EP0943539A2

EP0943539A2 - Zykloidalpropeller

Info

Publication number: EP0943539A2
Application number: EP99102647A
Authority: EP
Inventors: Harald Gross
Original assignee: Voith Hydro GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Hydro Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1998-03-14
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 1999-09-22
Also published as: NO313747B1; DE19811251C1; NO991030D0; US6109875A; NO991030L; EP0943539A3

Abstract

Es handelt sich um einen Zykloidalpropeller mit einer sogenannten Schubkurbelkinematik, bei welcher die Koppeln der Schubkurbelkinematik an einen Steuerpunktstern festgelegt sind, der an einer am unteren Ende des Steuerknüppels befindlichen Kugelbüchse befestigt ist. Die nötige Verdrehsicherung des Steuerpunktsterns gegenüber dem Radkörper erfolgt durch eine doppelte Parallelführung, die an dem Steuerpunktstern einerseits und am Radkörper andererseits mittels Drehgelenken gelagert ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Zykloidalpropeller entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein solcher Zykloidalpropeller ist beschrieben in Voith-Sonderdruck 1803, "Die Konstruktion des heutigen Voith-Schneider-Propellers", (Sonderdruck aus Voith "Forschung und Konstruktion", Heft 18, Seite 3, Mai 1967) sowie Voith-Druck 9.94 2000.

Die bisher erfolgreich als Flügelantriebsgestänge angewendete sogenannte Schubkurbelkinematik erlaubt die Anwendung von maximal fünf Flügeln. Bei größeren Flügelzahlen ergeben sich Überschneidungen der Lagerungen. Die Schubkurbelkinematik hat bisher gegenüber allen anderen Kinematiken den Vorteil, nur drehende Gelenkverbindungen zu enthalten. Mit gesteigerter Leistungsaufnahme der Propeller bietet die Anwendung von Propellern mit mehr als fünf Flügeln außerdem erhebliche Vorteile. Es ist daher die Aufgabe, eine Flügelantriebskinematik anzugeben, die nur drehende Gelenkverbindungen auch bei mehr als fünf Propellerflügeln aufweist, bei der insbesondere das Problem sich überschneidender Lagerungen - also bezogen auf die Gelenke - im Bereich des Steuerknüppels (beim Stand der Technik also der Steuerbüchse) vermeidet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Steuerpunktstern ermöglicht eine konstruktiv relativ einfache Festlegung der Koppeln des Flügelantriebsgestänges an der Kugelbüchse des Steuerknüppels. Weiterhin bietet die Ausbildung der Parallelführungshälften mit je zwei Gelenkstäben, die sich in Bezug auf die Hälften gegensinnig erstrecken und von denen jeweils die an dem Rotorkörper fest aber drehbar gelagerten einander diametral genau gegenüberliegen die Möglichkeit, die Flügelwinkelkurve aufgrund der Längenverhältnisse der Gelenkstäbe in gewisser Weise zu beeinflussen und damit auch die hydrodynamische Charakteristik des Propellers. Diese Eigenschaft kann bei Propellern mit beliebigen Flügelzahlen genutzt werden.

Durch die Flügelanlenkung an dem Steuerpunktstern können die entsprechenden Lenker oder Gelenkstäbe der Schubkurbelkinematik in einer Höhenebene liegen und nicht wie bei bisherigen Konstruktionen in der Hohe versetzt. Dabei können auch alle Lenker der Flügel gleich aussehen.

Das Gestänge der Parallelführung enthält ebenfalls nur drehende Lager, die nur geringen Verschleiß aufweisen und leichter beherrschbar sind als gleitende Lagerelemente.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert; dabei stellen im einzelnen dar:

Fig. 1: eine Draufsicht in prinzipieller Darstellung auf den Flügelkreis des Propellers mit dem Gestänge der Kinematik sowie der Parallelführung;
Fig. 2: einen Axialschnitt entsprechend Fig. 1 bezüglich des Rotorkörpers und der Kinematik (Schnitt A-A);
Fig. 3: eine Draufsicht entsprechend Fig. 1 auf eine andere Ausführungsform.

In Fig. 1 befinden sich die Propellerflügel 30a, 30b usw. auf dem Flügelkreis 23 gleichmäßig verteilt. Das zugehörige Antriebsgestänge der Kinematik ist mit 20a die Schwinge, mit 21a die Koppel und mit 22a die Kuppelstange, die an dem jeweiligen Antriebshebel 23a angreift, der mit dem jeweiligen Propellerschaft des einzelnen Flügels verbunden ist. Das Flügelantriebsgestänge greift nun jeweils mit der Koppel an dem Steuerpunktstern 14 an, und zwar ist das entsprechende Drehgelenk jeweils an einen Fortsatz 25a, 25b usw. festgelegt. Man erkennt aus Fig. 2, daß dieser Steuerpunktstern an der am unteren Ende des Steuerknüppels 17 befindlichen Kugelbüchse 16 befestigt ist. Das am freien Ende - in Bezug auf das Flügelantriebsgestänge - angeordnete Drehgelenk der Schwinge 20a, 20b usw. ist oben an einer Deckwand 38 des Rotorkörpers 39 festgelegt. Der radial äußere Teil des Rotorkörpers ist in Fig. 2 nicht mehr dargestellt.

