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Vorrichtung zur Verstellung einer Schiffsschraube mit verstellbaren
Flügeln und der zugehörigen, die Schraube antreibenden Maschine Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Verstellung einer Schiffsschraube mit verstellbaren Flügeln
und der zugehörigen, die Schraube antreibenden Maschine, welche ein Verstellorgan
zur Änderung der Steigung der Schraubenflügel und ein zweites Verstellorgan zur
Änderung des Sollwertes der Drehzahl dieser Maschine und ein auf diese Verstellorgane
einwirkendes Manövrierorgan aufweist, und bei welcher der Drehzahlregler die Drehzahl
durch Einwirkung auf die Treibmittelzufuhr zur Maschine selbsttätig regelt.
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Es ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt, bei welcher das Manövrierorgan
gleichzeitig auf das Verstellorgan zur Änderung der Steigung der Schraubenflügel
und auf das Verstellorgan zur Änderung der Drehzahl der Antriebsmaschine einwirkt.
Durch in bestimmter Weise geformte Kurvenscheiben wird dabei eine vorgegebene Zuordnung
zwischen der Steigung der Schraubenflügel und der Drehzahl der Antriebsmaschine
bewirkt. Diese Zuordnung wird dabei so festgelegt, daß sich im ganzen Geschwindigkeitsbereich
des Schiffes ein günstiger Betrieb ergibt.
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Ändert sich aber der Fahrwiderstand des Schiffes infolge Änderung
der Belastung oder wird beispielsweise bei einem Mehrschraubenantrieb eine der Schrauben
außer Betrieb gesetzt, so ist auch die Zuordnung zwischen Schraubensteigung und
Drehzahl der Antriebsmaschine zu ändern. Bei der bekannten Vorrichtung ist zu diesem
Zwecke ein besonderer Justierhebel vorgesehen, mit welchem die Kurvenbahnen für
die Zuordnung dieser beiden Größen geändert werden können. Die geeignete Einstellung
dieses justierhebels erfordert dabei stets einen Eingriff durch das Betriebspersonal.
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Bei einer bekannten Einrichtung mit einem einzigen Manövrierorgan
zur Steuerung und Regelung von Fahrzeugantrieben mit Verstellschraube und Gasturbinenanlage,
bei der Turbine, Verdichter und Verstellschraube miteinander gekuppelt sind, ist
ferner die Maßnahme bekannt, bei kleinen Drehzahlen die Schraubensteigung und den
Sollwert der Drehzahl mittels des Manövrierorgans einzustellen und die Brennstoffzufuhr
vom Drehzahlregler selbsttätig regeln zu lassen, dagegen bei mittleren und hohen
Drehzahlen die Brennstoffzufuhr und den Sollwert der Drehzahl mittels des Manövrierorgans
einzustellen und die Schraubensteigung vom Drehzahlregler selbsttätig regeln zu
lassen. Im oberen Drehzahlbereich steht somit das Verstellorgan zur Änderung der
Steigung der Schraubenflügel nicht mehr unter dem direkten Einfluß des Manövrierorgans.
Der Übergang von der einen zur anderen Regelungsart ist auf eine bestimmte Drehzahl
festgelegt.
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Im oberen Drehzahlbereich wird bei einer Verstellung des Manövrierorgans
auf höhere Fahrgeschwindigkeit gleichzeitig mit dem höheren Sollwert der Drehzahl
auch die entsprechend höhere Brennstoffzufuhr eingestellt, bevor die wirkliche Drehzahl
der Maschine diesen Sollwert erreicht hat. Es besteht daher die Möglichkeit einer
Überlastung der Maschine.
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Die Erfindung vermeidet die erwähnten Nachteile der bekannten Vorrichtungen.
Bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird gemäß der Erfindung eine
selbsttätige, ihre Impulse von den Leistungsschwankungen der Maschine erhaltende
Regeleinrichtung vorgesehen, welche im oberen Drehzahlbereich das Verstellorgan
zur Änderung der Steigung der Schraubenflügel der direkten Beeinflussung durch das
Manövrierorgan entzieht und im Sinne einer Verminderung oder Vergrößerung der Steigung
der Schraubenflügel betätigt, solange die Maschinenleistung bzw. eine diese bestimmende
Betriebsgröße einen in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine vorgegebenen Sollwert
übersteigt bzw. unterschreitet.
