DE102019007647A1

DE102019007647A1 - Propeller made of cast polyamide 12 plastic or a composite material made of cast polyamide 12 plastic with a suitable short fiber insert and cast or mounted metallic hub as well as a suitable surface structure for propelling watercraft

Info

Publication number: DE102019007647A1
Application number: DE102019007647.8A
Authority: DE
Inventors: Lutz Kätow; Jens Doose; Sven Röschmann; Thomas Hopp; Dr. habil. Schulze Reinhard; Petzinger Georg
Original assignee: Albert Handtmann Elteka GmbH and Co KG
Current assignee: Albert Handtmann Elteka GmbH and Co KG
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2021-05-06

Abstract

Zielsetzung dieser Erfindung ist es, insbesondere die elektrischen, magnetischen und akustischen Signaturen von Wasserfahrzeugen jeglicher Art durch den Einsatz des neuen Propellerwerkstoffes nennenswert zu verringern, den Wirkungsgrad des Propellers durch die Ausbildung der bestmöglichen Geometrien aufgrund der besonderen Struktur des gewählten Werkstoffes zu verbessern und auch so eine zusätzliche Verringerung der Signatur zu erreichen, einen Propellerwechsel bzw. den Austausch einzelner Propellerflügel unter Wasser zu ermöglichen sowie den Befall durch Seepocken oder Muscheln zu verlangsamen und den Einsatz von Bioziden zu verringern.Diese Aufgabenstellung wurde gelöst durch die Wahl von PA 12 C (Cast) beziehungsweise eines Faserverbundwerkstoffs bestehend aus geeigneten Lang- oder Kurzfasern und einer PA 12 C Matrix als Werkstoff für die Propellerflügel. Die mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften dieses Polyamids erlauben aufgrund der niedrigen Feuchtigkeitsaufnahme den dauerhaften Einsatz des Propellers im Wasser, die optimale Auslegung des Propellers aufgrund der verminderten Kavitationserosion durch die Zähigkeit des eingesetzten Materials, einen leichteren Propellerblattwechsel durch das spezifische Gewicht und die Gestaltung der Oberfläche zur Verlangsamung des Befalls durch Seepocken. Die Propellerflügel werden durch geeignete Techniken auf einer metallischen Nabe befestigt die wiederum auf die Schiffswelle aufgeschoben und befestigt wird.Gemäß dem heutigen Stand der Technik werden Propeller für größere Wasserfahrzeuge vor allem aus metallischen Werkstoffen gefertigt. Diese Werkstoffe erzeugen durch die Rotation eine signifikante elektrische und magnetische Signatur. Zusätzlich sind diese Werkstoffe anfällig für die Kavitationserosion und für den schnellen Bewuchs durch Seepocken.The aim of this invention is, in particular, to noticeably reduce the electrical, magnetic and acoustic signatures of all types of watercraft through the use of the new propeller material, to improve the efficiency of the propeller by creating the best possible geometries due to the special structure of the selected material, and so on To achieve an additional reduction of the signature, to enable a propeller change or the exchange of individual propeller blades under water as well as to slow down the infestation by barnacles or mussels and to reduce the use of biocides. This task was solved by the choice of PA 12 C (Cast ) or a fiber composite material consisting of suitable long or short fibers and a PA 12 C matrix as the material for the propeller blades. The mechanical, physical and chemical properties of this polyamide allow permanent use of the propeller in the water due to the low moisture absorption, the optimal design of the propeller due to the reduced cavitation erosion due to the toughness of the material used, an easier propeller blade change due to the specific weight and the design of the surface to slow down the barnacles infestation. The propeller blades are attached to a metal hub using suitable techniques, which in turn is pushed onto the ship's shaft and attached. According to the current state of the art, propellers for larger watercraft are mainly made of metallic materials. These materials create a significant electrical and magnetic signature through rotation. In addition, these materials are susceptible to cavitation erosion and the rapid growth of barnacles.

Description

Verwendungsbereich der PatentansprücheScope of application of the claims

Die Erfindung betrifft einen Propeller aus gegossenem Polyamid 12-Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff aus gegossenem Polyamid 12-Kunststoff mit geeigneter Lang- oder Kurzfasereinlage für Wasserfahrzeuge, bestehend aus einem oder mehreren Flügeln mit geeignet strukturierter Oberfläche, die auf eine besondere, geeignete Art an eine metallische Nabe zur Montage auf die Schiffswelle und zur Krafteinleitung angebracht sind oder bei denen alle Flügel gleichzeitig in einem Block gegossen und die Nabe dabei komplett mit eingegossen wird.The invention relates to a propeller made of cast polyamide 12 plastic or a composite material made of cast polyamide 12 plastic with a suitable long or short fiber insert for watercraft, consisting of one or more blades with a suitably structured surface that attach to a metallic one in a special, suitable way Hub for mounting on the ship's shaft and for applying force are attached or where all blades are cast in one block at the same time and the hub is completely cast in.

