Verfahren zur Herstellung hohler Stahlpropeller und nach diesem Verfahren hergestellter Stahlpropeller. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Herstellung hohler Stahlpropeller und einen nach diesem Verfahren hergestell ten Stahlpropeller.
Erfindungsgemäss wird für jeden Propel lerflügel ein rohrförmiges Werkstück an einem Ende abgebogen, um mit einer ge krümmten Mantellinie der Krümmung der Vorderkante des Propellerflügels zu folgen, und dann wird dieses gekrümmte Werkstück flachgedrückt, derart, dass die Vorderkante des Propellerflügels in einem nahtlosen Teil des Werkstückes liegt, während die Hinter kante des Propellerflügels durch flaches Aufeinanderpressen der Rohrwandteile und Beschneiden erzeugt wird.
Die Zeichnung veranschaulicht die ver schiedenen Verfahrensschritte zur beispiels weisen Herstellung eines Propellers gemäss der Erfindung.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht des rohrför- migen Werkstückes; Fig. 2 ist ein Längsschnitt des aufge- stauchten und eingeschrumpften Werk stückes; Fig 3 ist ein Längsschnitt des einge schrumpften Werkstückes, nachdem es auf einen Dorn aufgeschrumpft ist;
Fig. 4 ist eine Seitenansicht der in Fig. 3 veranschaulichten Teile, und zwar nachdem das Werkstück aussen mit Ausnehmungen versehen worden ist, um die Wandstärke an bestimmten Stellen zu vermindern; Fig. 5 ist ein Querschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4 und veranschaulicht das auf den Dorn aufgeschrumpfte Werkstück, wie es in eine Drehbank eingespannt ist, welche die Ausnehmungen an der Aussenfläche des Werkstückes erzeugt;
Fig. 5a ist ein Querschnitt nach der Linie 5a-5a der Fig. 4; Fig. 6 ist eine Seitenansicht des in Längs richtung gekrümmten Werkstückes; Fig. 7 ist ein Querschnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 8 des Werkstückes, das in einer Presse eingespannt ist, durch welche dem Werkstück die Flügelgestalt verliehen wird;
Fig. 8 veranschaulicht das Werkstück, nachdem es die in der Fig. 7 veranschau lichte Presse verlassen hat; Fig. 9 ist ein Querschnitt des \Verkstük- kes, das gerade an der Rückkante verschwei!3t wird; Fig. 10 ist eine Seitenansicht des ZV, erk- stückes, nachdem es zwecks Bildung der Hin terkante und der Propellerspitze beschnitten worden ist;
Fig. 11 ist ein Querschnitt des fertigen Propellerflügels und Fig. 12 ist eine Seitenansicht des ferti gen Propellerflügels.
Jeder Propellerflügel wird aus einem rohrförmigen Werkstück n hergestellt, be stehend aus einer Stahllegierung, deren Koh lenstoffgehalt ungefähr (087o ist, und wel ches im übrigen über seine ganze Länge gleichförmigen Querschnitt hat. Dieses Werk stück wird an einem Ende geschmiedet und aufgestaucht, um einen Schaft 1i von ver ringertem Durchmesser und grösserer Wand stärke zu bilden, welcher durch den koni schen Teil c mit dem andern Ende d verbun den ist, welch letzterer unverändert gelassen wird.
Ein solider Dorn e, welcher ebenfalls an einem Ende einen kleineren Durchmesser hat als am andern Ende, hat einen äussern Umfang, der ein klein wenig grösser ist als der Innenumfang des Werkstückes. An den Enden des Dornes befinden sich die Zentrier- spitzen e'. Das Werkstück wird erwärmt und dehnt sich dabei aus und kann dann den Dorn ohne weiteres aufnehmen, wobei irgend welche Ungenauigkeiten ausgeglichen wer den. Die ungefähren Werte der kritischen Temperaturen bei dieser Erwärmung sind in der Metallurgie als Aci, AeL, Ae" usw. be kannt.
