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Verstellpropeller für Schiffsantrieb
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Die Erfindung betrifft einen Verstellpropeller für Schiffsantrieb,
mit einem dicht verschlossenem Nabengehäuse, das zur Befestigung am Ende einer Propellerwelle
bestimmt ist, sowie mit einem im Gehäuse in dessen Achsenrichtung beweglichen, durch
ein hydraulisches Medium betätigbaren Verstellkörper, der einen Teil eines Zylinder-Kolbenmechanismus
aufweist und durch einen Kopplungsmechanismus mit den Propellerflügeln verbunden
ist.
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Verstellpropeller dieser Art, welche z.B. aus der DE-OS 25 28 387
bekannt sind, sind weit verbreitet. Sie sind jedoch in ihrer Konstruktion verhältnismässig
aufwendig.
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Die Erfindung hat die Schaffung eines Verstellpropellers der erwähnten
Art zum Ziel, welcher ohne Einbuße an Qualität und Zuverlässigkeit einfacher als
die bisherigen Propeller ist, günstiger hergestellt werden kann und sogar noch Vorteile
bezüglich der Zuverlässigkeit aufweist.
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Der erfindungsgemässe Verstellpropeller, durch welchen dieses Ziel
erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass das der Propellerwelle zugewandte
Ende des Verstellkörpers als Zapfen ausgebildet ist, der dichtend durch eine Begren-
zungswand
des Gehäuses durchgeführt ist, an innerhalb einer Bohrung der Propellerwelle angeordnete
Rohre für die Zufuhr und die Ableitung von hydraulischem Druckmedium anschliessbar
ist und mit diesen Rohren verbindbare Kanäle aufweist, welche zur Verbindung des
Zylinderraumes des Zylinder-Kol benmechanismus sowie des Innenraumes des Propellergehäuses
mit einer Steuervorrichtung dienen.
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Durch diese Massnahme wird eine Vereinfachung dadurch erzielt, dass
auch bei den heute aus Gründen des Wirkungsgrades angestrebten grossen Verstellpropellern
mit niedrigen Drehzahlen ein einziger Zylinder-Kolbenmechanismus für die Bewegungen
des Verstellkörpers ausreicht, wobei der Innenraum des Propellergehäuses einen zweiten
Druckraum bildet, so dass der Zylinder-Kolbenmechanismus eine doppelt wirkende Funktion
erhält.
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Vorzugsweise kann der Verstellkörper an seiner von der Propellerwelle
entfernten Seite als Tauchkolben ausgebildet sein, der dichtend in einer im Gehäuse
angeordneten Zylinderbohrung geführt ist. Gegenüber einer umgekehrten Anordnung,
wo die Zylinderbohrung im Verstellkörper ausgebildet ist, wird auf diese Weise konstruktiv
ein grösserer Durchmesser des Zylinders erzielt, was entweder die Bildung grösserer
Verstellkräfte bei gleichem Betätigungdruck oder die Verwendung niedrigerer Betätigungsdrücke
bei gleichen Verstellkräften ermöglicht. Es versteht sich jedoch, dass auch die
umgekehrte Anordnung mit einer Zylinderbohrung im Verstellkörper verwendbar ist.
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Obwohl der Kopplungsmechanismus z.B. schwenkbare Verbindungsstangen
aufweisen kann, können vorzugsweise am Verstellkörper Nuten ausgebildet sein, welche
den Propellerflügeln
zugeordnet sind, und in welche exzentrische
Zapfen der Propellerflügel eingreifen, wobei die Nuten L-förmig ausgebildet sind
und einen Schenkel, der sich in Bewegungsrichtung des Verstellkörpers erstreckt,
sowie einen zweiten Schenkel, der quer dazu verläuft, aufweisen. Durch eine derartige
Ausbildung der an sich bekannten Nuten wird die Einführung der Zapfen der Propellerflügel
in die Nuten bei der Montage des Propellers vereinfacht.
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Die Zylinderbohrung kann in einem Deckel ausgebildet sein, der am
von der Propellerwelle abgewandten Ende eines äusseren Gehäuseteiles befestigt ist.
Dadurch wird die Herstellung des Nabengehäuses vereinfacht.