Es ist bekannt, dass durch die Rotation eines metallischen Propellers nach heutigem Stand der Technik nennenswert elektrische, magnetische und Schall- Signaturen bei der Rotation in Wasser erzeugt werden. Diese Signaturen sind sowohl in der zivilen als auch in der militärischen Schifffahrt unerwünscht. Im Bereich der Handelsschifffahrt werden die Schallemissionen der Propeller besonders unter ökologischen Aspekten kritisch bewertet, da sie Einfluss auf die Lebewesen im Wasser haben und man davon ausgeht, dass etwa die Kommunikation und Orientierung von Walen oder Delfinen durch diese Geräusche erheblich gestört wird. Im Bereich der militärischen Schifffahrt sind die elektrischen, magnetischen und Schallemissionen verantwortlich für die Ortung der Schiffe. Hier ist es ebenfalls das Ziel, die Signaturen so gering wie möglich zu halten, um die Auffindbarkeit etwa eines Unterseebootes zu erschweren.It is known that the rotation of a metallic propeller according to the current state of the art generates significant electrical, magnetic and acoustic signatures when it rotates in water. These signatures are undesirable in both civil and military shipping. In the area of merchant shipping, the sound emissions of the propellers are assessed critically, especially from an ecological point of view, as they have an impact on the living beings in the water and it is assumed that the communication and orientation of whales or dolphins is significantly disrupted by these noises. In the field of military shipping, the electrical, magnetic and acoustic emissions are responsible for the location of the ships. The aim here is also to keep the signatures as small as possible in order to make it more difficult to find a submarine, for example.

Stand der TechnikState of the art

Propeller für Wasserfahrzeuge mit nennenswerter Größe und Antriebsleistung sind nach dem heutigen Stand der Technik aus metallischen Werkstoffen wie etwa Propellerbronze, Messing, Stahl oder Edelstahl gefertigt. Bei diesen Propellern sind sowohl die einzelnen Flügel als auch die Nabe zum Aufbringen auf die Schiffswelle und zur Drehmomentübertragung aus Metall. Je nach Größe sind die Propeller dabei aus einem Guss gefertigt bzw. die einzelnen Blätter werden kraft-, material- oder formschlüssig miteinander verbunden. Bekannt sind größere Propeller mit kohlefaserverstärkten Flügeln aus Kunststoff. Diese Propeller sind aber aufgrund der Eigenschaften der Matrix und der verwendeten Langfasern sehr anfällig gegen Delaminierung und finden deswegen keine nennenswerte Anwendung. Lediglich für kleinere Wasserfahrzeuge mit geringer Antriebsleistung werden Propeller aus unterschiedlichen Kunststoffen verwendet. Diese Propeller werden in der Regel komplett aus Kunststoff gefertigt bzw. eine metallische Nabe wird in einem Kunststoff eingegossen.Propellers for watercraft with a significant size and drive power are made from metallic materials such as propeller bronze, brass, steel or stainless steel according to the current state of the art. In these propellers, both the individual blades and the hub for application to the ship's shaft and for torque transmission are made of metal. Depending on the size, the propellers are made from a single cast or the individual blades are connected to one another with a force fit, material fit or form fit. Larger propellers with carbon fiber reinforced plastic blades are known. However, due to the properties of the matrix and the long fibers used, these propellers are very susceptible to delamination and are therefore not used to any significant extent. Propellers made of different plastics are only used for smaller watercraft with low propulsion power. These propellers are usually made entirely of plastic or a metallic hub is cast in a plastic.

Es ist bekannt, dass bei Propellern nach dem heutigen Stand der Technik aufgrund der Kavitationserosion der verwendetet Materialien nicht jede gewünschte Geometrie der Flügel gefertigt werden kann. Durch die Erosion der metallischen Werkstoffe als Folge der Kavitation ist die Lebensdauer der Flügel bei bestimmten Geometrien zu gering. Dadurch ist es nicht möglich bestmögliche Propeller-Geometrien zu realisieren, auch wenn durch Form- und Oberflächengestaltung der Flügel versucht wird die Einflüsse durch Kavitation zu minimieren und die maximale Leistung aus einer gegebenen Anordnung von Schiffsmaschine, Rumpf und Propeller zu erhalten.It is known that in the case of propellers according to the current state of the art, due to the cavitation erosion of the materials used, not every desired geometry of the blades can be produced. Due to the erosion of the metallic materials as a result of cavitation, the service life of the blades is too short for certain geometries. As a result, it is not possible to achieve the best possible propeller geometries, even if the shape and surface design of the wings tries to minimize the effects of cavitation and to obtain the maximum performance from a given arrangement of ship's engine, hull and propeller.

