DE1116568B

DE1116568B - Verstellpropeller, insbesondere fuer Schiffe

Info

Publication number: DE1116568B
Application number: DEH33022A
Authority: DE
Inventors: Ernest Charles Hatcher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-04-18
Filing date: 1958-04-17
Publication date: 1961-11-02
Also published as: FR1205951A; CH342861A; GB828942A; US3051248A; BE566884A

Description

Verstellpropeller, insbesondere für Schiffe Die Erfindung bezieht sich auf Verstellpropeller. Sie ist sowohl bei Schiffsschrauben als auch bei Luftschrauben als auch bei anderen Vorrichtungen mit verstellbaren Blättern, beispielsweise bei Pumpen und Wasser- oder anderen Turbinen anwendbar. Es ist Zweck der Erfindung, Verstellpropeller zu schaffen, die zu einem wirtschaftlich zu rechtfertigenden Aufwand an Raum und Gewicht und zu einer Vereinfachung in der Herstellung führen.
Es ist bereits ein hydraulisch gesteuerter Verstellpropeller, insbesondere für Schiffsantriebe, Pumpen und Wasserturbinen bekanntgeworden, bei welchem zwei Servomotoren in der Nabe vorgesehen sind. Der eine Motor befindet sich dabei vor der Ebene der Propellerflügel, und der andere Motor ist hinter der Ebene der Propellerflügel angeordnet.
Jeder Motor besteht aus einem Kolben und einem Zylinder, in welchem der Kolben beweglich ist. Die Kolben können einander genähert und voneinander entfernt werden. An jeder Flügelblattwurzel sind an diametral gegenüberliegenden Stellen Bolzen angeordnet. Jede Kolbenstange wirkt auf jeweils einen dieser Bolzen ein. Durch Bewegen der Kolben wird auf die Flügelblattwurzel über die Bolzen ein das Verstellen der Flügel bewirkendes Drehmoment ausgeübt.
Eine solche Ausbildung bringt den Vorteil mit sich, daß die gesamte zum Verstellen der Steigung aufzubringende Kraft zwischen den beiden Servomotoren aufgeteilt wird, so daß kleine Motore verwendet und der Durchmesser der Nabe. klein gehalten werden können. Nachteilig ist aber, daß bei der bekannten Ausbildung einer der Motoren zwischen den Propellerflügeln und der Propellerantriebswelle angeordnet werden muß, so daß die Propellerflügel weiter nach hinten verlegt werden müssen, als bei Verwendung eines einzigen Motors erforderlich wäre. Infolgedessen wird bei gegebenem Nabengewicht auf die Antriebswelle ein größeres Biegemoment ausgeübt.
Dieser Nachteil wird durch die Erfindung vermieden, die darin besteht, daß bei einem bekannten Servomotorantrieb durch einen einzigen Servomotor in der Propellernabe der Kolben und der Zylinder desselben mit Hilfe der Kolbenstange in der Nabe längsverschiebbar gelagert sind, wobei der Zylinder selbst wiederum auf der Kolbenstange verschieblich ist und seinen beiden Zylinderräumen je für sich über die Propellerwelle und mindestens einem derselben über die Kolbenstange Drucköl zugeführt wird, daß die Befestigungsscheibe jedes Flügels in bekannter Weise zwei diametral angeordnete Kurbelzapfen aufweist und daß der Kolben an einem und der Zylinder an dem anderen Kurbelzapfen jedes Propellerffügels angreift, so daß die gesamte zur Verstellung der Steigung der Propellerflügel benötigte Kraft auf den Zylinder und den Kolben hälftig aufgeteilt wird unct beide sich gegenläufig bewegen.
