DE2230845B2 - Vorrichtung zum verstellen der fluegel von kreiselraedern o.dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen der Flügel von Kreiselrädern od. dgl., beispielsweise von Schiffsschrauben, bei der die Flügel mittels eines

65 doppeltwirkenden Druckzylinders betätigbar sind, der in der Propellernabe im Bereich der Fiügelwurzeln angeordnet ist

Die Verstellung der Flügel wird vorgenommen, um im Betrieb die Steigung kontinuierlich zu verändern und dadurch optimale Bedingungen bei 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 Umsetzung der geradlinigen Bewegung eines hydrauli schen Druckzylinders in eine Drehbewegung bewirkt. Die Kraft de? Druckzylinders wird dabei auf einen Zapfen übertragen, der exzentrisch zur Schwenkachse des Flügels angeordnet und an diesem befestigt ist. Die Kraftübertragung erfolgt entweder durch eine Schubstange oder durch einen auf den Zapfen gesetzten Laufring, der sich in einer Nut verschiebt. Der Druckzylinder wird gewöhnlich gemeinsam für alle Flügel der Schraube verwendet, und seine Längsachse deckt sich dann mit der Propellerwelle. Gewöhnlich ist der Druckzylinder im Inneren der Propellernabe angeordnet.

Die bekannten Vorrichtungen zum Verstellen der Flügel lassen sich in zwei Gruppen unterteilen, nämlich in eine erste, bei der der Druckzylinder auf einen einzigen Exzenterzapfen an jedem Flügel einwirkt, so daß bei der Verschwenkbewegung eine Kraft parallel zur Längsachse der Propellerwelle entsteht, die durch die Propellernabe ausgeglichen werden muß, und in eine zweite Gruppe, bei der auf zwei diametral gegenüberliegende Zapfen an jedem Flüge! eine Kraft zur Einwirkung gelangt, so daß ein Kraftepaar entsteht. Hierbei entfällt eine axiale Reaktionskraft.

Bei der ersten Gruppe kann entweder eine Vorrichtung mit festem Zylinder und beweglichem Kolben benutzt werden, wobei die Verschwenkbewegung der Flügel über die Kolbenstange bewirkt wird, oder es kann eine Vorrichtung rn.t festem Kolben und beweglichen Zylindern vorgesehen werden, bei der dann der Kolben mit der Nabe fest verbunden ist. In letzterem Fall wird die Bewegung des Zylinders auf die Flügel übertragen.

Bei der zweiten Gruppe lassen sich zwei doppeltwirkende Druckzylinder mit festem Zylinder und beweglichem Kolben verwenden, wobei jeder Kolben auf einen der beiden Zapfen des Flügels einwirkt. Die Druckzylinder liegen hierbei beidseitig der Schwenkachse des Flügels.

Es ist ferner bekannt, eine Vorrichtung mit beweglichem Kolben und beweglichem Zylinder zu verwenden, wobei sich Kolben und Zylinder gleichzeitig verschieben und ihre Bewegung entsprechend auf zwei diametral gegenüberliegende Zapfen desselben Flügels übertragen. Bei dieser Vorrichtung ist der Druckzylinder im allgemeinen hinter der Schwenkachse des Flügels angeordnet.

Bei allen Anlagen, die Vorrichtungen mit verstellbaren Flügeln, wie Schrauben und Propeller od. dgl. aufweisen, die entweder als Antriebsorgan oder zur Energiegewinnung dienen, wie dies beispielsweise bei Turbinenrotoren der Fall ist, spielt der Raumbedarf eine wesentliche Rolle. Insbesondere im Schiffsbau soll der P*aumbedarf in Längsrichtung mit dem bei Propellern mit festen Flügeln vergleichbar sein. Andererseits ist der maximale Propellerdurchmesser durch den Tiefgang des Schiffs begrenzt, und Überlegungen hinsichtlich der Leistung und des Wirkungsgrades zwingen dazu, das

Verhältnis von Nabendurchmesser zu Propeilerdurchmesser so klein wie möglich zu halten, d.h. die Nabe soll einen möglichst geringen Durchmesser aufweisen.

