DE3301621C2 - Verstellpropeller für Schiffantrieb - Google Patents

Abstract

Der Verstellpropeller hat einen Verstellmechanismus (15, 23, 91) zur Verstellung der einzelnen Propellerflügel (7). Der Verstellmechanismus (15, 23, 91) enthält für jeden Propellerflügel (7) einen Korrekturmotor (45, 80) mit einem Korrekturmechanismus (28, 32, 33, 70) zur zyklischen Verstellung des Anstellwinkels (W) des betreffenden Propellerflügels (7) unter dem Einfluß einer Steuervorrichtung (S).

Description

Die Erfindung betrifft einen Verstellpropeller für Schiffsantrieb nach dem Oberbebriff des Anspruchs I.

Ein derartiger Propeller ist aus der belgischen Patentschrift 4 39 634 bekannt. Bei diesem Propeller werden durch den Verstellmechanismus alle Propellerflügel gleichzeitig im gleichen Sinn und um die gleiche Größe verstellt, während durch den Korrekturmechanismus die Anstellwinkel der Propellerflügel während jeder Umdrehung zyklisch verändert werden (Hubschrauberprinzip). Durch diese Maßnahme sollen die Anstellwinkel an unhomogene Strömungsverhältnisse am Schiffsheck angepaßt werden.

Das gelingt beim bekannten Propeller nur /.um Teil, da eine tatsächlich individuelle Anpassung der einzelnen Propellerflügel an die im Schiffsheck vorhandenen Strömungsverhältnisse nicht möglich ist. Durch die gemeinsame Verstellung durch den Korrekturmechanismus wird nur ein sinusförmiger Verlauf der Änderungen der Anstellwinkel erreicht, welcher den tatsächlichen Strömungsverhältnissen in keiner Weise entspricht.

Die Erfindung hat die Schaffung eines Propellers der erwähnten Art zum Ziel, welcher einerseits die bei Verstellpropellern bekannte Anpassung der Anstellwinkel der Propellerflügel an die Betriebszustände sowie eine Umsteuerung gestattet und zusätzlich noch eine zyklisehe Korrektur dieser Anstellwinkel während jeder Propellerumdrehung ermöglicht, derart, daß die verschiedenen Anströmverhältnisse berücksichtigt werden können, und zwar in einer Weise, welche eine Anpassung dieser Korrekturen an Veränderungen der An-Strömverhältnisse gestattet, wie sie z. B. bei verändertem Tiefgang oder bei verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten des Schiffes auftreten. Das soll mit einem gegenüber einem Verstellpropeller üblicher Bauart mit Verstellkolben und Zylinder geringen zusätzlichen Aufwand erzielt werden, wobei aus Sicherheitsgründen bei Ausfall des Korrekturmechanismus ein normaler Betrieb des Verstellpropellers weiter gewährleistet sein soll.

Das erfindungsgemäße Ziel wird durch die Maßnahme nach dem Kernnzeichen des Anspruchs 1 erreicht.

Beim derart ausgebildeten Verstellpropeller wird clic bereits vorhandene schwenkbare Lagerung der Propcllerflügel zusammen mit dem Verstellmechanismus in einfacher Weise derart ergänzt, daß die erwähnten Koi·- rekturmöglichkeiten erhalten werden, wodurch eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Propellers möglich ist, die insbesondere bei den heute angestrebten großen Propellern mit niedrigen Drehzahlen ins Gewicht fällt. Dabei bleibt beim Ausfall der Korrckturmechanismen der Verstellmechanismus der Propcllerflügel normal in Tätigkeit, so daß jederzeit eine Weiterfahrt möglich ist. Die exzentrisch gelagerten Teile gestatten bei geeigneter Auslegung eine Betätigung des Verstellmechanismus mit verhältnismäßig geringen Kräften,

so wobei bei geeigneter Auslegung noch eine gewisse selbsthemmende Wirkung die Übertragung von Kräften von den Propellerflügeln auf die Korrekturmotoren verhindert oder zumindest dämpft.

Das im Anspruch 2 angegebene Prinzip mit Sollwertgeber, Istwertgeber und Regler ist auf dem Gebiet der Regelungstechnik an sich bekannt.

Der Kopplungsmechanismus kann stangenförmige Laschen aufweisen, die über Zapfen den Stellteil des Stellmotors mit den Propellerflügeln verbinden. Dabei sind die Zapfen für die Laschen am Stcllteil exzentrisch gelagert, wobei ihre Stellung vom Korrekturmotor einstellbar ist. Diese Bauart von Propellern gestattet eine robuste Lagerung der Propcllerflügel.

Bei einer anderen Ausführungsform kann der Zapfen auf einer Welle exzentrisch ausgebildet sein, welche vom Korrekturmolor drehverstellbar ist.

In beiden diesen Rillen kann der Korrekturmotor in an .sich aus der DE-AS 12 40436 bekannter Weise ein

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Zylinder-Kolbernmechanismus sein, wobei der gegenüber dem Zapfen exzentrisch gelagerte drehbare Teil mit einem Hebe! versehen ist, an welchem der Zylinder-Kolbenmcchanismus angreift.

Der Korrekturmotor kann jedoch auch ein Drehkolbenmotor sein. In beiden Fällen werden konstruktiv besonders einfache Ausführungsformen erhalten.

Die exzentrisch gelagerten drehbaren Teile und die Korrekturmotoren sind an dem Stellteil des Stellmotors angeordnet, welcher in der Nabe des Propellers in ihrer Achsenrichtung beweglich ist. Der Stellteil kann dabei in an sich bekannter Weise ein Teil eines hydraulischen Zylinder-Kolbenmechanismus sein. Dadurch ergeben sich schaltungsmäßige Vorteile, weil z. B. das hydraulische Druckmittel für die Korrekturmotoren in gleicher Weise wie für den Stellmotor durch die hohle Propellerwelle zugeführt werden kann.

Andererseits kann bei den Verstellpropellern mit sogenannten tellergelagerten Flügeln der VeiStellmechanismus Zapfen aufweisen, die über Gleitsteine mit parallelen Führungsflächen in Führungsnuten geführt sind, wobei die Zapfen exzentrisch gelagert sind und durch den Korrekturmotor verstellbar sind. Dadurch kann die erfindungsgcmäße Maßnahme auch bei diesem Typ von Verstellpropellern realisiert werden.

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Versicllpropcllers,

F i g. 2 einen Ausschnitt aus der F i g. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 3 den Schnitt IΠ-111 aus der Fig. 2,

F i g. 4 ein Schema der Steuerung des Korrekturmotors und des Korrekturmechanismus während einer Umdrehung beim Propeller nach den F i g. 1 bis 3,

F i g. 5 eine etwas abgeänderte Ausführungsform des Korrekturmechanismus nach den F i g. 2 und 3,

F i g. 6 eine der F i g. 5 entsprechende Ausführungsform des Korrekturmechanismus mit einem Drehkolbenmotor als Antriebsmotor,

F i g. 7 einen Schnitt des Drehkolbenmotors nach der Linie VII-VII in Fig.6,

F i g. 8 einen Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Propellers mit Tellerlagerung der Propellerflügel.

Der in der Fig. 1 dargestellte Verstellpropeller hat ein Nabengehäuse 1, das durch Schrauben 2 am Flansch 3 einer hohlen Propellerwelle 4 befestigt ist. Das Nabengehäuse 1 ist zweiteilig und besteht aus einem Lagerteil 5 und einem Zylinderteil 6. Im Lagerteil 5 sind mehrere, /.. B. vier, Propellerflügel 7 drehbar gelagert, wobei sie durch Schrauben 8 und Halteringe 10 an Lagerzapfen 11 befestigt sind. Die Lagerzapfen 11 sind ihrerseits in inneren Lagerbüchsen 12 und äußeren Lagerbüchsen 13 gelagert.

Im Zylinderteil 6 ist eine Zylinderbohrung 14 ausgebildet, in welcher ein Kolben 15 in Achsenrichtung des Nabengchäuses 1 dichtend geführt ist. Der Kolben 15 ist durch konzentrische Rohre 16 und 17 mit einer nicht dargestellten Quelle von hydraulischer Druckflüssigkeit verbunden. Diese Quelle zusammen mit der zugehörigen Steuervorrichtung zur gleichzeitigen Verstellung aller Propcllerflügel ist bekannt und gehört nicht zum Gegenstand der Erfindung. Es genügt zu sagen, daß durch das innere Rohr 17 zugeführtes Drucköl in den Zylindern!um 18 des Zylinderteils 6 gelangt und eine Uewcgung des Kolbens 15 in der Fig. 1 nach rechts bewirkt, während im Innenraum 20 des Lagerteils 5 befindliches Öl durch eine Bohrung 21 in den Zwischenraum 22 zwischen den Rohren 16 und 17 gelangt und durch diesen abfließt Umgekehrt kann das Drucköl durch den Zwischenraum 22 und die Bohrung 21 in den Innenraum 20 eingeführt werden, während aus dem Zylinderraum 18 Öl durch das innere Rohr 17 abgeleitet wird. In diesem Fall bewegt sich der Kolben 15 in der F i g. 1 nach links.

Wie noch weiter aus der F i g. 1 hervorgeht, greifen ίο am Kolben 15 stangenförmige Laschen 23 an, welche mit ihren anderen Enden über Zapfen an nicht dargestellten Hebeln angreifen, die an den Ringen 10 der Propellerflügel 7 angeordnet sind. Da diese Zapfen exzentrisch zu den Lagerzapfen 11 angeordnet sind, hat eine Bewegung der Laschen 23 unter dem Einfluß des Kolbens 15 in der Fig. 1 nach rechts oder nach links eine entsprechende Verdrehung der Lagerzapfen limit den Propellerflügeln 7 zur Folge. Auch diese Ausbildung ist an sich bekannt und gehört nicht zum Gegenstand der Erfindung.

Wie aus den F i g. 2 und 3 hervorgeht, hat die Lasche 23 an ihrem am Kolben 15 angreifenden Ende einen Lagerkopf 24 mit einer Bohrung 25, welcher über zwei Büchsen 26 und 27 mit kugeligen Lagerflächen an einem Zapfen 28 drehbar gelagert ist. Der Zapfen 28 hat Enden 30,31, die in Büchsen 32,33 befestigt und durch Stifte 34 gegen Drehung gesichert sind. Die Büchsen 32, 33 haben äußere Lagerflächen 35, 36, welche in Büchsen 37 von zwei gabelförmigen Vorsprüngen 38 des Kolbens 15 drehbar gelagert sind.

Wie aus den F i g. 2 und 3 hervorgeht, ist die Achse A der Lagerflächen 35, 36 gegenüber der Achse B des Zapfens 28 versetzt. Die Exzentrizität der beiden Achsen A und B ist in der F i g. 2 mit E bezeichnet.
Wie noch weiter aus den F i g. 2 und 3 hervorgeht, ist die Büchse 32 mit einem Hebel 40 versehen, der eine Bohrung aufweist, in welcher über zwei kugelige Lagerbüchsen 41 ein Zapfen 42 gelagert ist, welcher im gegabelten Ende 43 der Kolbenstange 44 eines Zylinder-Kolbenmechanismus 45 befestigt ist. Der Zylinder-Kolbenmechanismus enthält einen Zylinderblock 46 mit einer Zylinderbohrung 47, in welcher ein Kolben 48 mit der Kolbenstange 44 beweglich ist. Der Zylinderblock 46 ist um einen Zapfen 50 schwenkbar, welcher in einem Anschlußteil 51 befestigt ist, der seinerseits an einem Vorsprung des Kolbens 15 befestigt ist. Der Zylinder-Kolbenmechanismus 45 befindet sich dabei in einer Bohrung des Kolbens 15 und des Anschlußteils 51.

Der Zapfen 50 ist mit Bohrungen 52 und 53 für die so Zufuhr bzw. die Ableitung von hydraulischem Druckmittel versehen, an welche sich entsprechende Bohrungen im Zylinderblock 46 anschließen, welche zu den Zylinderräumen der Zylinderbohrung 47 links und rechts vom Kolben 48 führen. Die Bohrungen 52 und 53 des Zapfens 50 sind an schematisch dargestellte Leitungen 54 und 55 angeschlossen.

Die F i g. 4 zeigt schematisch die Anordnung des Verstellpropellers mit der Nabe 1, den Propellerflügeln 7 sowie der Propellerwelle 4 im Heck 60 eines Schiffes zusammen mit der Steuervorrichtung 5 zur Betätigung des Korrekturmechanismus. Die Propellerwelle 4 ist mit einem Ring 61 versehen, welcher geeignete Markierungen aufweist, anhand derer mit der Hilfe eines Stellungsfühlers 62 auf eine geeignete Art, z. B. elektromagnetisch, die augenblickliche Winkelstellung der Propellerwelle 4 zusammen mit dem Propeller 1, 7 gegenüber dem Schiffskörper 60 festgestellt werden kann. Der Stellungsfühler 62 liefert sein Signal einem Sollwertge-

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ber 63, welcher Sollwertsignale für die einzelnen Propellerflügel bildet, die der augenblicklichen Winkelstellung dieser Flügel gegenüber dem Schiffskörper entsprechen. Die Sollwertsignale werden Reglern 64 zugeführt, von denen jeder einem Propellerflügel zugeordnert ist. Der Regler 64 vergleicht das Sollwertsignal mit dem Istwertsigna!, welches von einem Stellungsfühler 65 geliefert wird, der von der Stellung der Kolbenstange

44 des Zylinder-Kolbenmechanismus 45 beeinflußt wird. Anhand einer eventuellen Abweichung bildet der Regler 64 ein Ausgangssignal, daß zur Betätigung des Schieberkoibens 65 eines hydraulischen Steuerschiebers 66 dient. Der Schieberkolben 65 steuert nach seiner Lage in der Bohrung des Gehäuses des Steuerschiebers 66 die Zufuhr von hydraulischem Druckmittel von einer Druckmittelquelle 67 in die Leitungen 54 oder 55 und damit in einen der Zylinderräume des Zylinder-Kolbenmechanismus 45. Gleichzeitig kann in bekannter Weise aus dem von der Zufuhr getrennten Raum das hydraulische Medium in einen Behälter 68 abgeleitet werden.

Die Anordnung des Stellungsfühlers 65 im Korrekturmechanismus ist aus der F i g. 3 ersichtlich. Dieser ist am Vorsprung 38 befestigt und durch einen Stift 39 mit der drehbaren Büchse 33 verbunden.

Im Betrieb wird der Propeller 1, 7 über die Welle 4 von einem nicht dargestellten Antriebsmotor angetrieben. Durch eine Einstellung des Kolbens 15 in der Zylinderbohrung 14 kann in bereits beschriebener Weise eine gewünschte Winkelstellung der Propellerflügel, die in der F i g. 4 mit Wbezeichnet ist, gewählt werden. Bei der Drehung der Welle 4 wird durch den Stellungsfühler 62 anhand des Ringes 61 dauernd die augenblickliche Winkelstellung der Propellerflügel abgetastet. Der Sollwertgeber 63 und der Regler 64 sorgen dafür, daß der Zylinder-Kolbenmechanismus, welcher einen Korrekturmotor bildet, über den exzentrischen Zapfen 28 eine zyklische Verstellung der zugeordneten Propellerflügel während jeder Umdrehung des Propellers ausführt. Dabei wird, wie aus der F i g. 2 hervorgeht, durch das Hebelverhältnis der Exzentrizität fzum Hebelarm L des Zapfens 42, an welchem der Zylinder-Kolbenmechanismus

45 angreift, eine verstärkende Wirkung erzielt, so daß eine verhältnismäßig kleine Kraft des Zylinder-Kolbenmechanismus 45 zur Ausführung der Korrekturbewegung des betreffenden Propellerflügels 7 ausreicht. Die dabei sich ergebenden längeren Wege sind für die Genauigkeit der Abtastung der Stellung der Propellerflügel günstig. Gleichzeitig werden durch die exzentrischen Büchsen 32, 33 wegen einer zumindest teilweisen selbsthernmenden Wirkung von den Propellerflügeln 7 durch die Laschen 23 übertragene Stöße aufgefangen oder zumindest geschwächt an den Zylinder-Kolbenmechanismus weitergegeben.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 ist der Zapfen 28 mit den Büchsen 32, 33 durch Stifte 34 starr verbunden, so daß eine Art Kurbelwelle entsteht. Diese Verbindung ist mit Rücksicht auf eine Übertragung der Drehbewegung von der Büchse 32 auf die Büchse 33 vorgesehen.

Die F i g. 5 und 6 zeigen eine andere Ausführungsform der exzentrischen Lagerung des Zapfens 28. In diesem Fall ist der Zapfen 28 mit exzentrischen zylindrischen Vorsprüngen versehen, die eine Welle 70 bilden. Die Welle 70 ist in Büchsen 72, 73 der gabelförmigen Vorsprünge 38 drehbar gelagert. Der Vorsprung 40 aus den Fig. 2 und 3 hat in diesem Fall die Form eines Hebels, welcher auf der Welle 70 befestigt ist.

Die Ausführungsform nach der Fig. 6 unterscheidet sich von der nach der Fig. 5 einzig dadurch, daß bei dieser die Verstellung des Zapfens 28 an der Stelle des Hebels 40 und des Zylinder-Kolbenmechanismus 45 durch einen Drehkolbenmotor 80 erfolgt, welcher direkl auf der Welle 70 aufgesetzt ist. Die Fig. 7 zeigt den Schnitt dieses Drehkolbenmotor, der ein Gehäuse mit einer zylindrischen Bohrung 81 aufweist, in welchem ein auf der Welle 70 befestigter Drehkolben 82 mit zwei radialen Flügeln 83 befestigt ist. Gleichzeitig ist in der

to F i g. 7 auch schematisch der Anschluß des Drehkolbenmotors 80 an die Steuerleitungen 54 und 55 aus der F i g. 4 angedeutet.

Die F i g. 8 zeigt die Anwendung des Erfindungsgedankens bei einem Propeller, wie er in der DE-OS 32 10 780 beschrieben ist. Auch dieser Verstellpropeller enthält einen Lagerteil 5, in welchem die Schaufeln 7 drehbar gelagert sind, sowie einen Zylinderieil 6 mit einer Zylinderbohrung 14, welcher sich in diesem Fall innerhalb des Lagerteils 5 befindet. Der Kolben 15 ist als Stellteil ausgebildet, in welchem Wellen 70 drehbar gelagert sind, die mit exzentrischen Zapfen 28 verschen sind. Wie aus dem oberen Teil der F i g. 8 hervorgeht, sind die Zapfen 28 von rechteckigen Führungssteinen 90 umgeben, die in Führungsnuten 91 geführt sind, welche senkrecht zur Achse des Propellers und der Welle 4 verlaufen. Die Nuten 91 sind in an sich bekannter Weise in Lagertellern 92 ausgebildet, mit deren Hilfe die Propellerflügel 7 im Lagerteil 5 gelagert sind.
Ähnlich wie bei der Ausführungsform nach der F i g. 5 ist auf jeder Welle ein Hebel 40 befestigt, an welchem die Kolbenstange 44 des Zylinder-Kolbenmeehanismiis 45 angreift. Der Zylinderblock des Mechanismus 45 ist ähnlich wie bei der Ausführungsform nach der F i g. 2 auf einen Zapfen 50 drehbar abgestützt, durch welchen gleichzeitig der Anschluß der Leitungen für das hydraulische Medium erfolgen kann. Auch die Steuervorrichtung kann die gleiche sein, wie sie in der F i g. 4 dargestellt ist.
Wie bereits erwähnt, bildet der Sollwertgeber 63 SoII-wertsignale für die Anstellwinkel der einzelnen Propcllerflügel, welche der augenblicklichen Winkelstellung dieser Flügel gegenüber dem Schiffskörper entsprechen. Diese Sollwerte können anhand von Messungen festgestellt und im Sollwertgeber z. B. auf elektronische Art gespeichert werden. Es versteht sich, daß auf einfache Weise verschiedene Sollwerte bzw. Sollwertfunktionen für verschiedene Fahrzuständc des Schiffes, /.. B. in Abhängigkeit von der Beladung oder von Geschwindigkeit, vorgesehen sein können.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

33 Ol 621 Patentansprüche:

1. Verstellpropeller für Schiffsantrieb mit einem Versteilmechanismus, der einen Stellmotor (6, 15) aufweist, welcher über einen Kopplungsmechanismus (23, 28,91) auf die einzelnen Propellerflügel (7) im gleichen Sinn und mit gleicher Größe einwirkt, sowie mit einem mindestens einen Korrekturmotor (45, 80) aufweisenden Korrekturmechanismus (28, 32, 33, 70) zur voneinander abweichenden Verstellung des Anstellwinkels der einzelnen Propellerflügel, dessen Wirkung dem Verstellmechanismus überlagert ist und welcher durch eine Steuervorrichtung zur zyklischen Verstellung des zugeordneten Propellerflügels während jeder Umdrehung des Propellers bexätigbarist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsmechanismus auf die Propellerflügel (7) über je einen Zapfen (28) einwirkt, dessen Lage mittels eines gegenüber dem Zapfen (28) exzentrisch gelagerten drehbaren Teils (32, 33, 70) verstellbar ist, das über den ihm zugeordneten Korrekturmotor (45,80) von der Steuervorrichtung (S), unabhängig von den anderen Propellerflügeln (7), beeinflußbar ist.

2. Verstellpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (S) für jeden Korrekturmotor (45, 80) einen Regler (64) mit einem Sollwertgeber (63) aufweist, welcher bei jeder augenblicklichen Winkelstellung der Propellerwelle (4) gegenüber dem Schiffskörper (60) das für diese Winkelstellung gültige Sollwertsignal für die Winkelstellung (W) des betreffenden Propellerflügels (7) mit einem von einem Stellungsfühler (65) gelieferten Istwertsignal vergleicht und entsprechend den Korrekturmotor (45,80) betätigt (Fig. 4).

3. Verstellpropeller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß de«· Kopplungsmechanismus (23) stangenförmige Laschen (23) aufweist, die über Zapfen den Stellteil (15) des Stellmotors (6,15) mit den Propellerflügeln (7) verbinden.

4. Verstellpropeller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturmotor in an sich bekannter Weise ein Zylinder-Kolbenmechanismus (45) ist, und daß der gegenüber dem Zapfen (28) exzentrisch gelagerte drehbare Teil (32, 70) mit einem Hebel (40) versehen ist, an welchem der Zylinder-Kolbenmechanismus (45) angreift.

5. Verstellpropeller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturmotor ein Drehkolbenmotor (80) ist (F i g. 6, F i g. 7).

6. Verstellpropeller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsmechanismus Zapfen (28) aufweist, die über Führungssteine (90) mit parallelen Führungsflächen in Führungsnuten (91) geführt sind, wobei die Zapfen (28) exzentrisch gelagert (70) sind und durch den Korrekturmotor (45) verstellbar sind (F i g. 8).