Die Aufteilung der zur Verstellung der Steigung der Propellerflügel dienenden Kraft auf zwei Antriebe ist bekannt, jedoch weist der bekannte Antrieb erhebliche Nachteile auf. Bei ihm erfolgt die Verstellung der Propellerflügel über eine Spindel mit gegenläufigen Gewinden und zwei Muttern, die an den Propellerflügeln angreifen. Um eine feinfühlige Steuerung der Steigung zu ermöglichen, müßte das Gewinde feingängig sein. Hierdurch würde es aber praktisch unmöglich werden, die zum Verstellen der Flügel erforderliche Kraft gleichmäßig aufzuteilen. Auch bereitet es, insbesondere bei großer Spindellänge, Schwierigkeiten, die Spindel so zu bemessen, daß sie das erforderliche Drehmoment übertragen k Diese Mängel werden ebenfalls durch die Erfindung vermieden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Servomotor hinter der Ebene der Propellerflügel angeordnet wird. Durch diese Maßnahme wird die Gewichtsverteilung verbessert, und außerdem wird das auf die Propellerwelle ausgeübte Biegemoment verringert. In der Zeichnung sind Schiffsschrauben als Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Sie werden nachfolgend beschrieben. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Nabe einer erfindungsgemäßen Schiffsschraube mit vier Propellerflügeln, Fig. 2 einen Querschnitt durch die Nabe, wobei einige Teile nicht dargestellt sind, Fig. 3 die Ansicht einer Einzelheit der Verbindung zwischen dem Servomotor und einem Propellerflügel, Fig. 4 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In den Fig. 1 bis 4 bezeichnet 1 allgemein die Nabe und 2 die Wurzel eines Schraubenflügels, das bei 3 mit der Scheibe 4 verschraubt ist, die ihrerseits in Lagern 5 innerhalb der Nabe 1 drehbeweglich gelagert ist. Jede Scheibe 4 nimmt zwei Kurbelzapfen § auf, die konisch zulaufende Teilstücke 7 von größerem Durchmesser aufweisen und passend in entsprechend konisch zulaufende Ausnehmungen in den Scheiben eingesetzt sind (in Fig. 1 und 2 sind die Zapfen und weitere zugehörige Teile zur leichteren Erkennbarkeit so dargestellt worden, als lägen sie in der Schnittebene). Von den beiden Zapfen § an jeder Scheibe 4 ist einer mit einem Querhaupt 8 an der Kolbenstange 9 des Servomotorkolbens 10 und einer mit einem Querhaupt 11 verbunden. Letzteres ist an einem Ansatz 12 des beweglichen Servomotorzylinders 13 angebracht, der seinerseits in dem Raum 14 in der Nabe 1 gleiten kann. Jeder Zapfen 6 greift in eine entsprechende Ausnehmung eines Gieftstückes 15 ein, das in einer quer zur Längsachse der Kolbenstange 9 verlaufenden Nut einer Kulisse 16 des entsprechenden Querhauptes gleitbeweglich geführt ist, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist.
In Längsrichtung der Kolbenstange 9 erstreckt sich durch diese ein mit ihr fest verbundenes Rohr 17, das über die Schraubenhohlwelle 18 hinausragt und eine Dichtungsbüchse 19 an ihrem äußeren Ende durchdringt.
Das Drucköl wird einem Ringraum 21, der das Rohr 17 umgibt, zugeleitet oder in das Innere der Nabe über Kanäle geführt, die unter der Kontrolle eines Umsteuerventils stehen. Das Innere des Rohres 17 ist über Kanäle 17 a in einem Rohr 17 b, das eine Fortsetzung des Rohres 17 darstellt, und einen Kanal 30 der Kolbenstange 9 mit dem vorderen Raum Y zwischen dem Kolben 10 und einer Scheidewand 12a, die den Zylinder 13 von dem Ansatz 12 abschließt, verbunden. Der Ringrauin 21 ist mit dem hinteren Raum X zwischen dem Kolben 10 und dem Kopf des Zylinders 13 durch Kanäle 31 in einem Flansch 32 der Schraubenwelle 18 durch Rohre 33 verbunden, die zu einem Ringraum 34 führen, der einen Ansatz 35 des Zylinders umgibt, wobei in dem Ansatz das Ende der Kolbenstange 9 gleiten kann. Der Ringraum 34 ist mit dem Zylinderraum X über einen Auslaß 36 und einen Durchlaß 37 in dem Ansatz verbunden.