Bei Beschädigungen eines einzelnen oder mehrerer Propellerflügel muss bei Propellern nach dem heutigen Stand der Technik der gesamte Propeller während einer Liegezeit im Trockendock ausgetauscht werden. Die Propeller und Propellerflügel sind aufgrund ihres hohen spezifischen Gewichts nur sehr schwer mit entsprechenden Hebezeugen zu montieren. Die Reparatur ist zeitaufwändig, mit hohen direkten und indirekten Kosten verbunden und damit und zusätzlich kann das Wasserfahrzeug während dieser Zeit nicht für seine eigentliche Aufgabe genutzt werden. Eine Schnellreparatur im Wasser ist nahezu ausgeschlossen.If one or more propeller blades are damaged, the entire propeller of the current state of the art has to be replaced while the propeller is in the dry dock. Due to their high specific weight, the propellers and propeller blades are very difficult to assemble with appropriate lifting equipment. The repair is time-consuming, associated with high direct and indirect costs and therefore and additionally the watercraft cannot be used for its actual task during this time. A quick repair in the water is almost impossible.

Propeller nach dem heutigen Stand der Technik sind üblicherweise anfällig für den Befall durch Seepocken, Muscheln und andere Lebewesen, die innerhalb kurzer die Leistung des Antriebs kontinuierlich und signifikant verringern und so den Kraftstoffverbrauch erhöhen. Um diesen Bewuchs zu verlangsamen werden die Propeller mit einem speziellen Anstrich versehen. Die in den Antifouling-Anstrichen enthaltenen Biozide sind in der Regel giftig und stehen deswegen aus ökologischen Gründen zur Disposition. Die Beschichtung selbst verursacht Kosten durch Liegezeiten im Trockendock, das verwendete Material und den entsprechenden Arbeitsaufwand. Auch andere Methoden der Beschichtung, etwa durch bestimmte nicht giftige und abwaschbare Lacke oder Unterwasserreinigung sind aufgrund der Wirtschaftlichkeit nicht weit verbreitet.Propellers according to the current state of the art are usually susceptible to infestation by barnacles, mussels and other living things, which within a short period of time continuously and significantly reduce the power of the drive and thus increase fuel consumption. In order to slow down this growth, the propellers are given a special coating. The biocides contained in the antifouling paints are usually toxic and are therefore available for ecological reasons. The coating itself causes costs due to idle times in the dry dock, the material used and the corresponding workload. Other methods of coating, for example using certain non-toxic and washable paints or underwater cleaning, are not widespread due to their economic efficiency.

Bei der Nutzung von Propellern nach dem heutigen Stand der Technik ist der Werkstoffauswahl der Bauteile besondere Beachtung zu schenken, da durch Elektrokorrosion unerwünschte Einflüsse auf die Lebensdauer des Propellers entstehen können.When using state-of-the-art propellers, particular attention must be paid to the choice of materials for the components, since electrical corrosion can have undesirable effects on the service life of the propeller.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Aufgabe dieser Erfindung ist es, insbesondere die elektrischen, magnetischen und akustischen Signaturen von Wasserfahrzeugen jeglicher Art durch den Einsatz des neuen Propellerwerkstoffes nennenswert zu verringern, die Schubleistung des Propellers durch die Ausbildung der bestmöglichen Geometrien aufgrund der besonderen Struktur des gewählten Werkstoffes zu verbessern und auch so eine zusätzliche Verringerung der Signatur zu erreichen, einen Propellerwechsel bzw. den Austausch einzelner Propellerflügel unter Wasser zu ermöglichen, den Befall durch Seepocken oder Muscheln zu verlangsamen und den Einsatz von Bioziden zu verringern sowie eine Elektrokorrosion zu vermeiden.The object of this invention is, in particular, to noticeably reduce the electrical, magnetic and acoustic signatures of all types of watercraft through the use of the new propeller material, the thrust performance of the propeller by forming the best possible geometries due to the special structure of the selected material and thus also to achieve an additional reduction in the signature, to enable a propeller change or the exchange of individual propeller blades under water, to slow down the infestation by barnacles or mussels and to reduce the use of biocides and to avoid electrical corrosion.

Der wesentliche Bestandteil der Erfindung liegt in der Nutzung von Polyamid 12 C Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff aus gegossenem Polyamid 12-Kunststoff mit geeigneter Lang- oder Kurzfasereinlage für die Fertigung der einzelnen Propellerflügel bzw. eines kompletten Propellers. Polyamid 12C (auch PA 12G) ist ein Polymerwerkstoff, der unmittelbar vor der Verarbeitung aus einer geeigneten Mischung von Monomeren und Zusatzstoffen aufgeschmolzen und als niedrigviskose Schmelze in Formen gegossen wird. Bei der Herstellung der faserverstärkten Bauteile werden die Lang- oder Kurzfasern vor dem Befüllen mit dem Kunststoff in die Form eingebracht und dann durch die Schmelze umschlossen. Das Befüllen der Form erfolgt ebenso wie die nachfolgende Polymerisierung und Aushärtung drucklos und weist deswegen im Vergleich zu extrudierten, gespritzten oder tiefgezogenen Werkstücken besondere Eigenschaften auf.The essential part of the invention is the use of polyamide 12th C Plastic or a composite material made of cast polyamide 12 plastic with a suitable long or short fiber insert for the production of the individual propeller blades or a complete propeller. polyamide 12C (also PA 12G) is a polymer material that is melted from a suitable mixture of monomers and additives immediately before processing and poured into molds as a low-viscosity melt. In the manufacture of fiber-reinforced components, the long or short fibers are introduced into the mold before being filled with the plastic and then enclosed by the melt. The filling of the mold, like the subsequent polymerisation and curing, takes place without pressure and therefore has special properties compared to extruded, injection-molded or deep-drawn workpieces.

