DD153786A5

DD153786A5 - Boots-und schiffspropeller

Info

Publication number: DD153786A5
Application number: DD80223744A
Authority: DD
Inventors: John R Coxon
Original assignee: Woodcoxon Eng Int
Priority date: 1979-09-07
Filing date: 1980-09-05
Publication date: 1982-02-03
Also published as: GB2058231A; EP0025260A1; ES8105215A1; DK378080A; AU532308B2; DK160005C; ES494850A0; US4304524A; NZ194232A; HK5184A; IN152435B; AU6012880A; KR830003331A; NO802572L; GB2058231B; NO149540B; IL60568A; NO149540C; MY8400319A; EP0025260B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Boots- bzw. Schiffspropeller mit zwei oder mehreren Fluegeln mit dem Ziel, eine hohe Anpassung des Propellers an die Schubbelastung bei geringem Energieverbrauch der Antriebsmaschine zu erreichen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Schiffspropeller zu schaffen, dessen Fluegel waehrend des Betriebes selbstaendig eine Stellung einnehmen, die an die Rotationsgeschwindigkeit des Propellers und an die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges durch das Wasser angepasst sind. Die Fluegelsteigung kann ueber einen weiten Bereich der gefahrenen Geschwindigkeiten stabil gehalten werden. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die Blaetter bzw. Fluegel helix- bzw. scheibenfoermig ausgebildet sind, und das Massezentrum des Fluegels hinter seiner Drehachse bezogen auf die Drehrichtung ist, wobei die Zentrifugalkraft eine Steigung des Fluegels aehnlich der eines Helikoides herbeifuehrt und jeder Fluegel relativ zur Schraubenebebe in einem Durchschnittserzeugungswinkel nach einem geneigt ist und jedes Blatt eine abgeschraegte Form mit einer Fluegelhinterkante im Abstand hinter der Drehachse des Fluegels aufweist.

Description

Berlin, den 15.1.1931 AP B 03 H/223 744 58 039/24

Boots- I)ZM, Schiffspropeller

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Boots- bzw. Schiffspropeller mit zwei oder mehreren PlügeIn, die drehbar auf einer Habe befestigt sind,

^harak^ter^ijstik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, das bei propellerangetriebenen Wasserfahrzeugen, und insbesondere bei kleinen.Hochgeschwindigkeitsmotorbooten ein Propeller mit stationären Blättern bzw« Flügeln über einen großen Teil des Geschwindigkeitsbereiches des Motorbootes äußerst unwirksam .ist. Wenn ein Propeller mit einer groben Blattsteigung bzw. ein steilgängiger Propeller verwendet wird, der sehr leistungsfähig betrieben werden kann, wenn das Y/asserfahrzeug sich bei einer Geschwindigkeit bewegt, die bei oder nahe der Maxirnalgeschwindigkeit liegt, so tritt ein beträchtlicher Hohlsog auf, wenn das Fahrzeug aus der Ruheρο sit ion anfährt oder mit nie-, driger Geschwindigkeit fährt ο Aufgrunddessen ist dann der Benzinverbrauch des Llotors des Fahrzeuges höher, als er bei derartig niedrigen Geschwindigkeiten sein sollte, und die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs auf höhere Geschwindigkeiten erfolgt ebenfalls schlechter als es sein könnte, wenn der Propeller bzw« die Schraube über einen breiteren Geschwindigkeitsbereich leistungsfähiger betrieben wurde« Natürlich liegt das Problem dann, daß bei sehr schnellen Hochgeschwindigkeitsrennbooten der Hohlsog derart ist, daß überhaupt kein Schub erzeugt wird, wenn das Boot stationär ist, wobei es notwendig ist, das Boot bis zu einer gewissen LIinimalge-

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schv/indigkeit anzuziehen, bevor es überhaupt durch seinen eigenen Motor und Propeller angetrieben wird·

Zur Überwindung dieses Problems wurde die Verwendung eines sog« Verstellpropellers vorgeschlagen· Die bekannten Propeller mit variabler Steigung werden hydraulisch betrieben und sind sehr schwer, kompliziert ausgeführt und dementsprechend teuer»

Es ist schon in der DE-PS 410 401 vorgeschlagen worden, Boots- und Schiffsschrauben herzustellen, die zwei oder mehr Blätter bzw. Flügel aufweisen, die auf einer Nabe derart angeordnet sind, daß sich die Flügel frei um die Drehachse drehen, die sich von der Nabe mit einer radialen Komponente nach außen hin erstreckt. Jeder Flügel ist dabei an seiner Flügelhinterkante mit .einer Trimmklappe versehen, die so zum übrigen des Flügels geneigt ist, daß, wenn der Propeller in Betrieb ist, die Klappe ein Drehmoment auf den Flügel ausübt, welches den Flügel um seine Drehachse dreht und ihn im wesentlichen im konstanten Angriffswinkel zur Wasserströmung hält, das über die Flächen des Flügels hinwegläuft.