Wenn das Metall bis auf .eine Tem peratur Acl erwärmt wird, so beginnt die Verwandlung des Alphaeisens in Betaeisen, bei der Temperatur Ac, verliert das Eisen seine niagnetisclien Eigenschaften, und bei einer Temperatur Ar" wird das Eisen in sei nen G-aninia- und austenitisehen Zustand ver wandelt, in welchem das Eisen Wärme ab sorbiert, ohne dass sich dabei die Temperatur erhöht.
Bei der Temperatur Ae" beginnt der Stahl sich zusammenzuziehen, bis seine che- inische Umwandlung vervollständigt ist, und hiernach #@etzt sieh die Ausdehnung des 141e- talles bei sich erhöhender Temperatur fort. Gleichartige Erscheinungen treten bei der Abkühlung des Eisens an einer hohen Tem peratur zu einer niedrigen Temperatur auf, und zwar insbesondere, wenn die Abkühlung langsam vor sich geht.
Die kritischen Tem- peraturen <I>Ar,</I> und<B>Ar,</B> beim Abkühlen lie gen etwas unterhalb der gleichartigen kriti schen Temperaturen während der Erwär- niung, und zwar ist dieses auf thermische Hysteresis zurückzuführen. Bei der Tem peratur Ar.;
wird die Zusäinmenziehung wäh rend der Ahkiihlung vorübergehend in eine Ausdelinunb verwandelt. Das Werkstück wird im vorliegenden Fall deshalb bei einer Temperatur, die ein klein wenig unter der kritischen Erwlirniungstemperatur Ac; gehal ten wird, auf den Dorn aufgeschrumpft, so dass die Umwandlung in Gammaeisen und entsprechende Ausdehnung beim Abkühlen vermieden wird.
Bei der Erwärmung des Werkstückes zwischen den Temperaturen Ael und Ac"" gehen zunehmende Mengen von Ferrit oder Eisenchlorid in eine feste Lösung über, welche beim schnellen Abkühlen fort schreitend härter wird, im Verhältnis zu der höchsten Temperatur beim Erwärmen. Dieses Erhärten macht das Metall schwieriger zu bearbeiten. Wenn man also die Temperatur so überwacht, dass sie unter der Temperatur Ac.@ bleibt, so wird eine zu starke Erhärtung des 11letalles bei der Abkühlung verhütet, was eine schwierige Bearbeitung zur Folge haben würde.
Nach dem Abkühlen sitzt das Werkstück fest auf dem Dorn und seine Innenwandung ist derartig verformt, dass sie genau der Ge stalt des Dornes angepasst ist. Das Werk stück wird dann zusammen mit dem Dorn in eine Drehbank 21 eingespannt, welche mit einem selbsttätig hin- und hergehenden Schneidwerkzeug 25 versehen ist, welches Ausnehmungen e2 aussen am Werkstück er zeugt, welche allmählich vom Rand nach der Mitte zu tiefer werden.
Die Ausnehmungen endigen entlang einer geraden Linie e3 an einer Seite und in einer gekrümmten Linie e4 an der andern Seite, die an der Spitze zusammenlaufen. Die zwischen den Ausneh- mungen verbleibenden Wandteile dl und d= bleiben unverändert, das heisst sie behalten ihre volle Wandstärke.
Der Dorn und das daran sitzende Werk stück werden dann in einer zylindrischen Kammer bis auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur Ac, erwärmt, was eine Aus dehnung des Werkstückes zur Folge hat, so dass dasselbe von dem Dorn gelöst werden kann.
