeren Rand an dem Innenmantel des Strahlrohres 11 befestigt ist und gemäß dem Schnittbild II-II in Figur 1a lediglich ein äußeres Feld des Strahlrohrinnenraumes überstreicht. Die gleiche Anordnung zeigt Figur 2. Hierbei steht jedoch das Strahlrohr 11 an der rechten Seite an dem Hüllrohrgehäuse 12 hervor und trägt an seinem Außenmantel einen Schraubenpropeller 18. Dieser überstreicht, wie an dem Schnittbild III-III in Figur 2a veranschaulicht, zusätzlich ein äußeres Feld.
In Figur 3 ist zu dem schon zuvor beschriebenen Antrieb des Strahlrohres 11 ein Antriebsritzel 19 eines durch seine Antriebswelle 20 angedeuteten Motors ersichtlich; in Figur 4 kämmt das Ritzel 19 direkt mit dem Zahnkranz 16 des Strahlrohres 11. Nach Figur 5 ist das Strahlrohr 11 als Rotor eines Elektromotors ausgebildet und trägt eine Ankerwicklung 21, die über einen Kollektor 22 mit Strom versorgt wird. Außen angedeutet ist eine Magnetwicklung 23. In Figur 6 ist ein Druckmittelantrieb mit einer Zuleitung 24 und einer Rückleitung 25 und der Turbine 26 angedeutet. Die beiden zuletzt besprochenen Antriebsarten sind in den Figuren 7 und 8 ausführlicher dargestellt und zeigen vor allem die Hüllrohrgehäuse 12 deutlicher. Gemäß Figur 7 ist in dem Hüllrohrgehäuse 12 die Magnetwicklung 23 in einer eingelassenen Kammer 12a untergebracht, in einer solchen gemäß Figur 8 wirkt das Druckmittel auf Schaufeln 28 an dem Strahlrohr 11 über es lenkende Düsen 27.

[0012] In Figur 9 ist die Anordnung eines erfindungsgemäßen Strahltriebwerks 10 bei einem Boot 1 veranschaulicht. In seinem Kielraum 1a ist auf einem am Boden angordneten Ständer 2 ein am Heck 1b achtern hinausragendes Auslaufrohr 29 mittels einer dieses umgreifenden Konsole 3a desselben gehalten. Ein weiteres Rohr 30 ist an dem anderen Ende des Ständers 2 mit seinem Ende in einer Konsole 3b gehalten und an eine Wasserzutrittsöffnung 1c im Kielraum 1a angeschlossen. Das in zwei mit dem Ständer 2 verbundenen Lagerringen 13 drehbar gelagerte Strahlrohr 11 ragt mit seinen beiden Enden in die Rohre 29 und 30 und ist in diese mit nicht dargestellten schleifenden Dichtungen eingefügt Wie zu sehen, mündet das Rohr 29 in eine Schubdüse 32, vor deren Mündung zur Umkehr der Vortriebsrichtung ein Umlenkblech 33 zu schwenken ist. Oben an den Konsolen 3 ist die Antriebswelle 20 eines Motors 31 gelagert, deren Antriebsritzel 19 an dem Zahnkranz 16 des Strahlrohres 11 angreift. Einleuchtend ist, daß man anstelle des Antriebsritzels 19 ein größeres Antriebsstirnrad verwenden und um dieses herum z.B. in einem Teilkreis mehrere Strahlrohre 11 antreiben kann. Dieses ist in den Figuren 10 und 11 schematisch durch Zahnriemen 15, angedeutet.

[0013] In Figur 12 ist die Antriebswelle 20 eines Bootes 1 in ein das Strahltriebwerk 10 mit dem Strahlrohr 11 und Getriebe umhüllendes Gehäuse 10a eingeführt.

[0014] In Figur 13 schließlich ist ein einen Motor 31 und das vorbeschriebene Strahltriebwerk 10 als Einheit darstellender Außenbordmotor 34 zu sehen, der mit einem Flanschanschluß 34a vom Heck 1b des Bootes 1 lösbar ist. Natürlich kann der Außenbordmotor 34 auch um eine Ruderwelle schwenkbar ausgebildet werden.

[0015] Gemäß Figur 14 ist das Strahlrohr 11 im Prinzip wie in Figur 7 aufgebaut, mit dem Unterschied, daß hier das Hüllrohrgehäuse 12 als Armatur mit Flanschanschlüssen 35 ausgebildet ist und so als Umwälzpumpe in einem Flüssigkeitskreislauf z.B. in einer Heißwasserleitung dient. Es ist einleuchtend, daß hierbei sowohl die Schmierung als auch Kühlung nicht so proplematisch ist wie bei herkömmlichen Umwälzpumpen und auch ein ruhiger und daher geräuschärmerer Lauf gewährleistet ist, wodurch sich der erfindungsgemäße Strahltrieb hier besonders auszeichnet.

