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Servomechanismus für die Verstellung der Flügel einer Schiffssehraube
mit einstellbarer Steigung Die Erfindun- bezieht sich auf einen Servomechanismus
für die Verstellung der Flügel einer Schiffsschraube mit einstellbarer Steigung.
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Stark belastete Schiffsschrauben mit einstellbarer Steigung der Flügel
sind häufig mit einer Steuereinrichtung versehen, bei welcher zwei einander diametral
gegenüberliegende Kurbelzapfen auf jeder Flügelwurzel, auf welche während einer
Verstellung der Flügel in der Richtung, die einer Erhöhung der Steigung bei Vorwärtsfahrt
entspricht, ein Kräftepaar einwirkt. Für eine solche Steuereinrichtung mit dem in
der Nabe angeordneten Servomechanismus wurde bisher eine komplizierte Konstruktion
angewendet.
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Bei einer Ausführungsform wird die Drehung der Flügel mittels eines
Paares von Servozylindem bewirkt, die in der Nabe, und zwar vor und hinter den Drehachsen
der Flügel angeordnet sind. Jeder Zylinder ist mit einem doppelt wirkenden Kolben
versehen. Die Zylinderräume auf jeder Seite des Kolbens stehen durch öffnungen in
der Nabenwand mit einem Verteilerschieber in einer Kolbenstange in Verbindung. Die
Kolbenstangen sind gegeneinander gerichtet und mit Schiebem versehen, die mit den
Kurbeln der Kurbelscheiben verbunden sind, wobei die Kurbeln relativ zur Scheibenachse
diametral angeordnet sind.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist ein Servomechanismus in der
Nabe hinter den Drehachsen der Schiffssehraubenflügel angeordnet. Der Servomotor
ist mit einem verschiebbaren Zylinder versehen, dessen nach vom gerichteter Boden
durch Lenker oder Schleber mit einem Satz der Kurbeln auf den Kurbelscheiben verbunden
ist. Der Kolben des Servomotors ist seinerseits über seine Kolbenstange durch Lenker
oder Schieber mit dem zweiten Satz der Kurbeln verbunden. Der Verteilerschieber
des Servomotors kann in der Nabe oder außerhalb derselben angeordnet sein.
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Bekannt ist weiterhin eine Anordnung, bei der sich in der Nabe ein
Zylinderblock mit einer Zylinderbohrung je Flügel befindet. Der Block ist
in der Nabe axial beweglich und mit einem Kurbelzapfen je Flügel verbunden.
Jeder Zylinder im Block weist einen Kolben auf, welcher seinerseits über die Kolbenstanggen
mit dem dazugehörigen anderen Kurbelzapfen verbunden ist. Die Zylinder sind klein
und bewirken einen hohen öldruck. Wegen des hohen öldruckes wird in der Wellenleitung
eine eingebaute elektrische ölpumpe vorgesehen. Eine solche Ausführung ist an sich
sehr kompliziert und erfordert eine große Herstellungsgenauigkeit. Sie ist denselben
Schwierigkeiten wie die vorstehend beschriebene Ausführung bez-riglieh der Montage
der Gleitstücke auf ihre Kurbelzapfen und in ihre Nuten unterworfen. Es ist eine
bekannte Erscheinung, daß das für die Drehung der Flügel einer in Betrieb befindlichen
Schiffsschraube mit einstellbarer Stellung erforderliche Moment am größten ist,
wenn die Schiffsschraubenflügel aus der Rückwärtsfahrtstellung in die Vorwärtsfahrtstellung
verstellt werden, und beträchtlich kleiner, wenn die Flügel aus der Vorwärtsfahrtstellung
in die Rückwärtsfahrtstellung verdreht werden.
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Aufgabe der Erfindung ist, einen Servomechanismus für die Verstellung
der Flügel einer Schiffsschraube mit einstellbarer Neigung zu schaffen, bei dem
unter Ausnutzung der vorstehend genannten Erscheinung der Aufbau des Servomechanismus
einfacher gestaltet wird. Die Erfindung zeichnet sich bei dem Servomechanismus der
anfangs genannten Art, bei dem während einer Verstellung der Flügel in der Richtung,
die einer Erhöhung der Steigung bei Vorwärtsfahrt entspricht, ein Kräftepaar einwirkt,
dadurch aus, daß bei einer Verstellung der Flügel in entgegengesetzter Richtung
eine Verstellkraft nur auf einen der beiden Kurbelzapfen einwirkt, indem das die
Verstellkraft an diesen Kurbelzapfen übertragende Glied des Verstellmechanismus
nur Kräfte in Richtung auf den Schiffskörper zu übertragen kann. Die Erfindung liegt
in der Nutzbarmachung der Erkenntnis der Tatsache, daß die erforderlichen Verstellkräfte
für die Flügel in beiden Richtungen nicht gleich sind, so daß eine zweiarmige Beaufschlagung
nur dann verwendet wird, wenn sie erforderlich ist, und eine einarmige Beaufschlagung,
wenn eine solche ausreicht.
