DE1810492A1 - Sicherheitseinrichtung fuer Schiffsschrauben mit verstellbaren Fluegeln - Google Patents
Sicherheitseinrichtung fuer Schiffsschrauben mit verstellbaren FluegelnInfo
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Description
PATS NTANWAIiT
8 MÜNCHEN S3
A 4^968 den 22. November 1968
A 44068 EM/Pi/Pf.
Firma AKTIEBOLAGET KARLSTADS MEKANISKA WERKSTAD,
Karlstad / Schweden
Sicherheitseinrichtung für Schiffsschrauben mit verstellbaren Flügeln
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für eine Schiffsschraubenanlage, bei der die
Schraubenflügel drehbar in einer Schraubennabe gelagert sind und mittels eines hydraulischen Kolben-Servomotors
eingestellt werden können, der einen Teil eines hydraulischen Haupt-Steuersystems bildet und in der Schraubennabe
oder in der Schraubenwelle untergebracht ist, welche die Schraubennabe mit der Antriebsmaschine verbindet, wobei
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Sparkau· Sdirambera Bankhaus Mcnfc, Find & Co., MOndwn, Nr. 25 464 Bankhaus H. Aufhaut«, Möndien, Nr. 53 597 FbsfsdwaV* Mönchen 153 β 61
T*t*grammadr**s«i Fatcnlsentor
wenigstens ein Kolben des betreffenden hydraulischen Kolben-Servomotors
zum Einstellen der Schraubenflügel in Stellungen für die Schiffs-Vorwärtsbewegung, wenn er nach
vorn bewegt wird, eingerichtet ist. Um einen hydraulischen Kolben-Servomotor, der zum Verstellen der Schraubenflügel
in einer Schiffsschraubenanlage untergebracht ist, zu betätigen, wird öl oder irgend ein anderes hydraulisches
Druckmedium benutzt, das von einer Druckölpumpe oder einer anderen Druckquelle zu der einen Seite des Kolbens des
Servomotors hin zugeführt wird, während gleichzeitig das Druckmittel von der anderen Seite des Kolbens abgeführt
wird. Gewöhnlich ist die Druckölpumpe ausserhalb der umlaufenden Einheit, die aus der Schraube und der Schraubenwelle
besteht, angeordnet. Die Pumpe ist für den Antrieb durch einen Elektromotor oder über ein mechanisches Getriebe
durch die Schraubenwelle oder die Schiffsantriebsmaschine
eingerichtet. Das-öl wird dem Kolben-Servomotor zugeführt und aus ihm abgeführt durch in der Schraubenwelle
befindliche Rohre und Kanäle über eine sogenannte öl-Verteilungskammer,
die mit der Druckölpumpe und einem ölbehälter in Verbindung steht. Der Zu- und Abfluss des Öles
wird mittels eines Steuerventils gesteuert, das in der Schraubennabe, in der Schraubenwelle oder ausserhalb der
umlaufenden Einheit angeordnet sein kann.
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'1E"; WW, SSW?;
>"·'τχ
Wenn das hydraulische Haupt-Steuersystem versagt, z.B. wegen einer Punktionsstörung der Druckölpumpe oder
wegen einer ölleekage, können die Schraubenflügel durch den hydraulischen Kolben-Servomotor nicht in der vorgesehenen
Weise verstellt werden.-Das kann sehr ernste Folgen für die Manövrierfähigkeit und die Sicherheit des
Schiffes haben, besonders dann, wenn sich eine solche Betriebsstörung
bei in der Stellung für Rückwärtsfahrt oder in neutraler Stellung befindlichen Schraubenflügeln ereignet.
Es ist bereits versucht worden, die erwähnten Gefahren durch verschiedene Sicherheitseinrichtungen zu vermeiden.
Bei einer früheren Ausführung der sogenannten KaMeWa Schraube sind Stahlfedern in der Schraubennabe angeordnet.
Wenn der Öldruck in dem Kolben-Servomotor unzureichend wird zum Verstellen der Schraubenflügel, wirkt
die Feder auf den Servomotor-Kolben in solcher Richtung, dass die Schraubenflügel in eine Stellung für Vorwärtsfahrt
eingestellt werden.
Bei Sehraubenanlagen, bei denen der Kolben-Servomotor für das Verstellen der Schraubenflügel in einem Teil
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der Schraubenwelle angeordnet ist, der innerhalb des Schiffes
relativ leicht zugänglich ist^, ist versucht worden* das
Sicherheitsproblem durch eine Einrichtung gemäß dem schwedischen
Patent I85 571 zu lösen«, Bei solchen Schraubenanlagen
ist der hydraulisch betätigte Servomotor-Kolben mit der in der Schraubennabe angeordneten Steigungsverstellvorrichtung
für die Schraubenflügel durch eine Stange verbunden, die in axialer Richtung in einer Bohrung der
Schraubenwelle beweglich ist» Eine solche Stange muss sehr
stark dimensioniert sein, um die großen Zug- und Druckkräfte zu übertragen, die zum Verstellen der Schraubenflügel
erforderlich sind, wenn die Schraube sich dreht und die Schraubenflügel daher belastet sind» Ein schwerwiegender
Nachteil bei Schraubenanlagen der letzteren Art ist der, dass, wenn bei einer Havarie die Schraubenwelle verbogen
wird, die erwähnte Stange leicht in der Wellenbohrung festgeklemmt wird, so dass die Schraubenflügel nicht mehr verstellt
werden können. Bei einem Schaden dieser Art ist eine Sicherheitsvorrichtung gemäß dem schwedischen Patent
185 571 wirkungslos.
Die Erfindung bezweckt, eine betriebssichere Sicherheitsvorrichtung
für eine Schiffsschraubenanlage zu schaffen, bei der die Schraubenflügel durch einen hydraulischen
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Kolben-Servomotor verstellt werden können. Die Sicherheitsvorrichtung
ist dazu bestimmt, die Schraubenflügel in Stellungen für die Vorwärtsfahrt des Schiffes einzustellen
und dieselben in solchen Stellungen festzuhalten, wenn die hydraulische Haupt-Steuereinrichtung unwirksam werden sollte.
Bei einer Schiffsschraubenanlage, bei welcher der hydraulische Kolben-Servomotor in der Schraubennabe oder in
einem Teil der Schraubenwelle nahe der Schraubennabe angeordnet ist, arbeitet die Sicherheitsvorrichtung nach der
Erfindung auch dann.wirksam, wenn die Schraubenwelle verbogen worden ist.
Eine Sicherheitsvorrichtung gemäß der Erfindung für eine Schraubenanlage, bei der in dem Kolben-Servomotor
einer hydraulischen Haupt-Steuereinrichtung ein Kolben in bekannter Weise angeordnet ist zum Einstellen der Schraubenflügel
in Stellungen für die Vorwärtsfahrt des Schiffes, ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte
Kolben mechanisch mittels einer Zugstange, die axial in einer Axialbohrung der Schraubenwelle beweglich ist,
mit einem Not-Servomotor verbunden ist, der hydraulisch unabhängig von der hydraulischen Haupt-Steuereinrichtung
ist.
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Ein wesentlicher Vorteil der Sicherheitsvorrichtung nach der Erfindung ist der, dass der Zug auf den Kolben in
dem Servomotor der Hauptsteuervorrichtung allein durch den Not-Servomotor übertragen wird. Die erwähnte Zugstange kann
daher einen relativ kleinen Querschnitt haben* und in den
meisten Fällen kann eines der ölrohre der Haupt-Steuervorrichtung als Zugstange dienen.
Anschliessend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Die Figur stellt schematisch einen Längsschnitt durch eine Schraubenanlage mit einer Sicherheitsvorrichtung
gemäß der Erfindung dar. Die in der Beschreibung benutzten Begriffe "vorn" und "hinten" beziehen sich auf die Anordnung
der Schraubenanlage in einem Schiff, wo die Schraube üblicherweise hinten am Schiffskörper angeordnet ist. In
der Figur ist der vordere Teil der Schraubenanlage rechts und der hintere Teil links dargestellt.
Die Figur zeigt die Erfindung in Anwendung bei einer Schiffsschraubenanlage, in die eine Schraube 1 mit Schrau- ■
benflügein 3 aufweist, welche verstellbar in einer Schraubennabe
5 gelagert sind. In der Schraubennabe 5 befindet sich ein hydraulischer Servomotor 7* der einen Teil einer
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hydraulischen Haupt-Steueranlage zum Verstellen der Schraubenflügel 3 bildet. Der hydraulische Servomotor 7
enthält einen Zylinder 9 mit einem Kolben 11. Der Kolben
11 1st mit Kurbelzapfen 15 der Schraubenflügel 3 in einer
bei Schrauben dieser Art üblichen, in der Figur nicht dargestellten Weise mechanisch gekuppelt. Die Schraubennabe
5 ist an einer Schraubenwelle 15 befestigt, die mit der, nicht dargestellten Antriebsmaschine des Schiffes
verbunden bzw. gekoppelt ist. Die Schraubenwelle ist mit einer koaxialen Bohrung 17 und mit zwei radialen Ausnehmungen
19, 21 versehen. Das vordere Ende der Schraubenwelle ist aus hydraulischer Zylinder 23 ausgebildet, in
dem ein Kolben 25 mit einer muffenförmigen Kolbenstange 27 axial beweglich ist. Der hydraulische Zylinder 23 ist
mit einem Rückschlagventil 29 und einem Sicherheitsventil 31 ausgerüstet. Der hydraulische Zylinder 23 und der (|
Kolben 25 bilden einen Nut- bzw. Hilfsservomotor 33· De*·
Kolben 11 des hydraulischen Servomotors 7, der einen Teil der hydraulischen Haupt-Steuereinrichtung bildet, ist
mit einem Leitungsrohr 35 versehen, das sich in der Bohrung 17 der Schraubenwelle 15 erstreckt. Das Rohr 15 ist
mit einem Endstück 37 mit einem Mitnehmer-Querkeil 39 versehen, der sich radial durch einen beidenends geschlossenen
Längssehlitz der muffenförmigen Kolbenstange 27 hin-
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durch erstreckt. In der weiten unten beschriebenen Weise ist der hydraulische Servomotor 7 mit einem nicht-umlaufenden
ölverteilgehäuse 43 in Verbindung, das mittels Lager auf der Schraubenwelle 15 gelagert ist. Das ölverteilgehäuse
umgibt zwei ringförmige Kammern 45, 47* die
durch das ölverteilgehäuse 43 und die Schraubenwelle "17
fP begrenzt werden und axial durch ringförmige Dichtungen
49 abgeschlossen sind. Die ringförmigen Kammern 45 # 47
stehen durch Rohre 51» 53 über ein nicht-dargestelltes
Steuerventil mit einer hydraulischen Druckwelle und einem Behälter für abgeführtes öl (nicht-dargesteilt)
in Verbindung. Zwischen den radialen Bohrungen 19* 21 der Schraubenwelle 15 befindet sich eine ringförmige
Dichtung 55 zwischen dem Rohr und der Wandung der Bohrung 17« Eine entsprechende ringförmige Dichtung 57
α ist zwischen dem Rohr 35 und der Wandung der Bohrung 17
in Abstand von der Bohrung 21 angeordnet. Die Dichtungen 55 und 57 lassen Axialbewegungen des Rohres 35 zu. Zwischen
den Dichtungen 55 und 57 ist das Rohr mit einer öffnung'59 versehen.
Der hinter dem Kolben 11 befindliche Raum des Zylinders 9 steht durch das Rohr 35, die Öffnung 59 und
die radiale Bohrung 21 der Welle 15 in Verbindung mit der
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ringförmigen Kammer 47 des ölverteilgehäuses 4;5, und der
vor dem Kolben 11 gelegene Raum des Zylinders 9 steht über den Raum zwischen dem Rohr j55 und der Wandung der
Bohrung 17 der Welle 15 und über die radiale Bohrung 19 mit.der ringförmigen Kammer 45 der ölverteilbuchse 43
in Verbindung.
Die Schiffsschraubenanlage ist so gestaltet, dass die Schraubenflügel 3 in verschiedenen Steigungen für
die Schiffsbewegung vorwärts oder rückwärts mit verschiedenen Geschwindigkeiten eingestellt werden können. Wenn
kein Schraubenschub gewünscht wird, werden die Schraubenflügel auf die "Null-Steigung" eingestellt. Die Schrauben
flügel 3 sind mechanisch mit dem Kolben 11 gekuppelt, so dass jede Steigungseinstellung der Schraubenflügel 3
einer besti-mmten Stellung des Kolbens 11 in dem Zylinder 9 entspricht. Das Einstellen der Schraubenflügel 3 auf
die größte Steigung für Vorwärtsfahrt entspricht einer Bewegung des Kolbens 11 in seine vordere Endstellung in
dem Zylinder 9, und das Einstellen der Schraubenflügel 3 auf die größte Steigung für Rückwärtsfahrt entspricht
einer Bewegung des Kolbens 11 in seine hintere Endstellung
im Zylinder 9·
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- ίο -
Wenn die hydraulische Haupt-Steuereinrichtung einwandfrei arbeitet, bleibt der Kolben 25 des Hilfs-Servomotors
33 in seiner hinteren Stellung in dem hydraulischen Zylinder 23. Bei dieser Stellung des Kolbens 25 beeinflußt
der Hilfs-Servomotor 33 das. Betätigen der Schraubenanlage
durch die hydraulische Haupt-Steuereinrichtung nicht.
Das Steigungseinstellen der Schraubenflügel 3 mittels
der hydraulischen Haupt-Steuereinrichtung erfolgt folgendermaßen.
Wenn die Schraubenflügel 3 auf eine größere Steigung für Vorwärtsfahrt eingestellt werden sollen, v/ird Drucköl
von der Druckölpumpe durch das Steuerventil und die Rohrleitung
53 der vorderen ringförmigen Kammer 47 der ölverteilbuchse
43 zugeführt. Aus dieser Kammer 47 strömt Drucköl
durch die radiale Bohrung 21 der Schraubenwelle 15 in
die axiale Bohrung 17 und durch die öffnung 59 und das
Rohr zu der hinteren Seite des Kolbens 11 in den Zylinder 9· Gleichzeitig wird öl aus dem Zylinderraum vor dem Kolben
durch den Raum zwischen der Aussenseite des Rohres 35 und
der Wandung der Bohrung 17.» durch die radiale Bohrung 19
in die hintere ringförmige Kammer 45 der ölverteilbuchse
43 hinein abgeführt. Aus dieser Kammer 45 wird das Öl durch
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die Leitung 51 über das Steuerventil in den ölbehälter
abgeführt. Die Zu- -und Abfuhr des Öls wird durch das
Steuerventil gesteuert, das durch die Steuerapparatur der Schraubenanlage betätigt wird. Wenn die durch das
Betätigen der Steuerapparatur und des Steuerventils bestimmte
Stellung des Kolbens 11 erreicht ist, schließt das Steuerventil die ölzufuhr zu dem und die Ölabfuhr M
aus dem Zylinder 9 ab, so dass die Schraubenflügel 3
in ihrer Stellung festgestellt werden.
Wenn die Steigung der Schraubenflügel verringert oder für Rückwärtsfahrt eingestellt werden soll, muss
der Kolben 11 rückwärts bewegt werden. Um das auszuführen, muss das Steuerventil Drucköl von der Pumpe der vorderen
Seite des Kolbens 11 zuführen, und öl von der hinteren Seite des Kolbens 11 abführen. Die Richtungen der öl- ^
strömung in der hydraulischen Haupt-Steuereinrichtung werden dann, verglichen mit den Strömungsrichtungen für
die Vorwärtsbewegung des Kolbens 11, umgekehrt.
Bei allen Bewegungen des Kolbens 11 wird das Rohr 35 .axial in der Bohrung 17 der Schraubenwelle 15 bewegt,
und das Endstück 37 v;ird dabei axial in der muffenförmigen
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Kolbenstange 27 bewegt. Wenn der Kolben 25 sicheln seiner
hinteren Endstellung im Zylinder 23 befindet - wie es sein
soll, wenn die Sicherheitseinrichtung nicht benutzt werden muss - befindet sich der Schlitz 41 der Kolbenstange 27
in solcher Lage, dass der Mitnehmer-Querkeil 39 nicht auf die Kolbenstange 27 einwirkt, wenn das Endstück 37 axial
bewegt wird«,
Wenn das hydraulische Steuersystem in Folge eines Versagens ausser Wirkung kommt, wird die Sicherheitsvorrichtung
in folgender Weise benutzt?
Die Antriebsmaschine für die Schraubenwelle wird gestoppt,
und mittels des Steuerventils werden beide Seiten des Kolbens 11 vom Öldruck entlastet. Der hydraulische Zylinder
23 des Not-Servomotors 33 wird über das Rückschlagventil 29 durch einen Schlauch bzw. ein Rohr mit einer
Not-Druckquelle verbunden, z.B. mit einer von Hand oder pneumatisch betätigten ölpumpe. Über das Rückschlagventil
29 wird öl unter Druck in den hydraulischen Zylinder 23
gepumpt und bewegt den Kolben 25 mit seiner Kolbenstange 27 vorwärts ο Wenn das hintere Ende des Schlitzes 4l den
Mitnehmer-Querkeil 39 erreichte wird das Endstück in Yor*·
wärtsrichtung mitgenommen5 und das Rohr 35 wird einer Zug-
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kraft unterworfen, durch die der Kolben 11 nach vorn
bewegt wird, wobei er die Schraubenflügel in eine Stellung für Vorwärtsfahrt dreht. Wenn die Schraubenflügel 3
die gewünschte Stellung erreicht haben, wird die Not-Druckquelle von dem Rückschlagventil 29 getrennt, und
die Antriebsmaschine wird gestartet.
Um die Leistung des Not-Servomotors 33 zu begrenzen,
so dass die Zugbeanspruchung in dem Rohr 35 nicht zu groß wird, ist ein Sicherheitsventil 31 an dem hydraulischen
Zylinder 23 angeordnet. Der Zeitverlust, der durch das oben beschriebene Vorgehen - Verbinden einer handbetätigten
Druckölpumpe und eines Ölbehälters mittels Schläuche oder Rohre mit dem Zylinder 33 und Lösen der betreffenden Verbindung
nach ihrer Benutzung, bevor die Antriebsmaschine wieder startbereit ist - kann Schwierigkeiten in gewissen Jj
Notsituationen bereiten. Die Sicherheitsvorrichtung kann schneller in Punktion gesetzt werden, wenn die Not-Druckölpumpe
und ein ölbehälter fest an die Schraubenwelle 15 angeschlossen sind. Die Stillsetzzeit für die Hauptmaschine
kann in diesem Fall wesentlich reduziert werden.
Bei einer größeren Schraubenanlage ist es eine v.
schwere und zeitaufwendige Arbeit, öl von Hand in den Servo-
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motor j5j5 zu pumpen, und es ist daher wünschenswert, eine
motorgetriebene Pumpe zur Verfügung zu haben. Eine Störung
in der hydraulischen Haupt-Steuereinrichtung kann zu einer Zeit auftreten, wo keine elektrische Energie zur Verfügung
steht. Daher ist eine Notpumpe zweckm&ssig, die durch
Druckluft aus einem Luftbehälter angetrieben wird.
Die vorliegende Erfindung kann auch bei Schraubenanlagen etwas anderer Konstruktion, als sie oben beschrieben
ist, angewendet werden, z.B. bei Anlagen, bei denen die
Schraubenflügel durch einen hydraulischen Kolben-Servomotorverstellt
werden, der einen Zylinder mit zwei Kolben aufweist, oder bei Anlagen, bei denen die Schraubenflügel
durch mehrere zusammenwirkende hydraulische Kolben-Servotiotoren
verstellt werden. Bei solchen Schratibenanlagen wird eine Zugstange mit wenigstens einem mit den Schraubenflügeln
gekuppelten Kolben derart verbunden, dass, wenn er vorwärts bewegt wird, die Schraubenflügel in die Stellung
für Vorwärtsfahrt eingestellt werden. Es liegt auf der Hand, dass die vorliegende Erfindung auch bei Wasserturbinen und
Pumpen angewendet werden kann, deren Konstruktion in wesentlichen
Punkten den oben beschriebenen Konstruktionen von Schriffsschrauben entsprechen.
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Claims (5)
1. Sicherheitseinrichtung für eine Schiffsschraubenanlage, bei der die Schraubenflügel in einer Schraubennabe
drehbar gelagert sind und mittels eines hydrauli- W sehen Kolben-Servomotors verstellt werden können, der
einen Teil einer Haupt-Steuervorrichtung bildet und in
der Schraubennabe oder in der Schraubenwelle angeordnet ist, welche die Schraubennabe mit der Antriebsmaschine
verbindet, und bei der wenigstens ein Kolben in dem hydraulischen Kolben-Servomotor zum Einstellen der
Schraubenflügel in Stellungen für die Vorwärtsfahrt des Schiffes angeordnet ist, wenn er nach vorn bewegt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (11) mechanisch M durch eine Zugstange (35)* die axial in einer Axialbohrung
(17) der Schraubenwelle (15) beweglich ist, mit einem Not-Servomotor (33) verbunden ist, der hydraulisch
unabhängig von der hydraulischen Haupt-Steuervorrichtung ist.
2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstange (35) im wesentlichen
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,- 16 -
aus einem oder mehreren Rohren für das Zuführen des hydraulischen
Druckmediums zu dem bzw. für das Abführen des hydraulischen Druckmediums aus dem Kolben-Servomotor
(7) zum Einstellen der Schraubenflügel besteht.
3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Not-Servomotor (33) einen koaxial
in der Schraubenwelle (15) angeordneten hydraulischen Zylinder (23) und einen axial in dem hydraulischen
Zylinder (23) beweglichen Kolben (25) aufweist, der mit einer muffenförmigen Kolbenstange (27) versehen
ist, die das Endstück (37) der Zugstange (35) übergreift, das einen Mitnehmer-Querkeil (39) aufweist, der radial
durch wenigstens einen an beiden Enden geschlossenen Schlitz (41) der Kolbenstange (27) hindurchragt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet,
dass der hydraulische Zylinder (23) des Not-Servomotors (33) mit einem Sicherheitsventil (31) ausgerüstet
ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (23) des Not-Servomotors (33) mit
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einer Druckpumpe und einem ölbehälter verbunden ist, die
beide fest mit der Schraubenwelle (15) verbunden sind.
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: KAMEWA AB, 68101 KRISTINEHAMN, SE |
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: BEHN, K., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 8134 POECKING |