DE1931158A1 - Einrichtung zur Verstellung von Mechanismen,vorzugsweise fuer drehbar in der Nabe gelagerte Propellerfluegel - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Verstellung von Mechanismen, vorzugsweise für drehbar in der Nabe gelagerte Propellerflügel Die erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verstellung von Bechanismen, vorzugsweise für drehbar in der Nabe gelagerte Propellerflügel.
• Bei Verstellpropelleranlagen sind mechanische, bei erforderlichen großen Verstellkräften elektromechanische und vorwiegend hydraulische Systeme für die Betätigung der Propellerflügel bekannt. Zur Erzeugung der Kräfte für die Verstellung der Propellerflugel in der abe und zur Steuerung der Verstelivorgänge werden komplizierte nainrichtungen benötigt.
• Dadurch ergibt sich bei Verstellpropelleranlagen gegenüber dem Festpropeller ein wesentlich höherer Aufwand für die Herstellung, Montage und Wartung. Die bekannten Verstellpropellersysteme gestatten, den Umsteuervorgang und die Einstellung der optimalen Flügelstellung in kurzer Zeit auszuführen. Diese Eigenschaften werden Jedoch in unterschiedlichem Maße bei den einzelnen Schiffstypen benötigt. Während besonders bei Fischereischiffens Fähren, Schleppern und Spezialsehiffen der Verstellpropeller wegen seiner guten Manövrier- und Umsteuereigenschaften und der Möglichkeit der schnellen einstellung der optimalen Flügelstellung zur Anpassung an die häufig wechselnden Fahrzustände eingesetzt wird, benötigen Frachtschiffe, die wesentlich weniger manövrieren, eine dem jeweiligen Beladungs- und Fahrzustand angepaßte Flügelsteigung, um bei optimalen Wirkungsgrad eine 100 ziege Auslastung der Hauptmaschine zu erreichen. Die Flügel dieses Propellers brauchen daher nur um wenige Grade des Steigungswinkels verstellbar zu sein. Der zögernd vorgenommene Einsatz von Verstellpropelleranlagen im Frachtschiffbau wird besonders darauf zurückgeführt, daß die bakannten Verstellpropelleranlagen in ungenügendem Maße diesen Bedingungen im Frachtschiffbau entsprechen.
• Der Zweck der Erfindung besteht darin, einen im Aufbau einfachen und robusten Verstellpropeller, der auch eine lwirtschaftliche Anwendung von Verstellpropellern bei Fracht schiffen erniöglichen soll, zu schaffen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen 'Serstcllmechanismus ohne Verwendung herkömmlicher Steuerungselemente zu schaffen, der mindestens die für Frachtschiffe erforderlicXen Verstellzeiten der Flügel erreicht.
• Erfindungsgemäß wird die Lösung dieser Aufgabe durch gelöst, daß das Verfahren zur Verstellung von Mechanismen, vorzugsweise von drehbar in einer Nabe gelagerten Propellerflügeln, sich durch Verwendung von einem oder mehreren Dehnkörpern auszeichnet, deren unter Wärmeeinwirkung auftretende Volumenänderung zur Kraftübertragung verwendet wird. Die Volumen~ änderung der Dehnkörper wird dabei-durch eine geeignete Form der Dehnkörrer und/oder durch geeignete Übertragungsglieder in eine Translations- und/oder eine Rotationsbewegung umgewandelt. Die einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist so gestaltet, daß der oder die Dehrikörper im inneren des Gehäuses des liechanismus angeordnet und an diesem vorzugsweise einseitig befestigt sind, wobei sich sowohl an den Dehnkörpern als auch an dem zu verstellenden Mechanismus Gleiteinrichtungen befinden, die miteinander in Wirkungsverbindung stehen. Eine erfindungsgemäße Zinrichtung für Verstellpropeller ist so ausgeführt, daß der oder die Dehnkörper in der Propellernabe angeordnet und an dieser vorzugsweise einseitig befestigt sind, wobei sich an der äußeren Hülse des Dehnkörpers oder der Dehnkörper eine Gleitbahn befindet, die über Gleitsteine und am Flügelzapfen angeordnete Kurbelzapfen mit den Propellerflügeln in Wirkungsverbindung steht.
• Der oder die Deimlcbrper können auch inner- oder außerhalb der Schraubenwelle angeordnet sein und die Kraftübertragung über geeignete Mittel, vorzugsweise über eine in der ächraubenwelle gelagerte Schubstange, auf den Verstellmechanismus in der Propellernabe erfolgen. Der Delmkörper selbst kann als geschlossener Hohlkörper ausgebildet sein, der Fluide enthält, wobei die Volumenänderung des Delmkörpers durch Wärmeeinwirkung der Fluide erfolgt. Der Hohlkörper kann dabei mehrere, teilweise oder vollständig, miteinander unverbundene Hohlräume aufweisen, deren Verbindungen nach Bedarf durch Absperrorgane geöffnet und geschlossen werden können. Eine weitere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der Dehnkörper ein oder mehrere zusammengesetzte feste Elemente enthält, wobei die Volumenänderung des Dehnkörpers durch Närmeänderung der festen Elemente erfolgt. Die festen Elemente können dabei unterschiedliche lineare Ausdehnungskoeffizienten besitzen und derart angeordnet sein, daß sich die Längenänderung der elemente aus werkstoff mit großer linearer Wärmeausdehnungszahl durch die Wirkung der Längenänderungen der Elemente aus Werkstoff mit kleiner bzw. negativ linearer Wärmeausdehnungszahl addieren.