Dadurch erzielt man eine solche Vereinfachung
des Aufbaues des Servomechanismus, daß sich auch eine einfachere Montage bzw. Demontage
ergibt.
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Die Erfindung wird an Hand von zwei in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen nachstehend erläutert.
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F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform der Nabe einer Schiffsschraube
mit einstellbarer Steigung im Axialschnitt nach der Linie A-A der F i g. 2; F i
g. 2 ist ein Querschnitt der Nabe nach der Linie B-B der F i g. 1;
F
i g. 3 ist ein Schnitt nach der Linie C-C der F ig. 2; F i g. 4 zeigt
eine abgeänderte Ausführungsform der Nabe einer Schiffsschraube mit einstellbarer
Steigung im Axialschnitt nach der Linie A-A der F i g. 5;
F i
g. 5 ist ein Querschnitt der Nabe nach der Linie B-B der F i g. 4;
F i g. 6 ist ein Schnitt nach der Linie C-C der Fig. 5.
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In allen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile mit den Olleichen
Bezuasziffern bezeichnet.
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Gemäß F i g. 1 ist die Schiffsschraubenwelle 1 am
ä
hinteren Ende mit einem Flansch versehen, an welchem die hohle Nabe 2 der
Schiffssehraube mit einstellbarer Steigung befestigt ist. Jeder der drei Schiffsschraubenflügel
3 ist durch Bolzen mit einer Kurbelscheibe 4 verbunden, wobei zwischen denselben
in der Wand der Nabe 2 ein Lagerring 21 eingeschlossen ist. Rund um den Ring 21
ist eine Dichtung 5 angeordnet, um zu verhindern, daß Wasser in die Nabe
eindringt oder öl aus der Nabe austritt. Jede Kurbelscheibe 4 ist mit zwei
X urbelzapfen 6 und 7 versehen, die relativ zur Scheibenachse
in einem Abstand von 1800
liegen. Durch diese Kurbelzapfen kann der Flügel
mittels eines Servomotors verstellt werden, der in der Nabe liegt und von einem
Zylinder 8 gebildet wird, welcher mit der Nabe aus einem Stück besteht oder
durch einen Flansch mit derselben verbunden ist. Der Zylinder 8 ist am hinteren
Ende geschlossen, d. h. an dem von den Achsen der Flügel abgekehrten Ende
und am entgegengesetzten Ende, welches dem ölgefüllten Raum 22 der Nabe zugekehrt
ist, offen.
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In diesem hinteren Ende des Zylinders 8 ist ein Kolben
9 angeordnet, der an einer Kolbenstange 10
befestigt ist, welche am
vorderen Ende einen Schieber 11 trägt. Dieser besteht aus den Führungsteilen
111
und 112, zwischen welchen ein Gleitstein 12 angeordnet ist, der längs
der Führun '-steile 111, 112 verschiebbar ist und der sich gleichzeitig um
die Achse des zugehörigen Kurbelzapfens 6 drehen kann.
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Der Zylinder 8 weist ferner einen weiteren, schiffsseitig liegenden
Kolben 13 auf, der mit Laufsitz auf der Kolbenstange 10 angeordnet
ist und in Vorwärtsfahrtrichtung gesehen hinter dem ersten Kolben 9
liegt.
Der zweite Kolben 13 ist durch eine Dichtung 14 -e-enüber der Kolbenstange
10 abgedichtet und an seiner vorderen Seite mit drei kopfartigen Teilen bzw.
Fortsätzen 131 versehen, d. h. mit einem Fortsatz für jeden Schiffsschraubenflügel.
Jeder Fortsatz 131 weist eine Stimfläche 132 auf, die ständig an einem
Gleitstein 15 verschiebbar anliegt, welcher auf dem zweiten Kurbelzapfen
7 drehbar gelagert ist.
