DE1271583C2

DE1271583C2 - Schraubenpropeller fuer schiffe

Info

Publication number: DE1271583C2
Application number: DE19671271583
Authority: DE
Priority date: 1966-07-07
Filing date: 1967-06-05
Publication date: 1973-09-13
Also published as: DE1271583B; US3470843A; SE313750B; GB1175763A; NO126944B

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenpropeller aus korrosionsbeständigem Material für Schiffe.

Es ist bekannt, Propeller mit Flügeln und Nabe aus einem Stück und aus korrosionsbeständigem Material zu fertigen (vgl. Schiffsbautechnisches Handbuch, a. a. Oj. Ferner ist die Verwendung wassergeschmierter Gummilager zur Aufnahme der Propeller- und Wellengewichte im Stevenrohr bekannt (vgl. Schiffahrt, a. a. O.).

Übliche Schiffsantriebe haben eine volle Propellerwelle aus Stahl, die einen Propeller an ihrem hinteren Ende trägt und sich durch ein Lager im Achtersteven zum hinteren Ende der Schiffsantriebswelle erstreckt. Die Propellerwelle ist normalerweise in die Propellernabe eingepaßt und mit ihr verkeilt.

Bei derartigen bekannten Propellerwellen treten verschiedene Schwierigkeiten durch Ermüdung, Abrieb und Korrosion infolge ungenügender Starrheit auf. Diese Schwierigkeiten machen sich dort bemerkbar, wo der Propeller auf der Propellerwelle montiert ist sowie bei der Lagerbuchse im Lager.

Bei Stahlpropellerwellen muß eine Umkleidung oder Buchse aus korrosionsbeständigem Werkstoff wie Bronze die Lagerstelle der Propellerwelle umgeben. Diese Buchse verursacht Spannungskonzentrationen, hauptsächlich an ihren Enden, die zu Ermüdung, Abrieb und Korrosion führen. Es können zwar ölgeschmierte Lager verwendet werden, diese sind jedoch kompliziert, teuer und sehr wartungsbedürftig.

Es ist deshalb Aufgahe der Erfindung, bei einem Schraubenpropeller der eingangs genannten Art die Scnwierigkeiten zu vermeiden, die sich insbesondere bei großen Propellern aus der Bemessung der Propellerwelle und der Ausbildung der Lagerung derselben ergeben, wie Spanriungskonzentrationen in der Wellenbuchse, hauptsächlich in ihren Enden, die zu Ermüdung, Abrieb und Korrosion führen.

Diese Aufgabe wird bei einem Schraubenpropeller der eingangs genannten Art unter weitgehender Vermeidung der genannten Schwierigkeiten und Nachteile durch den Gegenstand der Erfindung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die hohle Propellernabe zylindrisch zu einem Lagerzapfen verlängert ist, der in einem bekannten wassergeschmierten Gummilager im Achtersteven des Schiffes gelagert ist und am vorderen Ende im Schiffsinneren in ein Flanschkupplungsteil übergeht, dessen Flanschdurchmesser in an sich bekannter Weise kleiner ist als der Durchmesser der das Gummilager aufnehmenden Bohrung im Achtersteven.

Es ist zwar bereits eine Wasserturbine mit einem Laufrad mit verstellbaren Schaufeln bekannt, welches eine Nabe aufweist, die durch eine Kupplung mit der Abtriebswelle verbunden ist, vobei der Flanschdurchmesser dieser Kupplung kleiner als der Durchmesser der Lagerbohrung im Lagerstuhl ist. Demgegenüber wurde ein Schiffspropeller mit einer wesentlich vereinfachten Konstruktion geschaffen.

Durch die Erfindung wird vorteilhafterweise die sonst übliche Propellerwelle, deren Lagerstelle zudem mit einer korrosionsbeständigen Buchse versehen sein muß, eingespart, indem die Funktion der Propellerwelle durch die Fortsetzung der Nabe als zylindrische Lagerfläche und ihre Kupplung mit der Schiffsantriebswelle übernommen wird. Durch den Wegfall der korrosionsbeständigen Buchsen treten insbesondere nicht die die Lebensdauer verringernden Spannungskonzentrationen auf.

Das wassergeschmierte Gummilager hat eine Länge, die zweckmäßigerweise nicht wesentlich größer als das l,25fache seines Durchmessers ist. Der dadurch erzielte relative große Außendurchmesser der Nabe führt zu einem hohen Widerstandsmoment und einer ausreichenden Festigkeit, ohne daß das Gewicht des Propellers zu groß wird, selbst wenn die Nabe aus einem Nichteisenmetall wie Bronze besteht. Außerdem wird infolge des großen Durchmessers des Lagers für eine gegebene Lagerlänge eine größere Fläche erreicht, was zu niedrigeren Lagerdrücken und damit kleinerem Abrieb führt. Der große Durchmesser der Nabe erleichtert ferner die Kupplung mit der Schiflsantriebswelle.

Durch eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann auch eine bei wassergeschmierten Gummilagern, insbesondere für große Schiffe, auftretende Schwierigkeit verringert werden. Bei vielen

_i

Schiffen, insbesondere mit Turbinenantrieb, müssen nämlich die Schiffsantriebsmotoren und der Propeller mit relativ niedriger Drehzahl betrieben werden, wenn das Schiff sich im Hafen befindet, um eine gleichmäßige Kühlung der Antriebsturbinenschaufeln zu gewährleisten. Dieser Betrieb soll im folgenden mit »Langsamlaufen« bezeichnet werden. Da die durch den Propeller erzeugte Belastung und die für das Langsamlaufen erforderliche Leistung beide proportional zur Langsamlaufdrehzahl sind, wird das Langsamlaufen bei einer möglichst niedrigen Drehtahl durchgeführt. Für sehr große Schiffe beträgt die Langsamlaufdrehzahl normalerweise etwa 3 bis 4 U/min und für kleinere Schiffe etwa 10 U/min. Das Langsamlaufen führt oft zu einer Beschädigung des Gummilagenverkstoffs, indem die Oberfläche aufgerauht und für eine entsprechende Schmierung bei normalen Betriebsdrehzahlen ungeeignet gemacht wird. Diese Schwierigkeit wird dadurch überwunden, daß der Propeller eine solche . iusbildung erfährt, daß der Außendurchmesser der I ngerfläche so groß ist, daß ihre Umfangsgeschwindigkeit im Lager mindestens 7,5 m/min = 0,125 m/sec beträgt, wenn die Schiffsantriebswelle bei Langsamlaufdrehzahlen, d. h. etwa 3 bis 4 U/min für größere Schiffe und etwa

10 U/min für kleinere Schiffe, rotiert.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Teilseitenansicht, teilweise in Schnitt, eines Ausführungsbeispiels eines Schraubenpropellers gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt durch das Ausiührungsbeispiel von F i g. 1 und

F i g. 3 eine Ansicht von hinten des in F i g. 2 abgebildeten Ausführungsbeispels, wobei die Lagerschalensicherungsplatte entfernt worden ist.

Gemäß den F i g. 1 bis 3 hat der Achtersteven 10 •eines Schiffskörpers eine zylindrische Bohrung 11, die Gummilagerschalen 12 eines, wassergeschmierten Gummilagers 13 aufnehmen kann. Eine Stopfbuchse 14 ist am vorderen Ende der Bohrung 11 angeschraubt. Die Stopfbuchse 14 hat eine in einer radialen Ebene verlaufende Oberfläche, an der das innere Ende jeder Lagerschale 12 anliegt. In der Nähe des anderen Endes der zylindrischen Bohrung

11 befindet sich ein stark belastbarer, geteilter Ring 16, der lösbar durch Bolzen 17 befestigt ist. Die verschiedenen Elemente sind so bemessen, daß der Ring T6 mit der Stopfbuchse 14 zusammenarbeitet, um eine axiale Kompression der Lagerschalen 12 zu ergeben, damit die Lagerschalen durch radiale Ausdehnung in ihrer Lage gesichert werden.

Ein einteiliger Propeller 18 hat eine hohle Nabe 19, von deren einem Ende mehrere Flügel 21 ausgehen. Die Nabe-19 ist an ihrem hinteren Ende 22 strcmungsgünstig geformt, während ihr vorderes Ende vermöge seiner zylindrischen Oberfläche durch das Lager 13 und an der Stopfbuchse 14 vorbei in das Schiffsinnere verläuft. Die abgebildete Stopfbuchse 14 hat Dichtungselemente 16 c, die durch einen Ring 16 a und Spannbolzen 16 b zusammengedrückt sind. Die Stopfbuchse 14 ka'JMi entlang der Nabe und der Schiffsantriebswelle nach vorn bewegt werden, um einen Ausbau und Austausch der Lagerschalen zu erlauben.