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Bei dieser Vorrichtung bleibt also die Treibmittelzufuhr zur Maschine
stets der Einwirkung des Drehzahlreglers unterstellt. Unter Treibmittel wird hierbei
der Brennstoff oder auch das der Maschine zugeführte Arbeitsmittel verstanden. Die
zusätzlich vorgesehene selbsttätige Regeleinrichtung entzieht nicht nur das Verstellorgan
zur Änderung der Steigung der Schraubenflügel der direkten Beeinflussung durch das
Manövrierorgan, sondern übernimmt auch die selbsttätige Regelung der Steigung der
Schraubenflügel, wenn ohne diesen Eingriff eine höhere Maschinenleistung
erhalten
würde als.der der jeweiligen Drehzahl der Maschine zugeordnete Sollwert der Leistung.
Der Moment des Eingriffes der zusätzlichen Regeleinrichtung ist nicht an eine bestimmte
Drehzahl gebunden, sondern hängt von der Leistung und der Drehzahl ab.
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Unabhängig vom Schiffswiderstand und unabhängig von der Zahl der in
Betrieb stehenden Schrauben eines Mehrschraubenantriebes oder - bei Mehrmotorenanlagen
- unabhängig von der Zahl der pro Welle zur Zeit eingesetzten Antriebsmaschinen
stellt die zusätzliche Regeleinrichtung selbsttätig eine bestimmte Zuordnung zwischen
Leistung und Drehzahl der Antriebsmaschine her, ohne daß durch das Betriebspersonal
ein besonderer Justierhebel zur Anpassung der Zuordnung zwischen Schraubensteigung
und Drehzahl der Antriebsmaschine an veränderte Betriebsverhältnisse zu betätigen
wäre.
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In der Zeichnung ist ein-.Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
vereinfacht dargestellt.
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Mit 1 ist das Manövrierorgan, mit 2 ein Verstellorgan zur Änderung
der Steigung der Schraubenflügel und mit 3 ein weiteres Verstellorgan zur Änderung
der Drehzahl der Antriebsmaschine durch Beeinflussung des Fliehkraftreglers dieser
Maschine bezeichnet. Das Verstellörgan 2 ist über eine Stange 4 mit einem um eine
Achse 5 drehbaren Winkelhebel 6 verbunden, auf welchen durch eine Feder 7 ein im
Uhrzeigerdrehsinn wirkendes Moment ausgeübt wird. Ein am Winkelhebel 6 angebrachter
Stift 8 greift in einen Schlitz 9 einer in ihrer Längsrichtung verschiebbaren Stange
10 ein. Durch die Wirkung der Feder 7 wird der Stift 8 des Hebels 6 gegen das eine
Ende des Schlitzes 9 angedrückt.
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Die Stange 10 wird durch einen Stellmotor 11 gesteuert,
welcher durch eine Übertragungseinrichtung 12 irgendwelcher Art mit dem Manövrierorgan
1 in Verbindung steht. Die Stange 10 soll beispielsweise bei einer Drehung des Manövrierorgans
1 im Uhrzeigerdrehsinn nach rechts verschoben werden. Infolge der Wirkung der Feder.7
folgt der Hebel 6 nach, wobei das Verstellorgan 2 ebenfalls im Uhrzeigerdrehsinn
verstellt wird. Diese Verstellrichtung des Organs 2 soll einer Vergrößerung der
Schraubenflügelsteigung entsprechen.
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Anderseits' steht das. Manövrierorgan 1 durch eine Übertragungseinrichtung
13 irgendwelcher Art mit dem Verstellorgan 3 zur Änderung der Drehzahl der Antriebsmaschine
durch Beeinflussung des Fliehkraftreglers dieser Maschine in Verbindung, welcher
die Drehzahl der Maschine durch Einwirkung auf die Treibmittelzufuhr selbsttätig
regelt. Ein Gerät 14 mißt die Leistung oder eine diese bestimmende Betriebsgröße
der Antriebsmaschine.