Hierauf wird eine Stütze f in dem Schaft 1) befestigt und eine Platte f' an dem äussern Ende des Teils d angeschweisst, und nun werden die Enden mit Rohren ver bunden, die zu einer hydraulischen Druck quelle führen. Ein selbsttätiges Entlastungs ventil f' begrenzt den hydraulischen Druck, der in dem hohlen Werkstück zur Wirkung kommen kann. Das Werkstück wird, wäh rend es dem hydraulischen Druck ausgesetzt wird, erwärmt und der Teil d wird in seiner Längsrichtung gekrümmt, und zwar, bis die äussere Krümmung im wesentlichen der Krümmung der Vorderkante des zu erzeu genden Propellerflügels angepasst ist, wie dies die Fig. 6 zeigt.
Es wird darauf ge achtet, dass die Vorderkante des Flügels sich entlang der Zone d' erstreckt, welche, wie bereits bemerkt worden ist, aus einem unge schwächten Wandteil des Werkstückes be steht. Der andere ungeschwächte Wandteil d2 erstreckt sich entlang der innern Krüm= mung der Biegung.
Das in seiner Längsrichtung gekrümmte Werkstück wird nun in die Gesenke g und <B>9 1</B> eingebracht, um ihm die gewünschte Flü gelgestalt zu geben, bei welcher es eine Un- terdruckfläche l', eine Druckfläche<I>1,</I> eine nahtlose Vorderkante h und flache, zusam mengedrückte Teile l3 aufweist.
Die Aus höhlungen g' und y3 in den Gesenkteilen g und g' formen das Werkstück derartig, dass es im Querschnitt das gewünschte Profil er hält, wobei die am meisten abgebogenen Wandteile dl und d2 unverändert dick blei ben. Die Gesenkflächen g4 pressen die Rand teile l3 des Werkstückes gerade ausserhalb der Linie e4 dicht aufeinander, welche die Ausnehmungen e2 begrenzt.
Während dieser Zurechtformung wird das Werkstück er wärmt und im Innern desselben wird ein hydraulischer Druck aufrecht erhalten, der so gross ist, dass die äussern Flächen der Aus dehnungen e2 auswärts gedrückt werden, um sich den Hohlflächen der Gesenkteile anzu schmiegen, während im Innern des Flügels die entsprechenden Unregelmässigkeiten ent stehen, die ursprünglich an der Aussenfläche des Werkstückes vorhanden waren.
Die zusammenliegenden Randteile l3 des Werkstückes werden dann durch Wider standsschweissrollen h (Fig. 9) hindurchge führt, um autogen zusammengeschweisst zu werden, und zwar findet die Zusammen schweissung ausserhalb der gekrümmten Li nien e4 der Ausnehmungen e2 statt, nämlich entlang der Linie l4 (Fig. 10). Diese flach zusammengeschweissten Randteile bilden die Hinterkante des Propellerflügels. Man er kennt deutlich, dass die Schweissstelle im Wandteil d2 liegt, welche eine unveränderte Wandstärke hat.
Diese Schweissstelle befin det sich innerhalb der flach zusammenliegen den Randteile l3, wodurch eine Funkenbil dung zwischen den Schweisswalzen und ein Verbrennen des Metalles verhütet wird.
Hierauf wird das Werkstück entlang der Aussenkante der gebildeten Schweissstelle be schnitten, und zwar, um die Hinterkante des zu erzeugenden Propellerflügels zu bilden. Diese Beschneidung erstreckt sich auch um die Propellerspitze herum, wie die Fig. 10 zeigt. Bei dieser Beschneidung des Propel lerflügels wird die Abdeckplatte f 1 zusam men mit dem Überschuss abgetrennt. Die geschweisste Kante wird hierauf in einer Weise bearbeitet, wie dies in der Fig. 1.1 gezeigt ist, und dann wird der ge samte Flügel poliert, um alle Flächen und Kanten zu glätten.
Der fertige Flügel wird dann nitriert, so dass das 1IlIetall die ge wünschte Härte und Festigkeit erhält, um den Beanspruchungen bei der Benutzung des Propellers stand zu halten.
