EP3188965A1 - Verstellpropeller - Google Patents

Verstellpropeller

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EP3188965A1
EP3188965A1 EP15757285.0A EP15757285A EP3188965A1 EP 3188965 A1 EP3188965 A1 EP 3188965A1 EP 15757285 A EP15757285 A EP 15757285A EP 3188965 A1 EP3188965 A1 EP 3188965A1
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hydraulic fluid
variable pitch
propeller
pitch propeller
water
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Mathias Pein
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Otto Piening Schiffspropeller und Wellenanlagen GmbH
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Otto Piening Schiffspropeller und Wellenanlagen GmbH
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H3/00—Propeller-blade pitch changing
    • B63H3/06—Propeller-blade pitch changing characterised by use of non-mechanical actuating means, e.g. electrical
    • B63H3/08—Propeller-blade pitch changing characterised by use of non-mechanical actuating means, e.g. electrical fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H3/00—Propeller-blade pitch changing
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    • B63H3/08—Propeller-blade pitch changing characterised by use of non-mechanical actuating means, e.g. electrical fluid
    • B63H3/081—Propeller-blade pitch changing characterised by use of non-mechanical actuating means, e.g. electrical fluid actuated by control element coaxial with the propeller shaft
    • B63H3/082—Propeller-blade pitch changing characterised by use of non-mechanical actuating means, e.g. electrical fluid actuated by control element coaxial with the propeller shaft the control element being axially reciprocatable
    • B63H2003/084—Propeller-blade pitch changing characterised by use of non-mechanical actuating means, e.g. electrical fluid actuated by control element coaxial with the propeller shaft the control element being axially reciprocatable with annular cylinder and piston

Definitions

  • the invention relates to a variable pitch propeller with a hub, at least one propeller blade and a hydraulic adjustment device for adjusting the increase of the at least one propeller blade by means of a hydraulic fluid.
  • variable pitch propellers are used in particular in ships to select the propulsion regardless of the speed of the marine engine can. Propeller propellers are therefore particularly advantageous when the feed often changes.
  • the invention has for its object to reduce disadvantages in the prior art.
  • variable pitch propeller in which the hydraulic fluid is hydrophilic and in particular at least predominantly, in particular at least substantially exclusively, consists of water.
  • variable pitch propeller This increases the availability of a ship that is equipped with the variable pitch propeller invention. It is a further advantage that the variable pitch propeller according to the invention is easy to maintain. During operation of the adjusting device wear leads to the accumulation of particles in the hydraulic fluid. The hydraulic fluid must therefore be replaced at regular intervals. The use of hydrophilic hydraulic fluid such as water makes it easy to replace the hydraulic fluid.
  • the hydraulic adjusting device is understood in particular to mean that device by means of which the adjusting device angle, which is decisive for the pitch of the propeller blade, is adjustable.
  • the adjusting device preferably comprises a pressurized water source for discharging pressurized water.
  • the pressure of the hydraulic fluid which is built up by the pressurized water source is at least 5 bar, in particular at least 50 bar.
  • a hydrophilic hydraulic fluid is meant, in particular, a fluid which is miscible with water in any ratio.
  • the fluid comprises at least 70% by weight of water and alcohols.
  • the hydraulic fluid for fish is nontoxic up to a concentration of 0.1% by weight. This is understood in particular to mean that the zero effect concentration, ie the concentration at which no fish dies within 24 hours, is at least 0.1% by weight.
  • the hydraulic fluid is biodegradable. This is understood to mean, in particular, that it complies with the modified OECD Screening Test OECD 301 E.
  • the hydraulic fluid is at least 80% by weight water.
  • the water it is possible for the water to contain additives, for example corrosion inhibitors and / or an antifreeze.
  • additives for example corrosion inhibitors and / or an antifreeze.
  • the higher the water content the sooner leakage into the environment can be tolerated.