Ansprüche

1. Strahlantrieb für Wasser- und Luftfahrzeuge sowie Umwälzpumpen, bei dem das in ein Strahlrohr (11) einströmende Fluid durch wenigstens ein Vortriebselement wie einem als Schnecke (17) ausgebildeten Rotor entgegen der beabsichtigten Vortriebsrichtung beschleunigt wird, bei dem der äußere Rand der Schnecke (17) mit dem Innenmantel des Strahlrohres (11) fest verbunden ist und der innere Rand der Schnecken eine zentrale achsparallele Öffnung begrenzt und Schnecke und Strahlrohr (11) gemeinsam rotieren, bei dem das Strahlrohr (11) an seinem Außenmantel angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß an einem von der Lagerung (12) des Strahlrohres (11) freigehaltenen Außenmantelabschnitt wenigstens ein zusätzliches Vortriebselement wie Schraubenpropeller (18) angeordnet ist.

2. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenpropeller (18) am Auslauf des Strahlrohrs (11) angeordnet ist.

3. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohr (11) in einem Hüllrohr oder Hüllrohrgehäuse (12) und dergleichen gelagert ist.

4. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohres (11) vom Einlauf (11b) bis zum Auslauf (11a) oder in Teilabschnitten davon konvergierend ist.

5. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel des Strahlrohres (11) am Auslauf (11a) und gegebenenfalls am Einlauf (11b) frei von Vortriebselementen ist.

6. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf (11a) des Strahlrohres (11) als Schubdüse (32) ausgebildet ist.

7. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialdicke der Schnecke (17) nach dem Auslauf (11a) zunimmt.

8. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das Hüllrohrgehäuse (12) im Bereich der Lager (13) den Wasserzutritt ermöglichende Öffnungen (12a) aufweist.

9. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohrgehäuse (12) an einem Ständer (2) oder an einem Auslegergehäuse (14) befestigt ist.

10. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohrgehäuse (12) mit dem Auslegergehäuse (14) einstückig aufgeführt ist.

11. Strahlantrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohr, (11) zwischen den Lagern (13) als Antriebsglied wie z.B. Zahnkranz (16), Anker (21) oder Schaufeln (28) ausgebildet ist.

12. Strahlantrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Antriebsglied (16,21,18) ein entsprechendes Antriebselement wie Zahnriemen (15, Antriebsritzel (19), Magnetwicklung (23) oder Turbine (26)) samt Düsen (27) mit Zu- und Rückleitung (24,25) zugeordnet ist und dieses in das Hüllrohrgehäuse (12) und/oder das Auslegergehäuse (14) eingebaut ist.

13. Leitungssystem mit Umwälzpumpe, welche nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 12 ausgebildet ist.

14. Boot mit Strahlantrieb, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 12.

Claims

1. Jet propulsion for water and aircraft as well as circulation pumps, having the characteristic that the fluid entering through a propulsion pipe (11) is accelerated against the intended direction of propulsion by at least one propulsion element like a rotor having the shape of an auger (17); having also the characteristic that the outer edge of the auger (17) is firmly attached to the inner casing of the propulsion jet (11), and that the inner edge of the augers limits a central opening parallel to the axis, the auger and the propulsion pipe (11) rotating together, whereat the propulsion pipe (11) is driven at its outer casing, having the characteristic that on one of the outer casing sections kept free from the propulsion pipe bearing (12) at least one additional propulsion element like a screw propeller (18) is fitted.

2. Jet propulsion according to Claim 1, having the characteristic that the screw propeller (18) is arranged at the outlet of the propulsion pipe (11).

3. Jet propulsion according to Claim 1, having the characteristic that the propulsion pipe (11) rests in a sleeve pipe or sleeve casing (12) or something similar.

4. Jet propulsion according to Claim 1, having the characteristic that the propulsion pipe (11) from the intake (11b) to the outlet (11a), or in partial sections, is converging.

5. Jet propulsion according to Claim 1, having the characteristic that the inner casing of the propulsion pipe (11) at the outlet (11a) and possibly also at the inlet (11b) is free from propulsion elements.

6. Jet propulsion according to Claim 1, having the characteristic that the outlet (11a) of the propulsion pipe (11) has the shape of a propelling nozzle (32).

7. Jet propulsion according to Claim 1, having the characteristic that the thickness of the auger material (17) increases in the direction of the outlet (11a).

