Verstellpropeller

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verstellpropeller, insbesondere für Wasserfahrzeuge, mit wenigstens drei Einzelpropellern, die auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.

Derartige Verstellpropeller sind gemäß dem Stand der Technik (zB US 1 874 545 A) in zahlreichen Ausgestaltungen bekannt und dienen dazu, dass die Einzelpropeller bei einer Rotation der Antriebswelle vom umgebenden Medium umströmt werden, sodass durch ein Druckgefälle ein dynamischer Auftrieb der Einzelpropeller ausgelöst wird. Durch den dadurch resultierenden Schub zwischen Medium und Propeller ist das mit dem Verstellpropeller verbundene Fahrzeug antreibbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Verstellpropeller der eingangs erwähnten Gattung vorzuschlagen.

Dies wird erfindungsgemäß in einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch erreicht, dass die Einzelpropeller derart relativ zueinander verdrehbar angeordnet sind, dass mehrere unterschiedliche helikale Strömungskanäle ausbildbar sind, deren Form je nach relativer Stellung der Einzelpropeller zueinander veränderbar ist.

Auf diese Weise ist übersetzungsverhältnis von Motordrehzahl zu Betriebsgeschwindigkeit des Fahrzeuges in konstruktiv einfacher Weise veränderbar. Dabei ist es möglich, die Motordrehzahl der Antriebsvorrichtung des Fahrzeuges konstant zu halten und gleichzeitig durch ein relatives Verdrehen der Einzelpropeller zueinander eine änderung des Schubes herbeizuführen, sodass folglich auch die Fahrtgeschwindigkeit des anzutreibenden Fahrzeuges veränderbar ist. Durch die in Bezug zur gemeinsamen Achse winkelmäßig zueinander versetzbaren Einzelpropeller können unterschiedliche spiralförmige Strömungskanäle für das umgebende Medium ausgebildet werden, wobei neben der Querschnittsfläche der Strömungskanäle auch dessen Schraubensteigung veränderbar ist.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Einstellvorrichtung vorgesehen ist, mit der die relative Lage der Einzelpropeller festlegbar ist, sodass sich unterschiedlich geformte Strömungskanäle ergeben. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Einstellvorrichtung mehrere, vorzugsweise koaxiale, Antriebsvorrichtungen zur Verstellung der Einzelpropeller aufweist.

Da die Anordnung von gesonderten Einstellvorrichtungen für die wenigstens drei axial in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Einzelpropeller konstruktiv verhältnismäßig aufwendig ist, kann es zweckmäßiger sein, wenn die Einstellvorrichtung derart ausgebildet ist, dass bei einer Verdrehung eines, vorzugsweise des letzten in Strömungsrichtung angeordneten, Verstellpropellers zumindest ein weiterer Verstellpropeller diese Verdrehung zumindest teilweise mitmacht. Dabei kann es ausreichend sein, lediglich einen Einzelpropeller über die Einstellvorrichtung aktiv zu verstellen und die Bewegung des verstellten Einzelpropellers auf wenigstens einen anderen Einzelpropeller zu übertragen. Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn die Einstellvorrichtung Steuermittel aufweist, durch die die relative Lage der einzelnen Einzelpropeller zueinander festlegbar ist. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Steuermittel wenigstens eine Stange aufweisen, die die einzelnen Einzelpropeller miteinander verbindet. Alternativ oder ergänzend kann es auch sein, dass die Steuermittel wenigstens ein, vorzugsweise mehrere, Seil(e) aufweisen, das (die) die einzelnen Einzelpropeller miteinander verbindet (verbinden).

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der Einzelpropeller mehr als 20, vorzugsweise mehr als 50, beträgt. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Anzahl der Einzelpropeller mehr als 200 beträgt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile werden anhand der Figurenbeschreibung erläutert. Darin zeigt bzw. zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verstellpropeller mit mehreren Einzelpropellern in einer Draufsicht,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Einzelpropellers in einer Frontansicht,

Fig. 3 eine Anordnung von zwei relativ zueinander verdrehten Einzelpropellern in einer Frontansicht,

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines Verstellpropellers mit einer beispielhaften Einstellvorrichtung zur Einstellung der relativen Lage der

