DE102014012766A1

DE102014012766A1 - Verstellpropeller

Info

Publication number: DE102014012766A1
Application number: DE102014012766.4A
Authority: DE
Inventors: Mathias Pein
Original assignee: Otto Piening Schiffspropeller und Wellenanlagen GmbH
Current assignee: Otto Piening Schiffspropeller und Wellenanlagen GmbH
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2034-09-03
Also published as: DK3188965T3; EP3188965A1; WO2016034639A1; DE202015009960U1; PL3188965T3; ES2744488T3; DE102014012766B4; EP3188965B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verstellpropeller mit einer Nabe (18), zumindest einem Propellerblatt (20) und einer hydraulischen Verstellvorrichtung (22) zum Verstellen der Steigung des zumindest einen Propellerblatts (20) mittels eines Hydraulikfluids (29). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Hydraulikfluid (29) hydrophil ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verstellpropeller mit einer Nabe, zumindest einem Propellerblatt und einer hydraulischen Verstellvorrichtung zum Verstellen der Steigerung des zumindest einen Propellerblatts mittels eines Hydraulikfluids.
Derartige Verstellpropeller werden insbesondere in Schiffen eingesetzt, um den Vortrieb unabhängig von der Drehzahl des Schiffsmotors wählen zu können. Verstellpropeller sind daher besonders dann vorteilhaft, wenn der Vorschub sich oft ändert.
Nachteilig an bekannten Verstellpropellern ist, dass sie zwar sehr robust hergestellt werden können, bereits kleinere Defekte, beispielsweise Leckagen, führen aber dazu, dass sie sofort repariert werden müssen, um zu verhindern, dass austretendes Hydraulikfluid ersetzt werden muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.
Die Erfindung löst das Problem durch einen gattungsgemäßen Verstellpropeller, bei dem das Hydraulikfluid hydrophil ist und insbesondere zumindest überwiegend, insbesondere zumindest im Wesentlichen ausschließlich, aus Wasser besteht.
Vorteilhaft an einem derartigen Verstellpropeller ist, dass er fehlertolerant ist. Selbst wenn nämlich die hydraulische Verstellvorrichtung eine Leckage zeigt, so ist es meist nicht notwendig, die Verstellvorrichtung sofort zu reparieren. Der Grund ist, dass ein hydrophiles Hydraulikfluid wie Wasser oder Glyzerin einfach und mit geringem Aufwand überall verfügbar ist. Ein Verlust an Hydraulikfluid kann dadurch einfach ausgeglichen werden.
Es ist ein weiterer Vorteil, dass bei einer Leckage austretendes Hydraulikfluid zu keiner oder nur einer geringen Belastung der Umwelt führt. Im Stand der Technik wird als Hydraulikfluid Mineralöl verwendet, was in den meisten Staaten nicht ins Wasser abgegeben werden darf. Bereits kleinere Leckagen führen daher dazu, dass Verstellpropeller nach dem Stand der Technik nicht mehr betrieben werden dürfen. Durch die Verwendung von Wasser als Hydraulikfluid kann eine Gewässerverunreinigung weitestgehend ausgeschlossen werden, so dass der Verstellpropeller auch im Leckagefall weiterbetrieben werden kann. Das erhöht die Verfügbarkeit eines Schiffes, das mit dem erfindungsgemäßen Verstellpropeller ausgerüstet ist.
Es ist ein weiterer Vorteil, dass der erfindungsgemäße Verstellpropeller einfach zu warten ist. Beim Betrieb der Verstellvorrichtung führt Verschleiß zur Anreicherung von Partikeln im Hydraulikfluid. Das Hydraulikfluid muss daher in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden. Durch die Verwendung von hydrophilem Hydraulikfluid wie Wasser ist der Austausch des Hydraulikfluids einfach möglich.