• Zur Betätigung der Propellerflügel sind an sich bekannte Einrichtungen vorgesehen, die eine Steuerung der Wärmezu- und Wärmeabfuhr in Abhängigkeit von der Maschinenauslastung (Füllung und Drehzahl) ermöglichen. Allgemein erfolgt die Volumenänderung des Dehnkörpers durch eine gesteuerte Erwärmung des gasförmigen, flüssigen oder festen Stoffes. Die Erwärmung erfolgt durch bekannte Verfahren, z. B. induktiv über die Erzeugung von Wirbelströmen, durch 7iiderstandheizelemente oder durch den Dehnkörper durchströmende erwärmte Flüssigkeiten oder Gase.
• Die Abkühlung zur Verkürzung des Deimkörpers wird nach bekannten Verfallren, wie z. B. zwangsweiser Zufuhrung eines kühlenden Mediums, Anwendung des Peltiereffektes oder nichtgesteuerte Wärmeabgabe an das umgebende Medium erreicht. Der Einsatz von Verstellpropelleranlagen, deren Mechanismus durch Dehnkörper betätigt wird, ist bei allen Schiffstypen möglich und-besonders für Frachtschiffe vorteilhaft. Hierbei wird davon ausgegangen, daß Fracht schiffe nur eine geringe Anzahl von Umsteuerungen während der Fahrzeit auszuführen haben, die durch bereits entwickelte Umsteuereinichtungen für die Hauptmaschinen verhältnismäßig schnell und sicher vorgenommen werden können.
• Zur vollen Auslastung der Hauptmaschinen bei verschiedenen Fahrzuständen ist nur eine Veränderung des Steigungswinkels der Propellerflügel um wenige Winkelgrade erforderlich. $Für diesen An:Tendungsfall kann der Dehnkörper für geringe Ausdehnungen ausgelegt und somit einfach im Aufbau sowie in der Steuerung der Wärmezufuhr gehalten werden. Um die 100 %ige Auslastung der Hauptmaschine bei allen Fahrzuständen zu gewährleisten, ist eine automatische Betätigung der qärmesteuerung des Dehnkörpers im Zusammenwirken mit der Regeleinrichtung der Hauptmaschine (Füllung und Drehzahl) möglich.
• An einem Ausführungsbeispiel für ein Frachtschiff, bei dem die drehbar in der babe gelagerten Flügel in einem bestimmten Bereich durch einen Dehnkörper betätigt werden, soll die erfindungsgemäße Lösung näher beschrieben werden. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1: eine Anordnung eines Dehnkörpers in einer Propellernabe, Fig. 2: eine Ausführung eines Dehnkörpers, Fig. 3: den schnitt A --A nach Fig. 2.
• Der Dehnkörper 1 ist einseitig in der abe 2 befestigt. Bei Wärmezu- oder Wärmeabfuhr wird durch die dabei auftretenden Längenänderungen des Dehnkörpers 1 eine Bewegung der äußeren Hülse des Dehnkörpers 1 in axialer Richtung erreicht. Durch eine auf dieser Hülse befestigte Gleitbahn 3 wird über Gleitsteine 4 sowie Kurbelzapfen 5, die am Flügelzapfen 6 angeordnet sind* die Axialbewegung des Dehnkörpers 1 in eine Drehbewegung der Flügel 7 des Verstellpropellers umgewandelt. Die Erwärmung erfolgt durch im Dehnkörper 1 eingebaute IIeizstäbe, die beispielsweise über Schleifringe auf der Schraubenwelle im Schiff und daran angeschlossene und in einer Bohrung der Schraubenwelle verlegte Kabel gespeist werden.
• Die Zuführung der elektrischen energie für die Heizung der Stäbe wird über die Auslastung der Hauptmaschine (Füllung und Drehzahl) geregelt. Dadurch werden die Propellerflügel auf Steigungswinkel eingestellt, die eine 100 %ige Auslastung der Hauptmaschine bei allen Fahrzuständen gewährleisten. Außerdem ist die willkürliche hinderung der Energiemenge zur Veränderung der steigung der Propellerflügel 7 unabhangig von der regelung möglich. Auf die geregelte Wärmeabfuhr aus dem Dehnkörper 1 wurde im vorliegenden 3eispiel aus Gründen der Vereinfachung verzichtet, da bei dem vorgesehenen Einsatz des Verstellpropellers bei Frachtschiffen nicht die Notwendigkeit besteht, die Steigungsverstellungen zur Anpassung an die Fahrzustände in kurzer Zeit auszuführen.
• In Fig. 2 und 3 ist die Ausführung eines Dehnkörpers 1 dargestellt. Er besteht aus einem Rundstab 8 als Trager, der von einer Anzahl ineinandergesteckter Hülsen 9 bis 12 umgeben ist.
• Der Rundstab 8 ist mit einem Flansch einseitig an der Nabe befestigt. Der Rundstab 8 und die Hülsen 9; 10 bestehen aus einem Werkstoff mit großer linearer Wr-'rmeausdehnungszahl, während die Hülsen 11; 12 eine geringe lineare Wärmeausdehnungszahl besitzen. Der Dehnkörper 1 ist so aufgebaut, daß auf den Rundstab 8, der aus einem Werkstoff mit großer linearer Wärmeausdehnungszahl besteht, abwechselnd jeweils eine Hülse aus Werkstoff mit kleiner und mit großer linearer Wärmeausdehnungszahl folgt. Die Hülsen 9 bis 12 sind an ihren Enden so miteinander verbunden, daß die auf dem lundstab 8 befestigte Hülse 11 am Flanschende des Dehnkörpers 1 mit der Hülse 9 verbunden ist, die wieder am freien Ende des Dehnkörpers 1 mit der Hülse 12 verbunden ist, usw. Hierdurch wird erreicht, daß sich die Längenänderungen des Rundstabes 8 und der Hülsen 9; 10, die aus dem Werkstoff mit großer linearer Wärmeausdehnungszahl bestehen, addieren, abzüglich der Summe der Längenänderungen der Hülsen 11; 12, die aus einem Uierkstoff mit geringer linearer Wärmeausdehnungszahl bestehen.
• Auf der außeren Hülse 10 ist der Gleitring 3 befestigt, der die Längsbewegung des Dehnkörpers 1 auf den Kurbel zapfen 5 überträgt.
• Zur Abdichtung des Dehnkörpers 1 sind ein Flansch 13 und ein Metallfaltenbalg 14 angeordnet. Zur Aufnahme der Heizstäbe 15 sind die Hülsen 11; 12 mit kleiner linearer äärmeausdehnungszahl von der Flanschseite des Dehnkörpers 1 her in erforderlicher Lange geschlitzt. Zur Verringerung der Wärmeabgabe an das umgebende medium ist der Dehn3örper 1 mit einer Wärmeisolierung 16 versehen.