Das Betätigen des Umsteuerventils bewirkt das Anschließen eines der Zylinderräume X oder Y an die Druckölleitung und zugleich das Anschließen des anderen Zylinderraumes an einen Vorratsbehälter. Dem Umsteuerventil wird Hochdrucköl von einer stetig fördernden Pumpe aus zugeleitet. über eine Leitung und ein Rückschlagventil ist ein Falltank mit der hydraulischen Anlage verbunden, der in bekannter Weise dazu dient, innerhalb der Anlage den öldruck aufrechtzuerhalten, wenn die Schraubenwelle festgestellt und die Förderpumpe außer Betrieb ist.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, verschließt ein Ventil 54 in dem Flansch 32 unter der Wirkung einer Feder 56 einen Kanal 55 ' der zu einem der Rohre 33 führt, wenn die Schraube nicht umläuft. Dann verbindet eine Bohrung 57 den Nabenraum Z über einen Ringventilkanal 58 und radiale Auslässe 59 mit einer mittigen Bohrung 60, die gegenüber dem Kanal 31 offen ist. Hierdurch wird beim Stillsetzen der Pumpe der Raum Z mit öl unter einem Druck gefüllt gehalten, der durch den Falltank bestimmt wird, so daß Wasser am Eintritt in den die hydraulische Verstelleinrichtung aufnehmenden Teil der Propellernabe gehindert wird.
Wenn die Förderpumpe in Gang gesetzt wird, dann wird der Öldruck im Kanal 31 das Ventil 54 nach außen drücken, so daß der Ventüringkanal 61 gegenüber dem Kanal 55 zu liegen kommt und die Bohrung 60 über die radialen öffnungen 62 mit dem Kanal 55 in Verbindung gebracht wird. Zugleich wird der Ring-Ventilkanal 63 in Verbindung mit dem Kanal 57 gebracht. Der Kanal 63 verbindet mit der Bohrung 60 über radiale öffnungen 65, die normalerweise durch ein Federband 65' verschlossen sind, welches in eine ringförmige Ausnehmung innerhalb des Ventils eingebaut ist. Dieses Band 65' wird von den Kanälen 65 abgedrückt, wenn der öldruck innerhalb des Nabenraumes Z denjenigen im Kanal 31 übersteigt, so daß jeder übermäßige Druckanstieg innerhalb der Nabe verhindert wird. Das Ventil 54 wird durch die Zentrifugalkraft auch während des Umlaufs der Schraube in seiner Außenlage gehalten. Um einen Drackanstieg innerhalb des Nabenraumes Z zu verhindern, wenn in den Kanälen 31 Hochdruck herrscht, kann auch in der Wand 12 a des Zylinders 13 ein Rückschlagventil 66 eingebaut werden.
Diese Ausführungen über Steuerung, Ausbildung und Wirkung des Umsteuerventils dienen nur zur näheren Erläuterung des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 und sollen keinen Schutz genießen.
Aus der vorangegangenen Beschreibung ist ersichtlich, daß die zur Verstellung der Steigung der Schraubenflügel benötigten Kräfte von dem Kolben und dem Zylinder aufgenommen werden, so daß die Nabe nur den Beansprachungen ausgesetzt ist, die von der Zentrifugalkraft und dem ölüberdruck im Raum Z herrühren.
Die vorbesehriebene Ausbildung kann auch dann verwendet werden, wenn zwei, drei oder mehr Blätter bzw. Flügel vorhanden sind. Im Falle einer dreiflügligen Schraube kann eine gleichmäßige Verteilung der Verstellkraft für das Einstellen der Steigung dadurch erreicht werden, daß das Querhaupt 8 an einer kugeligen Lagerfläche der Kolbenstange 9 angebracht wird und die Zapfen 6 mit kugeligen Enden versehen werden, die mit Pfannen in den Teilen 15 zusammenwirken.