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Vorzugsweise kann der Deckel eine ebene Aussenfläche aufweisen, an
welcher dichtend eine Platte aus korrosionsfestem Material angebracht ist. Bei einer
derartigen Ausführungsform kann der Deckel aus einem Eisenmaterial, wie z.B. Sphäroguss,
hergestellt sein, das gegen Abrieb widerstandsfähig ist, wesentlich starrer istw
d.h. einen höheren Elastizitätsmodul aufweist, und dabei noch billiger ist als die
üblicherweise für Nabenteile verwendete Bronze. Der Korrosionsschutz wird durch
eine einfache Platte, z.B. aus Blech aus rostfreiem Stahl, übernommen.
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Der Deckel kann an seinem Umfang einen in Achsenrichtung des Gehäuses
vorstehenden ringförmigen Rand aufweisen, welcher mit seiner inneren Fläche mit
geringem Spiel einen ringförmigen Vorsprung des äusseren Gehäuseteiles umschliesst.
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Dadurch wird der Deckel zum radialen Abstützen des äusseren Gehäuseteiles
herangezogen, wobei die durch die flache Form des Deckels und sein Material mit
höherem Elastizitätsmodul
gegebene Starrheit des Deckels vorteilhaft
ausgenützt wird.
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Der äussere Gehäuseteil kann daher wesentlich leichter, mit kleinerem
Materialaufwand, ausgebildet werden, was auch Vorteile bezüglich der Kosten des
Propellers bringt.
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Vorzugsweise können die Propellerflügel mit Lagertellern versehen
sein, welche ringförmige Leisten des Gehäuses mit Lagerflächen umfassen, wobei jeweils
im äusseren Spalt zwischen dem Lagerteller und der entsprechenden Gehäusebohrung
mindestens eine Dichtung angeordnet ist, und an der dem hydraulischen Medium zugewandten
Seite der Dichtung mindestens ein Abströmkanal angeordnet ist, welcher in einen
Abflussraum für das hydraulische Medium führt. Durch den Abströmkanal wird für eine
Schmierung der Lagerflächen gesorgt, wobei der Umstand ausgenützt wird, dass der
Innenraum des Propellergehäuses mit unter Druck stehendem hydraulischem Medium gefüllt
ist. Der Abströmkanal bewirkt gleichzeitig eine Druckentlastung der Dichtung.
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Die Abströmkanäle können unter Umgehung der Begrenzungswand des Gehäuses
in einen Räum münden, welcher mit dem die Rohre umgebenden Ringraum der Bohrung
der Propellerwelle in Verbindung steht. Auf diese Weise wird der Ringraum der Bohrung
der Propellerwelle zur Druckentlastung der Dichtungen der Flügelteller herangezogen.
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Die Begrenzungswand des Nabengehäuses, durch welche der Zapfen des
Verstellkörpers dichtend durchgeführt ist, kann die Form einer vom Gehäuse getrennten
Scheibe haben, welche im Gehäuse befestigt ist. Auch durch eine derartige Bauweise
wird der Aufbau insbesondere grosser Propeller verbilligt.
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Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung schematisch darw gestellter
Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen schematischen axialen Schnitt
des erfindungsgemässen Propellers, Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II
in der Figur 1 bei abgenommenen Gehäusedeckel, Fig. 3 den Schnitt III-III in Figur
1, Fig. 4 eine Teilansicht des Verstellkörpers aus der Figur 1, in der Figur 1 von
oben betrachtet und die Fig. 5, 6, 7 eine Folge von Arbeitsschritten bei der Einführung
des Verstellkörpers in das Nabengehäuse während der Montage.
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Der in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Verstellpropeller hat ein
Nabengehäuse 1, in welchem Propellerflügel 2 drehbar gelagert sind. Das Nabengehäuse
enthält einen äusseren Gehäuseteil 3, welcher durch Schrauben 4 am Flansch 5 einer
hohlen Propellerwelle 6 mit einer Bohrung 7 befestigt ist.
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Ein Innenraum 8 des Propellergehäuses ist an seinem von der Propellerwelle
6 entfernten Ende durch einen Deckel 10 abgeschlossen, in welchem eine Zylinderbohrung
11 ausgebildet ist. Der Deckel 10 hat eine ebene Aussenfläche 12, an welcher dichtend
eine Platte 13 aus korrosionsfestem Material angebracht ist. Die Abdichtung erfolgt
einerseits durch einen Dichtungsring 14 am Umfang der Platte 13, andererseits durch
nicht dargestellte dichtende Unterlagen unterhalb der Köpfe von Befestigungsschrauben
15 16.
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Am Ende, welches des Propellerwelle 6 zugewandt ist, ist der Innenraum
8 des Propellergehäuses 1 durch eine Begrenzungswand 17 abgeschlossen, welche die
Form einer flachen Scheibe hat, die im äusseren Gehäuseteil 1 durch Schrauben 18
befestigt ist.
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Wie weiter insbesondere aus der Figur 1 ersichtlich ist, sind die
Propellerflügel 2 mit Flügeltellern 20 versehen, welche zusammen mit scheibenförmigen
Halteteilen 21,mit denen sie durch Schrauben 22 und Stifte 23 verbunden sind, ringförmige
Leisten 24 des äusseren Gehäuseteiles 3 umfassen. Die ringförmigen Leisten 24 bilden
dabei Lagerflächen 25. Im äusseren Spalt 26 zwischen dem Flügelteller 20 und seiner
ihm zugeordneten Bohrung im äusseren Gehäuseteil 3 ist ein Dichtungsring 27 angeordnet,
welcher den Innenraum 8 des Propellergehäuses 1 nach aussen abschliesst. An der
dem hydraulischen Medium zugewandten Seite des Dichtungsringes 27 ist ein Abströmkanal
28 angeordnet, welcher über einen Zwischenraum 30 zwischen der Scheibe 17 und dem
Flansch 5 mit der Bohrung 7 der Propellerwelle 6 verbunden ist.
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Im Innenraum 8 des Propellergehäuses 1 befindet sich ein Verstellkörper
31, dessen von der Propellerwelle 6 entferntes Ende als Tauchkolben 32 mit einer
Kolbendichtung 33 ausgebildet ist. Der Tauchkolben 32 bildet mit der Zylinderbohrung
11 einen Zylinder-Kolbenmechanismus zur Bewegung des Verstellkörpers 31. Wie weiter
erläutert wird, kann der Betätigungsdruck auch dem Innenraum 8 des Propellergehäuses
1 zugeführt werden, so dass der Verstellkörper mit seinem Tauchkolben 32 eine doppelt
wirkende Funktion hat.
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Zu diesem Zwcck ist der Verstellkörper an seinem der Pro-
pellerwelle
zugewandten Ende mit einem Zapfen 34 versehen, der dichtend durch eine Bohrung 35
in der Scheibe 17 durchgeführt ist und Kanäle 36 und 37 aufweist, die mit Rohren
38 und 40 verbunden sind, die sich in der Bohrung 7 der Propellerwelle 6 befinden
und zur Zufuhr und der Ableitung von hydraulischem Druckmedium für die Betätigung
des Verstellpropellers dienen. Wie aus der Figur 1 ersichtlich ist, ist das Rohr
38 mit einem zentralen Kanal 36 verbunden, welcher in den Zylinderraum 11 führt.
Der Zwischenraum 41 zwischen den Rohren 40 und 38 ist mit Kanälen 37 verbunden,
welche in bzw. aus dem Innenraum 8 des Propellergehäuses 1 führen. Die Rohre 38
und 40 sind in bekannter Weise mit einer nicht dargestellten Steuervorrichtung verbunden,
welche die Zufuhr von hydraulischem Druckmedium in den Zylinder 11 oder den Innenraum
8 steuert und dadurch Verstellbewegungen des Verstellkörpers 31 herbeiführt.
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Wie noch insbesondere aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich ist, hat
der Verstellkörper 31 an seinem Umfang ebene Flächen 42, welche mit ebenen Flächen
43 der Halteteile 21 zusammenwirken. In den Flächen 42 sind L-förmlge Nuten 44 ausgebildet,
welche jeweils einen Schenkel 45 aufweisen, der sich in der Bewegungsrichtung des
Verstellkörpers erstreckt, die parallel zur Achse A des Propellers verläuft. Der
zweite Schenkel 46 steht quer zu dieser Richtung, vorzugsweise senkrecht. In die
L-förmige Nut 44, und zwar im Betrieb in ihren Schenkel 46, greift ein Zapfen 47
des betreffenden Halteteiles 21 ein, welcher von einer Führungsbüchse 48 mit ebenen
Führungsflächen umgeben ist.
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Die Figuren 5 bis 7 zeigen den Vorgang, wie bei der Montage der Verstellkörper
31 in das NabengehAuse mit bereits mon-
tierten Propellerflügeln
2 eingeführt wird.
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Entsprechend der Figur 5 werden die Propellerflügel mit ihren Tellern
20 so eingestellt, dass sich die Zapfen 47 jeweils gegenüber den Schenkeln 45 der
Nuten 44 befinden.
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Darauf wird der Verstellkörper 31 so weit in das Nabengehäuse eingeführt
bis die Zapfen 47 mit ihren Büchsen 48 gegen das Ende des Schenkels 45 der Nut 44
stossen. Nun wird nach der Figur 6 der Verstellkörper bei gleichzeitiger Drehung
der Propellerflügel im durch einen Pfeil dargestellten Sinn weiter nach rechts bewegt,
wobei die Zapfen 47 in den Schenkel 46 der L-förmigen Nut 44 eingeführt werden.
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Die Figur 7 zeigt schliesslich die Stellung des Zapfens 47 in der
Nut 44 in Betriebsstellung. Durch Dreiecke 50 ist dabei die Lage der Propellerflügel
2 angedeutet.
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Wie bereits erwähnt,wird im Betrieb bei einer Verstellbewegung einem
der Druckräume, entweder dem Zylinderraum 11 oder dem Innenraum 8,Druckmedium zugeführt,
während für dessen Abfluss aus dem anderen Raum gesorgt wird. Wenn der Durchfluss
durch die Rohre 38 und 40 gesperrt wird, werden der Verstellkörper 31 und mit ihm
die Flügel 2 des Verstellpropellers in der betreffenden Stellung blockiert.
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Der Abströmkanal 28 ermöglicht eine gewisse geringfügige Strömung
des hydraulischen Mediums, d.h. eines Oels, an den Lagerflächen 25 vorbei in die
Bohrung 7 der Propellerwelle 6, in welcher bei allen Betriebszuständen ein niedrigerer
Druck als im Innenraum 8 herrscht. Dadurch wird für eine einwandfreie Schmierung
dieser Lagerflächen gesorgt. Gleichzeitig wird bei dieser Anordnung die Dichtung
27 entlastet, da sie nicht dem im Innenraum 8 herrschenden Arbeitsdruck,
sondern
dem niedrigeren in der Bohrung 7 der Propellerwelle herrschenden Druck ausgesetzt
ist0 Wie bereits erwähnt, hat der Deckel 10 an seinem Umfang einen in Achsenrichtung
A des Gehäuses vorstehenden ringförmigen Rand 51, welcher mit seiner inneren Fläche
mit geringem Spiel einen ringförmigen Vorsprung 52 des äusseren Gehäuseteiles 3
umschliesst.
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Vorzugsweise können in an sich bekannter Weise die Propellerflügel
so ausgebildet, bzw. ihre Drehachsen so angeordnet sein, dass sie im Betrieb mit
ihrer Reaktionskraft den Verstellkörper 31 in der Figur 1 nach links drücken. Das
hat zur Folge, dass die in der Zylinderbohrung 11 wirkenden Arbeitsdrücke grösser
sind, als die Arbeitsdrücke, die im Betrieb im Innenraum 8 in Frage kommen.
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Der im Innenraum 8 des Nabengehäuses wirkende hydraulische Druck hat
die Entstehung einer Anpresskraft zur Folge, welche auf die Halteteile 21 einwirkt
und diese gleichmässig gegen die ringförmigen Leisten 24 drückt. Diese Wirkung ist
insbesondere bei grossen, langsam laufenden Propellern vorteilhaft, da dadurch Kippkräfte
in der Lagerung unter dem Einfluss der auf die Propellerflügel wirkenden hydraulischen
Kräften zumindest gemildert werden. Dadurch wird der Flügelteller 20 von auf seinen
Rand wirkenden Kräften entlastet.
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Beim dargestellten Propeller kann der Verstellkörper 31 nach Entfernung
des Deckels 10 in der Figur 1 nach links ausgebaut werden ohne Lösung des Nabengehäuses
1 der Propellerwelle 6.
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Bei einfacheren, kleineren Propellern kann auch die Zylinderbohrung
11 direkt im Nabengehäuse 1 ausgebildet sein. In gleicher Weise kann.auch die Begrenzungswand
17 mit dem Nabengehäuse 1 in einem Stück ausgebildet sein
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