Der Werkstoff PA 12 C unterscheidet sich bezüglich der mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften von anderen Kunststoffen gerade auch dadurch, dass er besonders geeignet ist für die Auslegung und den Bau von Propellern für Wasserfahrzeuge. Der Werkstoff hat eine minimale Feuchtigkeitsaufnahme von nur 1,4 Gewichtsprozent bei Wasserlagerung und ist deswegen für den Einsatz im Wasser prädestiniert. Die beste Kerbschlagzähigkeit - vor allem auch bei niedrigen Temperaturen - aller Polyamide gewährt die besonderen Vorteile bei der Erosionskavitation und der Beständigkeit der Matrix bei der Verbundlösung gegen äußere Schläge. Das geringe spezifische Gewicht der Teile und damit die Auftriebsneutralität ist eine Voraussetzung für den Austausch der Propellerflügel unter Wasser. Die innere Dämpfung von Werkstücken aus PA 12 Coder Verbundwerkstoffen mit einer Matrix aus PA 12 C verringert die akustische Signatur des Bauteils. Das breite Temperaturspektrum, über das der Werkstoff technisch sinnvoll eingesetzt werden kann, die Chemikalienresistenz, die Kriechfestigkeit oder die elektrischen Eigenschaften sind weitere Gründe, warum PA 12 C als Propellerwerkstoff für Wasserfahrzeuge im Vergleich zu anderen Werkstoffen besonders geeignet ist. Bei dem Verbundwerkstoff aus Lang- oder Kurzfasern und PA 12C erreicht man durch die niedrige Viskosität der Schmelze Faservolumengehalte von mehr als 65% und so ein sehr gutes Steifheits-Gewichts-Verhältnis des Bauteils mit den passenden mechanischen Eigenschaften. Durch die kurze Aushärtezeit von wenigen Minuten hat dieser Werkstoff auch deutliche Kostenvorteile gegenüber den typischen Faserverbundwerkstoffen. Die aus PA 12 C gefertigten Propeller für Wasserfahrzeuge sind aufgrund dieser Werkstoffvorteile den Propellern nach dem heutigen Stand der Technik überlegen.The material PA 12th In terms of mechanical, physical and chemical properties, C differs from other plastics in that it is particularly suitable for the design and construction of propellers for watercraft. The material has a minimal moisture absorption of only 1.4 percent by weight when stored in water and is therefore predestined for use in water. The best notched impact strength - especially at low temperatures - of all polyamides guarantees the special advantages of erosion cavitation and the resistance of the matrix in the composite solution to external impacts. The low specific weight of the parts and thus the neutrality of lift is a prerequisite for replacing the propeller blades under water. The internal damping of workpieces made of PA 12th Coder composite materials with a matrix made of PA 12th C reduces the acoustic signature of the component. The wide temperature range over which the material can be used in a technically sensible way, the chemical resistance, the creep resistance or the electrical properties are further reasons why PA 12th C is particularly suitable as a propeller material for watercraft compared to other materials. In the case of the composite material made of long or short fibers and PA 12C the low viscosity of the melt achieves fiber volume contents of more than 65% and thus a very good stiffness-to-weight ratio of the component with the appropriate mechanical properties. Due to the short curing time of a few minutes, this material also has significant cost advantages compared to typical fiber composite materials. The one from PA 12th C-manufactured propellers for watercraft are superior to the current state of the art propellers because of these material advantages.

Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der Erfindung liegt in der speziellen Anbindung der Propellerflügel an eine Nabe aus metallischem Werkstoff. Die Kraft- und Drehmomentübertragung von der Schiffswelle auf den Propeller erfolgt typischerweise durch eine form- oder kraftschlüssige Verbindung zweier metallischer Werkstoffe wie beispielsweise Ölpressverbände, Passfedern oder Passstifte oder durch Spannsätze. Dieses Prinzip wird bei der vorliegenden Erfindung grundsätzlich beibehalten, da bestimmte Werkstoffeigenschaften von PA 12 C wie etwa der geringe E-Modul oder das Kriechverhalten bei hohen lokalen Flächenpressungen eine geeignete Anbindung eines Kunststoffpropellers direkt an die Schiffswelle verhindern. Die Erfindungshöhe ergibt sich aus der Art der Anbindung der Propellerblätter an die Nabe je nach gewünschter Kraft- und Drehmomentübertragung sowie der Größe des Propellers.Another essential component of the invention is the special connection of the propeller blades to a hub made of metallic material. Power and torque are typically transmitted from the ship's shaft to the propeller by means of a form-fitting or non-positive connection between two metallic materials such as oil press-fit connections, feather keys or dowel pins or clamping sets. This principle is basically retained in the present invention, since certain material properties of PA 12th C such as the low modulus of elasticity or the creep behavior at high local surface pressures prevent a suitable connection of a plastic propeller directly to the ship's shaft. The level of invention results from the type of connection of the propeller blades to the hub depending on the desired power and torque transmission and the size of the propeller.

Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der Erfindung liegt in der Gestaltung der Oberfläche der Propellerflügel, um den Einsatz von Antifouling-Beschichtungen zu vermeiden. Dabei wird die Oberfläche durch die geeignete Gestaltung der Gießform und durch das Einbinden von besonderen kornförmigen Materialien in den oberflächennahen Kunststoff wie eine Haifischhaut modelliert. Der Bewuchs durch Seepocken und Muscheln wird so verzögert und eine mechanische Reinigung der Oberfläche auch ohne das Wasserfahrzeug aus dem Wasser zu heben vereinfacht.Another essential component of the invention is the design of the surface of the propeller blades in order to avoid the use of antifouling coatings. The surface is modeled like a shark's skin through the appropriate design of the casting mold and the incorporation of special granular materials into the plastic near the surface. The growth of barnacles and mussels is delayed and mechanical cleaning of the surface is simplified even without lifting the watercraft out of the water.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Zur Realisierung der Erfindung gemäß vorgegangener Beschreibung eignen sich die nachfolgenden technisch und kommerziell sinnvollen Ansätze:The following technically and commercially sensible approaches are suitable for realizing the invention in accordance with the preceding description:

Konstruktion und Herstellung eines Propellers aus PA 12C oder Lang- oder Kurzfaser verstärktem PA 12 C gekennzeichnet durch:

1.1 einen oder mehrere Propellerflügel (2), die einzeln oder zu mehreren in einer geeigneten, entsprechend temperierten Gießform welche der Außenkontur des einzelnen Flügels beziehungsweise mehrerer Flügel annähernd entspricht drucklos mit einer niedrigviskosen PA 12 Schmelze gegossen und dann durch geeignete Temperaturführung polymerisiert und ausgehärtet werden.
1.2 eine metallische Nabe (1), die mittels einer form- oder kraftschlüssigen Verbindung wie etwa einen Ölpressverband, Passfedern oder Passstiften, Spannsätzen auf die Schiffswelle aufgeschoben und zur Übertragung der Kräfte und Drehmomente an dieser befestigt werden kann.
1.3 eine Verbindung der Kunststoffflügel mit der auf die Schiffswelle aufgeschobenen und verbundenen metallischen Nabe dergestalt, dass jeweils in einzelnen Propellerflügeln (2) ein oder mehrere metallische Zuganker (3) eingelassen sind, die der Kraft- und Drehmomentübertragung dienen. Diese Zuganker werden auf der einen Seite im Kragen der metallischen Nabe (1) durch entsprechende Muttern (5) befestigt. Nach derartiger Vormontage aller Einzelflügel an der metallischen Nabe wird auf das dem Kragen gegenüberliegende Ende der Nabe ein sogenannter Böttcherring (4) mittels geeigneter Schrauben montiert. Für die metallischen Zuganker (3) sind in diesem Ring geeignete Öffnungen angebracht. Mittels geeigneter Muttern (5) werden jetzt die Zuganker gegen den Böttcherring (4) mit dem passenden Drehmoment verspannt. Eine geeignete Abdeckhaube am Ende der Nabe (1) verdeckt die Schraubverbindungen und sorgt durch ihre Gestaltung gleichzeitig für eine optimale Strömung im Nachlauf der Welle.
1.4 eine konstruktive Auslegung der einzelnen Propellerflügel am Propellerfuß dergestalt, dass die temperaturabhängige Variation der Propellerdicke durch die Wahl der Propellerdicke bei Raumtemperatur durch den Nabenkragen, die Zuganker und den Böttcherring so erfolgt, dass die Spannungen bei hohen Temperaturen so gering sind, dass das Kriechverhalten des PA 12 C nicht zu stark angeregt wird und andererseits bei niedrigen Temperaturen die Vorspannung noch so hoch ist, dass die Propellerflügel fest eingespannt sind.
1.5 eine Ausgestaltung der Bohrungen für die Zuganker (3) dergestalt, dass über die Länge der gesamten Bohrung eine oder mehrere Taschen eingebracht werden, um so Spannungsspitzen im Material zu verringern und das Kriechverhalten zu verbessern.
1.6 die Anbindung der Zuganker (3) an den Propellerflügel (2) entweder durch Erwärmen des Kunststoffes und Einpressen des Zugankers mit Raumtemperatur, das Abkühlen des Zugankers und das Einpressen in den Kunststoffflügel mit Raumtemperatur oder eine Kombination beider Montagemethoden beziehungsweise durch eine andere geeignete Fügemethode.

