DD227106A1 - Einstellpropeller mit einem mechanismus zum fluegelfestsetzen und -verstellen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Einstellpropeller mit einem Mechanismus zum Festsetzen und Verstellen von innerhalb begrenzter Drehwinkel drehbar in einer Nabe gelagerten Schiffspropellerfluegeln. Um mit diesem Mechanismus bei kleinen Nabendurchmessern ohne Fremdenergiezufuhr einen Festsitz der Propellerfluegel zu erreichen und Feineinstellungen kleiner Steigungsaenderungen im Schiffsbetrieb zu ermoeglichen, werden erfindungsgemaess die Propellerfluegel an ihren Fluegelfuessen direkt im Nabenmantel oder in einem zentral in der Nabe angeordneten Festspannkoerper durch einen thermisch loesbaren Presssitz fest gelagert und waehrend der Verstellzeit nach Loesen des Press- bzw. Festsitzes bei laufendem Schiffsbetrieb durch Krafteinwirkung, vorzugsweise mittels einer thermomechanischen Komposit-Festkoerperverstelleinrichtung und einer Gegenkraft, z. B. einer Rueckstellfeder, verdreht. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Schiffspropeller, die hauptsächlich mit fixierter Flügelsteigung gefahren werden, und bei denen neben der Drehzahländerung eine begrenzte Feineinstellung der Flügelsteigung zur Anpassung an Schiffskörpereinflüsse bei Bewuchs und Alterung sowie infolge unterschiedlicher Betriebszustände wie Geschwindigkeits-, Tiefgangs- und Trimmänderungen bzw. bei besonderen Seegangs- und Fahrtbedingungen, wie der Eisfahrt, zur Wirkungserhöhung erfolgen soll.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Außer den Schiffspropellern mit unlösbaren Fiügel-Nabenverbindungen, den sogenannten „Festpropellern" sind verschiedene lösbare Flügel-Nabenverbindungen bekannt, bei denen die Flügel einzeln an die Nabe derart befestigt sind, daß während Dockungen andere Flügelsteigungen einstellbar sind. Derartige Schiffspropeller benötigen keine zusätzlichen Einrichtungen in der Schiffswellenleitung oder im Schiff. Nachteilig bei diesen als „Festpropeller mit angebauten Flügeln" gekennzeichneten Propellertypen sind ihre im Vergleich zum „Festpropeller" größere Nabendurchmesser und größere Massen sowie die nur bei äußerem Zugang möglichen Steigungsveränderungen.

Des weiteren sind für Schiffstypen, bei denen relativ häufige größere Steigungsänderungen und Umsteuermanöver von voraus auf zurück auftreten, „Verstellpropeller" allgemein üblich. Neben den Betriebsvorteilen sind diese Schiffspropeller infolge ihrerzusätzlichen Verstelleinrichtungen in der Nabe, in den Schiffswellen und im Hydraulik-Mechanik-System bedeutend konstruktions- und kostenaufwendiger. Infolge der höheren Aufwendungen, der wirkungsgradmindernden größeren Propellernabe und der während des Betriebes erforderlichen Fremdenergie bei hydraulischen Verstelleinheiten werden derzeitig noch die Mehrzahl aller Schiffe mit Festpropellern mit unveränderlicher Flügelsteigung ausgerüstet, obwohl diese Propeller ausschließlich durch die Drehzahl an veränderte Bedingungen angepaßt werden können.

Weiterhin sind als „Einstellpropeller" bezeichnete Propeller vorgeschlagen worden (DD-WP 74187, DD-WP 85286, DD-WP 200730), bei denen statt der vollen Flügelumsteuerung eine Anpassung an veränderte Fahrtbedingungen möglich ist. Diese Propellertypen haben bisher in der Praxis jedoch noch keine allgemeine Anwendung gefunden. Die Kosten- und Betriebsaufwendungen übersteigen offensichtlich noch die möglichen Energie- und Kosteneinsparungen. Insbesondere geht ein Teil der durch die Steigungsanpassung möglichen Wirkungsgradverbesserungen durch die im Vergleich zum Festpropeller größere Propellernabe wieder verloren, die Einstellmechanismen sind noch zu konstruktions- und kostenaufwendig oder erfordern zusätzliche Anlagen im Schiff oder die verschiedenen Mechanismen sind nicht genügend verschleiß- und wartungsarm für den zuverlässigen Langzeitbetrieb.