Soweit bekannt, sind die beschriebenen Propeller jedoch nie kommerziell hergestellt worden· Es ist vorauszusetzen, daß die Trimmklappen den Rücktrieb des Wassers auf die Flügel in einem derartigen Ausmaß steigern, daß die aus dem freien Drehen der Blätter bzw. Flügel erzielten Vorteile, um einen etwa konstanten Angriffswinkel aufrechtzuerhalten, sich im wesentlichen aufheben.

Es ist aus der GB-PS 1 414 362 bekannt, ein Boots- und Schiffspropeller mit Flügeln, die frei um eine Nabe drehbar

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sind, so daß sie sich um radiale Achsen drehen, die nach hinten versetzt sind, betrachtet in der Richtung, in der sich der Propeller axial durch das -Wasser bewegt.· Die Drehachsen sind ebenfalls in vorbestimmten Stellungen im Hinblick auf die Vorderkanten der Blätter und diese Stellung der Drehachsen bewirkt, daß die Resultierende der hydrodynamischen Kräfte auf die Flügel wirkt und zu einer Selbsteinstellung ihrer Steigung führt«

Während dieser Propeller wenigstens einigermaßen in der beabsichtigten Weise betrieben v/erden kann, wird davon ausgegangen, daß er nie in kommerzieller Hinsicht Erfolg gehabt hat. Es ist bekannt, daß die Blätter nicht in einer stabilen Weise über einen ausreichend weiten Geschwindigkeitsbereich selbsteinstellend sind· Die Blätter bleiben auch bei größtmöglichen zurückgelegenden Entfernungen nicht stabil, wenn das Fahrzeug, an das die Schraube angepaßt ist, sich mit seiner Reisegeschwindigkeit bewegt. Das Aufrechterhalten einer optimalen Steigung bei Reisegeschwindigkeit ist jedoch eine wichtige· Forderung für alle lebensfähigen Verstellpropeller, da, falls die Propeller eine ausreichend hohe Wirksamkeit bei üblicher Fahrtgeschwindigkeit besitzen, alle anderen auftretenden Vorteile beseitigt werden.

Der Effekt der auf die Flügel des Propellers wirkenden Zentrifugalkräfte wird in der GB-PS 1 414 362 erwähnt; und festgestellt, daß dieser Effekt eine untergeordnete Bedeutung hat ·

Ebenfalls ist es in der GB-PS 1 414 362 angegeben, daß sich selbsteinstellende Schiffs- und Bootsverstellpropeller schoi?. seit vielen Jahren bekannt sind, jedoch ist bisher keine

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lebensfähige bzw, funktionstüchtige Konstruktion hergestellt worden.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung einen Boots- oder Schiffspropeller mit zwei oder mehreren Flügeln in Anwendung zu bringen, der eine hohe Anpassungsfähigkeit an die jeweilige Belastung gewährleistet und bei gleichbleibender Propellerbelastung einen gleichen Schub möglich machen·

Darlegung des Wesens der Erfindung;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Boots- bzw* Schiffspropeller mit zwei oder mehreren Flügeln die drehbar auf einer Habe befestigt sind, zu schaffen, bei der die Flügel derart angeordnet sind, das sie während des Betriebes der Schraube eine Verstellung vornehmen, die an die Rotationsgeschwindigkeit des Propellers und an die Geschwindigkeit der Fahrzeugbewegung durch das V/asser angepaßt ist, wobei die Flügelsteigung über einen weiten Geschwindigkeitsbereich, und insbesondere bei der jeweiligen Dauer- bzw. Reisegeschwindigkeit der Schraube sowohl stabil als auch im wesentlichen wirksam ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Blätter bzw. Flügel helix- bzw« schraubenförmig ausgebildet sind und die Hasseverteilung eines jeden Flügels zu seiner Drehachse so geordnet ist, daß das !.lasseZentrum des Flügels hinter der Drehachse des Flügels bezogen'auf dessen Dreh— richtung ist, wenn die Schraube ohne hydrodynamische Kräfte dreht, wobei die Zentrifugalkrafteinwirkung eine Steigung des Flügels ähnlich der eines Helikoides herbeiführt und

