DE202021102565U1

DE202021102565U1 - Verstellpropeller

Info

Publication number: DE202021102565U1
Application number: DE202021102565.4U
Authority: DE
Original assignee: Otto Piening Schiffspropeller und Wellenanlagen GmbH
Current assignee: OTTO PIENING SCHIFFSPROPELLER UND WELLENANLAGE, DE
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2022-03-23
Anticipated expiration: 2031-05-12
Also published as: EP4019390A1; DE102020134740A1

Abstract

Verstellpropeller (14) mit
(a) einer Nabe (18),
(b) zumindest einem Propellerblatt (20), das an der Nabe (18) gelagert ist, und
(c) einem Feststofflagerelement (34) zwischen Propellerblatt (20) und Nabe (18), gekennzeichnet durch
(d) ein Kontaktelement (46), das die Nabe (18) und das Propellerblatt (20) elektrisch verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verstellpropeller, der (a) eine Nabe, (b) zumindest ein Propellerblatt, das an der Nabe gelagert ist, und (c) ein Feststofflagerelement zwischen Propellerblatt und Nabe aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine Schiffspropelleranlage mit (a) einem solchen Verstellpropeller und (b) einem Betätigungssystem zum Betätigen des zumindest einen Propellerblatts.
Eine derartige, aus der DE 10 2014 012 766 bekannte Schiffspropelleranlage ist umweltfreundlich, da das Propellerblatt mittels des Feststofflagerelements ölfrei an der Nabe gelagert ist. Feststofflagerelemente sind besonders dann vorteilhaft, wenn - was vorteilhaft, nicht aber notwendig ist - ein Wasserhydrauliksystem eingesetzt wird, da dann eine Kontamination des Wassers mit Mineralölprodukten ausgeschlossen ist. Zudem kann das Feststofflagerelement bei Verschleiß in der Regel schnell ausgetauscht werden.
Es hat sich herausgestellt, dass es unter ungünstigen Bedingungen zu einer Erhöhung der Rauheit der Oberfläche der Nabe und/oder des Propellerblattfußes des Propellerblatts und vorzeitigem Verschleiß kommen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.
Die Erfindung löst das Problem durch einen gattungsgemäßen Verstellpropeller, der ein Kontaktelement hat, das die Nabe und das Propellerblatt elektrisch verbindet. Die Erfindung löst das Problem zudem durch eine Schiffspropelleranlage mit den Merkmalen von Anspruch 9.
Vorteilhaft an einer derartigen Schiffspropelleranlage ist, dass diese weniger verschleißanfällig ist. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass sich zwischen der Nabe und dem Propellerblatt eine elektrische Spannung bilden kann. Es wurde zudem beobachtet, dass die zusätzliche Rauheit der Oberfläche entsteht, wenn sich diese Spannung ausbildet. Der genaue Mechanismus der Entstehung der Rauheit, die zu beträchtlichem Verschleiß führen kann, ist noch nicht näher bekannt. Möglicherweise handelt es sich um Kavitationsschäden durch implodierende Gasblasen, die durch Funküberschläge entstanden sind. Das Kontaktelement unterbindet das Entstehen einer elektrischen Spannung, die so groß ist, dass es zu elektrischen Funkenentladungen kommen kann. Günstig ist es, wenn das Kontaktelement zudem das Entstehen einer elektrischen Spannung unterbindet, die zu Funkenentladungen führt. Es ist auch möglich, dass die elektrische Spannung zu galvanischem Materialabtrag oder elektrochemischer Korrosion führt.
Vorteilhaft an der Erfindung ist zudem dass das Kontaktelement in der Regel vergleichswiese einfach herstellbar und montierbar ist, sodass der zusätzliche Aufwand durch das Vorsehen des Kontaktelements vergleichsweise klein ist.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Feststofflagerelement insbesondere ein Bauteil verstanden, das ein Teil eines Lagers, insbesondere eines Gleitlagers, für das Propellerblatt ist. Insbesondere bildet das Feststofflagerelement ein Lager, insbesondere ein Gleitlager, für das Propellerblatt. Das Feststofflagerelement kann ein Axiallager und/oder einer Radiallager für das Propellerblatt bilden.
Günstig ist es, wenn der Verstellpropeller zumindest ein zweites Propellerblatt aufweist, das ebenfalls an der Nabe gelagert ist. In diesem Fall besitzt der Verstellpropeller vorzugsweise ein zweites Kontaktelement zum elektrischen Kontaktieren der Nabe und des zweiten Propellerblatts. Das erste Kontaktelement ist auch Teil des Verstellpropellers.
