DE4231814C1 - Verstellpropeller, insbesondere für Sportboote - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verstellpropeller, insbesondere für Sportboote, mit einer auf eine Antriebswelle aufsetzba­ ren Nabe, daran gehaltenen, um radiale Achsen verstellbaren Flügeln und an den Flügeln angreifenden Verstellstößeln, deren freie Enden im Bereich einer Stirnseite der Nabe an eine Verstelleinrichtung angeschlossen sind.

Bei einem Verstellpropeller der eingangs beschriebenen Gat­ tung (EP 02 97 162 A1) gehört zur Verstelleinrichtung ein von der freien Stirnseite der Nabe zugängliches Handrad, mit dem die Verstellstößel und damit die Flügel so verstellt werden können, daß die Flügelsteigung den jeweiligen Erfor­ dernissen präzise angepaßt werden kann.

Insbesondere beim Betrieb von Sportbooten steht nicht immer optimales wirtschaftliches Fahren im Vordergrund. Wenn Sportboote z. B. für den Wasserskilauf eingesetzt werden, kommt es darauf an, die Höchstgeschwindigkeit in kürzester Zeit zu erreichen. Um in diesem Zusammenhang aufwendige Regelungen der Flügelsteigung zu vermeiden, sind bereits Verstellpropeller vorgeschlagen worden, bei denen sich die Flügelsteigung nach Maßgabe der Fliehkraft (US 47 92 279) oder nach Maßgabe der Flügelbelastung (US 34 03 735) ver­ stellt. Da aber die Fliehkraft ausschließlich drehzahl­ abhängig ist und die Flügelbelastung größeren Schwankungen unterworfen sein kann, arbeiten derartige Systeme nicht sehr präzise.

Bei Verstellpropellern für Schiffe ist es bekannt, auf der Antriebswelle ein Kernrohr zu befestigen und die Nabe auf dem Kernrohr längsverschieblich, jedoch drehfest zu lagern (DE-PS 8 34 207). Zwischen dem Kernrohr und der Nabe ist eine Rückstellfeder angeordnet. Die Propellerflügel weisen ein Kegelrad auf, welches wahlweise zur Vorwärtsfahrt bzw. Rück­ wärtsfahrt mit einem von zwei mit gegenseitigem Abstand in der Nabe angeordneten Kegelrädern in Eingriff gebracht werden kann, so daß sie mit Hilfe der Antriebsmaschine verstellt werden können. - Bei einer anderen Ausführung (CH-PS 271 823) ist zwischen dem Kernrohr und den an den Flügeln angreifenden Verstellstößeln ein Getriebe vorge­ sehen, das die Verstellstößel sowie damit die Flügel ver­ stellt. Zu dem Getriebe gehört ein am Kernrohr angeordnetes Zahnrad, in das Ritzel der drehbaren Verstellstößel eingrei­ fen. Die Verstellstößel tragen Schnecken, die mit einem Schneckenrad des Flügels in Eingriff stehen.

Ferner ist es bei einem Verstellpropeller für Bootsantriebe bekannt, die Flügel mit ihrem Flügelfuß in einer Kulisse der Antriebswelle zu führen und die Nabe längsverschieblich sowie drehbar auf der Antriebswelle zu lagern, wobei zwi­ schen Antriebswelle und Nabe eine in Umfangsrichtung wirken­ der Rückstellfeder angeordnet ist (DE-OS 23 46 912). Damit soll eine selbstätige Verstellung der Flügel insbesondere beim Anfahren erreicht werden. Bei einem anderen bekannten Ver­ stellmechanismus ist in der hohlen Antriebswelle eine von dieser mitgenommene Verstellstange angeordnet, die einen Gewindeabschnitt trägt, der in eine Verstellmutter ein­ greift, die bei einer Relativdrehung zwischen Antriebswelle und Verstellstange axial verschoben wird und die Flügel ver­ stellt (US 33 62 479). - Schließlich ist es auch bekannt, bei hydraulischer Flügelverstellung eine Dämpfungseinrich­ tung vorzusehen, zu der eine mit einem Ventilelement ver­ schließbare Bypassleitung zwischen zwei druckmittelgefüllten Arbeitsräumen gehört (US 39 15 590).

