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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine aus Einzelteilen zusammengesetzte
Schiffschraube, d.h. eine Schiffschraube, deren Blätter abnehmbar
an einem Nabenkörper
befestigt sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine
zusammengesetzte Schiffschraube mit einem hohlen Nabenkörper und mehreren
Schraubenblättern,
die um den Nabenkörper
verteilt sind und abnehmbar daran befestigt sind, und zwar in Verbindung
mit einer Außenlagerfläche auf
einer Wand des Nabenkörpers.
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Obgleich
nicht darauf beschränkt,
ist die Erfindung besonders nützlich
für zusammengesetzte Propeller
bzw. Schrauben mit verstellbaren Blättern, d.h. eine Schraube,
deren Blätter
auf dem Nabenkörper
in eine ausgewählte
Schraubensteigung bewegt und in dieser Stellung fixiert werden können.
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In
solch einer Schraube ist die Steigung der Blätter in dem Sinn fixiert, dass
sie, während
sich die Schraube dreht, nicht verändert werden kann. Steht die
Schraube jedoch still, ist es möglich,
die Steigung innerhalb eines gewissen relativ engen Bereiches zu verändern.
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Ein
Bedarf für
solch eine geringfügige
Veränderung
der Steigung einer Schiffschraube kann von Zeit zu Zeit als Folge
veränderter
Arbeitsbedingungen des mit der Schraube ausgerüsteten Schiffes vorkommen,
z.B. in Verbindung mit einem Wechsel von Sommertätigkeit zu Wintertätigkeit
oder einer veränderten
Höchst-
oder Reisegeschwindigkeit.
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Die
Patentschriften GB-14 55 504 und DE-483 317 sowie eine im Jahr 1974
veröffentlichte Unternehmensbroschüre KaMeWa
ABP (Adjustable Built-Up Propeller, Verstellbare zusammengesetzte Schraube)
der Karlstads Mekaniska Werkstad (Schweden) zeigen einige Beispiele
von Ausführungen
nach dem Stand der Technik von zusammengesetzten Schiffschrauben
mit abnehmbaren Blättern, wobei
jedes Blatt mit einer Mehrzahl von Bolzen an dem Nabenkörper befestigt
ist. Bei diesen Schrauben nach dem Stand der Technik werden die
Schraubenblätter
mittels einer Anzahl von Befestigungsvorrichtungen an dem Nabenkörper fixiert.
Jede Befestigungsvorrichtung umfasst eine Spannstange in der Form
eines Gewindebolzens, der durch in den Nabenkörper und durch die Blattflansche
geformte Löcher
hindurchreicht, vermittels derer die Blätter auf eine Lagerfläche des
Nabenkörpers
aufgesetzt werden.
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In
den in GB-14 55 504 gezeigten Schrauben sind die Bolzen Stehbolzen,
welche vom Innern des Nabenkörpers
in gewindete Grundlöcher
in den Blattflanschen hineingeführt
und mit Muttern festgezogen werden, welche auf die inneren Enden
der Stehbolzen geschraubt werden. Um die Blätter in einer genauen Steigungsposition
relativ zum Nabenkörper
zu fixieren, werden Dübel
verwendet. Es gibt keine Vorkehrung, die Steigung einzustellen.
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In
der in DE-483 317 gezeigten Schraube sind die Bolzen Bolzen mit
Köpfen,
die von der Außenseite,
also der Seite der Blattflansche, die dem Wasser ausgesetzt ist,
durch verlängerte
Lochöffnungen
in den Blattflanschen in den Nabenkörper hineingeführt werden.
Obwohl es nicht der Zweck der verlängerten Form der Lochöffnungen
in den Blattflanschen ist, die Steigung einstellbar zu machen, ermöglichen
sie dennoch eine gewisse Einstellung der Steigung.
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Bei
der in der obengenannten Unternehmensbroschüre gezeigten Schraube werden
Bolzen mit Köpfen
vom Innern des Nabenkörpers
in gewindete Grundlöcher
in den Blattflanschen hineingeführt.
Die Löcher
in den Blattflanschen und die Löcher
im Nabenkörper
sind so angeordnet, dass einige wenige verschiedene vorbestimmte
Steigungspositionen ausgewählt
werden können.
Um die Blätter
genau in den verschiedenen Steigungspositionen zu fixieren, werden
Dübel verwendet.