Design and manufacture of a propeller made of PA 12C or long or short fiber reinforced PA 12th C characterized by:

1.1 one or more propeller blades ( 2 ), which, individually or in groups, in a suitable, correspondingly tempered casting mold which approximately corresponds to the outer contour of the individual wing or several wings, pressureless with a low-viscosity PA 12th Melt poured and then polymerized and cured by suitable temperature control.
1.2 a metallic hub ( 1 ), which can be pushed onto the ship's shaft by means of a form-fitting or non-positive connection such as an oil interference fit, feather keys or dowel pins, and fastened to the ship's shaft in order to transmit the forces and torques.
1.3 a connection of the plastic blades with the metallic hub pushed onto the ship's shaft and connected in such a way that in each case in individual propeller blades ( 2 ) one or more metallic tie rods ( 3 ) are embedded, which are used to transmit power and torque. These tie rods are placed on one side in the collar of the metallic hub ( 1 ) with appropriate nuts ( 5 ) attached. After all the individual blades have been preassembled on the metallic hub in this way, a so-called Böttcherring ( 4th ) mounted using suitable screws. For the metallic tie rods ( 3 ) there are suitable openings in this ring. Using suitable nuts ( 5 ) the tie rods are now against the Böttcherring ( 4th ) clamped with the appropriate torque. A suitable cover at the end of the hub ( 1 ) hides the screw connections and at the same time ensures optimal flow in the wake of the shaft thanks to its design.
1.4 a structural design of the individual propeller blades at the propeller foot in such a way that the temperature-dependent variation of the propeller thickness by the choice of the propeller thickness at room temperature through the hub collar, the tie rods and the Böttcher ring is so low that the stresses at high temperatures are so low that the creep behavior of the PA 12th C is not excited too strongly and, on the other hand, at low temperatures the preload is still so high that the propeller blades are firmly clamped.
1.5 a design of the holes for the tie rods ( 3 ) in such a way that one or more pockets are introduced over the length of the entire bore in order to reduce stress peaks in the material and improve the creep behavior.
1.6 the connection of the tie rods ( 3 ) to the propeller blade ( 2 ) either by heating the plastic and pressing in the tie rod at room temperature, cooling the tie rod and pressing it into the plastic wing at room temperature or a combination of both assembly methods or another suitable joining method.

2.1 eine metallische Nabe (7), die mittels einer form- oder kraftschlüssigen Verbindung wie etwa einen Ölpressverband, Passfedern oder Passstifte, Spannsätze auf die Schiffswelle aufgeschoben und zur Übertragung der Kräfte und Drehmomente an dieser befestigt werden kann.
2.2 eine metallische Nabe (7), Skizze B, die für das Umgießen mit PA 12C an der Oberfläche der Nabe zum Kunststoff durch Ätzen, Sandstrahlen, Rändeln, Reinigen mit speziellen Reinigungsmitteln, Aufbringen von Schlichten vorbereitet wird.
2.3 eine metallische Nabe (7), Skizze C die für die Übertragung von Kräften und Drehmomenten von der Nabe in die Propellerflügel geeignete Elemente wie etwa Stäbe (10), Profile (11), metallische Konstruktionen (12) oder Einleger (13) besitzt die durch Kraft-, Form- (10, 12) oder Materialschluss (13) an der Nabe befestigt sind und vom Kunststoff beim Gießvorgang komplett umschlossen werden.
2.4 eine metallische Nabe gemäß 2.1, 2.2 und 2.3, die in einer geeigneten entsprechend temperierter Gießform welche der Außenkontur des zu fertigenden einteiligen Propellers entspricht drucklos mit einer niedrigviskosen PA 12 Schmelze komplett umgossen wird und dann durch geeignete Temperaturführung polymerisiert und aushärtet.
2.5 einen nach 2.4 hergestellten Propeller der nach Aushärtung und Ausformung zerspanend bearbeitet wird, um die genaue Endkontur zu erreichen. Zwischen den einzelnen Zerspanungsfolgen können eine oder mehrere Wärmebehandlungen zum Abbau etwaiger Spannungen im Material erfolgen.

2.1 a metallic hub ( 7th ), which can be pushed onto the ship's shaft by means of a positive or non-positive connection such as an oil interference fit, feather keys or dowel pins, clamping sets and attached to it to transfer the forces and torques.
2.2 a metallic hub ( 7th ), Sketch B, for casting around with PA 12C is prepared on the surface of the hub to the plastic by etching, sandblasting, knurling, cleaning with special cleaning agents, applying coatings.
2.3 a metallic hub ( 7th ), Sketch C the elements suitable for the transmission of forces and torques from the hub to the propeller blades, such as rods ( 10 ), Profiles ( 11 ), metallic constructions ( 12th ) or insert ( 13th ) possesses the force, form ( 10 , 12th ) or material end ( 13th ) are attached to the hub and completely enclosed by the plastic during the casting process.
2.4 a metallic hub according to 2.1, 2.2 and 2.3, which is pressureless with a low-viscosity PA in a suitable, correspondingly tempered casting mold which corresponds to the outer contour of the one-piece propeller to be manufactured 12th Melt is completely poured around and then polymerized and hardened by suitable temperature control.
2.5 a propeller manufactured according to 2.4 which is machined after hardening and shaping in order to achieve the exact final contour. One or more heat treatments to relieve any stresses in the material can be carried out between the individual machining sequences.