Aufgabe der Erfindung ist es, einen sich selbst verstellen­ den Verstellpropeller anzugeben, bei dem sich die Flügel­ steigung unabhängig von Fliehkräften und Flügelbelastung ändert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein auf der An­ triebswelle befestigbares Kernrohr vorgesehen ist, daß die Nabe auf dem Kernrohr gelagert und zwischen Anschlä­ gen relativ zum Kernrohr verdrehbar ist, daß zwischen Kernrohr und Nabe eine Rückstellfeder angeordnet ist und daß zwischen dem Kernrohr und den Verstellstößeln ein Getriebe vorgesehen ist, das die Verstellstößel sowie damit die Flügel nach Maßgabe der Relativdrehung zwi­ schen Kernrohr und Nabe verstellt. Gibt z. B. der Boots­ führer eines Sportbootes zum Anfahren oder Beschleunigen Vollgas, dann nimmt die Drehzahl der Antriebswelle mit dem darauf befestigten Kernrohr schneller zu als die Drehzahl des durch Wasserwiderstand und Massenträgheit gebremsten Verstellpropellers. Die dadurch bedingte Re­ lativbewegung zwischen Kernrohr und Nabe wird dann ge­ nutzt, um die Flügelsteigung zum Zwecke einer Verbesserung der Bootsbeschleunigung zu reduzieren. Wird während der Fahrt die Motordrehzahl und damit die Drehzahl der An­ triebswelle reduziert, ergibt sich ebenfalls eine Rela­ tivdrehung zwischen Kernrohr und Nabe mit entsprechender Änderung der Flügelsteigung.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kernrohr an seinem freien Ende ein Zahnrad trägt, daß die Verstellstößel an ihren freien En­ den Ritzel tragen, die mit dem Zahnrad in Eingriff ste­ hen, und daß jeder Verstellstößel im Bereich des zugeord­ neten Flügels eine Schnecke trägt, die mit einem Schnec­ kenrad des Flügels in Eingriff steht. Durch entsprechende Auslegung des Zahnradgetriebes und des Schneckengetrie­ bes sowie der die maximale Größe der Relativdrehung be­ stimmenden Anschläge kann die maximal mögliche Änderung der Flügelsteigung eingestellt werden. Bei dieser Aus­ führung kann eine zwischen dem Kernrohr und der Nabe in Umfangsrichtung wirkende Rückstellfeder angeordnet werden.

Eine andere Ausführung der Erfindung ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nabe auch axial verschiebbar auf dem Kernrohr gelagert ist, daß eine Kulissenführung zwischen Nabe und Kernrohr vorgesehen ist und daß das Kernrohr an seinem freien Ende eine Umfangsnut zur Führung der Ver­ stellstößel trägt. Diese Ausführung eignet sich insbe­ sondere für Verstellpropeller, bei denen die Verstell­ stößel in axialer Richtung verschieblich angeordnet sind (US 48 97 056) und an ihren freien Enden im Bereich ei­ ner Stirnseite der Nabe für den Anschluß einer Verstell­ einrichtung eingerichtet sind. Die Kulissenführung kann insbesondere als Gewindeführung zwischen Nabe und Kern­ rohr ausgebildet sein. Die Rückstellfeder kann eine in axialer Richtung zwischen Kernrohr und Nabe wirkende Schraubenfeder sein.

Um ein Abreißen der Strömung an den Propellerflügeln bei zu schneller Steigungsänderung zu vermeiden, kann es vor­ teilhaft sein, eine zwischen Kernrohr und Nabe wirkende Dämpfungseinrichtung vorzusehen. Eine solche Dämpfungs­ einrichtung kann zwei druckmittelgefüllte Arbeitsräume mit zugeordneter Kolbenanordnung aufweisen, die über eine Bypassleitung miteinander verbunden sind, wobei in der Bypassleitung eine Drossel angeordnet ist. Vorzugsweise sollte die Drossel verstellbar sein. Die Dämpfungsein­ richtung ermöglicht es, den zeitlichen Ablauf der Stei­ gungsänderung im Hinblick auf schnelles Erreichen der maximalen Bootsgeschwindigkeit zu optimieren.

Wenn darüber hinaus die Bypassleitung mit einem Ventil­ element verschließbar ist, das in radialer Richtung auf einer Feder abgestützt ist, also fliehkraftabhängig ar­ beitet, ist es möglich, durch entsprechende Auslegung des Systems aus Ventilelement und Feder die Verhältnisse so einzurichten, daß die selbstverstellenden Eigenschaften des Verstellpropellers erst oberhalb einer bestimmten Drehzahl der Antriebswelle aktiv werden können.