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jedes Blatt bzw· jeder Flügel nach, hinten relativ zur Schraubenebene in einem Durchschnittsneigungswinkel von mindestens 10 geneigt ist, multipliziert mit dem Entiernungsverliältnis des Propellers und dividiert durch die Flügelstellung des Flügels; wobei jedes Blatt bzw· Flügel eine nach hinten abgeschrägte Form mit einer Flügelhinterkante besitzt, die im Abstand hinter der Drehachse des Flügels liegt, bezogen zur Drehrichtung des Flügels, in einer Entfernung, die mindestens 60 % der maximalen Breite des Flügels entspricht, wobei die Lage der Drehachse in Bezug zur Form und zum Neigungswinkel' des Flügels derart ist, daß im Betrieb der auf den Flügel wirkende hydrodynamische Auftrieb mit der Resultierenden und der Rücktrieb mit der Resultierenden, gemeinsam mit den Zentrifugalkräften eine Einstellung der Flügel über einen Bereich von Rotations» und Axialgeschwindigkeiten zu einem Anstellwinkel mit über den Flügel laufenden Wasserströmung gestaltet, der einen im wesentlichen optimalen Schub liefert·

Ergänzend sei durin ausgeführt, daß die Lösung einen Verstellpxpeller betrifft, dessen Flügel um ihre Mittelachse kontinuierlich verstellbar sind, so daß die Propellersteigung den gewünschten Fahrtzuständen angepaßt werden kann, wobei zwei oder mehreren schraubenförmigen Blättern oder Flügeln, die auf einer Habe angebracht sind. Jeder Flügel kann sich frei um die Drehachse drehen, die sich radial von der Nabe nach außen erstreckt* Die Drehachse jedes Flügels ist vorne, in Rotationsrichtung des Propellers vom Druckzentrum des Flügels beabstandet, so daß im Betrieb der auf den Flügel wirkende Wasserdruck ein Drehmoment ausübt, das dazu neigt, den Flügel um seine Drehachse in einer Richtung zu drehen, um die Flügelflächen mit dem über dem Flügel laufenden V/asserfluß auszurichten« Die Drehachse ist ebenfalls rückwärtig

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in Bezug zur Bewegungsrichtung der Rotationsachse des Propellers durch das Wasser, zumindest mit einem größeren Teil der Druckfläche des Flügels beabstandet, so daß im Betrieb die Resultierende des Wasserrücktriebs auf den Flügel ein Drehmoment ausübt, das dazu führt, daß sich der Plügel um seine Drehachse in einer entgegengesetzten Richtung dreht« Zusätzlich und von besonderer Bedeutung ist die Form„und die Massenverteilung der Plügel relativ zu ihren Drechachsen derart gestaltet, daß die Zentrifugalwirkungen die Blätter bzw* Plügel in Abwesenheit hydrodynamischer Kräfte mit einer Steigung bzw* Distanz bewegt werden, die der eines Helikoids entspricht» Die verschiedenartigen, auf die Plügel wirkenden Drehmomente sind im Betrieb derart, daß jeder Plügel über einen Bereich von Rotations- und Axialgeschwindigkeiten eine stabile Gleichgewichtsposition einnimmt, in der die zurückgelegte Distanz der Schraubenumdrehung (pitch) optimal an die Rotationsgeschwindigkeit und die lineare Axialgeschwindigkeit der Schraube angepaßt ist·

Da der Propeller eine variable Steigung oder Verstellung besitzt, ist dieses Steigungs- bzw· Entfernungsverhältnis definiert als die Steigung des Helikoids, an dem die Plügel ausgebildet sind, dividiert durch den Durchmesser des Propellers bzw, der Schraube* Die Flügelstreckung des Flügels ist definiert als der maximale Radius des Flügels, gemessen von der Rotationsachse des Propellers, dividiert durch die maximale Breite des Flügels; und ist deshalb umgekehrt proportional zum Plügelbreitenverhältnis· Die Druckfläche des Flügels kann etwa gerade sein, wie es aus dem Schnitt der Propellerbezugslinie ersichtlich ist, wobei in diesem Fall der Neigungswinkel des Flügels konstant ist« In alternativer Weise kann die Druckfläche gebogen sein, wie es aus

