DE3321968A1 - Vorrichtung zum verstellen der steigung der fluegelblaetter eines propellers - Google Patents

Vorrichtung zum verstellen der steigung der fluegelblaetter eines propellers

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DE3321968A1
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sliding block
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pitch
crank
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DE19833321968
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Hidetaka Akashi Higashihara
Hisayoshi Kobe Kitaura
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H3/00Propeller-blade pitch changing
    • B63H3/06Propeller-blade pitch changing characterised by use of non-mechanical actuating means, e.g. electrical
    • B63H3/08Propeller-blade pitch changing characterised by use of non-mechanical actuating means, e.g. electrical fluid
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H3/00Propeller-blade pitch changing

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Description

  • Vorrichtung zum Verstellen der Steigung der Flügel-
  • blätter eines Propellers Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Diese Vorrichtung ist eine hydraulisch betriebene Axialströmungsvorrichtung und wird für Verstellpropeller oder Seitenantriebe von Seeschiffen verwendet.
  • Fig. 1 zeigt einen derartigen bekannten Verstellpropeller mit mehreren Flügelblättern, die auf einer Nabe 3 gelagert sind. Die Nabe 3 ist ihrerseits auf einer Welle 2 gelagert, die durch eine (nicht dargestellte) Antriehsmaschine gedreht wird. Die Steigung der Flügelblätter wird durch eine hydraulische Hilfskrafteinrichtung 4 verändert, die in der Nabe 3 vorgesehen ist. Die Einrichtung 4 hat ein Verstellkreuz 6, das in der Nabe 3 axial in Bezug auf die Welle 2 hin- und herverschiebbar ist. Das Verstellkreuz 6 ist mit einer in der Mitte durchgehenden Axialbohrung 6a und einer weiteren Axialbohrung 6b in einem vorderen Verlängerungsteil versehen. Die Bohrungen 6a und 6b sind an eine Nehrfachrohr-Fluidverbindung 5 angeschlossen, die in einer Bohrung der Welle 2 vorgesehen ist und einen Teil eines hydraulischen Systems zur Beaufschlagung der einen Bohrung 6a oder der anderen Bohrung 6b bildet.
  • Das hintere Ende des Verstellkreuzes 6 ist mit seinem Umfang in einem Hilfszylinder 9 verschiebbar gelagert, der am hinteren Ende der Nabe 3 befestigt ist. Diese Teile bilden eine Hilfskammer 10 im Zylinder 9, und die Kammer 10 steht mit der mittleren Bohrung 6a in Verbindung. Das Verstellkreuz 6, die Nabe 3 und eine Trennwand 7, die am vorderen Ende der Nabe 3 ausgebildet ist, begrenzen eine weitere Hilfskammer 11, die mit der anderen Bohrung 6b verbunden ist. Durch das Druckfluid in der einen oder anderen Kammer wird auf das eine Ende des Verstellkreuzes 6 eine Kraft ausgeübt, durch die es in der Nabe 3 axial verschoben wird.
  • Die Fußenden der Flügelblätter 1 sind jeweils an einer Kurbel 12 (Fig. 1 und 2) befestigt, die einen Kurbelzapfen 13 mit einem diesen umgebenden Kulissenstein 14 aufweist. Die Kurbel 12 hat die Form einer Scheibe, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, und wird daher auch als "Zapfenscheibe" bezeichnet. Sie ist in der Wand der Nabe 3 drehbar gelagert. In der Außenseite des Verstellkreuzes 6 ist eine sich senkrecht zur Hin-und Herbewegungsrichtung 8 bzw. Verstellrichtung des Verstellkreuzes 6 erstreckende Nut 15 (Fig. 2) ausgebildet, in die der Kulissenstein 14 paßt und in der er verschiebbar geführt ist. Wenn daher beispielsweise in die hintere Kammer 10 Öl gedrückt wird, verschiebt sich das Verstellkreuz 6 nach vorn, wobei es den Kulissenstein 14 längs der Nut 15 verschiebt. Dadurch wird die Kurbel 12 um ihre Achse 12a (Fig. 2) gedreht und die Steigung der Flügelblätter 1 ver- ändert. Die Ausübung eines Drucks in der anderen Kammer 11 verschiebt das Verstellkreuz und damit den Kulissenstein 14 in der anderen Richtung.
