DE3839967A1

DE3839967A1 - Drehmoment-kraft-wandler

Info

Publication number: DE3839967A1
Application number: DE19883839967
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Mayer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1988-11-26
Publication date: 1990-04-26
Also published as: DE3839967C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehmoment-Kraft-Wandler, bei dem Propellerdrehmomente energiesparend in Strömungskräfte umgewandelt werden.

Und zwar fördern drehmomentenbelastete Propeller Flüssigkeiten durch:

1. nach außen offene Rohre (→ Strahlkraft)
2. nach außen offene Rohre mit festen Tragflächen (→ Strahlkraft) und Auftriebskraft)
3. geschlossene Rohrleitungen mit festen Tragflächen (→ Auftriebskraft).

Zum Einsatz kommen diese strömungstechnischen Gebilde beim Antreiben und Manövrieren von beweglichen Körpern, beim Flüssigkeitspumpen und in Versuchskanälen.

Was das Antreiben und Manövrieren von beweglichen Körpern anbelangt, sind bisher nur Wasserstrahlantriebe und sogenannte Strahlruder aus der Schiffstechnik bekannt, wobei die Rohre nach außen offen sind (Eintritt und Austritt). Die Strahlflüssigkeit entspricht dem Fahrwasser, also Fluß-, Hafen- oder Meerwasser sowie Gemischen davon, denen die Werkstoffe der Konstruktionsdetails resistieren. Bisher sind zwei Bauarten bekannt:

1. Strahlrohre, in denen das am Schiffsboden angesaugte Wasser von einem Propeller beschleunigt, mittels Leitapparat oder Drallkreuz gleichgerichtet, durch eine verlustbehaftete, richtungsvariable Düse ausgestoßen wird.
2. Pumpen mit vertikaler Achse, längs der sie von unten saugen und radial in ein Ring- oder Spiralgehäuse fördern, aus dem der Strahl tangential austritt. Die Pumpen sind drehbar in vertikalen, im Schiffskörper befestigten Tunnels gelagert, so daß der Strahl richtungsvariabel wird.

Nach 1. und 2. arbeiten auch die meist im Bug befindlichen Strahlruder.

Zu dem werkstofftechnischen Nachteil der offenen Bauweise und der großen Zahl von Bauteilen tritt noch ein anderer, wesentlich gravierenderer:

Das Verhältnis KRAFT/mechanische LEISTUNG ist bei der bisherigen Anordnung gering und liegt in der Größenordnung bis 150 N/kW.

Propellerpumpen in vertikaler, horizontaler und beliebiger Lage benötigen heute einen Leitapparat und eine eventuell mit Krümmern versehene Leitung. Die Bauteile fordern hohe Fertigungsgenauigkeit, und die Antriebsleistung liegt hoch wie bei Wasserstrahlantrieben.

In Strömungskanälen wird der Propellerdrall ebenfalls durch Leitapparat, Beruhigungsstrecke und Gleichrichtergitter herausgenommen. Die Antriebsleistung ist ebenfalls hoch.

Bewegliche Körper wie Räder-, Luft- und Luftkissenfahrzeuge werden bisher noch nicht durch eine solche Anordnung angetrieben oder manövriert. Hierzu gehören auch die vielen Sonder-, Förder- und Hilfsfahrzeuge in der modernen industriellen Produktion.

Die neue Konstruktion besteht aus zwei Hosenrohren (3 und 4, Fig. 1 und 2), in denen gegenläufige Propeller (1 und 2, Fig. 3) entsprechende Wasserströme (1.1 und 1.2 Fig. 1) in ein Rohr (7, Fig. 4) fördern. Die Querschnittsflächen der Rohre 3 und 4 sind gleich groß, der Austrittsquerschnitt (5, Fig. 2) hängt in Form und Größe vom Winkel zwischen den Hosenrohren 3 und 4 ab. Ist die Fläche 5 gleichgroß der Fläche von Rohr 7, ist die geradlinige Geschwindigkeit c (m/s) in 7 doppelt so groß wie diejenige in 3 und 4. Dies läßt sich durch Wahl des Hosenrohrwinkels und einem entsprechenden Formstück zwischen 5 und 7 erreichen. Ebenso lassen Winkelwahl und Formstück zwischen 5 und 7 nach Größe und Form verschiedene Übergänge zu.

Beim trivialsten Anordnungfall in offenen Rohren mit gleichen Querschnitten 3, 4, 5 und 7 wird die gesamte mechanische Antriebsleistung der Propeller 1 und 2 nur ein Viertel so groß, als wenn ein einziger Propeller in Rohr 7 die gleiche Strahl- oder Schubkraft erreichen wollte.

was bei kleinen Hosenrohrwinkeln in Querschnitt 5 fast durch vektorielle Geschwindigkeitsaddition erreicht wird.