3.1 einen oder mehrere Propellerflügel (15), die einzeln oder zu mehreren in einer geeigneten, entsprechend temperierten Gießform welche der Außenkontur des einzelnen Flügels beziehungsweise mehrerer Flügel annähernd entspricht drucklos mit einer niedrigviskosen PA 12 Schmelze gegossen und dann durch geeignete Temperaturführung polymerisiert und ausgehärtet werden.
3.2 einem in jeden Propellerflügel eingegossenen Einleger (19) an dem vor dem Eingießen Gewindestangen (18) angebracht wurden.
3.3 eine metallische Nabe (14), die mittels einer form- oder kraftschlüssigen Verbindung wie etwa einen Ölpressverband, Passfedern oder Passstiften, Spannsätzen auf die Schiffswelle aufgeschoben und zur Übertragung der Kräfte und Drehmomente an dieser befestigt werden kann.
3.4 eine Verbindung der Kunststoffflügel mit der auf die Schiffswelle aufgeschobenen und verbundenen metallischen Nabe dergestalt, dass die jeweils in den einzelnen Propellern (15) eingegossenen Einleger (19) und Gewindestangen (18)durch die Öffnungen der Nabe (14) geschoben und dann mit Schrauben (17) an der Nabe befestigt werden. Nach derartiger Vormontage aller Einzelflügel an der metallischen Nabe wird auf das dem Kragen gegenüberliegende Ende der Nabe ein sogenannter Böttcherring (16) mittels geeigneter Schrauben montiert. Für die Gewindestangen (18) sind in diesem Ring geeignete Öffnungen angebracht. Mittels geeigneter Muttern (17) werden jetzt die Zuganker gegen den Böttcherring (16) mit dem passenden Drehmoment verspannt. Eine geeignete Abdeckhaube am Ende der Nabe (14) verdeckt die Schraubverbindungen und sorgt durch ihre Gestaltung gleichzeitig für eine optimale Strömung im Nachlauf der Welle.
3.5 eine konstruktive Auslegung der einzelnen Propellerflügel am Propellerfuß dergestalt, dass die temperaturabhängige Variation der Propellerdicke durch die Wahl der Propellerdicke bei Raumtemperatur durch den Nabenkragen, die Zuganker und den Böttcherring so erfolgt, dass die Spannungen bei hohen Temperaturen so gering sind, dass das Kriechverhalten des PA 12 C nicht zu stark angeregt wird und andererseits bei niedrigen Temperaturen die Vorspannung noch so hoch ist, dass die Propellerflügel fest eingespannt sind.

3.1 one or more propeller blades ( 15th ), which, individually or in groups, in a suitable, correspondingly tempered casting mold which approximately corresponds to the outer contour of the individual wing or several wings, pressureless with a low-viscosity PA 12th Melt poured and then polymerized and cured by suitable temperature control.
3.2 an insert cast into each propeller blade ( 19th ) on the threaded rod ( 18th ) were attached.
3.3 a metallic hub ( 14th ), which can be pushed onto the ship's shaft by means of a form-fitting or non-positive connection such as an oil interference fit, feather keys or dowel pins, and fastened to the ship's shaft in order to transmit the forces and torques.
3.4 a connection of the plastic blades with the metallic hub pushed onto the ship's shaft and connected in such a way that the individual propellers ( 15th ) cast insert ( 19th ) and threaded rods ( 18th ) through the openings of the hub ( 14th ) pushed and then with screws ( 17th ) attached to the hub. After all the individual blades have been preassembled on the metallic hub in this way, a so-called Böttcherring ( 16 ) mounted using suitable screws. For the threaded rods ( 18th ) there are suitable openings in this ring. Using suitable nuts ( 17th ) the tie rods are now against the Böttcherring ( 16 ) clamped with the appropriate torque. A suitable cover at the end of the hub ( 14th ) hides the screw connections and at the same time ensures optimal flow in the wake of the shaft thanks to its design.
3.5 a constructive design of the individual propeller blades at the propeller base in such a way that the temperature-dependent variation of the propeller thickness by the choice of the propeller thickness at room temperature by the hub collar, the tie rods and the Böttcher ring takes place in such a way that the stresses at high temperatures are so low that the creep behavior of the PA 12th C is not excited too strongly and, on the other hand, at low temperatures the preload is still so high that the propeller blades are firmly clamped.