  • the hydraulic fluid contains no substances toxic to aquatic organisms. This is to be understood in particular that an introduction of hydraulic fluid into the water is possible without endangering the aquatic life. It is particularly favorable if the hydraulic fluid is at most
  • the at least one propeller blade is at least also mounted on the hub by means of a solid lubricant element and / or self-lubricating on the hub. This prevents a release of petroleum products into the water.
  • the hydraulic adjusting device comprises a piston coupled to the at least one propeller blade, the propeller blade actuable by pressurizing the piston with hydraulic fluid, and a transfer device for translating longitudinal movement of the piston into rotational movement of the at least one propeller blade the transfer device is self-lubricating.
  • the transfer device comprises no lubricant, in particular no mineral oil-containing lubricant. It is particularly favorable if all components of the variable pitch propeller which are at the same axial height as the hub are free of lubricants based on mineral oil. In particular, these components are self-lubricating.
  • the axial height refers to the axis of rotation of the hub.
  • variable pitch propeller An advantage of such a variable pitch propeller is that impurities of the surrounding water can be excluded with mineral oil products.
  • FIG. 2a shows a schematic view of a variable pitch propeller according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 2b shows the principle of a variable pitch propeller according to a second embodiment
  • FIG 3 shows a cross section through a variable pitch propeller according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a cross-section through a ship 10 according to the invention, which has a ship propulsion system 12 which comprises a propulsion engine 14 in the form of a ship's diesel engine and a variable pitch propeller 16.
  • the variable pitch 16 be sitting a hub 18 and a first propeller blade 20.1, a second propeller blade 20.2 and other propeller blades, which are not shown in Figure 1.
  • the propeller blades 20.1, 20.2 are variable by means of a hydraulic adjusting device 22 in pitch.
  • the slope is given by a setting angle ⁇ .
  • FIG. 1 also shows a rudder system 24 of the ship 10.
  • the adjusting device 22 has a pressurized water distributor 26, which is part of a pressurized water supply device 27 and is connected to a schematically illustrated pressurized water source 28 so that provided by the pressurized water source 28 and pressurized hydraulic fluid 29 in the form of water to a piston 30 in the Hub of the variable pitch propeller 16 can be delivered.
  • a pressurized water distributor 26 which is part of a pressurized water supply device 27 and is connected to a schematically illustrated pressurized water source 28 so that provided by the pressurized water source 28 and pressurized hydraulic fluid 29 in the form of water to a piston 30 in the Hub of the variable pitch propeller 16 can be delivered.
  • FIG. 2 a shows a variable-displacement propeller 16 according to the invention, in which the piston 30 is arranged in a hydraulic cylinder 32 within the hub 18. If the pressurized water distributor 26 acts on a first partial volume 34 of the hydraulic cylinder 32, the setting angle ⁇ increases.
  • the piston 30 is made of corrosion resistant material, such as bronze and / or corrosion resistant steel.
  • FIG. 2b shows an alternative embodiment of a variable pitch propeller 16, in which the hydraulic cylinder 32 and thus the piston 30 are arranged outside the hub 18.
  • the piston 30 is connected to a piston rod 38 which passes through a shaft 40 and actuates the propeller blades 20.
  • the marine propulsion system 12 comprises a cooler 42, by means of which the hydraulic fluid 29 can be cooled.
  • the radiator 42 in the present embodiment is a heat exchanger connected to the cooling water circuit of the vessel 10.
  • a temperature monitoring device in the form of a temperature sensor 44
  • the temperature T of the hydraulic fluid is continuously determined. If the temperature exceeds 60 ° C, a warning signal is output, for example in the form of an electrical signal that encodes the fact that the temperature is too high. Alternatively, the warning signal causes the radiator 42 to more strongly cool the hydraulic fluid. This prevents heating to a temperature significantly above 60 ° C and avoids vapor bubbles.
  • FIG. 3 shows the structure of the hub 18 in cross section with more details.