Neben diesem trivialsten Fall der Leistungsverteilung auf:

1 × zwei Propeller, kann man auch
2 × zwei Propeller
3 × zwei Propeller usw. anordnen.

Durch vorgenannte konstruktive Anordnungen wird das Verhältnis Strahlschub zur gesamten Leistung wesentlich größer; somit auch die Leistungseinsparung.

Die bisher beschriebenen Bauteile und ihre Anordnung bilden eine abgeschlossene Konstruktionseinheit.

Diese wird erweitert durch eine geradlinig angeströmte, auftriebsbehaftete, gerade oder gewölbte, profilierte Tragfläche (6, Fig. 4), die fest im Rohr 7 steht. Ihr Anstellwinkel gegen die geradlinige Strömung in 7 beträgt +8° bis -8°. Er ist von außen über den feststellbaren Hebel (8, Fig. 4) wählbar. Die Strömung in 7 ist geradlinig, da die konstruktive Anordnung den Drall der Ströme 1.1 und 1.2 aufhebt.

1.1 und 1.2 schrauben sich gegenläufig ineinander. Sie stellen gegenläufige "erzwungene Wirbel " dar. (Bei "Potentialwirbeln" muß der von der Propellernabe ausgehende Wirbelkern bzw. -faden an einer festen Wand von Nabengröße enden können).

Die Schraubungen 1.1 und 1.2 besitzen translatorische und rotatorische Geschwindigkeitskomponenten. Wegen der Gegenläufigkeit heben sich bei vektorieller Addition die rotatorischen Komponenten auf. Leitapparate können entfallen.

Durch entsprechende Ein- und Austrittsgestaltung (Rohrkrümmer) kann die Strahlkraft nur zum Antreiben oder nur zum Standmanövrieren genutzt werden; die Tragflächenkraft zum Manövrieren bei Fahrt und Stillstand. Bei Stillstand können Strahl- und Tragfläche gemeinsam manövrieren.

Das bisher Offenbarte soll den Stand der Technik beim Antreiben und Manövrieren von Wasserfahrzeugen, im Axialpumpen- und Versuchskanalbau, erweitern und erhöhen.

Zur restlichen Offenbarung

Anordnung von Hosenrohren mit Propellern und Rohren mit Tragflächen in geschlossener Leitung (Fig. 5):

Diese basiert auf dem bisher Offenbarten, von dem jedoch wegen der Geschlossenheit der Strahlschub entfällt. Die einzige Strömungskraft wird vom Tragflügel 6 erzeugt, von dem nach Bedarf mehrere in der Rohrleitung angeordnet sind. Die Bauteile müssen nicht resistent gegen aggressive Flüssigkeiten sein; es können durch das Füll-Stand- und Belüftungsrohr 10 nichtaggressive Strömungsmedien eingefüllt werden. Die Ringleitung wird auf dem Rahmen 11 montiert und sitzt drehbar durch Zapfen und Lager (9) auf dem beweglichen Körper. Bei einem Räderfahrzeug wird beispielsweise der die geschlossene Leitung tragende Rahmen 11 durch Lager mit Zapfen (9) drehbar auf einer Räderachse sitzen. Der mit dem Tragflügel verbundene Hebel 8 ändert die Tragflügelkraft (Auftrieb) nach Größe und Richtung. Eine sehr große Anzahl von Kraftrichtungen erreicht man durch sphärische Lagerung in (9).

Claims

1. Drehmoment-Kraft Wandler zur energiesparenden Erzeugung von Strömungskräften (Strahlschub+Tragflügelauftriebskräfte). Im folgenden soll für Drehmoment-Kraft Wandler das Wort Konstruktion geschrieben werden.

2. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gegenläufige Propeller (1 und 2, Fig. 3) in zwei Hosenrohren (3 und 4, Fig. 1 und 2) angeordnet sind.

3. Konstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Hosenrohren variabel ist.

4. Konstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mal zwei oder mehr Hosenrohre mit Propellern vorgesehen sind.

5. Konstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle propellertragenden Rohre in einem gemeinsamen Rohr (7, Fig. 4) münden.

6. Konstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Rohr (7) eine Tragfläche (6) fest angeordnet ist.

7. Konstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Tragflächen (6) fest angeordnet sind.

8. Konstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Tragflächen (6) über die feststellbaren Hebel (8, Fig. 4) von +8° bis -8° gegen die zur Rohrachse parallele Strömung anstellbar sind.

9. Konstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung in sich geschlossen ist (Fig. 5).

10. Konstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß nichtaggressive Flüssigkeiten verwandt werden können.

11. Konstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossene Rohrleitung mit einem Rahmen (11, Fig. 5) verbunden ist.

12. Konstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (11, Fig. 5) über Zapfen und Lager (9, Fig. 5) auf einem beweglichen Körper drehbar ist.

13. Konstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmenlager (9 Fig. 5) ein sphärisches Lager ist, womit eine sehr große Zahl von Kraftrichtungen erreicht wird.