Voith-Schneider-Antrieb - Wikipedia - Tong Su

Voith-Schneider-Antrieb - Wikipedia
http://de.wikipedia.org/wiki/Voith-Schneider-Antrieb
Voith-Schneider-Antrieb
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Der Voith Schneider® Propeller
(VSP) ist ein Schiffsantrieb, bei
dem der Schub in der Größe und
Richtung beliebig eingestellt
werden kann, ohne dass die
Drehzahl verändert wird. Die
Steuerung erfolgt durch
Einstellung der Steigung für die
Richtung voraus – zurück (Fahrt)
und durch die Einstellung quer
Seitenansicht Voith Schneider
zum Schiff (Ruder). Diese Art der
Voith
Schneider
Propeller
Propeller
Steuerung verleiht dem Schiff
höchste Manövrierfähigkeit und
erlaubt eine sehr feine Dosierung des Schubes und extrem schnellen Wechsel der Schubrichtung ohne
Änderung der Drehzahl. Wird das Schiff mit zwei oder mehr VSP ausgerüstet, kann sich das Schiff in
jede Richtung bewegen, auch seitlich (traversieren).
VSPs werden vorrangig dort eingesetzt, wo hohe Anforderungen an die Sicherheit und an die
Manövrierbarkeit von Schiffen gestellt werden. Das Besondere des VSPs ist seine vertikale Drehachse.
Der Schub wird von individuell schwingenden, ausbalancierten Tragflügeln erzeugt.
Eine Schubverstellung kann aufgrund seines physikalischen Wirkprinzips und seines konstruktiven
Aufbaus extrem schnell erfolgen. Der VSP ist ein flexibler Verstellpropeller, der eine stufenlose
Schubveränderung variabel in 360° ermöglicht. Er ist gleichzeitig Antrieb und Steuerung.
Insbesondere die schnelle und stufenlose Schubvariation nach X/Y-Koordinaten erhöht die Sicherheit
des Schiffshandlings. VSPs arbeiten mit vergleichsweise sehr geringen Drehzahlen. Deshalb zeichnen
sie sich durch Langlebigkeit und einen sehr geringen Wartungsaufwand aus.
Eingesetzt werden VSP zur Zeit
hauptsächlich bei
Schleppfahrzeugen,
Doppelendfähren,
Fahrgastschiffen, Tonnenlegern,
Minenbekämpfungsschiffen,
Bohrinselversorgungsschiffen
(PSV), Bugsteuermodulen (BSM),
Voith Wassertrecker mit 2
Voith Wassertrecker mit 2
VSPs im Einsatz
Megayachten und
VSPs im Einsatz
Schwimmkränen. Hervorzuheben
ist die Entwicklung des
Voith-Wassertreckers (VWT). Dieser Schleppertyp hat die Sicherheit in der Schleppschifffahrt
maßgeblich erhöht. Beim Eskortieren von Schiffen mit gefährlicher Ladung erzielt der
Voith-Wassertrecker sehr hohe Assistenzkräfte durch sein optimales Schiffskonzept. Auch bei hohen
Geschwindigkeiten ermöglicht er einen sicheren Eskortbetrieb. Mit dem Voith-Wassertrecker wurde
die indirekte Methode zur Schiffsassistenz in den Bugsierbetrieb eingeführt.
Erfunden wurde der Voith Schneider® Propeller von Ernst Schneider. Entwickelt und produziert wird
1 von 4
Voith-Schneider-Antrieb - Wikipedia
http://de.wikipedia.org/wiki/Voith-Schneider-Antrieb
er seit 1926 von der Firma Voith in Heidenheim.
Inhaltsverzeichnis
1 Funktionsweise
1.1 Vergleich
2 Verwendung
3 Literatur (Auswahl)
4 Weblinks
Funktionsweise
Die Flügel des VSPs bewegen sich
auf einer Kreisbahn und führen
dabei eine zusätzliche überlagerte
Schwenkbewegung aus, die durch
das „Normalenschnittgesetz“
definiert wird. Das
Normalenschnittgesetz geht auf
Ernst Schneider zurück.
Die Normalen der Profilsehnen
schneiden sich während des
Bild 1. Darstellung des Normalenschnittgesetzes und der
Umlaufes in einem Punkt, dem
Zykloidenbahn des VSPs a) Flügelbewegung für einen systemfesten
Steuerpunkt N. Das Bild 1 zeigt die
Betrachter b) Flügelbewegung für einen ortsfesten Betrachter
Blattbewegungen a) für einen
Betrachter, der sich auf dem
Propeller befindet und sich mit ihm bewegt sowie b) für einen ortsfesten Betrachter. Die Exzentritzität
e, sie wird auch als Steigung bezeichnet, ist für den VSP definiert als:
Die Steigung des VSPs kann variabel im Bereich e < 1 eingestellt werden. Sie ist bei den aktuellen
Propellern aus konstruktiven Gründen auf e < 0,8 begrenzt.
Die im Bild 1 dargestellte Bewegung des Flügels relativ zu einem ortsfesten Betrachter entsteht durch
die Überlagerung der Drehbewegung und der gradlinigen Bewegung. Die von dem Blatt durchlaufene
Kurve wird als verlängerte Zykloide bezeichnet. Der Rollradius der Zykloide ist D/2. Während einer
Umdrehung hat der Propeller die Entfernung D in Fahrtrichtung zurückgelegt. Aufgrund der von
einem Blatt durchlaufenen Zykloidenbahn wird der VSP auch als Zykloidalpropeller bezeichnet.