Das Kontaktelement ist vorzugsweise so angeordnet, dass der einzige Leitpfad für elektrischen Strom vom Propellerblatt zur Nabe über das zumindest eine Kontaktelement führt. In anderen Worten existiert keine stetige Verbindungslinie zwischen einem Punkt des Propellerblatts und einem Punkt der Nabe, der nicht entweder über das Kontaktelement führt ober über einen elektrischen Widerstand entlang der Verbindungslinie von weniger als 100 kΩ, insbesondere weniger als 1 MΩ, hat.
Günstig ist es, wenn das Kontaktelement aus einem korrosionsbeständigen Material aufgebaut ist. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass das Kontaktelement so aufgebaut ist, dass 5 Jahre in Süßwasser eine Erhöhung des elektrischen Widerstands auf mehr als das Dreifache bewirken.
Vorzugsweise leitet das Kontaktelement elektrischen Strom durch freie Elektronen. Insbesondere ist das Kontaktelement vorzugsweise kein Ionenleiter. Insbesondere ist das Kontaktelement vorzugsweise aus Metall aufgebaut. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, dass das Kontaktelement als Opferanode ausgebildet ist.
Besonders günstig ist es, wenn das Kontaktelement eine Dichtung ist. Manche Verstellpropeller besitzen eine Dichtung zwischen der Nabe und dem Propellerblatt. Wenn die Dichtung als Kontaktelement ausgebildet wird, ist ein separates Kontaktelement entbehrlich. In anderen Worten ist es bei einem Verstellpropeller mit einer Dichtung im Leitpfad zwischen Nabe und Propellerblatt ausreichend, eine bestehende, elektrisch isolierende Dichtung gegen eine elektrisch leitfähige Dichtung auszutauschen, um Verschleiß durch Funkenentladung zu verhindern, wenn ein Wasserhydrauliksystem verwendet wird.
Vorzugsweise dichtet die elektrisch leitfähige Dichtung die Nabe gegen das Propellerblatt ab.
Die Dichtung hat vorzugsweise eine so hohe elektrische Leitfähigkeit, dass Funken aufgrund einer elektrostatischen Aufladung des Propellerblatts relativ zur Nabe unterbunden werden.
Günstig ist es, wenn die Dichtung aus elektrisch leitfähigem Elastomer besteht. Beispielsweise beträgt ein spezifischer elektrischer Widerstand höchstens 1 Ω/m (=100 Ω/cm), insbesondere höchstens 0,1 Ω/m, bevorzugt höchstens 0,01 Ω/m (1 Ω/cm). Der spezifische elektrische Widerstand wird nach der US-Militärnorm MIL-DTL 83528, Stand 1.1.2021 bestimmt.
Die Dichtung besteht aus zumindest einem Dichtungsmaterial. Das Dichtungsmaterial weist vorzugsweise ein Matrixmaterial auf, in das Leitpartikel eingelagert sind. Das Matrixmaterial kann beispielsweise aus Silikon, Fluorsilikon, einem Fluorkohlenwasserstoff oder Kautschuk, insbesondere Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, aufgebaut sein. Die Leitpartikel können beispielsweise aus einem Material bestehen, bei dem freie Elektronen die elektrische Leitung bewirken. Beispielsweise können die Leitpartikel aus Metall, einer Legierung oder Graphit bestehen.
Um sowohl einen elektrischen Kontakt zwischen der Nabe und dem Propellerblatt herzustellen und eine möglichst hohe Dichtwirkung der Dichtung zu erhalten, kann es vorteilhaft sein, wenn die Dichtung einen elektrisch leitfähigen Bereich und einen elektrisch isolierenden Bereich aufweist. Die Bereiche sind vorzugsweise miteinander, insbesondere stoffschlüssig, verbunden. Vorzugsweise ist die Dichtung durch Koextrusion hergestellt.
Wenn die Dichtung aus zwei Bereichen besteht, besteht das Dichtungsmaterial dieses Bereichs vorzugsweise wie oben beschrieben aus dem Matrixmaterial und den darin eingelagerten Leitpartikeln.
Das Feststofflagerelement ist vorzugsweise elektrisch nicht leitend. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass der elektrische Widerstand so groß ist, dass sich eine elektrostatische Spannung von zumindest 20 Volt allein durch Bewegen des Propellerblatts relativ zur Nabe zwischen dem Propellerblatt und der Nabe aufbauen kann.
Günstig ist es, wenn das Kontaktelement zumindest an seiner Oberfläche eine Härte von zumindest 100 HV10, insbesondere zumindest 200 HV10 hat. Günstig ist es zudem, wenn ein Gegenelement, an dem das Kontaktelement anliegt, ebenfalls eine Härte von zumindest 100 HV10, insbesondere zumindest 200 HV10, hat. Die Härte des Kontaktelements ist vorzugsweise kleiner als 650 HV10.
Günstig ist es, wenn das Gegenelement eine größere Härte hat als das Kontaktelement. In diesem Fall verschleißt das Kontaktelement stärker als das Gegenelement. Das Kontaktelement kann jedoch vergleichsweise einfach ausgetauscht werden.
Unter dem Gegenelement wird derjenige Teil eines Bauteils verstanden, an dem das Kontaktelement anliegt. Das Gegenelement kann eine Oberfläche eines Bauteils sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Gegenelement durch eine Beschichtung gebildet ist.
Günstig ist es, wenn das Kontaktelement und/oder das Gegenelement gehärtet sind. Beispielsweise beträgt eine Härte des Kontaktelements zumindest 48 HRC, besonders bevorzugt zumindest 53 HRC, insbesondere zumindest 55 HRC.
Bevorzugt ist das Festlagerelement aus selbstschmierendem Kunststoff aufgebaut. Alternativ oder zusätzlich ist das Feststofflagerelement vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff aufgebaut. Bei dem Kunststoff handelt es sich beispielsweise um ein Duroplast. Als besonders günstig hat sich herausgestellt, wenn das Feststofflagerelement ein Phenolharz, das eine Matrix bildet und als in die Matrix eingebettetes Polytetrafluorethylen enthält oder daraus aufgebaut ist.
Ist der Kunststoff faserverstärkt, so sind die Fasern vorzugsweise aus hydrophilem Material aufgebaut. Insbesondere ist es günstig, wenn die Fasern Kunststofffasern sind. Beispielsweise sind die Fasern für einen faserverstärkten Kunststoff herausgestellt.
Günstig ist es, wenn das Betätigungssystem ein Hydrauliksystem, insbesondere ein Wasserhydrauliksystem ist. Ein Wasserhydrauliksystem verwendet als Druckfluid eine hydrophile Flüssigkeit, bei der es sich um Wasser handeln kann, das ist aber nicht notwendig. Insbesondere kann es sich auch um eine andere hydrophile Flüssigkeit handeln, beispielsweise Glycerin oder eine Mischung aus Wasser und Glycerin. Wird eine Wasserhydraulik verwendet, so bewirkt das Feststofflagerelement vorzugsweise eine selbstschmierende Lagerung des Propellerblatts an der Nabe. Das ist günstig, da Wasser keine oder nur wenig Schmiereigenschaften aufweist.
Ist das Hydrauliksystem kein Wasserhydrauliksystem, sondern ein Ölhydrauliksystem, ist die Verwendung des Feststofflagerelements ebenfalls vorteilhaft, insbesondere wenn - wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen - kein flüssiger Schmierstoff verwendet wird. Ein pastöser oder sehr zähflüssiger Schmierstoff wie Fett wird ebenfalls als Schmierflüssigkeit betrachtet. Ist das Feststofflagerelement selbstschmierend ist, ist eine Verschmutzung des umgebenden Wassers durch Schmiermittel sehr unwahrscheinlich.
Alternativ ist das Betätigungssystem ein elektrisches Betätigungssystem, das einen Elektromotor aufweist. Mittels des Elektromotors wird - direkt oder indirekt - der Verstellpropeller betätigt. Vorzugsweise steht der Elektromotor in mechanischer Wirkverbindung mit dem Propellerblatt. In anderen Worten wird das Drehmoment zum Drehen des Propellerblatts ausschließlich über mechanische Mittel übertragen und beispielsweise nicht hydraulisch.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt ein elektrischer Widerstand zwischen der Nabe und dem Propellerblatt ohne Kontakt zwischen Kontaktelement und Nabe und/oder Kontaktelement und Verstellpropeller zumindest 100 Kiloohm, insbesondere zumindest 1 Megaohm, besonders bevorzugt zumindest 3 Megaohm. Unter diesen Bedingungen kann es ohne Kontaktelement zu dem oben genannten zusätzlichen Verschleiß aufgrund elektrostatischer Aufladung des Propellerblatts relativ zur Nabe kommen.