Einzelpropeller,

Fig. 5a einen Verstellpropeller mit einer Variante der Einstellvorrichtung, und

Fig. 5b eine schematische Ansicht des Ausführungsbeispiel aus Fig. 5a mit mehreren

Seilen und der Einstellung der relativen Lage der Einzelpropeller.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verstellpropellers 1 in einer Draufsicht. Der Verstellpropeller 1 weist mehrere Einzelpropeller

2a-2e auf, die auf einer gemeinsamen Achse 3 gelagert sind. Vorzugsweise ist eine Vielzahl an Einzelpropellern 2a-2e vorgesehen, die aus Gründen der übersichtlichkeit in den beigefügten Zeichnungen nicht dargestellt sind. Die Einzelpropeller 2a-2e sind in der Draufsicht im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und nehmen in ihrem Durchmesser in Strömungsrichtung A des Mediums vorzugsweise linear zu. Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Einzelpropeller 2a-2e derart relativ zueinander verdrehbar sind, dass sich mehrere unterschiedliche helikale Strömungskanäle 4a-4c ergeben. Für eine günstige Anpassung der Schraubensteigung der Strömungskanäle 4a-4c kann es auch günstig sein, wenn die Einzelpropeller 2a-2e zueinander in axialer Richtung der gemeinsamen Achse 3 verstellbar gelagert sind. Auch ist es möglich, dass die Einzelpropeller 2a-2e zueinander neigungsverstellbar sind, sodass gegebenenfalls auftretende Wirbelverluste gesenkt werden können. Wesentlich ist, dass durch den winkelmäßigen Versatz der Einzelpropeller 2a-2e zueinander das übersetzungsverhältnis einstellbar ist, sodass beispielsweise bei konstanter Drehzahl des Antriebes eine Veränderung der resultierenden Kraft zwischen umgebendem Medium und Verstellpropeller 1 (und damit des Schubes) herbeigeführt werden kann.

Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Einzelpropeller 2a in einer Vorderansicht. Die weiteren Einzelpropeller 2b-2e weisen im Wesentlichen die gleiche Form auf, können jedoch in ihrer Größe - wie in Fig. 1 dargestellt - variieren. Mit dem Bezugszeichen 3a ist die Rotationsachse des Einzelpropellers 2a gekennzeichnet. Der Einzelpropeller 2a weist vorzugsweise vier Propellerblätter 5a-5d auf, die zueinander jeweils um 90° versetzt angeordnet sind. Die Propellerblätter 5a-5d weisen an ihren freien Enden einen an eine Kreisform angepassten, tangentialen Abschnitt 5a'-5d' auf. Mit dem Bezugszeichen 4a-4d sind die Strömungskanäle des Einzelpropellers 2a gekennzeichnet.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung von zwei Einzelpropellern 2a und 2b in einer Frontansicht, die durch eine entsprechende Verstellmöglichkeit gegeneinander verdrehbar gelagert sind. Aus Gründen der übersichtlichkeit sind die Konturen des hinteren Einzelpropellers 2b strichliert eingezeichnet. Die beiden Einzelpropeller 2a und 2b lagern auf einer gemeinsamen Achse 3, sind zueinander jedoch verdrehbar und/oder axial zueinander verstellbar angeordnet. Durch die versetzte Anordnung ergeben sich auch unterschiedliche Strömungskanäle 4a ¹ bis 4d', sodass dadurch auch die Schraubensteigung der Strömungskanäle 4a' bis 4d' veränderbar ist.

Fig. 4 zeigt einen beispielhaften Verstellpropeller 1 mit mehreren Einzelpropellern 2a-2e in einer Seitenansicht, die im Wesentlichen die gleiche Form und Größe aufweisen. Die