4.1 einen oder mehrere Propellerflügel (20), die einzeln oder zu mehreren in einer geeigneten, entsprechend temperierten Gießform welche der Außenkontur des einzelnen Flügels beziehungsweise mehrerer Flügel annähernd entspricht drucklos mit einer niedrigviskosen PA 12 Schmelze gegossen und dann durch geeignete Temperaturführung polymerisiert und ausgehärtet werden.
4.2 die Gestaltung der Oberfläche eines oder aller Propellerblätter gemäß 4.1 dergestalt, dass durch die geeignete Formgebung der Gießform und/oder die Einbindung von geeigneten kornförmigen Materialien in die Oberfläche im Rahmen des Gießprozesses eine Oberflächenstruktur ähnlich der einer Haifischhaut gegossen werden kann und so der Bewuchs von Seepocken und anderen Lebewesen verlangsamt, die mechanische Reinigung vereinfacht und damit die Leistung des Propellers längere Zeit gewährleistet ist.

4.1 one or more propeller blades ( 20th ), which, individually or in groups, in a suitable, correspondingly tempered casting mold which approximately corresponds to the outer contour of the individual wing or several wings, pressureless with a low-viscosity PA 12th Melt poured and then polymerized and cured by suitable temperature control.
4.2 the design of the surface of one or all of the propeller blades according to 4.1 such that a surface structure similar to that of a shark's skin can be cast through the appropriate shaping of the casting mold and / or the incorporation of suitable granular materials into the surface during the casting process, and thus the growth of Barnacles and other creatures are slowed down, mechanical cleaning is simplified and the performance of the propeller is guaranteed for a longer period of time.

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1 The sectional view of a propeller according to the invention, characterized in that it consists of a metallic hub ( 1 ) insists on a propeller blade ( 2 ) by means of a so-called Böttcher ring mounted on the hub ( 4th ) and the tie rods in the propeller blade ( 3 ) through nuts ( 5 ) is mounted.
2 . The contour of a propeller is characterized by the fact that all propeller blades ( 6th ) are manufactured in one casting process and during this casting process the metallic hub ( 7th ) is cast around and thus results in a one-piece propeller.
3 . The contour of a propeller is characterized by the fact that all propeller blades ( 9 ) are manufactured in one casting process and in this casting process the prepared metallic hub ( 10 ) is cast around and thus results in a one-piece propeller. To improve the introduction of force from the metallic hub into the individual propeller blades, different shapes of these elements such as rods ( 10 ), Profiles ( 11 ), metallic constructions ( 12th ) or cores ( 13th ) as well as the attachment of these elements by material connection ( 10 , 12th ) or form fit ( 11 ) outlined.
4th The sectional view of a propeller according to the invention, characterized in that in each propeller blade ( 15th ) an insert ( 19th ) with two threaded rods each ( 18th ) is poured in and this propeller blade then through the threaded rods using the screws ( 17th ) between the collar of the metallic hub ( 14th ) and the so-called Böttcherring screwed onto the hub ( 16 ) is mounted.
5 The representation of a propeller according to the invention, characterized in that the surface of a ( 20th ) or several propeller blades are designed to resemble a shark's skin.
6th Drawing for the summary with the propeller blades made of Lauramid ( 30th ), the metal hub ( 31 ), the so-called Böttcherring ( 32 ), the fastening of the ring ( 32 ) with the screws ( 34 ) and the attachment of the propellers with the tie rods and nuts ( 33 )

Claims

Main claim Design and manufacture of a propeller made of PA 12C or long or short fiber reinforced PA 12 C characterized by : 1.1 a propeller consisting of a metallic hub encapsulated with PA 12 C or a metallic hub with suitably mounted individual blades or blade components made of PA 12 C. 1.2 a significantly improved electrical and magnetic signature through the use of PA 12 C and the avoidance of rotating metallic components (propeller blades). 1.3 a significantly improved acoustic signature due to the structural design of the propeller blades using the increased resistance of the propeller blades to cavitation erosion and the excellent internal damping of the cast matrix. 1.4 a significantly higher efficiency of the propeller through an optimized technical design due to the minimized cavitation erosion.

Secondary claim Design and manufacture of a propeller made of PA 12C or long or short fiber reinforced PA 12 C characterized by the assembly of the individual propeller blades or pairs of blades by means of tie rods embedded in the propellers and their bracing in the collar of a metallic hub and a so-called Böttcher ring mounted on the hub.

Secondary claim Design and manufacture of a propeller made of PA 12C or long or short fiber reinforced PA 12 C characterized by the shaping of all propeller blades in one casting process while at the same time enclosing the prepared metallic hub of the propeller

Secondary claim design and manufacture of a propeller made of PA 12C or short fiber reinforced PA 12 C characterized by the shaping of all propeller blades in one casting process while at the same time enclosing the prepared metallic hub of the propeller and improving the introduction of force from the hub into the individual propeller blades through the use of structural elements .

Additional claim design and manufacture of a propeller made of PA 12C or long or short fiber reinforced PA 12 C characterized by the design of the surface of one or all propellers or parts of the surface by the shaping of the casting mold and / or the incorporation of suitable granular materials A surface structure similar to that of a shark's skin can be poured into the surface during the casting process.