Soll ein Blatt eingestellt werden, so werden die Bolzen zuerst gelockert, sodass
das Blatt um seine Längsachse
in die gewünschte
Position innerhalb des Einstellbereichs gedreht werden kann. Die
Bolzen werden dann festgezogen, um das Blatt in der gewählten Position
zu fixieren.
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Verständlicherweise
ist es sehr wichtig, dass die Blätter
fest in der ausgewählten
Position der Einstellung fixiert sind. Die Kraft, mit der die Bolzen
die Blattflansche gegen die Lagerfläche festklemmen müssen und
infolgedessen das Drehmoment, mit welchem die Bolzen festgezogen
werden müssen,
ist deswegen beträchtlich.
Der Platz um die Bolzen herum, der für den Einsatz von Schraubenschlüsseln oder
anderer Spannwerkzeuge zur Verfügung
steht, ist jedoch eingeschränkt,
und aus diesem und anderen Gründen
ist es schwierig, ein Drehmoment anzuwenden, welches groß genug
ist, um eine zufriedenstellende Fixierung sicherzustellen, welche
ausschließlich
von der Reibung zwischen dem Blattflansch und dem Nabenkörper abhängt. Dies
ist insbesondere dann so, wenn die Bolzen vom Innern des Nabenkörpers festgezogen
werden.
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Das
gleiche Problem besteht bei zusammengesetzten Schrauben mit unverstellbaren
Blättern. Selbst
bei solchen Schrauben müssen
die Befestigungsvorrichtungen mit einem beträchtlichen Drehmoment angezogen
werden.
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In
den Schrauben nach dem Stand der Technik nehmen die Dübel, die
verwendet werden, um die Blätter
relativ zum Nabenkörper
zu fixieren, ebenfalls einen gewissen Raum ein, weswegen nur einige
wenige feste Steigungsstellungen innerhalb des Einstellbereichs
möglich
sind.
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Es
ist wünschenswert,
dass es möglich
ist, die Blätter
im wesentlichen stufenlos zwischen den Grenzen des Einstellbereichs
einzustellen, d.h. in eine unbeschränkte Anzahl von Einstellpositionen, welche
nach Wunsch ausgewählt
werden können, und
die Blätter
zuverlässig
in jeder ausgewählten Einstellposition
fixieren zu können,
ohne Dübel
verwenden zu müssen.
Unabhängig
davon, ob die Schraube von der Art mit einstellbaren Blättern ist oder
nicht, ist es ebenfalls wünschenswert,
dass es möglich
ist, die Befestigungsvorrichtungen vom Innern des Nabenkörpers mit
ausreichender Kraft anzubringen und dabei Werkzeuge zu verwenden,
die klein genug sind, dass sie im Innern des Nabenkörpers eingesetzt
werden können.
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Entsprechend
ist es ein Ziel der Erfindung, eine Schraube der eingangs genannten
Art bereitzustellen, welche diese wünschenswerten Eigenschaften
besitzt.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Ziel erreicht durch eine Schraube, welche die Eigenschaften besitzt,
die im kennzeichnenden Teil der unabhängigen Ansprüche aufgeführt sind.
Die abhängigen
Ansprüche
zielen auf bevorzugte Merkmale der erfindungsgemäßen Schraube.
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Wie
es noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung erkennbar
sein wird, kann jede Spannstange – welche der Schaft eines Bolzens
sein kann – mit
einem Flanschelement von der Art einer Mutter oder eines Bolzenkopfs
versehen werden, welches eine Vielzahl von um die Spannstange verteilte
Aussparungen aufweist und eine entsprechende Vielzahl von Spannelementen,
welche in diesen Aussparungen aufgenommen werden und vom Flanschelement
zur Wand des Nabenkörpers
hin ausdehnbar sind, um das Flanschelement weg von der Wand des
Nabenkörpers
zu stemmen und dadurch die Spannstange mit Spannung zu beanspruchen.
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Natürlich wird
jedes Spannelement nur einen Teil der gesamten Spannkraft aufbringen,
die auf die Spannstange angewendet werden muss, um eine verlässliche
Reibungsfixierung des Schraubenblatts an den Nabenkörper sicherzustellen.
Die zusammengenommene Spannkraft jedoch, die von den Spannelementen
aufgebracht wird, kann eine feste Reibungsfixierung sicherstellen,
ohne dass es notwendig ist, die einzelnen Spannelemente mit mehr
als einem kleinen Bruchteil der Kraft zu beanspruchen, die bei Schrauben
nach dem Stand der Technik für
eine feste Fixierung der Blätter
erforderlich ist, wo für
jede Befestigungsvorrichtung das Drehmoment auf einen einzelnen
Schraubenbolzenkopf oder auf eine Mutter eines Schraubenbolzens
aufgebracht wird.
