DE2012575A1

DE2012575A1 - Verstellpropeller insbesondere fur Schiffe oder dgl

Info

Publication number: DE2012575A1
Application number: DE19702012575
Authority: DE
Inventors: A M Liaaen
Original assignee: AM Liaaen AS
Current assignee: AM Liaaen AS
Priority date: 1969-03-28
Filing date: 1970-03-17
Publication date: 1971-02-11
Also published as: FI48331B; NL7004405A; NL166891B; DK141481C; US3640644A; PL71504B1; JPS4940184B1; DK141481B; NL166891C; SE376210B; FI48331C; NO123595B; DE2012575C2; FR2039916A5; GB1293206A

Description

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PATENTANWÄLTE ."·.'■· ν . ν

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHONWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

13. März 1970 Soh-DB/ls

A.M. Liaaen A/S

Kjöpmannsgaten 23, 6OOO Alesund (Norwegen)

Verstellpropeller, Insbesondere für Schiffe oder dgl.

Die Erfindung betrifft einen Verstellpropeller, insbesondere für Schiffe oder dgl., bei dem die Winkelverstellung der Steigung der Propellerflügel von einem hydraulischen Servomotorsystem mit einer Druckflüssigkeitsquelle, z.B. einer Förderpumpe und möglicherweise einer ähnlichen Reservequelle, gesteuert wird. Der Servomotor umfaßt im allgemeinen ein Kolbenzylindersystem, wobei die Kolbenstange mit der Wurzel jedes Propellerflügels verbunden ist, so daÄ die Flügelsteigung von der Stellung des Servomotorkolbens im Zylinder abhingt. Diese Stellung wird von der Druckflüssigkeitszuführung zu dieser oder jener Seite des Kolbens im Zylinder bestimmt und eine solche Zuführung wird meist

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durch einen Steuerschieber gesteuert und über axial Innerhalb der Propellerwelle verlaufende Leitungen bewirkt. Es 1st gebräuchlich, den Servomotor in der Propellerwelle oder der Propellernabe unterzubringen und so anzuordnen, daß eine Bewegung des Servomotorkolbens in Längsrichtung des Fahrzeuges nach vorne eine Verstellung der Flügelsteigung zur Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges hervorruft, aber es ist ebenfalls möglich, die Anordnung so zu treffen, daß sich eine Verstellung der Propellersteigung auf Vorwärtsfahrt durch eine Rückfc wärtsbewegung des Servomotorkolbens ergibt.

Bisher wird eine Reservedruckflüssigkeitsquelle zum Zwecke der Sicherstellung des Betriebes des Servomotorsystems vorgesehen. Dabei kann es passieren, daß beim Auftreten eines Defektes in der Druckflüssigkeitsleitung die Propellerflügel infolge der Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges durch das Wasser eine Stellung zur Rückwärtsfahrt einnehmen wollen. Als Ergebnis verliert das Fahrzeug seine Lenkung und es ist daher von entscheidender Wichtigkeit, daß ein Fehler in der Druckflüssigkeitsleitung verhindert wird. Die Anordnung einer Reservedruckflüssigkeitsquelle hilft dem Mangel eines Fehlers P in der Außenleitung ab. Zum Zwecke der Beseitigung

eines Defektes in unmittelbarer Nähe bzw. innerhalb des Steuerschiebers oder infolge eines Lecks in den Einlaßorganen wurden Federsysteme oder hydraulische Kolbenanordnungen vorgeschlagen und benutzt, die im Falle eines Defektes die Propellerflügel zur Beibehaltung ihrer Vorwärtssteigung zu veranlassen suchen. Derartige Systeme, die zur direkten mechanischen Steuerung des Servomotors gedacht sind, müssen notwendigerweise sehr stark sein, um sowohl die Reibung im Inneren der Propellernabe als auch die erwähnte natürliche Neigung der Propellerflügel zur Einstellung auf Rückwärtsfahrt zu überwinden und sie be-

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einträchtigen außerdem den gewöhnlichen Betrieb des gesamten Propellersystems.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verstellpropellers der eingangs genannten Art, der die 5· strukturmäßigen und funktionellen Unzulänglichkelten bekannter Systeme überwindet und bei dem der Servomotorkolben keinen Einflüssen ausgesetzt wird, die sich von denen des Normalbetriebes unterscheiden.