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diesem.Abschnitt ersichtlich ist, wobei in diesem Pail der Neigungswinkel sich vom Fuß bis zur Spitze des Flügels verändert« Der Durchschnittswinkel'der Neigung ist ein Durchschnittswinkel zwischen der Rotationsachse des Propellers und der Druckfläche des Flügels im Schnitt auf der Propellerbezugslinie« Während die Drehachsen der Flügel sich nach außen in Ebenen erstrecken können, die genau radial zur Rotationsachse des Propellers verlaufen, können sie in alternativer Weise etwas winkelig zu den radialen Ebenen angeordnet sein, wobei der Ausdruck "radial nach außen erstreckend", diese beiden Anordnungen umfaßen soll, vorausgesetzt, daß die Achsen sich von der Rotationsachse des Propellers mit größeren radialen Komponenten nach außen erstrecken. Ferner können die Drehachsen in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Rotationsachse des Propellers liegt; dieses ist für die meisten Zwecke vorteilhaft» In einigen Fällen können die Drehachsen jedoch zu dieser Ebene entweder nach vorn oder nach hinten geneigt sein»

Bei einem Propeller-bzw«.'einer Schraube mit den beschriebenen Merkmalen nehmen die Flügel eine stabile Stellung ohne Stampfen ein, die für einen weiten Bereich von Rotationsund Axialgeschwindigkeiten des Propellers geeignet ist» Es wird angenommen, daß eine derartige Stabilität bisher nicht erzielt worden ist»

Vorzugsweise sind die Drehachsen jedes Flügels derart angeordnet, daß, wenn der Flügel sich in der Stellung mit minimaler Steigung bzw« Distanz dreht, eine die Drehachse und die Rotationsachse des Propellers enthaltende Ebene den Flügelbereich etwa im Verhältnis 3 : 1 teilt, wobei im wesentlichen ein Viertel des Bereiches vor der Drehachse und etwa drei Viertel des Bereiches hinter der Drehachse in

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Richtung der Rotations des Propellers liegt.

Jeder Flügel kann derart gedreht v/erden, daß er sich nur um seine Drehachse innerhalb bestimmter .Grenzen dreht, welche durch Anhaltepunkte festgelegt sind, um eine Veränderung der Steigung zwischen einem Minimum und einem Maximum vorzusehen. In diesem Pail, wenn der Propeller in rückwärtiger Drehrichtung angetrieben wird,-nimmt er immer seine maximale Steigung an und es tritt keine Selbsteinstellung auf· Vorzugsweise sind die Flügel deshalb drehbar angebracht, so daß sie sich frei in allen Richtungen drehen können. Bei derjenigen Anordnung, bei der die Schraubenwelle sich in Vorwärtsrichtung dreht, drehen sich die Flügel und liefern einen An-'griffswinkel, um einen Vorwärtsschub zu schaffen* Wenn die Schraubenwelle- sich in entgegengesetzter Richtung dreht, drehen sich die Flügel um ihre Drehachsen um fast 180 und ergeben den gleichen Angriffswinkel in rückwärtiger Richtung und somit einen umgekehrten Schub bzw· Rückwärtsschub. Aufgrund dieser Flügelrotation über fast 180° sind die Drehachsen der Flügel noch hinter den Druckflächen der Flügel angeordnet, da die Flügel nun in einer entgegengesetzten Axialrichtung sich durch das Wasser bewegen.

Jeder Flügel kann völlig unabhängig von den anderen Flügeln auf der Habe drehbar befestigt sein, wobei dieses für die meisten Zwecke die bevorzugte Anordnung darstellt· Alternativ können die Flügel jedoch miteinander auf der Welle verbunden sein, so daß die zwangsmäßig sich gemeinsam um ihre Drehachsen drehen und sämtliche Flügel gleichzeitig die gleiche Steigung bzw« Distanz annehmen. Die Blätter sind vorzugsweise, wie es gewöhnlich der Fall ist, im Querschnitt flügelartig. Dann wird der auf das Blatt wirkende Druck, während das Blatt sich dreht, durch den hydrodynamischen

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Auftrieb des Blattes erhöht. Der gesarate, auf das Blatt bzw, den Flügel wirkende Rücktrieb wird also insoweit gesteigert, als daß der Rücktrieb dann sich aus dem Reibungswiderstand des Wassers auf den Flügel zusammen mit einer Rücktriebskomponente der auf den flügelartigen Abschnitt v/irkenden hydrodynamischen Kräfte zusammensetzt·

Die Lösung nach der Erfindung weist einen nicht unerheblichen Umfang von technischen und ökonomischen Vorteilen auf·