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Weil
jedes Spannelement nur mit einer kleinen Kraft beansprucht werden
muss, kann das Spannen der Spannstange durch den Einsatz eines kleinen
Werkzeuges bewirkt werden, wie einem Schlagschrauber, wenn die Spannelemente
Schrauben sind. In vielen Fällen
ist es deswegen möglich, den Vorgang
des Festspannens von innerhalb des Hohlraums des Nabenkörpers aus
durchzuführen;
die Art von Schiffschrauben, welche die Erfindung betrifft, sind üblicherweise
groß genug,
um einem Mechaniker die Arbeit mit einem handgeführten Elektrowerkzeug innerhalb
des Nabenkörpers
zu ermöglichen, wenn
die Schraubenblattposition eingestellt wird.
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In
solchen Fällen
können
die Spannstangen von der Seite der Blattflansche, welche mit der
Lagerfläche
des Nabenkörpers
verbunden ist, in das Schraubenblatt eingeführt werden. Folglich müssen sie
nicht vollständig
durch die Dicke des Blattflansches hindurchreichen, welche daher
eine glatte äußere Oberfläche haben
kann. Das bedeutet auch, dass die gesamte mit der Lauffläche auf
dem Nabenkörper
verbundene Flanschoberfläche
für die
Anbringung von Spannstangen zur Verfügung steht. Im entgegengesetzten
Fall, wenn die Spannstangen von der gegenüberliegenden Seite in den Blattflansch hindurchreichen,
also von der dem Wasser ausgesetzten Seite, schränkt die Schraubenblattwurzel
den Platz ein, der für
die Anbringung der Spannstangen zur Verfügung steht.
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Die
folgende Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeichnungen,
nämlich
einer zusammengesetzten Schraube mit einstellbaren Blättern, erlaubt
ein vollständigeres
Verständnis
der Erfindung.
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1 ist
eine Seitenansicht der Schraube und eines Teils der verbundenen
Schraubenwelle;
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2 ist
eine zu 1 ähnliche Ansicht, zeigt aber
den Nabenkörper
der Schraube entlang einer Ebene aufgeschnitten, welche die Achse
der Schraubenwelle enthält;
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3 ist
eine vergrößerte Teilansicht
der oberen linken Ecke des Nabenkörpers wie in 2 gezeigt
sowie des angrenzenden Teils des Schraubenblattflansches; und
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4 zeigt
einen Teil des Nabenkörpers
wie in 3 von der Linie IV-IV aus gesehen.
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Die
in den Zeichnungen gezeigte zusammengesetzte Schiffschraube 10 ist
an einen Flansch R an einer Schraubenwelle S geschraubt, von der
nur ein Teil gezeigt wird und deren Achse mit C bezeichnet wird.
Die Schraube 10 umfasst einen im wesentlichen würfelförmigen hohlen
Nabenkörper 11 einschließlich einer
Vorderwand 12, mit welcher der Nabenkörper an den Schraubenwellenflansch
R verschraubt wird, einer Rückwand 13 und
vier Seitenwänden 14,
die um die Achse C angeordnet sind. Drei der vier Seitenwände werden
in 2 gezeigt, während
die vierte in 1 gezeigt wird.
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In
der Vorderwand 12 und der Rückwand 13 sind kreisförmige Öffnungen 12A und 13A zentrisch zur
Achse C der Schraubenwelle ausgeformt. In den Seitenwänden 14 ausgeformte
kreisförmige Öffnungen 14A sind
zentrisch zu Orthogonalachsen L (von denen in den Zeichnungen nur
eine gezeigt ist), welche einander und die Achse C der Schraubenwelle an
einem Punkt K schneiden.
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Üblicherweise
ist die Rückwandöffnung 13A, durch
welche der Hohlraum 11A des Nabenkörpers 11 zugänglich ist,
von einer abnehmbaren Abdeckplatte 15 fest verschlossen.
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Die äußere Oberfläche jeder
Seitenwand 14 bildet eine flache Außenlagerfläche 14C für ein Schraubenblatt 16,
welches auf den Nabenkörper 11 durch
einen kreisförmigen
Blattflansch 17 befestigt wird, der zentrisch um die Achse
L ist. An der Seite des Blattflansches 17, der dem Nabenkörper 11 zugewandt
ist, ist ein kreisförmiger
flacher Vorsprung 17A ausgeformt, der in die Öffnung 14A der
Seitenwand 14 hineinragt, um den Blattflansch 17 zu
zentrieren und somit das ganze Schraubenblatt 16 relativ zum
Nabenkörper 11.
