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BESCHREIBUNG
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Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verstellpropeller, insbesondere
auf einen Verstellpropeller für Hilfsmotore von Segelbooten.
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Wie den mit dem Segel sport vertrauten Personen bekannt ist, werden
Motore und die mit diesen angetriebenen Propeller nur in Ausnahmsfallen eingesetzt,
wie beispielsweise beim Manovrieren in Hafen oder in Notfällen, und es wird an sie
die Forderung gestellt, dass sie das Fahren unter Segel so wenig als möglich st8ren.
Insbesondere soll dabei der Propeller, wenn er nicht eingesetzt wird, dem Wasser
den geringstmoglichen Widerstand entgegensetzen, während er in das Wasser eintaucht
und der betreffenden Stromung ausgesetzt ist. Es werden derzeit drei Arten von Schiffspropellern
verwendet, nämlich: - ortsfeste, - schliessbare (beak-Propeller) und - Verstellpropeller
oder Umsteuerpropeller.
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Die ortsfesten Propeller bieten einen hohen hydrodynamischen Widerstand
auf Grund der heftigen Wirbel, welche sie im Wasser verursachen.
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Der Widerstand bei schliessbaren Propellern ist viel geringer, weil
sie keine Wirbel verursachen, wenn die Flügel geschlossen sind.
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Diese Art von Propellern wird derzeit am meisten verwendet.
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Die Umsteuerung mit diesen Propellern ist jedoch schwierig und unwirksam.
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Der Verstellpropeller ist der zur Zeit am wenigsten verwendete Propeller,
wil die bisher konstruierten AusfClhrungen zwei Hauptnachteile aufweisen: a) Sie
bilden auf Grund der Krümmung der Flu"geloberfla"chen, auch wenn die Flugel verstellt
sind, im Wasser Wirbel.
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b) Sie sind mechanisch kompliziert (sie weisen zumeist Steuerungseinrichtungen
für die Steigungsänderung im Inneren der Antriebswelle auf).
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Demnach ist ein Gegenstand der Erfindung die Schaffung eines Schiffspropellers,
welcher im Wasser dem Segeln einen nur minimalen Widerstand entgegensetzt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines Schiffspropellers,
der sowohl bei der Geradeausfahrt als auch bei der Umkehrfahrt eine gute Wirksamkeit
besitzt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer einfachen
automatischen Vorrichtung zur Anordnung des Propellers für Vorwärtsfahrt oder Rückwärtsfahrt
basierend auf der Drehrichtung des Motors.
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Weiters ist ein Gegenstand der Erfindung die Schaffung einer
Vorrichtung,
welche das Einstellen der Propellersteigung erleichtert.
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Diese und weitere, der folgenden Beschreibung deutlicher entnehmbaren
Gegenstände werden mit dem erfindungsgemassen Verstelipropeller, insbesondere fUr
Segelboote, erreicht, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass er eine Vorrichtung
zur bertragung der Flugeldreh- und -einstellbewegung aufweist, welche aus einem
Planetengetriebe zur Umvalldlung der Drehbewegung der Antriebswelle in eine Bewegung
zur Schragstellung der Propeller flügel und aus Einrichtungen zum Anhalten der Schrägstellbewegung
und zur Feststellung der Flügel in der gevunschten Schräglage und starren Verbindung
der so schräggestellten Flügel sowohl mit der betreffenden Nabe als auch der Antriebswelle
besteht.
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Die Eigenschaften, die Arbeitsweise und die Vorteile der vorliegenden
Erfindung sind deutlicher der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
des erfindungsgemässen Verstellpropellers unter Hinweis auf beiliegende Zeichnung
zu entnehmen. Dabei zeigt: Fig. 1 eine Langsansicht einer ersten Ausführungsform
einer Propelleranordnung gemdss der Erfindung in der Ebene der verstellbaren Flugel,
wobei die Nabe im Axialschnitt gezeigt ist; Fig. 2 eine Queransicht derselben Anordnung
in kleinerem Massstab, wobei die Nabe auf der Linie II-II der Fig. 1 geschnitten
ist;
Fig. 3 einen Scnnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1 und
Fig. 4 ein vergrössertes und gemass einer zweiten Ausführungs form abgeandertes
Detail der Fig. 1.