Ein ebenfalls vorgeschlagener mechanisch-thermisch-hydraulischer Verstellmechanismus (WP B 63 H / 265087.0) weist einige dieser Nachteile nicht mehr auf, kann jedoch infolge seiner üblichen Flügellagerung noch nicht mit dem kleinsten möglichen Nabendurchmesser verwirklicht werden und der thermo-hydraulische Verstellmechanismus erreicht noch nicht die Eigenschaften der nachfolgend vorgeschlagenen Verstelleinrichtung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen im Langzeiteinsatz zuverlässigen, verschleiß- und wartungsarmen, konstruktions- und kostengünstigen, wirkungsgradverbesserten Einstellpropeller mit kleinem Nabendurchmesser zu schaffen.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Einstellpropeller mit einem Mechanismus zum Festsetzen und kurzzeitigen Versteilen der Propellerflügel im Schiffsbetrieb zu schaffen, bei dem im Dauerbetrieb ohne Fremdenergie ein Festsitz der Flügel erreicht wird und Feineinstellungen kleiner Steigungsänderungen für die Vorausfahrt während des Schiffsbetriebes zur Anpassung an veränderte Propellerzuströmungen und günstige Drehzahlen mit geringen Zusatzeinrichtungen in der Wellenleitung und im Schiff möglich sind.

Grundgedanke der erfinderischen Lösung ist eine direkt an den Propellerflügelfüßen wirkende thermomechanische, nur während des Verstellvorganges lösbare Festsitzverbindung in Verbindung mit einer ebenfalls thermomechanischen Komposit-Festkörperverstelleinrichtung, die beide lediglich während der Verstellvorgänge Fremdenergiezufuhr erfordern.

Der Grundgedanke wird dadurch verwirklicht, daß sowohl die Propellernabe als auch der Nabeninnenraum für die unmittelbare Lagerung der Propellerflügel durch Zapfen- oder kombinierte Teller-Zapfenlagerungen und eine auf jeden Flügel einzeln oder auf alle Flügel gemeinsam wirkende Festsitzeinheit genutzt werden. Die Festsitzeinheit besteht gemäß Fig. 1 aus einem für alle Propellerflügel zentralen thermisch dehnbaren Festsitzdehnkörper mit Bohrungen zur Aufnahme der Festsitzzapfen der Propellerflügel.

In einer weiteren Variante besteht der Mechanismus zum Festsetzen und Verstellen aus thermisch dehnbaren Elementen im bzw. am Nabenmantel direkt im Bereich der Flügellagerung, wie z.B. gemäß Fig.2. Durch geeignete Zapfenwerkstoffe mit geringer thermischer Ausdehnung wird bei Erwärmung der Festsitzteile der Preßverband zeitweilig aufgehoben und eine Verstellung möglich, während im Dauerbetrieb die direkte Übertragung der Kräfte und Momente an die Festsitze und an die Nabe erfolgt.

Die Verstellung erfolgt im Betrieb bei langsam drehendem Propeller erfindungsgemäß durch eine thermomechanische Komposit-Festkörperverstelleinrichtung. Durch eine kompakte Anordnung von Druckdehnstäben aus Werkstoffen hoher Wärmedehnung, deren Längenzunahme durch Zugstäbe aus Werkstoffen geringer Wärmedehnung summiert wird, wird eine nur vom Temperaturanstieg der Festkörperverstelleinrichtung abhängige alterungsbeständige und nahezu verschleißfreie Lösung erreicht.

Die Funktion des Einstellpropellers mit direktem Flügelfestsitz und thermomechanischer Flügelverstellung erfordert nur während der Steigungsverstellung eine Fremdenergiezufuhr über Schleifringe und Elektrokabel. Während des Dauerbetriebes wird keine Fremdenergie benötigt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: einen Einstellpropeller mit einer zentralen Flügelfestsitzeinheit;

Fig.2: einen Einstellpropeller mit einzelnen Flügelfestsitzen im Nabenmantel.

In einer Propellernabe 1 sind die Propellerflügel 2 zur Erzielung kleiner Nabendurchmesser durch Flügelfußzapfen 3 oder kombinierte Zapfen-Tellerlagerungen mit fest aufgeschrumpften Zylinderbuchsen 4 aus Werkstoffen geringer thermischer Dehnung derart drehbar gelagert, daß die Schubkräfte, Flügelkippmomente, Flügelfliehkräfte und Flügelrückdrehmomente durch die thermomechanische Flügelrückdrehmomente durch die thermomechanische Flügelfestsitzeinheit aufgenommen werden, die aus einem für alle Propellerflügel 2 gemeinsamen Festsitzdehnkörper bzw. Festspannkörper 5 besteht. Die Festsitzinnenteile 4 bestehen erfindungsgemäß aus Werkstoff geringer temperaturabhängiger Volumenausdehnung, wie beispielsweise FeNi 36 (Invarstahl). Der dehnbare Festspannkörper 5 ist aus normaldehnendem Material und mit Widerstandsheizung 6 versehen.

Zur Montage wird der Flügelfestsitzdehnkörper 5 in die Propellernabe 1 eingebracht. Nach Erwärmung werden die Flügel eingesetzt und damit die lösbare Preßverbindung zwischen den Teilen 4 und 5 hergestellt. Nach Beendigung der Wärmezufuhr sind die Flügel 2 fest eingespannt.