Einzelpropeller 2a-2e lagern auf der gemeinsamen Achse 3, die um eine Rotationsachse 3a drehbar ist. Mit einer Einstellvorrichtung 6 kann die relative Lage der Einzelpropeller 2a-2e festgelegt werden, sodass sich unterschiedlich geformte Strömungskanäle 4a' bis 4d' (Fig. 3) ergeben. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Einstellvorrichtung 6 mehrere gesonderte Antriebsvorrichtungen aufweist, die den jeweiligen Einzelpropellem 2a-2e zugeordnet werden. In der gezeigten Figur weist die Einstellvorrichtung 6 Steuermittel 7 in Form von zumindest einer Stange 8 auf, die die einzelnen Verstellpropeller 2a-2e miteinander verbindet. Dabei bildet der Verstellpropeller 2a einen fixen Bezugspunkt, während die übrigen Einzelpropeller 2c bis 2e relativ zum ersten Einzelpropeller 2a verdrehbar sind. Eine Einstellung der Einzelpropeller 2c-2e wird herbeigeführt, indem der letzte in Strömungsrichtung angeordnete Einzelpropeller 2e aktiv verdreht wird, während die Einzelpropeller 2c und 2d durch die Stange 8 mitgedreht werden. Die Stange 8 ist also vorzugsweise also nur mit dem ersten Einzelpropeller 2a und mit dem letzen Einzelpropeller 2e fest verbunden, während die Stange 8 durch nicht dargestellte öffnungen der Einzelpropeller 2c und 2d lediglich hindurchgeführt wird. Für eine axiale Bewegbarkeit der Einzelpropeller 2a-2d zueinander können Federmittel 10a-IOd vorgesehen werden. Die Federmittel 10a-10d sind lediglich beispielhaft angedeutet, da sich hierfür für den zuständigen Fachmann zahlreiche Varianten ergeben. Die Federmittel 10a-10d können beispielsweise einen mit einem Fluid befüllbaren Zylinder mit einem darin verschiebbaren Kolben aufweisen.

Fig. 5a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Größe der Einzelpropeller 2a-2e in Strömungsrichtung nichtlinear zunimmt. Aus Gründen der übersichtlichkeit ist die zwischen dem vordersten Einzelpropeller 2a und dem Einzelpropeller 2c vorhandene Vielzahl an Einzelpropellern nicht dargestellt. Der gezeigte Verstellpropeller 1 ist analog wie in Fig. 4 ausgebildet, anstelle der Stange 8 sind jedoch zwei oder mehrere Seile 9a und 9b vorgesehen sind, die jeweils mit dem vordersten Einzelpropeller 2a und mit dem hintersten Einzelpropeller 2e fest verbunden sind. Bei den übrigen Einzelpropellern 2c und 2d werden die Seile 9a und 9b durch entsprechende öffnungen der Propellerblätter hindurchgeführt, sodass die Einzelpropeller 2c und 2d bei einer Verdrehung des hintersten Einzelpropellers 2e mitgedreht werden. Für eine Ausrichtung der Einzelpropeller 2a-2e zueinander ist es somit ausreichend, lediglich den hintersten Einzelpropeller 2e relativ zum vordersten Einzelpropeller 2a zu verstellen, wobei die dazwischen liegenden Einzelpropeller 2c und 2d diese Bewegung zumindest teilweise mitmachen. Hierbei kann es zweckmäßig sein, dass die Einzelpropeller 2a-2e in axialer Richtung relativ zueinander bewegbar gelagert sind, was durch die beispielhaft angedeuteten Federmittel 10a-10d ermöglicht wird.

Fig. 5b zeigt schematisch die Anordnung des Verstellpropellers 1 aus Fig. 5a. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass eine die Einzelpropeller 2a-2e und die Seile 9a und 9b einhüllende gedachte Fläche der relativ zueinander verdrehten Einzelpropeller 2a-2e wenigstens annähernd die Form eines einschaligen Rotationshyperboloides einnimmt. Bei einer derartigen Verwendung der Seile 9a und 9b sollten ein axialer Versatz der Einzelpropeller 2a-2e vorgesehen werden. Ermöglicht wird dies durch die in Fig. 4 und Fig. 5b dargestellten Federmittel 10a-IOd, die eine axiale Bewegbarkeit der Einzelpropeller 2a-2e ermöglichen und diese bei Nicht-Beaufschlagung durch die Seile 9a und 9b wieder in ihre Ruhelage drücken.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele, sondern umfasst bzw. erstreckt sich auf alle Varianten und technischen äquivalente, die in die Reichweite der nachfolgenden Ansprüche fallen können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, vorne, seitlich usw., auf die übliche Einbaulage des Verstellpropellers 1 bzw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Der vorgeschlagene Propeller 1 eignet sich nicht nur für Wasserfahrzeuge wie Schiffe, Luftkissenboote oder dergleichen, sondern ist auch in Kombination mit Motorflugzeugen, insbesondere Turbinen vorteilhaft verwendbar.