Ähnliches gilt auch für die Auslegung der Rückstellfeder zwischen Kernrohr und Nabe, weil bei Einsatz einer star­ ken Rückstellfeder eine signifikante Relativdrehung zwischen Kernrohr und Nabe erst bei entsprechend hoher Drehbeschleunigung der Antriebswelle eintritt. Im übri­ gen dient die Rückstellfeder auch dazu, beim Abstellen des Motors oder bei geringer Fahrgeschwindigkeit die Flü­ gelsteigung wieder in ihre Ausgangsposition zurückzufüh­ ren. Um das zu beschleunigen, kann zwischen den Arbeits­ räumen eine weitere Bypassleitung vorgesehen sein, die ein Rückschlagventil aufweist.

Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Verstellpropeller,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Kernrohr und die dar­ auf gelagerte Nabe (teilweise),

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung eine Getriebean­ ordnung zwischen Kernrohr und Flügel eines Ver­ stellpropellers, dessen Nabe lediglich drehbar auf dem Kernrohr gelagert ist.

In Fig. 1 erkennt man eine von einem nicht dargestellten Motor antreibbare Antriebswelle 1, auf der ein Kernrohr 2 in an sich bekannter Weise befestigt ist. Auf dem Kern­ rohr 2 ist eine Nabe 3 des Verstellpropellers zwischen nicht dargestellten Anschlägen drehbar und axial ver­ schiebbar gelagert. Die Nabe 3 weist an ihrem Außenumfang mit gleichem gegenseitigem Abstand angeordnete Ausnehmun­ gen 4 für daran angeordnete Flügelfüße 5 von Flügeln 6 auf. Die Flügel 6 sind zum Zwecke der Steigungsänderung um radiale Achsen verstellbar. Die Flügelfüße 5 sind durch Schrauben 7 mit zugeordneten Verstellplatten 8 ver­ schraubt, die in ihren zugeordneten Ausnehmungen 4 mit Hilfe von darin eingeschraubten Halteringen 9 drehbar gehalten und geführt sind.

Jede Verstellplatte 8 weist an ihrer Unterseite eine Führungsnut 10 auf, in die ein mit einem Gleitstein 11 versehener Zapfen 12 eingreift. Der Zapfen 12 ist Teil eines Verstellstößels 13, der in einer axialen Bohrung 14 der Nabe 3 verschieblich geführt ist. Die Verstellstö­ ßel 13 tragen zur Abdichtung des Raumes um die Verstell­ platten 8. Dichtungen 15 und sind an ihrem aus der Boh­ rung 14 ragenden Ende 16 durch einen Synchronflansch 17 miteinander verbunden, der mit Muttern 18 an den Enden 16 befestigt ist.

Das Kernrohr 2 besitzt an seinem freien Ende ein Außen­ gewinde 19 für eine Mutter 20 und eine damit verspannte Gegenmutter 21. Die Mutter 20 und die Gegenmutter 21 definieren eine Umfangsnut 22, in der der Synchron­ flansch 17 axial unverschieblich, aber drehbar gehalten ist. Dementsprechend werden bei einer axialen Verschie­ bung der Nabe 3 relativ zum Kernrohr 2 die Verstellstö­ ßel 13 axial bewegt, die dabei die Steigung ihrer zuge­ ordneten Flügel 6 verändern.

Wie man insbesondere aus Fig. 2 entnimmt, ist die dreh­ bar und axial verschiebbar auf dem Kernrohr 2 gelagerte Nabe 3 über eine Rückstellfeder 23 am Kernrohr 2 abge­ stützt. Die Rückstellfeder 23 ist bei der dargestellten Ausführung eine das Kernrohr 2 umgebende Schraubenfeder, die in Umfangsausnehmungen 24 des Kernrohrs 2 und der Na­ be 3 untergebracht ist und deren freie Enden in zugeord­ neten Axialbohrungen 25 der Nabe 3 bzw. des Kernrohrs 2 gehalten sind, so daß die Rückstellfeder 23 sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung Rückstell­ kräfte aufbringen kann.

Ferner ist zwischen dem Kernrohr 2 und der Nabe 3 eine Kulissenführung vorgesehen, zu der bei der dargestellten Ausführung ein Außengewinde 26 des Kernrohrs und ein zu­ geordnetes Innengewinde 27 der Nabe 3 gehören. Bei einer Relativdrehung zwischen Kernrohr 2 und Nabe 3 verschiebt sich folglich die Nabe 3 in axialer Richtung gegenüber dem Kernrohr 2.