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Die Vorrichtung umfaßt weiter eine selbsttätige Regeleinrichtung 15,
welche ihre Impulse von den Leistungsschwankungen der Antriebsmaschine erhält. Unter
dem Einfluß der durch das Gerät 14 gemessenen Größe verstellt sie einen Balken 16
in seiner Längsrichtung. Dieser ist mit einem in Längsrichtung verlaufenden Schlitz
17 versehen, in welchen ein mit dem Hebel 6 verbundener Stift 18 eingreift. Die
Regeleinrichtung 15 wirkt in .der Weise, daß sie den Balken 16 nach links bewegt,
solange die Leistung der Antriebsmaschine einen in -Abhängigkeit von der Drehzahl
vorgegebenen Sollwert übersteigt.
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Es sei beispielsweise angenommen, daß die gezeichnete Lage des Manövrierorgans
1 jener Schraubensteigung zugeordnet ist,-bei welcher bei Stillstand des Schiffes
kein Schub erzeugt- wird. Beim Anfahren wird vorerst die Antriebsmaschine auf eine
gewisse Minimaldrehzahl gebracht. Bei Verstellen des Manövrierorgans 1 im Uhrzeigerdrehsinn
wird nun das Verstellorgan 2 im gleichen Sinne bewegt und bewirkt eine Vergrößerung
der Schraubensteigung. Die Übertragungseinrichtung 13 wird zweckmäßig in bekannter
Weise so ausgebildet, daß vorerst keine Beeinflussung der Drehzahl der Antriebsmaschine
erfolgt, und zwar so lange, bis die Steigung der Schraubenflügel einen größeren
Wert angenommen hat, als bei voller Fahrt vorgesehen ist. Nach Überschreiten eines
Winkels a möge aber nun das Manövrierorgan auf das Verstellorgan 3 im Sinne einer
Erhöhung der Drehzahl der Antriebsmaschine einwirken, bis beispielsweise bei einem
Winkel ß die höchste Drehzahl erreicht ist.
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Da aber nun an der Schraube eine Übersteigung eingestellt ist, erhöht
sich bei Drehzahlsteigerung der Leistungsverbrauch verhältnismäßig stark. Es wird
also bald jene Grenze erreicht sein, bei welcher die Leistung der Antriebsmaschine
den erwähnten, in Abhängigkeit von der Drehzahl vorgegebenen Sollwert übersteigt.
Die Regeleinrichtung 15 wird dann den Balken 16 veranlassen, sich in seiner Längsrichtung
nach links zu bewegen, bis das rechte Ende des Schlitzes 17 am Stift 18 zum Anschlag
kommt und der Winkelhebel 6 entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn mitgenommen wird.
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Beim weiteren Verlauf des Regelvorganges bzw. dieser Drehung liegt
der Stift 8 des Hebels 6 nicht mehr am Ende des Schlitzes 9 im Balken 10 an, sondern
bewegt sich frei in diesem Schlitz. Das Verstellorgan 2 zur Änderung der Steigung
der Schraubenflügel ist somit der direkten Beeinflussung durch das Manövrierorgan
1 entzogen und wird nur noch von der Einrichtung 15 gesteuert, welche das Verstellorgan
2 im Sinn einer Verminderung der Steigung der Schraubenflügel betätigt, solange
die Maschinenleistung den in Abhängigkeit von der Drehzahl vorgegebenen Sollwert
überschreitet. Da zum Einhalten der Solldrehzahl bei verminderter Steigung der Schraubenflügel
eine geringere Leistung erforderlich ist, vermindert der Drehzahlregler dabei auch
selbsttätig die Treibmittelzufuhr zur Maschine, und der Regelvorgang führt schließlich
zurr Gleichgewicht bei dem in Abhängigkeit von der Drehzahl vorgegebenen Sollwert
der Leistung. Da die Einrichtung 15 sofort auf eine Überschreitung des dem Effektivwert
der Drehzahl zugeordneten Sollwertes der Leistung reagiert, wird eine Überlastung
der Maschine vermieden.