  • Wenn das Verstellkreuz 6 nach Fig. 2 axial in der Richtung 8 beispielweise aus der durch die ausgezogene Linie dargestellten Stellung in die durch gestrichelte Linien dargestellte Stellung verschoben wird, üben die Seiten der Nut 15 auf den Kulissenstein 14 eine Kraft aus, so daß der Kurbelzapfen 13 auf einer Kreisbahn um den Mittelpunkt 12a und damit das Flügelblatt gedreht wird. Diese Kraft hat eine axiale Komponente 16 und eine quer dazu gerichtete Komponente 17. Die Axialkomponente 16 bewirkt die Drehung der Kurbel 12 und ist größer als die Querkomponente 17, wenn der Verstellpropeller nur in dem durch die radialen Linien 18 und 19 begrenzten Winkelbereich verstellt werden soll. Diese Linien 18 und 19 können als die Vorwärts- und Rückwärtssteigungen des Propellers betrachtet werden. Die Linie 20 stellt dann die neutrale Steigung oder Steigung dar. Wenn der Verstellpropeller nur um etwa 300 in dem Verstellbereich A in jedem der Vorwärts- und Rückwärtssteigungs-Verstellbereiche verstellt werden soll, wie es durch die strichpunktierten Linien in Fig. 2 dargestellt ist, steht zum Drehen der Kurbel 12 ein erheblicher Teil der Schubkraft zur Verfügung, die durch die Axialkraft 16 des Verstellkreuzes 6 dargestellt wird.
  • Man möchte jedoch den Antriebswiderstand bei speziellen Schiffen möglichst gering halten, um Brennstoff einzusparen, und dies läßt sich dadurch erreich, daß die Flügelblätter 1 einiger Propeller in Segelstellung gebracht werden, wie es in Fig. 3(c) dargestellt ist.
  • Die Fig. 3a, 3b und 3c stellen die Stellungen der Flügelblätter 1 jeweils bei Vorwärtssteigung, Rück- wärtssteigung und in Segelstellung dar. Um bei einer herkömmlichen Einrichtung dieser Art die Flügelblätter in die Segelstellung zu bringen, muß das Verstellkreuz 6 in die Segelstellung B (Fig. 2) geschoben werden, die durch strichpunktierte Linien dargestellt ist.
  • Diese Stellung ist um 900 gegenüber der neutralen Stellung 20 verdreht, wobei sich der Kulissenstein 14 in einem Totpunkt befindet, weil die axiale Kraftkomponente 16 weitgehend Null ist.
  • Wie Fig. 4 zeigt, hat man zur Lösung dieses Problems die Stellung des Flügelblattes auf der Kurbel 12 so gewählt, daß die Segelstellung mit der Stellung C zusammenfällt, die gegenüber dem Totpunkt B verschoben ist. Die Vorwärts- und Rückwärtssteigungs-Verstellbereiche sind dann gegenüber denjenigen Stellungen (Fig. 2) verschoben, in denen sie symmetrisch zu beiden Seiten der neutralen Stellung 20 liegen. Insbesondere in dem Rückwärtssteigungs-Verstellbereich D wird der Druck des Verstellkreuzes 6 wegen der verringerten Axialkraftkomponente 16 nicht vollständig ausgenutzt, um die Kurbel 12 zu drehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, durch die der Propeller mit höherem Wirkungsgrad verstellt werden kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.
  • Bei dieser Lösung kann der Kulissenstein keine Totpunkt lauge einnehmen.
  • Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der Zeichnung bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Axialschnitt eines Teils eines herkömmlichen Verstellpropellers, Fig. 2 in vergrößerter schematischer Darstellung die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 1, die Fig. 3a-3c jeweils in schematischer Form die Vorwärts-, Rückwärts- und Segelstellung der Flügelblätter des Propellers, Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie die nach Fig. 2, die jedoch die Wirkungsweise eines herkömmlichen Propellers mit in Segelstellung gebrachten Flügelblättern zeigt, Fig. 5a-5c eine ähnliche Ansicht wie die nach Fig. 2, die jedoch eine erfindungsgemäß verbesserte Einrichtung und deren Wirkungsweise darstellt, Fig. 6 einen Graphen, der die Abhängigkeit des Drehmoments der Kurbel nach den Fig. 5a bis 5c bei verschiedenen Steigungen der Flügelblätter des Propellers darstellt, und Fig. 7 eine ähnliche Ansicht wie die nach den Fig.
  • 5a bis 5c, die jedoch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
  • Die erfindungsgemäße hydraulische Vorrichtung kann, bis auf die in den Fig. 5a bis 5c und Fig. 7 dargestellten Teile, im wesentlichen ebenso wie die in Fig. 1 dargestellte ausgebildet sein.
  • Nach den Fig. 5a bis 5c hat die Kurbel 27 jedes Flügelblatts einen Kurbelzapfen 28, der exzentrisch zur Achse 27a angeordnet ist. Der Kurbelzapfen 28 ist von einem Kulissenstein 22 umgeben, der auf dem Kurbelzapfen drehbar gelagert ist.
  • Ein Verstellkreuz 21 ist in der durch die Pfeile 25 angedeuteten Axialrichtung verschiebbar gelagert.
  • Das Verstellkreuz 21 hat eine bogenförmig gekrümmte Führungsnut 23 in jeder einem Flügelblatt zugekehrten Seite, in der der zugehörige Kulissenstein 22 verschiebbar geführt ist, um die Axialbewegung des Verstellkreuzes 21 in eine Drehbewegung des Zapfens 28 und der Kurbel 27 um die Achse 27a umzuformen.
  • Wie die Fig. 5a und 5b zeigen, ist die Nut 23 so gekrümmt, daß, wenn sich der Kulissenstein 22 in einem vorbestimmten Vorwärtssteigungs- und Rückwärtssteigungs-Verstellbereich M des Flügelblatts befindet, die Tangente 24 an die Kurve der Nut 23 an der Stelle, wo sich der Kulissenstein 22 befindet, nicht parallel, sondern etwa senkrecht zur Richtung 25 der Hin- und Herbewegung des Verstellkreuzes verläuft. Die Seiten des Kulissensteins 22 sind vorzugsweise ebenso gekrümmt wie die Seiten der Nut 23.
  • Wenn das Verstellkreuz 21 im normalen Verstellbereich, der in den Fig. 5a und 5b dargestellt ist, nach vorn oder rechts verschoben wird, und zwar aus der Lage nach Fig. 5a in die Lage nach Fig. 5b, wird der Kulissenstein längs der Nut 23 zunächst nach oben und dann nach unten verschoben, so daß die Kurbel 27 im Uhrzeigersinne gedreht wird, um die Steigung der Flügelblätter zu ändern. Wie bereits erwähnt wurde, verlaufen diejenigen Teile der Seiten der Nut, an denen der Kulissenstein anliegt, in diesem Verstellbereich im wesentlichen senkrecht zur Linie 25. Nach Fig.
  • 5a wird im Verstellbereich M auf die Kurbel 27 ein Drehmoment ausgeübt, das gleich dem Produkt aus der Hauptkraftkomponente Fr (= Fcos 8) der Kraft F des Verstellkreuzes 21, die senkrecht zu den durch die Achse des Kulissensteins 22 verlaufenden Radius gerichtet ist, und dem radialen Abstand La des Kulissensteins 22 von der Verstellkreuzachse 27a ist.