Es wird demnach mit dem beschriebenen Verfahren ein Propeller mit Flügeln aus rohrförmigen Werkstücken hergestellt, und diese Propellerflügel haben eine gekrümmte nahtlose Vorderkante und eine geschweisste Hinterkante, wobei der Druckmittelpunkt an allen Teilen der Flügel sich im wesentlichen entlang der Längsmittellinie der Flügel er streckt, wodurch ein Propeller von höchster Leistungsfähigkeit erhalten wird.
Process for the production of hollow steel propellers and steel propellers produced by this process. The invention relates to a process for the production of hollow steel propellers and a steel propeller manufactured according to this method.
According to the invention, a tubular workpiece is bent at one end for each propeller blade in order to follow the curvature of the leading edge of the propeller blade with a curved surface line, and then this curved workpiece is flattened in such a way that the leading edge of the propeller blade is in a seamless part of the workpiece lies, while the trailing edge of the propeller blade is produced by pressing the pipe wall parts flat against each other and trimming.
The drawing illustrates the various process steps for example, manufacture of a propeller according to the invention.
1 is a side view of the tubular workpiece; 2 is a longitudinal section of the upset and shrunk work piece; Fig. 3 is a longitudinal section of the shrunk workpiece after it has been shrunk onto a mandrel;
FIG. 4 is a side view of the parts illustrated in FIG. 3 after the workpiece has been recessed on the outside to reduce the wall thickness at certain points; Fig. 5 is a cross-sectional view taken along line 5-5 of Fig. 4 and illustrates the workpiece shrunk onto the mandrel as it is clamped in a lathe which creates the recesses on the outer surface of the workpiece;
Figure 5a is a cross-sectional view taken on line 5a-5a of Figure 4; Fig. 6 is a side view of the longitudinally curved workpiece; Fig. 7 is a cross-sectional view taken along line 7-7 of Fig. 8 of the workpiece clamped in a press which gives the workpiece the winged shape;
Figure 8 illustrates the workpiece after it has left the press illustrated in Figure 7; 9 is a cross-section of the piece being welded at the rear edge; 10 is a side view of the ZV, piece after it has been trimmed to form the trailing edge and the propeller tip;
Fig. 11 is a cross section of the finished propeller blade and Fig. 12 is a side view of the finished propeller blade.
Each propeller blade is made from a tubular workpiece made of a steel alloy, the carbon content of which is approximately (087o, and which is otherwise of uniform cross-section over its entire length. This workpiece is forged at one end and upset to form one end Shank 1i of reduced diameter and greater wall thickness to form, which is verbun by the conical part c with the other end d, which latter is left unchanged.
A solid mandrel e, which also has a smaller diameter at one end than at the other end, has an outer circumference that is slightly larger than the inner circumference of the workpiece. The centering tips e 'are located at the ends of the mandrel. The workpiece is heated and expands and can then easily accommodate the mandrel, with any inaccuracies being compensated for. The approximate values of the critical temperatures during this heating are known in metallurgy as Aci, AeL, Ae ", etc. be.
When the metal is heated to a temperature of Acl, the transformation of alpha iron into beta iron begins; at temperature Ac, the iron loses its niagnetic properties, and at a temperature Ar "the iron is converted into beta-iron. and austenitic state in which the iron absorbs heat without increasing the temperature.
At the temperature Ae "the steel begins to contract until its chemical transformation is complete, and then the expansion of the metal continues with increasing temperature. Similar phenomena occur when the iron is cooled at a high temperature temperature to a low temperature, especially if the cooling is slow.
The critical temperatures <I> Ar, </I> and <B> Ar, </B> during cooling are somewhat below the similar critical temperatures during heating, and this is due to thermal hysteresis. At the temperature Ar .;
the contraction is temporarily transformed into an extension during the cooling. In the present case, the workpiece is therefore at a temperature which is a little below the critical heating temperature Ac; is held, shrunk onto the mandrel, so that the conversion to gamma iron and corresponding expansion on cooling is avoided.