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In einer Bohrung 101 der Kolbenstange 10 ist ein Verteilerschieber
16 angeordnet, dem das Druckmedium durch ein Rohr 17 zugeführt wird,
das in einer Bohrung 110 der Welle 1 angeordnet ist. Das Rohr
17 kann den Schieber 16 in axialer Richtung der Nabe bewegen, indem
dasselbe in üblicher Weise von der Innenseite der Schiffsschraubenwelle
1 betätigt wird.
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Der Schieber 16 ist mit einer Einlaßöffnung 161
und mit
Auslaßöffnungen 162 und 163 versehen.
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Die Gleitfläche der Kolbenstange 10 ist mit einer Ausnehmung
102 versehen, die mit dem Raum zwischen den Kolben 9 und 13 verbunden
ist, sowie mit Ausnehmungen 103 und 104, die mit dem Zylinderraum hinter
dem Kolben 9 in Verbinduna stehen.
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In der Kolbenstange 10 ist ferner eine Bohrung 105
vorgesehen,
welche die Verbindung zwischen der Auslaßöffnung 163 des Schiebers
16 und dem Raum 22 der Nabe herstellt. Der Schieber 16 ist außerdem
mit Durchlässen 164 versehen, welche über die Bohrung 101 der Stange
10 die Verbindung zwischen der Auslaßöffnung 162 und dem Raum 22 der
Nabe herstellen. Der Raum 22 steht durch die Bohrung 110 der Welle
1 über einen oberhalb des Wasserspiegels des Gehäuses liegenden (nicht dargestellten)
Hochbehälter in üblicher Weise mit der Saugseite der Druckpumpe des Servomotors
in Verbindung.
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Die Wirkungsweise der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten
Anordnung ist folgende: Der Schieber 16 befindet sich in seiner mittleren
Stellung. Wenn derselbe etwas nach hinten, d. h. in der Zeichnung nach links,
also in Rückwärtsfahrtrichtung des Schiffes bewegt wird, strömt das Druckmedium
durch das Rohr 17, die Einlaßöffnung 161
und die Ausnehmuno, 102 in
den Raum zwischen den Kolben 9 und 13, die voneinander weg bewegt
werden, indem ein Auslaß von der Rückseite des Kolbens 9 über die Ausnehmung
103 und die Auslaßöffnunc, 163 in die Bohrun- 105 sowie über
die Ausnehmung 104, die Auslaßöffnung 162 und den Durchlaß 164 in den Raum
22 der Nabe 2 hergestellt wird, der in der oben angegebenen Weise über die Bohrung
110 mit dem Hochbehälter verbunden ist. Der Kolben 9 bewegt die Stange
10 in der Rückwärtsfahrtrichtung, so daß der Führungsteil 111 mit
dem Gleitstein 12 in Ein-riff kommt, der seinerseits mit dem Kurbelzapfen
6 (F i g. 3) in Eingriff steht, welcher eine Drehung der Kurbelscheibe
4 im Uhrzeigersinn bewirkt. Der schiffsseitig liegende Kolben 13 wird durch
den im Raum zwischen den Kolben herrschenden Druck in Vorwärtsfahrtrichtung bewegt
und die Stirnseite 132 drückt den Gleitstein 15 ebenfalls in diese
Richtung, um zu bewirken, daß der Kurbelzapfen 7 die Scheibe 4 ebenfalls
im Uhrzeigersinn verdreht. Unter dem Einfluß eines Kräftepaares, von welchem
je eine Kraft auf jeden der Kurbelzapfen 6
und 7 einwirkt, werden
daher die Schiffsschraubenflügel aus der Rückwärtsfahrtstellung in die Vorwärtsfahrtstellung
verdreht.
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Wenn der Schieber 16 aus der in der Zeichnung gezeigten Mittelstellung
nach vom, d. h. in der Zeichnung nach rechts, also in Vorwärtsfahrtrichtung
des Schiffes verschoben wird, gelangt das Druckmedium aus der Einlaßöffnung
161 über die Ausnehmung 104 zur Rückseite des Kolbens 9, der in Vorwärtsfahrtrichtung
bewegt wird, da ein Auslaß aus dem Raum zwischen den Kolben 9 und
13 über die Ausnehmung 102, die Auslaßöffnung 163 und die Bohrung
105 in den Raum 22 der Nabe 2 hergestellt wird.