  • Wie Fig. 5c zeigt, ist die Nut 23 ferner so gekrümmt, daß, wenn der Kulissenstein 22 die Segelstellung N einnimmt, die Tangente 26 an die Kurve der Nut 23 an der Stelle, wo sich der Kulissenstein 22 befindet, nicht senkrecht, sondern unter einem spitzen Winkel von vorzugsweise etwa 450 zur Richtung 25 verläuft.
  • Infolgedessen gibt es keinen Totpunkt für den Kulissenstein 22, wenn er sich in oder in der Nähe der Segelstellung N befindet. Wenn die Tangente 26 daher unter einem Winkel von 450 verläuft, wie es in Fig. 5c dargestellt ist, kann die Kurbel 27 durch das Drehmoment, das gleich dem Produkt der Komponente F cos 450 der senkrecht zur Tangente 26 gerichteten Kraft F und dem Abstand Lb des Kulissensteins 22 von der Achse 27a ist, leicht in den normalen Verstellbereich M zurückgedreht werden.
  • Fig. 6 veranschaulicht diesen Sachverhalt graphisch, d.h. die Abhängigkeit des effektiven Drehmoments, das auf die Kurbel 27 ausgeübt wird, von den verschiedenen Winkelstellungen.
  • Die vorstehend geschilderte Ausführung ist vorteilhaft, wenn ein Schiff nicht die volle Antriebskraft benötigt, z.B. wenn es manövriert. Hierbei können einige seiner Propeller in Nullstellung gebracht und nicht mehr gedreht werden, um den Antriebswiderstand zu verringern. Die rotierenden Propeller können demzufolge mit höherem Antriebswirkungsgrad arbeiten.
  • Fig. 7 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Kurbel 27 eine bogenförmig gekrümmte Führungsnut 31 und das Verstellkreuz 21 einen Kulissenstein 32, der in der Nut 31 verschiebbar geführt ist, aufweist. Das Flügelblatt ist unter einem solchen Winkel an der Kurbel 27 befestigt, daß der Propeller die Vorwärtssteigung aufweist, wenn sich die Nut 31 in der durch die ausgezogene Linie dargestellten Stellung befindet, die Rückwärtssteigung aufweist, wenn sich die Nut 31 in der gestrichelt dargestellten Lage befindet, und die Segelstellung einnimmt, wenn sich die Nut 31 in der strichpunktierten Stellung befindet.
  • Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel verläuft die Tangente an die Seiten der Nut 31 nicht senkrecht zu einer radialen Linie, die durch die Drehachse der Kurbel 27 und den Kulissenstein verläuft. Die Tangente verläuft stets unter einem spitzen Winkel zu dieser Radiallinie.

Claims (3)

  1. Patentansprüche 1. Vorrichtung zum-Verstellen der Steigung der Flügelblätter eines Propellers, die in einem vorbestimmten Vorwärts- und Rückwärtssteigungs-Verstellbereich und in eine Segelstellung verstellbar sind, mit einem an jedem der Flügelblätter befestigten Kurbelglied und'einem hin- und herbewegbaren Verstellkreuzglied, von denen das eine Glied eine Nut und das andere Glied einen in der Nut verschiebbar geführten Kulissenstein aufweist, wobei die Verschiebung des Kulissensteins durch die Hin-und Herbewegung des Verstellkreuzes bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (23; 31) derart gekrümmt ist, daß die Tangente (24; 26) an die Kurve der Nut an der Stelle des Kulissensteins (22; 32) nicht parallel zur Richtung der Hin- und Herbewegung des Verstellkreuzes (21) ist, wenn sich die Flügelblätter (1) in dem erwähnten Steigungs-Verstellbereich (M) befinden und nicht senkrecht zu der erwähnten Richtung steht, wenn die Flügelblätter die Segelstellung (N) einnehmen.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Tangente etwa senkrecht zur erwähnten Richtung der Hin- und Herbewegung steht, wenn sich die Flügelblätter in dem erwähnten Steigungs-Verstellbereich befinden.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (23) im Verstellkreuz (21) ausgebildet ist und sich der Kulissenstein (22) an der Kurbel (27) befindet.
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