Das in Fig. 2 rechts vom Außengewinde 26 liegende Ende 28 des Kernrohrs 2 weist einen gegenüber dem Außengewin­ de 26 verringerten Außendurchmesser auf. Auf der Um­ fangsfläche dieses Endes 28 ist ein mit der entsprechen­ den Stirnseite der Nabe 3 verschraubter Radialflansch 29 gelagert, der eine mit dem Außenumfang des Endes 28 zu­ sammenwirkende Dichtung 30 trägt. Durch entsprechende Wahl der Toleranzen zwischen der inneren Umfangsfläche des Radialflansches 29 und der äußeren Umfangsfläche des Endes 28 können Reibungsverhältnisse eingestellt werden, die eine Dämpfung der Relativbewegung zwischen der Nabe 3 und dem Kernrohr 2 bewirken.

Zwischen dem Außengewinde 26 des Kernrohrs 2 und seinem Ende 28 ist eine hydraulische Dämpfungseinrichtung ange­ ordnet, zu der zwei als Umfangsnuten ausgebildete, mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllte Arbeitsräume 31, 32 gehören, die über eine Bypassleitung 33 miteinander ver­ bunden sind. Die Bypassleitung 33 ist mit Hilfe eines verstellbaren Drosselelementes 34 mehr oder weniger ver­ schließbar. Das Drosselelement 34 ist in einer Axialboh­ rung 35 der Nabe 3 untergebracht und darin mit Hilfe eines aus Maßstabsgründen nicht wiedergegebenen Gewinde­ abschnittes gehalten. Durch Einführen eines geeigneten Werkzeuges in die Axialbohrung 35 kann das Drosselelement 34 in Richtung auf die Bypassleitung 3 verstellt werden.

Bei einer Relativbewegung zwischen Kernrohr 2 und Nabe 3 dringt der Radialflansch 29 in den Arbeitsraum 32 ein und verdrängt die darin befindliche Hydraulikflüssigkeit in den anderen Arbeitsraum 31 bzw. die daran anschließen­ den Gewindeabschnitte, die funktionell zum Arbeitsraum 31 gehören. Das Drosselelement 34 steuert die Durchflußge­ schwindigkeit der Hydraulikflüssigkeit durch die Bypass­ leitung 33.

Bei der in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführung ist die Bypassleitung 33 von einem Ventilelement 36 verschlossen, welches in radialer Richtung auf einer Feder 37 abgestützt ist. Das Ventilelement 36 und seine Feder 37 sind so ausgelegt, daß die Bypassleitung 33 erst oberhalb einer bestimmten Drehzahl geöffnet wird.

Schematisch ist angedeutet, daß die beiden Arbeitsräume 31, 32 durch eine weitere Bypassleitung 38 verbunden sein können, in der ein Rückschlagventil 39 angeordnet ist. Diese Bypassleitung 38 soll eine schnelle Rückfüh­ rung der Nabe 3 und damit der Flügelsteigung unter der Wirkung der Rückstellfeder 23 in die Ausgangsstellung ermöglichen.

Der insoweit beschriebene Verstellpropeller arbeitet wie folgt: Bei kleinen Drehzahlen bleibt das System inaktiv. Erst oberhalb einer bestimmten Drehzahl, die durch die Fliehkraftwirkung auf das Ventilelement 36 bestimmbar ist, wird bei einer plötzlichen Erhöhung der Drehzahl der Antriebswelle 1 eine Relativbewegung zwischen Kern­ rohr 2 und Nabe 3 erzwungen, weil die Nabe 3 aufgrund ihrer Massenträgheit und der an den Flügeln 6 wirkenden hydrodynamischen Kräfte der Drehbeschleunigung der An­ triebswelle 1 nicht folgen kann. Die Relativdrehung der Nabe 3 gegenüber dem Kernrohr und die dabei entstehende Axialverschiebung der Nabe 3 führt auch zu einer Verän­ derung der Steigung der Flügel 6, weil die Verstellstö­ ßel 13 an dem Kernrohr 2 gehalten sind. Die Verstellge­ schwindigkeit wird durch die Dämpfungseinrichtung opti­ miert. Bei der Rückstellung unter dem Einfluß der Rück­ stellfeder 23 kann die Verstellgeschwindigkeit größer sein, weil die Hydraulikflüssigkeit über die Bypasslei­ tung 38 mit dem Rückschlagventil 39 abfließen kann.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Bei dieser Ausfüh­ rung braucht die Nabe 3 gegenüber dem Kernrohr 2 nur re­ lativ verdrehbar, aber nicht axial verstellbar sein, so daß die Getriebeanordnung 26, 27 zwischen Kernrohr 2 und Nabe 3 entfallen kann. Dafür trägt das Kernrohr 2 an seinem freien Ende eine Zahnrad 40, welches mit Rit­ zeln 41 an den freien Enden der Verstellstößel 13 in Eingriff steht. Die Verstellstößel 13 sind drehbar gela­ gert und tragen an ihren den Flügelfüßen zugewandten En­ den eine Schnecke 42, die mit einem am Außenumfang der Verstellplatte 8 ausgebildeten oder mit der Verstellplat­ te 8 verbundenen Schneckenrad 43 stehen. Bei einer Rela­ tivdrehung zwischen Kernrohr 2 und Nabe 3 werden die Rit­ zel längs des Außenumfangs des Zahnrades 40 bewegt und dabei mit ihren Verstellstößeln 13 gedreht, so daß auch die jeweiligen mit den Flügelfüßen 5 verbundenen Schnec­ kenräder 43 und damit die Flügelsteigungen verstellt werden.