When the workpiece is heated between the temperatures Ael and Ac "", increasing amounts of ferrite or ferric chloride are converted into a solid solution, which becomes progressively harder during rapid cooling, in relation to the highest temperature during heating. This hardening makes the metal more difficult to work with. If the temperature is monitored in such a way that it remains below the temperature Ac. @, Too much hardening of the metal during cooling is prevented, which would result in difficult machining.
After cooling, the workpiece sits firmly on the mandrel and its inner wall is deformed in such a way that it is precisely adapted to the shape of the mandrel. The work piece is then clamped together with the mandrel in a lathe 21, which is provided with an automatically reciprocating cutting tool 25, which recesses e2 on the outside of the workpiece he generates, which gradually get deeper from the edge to the center.
The recesses end along a straight line e3 on one side and in a curved line e4 on the other side, which converge at the tip. The wall parts dl and d = remaining between the recesses remain unchanged, that is to say they retain their full wall thickness.
The mandrel and the work piece attached to it are then heated in a cylindrical chamber to a temperature below the temperature Ac, which results in an expansion of the workpiece so that it can be released from the mandrel.
Then a support f is attached in the shaft 1) and a plate f 'is welded to the outer end of the part d, and now the ends are connected with pipes that lead to a hydraulic pressure source. An automatic relief valve f 'limits the hydraulic pressure that can come into effect in the hollow workpiece. The workpiece is heated, while it is exposed to the hydraulic pressure, and the part d is curved in its longitudinal direction, until the outer curvature is substantially adapted to the curvature of the leading edge of the propeller blade to be produced, as shown in FIG. 6 shows.
Care is taken that the leading edge of the wing extends along the zone d 'which, as has already been noted, consists of an un-weakened wall part of the workpiece. The other unweakened wall part d2 extends along the inner curve of the bend.
The workpiece, which is curved in its longitudinal direction, is now introduced into the dies g and <B> 9 1 </B> in order to give it the desired wing shape, in which there is a vacuum surface 1 ', a pressure surface <I> 1, </I> has a seamless front edge h and flat, compressed parts l3.
The cavities g 'and y3 in the die parts g and g' shape the workpiece in such a way that it has the desired profile in cross-section, with the most bent wall parts dl and d2 remaining unchanged in thickness. The die surfaces g4 press the edge parts l3 of the workpiece tightly against one another just outside the line e4 which delimits the recesses e2.
During this shaping, the workpiece is heated and inside it a hydraulic pressure is maintained which is so great that the outer surfaces of the expansions e2 are pressed outwards in order to nestle against the hollow surfaces of the die parts, while inside the wing the corresponding irregularities arise that were originally present on the outer surface of the workpiece.
The adjacent edge parts l3 of the workpiece are then passed through resistance welding rollers h (Fig. 9) in order to be autogenously welded together, namely the welding together takes place outside the curved lines e4 of the recesses e2, namely along the line l4 (Fig . 10). These edge parts, which are welded together flat, form the trailing edge of the propeller blade. One can clearly see that the welding point lies in the wall part d2, which has an unchanged wall thickness.
This welding point is located within the edge parts 13 lying flat together, which prevents the formation of sparks between the welding rollers and burning of the metal.
Then the workpiece is cut along the outer edge of the weld formed, namely to form the trailing edge of the propeller blade to be produced. This trimming also extends around the propeller tip, as FIG. 10 shows. In this trimming of the propeller wing, the cover plate f 1 is separated together men with the excess. The welded edge is then processed in a manner as shown in Fig. 1.1, and then the entire wing is polished to smooth all surfaces and edges.
The finished wing is then nitrided, so that the metal has the required hardness and strength to withstand the stresses and strains of the propeller.
It is therefore made with the method described, a propeller with blades from tubular workpieces, and these propeller blades have a curved seamless leading edge and a welded trailing edge, the center of pressure on all parts of the wing extends essentially along the longitudinal center line of the wing, creating a Propeller of the highest efficiency is obtained.