Claims (10)

P a t e n t a n s p r ü c h e :

1. Verfahren zur Verstellung von .ecllanismen, vorzugsweise von drehbar in einer lGabe gelagerten Propellerflügeln, gekennzeichnet durch Verwendung von einem oder mehreren Dehnkbrpern (1), deren unter Wärmeeinwirkung auftretende Volumenänderung zur Kraftübertragung verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumenänderung der Dehnkörper (1) durch eine geeignete Form der Dehnkörper (1) und/oder durch geeignete Übertragungsglieder in eine Translations- und/oder eine dotationsbeegung umgewandelt wird.

3. Sinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Dehnkörper (1) im Inneren des Gel'quses (2) des Mechanismus angeordnet und an diesem vorzugsweise einseitig befestigt sind, wobei sich sowohl an lein Dehnkörpern (1) als auch an dem zu verstellenden iiiechanismus (7) Gleiteinrichtungen (3; 4; 5) befinden, die miteinander in Wirkungsverbindung stehen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Dehnkörper (1) in der Prorellernabe (2) angeordnet und an dieser vorzugsweise einseitig befestigt sind, wobei sich an der äußeren Hülse des Dehnkörpers oder der Dehnkörper (1) eine Gleitbahn (3) befindet, die über Gleitsteine (4) und am Flügelzapfen (6) angeordnete Kurbelzapfen (5) mit den Propellerflügeln (7) in Wirkungsverbindung steht.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 bei Verstellpropellern, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Dehnkörper (1) inner- oder außerhalb der Schraubenwelle angeordnet sind und die Kraftübertragung über geeignete i;ittel, vorzugsweise über eine in der Schraubenwelle gelagerte Schubstange, auf den Verstellmechanismus in der Propellernabe (2) erfolgt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnkörper (1) als geschlossener Hohlkörper ausgebildet ist, der Fluide enthält, wobei die Volumenänderung des Dehnkörpers (1) durch Wärmeänderung der Fluide erfolgt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper raehrere, teilweise oder vollständig, miteinander unverbundene Hohlräume, deren Verbindungen nach Bedarf durch Absperrorgane zu öffnen und zu schließen sind, aufweist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnkörper (1) ein oder mehrere zusammengesetzte feste Elemente enthält, wobei die Volumenänderung des Dehnkörpers (1) durch Wärmeänderung der festen Elemente erfolgt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Elemente unterschiedliche lineare Ausdehnungskoeffizienten besitzen und derart angeordnet sind, daß den Elementen aus Werkstoff mit großer linearer Wärmeausdehnungszahl Elemente aus Werkstoff mit kleiner bzw. negativer linearer Wärmeausdehnungszahl zugeordnet sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Propellerflügel (7) an sich bekannte Einrichtungen, die eine Steuerung der Wärmezu- und Wärmeabfuhr in Abhängigkeit von der Maschinenauslastung (Füllung und Drehzahl) ermöglichen, vorgesehen sind.

L e e r s e i t e