Gemäß der Erfindung weist der Verstellpropeller Mittel auf, die im Notfalle die Leitung schließen, die normalerweise Druckflüssigkeit zu der Seite des Servomotorkolbens führt, die eine Einstellung der PropellerflUgel auf Vorwärtssteigung hervorruft und die gleichzeitig einen Anschluß an eine Druckflüssigkeitshilfsquelle öffnen. Daher wird während des Betriebes eines solchen Systems der Servomotorkolben beim Auftreten eines Fehlers irgendwo in der' Hauptzuführungsleitung für Druckflüssigkeit von der Hauptdruckflüssigkeitsquelle, möglicherweise einer Reservequelle, auf eine Hilfsquelle umgeschaltet, die unabhängig von dem Normalverteilungs- und Einlaßsystem ist, wodurch der Servomotor und die Verstellelemente kontinuierlich in der Lage sind, in gleicher Weise wie beim Normalbetrieb zu arbeiten.

In Ausgestaltung der Erfindung weist das Umsch&torgan einen frei beweglichen Kolben auf, dessen hohlgebohrte Stange gleichzeitig die normale Druckflüssigkeitszuführungsleitung zu dem die Einstellung der Vorwärtssteigung der Propellerflügel hervorrufenden Raum des Servomotors schließen und die Verbindung zwischen diesem Raum und einer HllfsflÜssigkeltsquelle öffnen kann.

Zur Rückstellung des Kolbens des Hilfssteuerschiebers 009887/0168

in die von ihm unter normalen Betriebsbedingungen einzunehmende Position kann der Kolben abgestuft ausgebildet sein, wobei eine Stufenfläche dem Druck der normalen Druckflüssigkeit aussetzbar ist, die durch die Leitung zur Verstellung des Servomotorkolbens auf Vorwärtsfahrt zugeführt wird.

Um sicherzustellen, daß die öffnung des normalen Druckflüssigkeitseinlasses geschlossen wird bevor sich der Zulauf der Hilfsflüssigkeit öffnet, ist es zweckmäßig, eine Phasenverschiebungsanordnung derart vorzusehen, daß die hohle Kolbenstange anfänglich auf einem ortsfesten Mittelansatz geführt wird, der so lang ist, daß der Kolben einen gewissen Weg zurückgelegt haben muß bevor die Verbindung zwischen der Einlaßseite des Kolbens und der hohlen Kolbenstange sich öffnet.

Wenn der Servomotorkolben mittels der Hilfsverstellelemente, die beispielsweise gemäß der Erfindung ausgebildet sein können, in die Lage zur Vorwärtsfahrt bewegt worden ist, ist es zweckmäßig, den Servomotorkolben hier festzuhalten, so daß er die Position zur vollen Vorwärtsfahrt beibehält. Hierzu kann der Servomotorzylinder vor dem Kolben ein Abdichtelement aufweisen, das unter Mitwirkung des Kolbens diesen abdichtet, wenn er gegen das Abdichtelement zur Anlage kommt. Dieses Zusammenwirken kann durch eine abgeschrägte Umfangsfläche am vorderen Ende des Kolbens vereinfacht werden, so daß das Abdichtelement zwischen dieser Fläche und der Zylinderwand eingekeilt wird. Da die herkömmlichen Kolbenringe keine perfekte Abdichtung bewirken, könnte der Kolben nach hinten wandern und eine oder mehrere HiIfsversteilungen erforderlich machen, die natürlich nicht erwünscht sind.

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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, wobei einmal eine Vorwärtssteigung der Propellerflügel eLner Vorwärts-« bewegung des Servomotorkolbens entspricht und zum anderen eine solche Steigung sich aus der Rückwärtsbewegung des Kolben ergibt.

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Pig. 1 ist ein Längsschnitt des die Zu- und Abführungsleitungen für Druckflüssigkeit zu bzw. von dem die Propellerflügelsteigung steuernden Servomotor enthaltenden Teiles der Propellerwelle,

Pig. 2 ist ein Längsschnitt der Propellernabe, die die Welle gemäß Fig. 1 an der linken Seite fortsetzen soll,

Fig. 4 stellt eine Einzelheit gemäß Fig. 2 ebenfalls im Längsschnitt dar.

Die Fig. 1 bis 4 betreffen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.

Die zweite Ausführungsform geht aus den Fig. 5 bis 8 hervor, wobei die Darstellungen denjenigen der Fig. 1 bis entsprechen. Gleiche Bezugsziffern in beiden Figurengruppen bezeichnen gleiche Teile. Bei den Fig. 5 bis 8 ist abweichend von den Fig. 1 bis 4 lediglich der Servomotorkolben zur Einstellung der Propellerflügel auf Vorwärt sfahrt nach hinten bewegt worden.

Das System beider Anordnungen weist eine Propellernabe 1 auf, in der sich mehrere Propellerflügel 2 befinden, die in der Nabe 1 aus Stellungen für die Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges in Stellungen für die Rückwärtsfahrt und umgekehrt drehbar sind, wobei dies mittels eines Kurbelkopfes 3 geschieht, dessen Einstellung von einem Servomotor gesteuert wird, der in der Propellernabe 1 angeordnet ist und einen Zylinder 4 mit Kolben 5 aufweist. Die Verstellung des Kolbens 5 und damit der Winkel (Steigung) der Flügel 1 des Propellers wird durch Druckflüssigkeit reguliert, die durch in der hohlgebohrten Propellerwelle 6 befindliche Leitungen von einer nur durch ihre Einlaßöffnungen 12 und 13 (Fig. 3 und 7) angedeuteten

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äußeren Druckfltissigkeitsquelle nach beiden Seiten des Kolbens 5 geleitet wird.

Ein zylindrischer Teil 7 der Welle 6 ist in einem feststehenden FlUssigkeitseinlaßgehäuse 8 frei drehbar, in dem ein axial beweglicher Schieber 9 untergebracht ist. Das Gehäuse 8 ist mit einer Einlaßöffnung 10 für Druckflüssigkeit und mit zwei zu einem nicht gezeichneten Sumpf führenden Auslaßöffnungen 11 versehen. Außerdem besitzt es die vorerwähnten Einlaßöffnungen 12 und 13* die über Rohrleitungen 14 bzw. 15 in der Welle 6 mit den Räumen zu beiden Seiten des Servomotorkolbens 5 in Verbindung stehen, wobei die Rohrleitung 15 sich zentral axial durch die Mittelbohrung der Welle 6 erstreckt.

Der Schieber 9 wird in herkömmlicher Weise unter Verwendung einer Rückstellvorrichtung gesteuert, die einen Ring 16 aufweist, der mit Stangen 17 verbunden ist, welche an einem Verstellkreuz 18 auf dem Rohr 14 angreifen, dessen hinteres (linkes) Ende an der hohlen Kolbenstange 20 des Kolbens 5 festgemacht ist, während sein vorderes (rechtes) Ende passend versdlebbar ist. Die Kolbenstange 20 bewegt den Kurbelkopf 3 zur Verstellung der Propellerflügel.

Die bisher beschriebenen Elemente des Systems bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

In der Anordnung gemäß Fig. 1 bis 4 weist die Bohrung in der Welle 6 einen sich von einem vorderen (rechts) Punkt zu einem Punkt zwischen den Einlaßöffnungen 12 und 13 erstreckenden Abschnitt 21 auf, der gegen einen engeren Abschnitt der Bohrung zwischen den öffnungen 12 und 13 mittels eines Ringes 22 abgeschlossen ist, in dem sich eine der öffnung 13 in dem Gehäuse 8

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entsprechende Durchbrechung 220 befindet. Der Ring ist mit einer Mittelöffnung ausgestattet, die das rechts in ein offenes vorderes Ende auslaufende Rohr 15 passend aufnimmt.

Die vordere Partie des groflen Abschnittes 21 weist einen . Teil 23 von etwas größerem Durchmesser auf und umfaßt am rechten Ende der Welle 6 einen Plansch }4, der mit Hilfe einer Platte 25 mit einem mittleren hülsenartigen Ansatz 251 versehen ist, der von der Platte 25 nach hinten gerichtet ist und eine abgeschrägte Endfläche zeigt.

Innerhalb des Teiles 23 der Bohrung 21 ist ein frei verschiebbarer Kolben 26 mit einer hohlen Kolbenstange untergebracht, deren vorderer dicker Teil 271 passend in einer feststehenden Büchse 28 in der Bohrung 21 bewegbar ist, während ein hinterer dünnerer Teil 272 passend in einer zylindrischen Verlängerung 221 des Ringes 22 gleitet. Diese Verlängerung 221 weist Axialnuten 222 auf, durch die der die Kolbenstange 27 umgebende Raum dr Bohrung 21 mit der Bohrung I3 in Verbindung steht, was zur Folge hat, daß in der im oberen Bereich der Fig. J5 gezeigten Stellung des Kolbens 26 Flüssigkeit von der öffnung 1J> in die Bohrung 21 strömt, und zwar sowohl außerhalb als auch innerhalb der Kolbenstange 27.

Die Länge des Ansatzes 251 der Platte 25 ist relativ zur Hublänge des Kolbens 26, 27 so gewählt, daß zwischen der Stirnseite des Kolbens 26 und dem Innenraum der Kolbenstange 27 ein freier Strömungsdurchgang hinter der Endfläche 252 entsteht, wenn die Kolbenstange 27 in ihrer linken Stellung den hinteren Ring 22 berührt.

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In dem Kupplungsflansch 24 am vorderen Ende der Propellerwelle 6 befindet sich eine Radialbohrung 29 mit einem Gewindeende 291. Bei Normalbetrieb wird die Bohrung 29 von einem Stift 292 mit einem Gewindekopf 293 und einem Luftdurchlaß 294 verschlossen.

Hat sich der Kolben 26 nach vorne bewegt, so mündet die Bohrung 29 in den Raum 23 an der Stirnseite des Kolbens 26.

Der Plansch 24 ist außerdem mit einem Luftdurchlaß 31 i ausgestattet, der in den Raum des Bohrungsabschnittes 23 an der Rückseite des Kolbens 26 mündet und der mittels eines Stopfens 32 in dem Flansch 24 verschließbar ist.

An dem vorderen Ende des Servomotorzylinders ist ein in Fig. 4 in größerem Maßstab dargestelltes Dichtungselement 30 vorgesehen und das vordere Ende des Kolbens 5 ist bei 51 abgeschrägt. Die eine Lippe 301 des Abdichtelementes 30 ragt etwas in den freien Raum des " Zylinders 4 hinein, um gegen das abgeschrägte Ende des Kolbens 5 zur Anlage zu kommen, wenn dieser in seine vordere Endstellung bewegt wird und um entlang der Um- " fangsflache des Kolbens 5 nach oben zu gleiten.

Bei der in den Fig. 5 bis 8 wiedergegebenen Anordnung wird der Servomotorkolben 5 in seinem Zylinder 4 nach hinten (links) bewegt, wenn die Propellerflügel zur Vorwärtsbewegung des Fahrzeuges verstellt werden sollen. Demgemäß befinden sich das Abdichtelement 30 und das abgeschrägte Kolbenende 51 hinten auf der linken Seite des Zylinders 4. Der Hilfskolben 26 ist daher umgekehrt angebracht, wie in den Fig. 1 bis 4, d*h. er sitzt Innerhalb des linken Verbindungsflansches 24' der Welle

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6 anstatt in dem rechten Flansch 24.

In diesem Falle erfolgt die zu unterbrechende und durch einen Anschluß an eine Hilfsquelle zu ersetzende Verbindung zwischen dem Rohr 14 und der Öffnung 12 durch die Bohrung 29. Der Struktur nach bedingt diese abgewandelte Anordnung, daß das Rohr 14 in Gleiteingriff mit dem Ansatz 251 steht, während das Rohr 15 zu dem Ring 22 verschiebbar ist.

Die verbleibenden Einzelheiten der zweiten Ausführungsform stimmen völlig mit denen der Anordnung nach den Fig. 1 bis 4 Uberein.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Systems näher erläutert:

Während des Normalbetriebes stehen die Öffnungen 12 und 13 mit einer DruckflUssigkeltsquelle in Verbindung, wobei die Flüssigkeit durch geeignete Verstellung des Schiebers 9 zur Vorder- oder Rückseite des Servomotorkolbens 5 geleitet wird, damit die Steigung der Propellerflügel 2 zur Rückwärts- bzw. Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges ausgerichtet werden. Dieser Betrieb erfolgt in üblicher Weise, so daß sich eine nähere Beschreibung des Systems und seiner Funktionen erübrigt.

Wenn nun im Zusammenhang mit dem Einlaßgehäuse 8 oder der Druckflüssigkeitszuführung von der Haupt- oder Hilfsquelle Fehler oder Störungen eintreten sollten, versuchen die Propellerflügel ihre Steigung bis zur Rückwärtsbewegung des Fahrzeuges zu verändern, wodurch das Fahrzeug seine Lenkung verliert. Diese Unzulänglichkeit wird mittels der erfindungsgemäßen Anordnung wie folgt überwunden:

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Anstatt des aus der Bohrung 29 herausgenommenen Stiftes 292 wird in das Gewinde 291 eine zu einer Druckflüssigkeitsquelle führende Schlauchleitung eingeschraubt. Gleichzeitig öffnet man durch Entfernung des Stopfens 32 die Bohrung 31.

Wenn nun durch die Bohrung 29 Druckflüssigkeit eintritt, bewegt sich der Kolben 26 in Fig. 3 nach links und in Fig. 7 nach rechts, um die in dem unteren Bereich der Fig. 3 bzw. 7 dargestellte Position einzunehmen, in der

die Kolbenstange 27 in den Ring 22 eingreift. Hierdurch | wird die Verbindung zwischen der Öffnung 13 und dem Innenraum der Kolbenstange 27 sowie dem Rohr 14 unterbrochen, während von der Bohrung 29 durch den Raum an der Stirnseite des Kolbens 26, den Raum innerhalb der Kolbenstange 27, und das Rohr 15 zur Rückseite des Servomotorkolbens 5 ein Durchgang frei wird, aufgrund dessen letzterer so bewegt wird, daß die Propellerflügel 2 eine Einstellung zur Vorwärtsfahrt erhalten.

Der Zylinder 4 und der allgemeine Verstellmechanismus sind relativ zueinander so dimensioniert, daß der Kolben 5 bei Nonnalbetrieb seine Endstellung in dem Zylinder 4 * nicht einnimmt. Durch den Einfluß der durch die Bohrung 29 eintretenden Druckflüssigkeit wird der Kolben 5 in seine vordere oder hintere Endstellung gedrückt, in der die Lippe 30I des Dichtungselementes 30 gegen den abgeschrägten Teil 51 des Kolbens 5 anliegt und die zylindrische ümfangsflache umgibt. Auf diese Weise wird verhindert, daß irgendwelche Druckflüsslgkeitäecks an der Rückseite des Kolbens 5 auftreten und diesen zu einem Wandern nach hinten veranlassen können. Wenn sich der " Kolben in seiner Endstellung befindet und die Propellerflügel 2 dadurch auf volle Vorwärtssteigung eingestellt sind, wird die Zuführung von Druckflüssigkeit durch die

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Bohrung 29 unterbrochen und diese Bohrung mit einem Verschlußstift oder einem Rückschlagventil verschlossen.

Die Propellerflügel 2 sind nun in ihrer Endstellung für die VawMrtBfahrt. Das Fahrzeug ist im Vollbesitz seiner Lenkungskapazität, genauso wie ein solches mit einem Propeller mit gleichbleibender FlUgelsteigung, und die Steuerung kann in herkömmlicher Weise mittels eines Antriebsmotors erfolgen.