Während der Verstellvorgänge im Betrieb auftretende Flügelfliehkräfte werden durch die Verstelleinrichtung 7 und die Gegenplatte 8 aufgenommen. Infolge der größeren Wärmedehnung des Festspannkörpers 5 und der geringeren Durchmesserzunahme der Zylinderbuchsen 4 ist auch bei längerer oder unterschiedlicher Wärmezufuhr eine zuverlässige Aufhebung der Preßverbindung während der Verstellungen und der Festsitz im Dauerbetrieb gewährleistet.

Bei der Ausführung gemäß der Fig. 2 besteht der Flügelfestsitz durch die entsprechenden Teile 3 und 4 sowie entsprechend der Flügelanzahl aus thermisch dehnbaren Nabenelementen 5 mit Widerstandsheizungen 6 direkt im Bereich der Flügellagerung.

Die Verstellung der Flügelsteigung kann durch verschiedene mechanische, hydraulische oder elektrische Mechanismen bei langsam drehendem Propeller erfolgen, die lediglich während der Verstellung die Reibungskräfte überwinden müssen und im Dauerbetrieb unbelastet sind.

Die Verstellung erfolgt vorzugsweise durch eine thermomechanische Komposit-Festkörperverstelleinrichtung 7, die einseitig fest abgestützt ist und deren Längenänderung die vorgegebene Drehung der Propellerflügel 2 im erwärmten Festspannkörper 5 bewirkt. In der dargestellten Ausführung bewirkt eine maximale Längenzunahme der Verstelleinrichtung 7 von 30 mm eine Winkelverstellung von acht Winkelgraden.

Der erfindungsgemäße Einstellpropeller mit direktem Flügelfestsitz und thermomechanischer Flügelverstellung benötigt keine Fremdenergiezufuhr im Dauerbetrieb. Die Zufuhr an Elektroenergie zur gesonderten Erwärmung der Festspannkörper 5 sowie der thermomechanischen Komposit-Festkörperverstelleinrichtung 7 erfolgt zweckmäßigerweise über Schleifringe und Kabel durch eine hohlgebohrte Propellerwelle. Die Dehnung der Festkörperverstelleinrichtung 7 erfolgt nach der Lösung der Flügelfestsitze. Die Längenänderung ist dem Temperaturanstieg und der Steigungsänderung direkt proportional und durch eine Temperaturfernanzeige kontrollierbar. Die Verstellung erfolgt in der Fig. 1 gegen eine zusätzliche Rückstellfeder 9. Nach Beendigung des Verstellvorganges nimmt die Komposit-Festkörperverstelleinrichtung 7 wieder ihre unbelastete

Ursprungslänge ein. »

Claims (5)

1. -2- 678 3a

   Erfindungsansprüche:

   1. Einstellpropeller mit einem Mechanismus zum Festsetzen und Verstellen von innerhalb begrenzter Drehwinkel drehbar in einer Nabe gelagerten Schiffspropellerflügeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Propellerflügel (2) an ihren Flügelfüßen direkt im Nabenmantel der Propellernabe (1) und/oder in einem zentral in der Nabe (1) angeordneten Festspannkörper (5) durch einen thermisch lösbaren Preßsitz fest gelagert sind und während der Verstellzeit nach Lösen des Preß- bzw. Festsitzes bei laufendem Schiffsbetrieb durch Krafteinwirkung, vorzugsweise mittels einer thermomechanischen Komposit-Festkörperverstelleinrichtung (7) und einer Gegenkraft, z. B. einer Rückstellfeder (9), verdrehbar sind.
2. 2. Einstellpropeller nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Flügelfüßen Zapfen oder Zapfen mit fest aufgeschrumpften Zylinderbuchsen (4) aus einem Material mit einer kleinen bzw. negativen linearen Wärmedehnzahl vorgesehen sind, die in dem zentral in der Nabe (1) angeordneten Festspannkörper (5), bestehend aus einem Material mit einer normalen oder großen linearen Wärmedehnzahl, durch einen thermisch lösbaren Preßsitz fest gelagert sind, wobei in dem Mantel des Festspannkörpers (5) im Bereich der Zapfenlagerungen Ausnehmungen zur Aufnahme von Widerstandsheizungen (6) vorgesehen sind.
3. 3. Einstellpropeller nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelfüße als Zapfen aus einem Material mit einer kleinen bzw. negativen linearen Wärmedehnzahl ausgebildet sind und die Lagerungen für die Flügelfüße im Nabenmantel aus einem Material mit einer normalen oder großen linearen Wärmedehnzahl gefertigt sind, worin Ausnehmungen zur Aufnahme von Widerstandsheizungen (6) vorgesehen sind.
4. 4. Einstellpropeller nach Punkt 1,2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß während des Verstellvorganges die radiale und axiale Lage der Propellerflügel (2) durch Elemente der Verstelleinrichtung (7) bestimmt ist.
5. 5. Einstellpropeller nach Punkt 1,2,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungen zur Lösung des Preßsitzes sowie zur Verstellung zeitlich steuerbar sind.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen