DE1810492A1

DE1810492A1 - Sicherheitseinrichtung fuer Schiffsschrauben mit verstellbaren Fluegeln

Info

Publication number: DE1810492A1
Application number: DE19681810492
Authority: DE
Inventors: Carl-Axel Lindahl
Original assignee: KARLSTAD MEKANISKA AB; Karlstads Mekaniska Werkstad AB
Current assignee: Kamewa AB
Priority date: 1967-11-28
Filing date: 1968-11-22
Publication date: 1969-08-07
Also published as: JPS5019837B1; DE1810492B2; FR1593470A; DK136764B; FI44532B; DK136764C; US3560108A; GB1248062A; SE306891B; DE1810492C3; NL157854B; NO124634B; NL6816597A; CH487015A; ES360559A1

Description

DR. ING. ERNST MAIER

PATS NTANWAIiT

8 MÜNCHEN S3

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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

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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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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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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

PATENTANSPRÜCHE

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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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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