Beispielsweise können sich die Propeller in Abhängigkeit vom Einsatzgebiet verändern für das die Propeller vorgesehen sind» Auf diese Art und V/eise kann in Booten mit kleinen Außenbordmotoren die zum Ziehen von Wasserskiläufern verwendet werden, die Beschleunigung des Bootes deutlich verbessert werden, wobei die .erfindungsgemäßen Propeller insbesondere beim Ziehen des Skiläufers helfen, ihn schnell über die kritische Geschwindigkeit hinwegzubringen, bei denen der oder die Ski an zu gleiten fangen· Ferner wird, und dies ist von größter Bedeutung bei der gegenwärtigen Bensinknappheit, bei Wasserverdrängungsbootskörpern oder anderen Rümpfen, die über einen weiten Geschwindigkeitsbereich betrieben werden können, aufgrund der Fähigkeit des Propellers, seine Propellersteigung bzw· Schrägstellung an die Geschwindigkeit des Bootes anzupassen, die Wirksamkeit des Propellers bei maximalen Wert über den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Bootes aufrechterhalten« Dieses führt dazu, daß der Benzinverbrauch sehr stark nachläßt, wenn das Boot bei irgendeiner Geschwindigkeit unterhalb der iiaximalgeschwindigkeit gefahren wird, die vom iJotor geliefert werden kann, der das Boot antreibt. Die Senkung des Benzinverbrauchs, führt nicht nur zu einer betrachtlich verbesserteil Wirtschaftlichkeit, sondern ebenfalls bei gleichen Benzintankvolumen su einer verbesserten

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Reichweite für aas Boot. Dieses kann von "besonderer Bedeutung sein, insbesondere bei Fischerbooten·

Die Propeller können ebenfalls vorteilhafterweise bei Trawlern verwendet werden· Trawler müssen mit möglichst hoher Geschwindigkeit zu ihren Fischgründen fahren, um einen möglichst wirtschaftlichen Benzinverbrauch sicherzustellen; beim Fischen sollen sie doch sehr viel langsamer fahren, wobei die Propeller jedoch eine ausreichende Schubwirkung liefern müssen, um das Schleppnetz zu ziehen· Ein Propeller mit feststehenden Flügeln kann unter diesen Umständen nicht in beiden Fällen wirksam sein, und es ist deshalb bei Trawlern nicht unüblich, daß sie mit Propellern ausgerüstet werden, deren Flügel in den beiden unterschiedlichen BlattSteigungen eingestellt werden können« Diese Einstellung wird jedoch hydraulisch oder durch eine komplizierte mechanische Anordnung ausgeführt, so daß solche Propeller deshalb sehr teuer sind· Die Propeller erzielen jedoch die gleichen wünschenswerten Wirkungen wie die Propeller mit variabler Blattverstellung, jedoch mit viel geringeren Kosten·

Es ist ein weiterer Vorteil, daß die Propeller außerdem sehr viel schneller einen Rückwärtssehub auf einem sich vorwärts bewegenden Boot ermöglichen als bei üblichen Propellern mit festliegenden Blättern bzw« Flügeln« Dieses ermöglicht, daß das Boot sehr viel schneller angehalten werden kann und verbessert dadurch besonders die Sicherheit· Der Grund hierfür ist der, daß bei Propellern mit stationären bzw« unbeweglichen Blättern die Fließrichtung des Wassers über die Blattflächen derart ist, daß, wenn der Propeller sich zuerst in einer Rückwärtsrichtuug dreht, im Gegensatz zur Vorwärtsbewegung, der durch den Propeller gebildete Hohlsog

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tatsächlich, sehr groß ist und deshalb der Rückwärtsschub gering ist. Bei den erfindungsgemäßen Propellern werden die Blätter bzw. Flügel jedoch, obwohl die Propellerwelle sich mit höchster Geschwindigkeit in Vorwärtsrichtung drehen kann und danach sofort umgekehrt und sich mit höchster Geschwindigkeit sich in Rückwärtsrichtung dreht, ihren korrekten Angriffswinkel entsprechend zur Strömungsrichtung des Wassers., welches über ihre Flächen fließt, annehmen«, Dementsprechend wird dann sofort ein beträchtlicher Rückwärtsschub entwickelt·

Schließlich v/eisen die Propeller entsprechend der Lösung besonders große Vorteile auf, wenn sie auf stark geneigten Propellerwellen verwendet werden» Die Wirksamkeit von Propellern mit stationären bzw. festliegenden Blättern nimmt schnell mit der Steigerung der ITeigung der Welle ab, auf welche der Propeller befestigt wird, da die ITeigung bewirkt, daß der Anstellwinkel der Blätter sich bei jeder Umdrehung verändert, während sich der Propeller dreht. Die Blätter bzw. Flügel der e-rfindungsgemäßen Propeller jedoch oszillieren um ihre : Drehachsen, wenn sie auf Schrägwellen aufgesetzt sind und die Blattsteigung verändert sich deshalb zyklisch, während sich der Propeller dreht. Dieses führt zu einer bemerkenswerten Steigerung der Wirksamkeit· Dieser Vorteil ist von besonderer Bedeutung bei Tragfkachenbooten, wo stark geneigte Wellen nicht vermieden werden können_e