Man erkennt aus Fig. 2, daß das Flügelantriebsgestänge, also insbesondere die sogenannten Koppeln 21a, usw., in ein und derselben Höhe, also auf demselben Höhenniveau, angeordnet sind. Man kann dies so vorsehen, daß keinerlei Kippmomente auf den Steuerknüppel von dieser Seite her rühren. In Fig. 2 erkennt man noch die Antriebstrommel 37 des Rotorkörpers, die sich dann fortsetzt in weiteren, im wesentlichen rotationssymmetrischen Teilen, die das Spurlager tragen und schließlich mit dem Tellerrad des Antriebsgetriebes des Propellers verbunden sind. Das festgelegte Drehgelenk der Parallelführung, die aus den Stäben 1, 2 und 1',2' sowie der Verbindungsstange 3 besteht, ist mit 5' bezeichnet (siehe auch Drehgelenk 5 in Fig. 1) und an der Deckwand 38 des Rotorkörpers festgelegt. Dies ist eine exakte Parallelführung, wobei jedoch hier ein gewisser Nachteil insofern besteht, als eine Unwucht durch die Parallelführung erzeugt wird.

In Fig. 3 ist eine andere Variante der Parallelführung mit den einzelnen Stabgliedern 7, 8 und 7', 8' dargestellt. Die Drehgelenke, die am Rotorkörper festgelegt sind, sind hier mit 9 und 9' bezeichnet. Die Verbindungsstange 11 der beiden Hälften der Parallelführung ist hier so dargestellt, daß sie prinzipiell mittig die beiden einander diametral zueinander liegenden Stäbe 8 und 8' der Parallelführung mittels Drehgelenken 13 und 13' verbindet und dabei unter Umständen unterhalb des Steuerknüppels, mithin also der Kugelbüchse verläuft. Sie kann aber auch bügelartig den Steuerknüppel bzw. die Kugelbüchse umfassen. Sie kann auch unterhalb des Rotorkörpers verlaufend bügelartig und V-förmig ausgebildet sein. In diesem Fall tritt eine kleine Verzerrung der Flügelwinkelkurve auf; man kann jedoch diesen Umstand auch durch geschickte vage Längenverhältnisse der Parallelführungsstangen dazu benutzen, die Flügelwinkelkurve in einer gewollten Richtung zu beeinflussen. Insofern kann hier ein besonderer Vorteil der gewählten "verschobenen" Schubkurbelkinematik auch in Bezug auf kleinere Flügelzahlen gesehen werden.

Die kleinen, strichpunktierten dargestellten Kreise in Fig. 1 geben den Bewegungsspielraum der am Steuerpunktstern befindlichen Gelenke der Flügelkinematik bei der Verstellung des Steuerknüppels (Einstellung des Exzentrizität) an.

Claims

Zykloidalpropeller mit den folgenden Merkmalen:

1.1 der Steuerpunkt wird von einem zentralen Steuerknüppel (17) verstellt;

1.2 die Lenkerkinematik weist eine Mehrzahl stabartiger Elemente (20a - 22a, 20b - 22b usw.) auf, die ausschließlich mittels Drehgelenken verbunden sind; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1.3 die Koppeln (21a, 21b usw.) der Lenkerkinematik sind jeweils über ein Drehgelenk (25a, 25b usw.) an einem Steuerpunktstern (14, 15) festgelegt;

1.4 der Steuerpunktstern ist am Steuerknüppel (17) angeordnet;

1.5 zur Verdrehsicherung des Steuerpunktsternes (14, 15) gegenüber dem Radkörper (37 - 39) ist eine doppelte Parallelführung (1 - 6, 1' - 6'; 7 - 10, 7' - 10') vorgesehen.
Zykloidalpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerpunktstern am unteren Ende des Steuerknüppels (17) mittels einer Kugelbüchse (10) fixiert ist.
Zykloidalpropeller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelführung (1 - 6, 1' - 6'; 7 - 10, 7' - 10') an dem Steuerpunktstern (14, 15) einerseits und am Radkörper (37 - 39) andererseits jeweils mittels Drehgelenken (5, 5'; 9, 9') gelagert ist.
Zykloidalpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelführung (1 - 6, 1' - 6') im wesentlichen aus zwei Hälften besteht, deren einander entsprechende Gelenkstäbe (1, 1', 2, 2') sich jeweils gleichsinnig erstrecken, wobei die einander entsprechenden Hälften jeweils an diametral einander gegenüberliegenden Punkten des Steuerpunktsterns (14) angreifen.
Zykloidalpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gelenkstäbe (7, 8; 7', 8') der Parallelführung sich gegensinnig zueinander erstrecken, und daß die Gelenkdrehachsen der Verbindungsgelenke der Gelenkstäbe (7, 8; 7', 8') sowie der am Radkörper festgelegten Gelenke (13, 13') in der nicht ausgelenkten Stellung, d.h. Null-Lage des Steuerpunktes des Propellers die Eckpunkte eines gedachten Rechtecks bilden.
Zykloidalpropeller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Gelenkstäbe (8, 8') der beiden Parallelführungshälften, die mit einem ihrer Enden an dem Radkörper (37 - 39) gelagert sind, durch eine Verbindungsgelenkstange (11) mittig gelenkig miteinander verbunden sind.