8. Jet propulsion according to Claim 1, having the characteristic that the sleeve pipe casing (12) has openings (12a) in the vicinity of the bearings (13) allowing the entering of the water.

9. Jet propulsion according to Claim 1, having the characteristic that the sleeve pipe casing (12) is fastened to a column (2) or an extension arm casing (14).

10. Jet propulsion according to Claim 1, having the characteristic that the sleeve pipe casing (12) forms one piece with the extension arm casing (14).

11. Jet propulsion according to at least one of the foregoing claims, having the characteristic that the propulsion pipe (11) between the bearings (13) is designed as a propulsion element like, for instance, crown gear (16), armature (21), or scoops (28).

12. Jet propulsion according to at least one of the foregoing claims, having the characteristic that the drive link (16, 21, 18) works together with a corresponding drive element like toothed belts (15), drive pinion (19), magnetic winding (23) or turbine (26) including nozzles (27) with feed and return lines (24, 25), the sleeve pipe casing (12) and/or the extension arm casing (14) being built into the drive unit.

13. Pipe system with circulation pump shaped according to at least one of the aforementioned claims.

14. Jet propelled boat according to one or more of the Claims 1 to 12.

Revendications

1. Propulseur par réaction pour engins de navigation maritime ou aérienne et pompes de circulation caractérisé en ce que le fluide pénétrant dans la tuyère d'échappement (11) subit dans au moins un élément moteur, par exemple un rotor en forme d'hélice (17), une accélération opposée à la direction de propulsion voulue, en ce que la bordure extérieure de l'hélice (17) est solidement liée à l'enveloppe intérieure de la tuyère d'échappement (11) et la bordure intérieure de l'hélice représents une ouverture centrale parallèle à l'axe, en ce que l'hélice et la tuyère d'échappement (11) rotent en phase, en ce que la tuyère d'échappement (11) est entraînée par son enveloppe extérieure, et en ce qu'il est pourvu d'au moins un élément moteur supplémentaire, telle qu'une hélice propulsive (18), agencé sur un segment de l'enveloppe extérieure ne faisant pas partie de la suspension (12) de la tuyère d'échappement (11).

2. Propulseur par réaction selon la revendication 1., se caractérisant par la position de l'hélice propulsive (18) à la sortie de la tuyère d'échappement (11).

3. Propulseur par réaction selon la revendication 1., caractérisé en ce que la tuyère d'échappement (11) est montée dans un tube de gainage, un boîtier tubulaire (12) ou une pièce semblable.

4. Propulseur par réaction selon la revendication 1., se caractérisant par les convergences de la tuyère d'échappement (11) entre l'entrée (11b) et la sortie (11a) ou sur certains segments de celle-ci.

5. Propulseur par réaction selon la revendication 1., se caractérisant par l'absence d'élémentes moteurs sur l'enveloppe intérieure à l'entrée (11b) et éventuellement à la sortie (11a) de la tuyère d'échappement (11).

6. Propulseur par réaction selon la revendication 1., caractérisé en ce que la sortie (11a) de la tuyère d'échappement (11) a la forme d'une tuyère de poussée (32).

7. Propulseur par réaction selon la revendication 1., caractérisé en ce que l'épaisseur de matériau constituant l'hélice (17) augmente au-delà de la sortie (11a).

8. Propulseur par réaction selon la revendication 1., caractérisé en ce que le boîtier tubulaire (12) est pourvu au niveau de la suspension d'orifices permettant l'entrée d'eau.

9. Propulseur par réaction selon la revendication 1., caractérisé en ce que le boîtier tubulaire (12) est fixé à un montant (2) ou à une console (14).

10. Propulseur par réaction selon la revendication 1., caractérisé en ce que le boîtier tubulaire (12) et la console (14) sont assemblés en un seul élément.

11. Propulseur par réaction selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, entre les suspensions (13), la tuyère d'échappement (11) a la forme d'un élément d'entraînement tel que, par exemple, une couronne dentée (16), une ancre (21) ou des pales (28).

12. Propulseur par réaction selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'élément d'entraînement (16, 21, 18) correspond un élément moteur telle qu'une courroie dentée (15), un pignon d'entraînement (19), une bobine électro-magnétique (23) ou une turbine (26), y compris des tuyères (27) pourvues de conduites d'arrivée et d'échappement (24, 25), et en ce que celui-ci est agencé dans la boîtier tubulaire (12) et/ou dans la console (14).

13. Système de conduites avec pompe de circulation conçue selon au moins l'une quelconque des revendications 1 à 12.

14. Bateau pourvu d'une propulseur par réaction conçu selon l'une quelconque ou plusieurs des revendications 1 à 12.

Zeichnung