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Wird der Kolben 9 nach vom bewegt, so wird die Kolbenstange
10 über den Führungsteil 112, den Gleitstein 12 und den Kurbelzapfen
6 die Scheibe 4 im Gegenuhrzeigersinn verdrehen. Der Gleitstein
15
C C
ist in diesem Fall keinem anderen Einfluß als
jenem des Kurbelzapfens 7 unterworfen und der Kolben 13
wird daher
in Rückwärtsfahrtrichtung bewegt. Diese Bewegung wird nicht behindert, da der Raum
zwischen den Kolben nach dem Auslaß hin offen ist (Austrittsdruck). Die Schiffsschraubenflügei
werden aus der Vorwärtsfahrt- in die Rückwärtsfahrtstellung verdreht unter dem einzigen
Einfluß einer der Kräfte auf den Kurbelzapfen 6, während auf den zweiten
Kurbelzapfen 7 keine Verstellkraft einwirkt.
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Während also der Kolben 9 beidseitio, beaufschlagbar ist, braucht
der schiffsseitig liegende Kolben 13
nur einseitig beaufschlagt zu werden,
so daß der Druckölzylinder 8 schiffsseitig offen ist. Dies führt zu dem konstruktiven
Vorteil, daß sämtliche Teile des canzen Servomechanismus einfach nacheinander von
hinten in die Nabe hineingeschoben werden können, ohne daß die bisher erforderliche
Zerteilung und Zusammensetzung innerhalb der Nabe nötig ist.
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Während der Verstellung der Flügel ist der Raum 22 der Nabe während
der ganzen Zeit dem Austrittsdruck des Servomotors unterworfen. Dieser Druck wird
stets höher gehalten als der die Nabe umgebende Wasserdruck, weil der Austrittsdruck
durch den Hochbehälter vorgegeben und durch die Schiffsschraubenwelle weitergeleitet
wird. Die die Flügelwurzel umgebende Dichtung 5 ist infolgedessen keinen
Druckveränderungen unterworfen, welche die Dichtung beschädigen könnten.
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Die F i g. 4 bis 6 veranschaulichen eine abgeänderte
Ausführungsform des Servomotors. Bei dieser Ausführungsform ist in der Nabe kein
Verteilerschieber angeordnet, da sich dieser innerhalb der Schiffsschraubenwelle
findet. Der Servomotor ist in der Nabe derart angeordnet, daß während der Verstellung
der Flügel keine Volumenänderung des Raumes inner-21 halb der Nabe bewirkt wird.
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Gemäß F i g. 4 ist am hinteren Ende der Nabe 2 ein Zylinder
23 angeordnet, der am hinteren Ende durch einen Boden 24 abgeschlossen ist.
Im Zylinder 23 ist ein glockenförmiger Kolben 9 angeordnet, der an
der Kolbenstange 10 befestigt ist, welche im vorderen Ende den Schieber
11 mit den Führungsteilen 111, 112 trägt, zwischen welchen der Gleitstein
12 verschiebbar ist, der auf dem Kurbelzapfen 6 drehbar gelagert ist.
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Der glockenförmige, schiffsseitie, offene Kolben 9
bildet einen
Zylinder 91, in welchem ein zweiter, schiffsseitig liegender Kolben
13 angeordnet ist, der auf der Kolbenstange 10 bei 14 verschiebbar
abgedichtet ist. Der zweite Kolben 13 ist am vorderen Ende mit drei Fortsätzen
131 versehen, d. h. mit einem Fortsatz für jeden Schiffsschraubenflügel.
Jeder Fortsatz 131 weist eine Stirnfläche 132 auf, die ständig an
dem Gleitstein 15 verschiebbar anliegt, welcher auf dem zweiten Kurbelzapfen
7 drehbar gelagert ist.
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Die Kolbenstange 10 ist mit einer Bohrung 101 und mit
einer Querbohrung 102 zwischen den Kolben 9
und 13 versehen. Vor dem
Schieber 11 ist die Kolbenstange 10 mit einem Fortsatz 103
versehen, der mit einem in der Wellenbohrung 110 angeordneten Rohr
18 verbunden ist. Der Fortsatz 103 der Kolbenstange wird in einer
Führung 120 der Schiffsschraubenwelle 1
geführt. Die Kolbenstange
10 ist außerdem mit einem inneren Rohr 104 versehen, das an der Außenseite
der Stange 10 hinter der Querbohrung 102 abgedichtet ist und das vor der
Ouerbohrung 102 einen Ringraum zwischen der Bohrung 101 und dem Rohr 104
bildet. Das Rohr 104 ist mit einem innerhalb des Rohres 18 angeordneten Rohr
17 verbunden.