Zur Schuberzeugung werden die
Flügel um einen Winkel gegenüber der Flügelbahn
angestellt. Infolge der Anströmung
unter einem Anstellwinkel entsteht am Flügel eine
2 von 4
Voith-Schneider-Antrieb - Wikipedia
http://de.wikipedia.org/wiki/Voith-Schneider-Antrieb
hydrodynamische Auftriebkraft
(A) und Widerstandskraft (W). Die
Widerstandskraft setzt sich aus
dem induzierten Widerstand und
dem Profilwiderstand zusammen.
Bild 2 veranschaulicht die
Schuberzeugung. Die Veränderung
des Steuerpunktes erfolgt mit Hilfe
der Kinematik.
Bild 2: Kräfte am Flügel für 2
Winkelstellungen
Bild 3: Kräfte am Flügel für
unterschiedliche
Winkelstellungen
In Bild 3 sind die am Propeller
wirkenden Kräfte für ausgewählte
Flügelpositionen dargestellt. Der Auftrieb verändert sich während des Umlaufes infolge der
instationären Anströmung an den Propellerflügeln. Die quer zur gewünschten Schubrichtung
wirkenden Kräfte heben sich auf, während die Kräfte in Schubrichtung sich über den Propellerumfang
addieren.
VSPs arbeiten mit sehr geringen Drehzahlen. Sie betragen nur ca. 25% der Drehzahlen von
Schraubenpropellern mit vergleichbaren Größen und Leistungen. Mit der geringen Drehzahl sind hohe
Momente verbunden, die zu einer robusten Konstruktion führen, die allerdings als Nachteil ein
erhöhtes Gewicht impliziert.
VSP-Antriebe werden bis ca. 4000 kW Leistungsaufnahme gebaut und weisen Flügelkreisdurchmesser
bis 4,0 m auf. Die Flügellänge wird mit einer Länge von bis zu 82% des Flügelkreisdurchmessers
ausgeführt. Der Antrieb erfolgt meist durch Dieselmotoren oder Elektromotoren bei See- und
Binnenschiffen.
Vergleich
Bild 4: Schub- und
Rotationsachse, Vergleich
VSP und Schraubpropeller a)
Schraubenpropeller:
Rotationsachse und
Schubrichtung sind identisch
b) VSP: Rotationsachse ist
senkrecht zur Schubebene
Bild 5: Vergleich der
Strahlfläche eines VSPs und
eines Schraubenpropellers bei
gegebenem Tiefgang
Beispiel eines eingebauten
VSP
Ein wesentlicher Unterschied des VSPs im Vergleich zum Schraubenpropeller besteht in der Lage der
Drehachse relativ zur Schubrichtung. Während beim Schraubenpropeller Drehachse und
Schubrichtung weitestgehend identisch sind, stehen sie beim VSP senkrecht aufeinander (Bild 4).
Deshalb existiert für den VSP keine bevorzugte Schubrichtung. Der VSP ist ein Verstellpropeller, der
eine stufenlose Variation des Schubes bezüglich Größe und Richtung ermöglicht.
Da der VSP gleichzeitig Antriebs- und Steuerkräfte erzeugt, sind zusätzliche Anhänge – wie
3 von 4
Voith-Schneider-Antrieb - Wikipedia
http://de.wikipedia.org/wiki/Voith-Schneider-Antrieb
Wellenblöcke, Schiffruder, Gondeln, Schäfte etc. – bei Schiffen mit VSP nicht erforderlich.
Die rechteckige Strahlfläche eines VSPs ist bei gegebenen Einbauverhältnissen in etwa doppelt so groß
wie die einer Schraube (Bild 5).
Verwendung
Wegen seiner ausgezeichneten Eigenschaften zur Erhöhung der Manövrierbarkeit von Schiffen und
seiner sehr guten Steuerbarkeit wird der VSP bei Schleppfahrzeugen, Doppelendfähren,
Fahrgastschiffen, Tonnenlegern, Schwimmkränen, Bohrinselversorgungsschiffen (PSV),
Bugsteuermodulen (BSM), Megayachten und solchen Fahrzeugen eingesetzt, die hohe
Manövrierfähigkeit benötigen oder das Schiff gegen Wind, Strömung und Wellen auf der Stelle halten
können (dynamic positioning). Im Binnenschiffbau kommt der VSP auch beim Antrieb von
Schubverbänden (BSM) zur Anwendung. Besonderen Einsatz findet der Propeller bei
Minensuchbooten. Schon während des 2. Weltkriegs waren Minenräumboote in der Capella-Klasse
mit 2 VSP ausgerüstet.
Literatur (Auswahl)
Kurt Benz: Der Voith-Schneider-Propeller als Schiffsmodellantrieb. Verlag für Technik und
Handwerk GmbH. ISBN 3-922414-10-9
Theodor Vieweg: Der VSP-Antrieb im Schiffsmodell. Neckar Verlag GmbH. ISBN
3-7883-187-2 (formal falsche ISBN)
Weblinks
Kurze Beschreibung vom Hersteller
(http://www.voithturbo.de/vt_de_pua_marine_vspropeller.htm)
Detaillierte technische Beschreibung mit Zeichnungen
(http://www.voithturbo.de/applications/documents/document_files/659_d_n2801.pdf) (PDF)
Erklärung, Diagramme und Animation eines Voith-Schneider-Rotors
(http://members.surfeu.at/fprossegger/deutsch/vsp-function.html)
Von „http://de.wikipedia.org/wiki/Voith-Schneider-Antrieb“
Kategorien: Strömungslehre | Schiffbau
Diese Seite wurde zuletzt am 13. Dezember 2007 um 11:51 Uhr geändert.
Ihr Inhalt steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation.
Wikipedia® ist eine eingetragene Marke der Wikimedia Foundation Inc.
4 von 4