In Fig. 1 ist noch dargestellt, daß die Nabe 3 in ra­ dialen Sektoren zwischen den Flügeln 6 durchgehende Ab­ gaskanäle 44 aufweist.

Claims (12)

1 . Verstellpropeller, insbesondere für Sportboote, mit einer auf eine Antriebswelle aufsetzbaren Nabe, daran gehaltenen, um ra­ diale Achsen verstellbaren Flügeln und an den Flügeln angrei­ fenden Verstellstößeln, deren freie Enden im Bereich einer Stirnseite der Nabe an eine Verstelleinrichtung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf der Antriebswelle (1) befestigbares Kernrohr (2) vorgese­ hen ist, daß die Nabe (3) auf dem Kernrohr (2) gelagert und zwischen Anschlägen relativ zum Kernrohr (2) verdrehbar ist, daß zwischen dem Kernrohr (2) und der Nabe (3) eine Rückstell­ feder (23) angeordnet ist und daß zwischen dem Kernrohr (2) und den Verstellstößeln (13) ein Getriebe vorgesehen ist, das die Verstellstößel (13) sowie damit die Flügel (6) nach Maßga­ be der Relativdrehung zwischen dem Kernrohr (2) und der Nabe (3) verstellt.

2. Verstellpropeller nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kernrohr (2) an seinem frei­ en Ende ein Zahnrad (40) trägt, daß die Verstellstößel (13) an ihren freien Enden Ritzel (41) tragen, die mit dem Zahnrad (40) in Eingriff stehen, und daß jeder Verstellstößel (13) im Be­ reich des zugeordneten Flügels (6) eine Schnecke (42) trägt, die mit einem Schneckenrad (43) des Flügels (6) in Eingriff steht.

3. Verstellpropeller nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch eine zwischen dem Kernrohr (2) und der Nabe (3) in Umfangsrichtung wirkende Rückstellfeder (23).

4. Verstellpropeller nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nabe (3) auch axial ver­ schiebbar auf dem Kernrohr (2) gelagert ist, daß eine Kulis­ senführung (26, 27) zwischen der Nabe (3) und dem Kernrohr (2) vorgesehen ist und daß das Kernrohr (2) an seinem freien Ende (16) eine Umfangsnut (22) zur Führung der Verstellstößel (13) trägt.

5. Verstellpropeller nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Gewindeführung (26, 27) zwischen der Nabe (3) und dem Kernrohr (2).

6. Verstellpropeller nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (23) eine in axialer Richtung zwischen dem Kernrohr (2) und der Nabe (3) wirkende Schraubenfeder ist.

7. Verstellpropeller nach einem der Ansprüche 1-6, gekenn­ zeichnet durch eine zwischen dem Kernrohr (2) und der Nabe (3) wirkende Dämpfungseinrichtung.

8. Verstellpropeller nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung zwei druckmittelgefüllte Arbeitsräume (31, 32) mit zugeordne­ ter Kolbenanordnung aufweist, die über eine Bypassleitung (33) miteinander verbunden sind, und daß in der Bypassleitung (33) eine Drossel (34) angeordnet ist.

9. Verstellpropeller nach einem der Ansprüche 1-8, gekenn­ zeichnet durch eine verstellbare Drossel (34).

10. Verstellpropeller nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassleitung (33) mit einem Ventilelement (36) verschließbar ist, das in radialer Richtung auf einer Feder (37) abgestützt ist.

11. Verstellpropeller nach einem der Ansprüche 1-10, ge­ kennzeichnet durch eine weitere Bypasslei­ tung (38) zwischen den Arbeitsräumen (31, 32), die ein Rück­ schlagventil (39) aufweist.

12. Verstellpropeller nach einem der Ansprüche 1-11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dämpfungs­ einrichtung als Reibungsbremse zwischen einander zugeordne­ ten Umfangsabschnitten des Kernrohrs (2, 28) und der Nabe (3, 29) ausgebildet ist.