Die Nabe l'> hat eine axial verlaufende, zentrische zylindrische Höhlung 26, die einen im wesentlichen gleichbleibenden Durchmesser von ihrem hinteren Beschlossenen Ende 27 bis zu einer im wesentlichen konischen Innenfläche 28 , -t, die die Höhlung 26 mit einer vorderen öffnung 29 kleineren Durchmessers verbindet. Am vorderen Ende der Nabe 19 befindet sich der Kupplungsflansch 32, der von der Lauffläche der Nabe durch eine ringförmige Ausnehmung zur Aufnahme der Verschraubung abgesetzt ist. Mit seiner vorderen Fläche 33 legt sich der Flansch 32 an die dazu passende Endfläche 34 des Flansches 39 der Schiffsantriebswelle 36 an. Im abgebildeten Ausführungsbeispiel hat die Endfläche 33 einen bundartigen Vorsprung 37 um die öffnung 29, der in eine zugehörige Aussparung 38 der Schiffsantriebswelle 36 eingepaßt ist, um die Kupplung zu zentrieren. Der "Flansch 32 und der Flansch 39 haben Bolzenlöcher, durch die mehrere Bolzen 41 verlaufen. Das benachbarte Ende der Schifisantriebswelle 36 ist im Lager 43 gelagert, das mit dem Achtersteven 10 des Schiffskörpers verbunden ist.

Durch das abgebüßte Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird die übliche Propellerwelle zu sammen mit ihrer korrosionsbeständigen Buchse voD ständig eingespart. An Stelle dessen wird eine rohrförmige Nabe großen Durchmessers verwendet. Die Nabe kann wegen ihres großen Widerstandsmoments wirksam alle Torsions- und Biegespannungen aufnehmen, selbst wenn sie aus einem Nichteisenmetall besteht. Es treten auch ke:ine größeren Spannungskonzentrationen auf, so daß Ermüdungserscheinungen praktisch ebenfalls nicht vorhanden sind. Ferner werden durch die Verwendung eines einteiligen, korrosionsbeständigen Propellers mit einer Nabe nach der Erfindung Abrieb und Korrosion vermieden. In den meisten Fällen ist das Gesamtgewicht des Papellers nicht größer als das Gewicht eines üblichen Propellers mit seiner Propellerachse.

Der Durchmesser des Lagers 13 ist wegen des größeren Durchmessers der zylindrischen Lagerfläche der Nabe wesentlich größer, und entsprechend ist die Umfangsgeschwindigkeit im Lager für eine gegebene Drehzahl wesentlich höher ;Js bei den bisher üblichen Wellenlagerungen im Steven. Bei bekannten Schiffsantrieben, die eine Propellerwelle verwenden, wird beispielsweise ein Piüpcller mit einem Durchmesser von 7,3 m und fünf Flügeln auf einer Propellerwelle mit einem Durchmesser von etwa 71 cm montiert. Derartige Propellerwellen haben gewöhnlich eine korrosionsbeständige Buchse mit einer radialen Dicke. von etwa 3,8 cm. Entsprechend hat die Außenfläche der in das Lager eingepaßten Buchse einen Durchmesser von etwa 79 cm. Ein derartiger Propeller hat gewöhnlich für die Nabe einen Außendurchmesser von etwa 1,5 m. Wenn er bei einer Langsamlaufdrehzahl von 3 U/min betrieben wird, ist die Umfangsgeschwindigkeit einer derartigen Propellerwello in ihrem Stevenlager kleiner als 7,6 m/min ~ 0,127 m/sec, und die Aufrauhung der Gummilagerauskleidung ist wahrscheinlich, da die Schmierung nicht ausreicht.

Ein Propeller gleicher Größe gemäß der Erfindung

führt zwar zu einer Vergrößerung der Nabe, aber

zu einer Einsparung sowohl der Propellerwelle als

auch der Buchse. Die Außenfläche der in das Lager eingepaßten Nabe hat einen Durchmesser von etwa

1,5 m und eine Langsarnlaufdrehzahl von etwa

3 U/min, so daß eine Umfangsgeschwindigkeit im

Lager von etwa 14,3 m/min = 0,238 m/sec auftritt.

Diese Umfangsgeschwindigkeit ist ausreichend größer als diejenige, die für eine gute Wasserschmierung des

Lagers erforderlich ist, so daß auch während des Langsamlaufs kaum eine Abnutzung stattfindet.

Ein derartiger Propeller wird normalerweise mit 91 bis 105 U/min betrieben, so daß eine Umfangsgeschwindigkeit von 430 bis 500 m/min = 7,17 bis 8,34 m/sec auftritt. Andererseits würde bei den bekannten Ausbildungen mit einem Innendurchmesser des Lagers von etwa 79 cm eine derartige Drehzahl zu Umfangsgeschwindigkeiten von etwa 220 bis 260 m/min = 3,67 bis 4,34 m/sec führen. Bei Gummilagern nimmt die Lagerreibung mit der Umfangsgeschwindigkeit ab. Daher hat das durch die Erfindung angegebene größere Lager für alle Betriebszustände eine kleinere Reibung gegenüber den üblichen Lagern.

Durch die Erfindung wird auch eine bessere bauliche Anordnung ermöglicht, da das Lager für einen Propeller gegebener Größe ohne Erhöhung des spezifischen Lagerdrucks verkleinert werden kann. Bei Gummilagern ist es wünschenswert, den Lager- ao druck bei etwa 0,7 bis 1,05 kg/cm² und immer niedriger als 1,75 kg/cm* zu halten. Durch die Erfindung werden annehmbare Lagerdrücke im allgemeinen erreicht, wenn die Lagerlänge ungefähr l,25mal so groß wie der Nabendurchmesser ist. Wenn also der as Nabendurchmesser 1,5 m ist, dann kann die Lagerlänge etwa 1,9 m betragen. Ein Gummilager für einen Propeller von 7,3 m Durchmesser wie oben beschrieben üblichen Aufbaus benötigt dagegen normalerweise eine Lagerlänge von etwa 3 m. Daher müssen für bekannte Ausbildungen die Achtersteven eine längere Halterung für das Lager aufweisen.

Vorzugsweise ist der Durchmesser des Flansches 32 mindestens so klein wie der Durchmesser der Nabe 19, so daß der Propeller leicht in das Lager eingesetzt werden kann. Da jedoch der Flansch 32 einen relativ großen Durchmesser hat, gibt eine einfache Bolzenringkupplung genügend Festigkeit, um das Antriebsdrehmoment von der Schiffsantriebswelle 36 auf den Propeller zu übertragen.

Vorzugsweise ist eine Ausnehmung 35 zwischen den Flügeln 21 vorhanden, die so breit ist, daß der axiale Ausbau und Austausch der Lagerschalen 12 ohne Ausbau des Propellers möglich ist. Diese Anordnung ist aus F i g. 3 ersichtlich.

Da die Nabe des Propellers 19 hohl ist, können Dehnungsmeßstreifen oder andere Test- und Meßeinrichtungen ständig am Propeller befestigt .sein, um laufend den Zustand des Propellers anzuzeigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schraubenpropeller aus korrosionsbeständigem Material für Schiffe, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Propellernabe (19) zylindrisch zu einem Lagerzapfen verlängert ist, der in einem bekannten wassergeschmierten Gummilager (13) im Achiersieven (10) des Schiffes gelagert ist und am vorderen Ende im Schillsinneren in ein Flanschkupplungsteil (32) über- w geht, dessen Flanschdurchmesser in an sich bekannter Weise kleiner ist als der Durchmesser der das Gummilager aufnehmenden Bohrung im Achtersteven (10).

2. Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Gummilagers (13) nicht wesentlich größer als das i,25£achc seines Durchme^ers ist.

3. Propeller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das a° Gummilager (13) in bekannter Weise der Länge nach in mehrere einander ähnliche Lagerschalen

(12) unterteilt ist und daß der lichte Abstand zwischen mindestens zwei Flügeln (21) groß genug ist, um einen axialen Ausbau der Lagerschalen (12) dazwischen zu ermöglichen.

4. Propeller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, da^ ein Sicherungsring (116) lösbar am Achtersteven (10) durch Schrauben (17) befestigt ist, durch deren Aozug cu-r Ring (16) die Lagerschalen (12) axial zusammenpreßt.

5. Propeller nach einem der \ vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Lagerfläche so groß ist, daß die Umfangsgeschwindigkeit im Gummilager

(13) mindestens 7,5 m/min = 0,125 m/sec beträgt, wenn die Schiffsantriebswelle (36) bei Langsamlaufdrehzahlen, d. h. etwa 3 bis 4 U/min für größere Schiffe und etwa 10 U/min für kleinere Schiffe, rotiert.

6. Propeller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (19) und die Flügel (21), wie bekannt, aus einem Stück bestehen.

45