DE2230845A1 - Vorrichtung zum verstellen der fluegel von schrauben od.dgl., beispielsweise von schiffsschrauben - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipi.-ing. Walter Meissner Dipi.-ing. Herbert Tischer BERLIN-GRUNEWALD MÜNCHEN

8 München 2, den 23. Juni 1972

Tal 71

Fernspr. 221298

/Sl

SOGIETE FINMCIERE ET INDUSTRIELLE DES ATELIERS ET CHANTIERS DE BRETAGNE, Nantes (Frankreich)

Vorrichtung zum Verstellen der Flügel von Schrauben od. dgl., beispielsweise von Schiffsschrauben

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen der Flügel von Schrauben od. dgl., beispielsweise von Schiffsschrauben, bei der die Flügel mittels eines doppeltwirkenden Druckzylinders betätigt werden.

Die Verstellung der Flügel wird vorgenommen, um im Betrieb die Steigung kontinuierlich zu verändern und dadurch optimale Bedingungen entsprechend den verschiedenen Betriebsverhältnissen zu erhalten.

Bei für große Leistungen ausgebildeten Schiffsschrauben mit verstellbaren Flügeln wird das Verdrehen bzw. Verschwenken der Flügel um ihre Achse im allgemeinen durch die Umformung der geradlinigen Bewegung eines hydraulischen Druckzylinders in eine Drehbewegung erhalten. Die Kraft des Druckzylinders wird auf einen Zapfen ausgeübt, der exzentrisch zur Schwenk-{jchse des Flügels angeordnet und an diesem befestigt ist.

Die Kraftübertragung erfolgt entweder durch eine Schubstange oder durch einen auf den Zapfen gesetzten Laufring,

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der sich in einer Nut verschiebt.

Der Druckzylinder wird gev/öhnlich gemeinsam für alle Flügel der Schraube vorgesehen und seine Längsachse deckt sich dann mit der Schraubenwelle. Meistens ist der Druckzylinder im Innern der Nabe der Schraube angeordnet.

Die Vorrichtungen zum Verstellen der Flügel können in zwei Gruppen unterteilt werden, nämlich Vorrichtungen, bei denen der Druckzylinder auf einen einzigen Exzenterzapfen an Jedem Flügel einwirkt, so daß bei der Verschwenkbewegung eine Kraft parallel zur Längsachse der Schraubenwelle entsteht, die durch die Nabe der Schraube ausgeglichen werden muß, und Vorrichtungen, bei denen auf zwei diametral gegenüberliegende Zapfen an jedem Flügel eingewirkt wird, so daß ein Kräftepaar entsteht. Hierbei entfällt eine axiale Reaktionskraft.

Bei der ersten Gruppe kann entweder eine Vorrichtung mit festem Zylinder und beweglichem Kolben benutzt werden, wobei das Verschwenken der Flügel von der Kolbenstange abgeleitet wird, oder es kann eine Vorrichtung mit festem Kolben und beweglichem Zylinder vorgesehen werden, wobei der Kolben mit der Nabe fest verbunden ist. Hierbei wird die Bewegung des Zylinders auf die Flügel übertragen.

Bei der zweiten Gruppe können zwei doppeltwirkende Druckzylinder mit festem Zylinder und beweglichem Kolben angeordnet werden, wobei Jeder Kolben auf einen der beiden Zapfen des Flügels einwirkt. Die Druckzylinder liegen auf der einen und der anderen Seite der Schwenkachse des Flügels.

Ferner kann auch eine Vorrichtung mit beweglichem Kolben und beweglichem Zylinder benutzt werden, wobei sich Kolben und Zylinder gleichzeitig verschieben und ihre Be-

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wegu. G entsprechend auf zwei diametral gegenüber angeordnete Zapfen an demselben Flügel übertragen wird.

Bei dieser Vorrichtung wird der Druckzylinder im allgemeinen hinter der Schwenkachse des Flügels vorgesehen.

Bei allen Anlagen, die Vorrichtungen mit verstellbaren Flügeln wie Schrauben od. dgl. enthalten, die entweder als Antriebsorgan oder zur Energiegewinnung dienen, wie dies bei Rotoren von Turbinen der Fall ist," spielt der Raumbedarf eine grundsätzliche Rolle.

Insbesondere im. Schiffsbau wird von den Konstrukteuren einerseits gefordert, daß der Raumbedarf in Längsrichtung mit dem von Schrauben mit festen Flügeln vergleichbar sein soll. Andererseits ist der maximale Durchmesser der Schraube durch den Tiefg&ng des Schiffs begrenzt und "Überlegungen hinsichtlich der Leistung bzw. des Wirkungsgrads zwingen dazu, aas Verhältnis des Nabendurchmessers zum Schraubendurchmesser so weit als möglich zu vermindern, d.h. die Nabe soll so klein wie möglich sein.

In den bekannten Vorrichtungen der erwähnten Art ist der Querschnitt der Druckkammer, durch die die Flügel der Schraube in der Richtung verstellt werden, die dem Übergang von der Rückwärtsfahrt zur Vorwärtsfahrt entspricht, fast derselbe wie der der Druckkammer, die die Flügel in der entgegengesetzten Richtung verstellt, d.h. von Vorwärtsfahrt auf Rückwärtsfahrt.

Erfahrungsgemäß ist jedoch die zum Verschwenken des Flügels einer Schraube erforderliche Kraft am größten, wenn der Flügel aus der Stellung, die der Rückwärtsfahrt des Schiffes entspricht, in die der Vorwärtsfahrt entsprechende Stellung bewegt wird. In dem Fall, wo die Verstellung

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von Vorwärtsfahrt auf Rückwärtsfahrt erfolgt, ist die erforderliche Kraft viel weniger groß.

Daraus folgt also, daß bei den erwähnten Vorrichtungen, wo die Querschnitte praktisch einander gleich· sind, für die Verstellung der Flügel in Richtung von Vorwärtsfahrt zur Rückwärtsfahrt eine viel zu große Kraft für das Verstellen der Flügel von Vorwärtsfahrt auf Rückwärtsfahrt geliefert wird. Der zur Unterbringung der Verstellvorrichtung verfügbare Raum wird demgemäß nicht optimal ausgenutzt.

Die wesentliche Aufgabe der Erfindung liegt darin, den zur Verfügung stehenden Raum in maximaler Weise auszunutzen, indem für die Erzeugung der Kraft, die für das Verstellen von Rückwärtsfahrt auf Vorwärtsfahrt erforderlich ist, eine totale Kolbenfläche vorgesehen wird, die erheblich größer ist als die Kolbenfläche für das Verstellen von Vorwärtsfahrt auf Rückwärtsfahrt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Druckzylinder drei Druckkammern enthält, von denen zwei miteinander in Verbindung stehen und so angeordnet sind, daß sich die in den Kammern entstehenden Kräfte zum Verschwenken der Flügel in einer Richtung ergänzen, während die dritte zum Verschwenken der Flügel in der anderen Richtung allein wirkt, so daß in der einen Richtung eine größere Verstellkraft entsteht als in der anderen Richtung, wodurch der Raumbedarf der Vorrichtung vermindert ist.

Indem die nutzbaren Querschnitte der Naben passend gewählt werden, können verschiedene den Verhältnissen angepaßte Kräfte erhalten werden, und es kann eine sehr kompakte Vorrichtung verwirklicht werden.

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Die Erfindung wird nachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, die auf der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch die Nabe einer Schraube mit verstellbaren Flügeln, wobei der Druckzylinder aus einem festen Kolben und einem beweglichen Zylinder besteht,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt wie Fig. 1 durch das zweite Aus-, führungsbeispiel, wobei Zylinder und Kolben des Druckzylinders beweglich sind,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig..3·

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Schraube mit verstellbaren Flügeln eine hohle Nabe auf, die mittels Schrauben 3 an der hohlen Schraubenwelle 2 befestigt und mit im Querschnitt kreisförmigen öffnungen 4 versehen ist, deren Achse senkrecht zur Achse der Antriebswelle 2 verläuft. In jeder öffnung 4 ist der Zapfen 5 eines Flügels 6 der Schraube gelagert. Am Flügel 6 befindet sich eine Platte 7 uni im Zapfen 5 eine Scheibe 8, die zusammen einen Kragen 9 an der Nabe 1 einschließen. Der Flügel 6 kann sich mit seinem Zapfen 5 in der öffnung 4 drehen, wobei sich das Gonze auf den Flächen des Kragens 9 abstützt.

Im Innern- der Nabe 2 ist jede Scheibe 8 mit einem Exzenterzapfen 10 versehen, dessen Achse senkrecht zur Achs.e der Nabe verläuft. Auf diesem Exzenterzapfen 10 befindet sich ein Lauf-

1/2 ring 11, mit dem der Exzenterzapfen 10 in eine Nut/eingreift, die senkrecht zur Achse der Nabe 1 sowie der des Exzenterzapi'onc 10 verläuft und in der anliegenden Seitenfläche eines Zylinders 13 der Betätigungsvorrichtung eingearbeitet ist, der zum Verstellen der Flügel 6 dient; vgl. Fig. 2. Der

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Zylinder Ί^>, der außen wenigstens gegenüber den Scheiben 8 die Form eines Prismas hat, ist zwischen diesen in Richtung der Achse der Nabe 1 verschiebbar. Beim Verschieben bewirkt er ein Verschwenken der Flügel 6 um sich selbst, wobei sich die Exzenterzapfen 10 mit ihren Laufringen 11 in den zugehörigen Nuten verschieben.

Der Zylinder 13 ist auf einem mittleren Kern 14- aufgeschoben, der koaxial zur Nabe 1 angeordnet und an dieser mittels Schrauben 15 befestigt ist, vgl. Fig. 1. Der Kern hat zwei Laufflächen 16 und 17 unterschiedlichen Durchmessers, denen entsprechende Laufflächen 18 und 19 des Zylinders 15 zugeordnet sind. Die Abdichtung bei der gegenseitigen Bewegung der beiden Teile 13 und 14- wird durch übliche Dichtungen bewirkt. Zwischen den Laufflächen 16, 17 und 18, 19 befinden sich eirienader parallele Flächen, so daß eine erste Kammer CI der Betätigungsvorrichtung gebildet wird.

Die Lauffläche 16 des Kerns 14· hat einen kleineren Durchmesser als die Lauffläche 17, und durch eine Trennwand 20 des Zylinders 13 hinaus, deren Bohrung die Lauffläche 18 bildet, ist der Kern 14 verlängert, um die Stange eines Kolbens 21 zu bilden, der durch Verschrauben am Kern befestigt und mittels einer Gegenmutter 22 gesichert ist. Dieser Kolben 21 ist in einem Kaum 23 des Zylinders 13 verschiebbar, der durch einen Deckel 2 abgeschlossen ist. Eine Dichtung 25 gewährleistet die Abdichtung bei der Bewegung des Kolbens 21,

Im Rt¹Um 23 des Zylinders 13 werden durch den Kolben 21 zwei Kammern GII und GIII von veränderlichem Volumen gebildet. Die auf der Deckelseite befindliche Kammer CII steht mit der Kammer CI über einen Kanal 26 in Verbindung, der in den Kern 14 eingearbeitet ist. Bei dem dargestellten Ausrührungsbeispiel ist der Durchmesser des iVylinderi"auia_f: 23 größer aln

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der der Lauffläche 19. Die Durchmesser der Kammern CII und GIII sind also größer als der Durchmesser der Kammer CI.

Die drei Kammern CI, GII und CIII der Betätigungsvorrichtung zum Verstellen der Flügel 6 werden über eine hohle Stange 27 mit Druckmittel gespeist. Die Stange 27 geht durch die Schraubenwelle 2, den mittleren Kern 14 und den Deckel hindurch und ihr volles Ende ist mittels Mutter 28 und Gegenmutter 29 am Deckel 24 befestigt.

Die Bohrung 30 der Stange 27 steht über einen Durchlaß 31 neben der Mutter 28 mit der Kammer GII in Verbindung. In der Stange 27 ist ferner ein ihre mittlere Bohrung 30 umgebender Ringkanal 32 vorgesehen, der über einen Durchlaß 33 mit einem Raum 34 im Kern 14 in Verbindung steht, in dem die Stange 27 entsprechend den Bewegungen des Zylinders abgedichtet verschiebbar ist. Der Raum 34 steht mit der Kammer CIII über einen Durchlaß 35 in. Verbindung, der in den Kern 14 neben dem Kolben 21 eingebohrt ist.

Die Verstellung der Flügel 6 in der entsprechenden Richtung beim Übergang von Rückwärtsfahrt auf Vorwärtsfahrt wird dadurch bewirkt, daß Druckmittel (Drucköl) durch die Bohrung 30 in die Kammern CI und GII eingeführt wird. Hierbei ist der Ringkanal 32 auf Auslaß eingestellt.

Um die Flügel 6 in der anderen Richtung zu verstellen, d.h. beim Übergang von Vorwärtsfahrt auf Rückwärtsfahrt, wird Druckmittel über den Ringkanal 32 in die Kammer GIII eingeführt. Hierbei ist der mittlere Kanal 30 auf Auslaß eingestellt.

Im erste 1 ill ist die ausgeübte Kraft sehr viel größer als im zweiten Fall.

Wie ersichtlich, verschiebt sich die Stange 27 mit dem Zylinder 13, so daß es möglich ist, den Zylinder/zur Über-

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tragung der Bewegung von ihm aus auf beliebige Organe zu benutzen, die auf dem Schiff vorgesehen sind, um beispielsweise die Einstellung der Flügel zu wiederholen und diese in der gewählten Stellung festzulegen.

Beim Ausführungsbeispiel nach i'ig. 3 und 4 sind nie gleichen wesentlichen Teile vorgesehen wie beim Ausführungsbeispiel nach J?ig. 1 und 2.

Jedoch ist hier der mittlere Kern 14 nicht an der Nabe befestigt, sondern verschiebt sich auf der hohlen Stange 27 und im Zylinder 13· Ferner ist der Kern 14 mittels Schubstangen J6 mit Kurbelzapfen 37 verbunden, die diametral den Exzenterzapfen 10 an den Scheiben 8 der Flügel 6 gegenüberliegen. Die Schubstangen sind bei 38 am Kern 14 angelenkt.

Durch das gleichzeitige Verschieben von Zylinder 13 und Kern 14 unter der Wirkung des Druckmittels entsteht ein Verstellkräftepaar für die Flügel. Auch hier ist v/i oder- das Käftepaar, das durch den Druck in den Kammern CI und CII erhalten wird, größer als das Käftepaar, das durch den Druck in der Kammer CIII entsteht.

Die Erfindung kann bei allen Arten von Vorrichtungen benutzt werden, die verstellbare Flügel aufweisen, und zwar unabhängig von der Art der Betätigungsvorrichtung, die jeweils vorhanden ist. Insbesondere ist die Erfindung mit erheblichem Vorteil bei Schiffsschrauben mit verstellbaren Flügeln anwendbar, sie kann aber "auch bei anderen Arten von Schrauben oder bei Rotoren angewendet werden, beispiels weise bei Rotoren von Wasserturbinen.

Selbstverständlich können Abänderungen bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgenommen, insbesondere Einzelteile durch technische Äquivalente ersetzt werden, ο line sich :αιε ucn Erfi^iVVungsbereich zu entfernen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Vorrichtung zum Verstellen der Hügel von Schrauben od. dgl., beispielsweise von Schiffsschrauben, bei der die Flügel mittels eines doppeltwirkenden Druckzylinders betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzylinder drei Druckkammern (CI, Oil, CIII) enthält, von denen" zwei (01, 011) miteinander in Verbindung stehen und so angeordnet sind, daß sich die in den Kammern entstehenden Kräfte zum Verschwenken der Hügel (6) in einer Richtung ergänzen, während die dritte (GIII) zum Verschwenken der Flügel (6) in der anderen Richtung allein wirkt, so daß in der einen Richtung eine größere Verstellkraft entsteht als in der anderen Richtung, wodurch der Raumbedarf der Vorrichtung vermindert ist.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzylinder aus einem Zylinder (13) und einem.mittleren Kern (14) besteht, die beide gegeneinander verschiebbar sind und je zwei entsprer chende Laufflächen (18, 19 und 16, 17) verschiedenen Durchmessers aufweisen, die die abgesonderte erste Kammer (CI) einschließen, und daß der Kern (14) außerdem einen Kolben (21) trägt, der in einem geschlossenen Raum (23) des Zylinders (13) verschiebbar ist und/diesem die beiden anderen Kammern (CII, CIII) bildet.

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   J. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (CI) und der Zylinderraum (23) für den Kolben (21) auf je einer Seite einer

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   Trennwand (20) des Zylinders (13) liegen und der Kern (14) durch die Abschlußwand (20) hindurch verlängert ist, um die Stange des Kolbens (21) zu bilden, und daß ferner die von der Trennwand (20) abgewandte Kammer (GII) mit der ersten Kammer (CI) verbunden ist.

   4. Vo. richtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kammern (CI, CII) durch einen Kanal (26) im Kern (14) miteinander verbunden sind,

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