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Unterschreitet dagegen die Maschinenleistung den in Abhängigkeit von
der Drehzahl der Maschine vorgegebenen Sollwert, so verschiebt sich der Balken 16
wieder nach rechts und betätigt das Verstellorgan 2 im Sinn einer Vergrößerung der
Steigung der Schraubenflügel. Bei Übergang auf kleine Drehzahl verschiebt sich schließlich
der Balken 16 so weit nach rechts, daß der Stift 8 im Schlitz 9 am Balken 10 zum
Anschlag kommt und das Verstellorgan 2 wieder der direkten Beeinflussung durch das
Manövrierorgan 1 unterstellt ist. -Die Einrichtung ist auch für Rückwärtsfahrt verwendbar,
wenn in der Steuerung der Stange 10 ein nachgiebiges Glied eingebaut wird,
so daß der Winkelhebel 6 durch den Balken 16 bei genügend hohem, durch das Gerät
15 ausgeübtem Steuerdruck auch entgegen der Wirkung des Gerätes 11 im Uhrzeigerdrehsinn
verstellt werden kann. Für diese Ausbildung wird kein Schutz beansprucht.
Statt
eines Leistungsmeßgerätes kann das Gerät 14 auch ein Drehmomentenmeßgerät oder beispielsweise
bei einer Kolbendampfmaschine ein den Füllungsgrad der Maschine messendes Gerät
sein. Falls der Antrieb der Schraube durch eine Kolbenbrennkraftmaschine erfolgt,
kann das Gerät 14 auch ein solches zur Messung der Brennstoffzufuhr bzw. der Füllung
oder ein die Abgastemperatur messendes Gerät sein. Als Meßgröße kann ferner auch
der mittlere indizierte bzw. effektive Druck (p1 bzw. p,) herangezogen werden.
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Bei einer Kolbenbrennkraftmaschine mit Abgasturbine bildet auch die
Drehzahl der Abgasturbine oder der Spül- bzw. Aufladedruck ein Maß für die abgegebene
Leistung. Bei dem Gerät 14 kann es sich in diesem Falle auch um ein solches handeln,
welches die Drehzahl der Abgasturbine bzw. den Spül- oder Aufladedruck mißt. Das
Schraubenflügelverstellorgan 2 wird dann durch die Regeleinrichtung 15 so gesteuert,
daß es die Flügelsteigung vermindert oder vergrößert, solange die Drehzahl der Abgasturbine
bzw. der Spül- oder Aufladedruck einen in Abhängigkeit von der Drehzahl der Antriebsmaschine
vorgegebenen Sollwert übersteigt bzw. unterschreitet.
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Wird die Schraube durch eine Dampfturbine angetrieben, so kann durch
das Gerät 14 beispielsweise auch der Radkammerdruck der Turbine gemessen werden.
Die Regeleinrichtung 15 wirkt dann im Sinne einer Veränderung der Schraubenflügelsteigung
auf das Verstellorgan 2, solange der Radkainmerdruck einen in Abhängigkeit von der
Drehzahl der Turbine vorgegebenen Sollwert übersteigt bzw. unterschreitet.
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Bei Antrieb durch eine Gasturbine können analoge leistungsabhängige
Meßgrößen verwendet werden. Bei der dargestellten Vorrichtung ist ferner am oberen
Ende des Manövrierorgans 1 ein Knopf 19 vorgesehen. Durch Betätigung dieses Knopfes
soll eine Unterbrechung der Verbindung zum Drehzahlverstellorgan 3 über die Übertragungseinrichtung
13 erreicht werden. Dadurch wird es möglich, die Drehzahl zwangsweise auf jedem
beliebigen Wert zwischen kleinstmöglicher und größtmöglicher Drehzahl stehenzulassen
und dabei die Steigung der Schraubenflügel beliebig zu ändern. Gefahrenmanöver können
so unter Festhalten der vollen Drehzahl durchgeführt werden. Auch für dieses Merkmal
wird kein Schutz beansprucht.
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Statt der gezeigten mechanischen Einrichtung, welche das Verstellorgan
zur Änderung der Steigung der Schraubenflügel der direkten Beeinflussung durch das
Manövrierorgan entzieht und dieses Verstellorgan im Sinne einer Verminderung oder
Vergrößerung der Steigung der Schraubenflügel betätigt, solange die Maschinenleistung
bzw. eine diese bestimmende Betriebsgröße in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine
vorgegebenen Sollwert übersteigt bzw. unterschreitet, kann auch eine andere mechanische,
hydraulische oder elektrische Einrichtung verwendet werden, welche den gleichen
Zweck erfüllt.