Der Blattflansch hat auf derselben Seite eine ringförmige Rille,
die einen Dichtungsring 18 aufnimmt, durch welchen der
Blattflansch abdichtend mit der Lagerfläche 14C verbunden
ist.
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Jedes
der vier Schraubenblätter 16,
welche sich in kreuzförmiger
Anordnung befinden, wird an dem Nabenkörper 11 durch eine
Vielzahl, in der abgebildeten Ausführungsform sind es sechzehn,
von Spannstangen 19 in der Form von Stehbolzen gehalten,
welche in gleichmäßigem Abstand
entlang einer imaginären
kreisförmigen
zylindrischen, um die Achse L zentrierten Oberfläche D angeordnet sind, wobei ihre
Achsen T in dieser zylindrischen Oberfläche D enthalten sind und parallel
zur Achse L verlaufen.
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Jede
dieser Spannstangen oder Stehbolzen 19 verläuft mit
einem kleinen Zwischenraum durch eine Öffnung 20 in der Seitenwand 14 und
wird mit einem Endteil in ein gewindetes Grundloch 17B im Blattflansch 17 hinein
geschraubt. Die Öffnungen 20 sind
gleichmäßig entlang
der oben genannten imaginären
zylindrischen Oberfläche
D, welche die Achsen der Stehbolzen 19 enthält, verteilt.
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Wie
in 4 gezeigt, sind die Lochöffnungen 20 in Umfangsrichtung
verlängert,
um eine geringfügige
Drehbewegung des Schraubenblatts 16 um die Achse L und
dadurch eine stufenlose (kontinuierliche) Veränderung des Steigungswinkels α des Schraubenblattes
in einem Winkeleinstellungsbereich von wenigen Grad zu ermöglichen.
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Das
andere Endteil des Stehbolzen 19 verläuft nach innen über die
innere Seite der Seitenwand 14 hinaus und hat ein Bauteil 21 aufgeschraubt,
welches hier Spannmutter genannt wird. Die Spannmutter 21 dient
dazu, den Schraubenblattflansch 17 mit großer Kraft
gegen die Lagerfläche 14C zu
klemmen. Sie ist vom Typ ("torquenut", "Drehmomentmutter"), welche von dem
US Unternehmen Superbolt, Carnegie, Pennsylvania, USA, unter der
Marke SUPERBOLT® vermarktet
wird.
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Spannmutter 21 umfasst
ein Flanschelement 22 in Form eines im wesentlichen kreisförmigen zylindrischen
Schraubmutterkörpers
mit einem Innengewinde, welches mit dem Aussengewinde des Stehbolzen 19 zusammenpasst.
Das Flanschelement 22 ist mit einer Anzahl von Aussparungen,
in der abgebildeten Ausführungsform
sind es sechzehn, ausgestattet, welche die Form axialer gewindeter
Bohrungen 23 haben, die durch das Flanschelement verlaufen
und in gleichmäßigem Abstand
rundherum angeordnet sind. In eine jede solche Aussparung wird ein Spannelement
in Form einer Spannschraube 24 mit einem Kopf 25 von
der Außenseite
aus geschraubt, d.h. der Seite des Flanschelementes 22,
welche von der Innenseite der Nabenkörperwand 14 weg zeigt. Die
Spannschraube 24 ist von solcher Länge, dass, wenn sie vollständig in
die Aussparung geschraubt wird, ihre Spitze über die Innenseite des Flanschelementes 22 hinausragt,
d.h. von der Seite, die zur Nabenkörperwand 14 zeigt.
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Mit
der Spannmutter 22 ist eine Unterlegscheibe 26 aus
Metall verbunden. Diese Unterlegscheibe, welche eine über den
Stehbolzen 19 passende Gleitöffnung hat, ist zumindest auf
der Seite sehr hart, die dem Flanschelement 22 zugewandt
ist, damit es dem hohen Oberflächendruck
widerstehen kann, der von den Spannschrauben 24 erzeugt
wird.
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Damit
die Unterlegscheibe 26 nicht an ihren Abschnitten übermäßig deformiert
wird, welche die offenen Stellen der Lochöffnungen 20 überdecken, d.h.
der Stellen, welche nicht vom Stehbolzen 19 (siehe 4)
ausgefüllt
werden, sollte sie eine gewisse Mindestdicke haben. Die abgebildete
Unterlegscheibe 26 kann, wenn es gewünscht wird, durch eine weitere
Unterlegscheibe (nicht abgebildet) ergänzt werden, geeigneterweise
mit der sehr harten aber relativ dünnen Unterlegscheibe, die ein
Standardelement der SUPERBOLT® Spannmutter bildet und
unmittelbar an das Flanschelement 22 anliegend plaziert
wird. In diesem Fall kann die Unterlegscheibe 26 etwas
dünner
und weniger hart sein, als wenn sie die einzige Unterlegscheibe
ist. Geeigneterweise beträgt
die Dicke der Unterlegscheibe 26 oder für den Fall, dass eine zusätzliche
Unterlegscheibe verwendet wird, die zusammengenommene Dicke der
beiden Unterlegscheiben, zumindest 0,3 mal die radiale Weite der
Lochöffnung 20.
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Wenn
ein Schraubenblatt 16 montiert werden soll, wird es mit
der Innen- oder Unterseite 17C des Blattflansches 17,
der auf der Lagerfläche 14C aufsitzt,
und mit den Löchern 17B im
Blattflansch lagegenau mit den gestreckten Öffnungen 20 in der Nabenkörperwand 14 angeordnet.
Dann werden die Stehbolzen 19 aus dem Hohlraum 11A des
Nabenkörpers 11 heraus
in die Löcher 17B des
Blattflansches hinein geschraubt; die Unterlegscheiben 26 werden über die
Stehbolzen 19 geführt,
und die Spannmuttern 21 werden auf die herausragenden Enden
der Stehbolzen aufgeschraubt. Nachdem das Schraubenblatt in die
gewünschte
Stellung gedreht wurde, werden die Spannmuttern 21 angezogen,
bis keine Lücke
mehr zwischen dem Blattflansch 17 und der Nabenkörperwand 14 oder
zwischen der letzteren und der Anordnung aus Unterlegscheibe und Spannmutter
ist. Dieses Festspannen kann durchgeführt werden, ohne dass es erforderlich
ist, ein sehr großes
Drehmoment auf die Spannmuttern 21 auszuüben. Wenn
die Spannschrauben 24 bereits im Flanschelement 22 eingesetzt
wurden, sollten sie nicht so weit eingeschraubt werden, dass ihre
Spitzen über
die Innenseite des Flanschelementes hinausragen.
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Anschließend werden
die Spannschrauben 24 von jeder Spannmutter 21 fest
gezogen, um sich durch das Zwischenstück der Unterlegscheibe 26 gegen
die Nabenkörperwand 14 zu
stemmen und das Flanschelement 22 von der Unterlegscheibe
zu heben, sodass der verbundene Stehbolzen 19 festgezogen
wird. Wegen der großen
Anzahl an Spannschrauben 24 für jede Spannmutter 21 kann
die Zugbelastung auf die Stehbolzen 19 mit moderater Anstrengung
ausgeübt
werden und immer noch ausreichend sein, um das Schraubenblatt ausschließlich mittels
der Reibung zwischen dem Blattflansch 17 und der Lagerfläche 14C hinreichend
fest in der ausgewählten
Stellung zu fixieren. Entsprechend kann das Festspannen mit der
Hilfe eines kleinen Elektroschraubers von innerhalb des Hohlraums 11A des Nabenkörpers 11 durchgeführt werden.
Abschließend
wird die Abdeckplatte 15 befestigt.
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Wenn
die Einstellung der Schraubenblätter 16 verändert werden
soll, wird die Abdeckplatte 15 entfernt, sodass die Spannschrauben 24 und
somit die Spannmuttern 21 gelockert werden können, um ein
Drehen der Schraubenblätter
in die neue gewünschte
Stellung zu ermöglichen,
worauf die Spannmuttern und die Spannschrauben wieder festgezogen
werden.
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Wenn
die Schraube 10 unter wahrscheinlich sehr schweren Bedingungen
betrieben wird, wie z.B. in Eis, sodass die Schraubenblätter schweren
Lasten ausgesetzt sind, kann eine zusätzliche Fixierung gegen das
unerwünschte
Drehen der Schraubenblätter erzielt
werden, indem ein reibungsverstärkendes
Material auf die Lagerfläche 14C des
Nabenkörpers und/oder
die anliegende Innenseite 17C des Blattflansches 17 aufgebracht
wird, z.B. indem eine Schicht Chromoxid oder Wolframkarbid auf eine
oder beide der Oberflächen
gesprüht
wird.