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Obgleich insbesondere auf Fig. 1 verwiesen wird, sollen auch im Zusammenhang
mit dieser die Fig. 1 - 3 betrachtet werden, weil nur auf diese Weise eine vollstandige
Darstellung der Erfindung möglich ist.
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Die gesamte Propelleranordnung ist allgemein mit 1 bezeichnet und
besteht im wesentlichen aus der Antriebswelle 2, der Nabenanordnung 3 und zwei Flegeln
4. Die Nabenanoidnung 3 ist mit der Antriebswelle 2 mittels einer Flanschhulse 5
verbunden, die an der Welle mit einem Keil 6 und Ringnuten bzw. Nuten 7 und 8 befestigt
und auf das Gewindeende 9 der Welle 2 aufgeschraubt ist. Auf einem Flansch 10 der
Hülse 5 ist mit Bolzen oder Schrauben 11 eine Kappe 12 befestigt, die an ihrer Stirn-II
seite ein Antriebskegelrad 13 tragt. Die eigentliche Nabe des Propellers 14 ist
durch zwei Schalen 14' und 14" gebildet, welche unter Bildung eines Gehauses mittels
der Schrauben 15 miteinander verbunden sind und innen die Hülse 5 und Kappe 12 mit
dem Kegelrad 13 enthalten, auf denen die Nabe drehbar ist.
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Die beiden Flugel 4 sind in die Nabe jeweils mittels des mit dem Flügel
fest verbundenen Flügelschaftes 16 eingesetzt. Am Ende eines jeden Flügelschaftes
16 im Inneren der Nabe ist ein Planetenkegelrad 17 verkeilt, welches mit dem mit
der Antriebswelle 2 starr verbundenen Kegelrad 13 kamm. Die
beiden
Planetenkegelrader 17 liegen einander axial gegenuber, wobei die beiden Schafte
15 zwischen den Schalen 14' und 14" der Nabe gehalten werden. Um ein Lockern zu
verhindern und um die beiden gegenüberliegenden Kegelränder voneinander im Abstand
und fluchtend zu halten, ist ein Abstandszylinder 18 mit einem axialen Dorn 19 leerlaufend
zwischen den beiden Kegelrandern montiert und steht mit diesen in Beruhrung. Der
Winkel, um welchen sich die Flu"gei starr mit den betreffenden Kegelrandern verbunden
drehen k8nnen ist begrenzt, um die Betriebsschragstellung der Flügel bei arbeitendem
Propeller festzulegen. In dem im Beispiel dargestellten Fall wird die Begrenzung
der Flugeldrehung durch einen Anschlag erzielt, welcher die Drehung der Nabe 14
in bezug auf die starr mit der Antriebswelle 2 verbundenen Hülse 5 begrenzt. Ein
äusserer Anschlagzahn 21 steht von der Diese 5 weg, ein innerer Anschlagzahn 22
von der Nabe 14. Die beiden Eingriffsstellungen der beiden Zähne behindern weiters
eine Drehung der Nabe in bezug auf die Antriebswelle jeweils in der einen Richtung
und in der anderen und legen die beiden Schragstellungen der Flügel, nämlich fur
Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt, fest, wie später naher erlautert wird.
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Dieselben Anschlagbedingungen könnten auch ohne Überschreitung des
Rahmens der Erfindung erreicht werden, wenn beispielsweise Anschlagbläcke auf den
Zähnender Kegelräder 17 in einem Winkel entsprechend der gewünschten Schrägstellung
der Flügel vorgesehen werden. Die in der Zeichnung gezeigte Ausführung bietet jedoch
den
Vorteil einer einfacheren Einstellung der optimalen Flügelstellung, indem man einen
der Anschlagzähne dicher oder dünner ausbildet oder indem man einen der beiden Zähne
einsteckbar und mit Schrauben feststellbar ausbildet, so dass er ausgetauscht oder
bewegt werden kann. Diese Aus bildung hat auc den Vorteil, dass die Schrägstellzahnräder
für die Flügel von der Wirkung der Verdrehungskraft ferngehalten werden, die durch
deu Anschlagzahn direkt auf die tTabe übertragen wird. Die beschriebene Verstellpropelleranordnung
arbeitet auf folgende Weise. Wenn das Boot mit abgestelltem Motor unter Segel läuft,
so verbleibt die Welle 2 lose und werden die Flugel auf Grund des dynamischen Widerstandes
des Wassers automatisch in die Segellage gebracht, d.h. in die Lage des geringsten
Widerstandes, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, wobei keine Gefalir bestcht,
dass sie unbeabsichtigt eine andere Stellung eilmehmen, weil die Zahnrader der beiden
Flügel miteinander im Eingriff stehen. Es ist daher keine Notwendigkeit vorhanden,
irgendeine Steuerung oder Kupplung vorzusehen.
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In der Segelstellung befinden sich die sahne zueinander im Abstand.
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Wenn in einem beliebigen Moment der Motor gestartet wird, so wird
die Antriebswelle 2 in Drehung versetzt. Der in Segelstellung befindliche-Propeiler
setzt der Drehung einen maximalen Widerstand entgegen, weshalb sich der Propeller
nicht sofort mitdreht und sich daher die Welle und die Hulse relativ
zur
Nabe drehen, so dass das Antriebskegelrad 13 die zwei Planetenkegelräder 17 derart
verdreht, dass sich die beiden Flügel im gleichen Winkel zur Normal ebene der Achse
schragstellen. Diese Flugeldrehung dauert weiter an, bis der Zahn 21 gegen den Anschlagzahn
22 anschlägt. Die Relativbewegung zwischen der Nabe und der Welle ist in diesem
Anschlagzustand beendet und der Propeller bzw. die Schraube wird in der Schragstellung
angetrieben welche er im Moment des Aufeinandertreffens der beiden Zahne eingenommen
hat. Die Anordnung ist derart, dass, wenn man von der Segelstellung ausgeht, welche
als Nullstellung betrachtet wird, der Anschlag des Zahnes 21 nach einem relativen
Drehwinkel erfolgt, der einem genauen vorbestimmten Schragstellwinkel der Flügel
entspricht. Da sich die Welle in zwei Richtungen drehen kann, sind vor Erreichen
dieser Anschlagstellung zwei verschiedene Winkel der Relativdrehung vorhanden und
demzufolge auch zwei eschiedene automatische Schrägstellwinkel der Flügel. Diese
Winkel entsprechen der normalen Schrägstellung der Flugel fur" Vorwarts- und Rückwärtsfahrt.
Die Einstellung kann auf verschiedene Weise berechnet werden, ausgehend von den
zwei erforderlichen Winkeln der Flugelschragstellung und dem Verhältnis der Anzahl
der Zahne auf am Antriebskegelrad und der Anzahl der Zähne auf dem Planetenkegelrad,
um die theoretischen Anschlagwinkel in den beiden Drehrichtungen zu erhalten.
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Gemäss einer zweites in Fig. 4 gezeigten, verbesserten Ausführungsform
der Erfindung sind die an der Welle 2 mit dem Keil 6 befestigte Halse 5 und die
mit dem Kegelrad 13 starr
verbundene Kappe 12 durch eine geradverzahnte
Ein- und Ausrückkupplung gekuppelt.
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Zu diesem Zweck weist die Hülse einen Flansch 10 auf, von welchem
ein Wulst oder Ring 101 wegsteht, an dessen innerer Peripherie eine Geradverzahnung
102 ausgebildet ist. Die Kappe 12 trägt in entsprechender Weise an der ausseren
Peripherie ihrer zylindrischen Oberflache 103 eine Verzahnung 104, welche mit der
Verzahnung 102 kammt. Die Hülse 5 wird dicht an der Welle 2 durch eine Nutmutter
105 gehalten, die durch einen Splint 1C6 gesichert ist. Die Kappe 12 wird mit ihrer
Verzahnung 104 in der Verzahnung 102 durch die zwei Schalen des Nebengehäuses 14
gehalten, welches die ganze Anordnung zusammenhalt und in der Rille 20 einen Anschlag
für den auf der Hulse 5 vorgesehenen Zahn aufweist. Das Gehäuse 14 befindet sich
in einer fixierten Winkelstellung in bezug auf die Achse der Planetenrader 17.
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In der Folge wird dio Arbeitsweise der Vorrichtung beschrieben.
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um die Arbeitssteigung des Propellers zu verändern, werden die zwei
Schalen der Nabe 14 entfernt und wird die rappe 12, während sie starr mit den Flegeln
4 und den Zwischenzahnrädern gehalten wird, ausgeruckt und sodann in einer anderen,
mit der Steigung der Verzahnung ermöglichten Winkel Stellung wieder eingertckt.
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Damit wird eine nur sehr grobe Einstellung erreicht, da es
nicht
praktisch ist, Zahne mit einem sehr kleinen Gang vorzusehen. Um eine feinere Einstellung
zu erzielen, wird eine Kombination dieser neuen Abänderung und den grundsätzlichen
Merkmalen der Erfindung, nämlich der Übertragung mit dem Planetensystem, vorgenommen.
Um die Winkelstellung der Flügel in bezug auf die Welle zu verandern, wird die Kappe
ausser Eingriff mit der Hülse 5 und sodann ausser Eingriff mit den Planetenrandern
17 gebracht und, ohne letztere zu bewegen, neuerlich mit diesen in einer anderen
Winkelstellung, beispielsveise versetzt um einen oder mehrere Zähne, gebracht.
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Mit verschiedenen Kombinationen der beiden beschriebenen relativen
Eingriffsdrehungen kann eine sehr feine differentielle Abstufung erzielt werden,
vorausgesetzt dass die Anzahl der Zahne ne auf der Verzahnung 102 anders ist als
die Anzahl der Zähne auf der Verzahnung 13. Wenn beispielsweise 21 Zahne auf 102
und 20 Zähne auf dem Kegelrad 13 vorgesehen sind, kann bei Versetzen der Kupplung
in umgekehrter Richtung um einen Zahn die Propellersteuerung um etwa 180 - 170 =
10 verschoben werden.
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Es ist offensichtlich, dass durch entsprechende Wahl der Anzahl der
z0hne die Einstellung innerhalb des Bereiches von 00 - 900 Schragstellung der Propellerflugel
so abgestuft wie erforderlich vorgenommen werden kann.
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Das gestellte Ziel, zu steuernde oder moglicherweise automatische
Kupplungen mit mechanischen Verbindungen an der Antriebswelle zur Umkehr des Propellerlaufes
und zur Überführung in
die Segelstellung zu vermeiden, wird auf
einfachste und wirksamste Weise erreicht. Der Wirkungsgrad des Propellers sowohl
bei Vorwärtsfahrt als auch bei Ruckwartsfahrt ist sehr gut. Die äusserst einfache
kompakte ronstruktion der regelradvorrichtung fur" die automatische Einstellung
der Flugel ermöglicht es, die Abmessungen der Nabe im Vergleich zu bisherigen Ausführungen
herabzusetzen und eine sehr flache Propelleranordnung mit noch weiter herabgesetztem
hydrodynamischem Widerstand in übereinstimmung mit den grundsatzlichen Erfordernissen
fur" diese Propellerart zu schaffen.
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Die verbesserte Vorrichtung gemass der beschriebenen zweiten Ausführungsform
ermöglicht es den Flügeln, jede Grenzstellung ueber einen Bogen von 3600 einzunehmen.
Es kann daher im Zuge eines einfachen Einstellvorganges jeder Steigungswert erzielt
werden. Derselbe Propeller kann entweder rechtsgängig oder linksgangig und entweder
schieben oder ziehend arbeiten, so dass seine vollstandige Universalitat gegeben
ist.
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Die Erfindung kann in vieler Hinsicht abgeandert und variiert werden,
ohne dadurch ihren Rahmen zu überschreiten.
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Obgleich die Erfindung vorstehend im Zusammenhang mit Segelbooten
beschrieben wurde, kann der erfindungsgemasse Propeller natürlich bei jedweder Art
von Wasserfahrzeug verwendet werden.