  • a transfer device 41 by means of which the longitudinal movement of the piston 30 is converted into the rotational movement of the propeller blades 20.
  • the hydraulic fluid 29 in the present embodiment has the following composition: 15% by weight of ethylene glycol as antifreeze and 85% by weight of water.
  • the water may be, for example, drinking water or seawater.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verstellpropeller mit einer Nabe (18), zumindest einem Propellerblatt (20) und einer hydraulischen Verstellvorrichtung (22)zum Verstellen der Steigung des zumindest einen Propellerblatts (20) mittels eines Hydraulikfluids (29). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Hydraulikfluid (29) hydrophil ist.

Description

Verstellpropeller
Die Erfindung betrifft einen Verstellpropeller mit einer Nabe, zumindest einem Pro- pellerblatt und einer hydraulischen Versteilvorrichtung zum Verstellen der Steigerung des zumindest einen Propellerblatts mittels eines Hydraulikfluids.
Derartige Verstellpropeller werden insbesondere in Schiffen eingesetzt, um den Vortrieb unabhängig von der Drehzahl des Schiffsmotors wählen zu können. Ver- Stellpropeller sind daher besonders dann vorteilhaft, wenn der Vorschub sich oft ändert.
Nachteilig an bekannten Verstellpropellern ist, dass sie zwar sehr robust hergestellt werden können, bereits kleinere Defekte, beispielsweise Leckagen, führen aber dazu, dass sie sofort repariert werden müssen, um zu verhindern, dass austretendes Hydraulikfluid ersetzt werden muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.
Die Erfindung löst das Problem durch einen gattungsgemäßen Verstellpropeller, bei dem das Hydraulikfluid hydrophil ist und insbesondere zumindest überwiegend, insbesondere zumindest im Wesentlichen ausschließlich, aus Wasser besteht. Vorteilhaft an einem derartigen Verstellpropeller ist, dass er fehlertolerant ist.
Selbst wenn nämlich die hydraulische Versteilvorrichtung eine Leckage zeigt, so ist es meist nicht notwendig, die Versteilvorrichtung sofort zu reparieren. Der Grund ist, dass ein hydrophiles Hydraulikfluid wie Wasser oder Glyzerin einfach und mit geringem Aufwand überall verfügbar ist. Ein Verlust an Hydraulikfluid kann dadurch einfach ausgeglichen werden. Es ist ein weiterer Vorteil, dass bei einer Leckage austretendes Hydraulikfluid zu keiner oder nur einer geringen Belastung der Umwelt führt. Im Stand der Technik wird als Hydraulikfluid Mineralöl verwendet, was in den meisten Staaten nicht ins Wasser abgegeben werden darf. Bereits kleinere Leckagen führen daher dazu, dass Verstellpropeller nach dem Stand der Technik nicht mehr betrieben werden dürfen. Durch die Verwendung von Wasser als Hydraulikfluid kann eine Gewässerverunreinigung weitestgehend ausgeschlossen werden, so dass der Verstellpropeller auch im Leckagefall weiterbetrieben werden kann. Das erhöht die Verfügbarkeit eines Schiffes, das mit dem erfindungsgemäßen Verstellpropeller ausgerüstet ist. Es ist ein weiterer Vorteil, dass der erfindungsgemäße Verstellpropeller einfach zu warten ist. Beim Betrieb der Versteilvorrichtung führt Verschleiß zur Anreicherung von Partikeln im Hydraulikfluid. Das Hydraulikfluid muss daher in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden. Durch die Verwendung von hy-drophilem Hydraulikfluid wie Wasser ist der Austausch des Hydraulikfluids einfach möglich.
Die Verwendung von hydrophilem Hydraulikfluid wie Wasser anstelle von Öl erfordert eine vollständige Neukonstruktion der Versteilvorrichtung, da sich Wasser und Öl in ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften deutlich voneinander unterscheiden. So besitzt Wasser keine Schmierwirkung und schützt nicht vor Korro- sion, so dass die Herstellung einer hydraulischen Versteilvorrichtung für einen erfindungsgemäßen Verstellpropeller mit einem höheren Aufwand verbunden ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Vorteile der Verwendung von Wasser als Hydraulikfluid die Nachteile überwiegen. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter der hydraulischen Versteilvorrichtung insbesondere diejenige Vorrichtung verstanden, mittels der der Stell- winkel, der maßgeblich ist für die Steigung des Propellerblatts, verstellbar ist. Insbesondere umfasst die Versteilvorrichtung vorzugsweise eine Druckwasserquelle zum Abgeben von unter Druck stehendem Wasser. Insbesondere beträgt der Druck des Hydraulikfluids, der von der Druckwasserquelle aufgebaut wird, zumindest 5 bar, insbesondere zumindest 50 bar.
Unter einem hydrophilem Hydraulikfluid wird insbesondere ein Fluid verstanden, das mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar ist. Vorzugsweise umfasst das Fluid zu zumindest 70 Gewichtsprozenten Wasser und Alkohole. Vorzugsweise ist das Hydraulikfluid für Fische bis zu einer Konzentration von einem 0,1 Gewichtsprozent ungiftig. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass die Nulleffektkonzentration, also die Konzentration, bei der innerhalb von 24 Stunden kein Fisch stirbt, zumindest 0,1 Gewichtsprozent beträgt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hydraulikfluid biologisch abbaubar. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass es den modifizierten OECD-Screening-Test OECD 301 E erfüllt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Hydraulikfluid zu zumindest 80 Gewichtsprozenten aus Wasser. Es ist in anderen Worten möglich, dass das Wasser Additive enthält, beispielsweise Korrosionsschutzmittel und/oder ein Frostschutzmittel . Je höher jedoch der Wassergehalt ist, desto eher kann eine Leckage in die Umgebung toleriert werden.
Besonders günstig ist es, wenn das Hydraulikfluid keine für Wasserlebewesen toxischen Stoffe enthält. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass eine Einleitung von Hydraulikfluid in das Wasser möglich ist, ohne die Wasserlebewesen zu gefährden. Besonders günstig ist es, wenn das Hydraulikfluid höchstens
2,5 Gewichtsprozent, insbesondere höchstens 1 Gewichtsprozent, Mineralöl enthält. Tritt Hydraulikfluid aus, so führen Mineralölbestandteile dazu, dass sich auf der betroffenen Wasseroberfläche ein deutlich sichtbarer Ölfilm bildet, was aus Umweltgesichtspunkten unerwünscht ist. Enthält das Hydraulikfluid ein Mineralöl oder nur sehr geringe Mengen davon, so kann austretendes Hydraulikfluid das um- gebende Gewässer nicht verunreinigen. Eine Aufstellung für Wasserlebewesen nicht toxischer Stoffe findet sich zum Beispiel in der Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zum Wasserhaushaltsgesetz über die Einstufung wassergefährdender Stoffe in Wassergefährdungsklassen, Bundesanzeiger Jahrgang 51 , Nummer 98a, ISSN 0720-6100.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine Propellerblatt zumindest auch mittels eines Festkörperschmierelements an der Nabe und/oder selbstschmierend an der Nabe gelagert. So wird eine Abgabe von Mineralölprodukten ins Wasser verhindert.
Vorzugsweise umfasst die hydraulische Versteilvorrichtung einen Kolben, der so mit dem zumindest einen Propellerblatt gekoppelt ist, dass das Propellerblatt durch Beaufschlagen des Kolbens mit Hydraulikfluid betätigbar ist, und eine Umsetzvor- richtung zum Umsetzen einer Längsbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung des zumindest einen Propellerblatts, wobei die Umsetzvorrichtung selbstschmierend ausgebildet ist. In anderen Worten umfasst die Umsetzvorrichtung keinen Schmierstoff, insbesondere keinen mineralölhaltigen Schmierstoff. Besonders günstig ist es, wenn alle Komponenten des Verstellpropellers, die auf der gleichen axialen Höhe liegen wie die Nabe, frei von Schmierstoffen auf Mineralölbasis sind. Insbesondere sind diese Komponenten selbstschmierend. Die axiale Höhe bezieht sich dabei auf die Drehachse der Nabe. Vorteilhaft an einem derartigen Verstellpropeller ist, dass Verunreinigungen des umgebenden Wassers mit Mineralölprodukten ausgeschlossen werden können. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt Figur 1 einen Querschnitt durch ein schematisch eingezeichnetes erfindungsgemäßes Schiff mit einem erfindungsgemäßen Verstellpropeller,
Figur 2a eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verstellpropellers gemäß einer ersten Ausführungsform,
Figur 2b das Prinzip eines Verstellpropellers gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Figur 3 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Verstellpropeller.
Figur 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schiff 10, das einen Schiffsantrieb 12 besitzt, der einen Antriebsmotor 14 in Form eines Schiffsdiesels und einen Verstellpropeller 16 umfasst. Der Verstellpropeller 16 be sitzt eine Nabe 18 sowie ein erstes Propellerblatt 20.1 , ein zweites Propellerblatt 20.2 und weitere Propellerblätter, die in Figur 1 nicht dargestellt sind.
Die Propellerblätter 20.1 , 20.2 sind mittels einer hydraulischen Versteilvorrichtung 22 in ihrer Steigung veränderbar. Die Steigung wird angegeben durch einen Einstellwinkel ε. Figur 1 zeigt zudem eine Ruderanlage 24 des Schiffs 10.
Die Versteilvorrichtung 22 weist einen Druckwasserverteiler 26 auf, der Teil einer Druckwasser-Versorgungsvorrichtung 27 ist und mit einer schematisch eingezeichneten Druckwasserquelle 28 so verbunden ist, dass von der Druckwasserquelle 28 bereitgestelltes und unter Druck stehendes Hydraulikfluid 29 in Form von Wasser an einen Kolben 30 in der Nabe des Verstellpropellers 16 geliefert werden kann. Die Funktionsweise dieses Kolbens wird in den Figuren 2a und 2b näher erläutert. Figur 2a zeigt einen erfindungsgemäßen Verstellpropeller 16, bei dem der Kolben 30 in einem Hydraulikzylinder 32 innerhalb der Nabe 18 angeordnet ist. Beaufschlagt der Druckwasserverteiler 26 ein erstes Teilvolumen 34 des Hydraulikzylinders 32, so vergrößert sich der Einstellwinkel ε. Beaufschlagt der Druck- wasserverteiler 26 ein zweites Teilvolumen 36, so verkleinert sich der Einstellwinkel ε. Diese Art der Betätigung des Verstellpropellers 16 gehört für eine Beaufschlagung der Teilvolumina 34, 36 mit Öl zum Stand der Technik und wird daher nicht weiter erläutert. Der Kolben 30 ist aus korrosionsbeständigem Material hergestellt, beispielsweise Bronze und/oder korrosionsbeständigem Stahl .
Figur 2b zeigt eine alternative Ausführungsform eines Verstellpropellers 16, bei der der Hydraulikzylinder 32 und damit der Kolben 30 außerhalb der Nabe 18 angeordnet sind. Der Kolben 30 ist mit einer Kolbenstange 38 verbunden, die durch eine Welle 40 verläuft und die Propellerblätter 20 betätigt.
Der Schiffsantrieb 12 umfasst einen Kühler 42, mittels dem das Hydraulikfluid 29 gekühlt werden kann. Der Kühler 42 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Wärmetauscher, der mit dem Kühlwasserkreislauf des Schiffes 10 verbunden ist. Mittels einer Temperaturüberwachungsvorrichtung in Form eines Temperatursensors 44 wird kontinuierlich die Temperatur T des Hydraulikfluids ermittelt. Übersteigt die Temperatur 60°C, so wird ein Warnsignal ausgegeben, beispielsweise in Form eines elektrischen Signals, das die Tatsache kodiert, dass die Temperatur zu hoch ist. Alternativ bewirkt das Warnsignal, dass der Kühler 42 das Hydraulikfluid stärker kühlt. So wird eine Erwärmung auf eine Temperatur deutlich über 60°C verhindert und Dampfblasen vermieden.
Figur 3 zeigt den Aufbau der Nabe 18 im Querschnitt mit mehr Details. Zu erkennen ist eine Umsetzvorrichtung 41 , mittels der die Längs-Bewegung des Kolbens 30 in die Drehbewegung der Propellerblätter 20 umgesetzt wird. Das Hydraulikfluid 29 hat in der vorliegenden Ausführungsform die folgende Zusammensetzung: 15 Gewichtsprozent Ethylenglykol als Frostschutzmittel und 85 Gewichtsprozent Wasser. Bei dem Wasser kann es sich beispielsweise um Trinkwasser oder Meerwasser handeln.
Bezugszeichenliste
10 Schiff
12 Schiffsantrieb
14 Antriebsmotor
16 Verstellpropeller
18 Nabe
20 Propellerblatt
22 Versteilvorrichtung
24 Ruderanlage
26 Druckwasserverteiler
28 Druckwasserquelle
29 Hydraulikfluid, Druckwasser
30 Kolben
32 Hydraulikzylinder
34 1 . Teilvolumen
36 2. Teilvolumen
38 Kolbenstange
40 Welle
41 Umsetzvorrichtung
42 Kühler
44 Temperatursensor ε Einstellwinkel

Claims

Patentansprüche:
1 . Verstellpropeller mit
(a) einer Nabe (18),
(b) zumindest einem Propellerblatt (20) und
(c) einer hydraulischen Versteilvorrichtung (22) zum Verstellen der Steigung des zumindest einen Propellerblatts (20) mittels eines Hydraulik- fluids (29),
dadurch gekennzeichnet, dass
(d) das Hydraulikfluid (29) hydrophil ist.
2. Verstellpropeller nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikfluid (29) zumindest überwiegend aus Wasser besteht.
3. Verstellpropeller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikfluid (29) höchstens 2,5 Gewichtsprozent Mineralöl enthält.
4. Verstellpropeller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Propellerblatt (20) selbstschmierend an der Nabe (18) gelagert ist. Verstellpropeller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
(a) die hydraulische Versteilvorrichtung (22)
einen Kolben (30), der so mit dem zumindest einen Propellerblatt (20) gekoppelt ist, dass das Propellerblatt (20) durch Beaufschlagen des Kolbens (30) mit Hydraulikfluid betätigbar ist, und eine Umsetzvorrichtung (41 ) zum Umsetzen einer Längs-Bewe- gung des Kolbens (30) in eine Drehbewegung des zumindest einen Propellerblatts (20)
umfasst und
(b) die Umsetzvorrichtung (41 ) selbstschmierend ausgebildet ist.
Verstellpropeller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikfluid (29) ein Frostschutzmittel umfasst, sodass ein Gefrierpunkt höchstens -4°C beträgt.
Schiffsantrieb mit
(i) zumindest einem Antriebsmotor (14) und
(ii) einem Verstellpropeller (1 6) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der von dem zumindest einen Antriebsmotor (14) angetrieben ist.
Schiffsantrieb nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch
eine Temperaturüberwachungsvorrichtung zum Erfassen einer Wassertemperatur des Hydraulikfluids (29), die eingerichtet ist zum Abgeben eines Warnsignals, wenn die Wassertemperatur über 60°C beträgt.
Schiff mit einem Verstellpropeller (1 6) nach einem der vorstehenden Ansprüche. PL/be
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