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Die Wirkungsweise der in den F i g. 4 bis 6 gezeigten
Anordnung ist folgende: Ein Verteilerschieber für das Druckmedium, der innerhalb
der Schiffsschraubenwelle 1 angeordnet und in der Zeichnung nicht dargestellt
ist, erzeugt einen Druck in dem Ringraum zwischen den Rohren 18
und
17. über die Querbohrun- 102 aelangt der Druck aus dem Ringraum zwischen
den Rohren 18 und 17
in den Raum zwischen den Kolben 9 und
13 und die Kolben werden voneinander weg bewegt, wobei das Rohr
17 den Auslaß für die Rückseite des Kolbens 9
bildet. Die Rückführung
des Verteilerschiebers wird bewirkt, indem beispielsweise das vordere Ende des Robres
18 in der Schiffssehraubenwelle betätigt wird.
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Die Kolben 9 und 13 bewegen sich stets in einander entgegengesetzten
Richtungen, und ihre Durchmesser sind so bemessen, daß dadurch im Raum 22 der Nabe
keine Volumenänderung bewirkt wird. Dieser Raum 22 steht durch Ausnehmungen in der
Führung 120 mit der Bohrung 110 der Welle 1 in Verbindung und diese
Bohrung ist ihrerseits mit einem Hochbehälter im Schiffsinnern verbunden. Auf diese
Weise wird die Nabe keinerlei Druckveränderungen unterworfen, welche übermäßige
Beanspruchungen der Dichtungen 5 rund um die Flügelwurzeln hervorrufen könnten.
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Die Verbindung zwischen den beiden Kolben und die Verstelleinrichtung
für die Flügel sind in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet.
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Ein Vorteil der Einrichtung besteht bei der ersten Ausführungsform
darin, daß ein Zylinder 8 vorgesehen ist, der auf der den Drehachsen der
Schiffsschraubenflügel zugekehrten Seite offen ist, und bei der zweiten Ausführungsform
darin, daß zwei solche offenen Zylinder 23 und 91 vorgesehen sind,
die einen einzigen wirksamen Kolben 13 aufweisen, welcher infolgedessen nur
Kräfte übertragen kann, die von der Zylinderöffnung nach außen auf den Gleitstein
15 des Kurbelzapfens 7 gerichtet sind, auf welche nur in einer Richtung
eine Verstellkraft, und zwar durch die Stimfläche 132 des Fortsatzes
131 des Kolbens 13
aus-eübt wird.
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Die andere Verstelleinrichtung, welche auf den Kurbelzapfen
6 und seinen Gleitstein 12 einwirkt, enthält einen doppelt wirkenden Schieber
11, der von dem doppelt wirkenden Kolben 9 bewegt wird.
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Wenn für die Verstellung der Flügel ein großes Moment erforderlich
ist, also für die Vorwärtsverstellung, sind beide Einrichtungen 13, 15, 7
bzw. 9, 10,
11, 12, 6 wirksam.
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Wenn dagegen ein kleineres Moment erforderlich ist, also für die Rückwärtsverstellung,
ist nur eine der Einrichtungen wirksam, nämlich die Einrichtung 9,
10,11,
12, 6.
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Wenn der Zylinder 8 der F i g. 1 mit verschiedenen Durchmessern
ausgebildet ist, und zwar so, daß der Kolben 13 mit dem Zylinderteil größeren
Durchmessers zusammenwirkt, wird der Kurbelzapfen 7
einer in Vorwärtsfahrtrichtung
gerichteten Kraft unterworfen, wenn die Kolben voneinander weg bewegt werden, die
größer ist als die Kraft, der der Kurbelzapfen 6 unterworfen wird. Dieser
Kraftunterschied wirkt dem Drehmoment auf die Kurbelscheiben4 entgegen, das von
dem Vorwärtsdruck (Vorschub) auf die Flügel herrührt. Bei der Verstellung
im
in Rückwärtsfahrtrichtung wird diese Wirkung nicht erzielt.
Sie ist aber auch nicht erforderlich, weil der Druck in Rückwärtsfahrtrichtung bei
weitem geringer ist als der Druck in Vorwärtsfahrtrichtung,