Au s führ ung s b e i s ρ i el

Im folgenden werden zwei Beispiele von erfindungsgemäßen Propellern in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden,, In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

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Pig· 1: eine Esplosivdarstellung des Propellers in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Pig. 2: einen Schnitt, wobei einer der Plügel des Propellers, in einer Richtung, in der der Plügel einen maximalen Projektionsbereich darstellt ^ gezeigt ist;

Pig» 3; eine Ansicht eines Plügels des ersten Beispiels, radial nach innen auf die Rotationsachse des Propellers zu gesehen;

Pig* 4: den Schnitt IV-IV in Pig. 3;

Pig« 5: einen Axialschnitt durch eine aweite Ausfülirungsform, bei der lediglich ein Teil der Plügel bzw. Blätter gezeigt ist.

Das in den Piguren 1 bis 4 gezeigte Ausführungsbeispiel besitzt Schrauben- bzw. helixförmige Blätter oder Plügel, wobei die Sciiraubensteigung bzw« -distanz 200 mm beträgt. Der Durchmesser des Propellers ist also 200 mm, so daß das Schraubensteigungsverhältnis des Propellers = 1 beträgt. Die Blatt- bzw. Plügelbreite beträgt 124 mm und die Plügelstreckimg (Aspect Ratio) beträgt dementsprechend 0,8,

Der in den Piguren 1 bis 4 gezeigte Propeller besitzt eine iiabe 1, die aus zwei Teilen 1a, 1b gebildet ist. Die Teile 1a; 1b sind auf einer mittigen Ebene aneinander angepaßt j die senkrecht zur Rotationsachse des Propellers verläuft und miteinander durch drei Schrauben 2 verbunden, die frei durch die Bohrungen 3 im Teil 1a verlaufen» Sie sind in die mit einem Gewinde versehenen Bohrungen 4 im Teil 1b

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eingeschraubt» Die Teile 1a; 1b besitzen ebenfalls eine mittige Bohrung 5» in welche beim Betrieb eine Propellerwelle eingepaßt ist.

Der Propeller besitzt drei Blätter bzw. Flügel 6, die jeweils identisch und in der gleichen Art und Weise drehbar auf der Nabe 1 befestigt sind. Es wird deshalb lediglich ein Plügel 6 und seine Anbringung an der Habe 1 beschrieben«

Der Plügel 6 ist in einem Stück mit einem kreisförmigen Gewindeauge 7 gegossen, das eine zylindrische Ausnehmung 8 an seiner Unterseite sowie· eine mittige versenkte Bohrung besitzt, die koaxial zur Drehachse liegt, um die der Plügel 6 relativ zur Nabe 1 frei drehbar ist»

Ein Radial- und Axialkugellager umfaßt einen drehbaren Lagerring 10 mit einem vorspringenden Kranz 11 und zwei festen Lagerringen 12; 13« Ein erster Ring mit Kugeln 14 ist zwischen den Ringen 10; 12 angeordnet und ein zweiter Kugelring 15 ist zwischen den Ringen 10; 13 angeordnet» Das Lager wird zusammengesetzt und dann in eine zylindrische Passung 16 in der Habe 1 eingesetzt. Die Passung 16 wird ausgebildet, indem die llabenteile 1a; 1b miteinander verbunden werden, wie ersichtlich, kann die Lageranordnung nur vor der Zusammenfügung der ITabenteile 1a, 1b eingesetzt und danach miteinander verbunden werden* Nachdem die Nabenteile einmal miteinander verbunden worden sind, wird die Lageranordnung in ihrer Stellung in der Habe 1 durch den nach innen gerichteten Plansch 17 gehalten*

Das ,Gewindeauge 7 bzw« der Vorsprung des Plügels 6 wird dann über die die Lageranordnung enthaltende Passung 16 und über den Plansch. 17 geschoben, wobei der Rand des Vor-

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Sprungs 7 in eine ringförmige Hut 18 eingepaßt wird. Die zusammengefügte Stellung wird besonders deutlich in Pig. 2 gezeigt.