Die Ausführung nach Fig. 4 ist derjenigen nach den Fig. 1 bis 3 ähnlich, sie bietet aber infolge einfacherer Ausbildung gewisse Vorteile. Bei dieser Ausführung sind drei Flügel vorhanden; das Drucköl wird von Rohr 17 in den Zylinderraum X über einen Ringkanal 61 geleitet. In den Zylinderraum Y wird das Drucköl von dem Ringraum.21 zwischen der Welle 9 und dem Rohr 17 über einen Kanal 62 geführt. Um die Entstehung eines übermäßigen öldruckes innerhalb der Nabe 1 zu verhindern, erstreckt sich ein Rohr 68 innerhalb des Rohres 17 über dessen gesamte Länge und bringt das Innere der Nabel in unmittelbare Verbindung nüt dem Inneren eines ölbehälters. Das Nabeninnere kann durch geeignete Leitungen und Ventile unter einem solchen Druck gehalten werden, daß ein Wassereintritt in die Nabe verhindert wird, wobei dieser Druck mittels eines Falltanks erzeugt wird, wenn die Förderpumpe außer Betrieb ist.
Die Querhäupter 8, 9 können durch Verbindungsglieder zwischen den Zapfen 6 und dem Kolben 10 und dem Zylinder 13 ersetzt werden.
Schließlich kann Vorkehrung getroffen werden, damit bei Ausfall der ölförderung als Notmaßnahme das Ölzuführungsrohr 17 als an sich bekannte Steuerstange ausgebildet ist und vom Schiffsinnem her betätigt werden kann, um die Schraubenflügel 2 mechanisch zu verstellen und in irgendeiner vorbestimmten Lage zu halten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verstellpropeller insbesondere für Schiffe, dessen Flügel mittels eines koaxial zur Propellerachse in der Propellernabe angeordneten hydraulischen Servomotorantriebes aus Kolben und Zylinder verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) Bund der Zylinder (12 a, 13) mit Hilfe der Kolbenstange (9) in der Nabe längs verschieblich gelagert sind, wobei der Zylinder (12a, 13) selbst wiederum auf der Kolbenstange (9) verschieblich ist und seinen beiden Zylinderräumen (X, Y) je für sich über die Propellerwelle und mindestens einem derselben über die Kolbenstange Drucköl zugeführt wird, ,daß die Befestigungsscheibe (4) jedes Flügels (2) in bekannter Weise zwei diametral angeordnete Kurbelzapfen (6) aufweist und daß der Kolben (10) an einem und der Zylinder (12 a, 13) an dem anderen Kurbelzapfen jedes Propellerflügels (2) angreift, so daß die gesamte zur Verstellung der Steigung der Propellerflügel (2) benötigte Kraft auf den Zylinder (12a, 13) und den Kolben (10) hälftig aufgeteilt wird und beide sich gegenläufig bewegen.
2. Verstellpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (10, 12 a, 13) hinter der Ebene der Propellerflügel (2) angeordnet ist. 3. Verstellpropeller nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Zylinder (12 a, 13) verbundenes Querhaupt (11) und ein auf der Kolbenstange (9) sitzendes Querhaupt (8) über je ein Gleitstück (15), das in einer quer zur Längsachse der Kolbenstange, (9) verlaufenden Nut in Kulissen (16) der Querhäupter (8, 11) geführt ist, an je einem Kurbelzapfen (6) jedes Flügels angreifen. 4. Verstellpropeller nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise mittels eines die hohle Propellerwelle (18) durchsetzenden Rohres (17) und mittels eines Ringraumes (21) zwischen diesem Rohr und der Welle das Drucköl nach den Zylinderräumen (X, Y) geleitet oder von diesen Zylinderräumen weggeführt wird. 5. Verstellpropeller nach Ansprach 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (17) und der Ringraum (21) sich auch durch die hohle Kolbenstange (9) erstrecken, wobei die Zylinderräume (Y, X) über Kanäle (61, 62) unmittelbar mit dem Rohr (17) und dem Ringraum (21) in der Kolbenstange (9) verbunden sind. 6. VersteRpropeller nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch an sich bekannte Mittel zur Aufrechterhaltung des Druckes im Innern der Propellernabe. (1), um den Zutritt des die Außenseite der Nabe (1) umgebenden Seewassers und ölüberdruck im Inneren der Nabe zu verhindern. 7. Verstellpropeller nach Ansprach 6, gekennzeichnet durch die Ausbildung derart, daß bei Ausfall der Druckmittelförderpumpe von einem Falltank aus Druckmittel in das Innere der Nabe (1) zum Schutz gegen Wassereinbruch geleitet werden kann. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 958 628; französische Patentschrift Nr. 1013 765.