Bei den bekannten Vorrichtungen (CH-PS 4 61 297 GB-PS 7 50 079, NL-PS 85 143, DL-PS 81 806, CH-PS ί 540813) der obigen Art ist der Querschnitt der Druckkammer, durch die die Propellerflügel in der Richtung verstellt werden, die dem Übergang von der Rückwärtsfahrt zur Vorwärtsfahrt entspricht, last gleich demjervgen der Druckkammer, die die Flügel in der entgegengesetzten Richtung verstellt, d.h. von Vorwärtsfahrt auf Rückwärtsfahrt. Erfahrungsgemäß ist jedoch die zum Verschwenken des Flügels eines Propellers bz*. einer Schraube erforderliche Kraft am größten, wenn der Flügel aus der Stellung, die der is Rückwärtsfahrt des Schiffes entspricht, in die der Vorwärisfahrt bewegt wird. Im umgekehrten Fall, also beim Verstellen von Vorwärtsfahrt arf Rückwärtsfahrt, ist die erforderliche Kraft sehr viel geringer.

Daraus folgt also, daß bei den erwähnten bekannten Vorrichtungen, bei denen die Querschnitte praktisch gleich sind, für die Verstellung der Flügel in Richtung von Vorwärtsfahrt auf Rückwärtsfahrt eine viel zu große Kraft geliefert wird, wodurch der /ur Unterbringung der Verstellvorrichtung verfügbare Raum nicht optimal ausgenutzt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, den zur Verlügung stehenden Raum in maximaler Weise auszunützen, indem für die Erzeugung der Kru't. die für das Verstellen von Rückwärtsfahrt auf Vorwärisfahrt erforderlich ist, eine Kolbengesamtfiäche vorgesehen wird, die erheblich größer ist als die Kolbenflache für das Verstellen von Vorwärtsfahrt auf Rückwärtsfahrt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druckzylinder durch drei hintereinander angeordnete Kammern Cl, ClI, CIiI gebildet wird, von denen eine (C II) am sehiffsabgewandtcn Nabenende und eine andere CI. die den kleinsten Durchmesser aufweist, im Bereich der Flügellagerung angeordnet, miteinander verbunden und durch Druck beaufschlagbar sind, während sich zwischen den beiden Kammern CI, CII eine im Durchmesser der Kammern CIl gleiche beaufschlagbare Kammer CIIl, befindet, und daß die Trennwand 20 des Kolbens 13 der Kammern Cl und C"Hi und der Verstellkolben 21 die Kammern ClI und CIIi voneinander trennen.

Durch die Wahl der nutzbaren Nabenquerschnitte können damit verschiedene den Verhältnissen angepaß te Kräfte erzeugt werden, und der Aufbau der Vorrichtung zur Verstellung der Flügel kann kompakter sein.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung läßt sich die Vorrichtung so ausbilden, daß der Druckzylinder aus einem Zylinder mit einem zur Propellerwelle koaxialen, rotationssymmetrischen und einen axial einstellbaren Kolben tragenden Propellerwellenfortsatz besteht, die gegeneinander verschiebbar sind und je zwei Laufflächen verschiedenen Durchmessers aufweisen, die die am schiffsseitigen Nabenende befindliche Kammer einschließen, und daß der Kolben in einem geschlossenen Raum des Zylinders verschiebbar ist, der die am schiffsabgewandten Nabenende befindliche Kammer und die mittlere Kammer bildet. Dabei läßt sich ferner der Zylinder des Druckzylinders auch axial beweglich ausbilden, während der Propellerwellenfortsatz in bezug auf die Propellerwelle axial unbeweglich bleibt.

Gemäß einer Weiterbildung lassen sich aber auch der Druckzylinder und der Propellerwellenfortsatz gegenläufig axial beweglich ausbilden und letzterer mittels einer Schubstange mit einem zweiten Verstellzapfen des Propellerflügels verbinden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele noch näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen axialen Längsschnitt einer Propellernabe mit verstellbaren Flügeln, wobei der Druckzylinder aus einem festen Kolben und einem beweglichen Zylinder besteht,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II—II in F i g. 1,

F i g. 3 eine Längsschnittansicht gemäß Fig. 1, jedoch ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem der Zylinder und der Kolben des Druckzylinders beweglich sind,

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in F i g. 3.

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Propeller mit verstellbaren Flügeln eine hohle Nabe 1 auf, die mittels Schrauben 3 an der bohlen Propellerwelle 2 tvfesrigt und mit im Querschnitt kreisförmigen Öffnungen 4 versehen ist, deren Act~.se senkrecht zur Achse der Propellerwelle 2 verläuft. In jeder Öffnung 4 ist der Zapfen 5 eines Flügels 6 des Propellers gelagert. Am Flügel 6 befindet sich eine Platte 7 und im Zaplen 5 eine Scheibe 8, die zusammen einen Kragen 9 an eier Nabe 1 einschließen. Der Flüge! 6 kann sich mit seinem Zapfen 5 in der Öffnung 4 drehen, wobei sich v.üs Ganze auf den .!lachen des Kragens 9 abstützt.

Im Innern der Nabe 2 ist jede Scheibe 8 mit einem Exzenterzapfen 10 versehen, dessen Achse senkrecht zur Achse der Nabe 1 verlauft. Auf diesem Exzenterzapfen 10 befindet sich ein Laufring 11, mit dem der Exzenterzapfen 10 in eine Nut 12 eingreift, die senkrecht zur Achse der Nabe 1 sowie der des Ex/enterzapfens 10 verläuft und in der anliegenden Seitenfläche eines Zylinders 13 der Betätigungsvorrichtung eingearbeitet ist. eier zum Verstellen der Flügel 6 dient; vgl. F 1 g. 2. Der Zylinder 13, 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 Fixzenterzapfen 10 mi; ihren Laufringen 11 in den zugehörigen Nuten verschieben.

Der Zylinder 13 ist auf einen mittleren Propellcrwellenfortsat/. 14 aufgeschoben, der koaxial zur Nabe 1 angeordnet und an dieser mitteis Schrauben 15 befestigt ist, vgl. Fig. I. Der Fortsatz 14 hat zwei Laufflächen 16 und 17 unterschiedlichen Durchmessers, denen entsprechende Laufflächen 18 und 19 des Zylinders 13 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 einander parallele Flächen, so daß eine erste Kammer CI der Verstellvorrichtung gebildet wird.

Die Lauffläche 16 des Propellerwellenfortsatzes 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 Fortsat/ 14 verlängert, um die Stange eines Verstellkolbens 21 zu bilden, der durch Verschrauben am Fortsatz 14 befestigt und mittels einer Gegenmutter 22 gesichert ist. Dieser Verstellkolben 21 ist in einem Raum 23 des Zylinders 13 verschiebbar, der durch einen Deckel 24 abgeschlossen ist. Eine Dichtung 25 gewährleistet die Abdichtung bei der Bewegung des Verstellkolbens 21.

Im Raum 23 des Zylinders 13 werden durch den

Verstellkolben 21 zwei Kammern CII und CIlI 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 Propellerwellenfortsatz 14 eingearbeitet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des Zylinderraums 23 größer als der der Lauffläche 19. Die Durchmesser der Kammern CII und CIII sind also größer als der Durchmesser der Kammer C1.

Die drei Kammern CI, ClI und CIII der Verstellvorrichtung der Flügel 6 werden über eine hohle Stange 27 mit Druckmittel gespeist. Die Stange 27 geht durch die Propellerwelle 2, den Propellerwellenfortsatz 14 und den Deckel 24 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 ClI 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 Fortsatz 14 in Verbindung steht, in dem die Stange 27 entsprechend den Bewegungen des Zylinders 13 abgedichtet verschiebbar ist. Der Raum 34 steht mit der Kammer CHI über einen Durchlaß 35 in Verbindung, der in den Propellerwellenfortsatz neben dem Verstellkolben 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 CII 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 CIII eingeführt. Hierbei ist der mittlere Kanal 30 auf Auslaß eingestellt. Im ersten Fall 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 13 zur Übertragung der Bewegung von ihm aus auf beliebige Organe zu benutzen, die auf dem Schiff vorgesehen sind, um beispielsweise die Einstellung der Flügel /ti wiederholen und diese in der gewählten Stellung

ίο festzulegen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. J und 4 sind die gleichen wesentlichen Teile vorgesehen wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2. Jedoch ist hier der Propellerwellenfortsatz 14 nicht an der Nabe 1 befestigt, sondern verschiebt sich auf der hohlen Stange 27 und im Zylinder 13. Ferner ist der Fortsatz 14 mittels Schubstangen 36 mit Verstellzapfen 37 verbunden, die diametral den Exzenterzapfen 10 an den Scheiben 8 der Flügel 6 gegenüberliegen. Die Schubstangen sind bei 38

ίο am Fortsatz 14 angelenkt.

Durch das gleichzeitige Verschieben von Zylinder 13 und Propellerwellenfortsatz 14 unter der Wirkung de^ Druckmittels entsteht ein Verstellkräftepaar für die Flügel. Auch hier ist wieder das Kräftepaar, das durch den Druck in den Kammern Cl und CII erhalten wird. größer als das Kräftepaar, das durch den Druck in der Kammer CIlI entsteht.

Die obige Verstellvorrichtung 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 sie mit erheblichem Vorteil bei Schiffsschrauben mit verstellbaren Flügeln anwendbar. kann aber auch bei anderen Arten von Schrauben.

Propellern oder Rotoren von angewendet werden. beispielsweise bei Rotoren von Wasserturbinen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   I. Vorrichtung zum Verstellen der Flügel von Kreiselrädern od-dgL beispielsweise von Schiffs- S schrauben, bei der die Flügel mittels eines doppe!- wirkenden Druckzylinders betätigbar sind, der in der Propellernabe im Bereich der Flügelwurzeln angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzylinder durch drei hintereinander angeordnete Kammer (Ci, CII, ClII) gebildet wird, von denen eine (CIl) am schiffsabgewandten Nabenende und eine andere (Cl), die den kleinsten Durchmesser aufweist, im Bereich der Flügellagerung angeordnet, miteinander verbunden und durch «s Druck beaufschlagbar sind, während sich zwischen den beiden Kammern (CI, ClI) eine im Durchmesser der Kammer (CII) gleiche beaufschlagbare Kammer ('CHI), befindet, und daß die Trennwand (20) des Kolbens (13) die Kammern (C\) und (ClIl) und der Verstellkolben (2J) die Kammern /Cl!) und /CIIl) voneinander trennen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzylinder aus einem Zylinder

   (13) und einem zur Propellerwelle koaxialen. rotationssymmetrischen und einen axial einstellbaren Kolben (21) tragenden Propellerwellenforisatz

   (14) besteht, die gegeneinander verschiebbar sind und je zwei Laufflächen (18, 19; 16, 17) verschiedenen Durchmessers aufweisen, die die am schiffsseitigen Nabenende befindlich·; Kammer (Cl) einschließen, und daß der Kolben (21) in einem geschlossenen Raum (23) des Zylinders (13) verschiebbar ist, der die am schiffsabgewandten Nabenende befindliche Kammer (CII) und die mittlere Kammer (CHI) 3s bildet.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (13) axial beweglich ist, und daß der Propeilerwellenfortsatz (14) in bezug auf die Propellerwelle (2) axial unbeweglich ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß (k-r Druckzylinder und der Propellerwellenfortsat/ (14) gegenläufig axial beweglich sind und letzterer mittels einer Schubstange (36) mit einem zweiten Verstellzapfen (37) des Propellerblattes verbunden ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am schiffsseitigen Nabenende befindliche Kammer (Cl) und der Zylinderraum (23) für den Verstellkolben (21) auf je einer Seite einer Trennwand (20) des Zylinders (13) liegen, und daß der Propeilerwellenfortsatz (14) durch diese Trennwand hindurch verlängert ist und als Kolbenstange für den Verstellkolben (21) dient.

   b. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der am schiffsabgewandten Nabenende befindlichen Kammer (CII) und der am schiffsseitigen Nabenende befindlichen Kammer (C I) durch einen im Propeilerwellenfortsatz (14) vorhandenen Kanal (26) hergestellt ist.