Die Verwendung von hydrophilem Hydraulikfluid wie Wasser anstelle von Öl erfordert eine vollständige Neukonstruktion der Verstellvorrichtung, da sich Wasser und Öl in ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften deutlich voneinander unterscheiden. So besitzt Wasser keine Schmierwirkung und schützt nicht vor Korrosion, so dass die Herstellung einer hydraulischen Verstellvorrichtung für einen erfindungsgemäßen Verstellpropeller mit einem höheren Aufwand verbunden ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Vorteile der Verwendung von Wasser als Hydraulikfluid die Nachteile überwiegen.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter der hydraulischen Verstellvorrichtung insbesondere diejenige Vorrichtung verstanden, mittels der der Stellwinkel, der maßgeblich ist für die Steigung des Propellerblatts, verstellbar ist. Insbesondere umfasst die Verstellvorrichtung vorzugsweise eine Druckwasserquelle zum Abgeben von unter Druck stehendem Wasser. Insbesondere beträgt der Druck des Hydraulikfluids, der von der Druckwasserquelle aufgebaut wird, zumindest 5 bar, insbesondere zumindest 50 bar.
Unter einem hydrophilem Hydraulikfluid wird insbesondere ein Fluid verstanden, das mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar ist. Vorzugsweise umfasst das Fluid zu zumindest 70 Gewichtsprozenten Wasser und Alkohole. Vorzugsweise ist das Hydraulikfluid für Fische bis zu einer Konzentration von einem 0,1 Gewichtsprozent ungiftig. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass die Nulleffektkonzentration, also die Konzentration, bei der innerhalb von 24 Stunden kein Fisch stirbt, zumindest 0,1 Gewichtsprozent beträgt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hydraulikfluid biologisch abbaubar. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass es den modifizierten OECD-Screening-Test OECD 301 E erfüllt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Hydraulikfluid zu zumindest 80 Gewichtsprozenten aus Wasser. Es ist in anderen Worten möglich, dass das Wasser Additive enthält, beispielsweise Korrosionsschutzmittel und/oder ein Frostschutzmittel. Je höher jedoch der Wassergehalt ist, desto eher kann eine Leckage in die Umgebung toleriert werden.
Besonders günstig ist es, wenn das Hydraulikfluid keine für Wasserlebewesen toxischen Stoffe enthält. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass eine Einleitung von Hydraulikfluid in das Wasser möglich ist, ohne die Wasserlebewesen zu gefährden. Besonders günstig ist es, wenn das Hydraulikfluid höchstens 2,5 Gewichtsprozent, insbesondere höchstens 1 Gewichtsprozent, Mineralöl enthält. Tritt Hydraulikfluid aus, so führen Mineralölbestandteile dazu, dass sich auf der betroffenen Wasseroberfläche ein deutlich sichtbarer Ölfilm bildet, was aus Umweltgesichtspunkten unerwünscht ist. Enthält das Hydraulikfluid ein Mineralöl oder nur sehr geringe Mengen davon, so kann austretendes Hydraulikfluid das umgebende Gewässer nicht verunreinigen. Eine Aufstellung für Wasserlebewesen nicht toxischer Stoffe findet sich zum Beispiel in der Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zum Wasserhaushaltsgesetz über die Einstufung wassergefährdender Stoffe in Wassergefährdungsklassen, Bundesanzeiger Jahrgang 51, Nummer 98a, ISSN 0720-6100.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine Propellerblatt zumindest auch mittels eines Festkörperschmierelements an der Nabe und/oder selbstschmierend an der Nabe gelagert. So wird eine Abgabe von Mineralölprodukten ins Wasser verhindert.