Günstig ist es, wenn der elektrische Widerstand zwischen der Nabe und dem Propellerblatt bei Kontakt zwischen Kontaktelement und Nabe und/oder Kontaktelement und Propellerblatt höchstens 10 Kiloohm, insbesondere höchstens 1 Kiloohm, besonders bevorzugt höchstens 100 Ohm, beträgt. Günstig ist es, wenn das Kontaktelement den elektrischen Widerstand zwischen Nabe und Propellerblatt auf höchstens ein Zehntel, vorzugsweise höchstens ein Hundertstel, besonders bevorzugt höchstens ein Tausendstel, des Widerstands ohne Vorhandensein des Kontaktelements reduziert. Die angegebenen Widerstandswerte können einfach dadurch gemessen werden, dass der Widerstand einmal mit eingebautem Kontaktelement und einmal ohne eingebautes Kontaktelement gemessen wird.
Günstig ist es, wenn eine spezifische Leitfähigkeit eines Feststofflagerelementmaterials, aus dem das Feststofflagerelement aufgebaut ist, insbesondere höchstens 10^-8 Siemens pro Meter, besonders bevorzugt höchstens 10^-7 Siemens pro Meter, beträgt. In diesem Fall kann es zu der oben genannten elektrostatischen Aufladung kommen.
Vorzugsweise umfasst der Verstellpropeller eine Feder, die über das Kontaktelement eine Kraft zwischen Propellerblatt und Nabe ausübt. In anderen Worten drückt die Feder das Kontaktelement gegen das Propellerblatt und/oder die Nabe. Günstig, nicht aber notwendig, ist es, wenn die Feder elektrisch leitend ist. Durch die Feder wird das Kontaktelement gegen ein Gegenelement gedrückt, mit dem die Feder in Kontakt steht. Auf diese Weise wird ein elektrischer Kontakt zwischen Kontaktelement und Gegenelement sichergestellt.
Unter dem Propellerblatt wird insbesondere das Bauteil oder die Bauteilgruppe verstanden, das/die relativ zur Nabe verstellbar ist. Das Propellerblatt hat einen blattförmigen Propellerblattabschnitt und einen Propellerblattfuß.
Vorzugsweise bildet das Kontaktelement einen Schleifkontakt zwischen Propellerblatt und Nabe. In anderen Worten schleift das Kontaktelement an einem Gegenelement. Dadurch wird ein elektrischer Kontakt zwischen Propellerblatt und Nabe hergestellt.
Günstig ist es, wenn das Propellerblatt und/oder die Nabe opferanodenfrei ist. Opferanoden bewirken in der Regel einen erhöhten Strömungswiderstand, was den Wirkungsgrad vermindert.
Vorzugsweise übt das Federelement eine Federkraft aus, die entlang einer Drehachse des Propellerblatts wirkt. Ein verstellbares Propellerblatt ist um eine Drehachse drehbar. Es hat sich als günstig herausgestellt, wenn die Federkraft entlang dieser Drehachse wirkt. Unter dem Merkmal, dass die Kraft entlang der Drehachse wirkt, wird insbesondere verstanden, dass es möglich, nicht aber notwendig ist, dass ein Winkel zwischen dem Vektor der Federkraft und der Drehachse null ist. Insbesondere ist es möglich, dass der Winkel kleiner ist als 20°, insbesondere vorzugsweise kleiner als 10°.
Günstig ist es, wenn die Federkraft bezüglich einer Propeller-Drehachse wirkt radial auswärts. In diesem Fall addiert sich die Fliehkraft, die durch die Drehung des Verstellpropellers um seine Propeller-Drehachse auf das Kontaktelement wirkt, zur Federkraft hinzu. Bei hohen Drehfrequenzen des Verstellpropellers ist der elektrische Kontakt dadurch besonders gut.
Günstig ist es, wenn das Feststofflagerelement einen Graphitanteil von höchstens 5% hat. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Betätigungssystem ein Wasserhydrauliksystem ist. In diesem Fall führt ein hoher Graphitanteil dazu, dass sich Graphit im hydrophilen Druckmedium, insbesondere dem Wasser, sammelt und das Wasserhydrauliksystem, insbesondere ein etwaig vorhandener Filter, beschädigt wird.
Das Hydrauliksystem umfasst vorzugsweise einen Aktuator, insbesondere einen Hydraulikzylinder, zum Betätigen des Propellerblatts. Dies kann mittelbar oder unmittelbar erfolgen. Insbesondere ist es möglich, dass der Aktuator auf ein Zwischenelement wirkt, was seinerseits auf das Propellerblatt wirkt, es ist zudem möglich, dass das Hydrauliksystem einen zweiten Aktuator aufweist, dass kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn für jede Betätigungsrichtung des Propellerblatts ein eigener Aktuator vorgesehen ist.