Sobald der Defekt in der Druckflüssigkeitsleitung repa- w 10 riert ist, wird der Stopfen 32 wieder aus der Bohrung 29 herausgenommen und die Öffnung 13 mit Druck beaufschlagt. Der Druck wird durch die Nuten 222 weitergeleitet und wirkt auf die den dicksten Teil 271 der Kolbenstange 27 darstellende^ Fläche 273 sowie gegen den dünneren Teil 272, so daß der Kolben 26 nach vorne geschoben wird bis er die im oberen Bereich der Fig. 3 und 7 wiedergegebene Stellung einnimmt und die üblichen Betriebsbedingungen wieder hergestellt sind. Wenn der Kolben 26 seine vordere Endstellung eingenommen hat, wird der Stift 291 wieder eingeführt und die Öffnung 31 mittels

des Stopfens 32 geschlossen. Wenn bei der Umkehr des fc abgestuften Kolbens 27 in die vordere Endstellung Schwierigkeiten auftreten, wird der Druck wieder durch die Bohrung 3I übertragen. Dieser Druck beaufschlagt die Rückseite des Kolbens 26 und schiebt den Kolben nach vorne in seine Endstellung.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 4 wird, wie bereits erwähnt, der Servomotorkolben nach vorne (rechts) bewegt, wenn die Propellerflügel in eine Stellung zur Vorwärtsfahrt gedreht werden sollen. Der Hilfskolben 26 befindet sich dann vor dem Servomotorsystem.

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Wenn jedoch das Servomotorsystem so ausgebildet ist, daß die Verdrehung der Propellerflügel in Vorwärtsstellung durch eine Rückwärtsbewegung (links) des Servomotorkolbens 5 erfolgt, wird das Hilfssystem hinter dem Gehäuse 8 untergebracht, wie aus den Fig. 5 bis 8 hervorgeht.

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Claims

Ansprüche

f 1.JVerstellpropeller, bei dem die Verstellung des Steigungswinkels der Propellerflügel um ihre eigene Achse mit Hilfe eines Servomotorsystems steuerbar ist, daß durch Druckflüssigkeit betätigt wird, gekennzeichnet durch eine Schieberventilanordnung, die axial zur Welle (6) des Propellers bewegbar ist, um hierdurch eine Umschaltung der zur Verstellung der Propellerflügel auf Vorwärtsfahrt dienenden Seite des Servomotors von der Verbindung mit einer Normaldruckflüssigkeitsquelle auf eine Verbindung mit einer Hilfsquelle zu bewirken, die unabhängig ist von dem normalen Verteiler- und Einführungssystem des Propellers.
2. Verstellpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schieberventilanordnung einen Kolben (26) aufweist, der mit Flüssigkeit aus der Hilfsquelle beaufschlagbar und mit einer hohlgebohrten Kolbenstange (27) versehen ist, die bei ihrer Längsbewegung die herkömmliche Zuführungsleitung zu dem die Einstellung der PropellerflUgel auf Vorwärtsfahrt bewirkenden Raum des Servomotors schließen und diesen Raum mit einer Hilfsquelle verbinden kann.
J5. Verstellpropeller nach Anspruch 2, dadurch gekennzei ohn'et , daß der Kolben (26) der Sohieberventilanordnung abgestuft gestaltet ist, wobei eine Kolbenfläohe die Umkehr des Kolbens aus der Umsohaltstellung in die Grundstellung bewirkt.
4. Verstellpropeller naoh den Ansprüchen 2 und 3* d a -

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durch gekennzeichnet« daß die ■ Schieberventilanordnung eine zentrale Kolbenführung (251) aufweist, die eine Phasenverschiebung zwischen der Sperrung der normalen Druckflüssigkeitseinlaßleitung und der öffnung der Hilfsquellenzuführung zum Servomotor bewirkt.
5. Verstellpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Servomotorzylinder mit einem Dichtungselement (30) versehen ist, das unter Mitwirkung des Servomotorkolbens (5) diesen hält und abdichtet, wenn er die Stellung eingenommen hat, in die er von der Druckflüssigkeit der Hilfsquelle bewegt worden ist.
6. Verstellpropeller nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß das Abdichtelement (30) des Servomotorzylinders mit einer abgeschrägten Umfangsflache des Servomotorkolbens (5) zusammenwirkt.

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