Vorzugsweise umfasst die hydraulische Verstellvorrichtung einen Kolben, der so mit dem zumindest einen Propellerblatt gekoppelt ist, dass das Propellerblatt durch Beaufschlagen des Kolbens mit Hydraulikfluid betätigbar ist, und eine Umsetzvorrichtung zum Umsetzen einer Längsbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung des zumindest einen Propellerblatts, wobei die Umsetzvorrichtung selbstschmierend ausgebildet ist. In anderen Worten umfasst die Umsetzvorrichtung keinen Schmierstoff, insbesondere keinen mineralölhaltigen Schmierstoff. Besonders günstig ist es, wenn alle Komponenten des Verstellpropellers, die auf der gleichen axialen Höhe liegen wie die Nabe, frei von Schmierstoffen auf Mineralölbasis sind. Insbesondere sind diese Komponenten selbstschmierend. Die axiale Höhe bezieht sich dabei auf die Drehachse der Nabe. Vorteilhaft an einem derartigen Verstellpropeller ist, dass Verunreinigungen des umgebenden Wassers mit Mineralölprodukten ausgeschlossen werden können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen Querschnitt durch ein schematisch eingezeichnetes erfindungsgemäßes Schiff mit einem erfindungsgemäßen Verstellpropeller,
2a eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verstellpropellers gemäß einer ersten Ausführungsform,
2b das Prinzip eines Verstellpropellers gemäß einer zweiten Ausführungsform,
3 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Verstellpropeller.
1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schiff 10, das einen Schiffsantrieb 12 besitzt, der einen Antriebsmotor 14 in Form eines Schiffsdiesels und einen Verstellpropeller 16 umfasst. Der Verstellpropeller 16 besitzt eine Nabe 18 sowie ein erstes Propellerblatt 20.1, ein zweites Propellerblatt 20.2 und weitere Propellerblätter, die in 1 nicht dargestellt sind.
Die Propellerblätter 20.1, 20.2 sind mittels einer hydraulischen Verstellvorrichtung 22 in ihrer Steigung veränderbar. Die Steigung wird angegeben durch einen Einstellwinkel ε. 1 zeigt zudem eine Ruderanlage 24 des Schiffs 10.
Die Verstellvorrichtung 22 weist einen Druckwasserverteiler 26 auf, der Teil einer Druckwasser-Versorgungsvorrichtung 27 ist und mit einer schematisch eingezeichneten Druckwasserquelle 28 so verbunden ist, dass von der Druckwasserquelle 28 bereitgestelltes und unter Druck stehendes Hydraulikfluid 29 in Form von Wasser an einen Kolben 30 in der Nabe des Verstellpropellers 16 geliefert werden kann. Die Funktionsweise dieses Kolbens wird in den 2a und 2b näher erläutert.
2a zeigt einen erfindungsgemäßen Verstellpropeller 16, bei dem der Kolben 30 in einem Hydraulikzylinder 32 innerhalb der Nabe 18 angeordnet ist. Beaufschlagt der Druckwasserverteiler 26 ein erstes Teilvolumen 34 des Hydraulikzylinders 32, so vergrößert sich der Einstellwinkel ε. Beaufschlagt der Druckwasserverteiler 26 ein zweites Teilvolumen 36, so verkleinert sich der Einstellwinkel ε. Diese Art der Betätigung des Verstellpropellers 16 gehört für eine Beaufschlagung der Teilvolumina 34, 36 mit Öl zum Stand der Technik und wird daher nicht weiter erläutert. Der Kolben 30 ist aus korrosionsbeständigem Material hergestellt, beispielsweise Bronze und/oder korrosionsbeständigem Stahl.
2b zeigt eine alternative Ausführungsform eines Verstellpropellers 16, bei der der Hydraulikzylinder 32 und damit der Kolben 30 außerhalb der Nabe 18 angeordnet sind. Der Kolben 30 ist mit einer Kolbenstange 38 verbunden, die durch eine Welle 40 verläuft und die Propellerblätter 20 betätigt.
Der Schiffsantrieb 12 umfasst einen Kühler 42, mittels dem das Hydraulikfluid 29 gekühlt werden kann. Der Kühler 42 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Wärmetauscher, der mit dem Kühlwasserkreislauf des Schiffes 10 verbunden ist.
Mittels einer Temperaturüberwachungsvorrichtung in Form eines Temperatursensors 44 wird kontinuierlich die Temperatur T des Hydraulikfluids ermittelt. Übersteigt die Temperatur 60°C, so wird ein Warnsignal ausgegeben, beispielsweise in Form eines elektrischen Signals, das die Tatsache kodiert, dass die Temperatur zu hoch ist. Alternativ bewirkt das Warnsignal, dass der Kühler 42 das Hydraulikfluid stärker kühlt. So wird eine Erwärmung auf eine Temperatur deutlich über 60°C verhindert und Dampfblasen vermieden.
3 zeigt den Aufbau der Nabe 18 im Querschnitt mit mehr Details. Zu erkennen ist eine Umsetzvorrichtung 41, mittels der die Längs-Bewegung des Kolbens 30 in die Drehbewegung der Propellerblätter 20 umgesetzt wird.
Das Hydraulikfluid 29 hat in der vorliegenden Ausführungsform die folgende Zusammensetzung: 15 Gewichtsprozent Ethylenglykol als Frostschutzmittel und 85 Gewichtsprozent Wasser. Bei dem Wasser kann es sich beispielsweise um Trinkwasser oder Meerwasser handeln.
Bezugszeichenliste

10: Schiff
12: Schiffsantrieb
14: Antriebsmotor
16: Verstellpropeller
18: Nabe
20: Propellerblatt
22: Verstellvorrichtung
24: Ruderanlage
26: Druckwasserverteiler
28: Druckwasserquelle
29: Hydraulikfluid, Druckwasser
30: Kolben
32: Hydraulikzylinder
34: 1. Teilvolumen
36: 2. Teilvolumen
38: Kolbenstange
40: Welle
41: Umsetzvorrichtung
42: Kühler
44: Temperatursensor
ε: Einstellwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISSN 0720-6100 [0013]

Claims

Verstellpropeller mit (a) einer Nabe (18), (b) zumindest einem Propellerblatt (20) und (c) einer hydraulischen Verstellvorrichtung (22) zum Verstellen der Steigung des zumindest einen Propellerblatts (20) mittels eines Hydraulikfluids (29), dadurch gekennzeichnet, dass (d) das Hydraulikfluid (29) hydrophil ist.
Verstellpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikfluid (29) zumindest überwiegend aus Wasser besteht.
Verstellpropeller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikfluid (29) höchstens 2,5 Gewichtsprozent Mineralöl enthält.
Verstellpropeller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Propellerblatt (20) selbstschmierend an der Nabe (18) gelagert ist.
Verstellpropeller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die hydraulische Verstellvorrichtung (22) – einen Kolben (30), der so mit dem zumindest einen Propellerblatt (20) gekoppelt ist, dass das Propellerblatt (20) durch Beaufschlagen des Kolbens (30) mit Hydraulikfluid betätigbar ist, und – eine Umsetzvorrichtung (41) zum Umsetzen einer Längs-Bewegung des Kolbens (30) in eine Drehbewegung des zumindest einen Propellerblatts (20) umfasst und (b) die Umsetzvorrichtung (41) selbstschmierend ausgebildet ist.
Verstellpropeller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikfluid (29) ein Frostschutzmittel umfasst, sodass ein Gefrierpunkt höchstens –4°C beträgt.
Schiffsantrieb mit (i) zumindest einem Antriebsmotor (14) und (ii) einem Verstellpropeller (16) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der von dem zumindest einen Antriebsmotor (14) angetrieben ist.
Schiffsantrieb nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Temperaturüberwachungsvorrichtung zum Erfassen einer Wassertemperatur des Hydraulikfluids (29), die eingerichtet ist zum Abgeben eines Warnsignals, wenn die Wassertemperatur über 60°C beträgt.
Schiff mit einem Verstellpropeller (16) nach einem der vorstehenden Ansprüche.