Das Hydrauliksystem besitzt vorzugsweise eine Hydraulikleitung zum Zuleiten von Druckfluid, insbesondere hydrophilem Druckfluid, beispielsweise Druckwasser, zum Hydraulikaktuator. Unter Druckwasser wird Wasser verstanden, dass unter einem Druck von vorzugsweise zumindest 500 kPa (ca. 5 bar) steht. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass das Druckwasser reines Wasser ist. In der Regel enthält das Druckwasser Additive, beispielsweise ein Korrosionsschutzmittel und/oder ein Frostschutzmittel und/oder ein Verkeimungsschutzmittel.
Günstig ist es, wenn das Hydrauliksystem eine Druckwasserquelle zum Abgeben von Druckwasser in die Hydraulikleitung aufweist. Die Druckwasserquelle ist vorzugsweise eine Druckpumpe. Günstig ist es, wenn die Druckwasserquelle zum Abgeben von Druckwasser mit einem Druck von zumindest 20 bar ausgelegt ist. Vorzugsweise beträgt der Druck höchstens 500 bar.
Erfindungsgemäß ist zudem ein Schiff mit einer erfindungsgemäßen Schiffspropelleranlage.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Schiffspropelleranlage,
2 eine Detailansicht des Verstellpropellers der Schiffspropelleranlage gemäß 1 und
3 eine Detailansicht eines Verstellpropellers einer erfindungsgemäßen Schiffspropelleranlage gemäß einer zweiten Ausführungsform.
4 zeigt eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Verstellpropellers einer erfindungsgemäßen Schiffspropelleranlage gemäß einer dritten Ausführungsform und
5 in der 5a eine Draufsicht auf ein Kontaktelement in Form einer Dichtung und in der 5b ein Querschnitt durch diese Dichtung.

1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Schiff 10, aus dessen Heckwand 12 ein Verstellpropeller 14 einer erfindungsgemäßen Schiffspropelleranlage 16 ragt. Der Verstellpropeller 14 besitzt eine Nabe 18 sowie ein erstes Propellerblatt 20.1 und ein zweites Propellerblatt 20.2, die an der Nabe 18 um eine jeweilige Propellerblatt-Drehachse D_20.1, D₂₀ drehbar gelagert sind. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass die beiden Propellerblatt-Drehachsen D_20.1, D_20.2 kollinear verlaufen.
Die Schiffspropelleranlage 16 besitzt zudem ein Betätigungssystem 22, mittels dem die Propellerblätter 20.1, 20.2 um ihre jeweilige Propellerblatt-Drehachse D_20.1, D_20.2 drehbar sind.
2 zeigt eine Ausschnitts-Detailansicht des Verstellpropellers 14, die an einer Welle 24 befestigt ist, die um eine Propeller-Drehachse D₁₄ drehbar ist. Die Welle 24 ist mit einem Antriebsaggregat des Schiffs verbunden. Beispielsweise ist die Welle 24 mit einem Schiffsgetriebe verbunden, das seinerseits mit einem Motor, insbesondere einem Schiffsdiesel, verbunden ist. Die Welle 24 kann auch mittels eines Elektromotors angetrieben sein.
Durch die Welle 24 verläuft eine Hydraulikleitung 26, die ein Druckfluid 28, im vorliegenden Fall Druckwasser, zu einem Hydraulikzylinder 30 leitet. Der Hydraulikzylinder 30 betätigt ein Verstelljoch 32, dass eine Bewegung des Hydraulikzylinders 30, hier: entlang der Propeller-Drehachse D₁₄, in eine Bewegung der Propellerblätter 20.1, 20.2 um ihre jeweilige Propeller-Drehachse D_20.1, D_20.2 umsetzt.
2 zeigt, dass der Verstellpropeller 14 zumindest ein Feststofflager 34.1 besitzt, das zwischen dem Propellerblatt 20.1 und der Nabe 18 angeordnet ist. Das zweite Propellerblatt 20.2 (siehe 1) ist baugleich zum ersten Propellerblatt 20.1. Zwischen dem zweiten Propellerblatt 20.2 und der Nabe 18 ist ein nicht eingezeichnetes zweites Feststofflagerelement angeordnet.
In der vorliegenden Ausführungsform besitzt der Verstellpropeller zudem ein weiteres Feststofflagerelement 36.1, das einen Zapfen 38.1 des Propellerblatts 20.1 lagert. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass der Verstellpropeller zudem einen Lagerring 40.1 besitzt, der ein Axiallager für den Zapfen 38.1 darstellt. 2 zeigt, dass die Nabe 18 mittels eines Passstifts 42 an der Welle 42 befestigt ist.
Im Detailbild ist der Bereich eines Flügelfußes 44.1 des Propellerblattes 20.1 der Nabe 18 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass das Feststofflagerelement 34 sowohl ein Radiallager als auch ein Axiallager für das Propellerblatt 20.1 darstellt.
Der Verstellpropeller 14 besitzt ein Kontaktelement 46, das im vorliegenden Fall durch einen Metallstift gebildet ist. Das Kontaktelement 46 wird mittels einer Feder 48 auf die Nabe 18 hin gedrückt, sodass sich ein Schleifkontakt ergibt. Im vorliegenden Fall verläuft eine Federkraft $\vec{F}$
entlang der Propellerblatt-Drehachse D_20.1.
1 zeigt im Detailbild, dass der Verstellpropeller 40 eine Dichtung 50 besitzen kann, die das Propellerblatt 20.1 gegen die Nabe 18 abdichtet. Radial innerhalb der Dichtung 50 ist die Trockenseite der Dichtung 50 und das Kontaktelement 46 ist auf dieser Trockenseite der Dichtung 50 angeordnet. Dadurch ist das Kontaktelement 46 gegen etwaiges in der Umgebung befindliches Wasser 52 geschützt. Das Kontaktelement 46 wird gegen ein Gegenelement 54 gedrückt, das im vorliegenden Fall die Nabe 18 selbst ist. Die Dichtung kann beispielsweise aus Gummi oder Silikon aufgebaut sein.
Im vorliegenden Fall ist das Kontaktelement aus Kupfer oder Edelstahl, beispielsweise 1.4462, aufgebaut. Es ist möglich, dass das Gegenelement 54 durch einen gehärteten Bereich der Nabe 18 gebildet ist, das ist aber nicht notwendig.
Ein elektrischer Widerstand W_o zwischen der Nabe 18 und dem Propellerblatt 20.1 beträgt W_o > 1MΩ, wenn das Kontaktelement 46 nicht vorhanden ist. Der Grund dafür ist, dass das Feststofflagerelement 34 aus einem elektrischen Nichtleiter besteht.
Ist das Kontaktelement 46 in Kontakt mit dem Gegenelement 54, so beträgt ein elektrischer Widerstand W_m höchstens ein Zehntel, insbesondere höchstens ein Hundertstel des Widerstandswertes W_o ohne das Kontaktelement. In anderen Worten verläuft der einzige Leitpfad von dem Propellerblatt 20.1 zur Nabe 18 über das Kontaktelement 46.
Das Feststofflagerelement 34 ist im vorliegenden Fall aus baumwollfaserverstärktem Polytetrafluorethylen aufgebaut. Der Vorteil daran ist, dass dies zu einer besonders reibungsarmen Lagerung der Propellerblätter 20.1, 20.2 an der Nabe 18 führt. Es sind aber auch andere Materialien für das Feststofflagerelement denkbar, da mittels des Hydraulikzylinders 30 vergleichsweise hohe Kräfte aufgebracht werden können.
Das Detailbild in 2 zeigt, dass die elektrische Verbindung zwischen dem Propellerblatt 20.1 und der Nabe 18 entweder über die Feder 48 und/oder über eine Seitenwand des Kontaktelements 46 hergestellt werden kann.
3 zeigt einen Teil-Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stellpropeller 14 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Das Kontaktelement trägt hier das Bezugszeichen 46' und ist mit dem Verstelljoch 32 verbunden und kontaktiert den Flügelfuß 44.1, im vorliegenden Fall in einem Flügelteller 45.1.
Es ist zu erkennen, dass die Feder 48 eine Federkraft ${\vec{F}}_{48}$
ausübt, die in die gleiche Richtung weist wie eine Fliehkraft ${\vec{F}}_{f} .$
Die Fliehkraft ${\vec{F}}_{f}$
entsteht durch Rotation der Nabe 18 um die Propeller-Drehachse D₁₄ (vgl. 1).
Gestrichelt ist eine alternative Anordnung des Kontaktelements mit dem Bezugszeichen 46" gezeigt. Das Kontaktelement 46" ist darin in einem Pin 55.1 des Flügelfußes 44.1 untergebracht werden. Dort kann eine nicht leitende Feder 48" benutzt werden. Insbesondere kann eine solche Feder 48" gewählt werden, die beim Schweißen nicht zerstört wird.
1 zeigt ein Hydrauliksystem 56 der Schiffspropelleranlage 16, das neben dem Aktuator 30 in Form des Hydraulikzylinders sowie der Hydraulikleitung 26 eine Druckfluidquelle 58 besitzt. Die Druckfluidquelle 58 umfasst im vorliegenden Fall einen Tank 60, der mit einer hydrophilen Hydraulikflüssigkeit 62 geführt ist.
Die Hydraulikflüssigkeit 62 besteht im vorliegenden Fall zu 0%, insbesondere 0,1%, bis 60% eines Frostschutzmittels, beispielsweise in Form von 1,2-Propandiol, und dem Rest Leitungswasser.
Die Hydraulikfluidquelle 58 umfasst eine Druckpumpe 64, sodass die Druckfluidquelle 58 Hydraulikflüssigkeit 62 mit einem Hydraulikdruck von p₆₂ = 10 bar... 80 bar abgibt.
Die Schiffspropelleranlage 16 umfasst zudem einen Tank 60, in dem Hydraulikflüssigkeit 62 enthalten ist.
4 zeigt eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Schiffspropellers 14 gemäß einer dritten Ausführungsform. Die Dichtung 46 ist elektrisch leitfähig ausgebildet. Im vorliegenden Fall besteht die Dichtung 46 aus einem Dichtungsmaterial in Form eines Elastomers, das aus Silikon als Matrixmaterial und aus darin eingelagerten Metallpartikeln, im vorliegenden Fall aus Nickel- und Kupferpartikeln, besteht. Ein spezifischer Widerstand p des Dichtungsmaterials liegt bei 0,25 Ω*cm.
Die Dichtung 46 ist zwischen der Nabe 18 und dem Propellerblattfuß 44.1 des Propellerblatts 20 angeordnet. Es ist günstig, nicht aber notwendig, wenn die Dichtung 46, wie im vorliegenden Fall, im Querschnitt X-förmig ist.
Die Dichtung 46 kann, wie schematisch eingezeichnet ist, einen ersten Bereich B1 und einen zweiten Bereich B2 aufweisen, die miteinander stoffschlüssig verbunden sind. Das Dichtungsmaterial im ersten Bereich B1 kann sich - was unabhängig von anderen Merkmalen, die im Zusammenhang mit dieser Ausführungsform genannt sind, ist und eine bevorzugte Ausführungsform darstellt - in seiner elektrischen Leitfähigkeit um den Faktor 10 von der elektrischen Leitfähigkeit des Dichtungsmaterial im zweiten Bereich B2 unterscheiden.
5a zeigt eine Draufsicht auf die Dichtung 46. Ein Dichtungs-Innendurchmesser d₅₀ liegt vorzugsweise zwischen d₅₀= 50 mm und = 1000 mm.
5b zeigt einen Querschnitt A-A durch die Dichtung 46. Es ist zu erkennen, dass die Dichtung 46 X-förmig im Querschnitt ist. Ein Eckenradius R1 der Ecken der Dichtung ist vorzugsweise kleiner als ein Flankenradius R2 der Querschnittsfläche zwischen den Ecken. Zwischen den Ecken ist die Querschnittsfläche konkav, an den Ecken konvex. Vorzugsweise beträgt der Radius zwischen R1 = 0,5 mm und R1 = 1,5 mm. Günstig ist es zudem, wenn der Flankenradius R2 zwischen R2 = 3 mm und R2 = 5 mm liegt.
Bezugszeichenliste

10: Schiff
12: Heckwand
14: Verstellpropeller
16: Schiffspropelleranlage
18: Nabe
20: Propellerblatt
22: Betätigungssystem
24: Welle
26: Hydraulikleitung
28: Druckfluid
30: Aktuator, Hydraulikzylinder
32: Verstelljoch
34: Feststofflagerelement
36: weiteres Feststofflagerelement
38: Zapfen
40: Lagerring
42: Passstift
44: Propellerblattfuß
46: Kontaktelement
48: Feder
50: Dichtung
52: Wasser
54: Gegenelement
55: Pin
56: Hydrauliksystem
58: Druckfluidquelle
60: Tank
62: Hydraulikflüssigkeit
64: Druckpumpe
p: spezifischer Widerstand
B: Bereich
D20: Propellerblatt-Drehachse
D14: Propeller-Drehachse
d50: Dichtungs-Innendurchmesser
F⃗48: Federkraft
Wo: Widerstandswert
Wm: elektrischer Widerstand
F⃗f: Fliehkraft
p62: Hydraulikdruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014012766 [0002]

Claims

Verstellpropeller (14) mit (a) einer Nabe (18), (b) zumindest einem Propellerblatt (20), das an der Nabe (18) gelagert ist, und (c) einem Feststofflagerelement (34) zwischen Propellerblatt (20) und Nabe (18), gekennzeichnet durch (d) ein Kontaktelement (46), das die Nabe (18) und das Propellerblatt (20) elektrisch verbindet.
Verstellpropeller (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (46) eine Dichtung (50) ist.
Verstellpropeller (14) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (50) die Nabe (18) gegen das Propellerblatt (20) abdichtet.
Verstellpropeller (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (50) (a) elektrisch leitfähiges Elastomer aufweist, insbesondere aus elektrisch leitfähigem Elastomer besteht und/oder (b) einen spezifischen elektrischen Widerstand (p) von höchstens 0,1 Ohmmeter hat.
Verstellpropeller (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (46) zumindest abschnittsweise aus einem Dichtungsmaterial besteht, das aus einem Matrixmaterial und in dem Matrixmaterial eingelagerten Leitpartikeln besteht.
Verstellpropeller (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (50) einen elektrisch leitfähigen Bereich (B1) und einen elektrisch isolierenden Bereich (B2) aufweist.
Verstellpropeller (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (50) einen Dichtungs-Innendurchmesser (d₅₀) zwischen 100 und 1000 mm hat.
Verstellpropeller (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststofflagerelement (34) (a) ein Gleitlager für das Propellerblatt (20) bildet und/oder (b) aus selbstschmierendem und/oder faserverstärktem Kunststoff aufgebaut ist.
Verstellpropeller (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) ein elektrischer Widerstand (W_m) zwischen Nabe (18) und Propellerblatt (20) - ohne Kontakt zwischen Kontaktelement und Nabe (18) und/oder Kontaktelement (46) und Propellerblatt (20) zumindest 100 Kiloohm beträgt und - mit Kontakt zwischen Kontaktelement (46) und Nabe (18) und/oder Kontaktelement (46) und Propellerblatt (20) höchstens 10 Kiloohm beträgt und/oder (b) eine spezifische Leitfähigkeit eines Feststofflagerelementmaterials, aus dem das Feststofflagerelement (34) aufgebaut ist, höchstens 10^-7 Siemens pro Meter beträgt.
Verstellpropeller (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellpropeller (14) eine, insbesondere elektrisch leitende, Feder (48) hat, die über das Kontaktelement (46) eine Kraft zwischen Propellerblatt (20) und Nabe (18) ausübt.
Verstellpropeller (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch (a) eine Dichtung (50), die das zumindest eine Propellerblatt (20) gegen die Nabe (18) (wasserdicht) abdichtet, wobei (b) das Kontaktelement (46) auf einer trockenen Seite der Dichtung (50) angeordnet ist.
Verstellpropeller (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (46) einen Schleifkontakt zwischen Propellerblatt (20) und Nabe (18) bildet.
Verstellpropeller (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) das Propellerblatt (20) opferanodenfrei ist und/oder (b) die Nabe (18) opferanodenfrei ist.
Verstellpropeller (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine Federkraft $({\vec{F}}_{48})$
ausübt, die (a) in eine Federrichtung entlang einer Propellerblatt-Drehachse (D₂₀) des Propellerblatts (20) wirkt und/oder (b) radial auswärts bezüglich einer Propeller-Drehachse (D₁₄) wirkt.
Verstellpropeller (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststofflagerelement (34) einen Graphitanteil von höchstens 5% hat.
Schiffspropelleranlage (16) mit (a) einem Verstellpropeller (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche und (b) einem Betätigungssystem (22) zum Betätigen des zumindest einen Propellerblatts (20), (c) wobei das Betätigungssystem (22) ein Hydrauliksystem (56), insbesondere ein Wasserhydrauliksystem, ist.
Schiffspropelleranlage (16) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem (56) (a) einen Aktuator (30), insbesondere einen Hydraulikzylinder (30), zum Betätigen des Propellerblatts (20), (b) eine Hydraulikleitung (26) zum Zuleiten von Druckwasser zum Hydraulikaktuator und (c) eine Druckwasserquelle zum Abgeben von Druckwasser an die Hydraulikleitung (26) aufweist.