Um das Blatt 6 mit seinem Vorsprung in Stellung zu halten, wird zuerst ein Bolzen 19 durch eine kleine Öffnung 20 im Vorsprung 7 und danach in eine Registerhaltung 21 im Kranz 11 eingesetzt* Dieses verhindert, daß sich der Lagerring relativ zum Vorsprung 7 dreht; und danach wird eine Schraube 22 durch die Bohrung 9 eingesetzt und in eine mit Gewinde versehene Bohrung 23 im Kranz 11. eingeschraubt. Dieses klammert die Unterseite des Vorsprungs 7 fest gegen die Oberfläche des Kranzes 11, wie es sehr deutlich in Pig» 2 gezeigt wird, so daß sich der Vorsprung 7 mit dem Lagerring drehen kann, welcher selbst innerhalb der Passung frei drehbar ist«

Wie aus Pige 2 sehr deutlich zu ersehen, widersteht der Kugellagerring 14 radialen Belastungen auf der Lageranordnung und ebenfalls axialen Belastungen radial außerhalb entlang der Flügeldrehachse· Der Ring der KugelnΊ5 widersteht einem nach innen gerichteten Axialdruck_β

Bei diesem Beispiel liegen die Drehachsen sämtlicher drei Flügel 6 in einer Ebene, die senkrecht zur Drehachse des Propellers ist, d. h* die Achse der Bohrung 5. Die Flügel 6 bewegen sich durch das Wasser in Richtung eines Pfeils 24, der in Fig· 2 gezeigt ist· Das Druckzentrum des Flügels 6 liegt beabstandet hinter der Drehachse 25 des Flügels 6, d. tu näher an der hinteren Flanke des Flügels 6, jedoch verändert sich diese Entfernung in Abhängigkeit vom Anstellungswinkel des Flügels 6 und in Abhängigkeit von anderen Faktoren·

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Auf diese Art und V/eise wirkt die Resultierende P des auf des auf den Flügel 6 wirkenden Druckes bei einer variablen Entfernung ρ von der Achse 25, wie es in Pig. 3 gezeigt ist. Wie ebenfalls aus Pig, 3 hervorgeht, wirkt die Resultierende D des Rücktriebs auf den Flügel β bei einer Entfernung d von der Drehachse 25, wobei diese Entfernung sich ebenfalls in einigem Ausmaß verändert. Die auf den Flügel 6 wirkenden Drehmomente, die durch den entstehenden Druck und Unterdruck bzw. Rücktrieb hervorgerufen werden, wirken jedoch in entgegengesetzten Richtungen.

Wie aus Pig. 4 ersichtlich besitzt der Flügel 6 einen Neigungswinkel 27 von 15°. In diesem Beispiel ist die Druckfläche des Flügels 6 gerade im in der Fig. 4 gezeigten Schnitt und deshalb ist der Neigungswinkel 27 konstant. Der Flügel 6 kann jedoch auch radial abgebogen sein, so daß der Neigungswinkel 27 sich radial verändert. Es ist dann der Durchschnittsneigungswinkel, welcher von Bedeutung ist.

Die Drehachse 25, wie sie in Fig. 2 ersichtlich ist, teilt den Flügel 6 in einen Bereich 28 vor der Drehachse und in einen Bereich 29 hinter der Drehachse 25. Der Bereich 29 ist etwa dreimal so groß wie der Bereich 28_e

Die nach hinten abgeschrägte Form der Flügel 6 zusammen mit ihrem Flügelumriß bzw. Neigungswinkel 27 relativ zu ihren Drehachsen 25 und die Stellung der Drehachsen 25 bewirkt, daß die Massenverteilung der Flügel 6 entsprechend zu ihren Drehachsen 25 und zur Rotationsachse des Propellers derart ist, daß die Zentrifugalkräfte die Flügel 6 bewegen, bis ihre Druckflächen im wesentlichen auf einer gemeinsamen Helixflache von 200 mm Steigung bzw« Entfernung liegen, wenn sich der Propeller im Vakuum mit einer derartigen Geschwindigkeit dreht, daß

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Gravitationskräfte vernachlässigbar werden·

Die aweite, in Pig. 5 gezeigte Ausführungsform entspricht in jeder Hinsicht dem ersten Beispiel, außer, daß die Flügel 6 innerhalb der Habe 1 durch ineinandergreifende Getrieberäder miteinander verbunden sind, so daß sich die Flügel 6 zwangsschlüssig um ihre Drehachsen 25 gemeinsam miteinander drehen.

Zu diesem Zweck besitzt die Habe 1 eine Passung 16' mit einem etwas größeren radialen Ausmaß als die Fassung 16 im ersten 'Ausführungsbeispiel· Ebenfalls ist anstelle des Lagerrings 10 des ersten Ausführungsbeispiels ein Lagerring 10' vorhanden, der ein etwas größeres radiales Ausmaß besitzt, als der Lagerring 10 und ist außerdem mit einem Kegelradgetriebe 30 versehen« Die Habe 1 umfaßt ein Teil 1a, das dem Teil 1a des ersten Beispiels entspricht, sowie einen Teil 1^fb des ersten Beispiels entspricht, außer, daß es mit einer sich in axialer Richtung erstreckenden ringförmigen ITut 31 verseilen ist, die konzentrisch zur Bohrung 5 ist und sich mit der Passung 16" überschneidet. Die ringförmige Nut 31 enthält ein Kegelgetrieberad 32, das durch ein Kugellager 33 getragen wird und ein Kegelrad 34 besitzt, das mit dem Kegelradgetriebe 30 des Lagerringes 10' aller drei Flügel 6 in Eingriff ist.

Claims

«β?

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Er f induingsanspruch

1· Boots-und Schiffspropeller bzw· -schraube mit zwei oder mehreren Plug ein, die drehbar auf einer iJabe befestigt sind, so daß sie sich frei um sich radial von der Habe nach außen erstreckende Achsen drehen können, wobei die Drehachse rückwärtig in Bezug zur Richtung versetzt ist, in welcher beim Betrieb die Schraube der Druckflächen der Flügel sich axial durch das Wasser bewegt, gekennzeichnet dadurch, daß die Blätter bzw. Flügel (6) helix- bzw« schraubenförmig ausgebildet sind und die Masseverteilung eines jeden Flügels (δ) zu seiner Drehachse (25) so geordnet ist, daß das MasseZentrum des Flügels (6) hinter der Drehachse (25) des Flügels (6) bezogen auf dessen Drehrichtung ist, wenn die Schraube ohne hydrodynamische Kräfte (P; D) dreht, wobei die Zentrifugalkrafteinwirkung eine Steigung des Flügels (6) ähnlich der eines Helikoides herbeiführt und jedes Blatt bzw· jeder Flügel (6) nach hinten relativ zur Schraubenebene in einem Durchschnitts·» neiguiigsv/inkel (27) von mindestens 10° geneigt ist, multipliziert mit dem Entfernungsverhältnis des Propellers und dividiert durch die Flügelstellung des Flügels, v/obei jedes Blatt bzw. Flügel (6) eine nach hinten abgeschrägte Form mit einer Flügelhinterkante besitzt, die im Abstand hinter der Drehachse (25) des Flügels (6) liegt, bezogen zur Drehrichtung (24) des Flügels (6), in einer Entfernung, die mindestens 60 % der maximalen Breite des Flügels (o) ents-pricht, v/obei die Lage der Drehachse (25) in Bezug zur Form und zum i-Jeigungswinkel (27) des Flügels (6) derart ist, daß im Betrieb der auf den Flügel (6) wirkende hydrodynamische Auftrieb mit der Resultierenden (P) und der Rücktrieb mit der Resultierenden (D), gemeinsam mit den

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Zentrifugalkräften eine Erstarrung der Flügel (6) über einen Bereich von Rotations- und Axialgeschwindigkeiten zu einem Anstellwinkel mit über den Flügel (6) laufenden Wasserströmung gestaltet, der einen im wesentliehen optimalen Schub liefert·
2. Propeller nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Drehachse (25) jedes Flügels (6) derart angeordnet ist, daß, wenn der Flügel (6) in eine Stellung mit minimaler Steigung gedreht bzw· geschwenkt ist, eine die Drehachse (25) und die Rotationsachse des Propellers enthaltende Ebene den Bereich (28; 29) des Flügels (β) im Verhältnis von etwa 3 : 1 teilt, wobei im wesentlichen ein Viertel des Bereiches (28) vor der Drehachse (25) und etwa dreiviertel des Bereiches (29) hinter der Drehachse (25) in Rotationsrichtung (24) des Propellers angeordnet sind,

3· Propeller nach den Punkten 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Drehachse (25) des Flügels (6) in einer Ebene liegt, die senkrecht zur Rotationsachse des Propellers ist·

4". Propeller nach einem der vorstehenden Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Flügel (6) in allen Richtungen mn ihre Drehachsen (25) frei drehbar sind·

5e Propeller nach den Punkten 1 bis 4» gekennzeichnet dadurch, daß die Flügel (6) miteinander innerhalb der Nabe (1) verbunden sind, so daß sie zwangsschlüssig sich um ihre Drehachsen (25) gemeinsam drehen und somit sämtliche Flügel (6) die gleiche Steigung bzw« Stellung zur gloi-

-19- 15.1.1981

AP B 03 H/223 58 039/24

chen Zeit annehmen»

6, Propeller nach Punkt 5s gekennzeichnet dadurch, daß die I?lügel(6) mechanisch miteinander durch ineinandergreifende Kegelradgetriebe (30; 32) in der Nabe (1) verbunden sind·

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen