DE3321968A1 - Device for controlling the pitch of the blades of a propeller - Google Patents
Device for controlling the pitch of the blades of a propellerInfo
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Abstract
Description
Vorrichtung zum Verstellen der Steigung der Flügel-Device for adjusting the pitch of the wing
blätter eines Propellers Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. blades of a propeller The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
Diese Vorrichtung ist eine hydraulisch betriebene Axialströmungsvorrichtung und wird für Verstellpropeller oder Seitenantriebe von Seeschiffen verwendet.This device is a hydraulically operated axial flow device and is used for controllable pitch propellers or final drives on ocean-going vessels.
Fig. 1 zeigt einen derartigen bekannten Verstellpropeller mit mehreren Flügelblättern, die auf einer Nabe 3 gelagert sind. Die Nabe 3 ist ihrerseits auf einer Welle 2 gelagert, die durch eine (nicht dargestellte) Antriehsmaschine gedreht wird. Die Steigung der Flügelblätter wird durch eine hydraulische Hilfskrafteinrichtung 4 verändert, die in der Nabe 3 vorgesehen ist. Die Einrichtung 4 hat ein Verstellkreuz 6, das in der Nabe 3 axial in Bezug auf die Welle 2 hin- und herverschiebbar ist. Das Verstellkreuz 6 ist mit einer in der Mitte durchgehenden Axialbohrung 6a und einer weiteren Axialbohrung 6b in einem vorderen Verlängerungsteil versehen. Die Bohrungen 6a und 6b sind an eine Nehrfachrohr-Fluidverbindung 5 angeschlossen, die in einer Bohrung der Welle 2 vorgesehen ist und einen Teil eines hydraulischen Systems zur Beaufschlagung der einen Bohrung 6a oder der anderen Bohrung 6b bildet.Fig. 1 shows such a known controllable pitch propeller with several Blade blades which are mounted on a hub 3. The hub 3 is in turn on a shaft 2 which is rotated by a drive machine (not shown) will. The pitch of the blades is controlled by a hydraulic auxiliary power device 4, which is provided in the hub 3, changed. The device 4 has an adjustment cross 6, which can be pushed back and forth axially in the hub 3 with respect to the shaft 2. The adjustment cross 6 is provided with an axial bore 6a and 6a extending through the center a further axial bore 6b is provided in a front extension part. the Bores 6a and 6b are connected to a multiple pipe fluid connection 5 connected, which is provided in a bore of the shaft 2 and part of a hydraulic Forms system for acting on the one hole 6a or the other hole 6b.
Das hintere Ende des Verstellkreuzes 6 ist mit seinem Umfang in einem Hilfszylinder 9 verschiebbar gelagert, der am hinteren Ende der Nabe 3 befestigt ist. Diese Teile bilden eine Hilfskammer 10 im Zylinder 9, und die Kammer 10 steht mit der mittleren Bohrung 6a in Verbindung. Das Verstellkreuz 6, die Nabe 3 und eine Trennwand 7, die am vorderen Ende der Nabe 3 ausgebildet ist, begrenzen eine weitere Hilfskammer 11, die mit der anderen Bohrung 6b verbunden ist. Durch das Druckfluid in der einen oder anderen Kammer wird auf das eine Ende des Verstellkreuzes 6 eine Kraft ausgeübt, durch die es in der Nabe 3 axial verschoben wird.The rear end of the adjustment cross 6 is in one with its circumference Auxiliary cylinder 9 which is slidably mounted and which is attached to the rear end of the hub 3 is. These parts form an auxiliary chamber 10 in the cylinder 9, and the chamber 10 stands with the central bore 6a in connection. The adjustment cross 6, the hub 3 and a partition wall 7, which is formed at the front end of the hub 3, delimit a further auxiliary chamber 11 which is connected to the other bore 6b. By the Pressure fluid in one or the other chamber is applied to one end of the adjustment cross 6 exerted a force by means of which it is axially displaced in the hub 3.
Die Fußenden der Flügelblätter 1 sind jeweils an einer Kurbel 12 (Fig. 1 und 2) befestigt, die einen Kurbelzapfen 13 mit einem diesen umgebenden Kulissenstein 14 aufweist. Die Kurbel 12 hat die Form einer Scheibe, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, und wird daher auch als "Zapfenscheibe" bezeichnet. Sie ist in der Wand der Nabe 3 drehbar gelagert. In der Außenseite des Verstellkreuzes 6 ist eine sich senkrecht zur Hin-und Herbewegungsrichtung 8 bzw. Verstellrichtung des Verstellkreuzes 6 erstreckende Nut 15 (Fig. 2) ausgebildet, in die der Kulissenstein 14 paßt und in der er verschiebbar geführt ist. Wenn daher beispielsweise in die hintere Kammer 10 Öl gedrückt wird, verschiebt sich das Verstellkreuz 6 nach vorn, wobei es den Kulissenstein 14 längs der Nut 15 verschiebt. Dadurch wird die Kurbel 12 um ihre Achse 12a (Fig. 2) gedreht und die Steigung der Flügelblätter 1 ver- ändert. Die Ausübung eines Drucks in der anderen Kammer 11 verschiebt das Verstellkreuz und damit den Kulissenstein 14 in der anderen Richtung.The foot ends of the blades 1 are each attached to a crank 12 (Fig. 1 and 2) attached, which has a crank pin 13 with a sliding block surrounding this 14 has. The crank 12 has the shape of a disk, as shown in FIG is, and is therefore also referred to as a "pin washer". She is in the wall of the Hub 3 rotatably mounted. In the outside of the adjustment cross 6 one is perpendicular to the back and forth direction of movement 8 or direction of adjustment of the adjustment cross 6 extending Groove 15 (Fig. 2) is formed into which the sliding block 14 fits and in which it is displaceable is led. Therefore, if, for example, oil is pressed into the rear chamber 10, the adjustment cross 6 moves forward, it the sliding block 14 longitudinally the groove 15 moves. As a result, the crank 12 is rotated about its axis 12a (FIG. 2) and the pitch of the blades 1 changes. Exercising a Pressure in the other chamber 11 moves the adjustment cross and thus the sliding block 14 in the other direction.
Wenn das Verstellkreuz 6 nach Fig. 2 axial in der Richtung 8 beispielweise aus der durch die ausgezogene Linie dargestellten Stellung in die durch gestrichelte Linien dargestellte Stellung verschoben wird, üben die Seiten der Nut 15 auf den Kulissenstein 14 eine Kraft aus, so daß der Kurbelzapfen 13 auf einer Kreisbahn um den Mittelpunkt 12a und damit das Flügelblatt gedreht wird. Diese Kraft hat eine axiale Komponente 16 und eine quer dazu gerichtete Komponente 17. Die Axialkomponente 16 bewirkt die Drehung der Kurbel 12 und ist größer als die Querkomponente 17, wenn der Verstellpropeller nur in dem durch die radialen Linien 18 und 19 begrenzten Winkelbereich verstellt werden soll. Diese Linien 18 und 19 können als die Vorwärts- und Rückwärtssteigungen des Propellers betrachtet werden. Die Linie 20 stellt dann die neutrale Steigung oder Steigung dar. Wenn der Verstellpropeller nur um etwa 300 in dem Verstellbereich A in jedem der Vorwärts- und Rückwärtssteigungs-Verstellbereiche verstellt werden soll, wie es durch die strichpunktierten Linien in Fig. 2 dargestellt ist, steht zum Drehen der Kurbel 12 ein erheblicher Teil der Schubkraft zur Verfügung, die durch die Axialkraft 16 des Verstellkreuzes 6 dargestellt wird.If the adjustment cross 6 according to FIG. 2 is axially in the direction 8, for example from the position shown by the solid line to the position shown by the dashed line Lines shown position is moved, the sides of the groove 15 practice on the Sliding block 14 exerts a force so that the crank pin 13 is on a circular path is rotated around the center point 12a and thus the blade. That power has one axial component 16 and a component 17 directed transversely thereto. The axial component 16 causes the rotation of the crank 12 and is larger than the transverse component 17, if the controllable pitch propeller is only limited by the radial lines 18 and 19 Angular range is to be adjusted. These lines 18 and 19 can be used as the forward and backward pitches of the propeller are considered. Line 20 then represents the neutral pitch or pitch. If the controllable pitch propeller is only about 300 in the adjustment range A in each of the forward and backward incline adjustment ranges should be adjusted, as shown by the dash-dotted lines in FIG is, a considerable part of the thrust is available to turn the crank 12, which is represented by the axial force 16 of the adjustment cross 6.
Man möchte jedoch den Antriebswiderstand bei speziellen Schiffen möglichst gering halten, um Brennstoff einzusparen, und dies läßt sich dadurch erreich, daß die Flügelblätter 1 einiger Propeller in Segelstellung gebracht werden, wie es in Fig. 3(c) dargestellt ist.However, you want the propulsion resistance in special ships as possible keep low in order to save fuel, and this can be achieved in that the blades 1 of some propellers are brought into the sail position, as shown in Fig. 3 (c) is shown.
Die Fig. 3a, 3b und 3c stellen die Stellungen der Flügelblätter 1 jeweils bei Vorwärtssteigung, Rück- wärtssteigung und in Segelstellung dar. Um bei einer herkömmlichen Einrichtung dieser Art die Flügelblätter in die Segelstellung zu bringen, muß das Verstellkreuz 6 in die Segelstellung B (Fig. 2) geschoben werden, die durch strichpunktierte Linien dargestellt ist.FIGS. 3a, 3b and 3c show the positions of the blades 1 in each case for forward incline, backward upward slope and in the feathered position To in a conventional device of this type, the blades in the To bring the sail position, the adjustment cross 6 must be in the sail position B (Fig. 2) be pushed, which is shown by dash-dotted lines.
Diese Stellung ist um 900 gegenüber der neutralen Stellung 20 verdreht, wobei sich der Kulissenstein 14 in einem Totpunkt befindet, weil die axiale Kraftkomponente 16 weitgehend Null ist.This position is rotated by 900 compared to the neutral position 20, the sliding block 14 being in a dead center because the axial force component 16 is largely zero.
Wie Fig. 4 zeigt, hat man zur Lösung dieses Problems die Stellung des Flügelblattes auf der Kurbel 12 so gewählt, daß die Segelstellung mit der Stellung C zusammenfällt, die gegenüber dem Totpunkt B verschoben ist. Die Vorwärts- und Rückwärtssteigungs-Verstellbereiche sind dann gegenüber denjenigen Stellungen (Fig. 2) verschoben, in denen sie symmetrisch zu beiden Seiten der neutralen Stellung 20 liegen. Insbesondere in dem Rückwärtssteigungs-Verstellbereich D wird der Druck des Verstellkreuzes 6 wegen der verringerten Axialkraftkomponente 16 nicht vollständig ausgenutzt, um die Kurbel 12 zu drehen.As FIG. 4 shows, one has the position to solve this problem of the blade on the crank 12 selected so that the sail position with the position C coincides, which is shifted with respect to the dead center B. The forward and Reverse incline adjustment ranges are then compared to those positions (Fig. 2) shifted in which they are symmetrical on either side of the neutral position 20 lie. In particular, in the backward slope adjustment range D, the pressure of the adjustment cross 6 not completely due to the reduced axial force component 16 used to turn the crank 12.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, durch die der Propeller mit höherem Wirkungsgrad verstellt werden kann.The invention is based on the object of providing a device of the generic type Specify the type by which the propeller can be adjusted with higher efficiency can.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.The solution to this problem is characterized in claim 1.
Bei dieser Lösung kann der Kulissenstein keine Totpunkt lauge einnehmen.With this solution, the sliding block cannot take up any dead center lye.
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further developments are characterized in the subclaims.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der Zeichnung bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Axialschnitt eines Teils eines herkömmlichen Verstellpropellers, Fig. 2 in vergrößerter schematischer Darstellung die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 1, die Fig. 3a-3c jeweils in schematischer Form die Vorwärts-, Rückwärts- und Segelstellung der Flügelblätter des Propellers, Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie die nach Fig. 2, die jedoch die Wirkungsweise eines herkömmlichen Propellers mit in Segelstellung gebrachten Flügelblättern zeigt, Fig. 5a-5c eine ähnliche Ansicht wie die nach Fig. 2, die jedoch eine erfindungsgemäß verbesserte Einrichtung und deren Wirkungsweise darstellt, Fig. 6 einen Graphen, der die Abhängigkeit des Drehmoments der Kurbel nach den Fig. 5a bis 5c bei verschiedenen Steigungen der Flügelblätter des Propellers darstellt, und Fig. 7 eine ähnliche Ansicht wie die nach den Fig.The invention and its developments are described below with reference to the Drawing of preferred embodiments described in more detail. They show: FIG. 1 an axial section of part of a conventional controllable pitch propeller, Fig. 2 in enlarged schematic representation of the mode of operation of the device according to FIG. 1, Figs. 3a-3c each in schematic form the forward, backward and sail position the blades of the propeller, Fig. 4 is a view similar to that of Fig. 2, which, however, works like a conventional propeller with a sail position Fig. 5a-5c shows a view similar to that of Fig. 2, which, however, shows an improved device according to the invention and its mode of operation Fig. 6 is a graph showing the dependence of the torque of the crank 5a to 5c with different pitches of the blades of the propeller and FIG. 7 is a view similar to that of FIGS.
5a bis 5c, die jedoch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. 5a to 5c, which, however, represent a further embodiment of the invention represents.
Die erfindungsgemäße hydraulische Vorrichtung kann, bis auf die in den Fig. 5a bis 5c und Fig. 7 dargestellten Teile, im wesentlichen ebenso wie die in Fig. 1 dargestellte ausgebildet sein.The hydraulic device according to the invention can, with the exception of the in FIGS. 5a to 5c and FIG. 7, essentially the same as the parts shown in Fig. 1 shown to be formed.
Nach den Fig. 5a bis 5c hat die Kurbel 27 jedes Flügelblatts einen Kurbelzapfen 28, der exzentrisch zur Achse 27a angeordnet ist. Der Kurbelzapfen 28 ist von einem Kulissenstein 22 umgeben, der auf dem Kurbelzapfen drehbar gelagert ist.According to FIGS. 5a to 5c, the crank 27 of each blade has one Crank pin 28, which is arranged eccentrically to the axis 27a. The crank pin 28 is surrounded by a sliding block 22 which is rotatably mounted on the crank pin is.
Ein Verstellkreuz 21 ist in der durch die Pfeile 25 angedeuteten Axialrichtung verschiebbar gelagert.An adjustment cross 21 is in the axial direction indicated by the arrows 25 movably mounted.
Das Verstellkreuz 21 hat eine bogenförmig gekrümmte Führungsnut 23 in jeder einem Flügelblatt zugekehrten Seite, in der der zugehörige Kulissenstein 22 verschiebbar geführt ist, um die Axialbewegung des Verstellkreuzes 21 in eine Drehbewegung des Zapfens 28 und der Kurbel 27 um die Achse 27a umzuformen.The adjustment cross 21 has an arcuately curved guide groove 23 in each side facing a wing, in which the associated sliding block 22 is displaceably guided to the axial movement of the adjustment cross 21 in a Rotational movement of the pin 28 and the crank 27 to transform the axis 27a.
Wie die Fig. 5a und 5b zeigen, ist die Nut 23 so gekrümmt, daß, wenn sich der Kulissenstein 22 in einem vorbestimmten Vorwärtssteigungs- und Rückwärtssteigungs-Verstellbereich M des Flügelblatts befindet, die Tangente 24 an die Kurve der Nut 23 an der Stelle, wo sich der Kulissenstein 22 befindet, nicht parallel, sondern etwa senkrecht zur Richtung 25 der Hin- und Herbewegung des Verstellkreuzes verläuft. Die Seiten des Kulissensteins 22 sind vorzugsweise ebenso gekrümmt wie die Seiten der Nut 23.As shown in FIGS. 5a and 5b, the groove 23 is curved so that if the sliding block 22 is in a predetermined forward pitch and backward pitch adjustment range M of the blade is located, the tangent 24 to the curve of the groove 23 at the point where the sliding block 22 is located, not parallel, but approximately perpendicular to the Direction 25 of the back and forth movement of the adjustment cross runs. The pages of the Sliding blocks 22 are preferably just as curved as the sides of the groove 23.
Wenn das Verstellkreuz 21 im normalen Verstellbereich, der in den Fig. 5a und 5b dargestellt ist, nach vorn oder rechts verschoben wird, und zwar aus der Lage nach Fig. 5a in die Lage nach Fig. 5b, wird der Kulissenstein längs der Nut 23 zunächst nach oben und dann nach unten verschoben, so daß die Kurbel 27 im Uhrzeigersinne gedreht wird, um die Steigung der Flügelblätter zu ändern. Wie bereits erwähnt wurde, verlaufen diejenigen Teile der Seiten der Nut, an denen der Kulissenstein anliegt, in diesem Verstellbereich im wesentlichen senkrecht zur Linie 25. Nach Fig.If the adjustment cross 21 is in the normal adjustment range, which is in the Fig. 5a and 5b is shown, is shifted forward or right, namely from the position of FIG. 5a to the position of FIG. 5b, the sliding block is longitudinal the groove 23 is first moved up and then down, so that the crank 27 is rotated clockwise to change the pitch of the blades. As already mentioned, run those parts of the sides of the groove on which the Sliding block is applied, in this adjustment range essentially perpendicular to the line 25. According to Fig.
5a wird im Verstellbereich M auf die Kurbel 27 ein Drehmoment ausgeübt, das gleich dem Produkt aus der Hauptkraftkomponente Fr (= Fcos 8) der Kraft F des Verstellkreuzes 21, die senkrecht zu den durch die Achse des Kulissensteins 22 verlaufenden Radius gerichtet ist, und dem radialen Abstand La des Kulissensteins 22 von der Verstellkreuzachse 27a ist.5a, a torque is exerted on the crank 27 in the adjustment range M, which is equal to the product of the main force component Fr (= Fcos 8) of the force F des Adjusting cross 21, which are perpendicular to the ones running through the axis of the sliding block 22 Radius is directed, and the radial distance La of the sliding block 22 from the Adjusting cross axis 27a is.
Wie Fig. 5c zeigt, ist die Nut 23 ferner so gekrümmt, daß, wenn der Kulissenstein 22 die Segelstellung N einnimmt, die Tangente 26 an die Kurve der Nut 23 an der Stelle, wo sich der Kulissenstein 22 befindet, nicht senkrecht, sondern unter einem spitzen Winkel von vorzugsweise etwa 450 zur Richtung 25 verläuft.As Fig. 5c shows, the groove 23 is also curved so that when the Sliding block 22 assumes the sail position N, the tangent 26 to the curve of the Groove 23 at the point where the sliding block 22 is located, not perpendicular, but runs at an acute angle of preferably approximately 450 to direction 25.
Infolgedessen gibt es keinen Totpunkt für den Kulissenstein 22, wenn er sich in oder in der Nähe der Segelstellung N befindet. Wenn die Tangente 26 daher unter einem Winkel von 450 verläuft, wie es in Fig. 5c dargestellt ist, kann die Kurbel 27 durch das Drehmoment, das gleich dem Produkt der Komponente F cos 450 der senkrecht zur Tangente 26 gerichteten Kraft F und dem Abstand Lb des Kulissensteins 22 von der Achse 27a ist, leicht in den normalen Verstellbereich M zurückgedreht werden.As a result, there is no dead center for the sliding block 22 when it is in or near the feathered position N. If the tangent 26 therefore extends at an angle of 450, as shown in Fig. 5c, the Crank 27 by the torque, which is equal to the product of the component F cos 450 the force F directed perpendicular to the tangent 26 and the distance Lb of the sliding block 22 from the axis 27a is rotated back slightly into the normal adjustment range M. will.
Fig. 6 veranschaulicht diesen Sachverhalt graphisch, d.h. die Abhängigkeit des effektiven Drehmoments, das auf die Kurbel 27 ausgeübt wird, von den verschiedenen Winkelstellungen.Fig. 6 graphically illustrates this state of affairs, i.e. the dependency of the effective torque exerted on the crank 27 from the various Angular positions.
Die vorstehend geschilderte Ausführung ist vorteilhaft, wenn ein Schiff nicht die volle Antriebskraft benötigt, z.B. wenn es manövriert. Hierbei können einige seiner Propeller in Nullstellung gebracht und nicht mehr gedreht werden, um den Antriebswiderstand zu verringern. Die rotierenden Propeller können demzufolge mit höherem Antriebswirkungsgrad arbeiten.The embodiment described above is advantageous when a ship does not need full propulsion power, e.g. when maneuvering. Here you can brought some of its propellers to zero and no longer rotated to reduce drag. The rotating propeller can therefore work with a higher drive efficiency.
Fig. 7 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Kurbel 27 eine bogenförmig gekrümmte Führungsnut 31 und das Verstellkreuz 21 einen Kulissenstein 32, der in der Nut 31 verschiebbar geführt ist, aufweist. Das Flügelblatt ist unter einem solchen Winkel an der Kurbel 27 befestigt, daß der Propeller die Vorwärtssteigung aufweist, wenn sich die Nut 31 in der durch die ausgezogene Linie dargestellten Stellung befindet, die Rückwärtssteigung aufweist, wenn sich die Nut 31 in der gestrichelt dargestellten Lage befindet, und die Segelstellung einnimmt, wenn sich die Nut 31 in der strichpunktierten Stellung befindet.Fig. 7 shows a second embodiment in which the crank 27 a curved guide groove 31 and the adjustment cross 21 a sliding block 32, which is guided displaceably in the groove 31, has. The blade is under attached to the crank 27 at such an angle that the propeller has the forward pitch when the groove 31 is in the one shown by the solid line Position is located, the backward slope, when the groove 31 is in the dashed line is the position shown, and assumes the feathered position when the groove 31 is in the dot-dash position.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel verläuft die Tangente an die Seiten der Nut 31 nicht senkrecht zu einer radialen Linie, die durch die Drehachse der Kurbel 27 und den Kulissenstein verläuft. Die Tangente verläuft stets unter einem spitzen Winkel zu dieser Radiallinie.As in the first embodiment, the tangent runs to the Sides of the groove 31 not perpendicular to a radial line passing through the axis of rotation the crank 27 and the sliding block runs. The tangent always runs below at an acute angle to this radial line.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |