EP4334204A1 - Propeller for driving of watercraft - Google Patents

Propeller for driving of watercraft

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Publication number
EP4334204A1
EP4334204A1 EP21726567.7A EP21726567A EP4334204A1 EP 4334204 A1 EP4334204 A1 EP 4334204A1 EP 21726567 A EP21726567 A EP 21726567A EP 4334204 A1 EP4334204 A1 EP 4334204A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
propeller
hub
polyamide
propeller blades
blades
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21726567.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Lutz Kätow
Jens Doose
Sven Röschmann
Thomas Hopp
Reinhard Schulze
Georg PETZINGER
Franz EGO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Albert Handtmann Elteka GmbH and Co KG
Original Assignee
Albert Handtmann Elteka GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Albert Handtmann Elteka GmbH and Co KG filed Critical Albert Handtmann Elteka GmbH and Co KG
Publication of EP4334204A1 publication Critical patent/EP4334204A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14—Propellers
    • B63H1/26—Blades

Definitions

  • the invention relates to a propeller for propelling watercraft according to the preamble of claim 1 and a method for producing such a propeller according to the preamble of claim 9.
  • propellers for watercraft of significant size and drive power are made of metallic materials such as propeller bronze, brass, steel or stainless steel.
  • metallic materials such as propeller bronze, brass, steel or stainless steel.
  • both the individual blades and the hub for attachment to a ship's shaft and for torque transmission are made of metal.
  • the propellers are made from a single piece, or the individual blades are connected to one another with a non-positive, material or form fit. It is known that propellers for larger watercraft are primarily made of metallic materials.
  • propellers with carbon-fibre-reinforced plastic blades are also known. However, due to the properties of the matrix and the long fibers used, these propellers are very susceptible to delamination and are therefore not used to any great extent. Propellers made of different plastics are only used for smaller watercraft with low drive power. These propellers are generally made entirely of plastic, or a metal hub is cast in a plastic.
  • Prior art propellers are typically susceptible to infestation by barnacles, clams and other creatures which, over a short period of time, continuously and significantly reduce the power of the engine and thus increase fuel consumption.
  • conventional propellers are coated with a special antifouling coating.
  • the biocides contained in such coatings are generally toxic and therefore undesirable for ecological reasons.
  • the coating itself causes costs due to the time spent in the dry dock, the material used and the corresponding workload.
  • Other methods of coating such as non-toxic and washable paint or underwater cleaning, are also not widespread due to their economic efficiency.
  • electrocorrosion can also have an undesirable impact on propeller life.
  • the object of the invention is to significantly reduce the electrical, magnetic and acoustic signatures of watercraft of any kind, and / or to improve the thrust of the Pro pellers and also to achieve an additional reduction in the signature, and / or a propeller change or the to allow replacement of individual propeller blades underwater, and/or to slow down infestation by barnacles or mussels and consequently reduce the use of biocides, and/or to avoid electrocorrosion.
  • the object is achieved with a propeller according to claim 1 and a method according to claim 9.
  • the propeller according to the invention essentially consists of cast polyamide 12 plastic or a composite material made of cast polyamide 12 plastic with a suitable long and/or short fiber insert.
  • long fibers are to be understood as meaning those with an average fiber length of more than 50 mm.
  • short fibers have an average length of 0.1 mm to at most 50 mm, in particular from 1 mm to 15 mm.
  • the propeller comprises one or more blades with a preferably structured surface.
  • the vanes are attached to a metal hub for mounting on a ship's shaft and applying force in the manner described below, or all vanes are cast in one block with the hub then cast in place.
  • all vanes and the hub are preferably cast in at the same time.
  • the task-related solution is based on the choice of material from so-called PA 12 C (cast) or a fiber composite material consisting of suitable long fibers and/or short fibers and a PA 12 C matrix as the material for the propeller blades.
  • the mechanical, physical and chemical properties of this polyamide allow permanent use of the propeller in the water due to the low moisture absorption, the optimal design of the propeller due to the reduced cavitation erosion due to the toughness of the material used, an easier propeller blade change due to the relatively low specific weight and the Surface design to slow barnacle infestation.
  • the propeller blades can be attached, for example, by the techniques described on a metal hub, which in turn ben scho ben and attached to a ship's shaft.
  • the electrical, magnetic and acoustic signatures of all types of watercraft can be significantly reduced and the efficiency of the propeller can be improved through the formation of optimized geometries due to the special structure of the selected material, in order to also achieve an additional reduction in the signature to reach.
  • a propeller change or an exchange of individual propeller blades under water is made possible. Infestation by barnacles or mussels can be slowed down and consequently the use of biocides can be reduced. On the one hand, this is done by the properties of the propeller material polyamide 12 C per se achieved, on the other hand the structure of this material enables the formation of optimized propeller geometries.
  • propeller blades / propeller wings made of polyamide 12 C, especially Lauramid ® have a significantly higher elasticity than those made of metallic materials, which means that load peaks in the ship's wake field can be cushioned over a complete revolution of the propeller (360°).
  • the invention is thus based on the use of polyamide 12 C plastic or a composite material made of cast polyamide 12 plastic with a suitable long and/or short fiber insert for the manufacture of the individual propeller blades or a complete propeller.
  • Polyamide 12 C (also PA 12 G) is a polymer material that is melted immediately before processing from a suitable mixture of monomers and additives and poured into molds as a low-viscosity melt.
  • the long or short fibers are introduced into the mold before filling with the plastic and then surrounded by the melt.
  • the filling of the mold like the subsequent polymerisation and curing, is carried out without pressure and therefore has special properties compared to extruded, injected or deep-drawn workpieces.
  • the material PA 12 C differs from other plastics in terms of its mechanical, physical and chemical properties and is therefore particularly suitable for the design and construction of propellers for watercraft.
  • the material has a minimal moisture absorption of only 1.4 percent by weight when stored in water and is therefore predestined for use in water.
  • PA 12 C has the best notched impact strength - especially at low temperatures - of all polyamides and thus enables particular advantages in terms of erosion cavitation and the resistance of the matrix (the composite variant) to external impacts.
  • the low specific weight of the parts and thus the buoyancy neutrality is a prerequisite for replacing the propeller blades under water.
  • the inner damping of Workpieces made of PA 12 C or composite materials with a matrix made of PA 12 C reduce the acoustic signature of the component.
  • the wide temperature range over which the material can be used in a technically sensible way, the chemical resistance, the creep resistance and/or the electrical properties also justify the special suitability of PA 12 C as a propeller material for watercraft in comparison to other materials.
  • the low viscosity of the melt results in a fiber volume content of more than 65% and thus a very good stiffness-to-weight ratio of the respective component with suitable mechanical properties. Due to the short curing time of a few minutes, this material also has significant cost advantages over conventional fiber composite materials. Due to these material advantages, propellers for watercraft made of PA 12 C are superior to state-of-the-art propellers.
  • a further component of the invention can lie in the special connection of the propeller blades to a hub made of metallic material.
  • the transmission of power and torque from the ship's shaft to the propeller typically takes place through a positive or non-positive connection of two metallic materials such as oil interference fits, parallel keys or dowel pins or through clamping sets.
  • This principle is fundamentally retained in the present invention, since certain material properties of PA 12 C, such as the low modulus of elasticity or the creep behavior at high local surface pressures, prevent a direct connection of the propeller to the ship's shaft.
  • the invention can thus also result from the type of connection of the propeller blades to the hub depending on the desired power and torque transmission and the size of the propeller.
  • Another component of the invention can be the design of the surface of the propeller blades in order to avoid the use of antifouling coatings.
  • the surface is preferably modeled by the appropriate design of the mold and by the integration of special granular materials in the near-surface plastic like a shark skin model. The growth of barnacles and mussels is thus delayed and mechanical cleaning of the surface is simplified without lifting the watercraft out of the water.
  • the invention can be implemented, for example, with the embodiments described below in a technically and commercially sensible manner.
  • FIG. 1 shows a section through the propeller in a first preferred embodiment, based on mounting the propeller blades/propeller blades on a metal hub;
  • FIG. 2 shows the propeller in a second preferred embodiment with a cast-in metal hub in a front view with the contour of the propeller blades;
  • FIG. 3 shows a view based on FIG. 2 with the propeller in a variant of the second embodiment
  • FIG. 5 shows the propeller in a third preferred embodiment in a view from the front with the contour of the propeller blades and a diagrammatically indicated surface condition
  • FIG. 6 is an oblique view of the assembled propeller according to the first embodiment.
  • FIG. 1 shows a propeller with a metal hub 1 .
  • a Pro pellerblatt / propeller blade 2 of the propeller by means of a (so-called) Böttcherrings 4 and introduced in the propeller blade 2 tie rod 3 by nuts 5 mounted.
  • FIG. 3 also shows the contour of a propeller, with all propeller blades 9 being manufactured in one casting process and during this casting process the metallic hub 8 prepared for this purpose, for example by etching, sandblasting, knurling, cleaning and/or applying sizing, is cast around , creating a one-piece propeller.
  • the surface 20 of one or more propeller blades is designed in such a way that it resembles a shark skin in terms of flow.
  • this means that the surface has so-called riblets, which reduce the frictional resistance when there is turbulent flow over the surface compared to a smooth surface.
  • riblets which reduce the frictional resistance when there is turbulent flow over the surface compared to a smooth surface.
  • Such a surface geometry is known to involve a large number of sharp-edged ribs whose longitudinal axes essentially lie in the direction of flow provided there.
  • FIG. 6 shows an embodiment of the propeller with the propeller blades/propeller blades 30, which are made of PA 12 C (for example with the trade name Lauramid® ), with the metallic hub 31, with the (so-called) Böttcherring 32, with Fastening screws 34 for the cooper ring 32 and with the tie rods and associated nuts 33 for fastening the propeller blades / propeller wings 30.
  • PA 12 C for example with the trade name Lauramid®
  • a so-called cooper ring 4 is mounted on the end of the hub 1 opposite the collar by means of suitable screws.
  • suitable openings are attached in this ring.
  • nuts 5 who braced the tie rods 3 against the Böttcherring 4 with the appropriate torque.
  • a suitable cover hood at the end of the hub 1 preferably covers the screw connections and then, thanks to its design, ensures at the same time an optimal flow in the wake of the shaft.
  • An embodiment with a metallic hub 7, which means of a form-fitting or non-positive connection such as with an oil interference fit, feather keys, dowel pins and / or Clamping sets can be slid onto the ship's shaft and attached to it to transmit the forces and torques.
  • An embodiment with a metallic hub 8 (as shown, for example, in Fig. 3 represents) for the transmission of forces and torques from the hub 8 to the propeller blades 9 structural elements such as rods 10, profiles 11, metallic structures 12 or a has leger 13, which are attached to the hub by force, form and/or material connection and are completely surrounded by the plastic during the casting process.
  • An embodiment with one or more propeller blades which are cast individually or in groups in a suitable, appropriately temperature-controlled casting mold which approximately corresponds to the outer contour of the individual blade or multiple blades, without pressure using a low-viscosity PA-12 melt and then subjected to suitable temperature control be polymerized and cured.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

What are described are a propeller for driving of watercraft, having propeller blades (2, 6, 9, 15) and a metallic hub (1, 7, 8, 14, 31) for bonding to a ship's shaft, and a method for production thereof. The propeller blades are manufactured from polyamide 12 C or a composite material composed of polyamide 12 C with a long and/or short fibre core. The propeller blades or components of the propeller blades are mounted on the hub, or the propeller as a whole consists of polyamide 12 C or a composite material composed of polyamide 12 C with a long and/or short fibre core and the hub encapsulated with PA 12 C. This can achieve an improvement in thrust performance and reduction in acoustic signature compared to metallic propellers.

Description

Propeller zum Antrieb von Wasserfahrzeugen Propellers for propelling watercraft
Die Erfindung betrifft einen Propeller zum Antrieb von Wasserfahrzeugen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Propellers gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9. The invention relates to a propeller for propelling watercraft according to the preamble of claim 1 and a method for producing such a propeller according to the preamble of claim 9.
Propeller für Wasserfahrzeuge mit nennenswerter Größe und Antriebsleistung sind gemäß Stand der Technik aus metallischen Werkstoffen wie etwa Propellerbronze, Messing, Stahl oder Edel stahl gefertigt. Bei diesen Propellern sind sowohl die einzelnen Flügel als auch die Nabe zum Aufbringen auf eine Schiffswelle und zur Drehmomentübertragung aus Metall. Je nach Größe sind die Propeller dabei aus einem Guss gefertigt, oder die einzelnen Blätter werden kraft-, ma terial- oder formschlüssig miteinander verbunden. Bekanntermaßen werden Propeller für größere Wasserfahrzeuge vor allem aus metallischen Werkstoffen gefertigt. According to the state of the art, propellers for watercraft of significant size and drive power are made of metallic materials such as propeller bronze, brass, steel or stainless steel. With these propellers, both the individual blades and the hub for attachment to a ship's shaft and for torque transmission are made of metal. Depending on the size, the propellers are made from a single piece, or the individual blades are connected to one another with a non-positive, material or form fit. It is known that propellers for larger watercraft are primarily made of metallic materials.
Nachteilig ist jedoch, dass durch die Rotation eines metallischen Propellers nennenswert elektri sche, magnetische und akustische Signaturen in Wasser erzeugt werden. Diese Signaturen sind sowohl in der zivilen als auch in der militärischen Schifffahrt unerwünscht. Im Bereich der Han delsschifffahrt werden die Schallemissionen der Propeller besonders unter ökologischen Aspek ten kritisch bewertet, da sie Einfluss auf die Lebewesen im Wasser haben und man davon aus geht, dass etwa die Kommunikation und Orientierung von Walen oder Delfinen durch diese Ge räusche erheblich gestört wird. Im Bereich der militärischen Schifffahrt sind diese elektrischen, magnetischen und akustischen Emissionen verantwortlich für die Ortung der Schiffe. Hier ist es ebenfalls das Ziel, die Signaturen so gering wie möglich zu halten, um das Auffinden etwa eines Unterseebootes zu erschweren. The disadvantage, however, is that significant electrical, magnetic and acoustic signatures are generated in water by the rotation of a metallic propeller. These signatures are undesirable in both civil and military shipping. In the area of commercial shipping, the noise emissions from propellers are viewed critically, particularly from an ecological perspective, since they have an impact on living creatures in the water and it is assumed that the communication and orientation of whales or dolphins is significantly disrupted by these noises . In the field of military shipping, these electrical, magnetic and acoustic emissions are responsible for locating ships. Here, too, the aim is to keep the signatures as small as possible, in order to make it more difficult to find a submarine, for example.
Bekannt sind zudem größere Propeller mit kohlefaserverstärkten Flügeln aus Kunststoff. Diese Propeller sind aber aufgrund der Eigenschaften der Matrix und der verwendeten Langfasern sehr anfällig gegen Delaminierung und finden deswegen keine nennenswerte Anwendung. Lediglich für kleinere Wasserfahrzeuge mit geringer Antriebsleistung werden Propeller aus unterschiedli chen Kunststoffen verwendet. Diese Propeller werden in der Regel komplett aus Kunststoff ge fertigt, oder eine metallische Nabe wird in einem Kunststoff eingegossen. Larger propellers with carbon-fibre-reinforced plastic blades are also known. However, due to the properties of the matrix and the long fibers used, these propellers are very susceptible to delamination and are therefore not used to any great extent. Propellers made of different plastics are only used for smaller watercraft with low drive power. These propellers are generally made entirely of plastic, or a metal hub is cast in a plastic.
Es ist zudem bekannt, dass bei Propellern gemäß Stand der Technik zur Vermeidung von Kavi tationserosion der verwendeten Materialien nicht jede gewünschte Geometrie der Flügel gefertigt werden kann. Denn durch die Erosion der metallischen Werkstoffe als Folge der Kavitation ist die Lebensdauer der Flügel bei bestimmten Geometrien zu gering. Dies behindert eine Optimierung der Propeller-Geometrien trotz des Versuchs, durch Form- und Oberflächengestaltung der Flügel die Einflüsse durch Kavitation zu minimieren und die maximale Leistung aus einer gegebenen Anordnung von Schiffsmaschine, Rumpf und Propeller zu erhalten. It is also known that in the case of propellers according to the prior art, in order to avoid cavitation erosion of the materials used, not every desired geometry of the blades can be manufactured. Because of the erosion of the metallic materials as a result of cavitation, the service life of the blades is too short for certain geometries. This hinders optimization of the propeller geometries despite the attempt to minimize the effects of cavitation through the shape and surface design of the wings and to obtain the maximum performance from a given arrangement of ship's engine, hull and propeller.
Bei Beschädigungen eines einzelnen oder mehrerer Propellerflügel muss bei Propellern nach Stand der T echnik der gesamte Propeller während einer Liegezeit im T rockendock ausgetauscht werden. Die Propeller und Propellerflügel sind aufgrund ihres hohen spezifischen Gewichts nur sehr schwer mit entsprechenden Hebezeugen zu montieren. Die Reparatur ist zeitaufwändig, mit hohen direkten und indirekten Kosten verbunden. Nachteilig ist zudem, dass das Wasserfahrzeug während dieser Zeit nicht genutzt werden kann. Schnellreparaturen in Wasser sind praktisch aus geschlossen. If one or more propeller blades are damaged, according to the state of the art, the entire propeller must be replaced while the ship is in dry dock. Due to their high specific weight, the propellers and propeller blades are very difficult to assemble with appropriate lifting gear. The repair is time-consuming and involves high direct and indirect costs. Another disadvantage is that the watercraft cannot be used during this time. Quick repairs in water are practically impossible.
Propeller nach Stand der Technik sind üblicherweise anfällig für den Befall durch Seepocken, Muscheln und andere Lebewesen, die innerhalb kurzer die Leistung des Antriebs kontinuierlich und signifikant verringern und so den Kraftstoffverbrauch erhöhen. Um diesen Bewuchs zu ver langsamen, werden herkömmliche Propeller mit einem speziellen Antifouling-Anstrich versehen. Die in solchen Anstrichen enthaltenen Biozide sind jedoch in der Regel giftig und somit aus öko logischen Gründen unerwünscht. Die Beschichtung selbst verursacht Kosten durch Liegezeiten im Trockendock, das verwendete Material und den entsprechenden Arbeitsaufwand. Auch an dere Methoden der Beschichtung, etwa durch ungiftige und abwaschbare Lacke oder Unterwas serreinigung sind aufgrund der Wirtschaftlichkeit nicht weit verbreitet. Prior art propellers are typically susceptible to infestation by barnacles, clams and other creatures which, over a short period of time, continuously and significantly reduce the power of the engine and thus increase fuel consumption. In order to slow down this growth, conventional propellers are coated with a special antifouling coating. However, the biocides contained in such coatings are generally toxic and therefore undesirable for ecological reasons. The coating itself causes costs due to the time spent in the dry dock, the material used and the corresponding workload. Other methods of coating, such as non-toxic and washable paint or underwater cleaning, are also not widespread due to their economic efficiency.
Schließlich kann auch Elektrokorrosion einen unerwünschten Einfluss auf die Lebensdauer des Propellers haben. Finally, electrocorrosion can also have an undesirable impact on propeller life.
Aufgabe der Erfindung ist es, die elektrischen, magnetischen und akustischen Signaturen von Wasserfahrzeugen jeglicher Art nennenswert zu verringern, und/oder die Schubleistung des Pro pellers zu verbessern und auch so eine zusätzliche Verringerung der Signatur zu erreichen, und/oder einen Propellerwechsel bzw. den Austausch einzelner Propellerflügel unter Wasser zu ermöglichen, und/odereinen Befall durch Seepocken oder Muscheln zu verlangsamen und dem zufolge den Einsatz von Bioziden zu verringern, und/oder Elektrokorrosion zu vermeiden. The object of the invention is to significantly reduce the electrical, magnetic and acoustic signatures of watercraft of any kind, and / or to improve the thrust of the Pro pellers and also to achieve an additional reduction in the signature, and / or a propeller change or the to allow replacement of individual propeller blades underwater, and/or to slow down infestation by barnacles or mussels and consequently reduce the use of biocides, and/or to avoid electrocorrosion.
Die Aufgabe wird mit einem Propeller nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 9 gelöst. Der erfindungsgemäße Propeller besteht im Wesentlichen aus gegossenem Polyamid 12-Kunst- stoff oder einem Verbundwerkstoff aus gegossenem Polyamid 12-Kunststoff mit geeigneter Lang- und/oder Kurzfasereinlage. The object is achieved with a propeller according to claim 1 and a method according to claim 9. The propeller according to the invention essentially consists of cast polyamide 12 plastic or a composite material made of cast polyamide 12 plastic with a suitable long and/or short fiber insert.
Unter Langfasern sind bekanntermaßen solche mit einer durchschnittlichen Faserlänge von über 50 mm zu verstehe. Kurzfasern haben demgegenüber eine durchschnittliche Länge von 0,1 mm bis höchstens 50 mm, insbesondere von 1 mm bis 15 mm. As is known, long fibers are to be understood as meaning those with an average fiber length of more than 50 mm. In contrast, short fibers have an average length of 0.1 mm to at most 50 mm, in particular from 1 mm to 15 mm.
Der Propeller umfasst einen oder mehrere Flügel mit vorzugsweise strukturierter Oberfläche. The propeller comprises one or more blades with a preferably structured surface.
Die Flügel sind beispielsweise in der nachfolgend beschriebener Weise an einer metallischen Nabe zur Montage auf einer Schiffswelle und zur Krafteinleitung angebracht, oder alle Flügel sind in einem Block gegossen, wobei die Nabe dann mit eingegossen ist. Alle Flügel und die Nabe werden hierfür vorzugsweise gleichzeitig eingegossen. For example, the vanes are attached to a metal hub for mounting on a ship's shaft and applying force in the manner described below, or all vanes are cast in one block with the hub then cast in place. For this purpose, all vanes and the hub are preferably cast in at the same time.
Die aufgabengemäße Lösung beruht auf der Materialwahl von sogenanntem PA 12 C (Cast) be ziehungsweise eines Faserverbundwerkstoffs bestehend aus geeigneten Langfasern und/oder Kurzfasern und einer PA-12-C-Matrix als Werkstoff für die Propellerflügel. The task-related solution is based on the choice of material from so-called PA 12 C (cast) or a fiber composite material consisting of suitable long fibers and/or short fibers and a PA 12 C matrix as the material for the propeller blades.
Die mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften dieses Polyamids erlauben aufgrund der niedrigen Feuchtigkeitsaufnahme den dauerhaften Einsatz des Propellers im Was ser, die optimale Auslegung des Propellers aufgrund der verminderten Kavitationserosion durch die Zähigkeit des eingesetzten Materials, einen leichteren Propellerblattwechsel durch das relativ geringe spezifische Gewicht und die Gestaltung der Oberfläche zur Verlangsamung des Befalls durch Seepocken. Die Propellerflügel können beispielsweise durch die beschriebenen Techniken auf einer metallischen Nabe befestigt werden, welche wiederum auf eine Schiffswelle aufgescho ben und daran befestigt wird. The mechanical, physical and chemical properties of this polyamide allow permanent use of the propeller in the water due to the low moisture absorption, the optimal design of the propeller due to the reduced cavitation erosion due to the toughness of the material used, an easier propeller blade change due to the relatively low specific weight and the Surface design to slow barnacle infestation. The propeller blades can be attached, for example, by the techniques described on a metal hub, which in turn ben scho ben and attached to a ship's shaft.
Durch den Einsatz des neuen Propellerwerkstoffes können die elektrischen, magnetischen und akustischen Signaturen von Wasserfahrzeugen jeglicher Art nennenswert verringert und der Wir kungsgrad des Propellers durch die Ausbildung optimierter Geometrien aufgrund der besonderen Struktur des gewählten Werkstoffes verbessert werden, um auch so eine zusätzliche Verringe rung der Signatur zu erreichen. Ferner wird ein Propellerwechsel bzw. ein Austausch einzelner Propellerflügel unter Wasser ermöglicht. Der Befall durch Seepocken oder Muscheln kann ver langsamt und demzufolge den Einsatz von Bioziden verringert werden. Dies wird zum einen durch die Eigenschaften des Propellerwerkstoffes Polyamid 12 C an sich erzielt, zum anderen ermög licht die Struktur dieses Werkstoffes die Ausbildung optimierter Propeller-Geometrien. By using the new propeller material, the electrical, magnetic and acoustic signatures of all types of watercraft can be significantly reduced and the efficiency of the propeller can be improved through the formation of optimized geometries due to the special structure of the selected material, in order to also achieve an additional reduction in the signature to reach. Furthermore, a propeller change or an exchange of individual propeller blades under water is made possible. Infestation by barnacles or mussels can be slowed down and consequently the use of biocides can be reduced. On the one hand, this is done by the properties of the propeller material polyamide 12 C per se achieved, on the other hand the structure of this material enables the formation of optimized propeller geometries.
Zudem weisen Propellerblätter / Propellerflügel aus Polyamid 12 C, insbesondere Lauramid®, eine deutlich erhöhte Elastizität gegenüber solchen aus metallischen Werkstoffen auf, wodurch das Wegfedern von Belastungsspitzen im Nachstromfeld des Schiffes übereine vollständige Pro pellerumdrehung (360°) ermöglicht wird. In addition, propeller blades / propeller wings made of polyamide 12 C, especially Lauramid ® , have a significantly higher elasticity than those made of metallic materials, which means that load peaks in the ship's wake field can be cushioned over a complete revolution of the propeller (360°).
Die Erfindung beruht somit auf der Nutzung von Polyamid 12 C Kunststoff oder einem Verbund werkstoff aus gegossenem Polyamid 12-Kunststoff mit geeigneter Lang- uns/oder Kurzfaserein lage für die Fertigung der einzelnen Propellerflügel bzw. eines kompletten Propellers. The invention is thus based on the use of polyamide 12 C plastic or a composite material made of cast polyamide 12 plastic with a suitable long and/or short fiber insert for the manufacture of the individual propeller blades or a complete propeller.
Polyamid 12 C (auch PA 12 G) ist ein Polymerwerkstoff, der unmittelbar vor der Verarbeitung aus einer geeigneten Mischung von Monomeren und Zusatzstoffen aufgeschmolzen und als niedrig viskose Schmelze in Formen gegossen wird. Bei der Herstellung der faserverstärkten Bauteile werden die Lang- oder Kurzfasem vor dem Befüllen mit dem Kunststoff in die Form eingebracht und dann durch die Schmelze umschlossen. Das Befüllen der Form erfolgt ebenso wie die nach folgende Polymerisierung und Aushärtung drucklos und weist deswegen im Vergleich zu extru dierten, gespritzten oder tiefgezogenen Werkstücken besondere Eigenschaften auf. Ermöglicht wird dadurch: eine signifikant verbesserte elektrische und magnetische Signatur durch den Ein satz von PA 12 C und die Vermeidung von umlaufenden metallischen Bauteilen (Propellerflügel); eine signifikant verbesserte akustische Signatur durch die konstruktive Auslegung der Propeller blätter unter Nutzung der erhöhten Beständigkeit der Propellerflügel gegen Kavitationserosion und die ausgezeichnete innere Dämpfung der gegossenen Matrix; und ein signifikant höherer Wirkungsgrad des Propellers durch eine optimierte technische Auslegung wegen der minimierten Kavitationserosion. Polyamide 12 C (also PA 12 G) is a polymer material that is melted immediately before processing from a suitable mixture of monomers and additives and poured into molds as a low-viscosity melt. When manufacturing the fiber-reinforced components, the long or short fibers are introduced into the mold before filling with the plastic and then surrounded by the melt. The filling of the mold, like the subsequent polymerisation and curing, is carried out without pressure and therefore has special properties compared to extruded, injected or deep-drawn workpieces. This enables: A significantly improved electrical and magnetic signature through the use of PA 12 C and the avoidance of rotating metallic components (propeller blades); a significantly improved acoustic signature through the design of the propeller blades utilizing the increased resistance of the propeller blades to cavitation erosion and the excellent internal damping of the cast matrix; and a significantly higher efficiency of the propeller due to an optimized technical design due to minimized cavitation erosion.
Der Werkstoff PA 12 C unterscheidet sich bezüglich der mechanischen, physikalischen und che mischen Eigenschaften von anderen Kunststoffen und eignet sich daher besonders für die Aus legung und den Bau von Propellern für Wasserfahrzeuge. Der Werkstoff hat eine minimale Feuch tigkeitsaufnahme von nur 1 ,4 Gewichtsprozent bei Wasserlagerung und ist deswegen für den Einsatz im Wasser prädestiniert. PA 12 C hat die beste Kerbschlagzähigkeit - vor allem auch bei niedrigen Temperaturen - aller Polyamide und ermöglicht so besondere Vorteile bezüglich der Erosionskavitation und der Beständigkeit der Matrix (der Verbundvariante) gegen äußere Schläge. Das geringe spezifische Gewicht der Teile und damit die Auftriebsneutralität ist eine Voraussetzung für den Austausch der Propellerflügel unter Wasser. Die innere Dämpfung von Werkstücken aus PA 12 C oder Verbundwerkstoffen mit einer Matrix aus PA 12 C verringert die akustische Signatur des Bauteils. Das breite Temperaturspektrum, über das der Werkstoff tech nisch sinnvoll eingesetzt werden kann, die Chemikalienresistenz, die Kriechfestigkeit und/oder die elektrischen Eigenschaften begründen darüber hinaus die besondere Eignung von PA 12 C als Propellerwerkstoff für Wasserfahrzeuge im Vergleich zu anderen Werkstoffen. The material PA 12 C differs from other plastics in terms of its mechanical, physical and chemical properties and is therefore particularly suitable for the design and construction of propellers for watercraft. The material has a minimal moisture absorption of only 1.4 percent by weight when stored in water and is therefore predestined for use in water. PA 12 C has the best notched impact strength - especially at low temperatures - of all polyamides and thus enables particular advantages in terms of erosion cavitation and the resistance of the matrix (the composite variant) to external impacts. The low specific weight of the parts and thus the buoyancy neutrality is a prerequisite for replacing the propeller blades under water. The inner damping of Workpieces made of PA 12 C or composite materials with a matrix made of PA 12 C reduce the acoustic signature of the component. The wide temperature range over which the material can be used in a technically sensible way, the chemical resistance, the creep resistance and/or the electrical properties also justify the special suitability of PA 12 C as a propeller material for watercraft in comparison to other materials.
Bei einem Verbundwerkstoff aus PA 12 C sowie Langfasern und/oder Kurzfasern erreicht man durch die niedrige Viskosität der Schmelze Faservolumengehalte von mehr als 65% und so ein sehr gutes Steifheits-Gewichts-Verhältnis des jeweiligen Bauteils mit geeigneten mechanischen Eigenschaften. Durch die kurze Aushärtezeit von wenigen Minuten hat dieser Werkstoff auch deutliche Kostenvorteile gegenüber herkömmlichen Faserverbundwerkstoffen. Die aus PA 12 C gefertigten Propeller für Wasserfahrzeuge sind aufgrund dieser Werkstoffvorteile den Propellern nach dem Stand der Technik überlegen. With a composite material made of PA 12 C and long fibers and/or short fibers, the low viscosity of the melt results in a fiber volume content of more than 65% and thus a very good stiffness-to-weight ratio of the respective component with suitable mechanical properties. Due to the short curing time of a few minutes, this material also has significant cost advantages over conventional fiber composite materials. Due to these material advantages, propellers for watercraft made of PA 12 C are superior to state-of-the-art propellers.
Ein weiterer Bestandteil der Erfindung kann in der speziellen Anbindung der Propellerflügel an eine Nabe aus metallischem Werkstoff liegen. Die Kraft- und Drehmomentübertragung von der Schiffswelle auf den Propeller erfolgt typischerweise durch eine form- oder kraftschlüssige Ver bindung zweier metallischer Werkstoffe wie beispielsweise Ölpressverbände, Passfedern oder Passstifte oder durch Spannsätze. Dieses Prinzip wird bei der vorliegenden Erfindung grundsätz lich beibehalten, da bestimmte Werkstoffeigenschaften von PA 12 C, wie etwa der geringe E- Modul oder das Kriechverhalten bei hohen lokalen Flächenpressungen, einer direkten Anbindung des Propellers an die jeweilige Schiffswelle entgegenstehen. Die Erfindung kann sich somit auch aus der Art der Anbindung der Propellerblätter an die Nabe je nach gewünschter Kraft- und Dreh momentübertragung sowie der Größe des Propellers ergeben. A further component of the invention can lie in the special connection of the propeller blades to a hub made of metallic material. The transmission of power and torque from the ship's shaft to the propeller typically takes place through a positive or non-positive connection of two metallic materials such as oil interference fits, parallel keys or dowel pins or through clamping sets. This principle is fundamentally retained in the present invention, since certain material properties of PA 12 C, such as the low modulus of elasticity or the creep behavior at high local surface pressures, prevent a direct connection of the propeller to the ship's shaft. The invention can thus also result from the type of connection of the propeller blades to the hub depending on the desired power and torque transmission and the size of the propeller.
Ein weiterer Bestandteil der Erfindung kann die Gestaltung der Oberfläche der Propellerflügel sein, um den Einsatz von Antifouling-Beschichtungen zu vermeiden. Dabei wird die Oberfläche vorzugsweise durch die geeignete Gestaltung der Gießform und durch das Einbinden von beson deren komförmigen Materialien in den oberflächennahen Kunststoff wie eine Haifischhaut model liert. Der Bewuchs durch Seepocken und Muscheln wird so verzögert und eine mechanische Rei nigung der Oberfläche auch ohne das Wasserfahrzeug aus dem Wasser zu heben vereinfacht. Another component of the invention can be the design of the surface of the propeller blades in order to avoid the use of antifouling coatings. The surface is preferably modeled by the appropriate design of the mold and by the integration of special granular materials in the near-surface plastic like a shark skin model. The growth of barnacles and mussels is thus delayed and mechanical cleaning of the surface is simplified without lifting the watercraft out of the water.
Eine Umsetzung der Erfindung ist beispielsweise mit den nachfolgend beschriebenen Ausfüh rungsformen in technisch und kommerziell sinnvoller Weise möglich. The invention can be implemented, for example, with the embodiments described below in a technically and commercially sensible manner.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind zeichnerisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch den Propeller in einer ersten bevorzugten Ausführungsform basie rend auf einer Montage der Propellerblätter / Propellerflügel auf einer metallischen Nabe; Preferred embodiments of the invention are shown in the drawing. Show it: 1 shows a section through the propeller in a first preferred embodiment, based on mounting the propeller blades/propeller blades on a metal hub;
Fig. 2 den Propeller in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform mit eingegossener metal lischer Nabe in einer Ansicht von vorne mit der Kontur der Propellerflügel; 2 shows the propeller in a second preferred embodiment with a cast-in metal hub in a front view with the contour of the propeller blades;
Fig. 3 eine Ansicht in Anlehnung an die Fig. 2 mit dem Propeller in einer Variante der zweiten Ausführungsform; FIG. 3 shows a view based on FIG. 2 with the propeller in a variant of the second embodiment; FIG.
Fig. 4 einen Schnitt durch den Propeller gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform; 4 shows a section through the propeller according to a variant of the first embodiment;
Fig. 5 den Propeller in einer dritten bevorzugten Ausführungsform in einer Ansicht von vorne mit der Kontur der Propellerflügel und schematisch angedeuteter Oberflächenbeschaffenheit; 5 shows the propeller in a third preferred embodiment in a view from the front with the contour of the propeller blades and a diagrammatically indicated surface condition;
Fig. 6 eine Schrägansicht des montierten des Propellers gemäß der ersten Ausführungsform. 6 is an oblique view of the assembled propeller according to the first embodiment.
Die Fig. 1 lässt einen Propeller mit einer metallischen Nabe 1 erkennen. Auf dieser ist ein Pro pellerblatt / Propellerflügel 2 des Propellers mittels eines (sogenannten) Böttcherrings 4 und im Propellerblatt 2 eingebrachter Zuganker 3 durch Muttern 5 montiert. 1 shows a propeller with a metal hub 1 . On this is a Pro pellerblatt / propeller blade 2 of the propeller by means of a (so-called) Böttcherrings 4 and introduced in the propeller blade 2 tie rod 3 by nuts 5 mounted.
Die Fig. 2 lässt die Kontur eines Propellers erkennen, wobei alle Propellerflügel 6 in einem Gieß vorgang gefertigt werden und bei diesem Gießvorgang die zugehörige metallische Nabe 7 um gossen wird, wodurch ein einteiliger Propeller erzeugt wird. 2 shows the contour of a propeller, with all propeller blades 6 being manufactured in one casting process and the associated metallic hub 7 being cast around in this casting process, as a result of which a one-piece propeller is produced.
Die Fig. 3 lässt ebenso die Kontur eines Propellers erkennen, wobei alle Propellerflügel 9 in einem Gießvorgang gefertigt werden und bei diesem Gießvorgang die hierfür beispielsweise durch Ät zen, Sandstrahlen, Rändeln, Reinigen und/oder Aufbringen von Schlichten vorbereitete metalli sche Nabe 8 umgossen wird, wodurch ein einteiliger Propeller erzeugt wird. 3 also shows the contour of a propeller, with all propeller blades 9 being manufactured in one casting process and during this casting process the metallic hub 8 prepared for this purpose, for example by etching, sandblasting, knurling, cleaning and/or applying sizing, is cast around , creating a one-piece propeller.
Zur besseren Krafteinleitung von der metallischen Nabe 8 in die einzelnen Propellerflügel 9 kön nen konstruktive Elemente vorhanden sein, die beispielhaft in unterschiedlicher Form als Stäbe 10, Profile 11, metallische Konstruktionen 12, wie beispielsweise Stabwerke, und/oder Kerne 13 dargestellt sind. Ebenso beispielhaft und schematisch angedeutet ist die Anbringung dieser kon struktiven Elemente durch Materialschluss (beispielhaft an den Stäben 10 und der metallischen Konstruktion 12) und/oder Formschluss (beispielhaft an den Profilen 11). Die Fig. 4 zeigt im Schnitt einen Propeller, in dessen Propellerflügel 15 jeweils wenigstens ein Einleger 19 mit je zwei Gewindestangen 18 eingegossen ist. Der jeweilige Propellerflügel 15 wird durch die Gewindestangen 18 mittels Schrauben 17 zwischen dem Kragen der metallischen Nabe 14 und dem auf die Nabe 14 aufgeschraubten (sogenannten) Böttcherring 16 montiert. For a better introduction of force from the metallic hub 8 into the individual propeller blades 9, structural elements may be present, which are shown by way of example in different forms as rods 10, profiles 11, metallic structures 12, such as trusses, and/or cores 13. Also indicated as an example and schematically is the attachment of these constructive elements by material connection (example on the rods 10 and the metal construction 12) and/or positive connection (example on the profiles 11). 4 shows a sectional view of a propeller in whose propeller blade 15 at least one insert 19 with two threaded rods 18 each is cast. The respective propeller blade 15 is mounted by means of the threaded rods 18 by means of screws 17 between the collar of the metallic hub 14 and the (so-called) cooper ring 16 screwed onto the hub 14 .
In der Fig. 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Propellers dargestellt, bei dem die Ober fläche 20 eines oder mehrerer Propellerflügel so gestaltet ist, dass sie strömungstechnisch einer Haifischhaut ähnelt. Darunter ist hier generell zu verstehen, das die Oberfläche sogenannte Riblets aufweist, die gegenüber einer glatten Oberfläche den Reibungswiderstand bei turbulenter Überströmung der Oberfläche reduzieren. Es handelt sich bei einer solchen Oberflächengeomet rie bekanntermaßen um eine Vielzahl scharfkantiger Rippen, deren Längsachsen im Wesentli chen in der dort jeweils vorgesehenen Strömungsrichtung liegen. 5 shows a preferred embodiment of the propeller, in which the surface 20 of one or more propeller blades is designed in such a way that it resembles a shark skin in terms of flow. In general, this means that the surface has so-called riblets, which reduce the frictional resistance when there is turbulent flow over the surface compared to a smooth surface. Such a surface geometry is known to involve a large number of sharp-edged ribs whose longitudinal axes essentially lie in the direction of flow provided there.
In der Fig. 6 ist eine Ausführungsform des Propellers zu erkennen mit den Propellerblättern / Propellerflügeln 30, die aus PA 12 C (beispielsweise mit der Handelsbezeichnung Lauramid®) gefertigt sind, mit der metallischen Nabe 31, mit dem (sogenannten) Böttcherring 32, mit Befes tigungsschrauben 34 für den Böttcherring 32 und mit den Zugankern und zugehörigen Muttern 33 zur Befestigung der Propellerblätter / Propellerflügel 30. 6 shows an embodiment of the propeller with the propeller blades/propeller blades 30, which are made of PA 12 C (for example with the trade name Lauramid® ), with the metallic hub 31, with the (so-called) Böttcherring 32, with Fastening screws 34 for the cooper ring 32 and with the tie rods and associated nuts 33 for fastening the propeller blades / propeller wings 30.
Nachfolgend wird auf die oben genannten und in den Fig. 1 bis 6 verwendeten Bezugszeichen bezuggenommen. In the following, reference is made to the reference symbols mentioned above and used in FIGS.
Für die Konstruktion und Herstellung eines Propellers aus PA 12 C oder aus mit Lang- und/oder Kurzfaser verstärktem PA 12 C sind beispielsweise folgende Ausführungsformen möglich: For the design and manufacture of a propeller made of PA 12 C or of PA 12 C reinforced with long and/or short fibers, the following embodiments are possible, for example:
1.1 Eine Ausführungsform mit einem oder mehreren Propellerflügeln 2, die einzeln oder zu mehreren in einer geeigneten, entsprechend temperierten Gießform, welche der Außenkontur des einzelnen Flügels beziehungsweise mehrerer Flügel annähernd entspricht, drucklos mit einer niedrigviskosen PA-12-Schmelze gegossen und dann durch geeignete Temperaturführung poly merisiert und ausgehärtet werden. 1.1 An embodiment with one or more propeller blades 2, which are cast individually or in groups in a suitable, appropriately temperature-controlled casting mold, which approximately corresponds to the outer contour of the individual blade or multiple blades, without pressure using a low-viscosity PA-12 melt and then through suitable temperature control be polymerized and cured.
1.2 Eine Ausführungsform mit einer metallischen Nabe 1 , die mittels einer form- oder kraft schlüssigen Verbindung wie etwa mit einem Ölpressverband, Passfedern, Passstiften und/oder Spannsätzen auf die Schiffswelle aufgeschoben und zur Übertragung der Kräfte und Drehmo mente an dieser befestigt werden kann. 1.3 Eine Ausführungsform mit einer Verbindung der Kunststoffflügel mit der auf die Schiffswelle aufgeschobenen und verbundenen metallischen Nabe dergestalt, dass jeweils in einzelnen Pro pellerflügeln 2 ein oder mehrere metallische Zuganker 3 eingelassen sind, die der Kraft- und Drehmomentübertragung dienen. Diese Zuganker werden auf der einen Seite im Kragen der me tallischen Nabe 1 durch entsprechende Muttern 5 befestigt. Nach derartiger Vormontage aller Einzelflügel an der metallischen Nabe 1 wird auf das dem Kragen gegenüberliegende Ende der Nabe 1 ein sogenannter Böttcherring 4 mittels geeigneter Schrauben montiert. Für die metalli schen Zuganker 3 sind in diesem Ring geeignete Öffnungen angebracht. Mittels Muttern 5 wer den die Zuganker 3 gegen den Böttcherring 4 mit dem passenden Drehmoment verspannt. Eine geeignete Abdeckhaube am Ende der Nabe 1 verdeckt die Schraubverbindungen vorzugsweise und sorgt dann durch ihre Gestaltung gleichzeitig für eine optimale Strömung im Nachlauf der Welle. 1.2 An embodiment with a metallic hub 1, which can be pushed onto the ship's shaft by means of a positive or non-positive connection such as an oil interference fit, feather keys, dowel pins and/or clamping sets and attached to it to transmit the forces and torques. 1.3 An embodiment with a connection of the plastic blades with the metal hub pushed onto the ship's shaft and connected in such a way that one or more metal tie rods 3 are embedded in individual propeller blades 2, which serve to transmit power and torque. These tie rods are fastened on one side in the collar of the me-metallic hub 1 by corresponding nuts 5. After such pre-assembly of all the individual vanes on the metal hub 1, a so-called cooper ring 4 is mounted on the end of the hub 1 opposite the collar by means of suitable screws. For the metalli rule tie rods 3 suitable openings are attached in this ring. Using nuts 5 who braced the tie rods 3 against the Böttcherring 4 with the appropriate torque. A suitable cover hood at the end of the hub 1 preferably covers the screw connections and then, thanks to its design, ensures at the same time an optimal flow in the wake of the shaft.
1.4 Eine Ausführungsform mit einer konstruktive Auslegung der einzelnen Propellerflügel am Propellerfuß dergestalt, dass die temperaturabhängige Variation der Propellerdicke durch die Wahl der Propellerdicke bei Raumtemperatur durch den Nabenkragen, die Zuganker und den Böttcherring so erfolgt, dass die Spannungen bei hohen Temperaturen so gering sind, dass das Kriechverhalten des PA 12 C nicht zu stark angeregt wird und andererseits bei niedrigen Tempe raturen die Vorspannung noch so hoch ist, dass die Propellerflügel fest eingespannt sind. 1.4 An embodiment with a structural design of the individual propeller blades at the propeller foot in such a way that the temperature-dependent variation of the propeller thickness through the selection of the propeller thickness at room temperature through the hub collar, the tie rod and the cooper ring takes place in such a way that the stresses at high temperatures are so low that the creep behavior of the PA 12 C is not stimulated too much and, on the other hand, at low temperatures the preload is still so high that the propeller blades are firmly clamped.
1.5 Eine Ausführungsform mit einer Ausgestaltung der Bohrungen für die Zuganker 3 derge stalt, dass über die Länge der gesamten Bohrung eine oder mehrere Taschen eingebracht wer den, um so Spannungsspitzen im Material zu verringern und das Kriechverhalten zu verbessern. 1.5 An embodiment with a design of the bores for the tie rods 3 such that one or more pockets are introduced over the length of the entire bore in order to reduce stress peaks in the material and improve the creep behavior.
1.6 Eine Ausführungsform mit einer Anbindung der Zuganker 3 an den Propellerflügel 2 entwe der durch; Erwärmen des Kunststoffes und Einpressen des Zugankers mit Raumtemperatur; das Abkühlen des Zugankers und das Einpressen in den Kunststoffflügel mit Raumtemperatur; oder eine Kombination beider Montagemethoden. Prinzipiell denkbar sind aber auch andere Fügever fahren. 1.6 An embodiment with a connection of the tie rods 3 to the propeller blade 2 either through; heating the plastic and pressing in the tie rod at room temperature; cooling the tie rod and pressing it into the plastic wing at room temperature; or a combination of both assembly methods. In principle, however, other joining methods are also conceivable.
Für die Konstruktion und Herstellung eines Propellers aus PA 12 C oder aus mit Lang- oder Kurzfaser verstärktem PA 12 C sind beispielsweise folgende Ausführungsformen möglich: For example, the following designs are possible for the design and manufacture of a propeller made of PA 12 C or of PA 12 C reinforced with long or short fibers:
2.1 Eine Ausführungsform mit einer metallischen Nabe 7, die mittels einer form- oder kraft schlüssigen Verbindung wie etwa mit einem Ölpressverband, Passfedern, Passstifte und/oder Spannsätzen auf die Schiffswelle aufgeschoben und zur Übertragung der Kräfte und Drehmo mente an dieser befestigt werden kann. 2.1 An embodiment with a metallic hub 7, which means of a form-fitting or non-positive connection such as with an oil interference fit, feather keys, dowel pins and / or Clamping sets can be slid onto the ship's shaft and attached to it to transmit the forces and torques.
2.2 Eine Ausführungsform mit einer metallischen Nabe 7, die (wie beispielsweise in Fig. 2 dar gestellt) für das Umgießen mit PA 12 C an der Oberfläche der Nabe zum Kunststoff durch Ätzen, Sandstrahlen, Rändeln, Reinigen mit speziellen Reinigungsmitteln, Aufbringen von Schlichten vorbereitet wird. 2.2 An embodiment with a metallic hub 7 (as shown in FIG. 2, for example) prepared for casting with PA 12 C on the surface of the hub to the plastic by etching, sandblasting, knurling, cleaning with special cleaning agents, applying sizing becomes.
2.3 Eine Ausführungsform mit einer metallischen Nabe 8, die (wie beispielsweise in Fig. 3 dar gestellt) für die Übertragung von Kräften und Drehmomenten von der Nabe 8 in die Propellerflügel 9 konstruktive Elemente wie etwa Stäbe 10, Profile 11 , metallische Konstruktionen 12 oder Ein leger 13 besitzt, die durch Kraft-, Form- und/oder Materialschluss an der Nabe befestigt sind und vom Kunststoff beim Gießvorgang komplett umschlossen werden. 2.3 An embodiment with a metallic hub 8 (as shown, for example, in Fig. 3 represents) for the transmission of forces and torques from the hub 8 to the propeller blades 9 structural elements such as rods 10, profiles 11, metallic structures 12 or a has leger 13, which are attached to the hub by force, form and/or material connection and are completely surrounded by the plastic during the casting process.
2.4 Eine Ausführungsform mit einer metallische Nabe 7, 8 gemäß der Ausführungsformen 2.2 und/oder 2.3, die in einer geeigneten entsprechend temperierter Gießform welche der Außenkon tur des zu fertigenden einteiligen Propellers entspricht drucklos mit einer niedrigviskosen PA 12 Schmelze komplett umgossen wird und dann durch geeignete Temperaturführung polymerisiert und aushärtet. 2.4 An embodiment with a metallic hub 7, 8 according to the embodiments 2.2 and/or 2.3, which is completely cast around in a suitable, temperature-controlled casting mold which corresponds to the outer contour of the one-piece propeller to be manufactured, without pressure, with a low-viscosity PA 12 melt and then by suitable Temperature control polymerizes and hardens.
2.5 Eine Ausführungsform mit einem nach Ausführungsform 2.4 hergestellten Propeller, der nach Aushärtung und Ausformung zerspanend bearbeitet wird, um die genaue Endkontur zu er reichen. Zwischen den einzelnen Zerspanungsfolgen können eine oder mehrere Wärmebehand lungen zum Abbau etwaiger Spannungen im Material erfolgen. 2.5 An embodiment with a propeller manufactured according to embodiment 2.4, which is machined after hardening and shaping in order to reach the exact final contour. One or more heat treatments can be carried out between the individual machining sequences to reduce any stresses in the material.
Für die Konstruktion und Herstellung eines Propellers aus PA 12 C oder aus mit Lang- oder Kurzfaser verstärktem PA 12 C sind beispielsweise folgende Ausführungsformen möglich: For example, the following designs are possible for the design and manufacture of a propeller made of PA 12 C or of PA 12 C reinforced with long or short fibers:
3.1 Eine Ausführungsform mit einem oder mehreren Propellerflügeln 15, die einzeln oder zu mehreren in einer temperierten Gießform, welche der Außenkontur des einzelnen Flügels bezie hungsweise mehrerer Flügel annähernd entspricht, drucklos mit einer niedrigviskosen PA-12- Schmelze gegossen und dann durch geeignete Temperaturführung polymerisiert und ausgehär tet werden. 3.1 An embodiment with one or more propeller blades 15, which are cast individually or in groups in a temperature-controlled casting mold, which approximately corresponds to the outer contour of the individual blade or multiple blades, without pressure using a low-viscosity PA-12 melt and then polymerized by suitable temperature control and be cured.
3.2 Eine Ausführungsform mit einem in jeden Propellerflügel eingegossenen Einleger 19, an dem vor dem Eingießen Gewindestangen 18 angebracht wurden. 3.3 Eine Ausführungsform mit einer metallischen Nabe 14, die mittels einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung wie etwa mit einem Ölpressverband, Passfedern, Passstiften und/o der Spannsätzen auf die Schiffswelle aufgeschoben und zur Übertragung der Kräfte und Dreh momente an dieser befestigt werden kann. 3.2 An embodiment with an insert 19 cast into each propeller blade, to which threaded rods 18 were attached before casting. 3.3 An embodiment with a metallic hub 14, which can be pushed onto the ship's shaft by means of a positive and/or non-positive connection such as an oil interference fit, feather keys, dowel pins and/or clamping sets and attached to it to transmit the forces and torques .
3.4 Eine Ausführungsform mit einer Verbindung der Kunststoffflügel 15 mit der auf die Schiffs welle aufgeschobenen und verbundenen metallischen Nabe 14 dergestalt, dass jeweils in den einzelnen Propellerflügeln 15 eingegossene Einleger 19 und Gewindestangen 18 durch Öffnun gen der Nabe 14 geschoben und dann mit Schrauben 17 an der Nabe befestigt werden. Nach derartiger Vormontage aller Einzelflügel an der metallischen Nabe wird auf das dem Kragen ge genüberliegende Ende der Nabe 14 ein (sogenannter) Böttcherring 16 mittels geeigneter Schrau ben montiert. Für die Gewindestangen 18 sind im Böttcherring 16 Öffnungen ausgebildet. Mittels geeigneter Muttern 17 werden die Zuganker dann gegen den Böttcherring 16 mit dem passenden Drehmoment verspannt. Eine geeignete Abdeckhaube am Ende der Nabe 14 verdeckt die Schraubverbindungen und sorgt durch ihre Gestaltung gleichzeitig für eine optimale Strömung im Nachlauf der Welle. 3.4 An embodiment with a connection of the plastic blades 15 with the metal hub 14 pushed onto the ship's shaft and connected in such a way that inserts 19 cast in the individual propeller blades 15 and threaded rods 18 are pushed through openings in the hub 14 and then screwed 17 to the hub to be attached. After such pre-assembly of all individual vanes on the metallic hub, a (so-called) cooper ring 16 is mounted on the end of the hub 14 opposite the collar by means of suitable screws. For the threaded rods 18 16 openings are formed in Böttcherring. The tie rods are then braced against the cooper ring 16 with the appropriate torque by means of suitable nuts 17 . A suitable cover at the end of the hub 14 covers the screw connections and, thanks to its design, also ensures optimum flow in the wake of the shaft.
3.5 Eine Ausführungsform mit einer konstruktiven Auslegung der einzelnen Propellerflügel am Propellerfuß dergestalt, dass die temperaturabhängige Variation der Propellerdicke durch die Wahl der Propellerdicke bei Raumtemperatur durch den Nabenkragen, die Zuganker und den Böttcherring so erfolgt, dass die Spannungen bei hohen Temperaturen so gering sind, dass das Kriechverhalten des PA 12 C nicht zu stark angeregt wird und andererseits bei niedrigen Tempe raturen die Vorspannung noch so hoch ist, dass die Propellerflügel fest eingespannt sind. 3.5 An embodiment with a structural design of the individual propeller blades at the propeller foot in such a way that the temperature-dependent variation of the propeller thickness through the selection of the propeller thickness at room temperature through the hub collar, the tie rod and the cooper ring takes place in such a way that the stresses at high temperatures are so low that the creep behavior of the PA 12 C is not stimulated too much and, on the other hand, at low temperatures the preload is still so high that the propeller blades are firmly clamped.
Für die Konstruktion und Herstellung eines Propellers aus PA 12 C oder aus mit Lang- oder Kurzfaser verstärktem PA 12 C sind beispielsweise folgende Ausführungsformen möglich: For example, the following designs are possible for the design and manufacture of a propeller made of PA 12 C or of PA 12 C reinforced with long or short fibers:
4.1 Eine Ausführungsform mit einem oder mehreren Propellerflügeln, die einzeln oder zu meh reren in einer geeigneten, entsprechend temperierten Gießform, welche der Außenkontur des einzelnen Flügels beziehungsweise mehrerer Flügel annähernd entspricht, drucklos mit einer niedrigviskosen PA-12-Schmelze gegossen und dann durch geeignete Temperaturführung poly merisiert und ausgehärtet werden. 4.1 An embodiment with one or more propeller blades, which are cast individually or in groups in a suitable, appropriately temperature-controlled casting mold which approximately corresponds to the outer contour of the individual blade or multiple blades, without pressure using a low-viscosity PA-12 melt and then subjected to suitable temperature control be polymerized and cured.
4.2 Eine Ausführungsform mit einer Gestaltung der Oberfläche 20 eines oder aller Propeller blätter / Propellerflügel gemäß Ausführungsform 4.1 dergestalt, dass durch die Formgebung der Gießform und/oder die Einbindung von geeigneten kornförmigen Materialien in die Oberfläche im Rahmen des Gießprozesses eine Oberflächenstruktur ähnlich einer Haifischhaut gegossen wer den kann. Die Oberflächenstruktur weist dann sogenannte Riblets auf, die gegenüber einer glat ten Oberfläche den Reibungswiderstand bei turbulenter Überströmung der Oberflächenstruktur reduzieren und so den Bewuchs mit Seepocken und anderen Lebewesen verlangsamt und me chanische Reinigung vereinfacht. Diese begünstigt den langfristigen Erhalt der spezifizierten Pro pellerleistung. 4.2 An embodiment with a design of the surface 20 of one or all propeller blades / propeller blades according to embodiment 4.1 such that the shape of the Cast mold and / or the incorporation of suitable granular materials into the surface during the casting process, a surface structure similar to a shark skin who can cast the. The surface structure then has so-called riblets which, compared to a smooth surface, reduce the frictional resistance when there is a turbulent flow over the surface structure, thus slowing down the growth of barnacles and other creatures and simplifying mechanical cleaning. This favors the long-term maintenance of the specified propeller performance.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Propeller zum Antrieb von Wasserfahrzeugen, mit Propellerflügeln (2, 6, 9, 15) und einer metallischen Nabe (1, 7, 8, 14, 31) zur Verbindung mit einer Schiffswelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerflügel aus Polyamid 12 C oder einem Verbundwerkstoff aus Polyamid 12 C mit Lang- und/oder Kurzfasereinlage gefertigt sind und die Propellerflügel oder Komponenten der Propellerflügel an der Nabe montiert sind, oder dass der Propeller insgesamt aus Polyamid 12 C oder einem Verbundwerkstoff aus Polyamid 12 C mit Lang- und/oder Kurzfasereinlage und der mit PA 12 C umgossenen Nabe besteht. 1. Propeller for propelling watercraft, with propeller blades (2, 6, 9, 15) and a metallic hub (1, 7, 8, 14, 31) for connection to a ship's shaft, characterized in that the propeller blades are made of polyamide 12 C or a composite material made of polyamide 12C with long and/or short fiber core and the propeller blades or components of the propeller blades are mounted on the hub, or that the propeller is made entirely of polyamide 12C or a composite material made of polyamide 12C with long and/or or short fiber insert and the hub cast with PA 12 C.
2. Propeller nach Anspruch 1 , wobei die einzelnen Propellerflügel oder daraus gebildete Flü gelpaare mittels in die Propeller eingelassener metallischer Zuganker (3) und deren Verspannung im Kragen der Nabe und einem auf die Nabe montierten Böttcherring (16) befestigt sind. 2. Propeller according to claim 1, wherein the individual propeller blades or pairs of wings formed therefrom are fixed by means of metallic tie rods (3) embedded in the propeller and their bracing in the collar of the hub and a Böttcher ring (16) mounted on the hub.
3. Propeller nach Anspruch 2, wobei im Böttcherring Öffnungen für die metallischen Zuganker (3) ausgebildet sind und die Zuganker mittels Muttern (5) gegen den Böttcherring (4, 16, 32) verspannt sind. 3. Propeller according to claim 2, wherein openings for the metallic tie rods (3) are formed in the cooper ring and the tie rods are braced against the cooper ring (4, 16, 32) by means of nuts (5).
4. Propeller nach Anspruch 3, wobei die Propellerflügel Bohrungen für die Zuganker (3) um fassen und über die Länge der Bohrungen jeweils eine oder mehrere Taschen zur Verringerung von Materialspannungen ausgebildet sind. 4. Propeller according to claim 3, wherein the propeller blades include bores for the tie rods (3) and one or more pockets are formed over the length of the bores to reduce material stresses.
5. Propeller nach Anspruch 3 oder 4, ferner mit einer am Ende der Nabe angebrachten Ab deckhaube zum Verdecken der Muttern / Schraubverbindungen und insbesondere zur Strö mungsoptimierung im Nachlauf der Schiffswelle und/oder Nabe. 5. Propeller according to claim 3 or 4, further with a cover hood attached to the end of the hub for covering the nuts/screw connections and in particular for flow optimization in the wake of the ship's shaft and/or hub.
6. Propeller nach Anspruch 1 , ferner mit konstruktiven Elementen zur Übertragung von Kräf ten und Drehmomenten von der Nabe in die Propellerflügel, wobei die konstruktiven Elemente, insbesondere in Form von Stäben (10), Profilen (11), Metallkonstruktionen (12) oder Einlegern (13), durch Kraft-, Form- und/oder Materialschluss an der Nabe (8) befestigt und von Polyamid 12 C komplett umgossen sind. 6. Propeller according to claim 1, further th with constructive elements for the transmission of forces and torques from the hub into the propeller blades, wherein the constructive elements, in particular in the form of rods (10), profiles (11), metal structures (12) or inserts (13) are attached to the hub (8) by force, form and/or material connection and are completely encapsulated in polyamide 12 C.
7. Propeller nach Anspruch 6, wobei die Nabe (7, 8) eine für das Umgießen mit PA 12 C durch Ätzen, Sandstrahlen, Rändeln und/oder Aufbringen von Schlichten vorbereitete Oberfläche auf weist. 7. Propeller according to claim 6, wherein the hub (7, 8) has a surface prepared for casting with PA 12 C by etching, sandblasting, knurling and/or applying sizing.
8. Propeller nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, wobei ein oder mehrere Propel lerflügel eine Oberflächenstruktur ähnlich einer Haifischhaut aufweist. 8. Propeller according to at least one of the preceding claims, wherein one or more Propel lerflügel has a surface structure similar to a shark skin.
9. Verfahren zur Herstellung eines Propellers zum Antrieb von Wasserfahrzeugen, mit Pro pellerflügeln (2, 6, 9, 15) und einer metallischen Nabe (1 , 7, 8, 14, 31) zur Verbindung mit einer Schiffswelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerflügel aus Polyamid 12 C oder einem Verbundwerkstoff aus Polyamid 12 C mit Lang- und/oder Kurzfasereinlage gefertigt werden und die Propellerflügel oder Komponenten der Propellerflügel an der Nabe montiert werden, oder dass der Propeller aus Polyamid 12 C odereinem Verbundwerkstoff aus Polyamid 12 C mit Lang- und/oder Kurzfasereinlage durch Ausformung aller Propellerflügel in einem Gießvorgang bei gleichzeitiger Umschließung der metallischen Nabe des Propellers gefertigt wird. 9. A method for producing a propeller for propelling watercraft, with pro peller wings (2, 6, 9, 15) and a metallic hub (1, 7, 8, 14, 31) for connection to a ship shaft, characterized in that the Propeller blades are made of polyamide 12C or a composite material made of polyamide 12C with a long and/or short fiber core and the propeller blades or components of the propeller blades are mounted on the hub, or that the propeller is made of polyamide 12C or a composite material made of polyamide 12C with a long - and/or short-fiber insert is manufactured by forming all the propeller blades in one casting process while simultaneously enclosing the metal hub of the propeller.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei in die Propellerflügel (2) metallische Zuganker (3) zur Kraft- und Drehmomentübertragung durch Erwärmen des Polyamid 12 C und Einpressen des Zugankers mit Raumtemperatur und/oder durch Abkühlen des Zugankers und Einpressen mit Raumtemperatur eingelassen werden. 10. The method according to claim 9, wherein metal tie rods (3) for power and torque transmission are let into the propeller blades (2) by heating the polyamide 12 C and pressing in the tie rod at room temperature and/or by cooling the tie rod and pressing it in at room temperature.
11. Verfahren nach Anspruch 9 unter Ausformung aller Propellerflügel in einem Gießvorgang bei gleichzeitiger Umschließung der hierfür vorbereiteten Nabe (7, 8), wobei konstruktive Ele mente zur Krafteinleitung von der Nabe in die einzelnen Propellerflügel an der Nabe befestigt und von PA 12 C beim Gießvorgang komplett umschlossen werden. 11. The method according to claim 9 with shaping of all propeller blades in one casting process while simultaneously enclosing the hub (7, 8) prepared for this purpose, with constructive elements for the introduction of force from the hub into the individual propeller blades attached to the hub and of PA 12 C during the casting process be completely enclosed.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei die Nabe (7, 8) für das Umgießen an der Oberfläche zum Polyamid 12 C hin durch Ätzen, Sandstrahlen, Rändeln und/oder Aufbringen von Schlichten vorbereitet wird. 12. The method according to claim 11, wherein the hub (7, 8) for the encapsulation on the surface to the polyamide 12 C is prepared by etching, sandblasting, knurling and / or applying sizing.
13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der durch Gießen ausge formte und ausgehärtete Propeller zur Erzeugung seiner Endkontur zerspanend bearbeitet wird. 13. The method according to at least one of claims 9 to 12, wherein the out by casting formed and hardened propeller is machined to produce its final contour.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei zur Gestaltung der Oberfläche (20) eines oder aller Propeller oder Teile der Oberfläche durch die Formgebung der Gießform und/o der oder die Einbindung von kornförmigen Materialien in die Oberfläche im Rahmen des Gieß prozesses eine Oberflächenstruktur ähnlich der einer Haifischhaut gegossen wird. 14. The method according to any one of claims 9 to 13, wherein to shape the surface (20) of one or all propellers or parts of the surface by shaping the mold and / o the or the incorporation of granular materials in the surface as part of the casting process a surface structure similar to that of a shark skin is cast.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6237293A (en) * 1985-08-10 1987-02-18 Kawasaki Heavy Ind Ltd Thrust generating device
US7056092B2 (en) * 2004-04-09 2006-06-06 Stahl Bradford C Modular propeller
US7789628B2 (en) * 2004-04-26 2010-09-07 Borgwarner Inc. Plastic fans having improved fan ring weld line strength
KR20150100021A (en) * 2014-02-24 2015-09-02 대우조선해양 주식회사 Propeller for ship
CN105317858A (en) * 2014-05-26 2016-02-10 青岛永和兴游艇螺旋桨厂 Spline sleeve and propeller
JP7222531B2 (en) * 2018-12-28 2023-02-15 ナカシマプロペラ株式会社 marine propeller

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