DE958628C

DE958628C - Hydraulisch gesteuerter Verstellpropeller

Info

Publication number: DE958628C
Application number: DEA21382A
Authority: DE
Inventors: Lennart Anders Pehrsson; Karl Einar Svahn
Original assignee: KARLSTAD MEKANISKA AB; Karlstads Mekaniska Werkstad AB
Current assignee: KARLSTAD MEKANISKA AB; Metso Fiber Karlstad AB
Priority date: 1953-10-26
Filing date: 1954-10-26
Publication date: 1957-02-21
Also published as: US2794508A; NL84649C; CH327975A; FR1110184A; GB750079A

Description

AUSGEGEBEN AM 21. FEBRUAR 1957

A 21382 XI /65 P

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulisch gesteuerten Verstellpropeller, insbesondere für Schiffsantrieb, Pumpen und Wasserturbinen. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, trotz der durch hydraulische Mittel innerhalb der Propellernabe entwickelten Kräfte zur Bewegung der Schraubenflügel einen möglichst kleinen Durchmesser der Nabe und günstige Beanspruchungsverhältnisse in bezug auf den Kraftantrieb an den Schraubenflügeln zu finden.

Neuheitsgemäß werden zu diesem Zweck zwei aus Zylinder und Kolben, bestehende Servomotor© mit je einer koaxialen Kolbenstange auf den gegenüberliegenden Seiten der Schraubenflügelachse angeordnet. Vorteilhaft besitzen die Kolbenstangenenden in an sich bekannter Weise abwechselnd; ineinandergreifende, über den Umfang der Kolbenstange verteilt angeordnete prismatische Verlängerungen, von denen jeweils zwei entgegengesetzt arbeitende mit quer liegenden, Führungsbahnen zur Einwirkung auf die auf einer Scheibe der Flügelblattwurzel angeordneten Bolzen versehen sind. Die Abmessungen der Einzelteile beider hydraulischer Antriebe sind zweckmäßig gleich, und der Raum zwischen den beiden Servomotoren kann, mit einem dritten Zylinder in Verbindung gebracht werden,

in welchem ein mit einem der Servomotorkolben verbundener Kolben verschiebbar ist.

Bekannt ist es bereite, zwei mit ein und demselben Schraubenflügel verbundene Kolben auf einer Seite der Schraubenflügel in der Nabe anzuordniein und zwar in einem einzigen Zylinder. Diese Konstruktion ist aber verwickelt, nicht betriebssicher und der Kraftantrieb an den Schraubenflügeln ungleichmäßig und ungünstig. Auch die bekannte ίο Anordnung zweier Servomotore in der Nabe, die alternativ und nicht gleichzeitig auf die Schraubenflügel einwirken,, kann, die mit der Erfindung angestrebte vorteilhafte Vereinfachung und Verkleinerung der Nabe nicht erreichen.. Der bekannte mechanische, gegenläufige Verstellantrieb der Flügelblätter ist nicht ausreichend, um ohne weiteres auch einen hydraulischen Antrieb nach der Erfindung herzustellen, zumal bei der bekannten Einrichtung die Führungen so stehen, daß zusätz-Hch noch Biegungskräfte wirksam werden. Bei der Erfindung greifen gerade gegenüber diesem bekannten mechanischen Verstellantrteb die prismatischen Verlängerungen niicht nur ineinander, sondern stützen sich auch noch gegenseitig und auf dem anderen Kolbenstangenende ab. Die Führungsbahnen stehen bei der Erfindung rechtwinklig zur Kolbenachse, so daß die Verlängerungen nur auf Zug und Drück beansprucht werden. Darüber hinaus aber ist es der große Vorteil der Erfindung, durch die Verteilung der Verstellkräfte auf zwei Kolben den Durchmesser derselben und damit die Nabe selbst klein halten zu können. Das zur Drehung der Schraubenflügel erforderliche Drehmoment wird durch ein Kräftepaar bewirkt, das symmetrische Belastung und geringere Spannungen an den Schraubenflügelfassungen, und an den anderen an der Kraftübertragung beteiligten Teilen bewirkt. Dadurch kann der Gesarntaufbau nicht nur klein gehalten werden, sondern auch die, Abdichtungs- und Beitriebsverhältnisse gestalten sich einfach und sicher.

Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel nachstehend an, Hand von Zeichnungen genauer beschrieben, in denien

Fig. ι einen Schnitt durch die Nabe einer Schiffsschraube,

Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie H-II in Fig. ι und

Fig. 3 in größerem Maßstab ein Bild des Endes der Kolbeinstange darstellen.

In den Zeichnungen bezeichnet 11 die Propellerwelle und 13 das darauf angebrachte Nabengehäuse. An der Nabe sind drehbar drei Schraubenflügel 15, 17, 19 angebracht, die mit ihrem Fußende 21 an einer ringförmigen Scheibe 23 sitzen, welche in eine Kreisöffnung im Nabengehäuse; eingelassen ist. Ein Flansch 25 an der Scheibe 23 ist zwischen einem Flansch 26 am Nabengehäuse und einem Befestigungsring 27 festgehalten und gelagert. Dichtungen sind vorgesehen, um das Eindringen von Wasser in die Nabe zu verhindern.

Im Gehäuse sind zwei hydraulische Servomotore angeordnet, und zwar je einer auf jeder Seite der Befestigungssciieiben 23 der Schraubenflügel. Der nächst der Welle π angeordnete Servomotor besteht aus einem zur Welle konzentrischen Zylinder 29 sowie einem darin beweglichen und auf einer Kolbenstange 33 sitzendien Kolben 31. Die Enden· der Kolbens tauge werden in den Stirnwänden 35, 37 des Zylinders. 29 geführt. Der nächst der Nabenspitze angeordnete Servomotor ist gleichartig und im wesentlichen ein Spiegelbild des ersterwähnten Servomotors. Er besteht aus einem mit dem Zylinder 29 koaxialen und den gleichen Durchmesser wie dieser aufweisenden Zylinder 39 sowie einem im Zylinder beweglichen und auf der Kolbenstange 43 sitzenden Kolben 41. Die Größe und Form der Kolbenstange 43 sind im wesentlichen dieselben wie diejenigen der Kolbenstange 33. Die Kolbenstange 43 wird in den Zylinderstirnwänden 45, 47 geführt. Der Durchmesser des durch die Wand 45 ragenden Teiles dar Kolbenstange 43 ist gleich dem Durchmesser des durch die Wand 37 ragenden Teiles der ersterwähnten Kolbenstange 33, während der Durchmesser des durch die Wand 47 ragenden Teiles· der Kolbenstange 43 dem Durchmesser des durch die Wand 35 ragenden Teiles der Kolbenstange 33 entspricht. Infolgedessen ist die wirksame Druckfläche der Oberseite des Kolbens 31 gleich der wirksamen Druckfläche der Unterseite des Kolbens 41, während die wirksame Druckfläche der Unterseite des Kolbens 31 der wirksamen Druckfläche der Oberseite des Kolbens 41 entspricht.

Die Zylinder 29 und 39 sind mittels fester, immer offener Verbindungskanäle zwischen ihren Enden hydraulisch parallel geschaltet. Eine Bohrung 49 im Nabenkörper verbindet die einander¹ benachbarten Enden der Zylinder, und eine weitere Bohrung 51 verbindet die voneinander entfernt liegeinhden Enden. Mindestens teilweise können die Bohrungen durch feste Rohre innerhalb der Nabe ersetzt werden.

Die Kolbenstangen 33, 43 haben eine mittlere Bohrung 53 bzw. 55, die eine Verlängerung der Bohrung 57 der Propellerwelle 11 bildet. Eine röhrenförmige Stange 59 verläuft durch die Bohrungen. Das untere Ende der Stange 59 trägt eine Steuerkulisse 61, die nahe und relativ zu einem muffenförmigen Ventilgehäuse 63 beweglich ist, das in die Bohrung der Kolbenstange 43 eingelassen und starr damit verbunden ist. Der Kanal in der Stange 59 dient zur Zuführung von Drucköl zum Steuerventil 61, 63. Das Ventil ist so konstruiert, daß, wenn bei Bewegung der Kulisse 61 aus der gezeigten Lage in die eine oder andere Richtung die Enden des Zylinders 39 über die Bohrungen! 65, in der Kolbenstange 43 mit dem pruckölzuführungsrohr und mit einem durch den Raum zwischen der Stange 59 und den Bohrungen, 55, 53, 57 gebildeten Austritt in Verbindung gesetzt werden, der iao Kolben 41 in dieselbe Richtung bewegt wird wie die Kulisse 61, bis er dieselbe einholt und das Steuerventil 6¹I, 63 diiei erwähnten Verbindungskanäle schließt, wodurch die Kolbenbewegung beendet wird. Während dieses Hubes wirkt infolge der Verbindung durch die Kanäle 49, 51 derselbe

Öldruck, der auf die beiden Seiten des Kolbens 41 wirkt, auf die beiden entsprechenden Seiten des Kolbens 31, so daß die Kolben, 31,41 genau dieselbe Kraft aufeinander zu oder voneinander weg gedrückt wurden. Der infolge des· Strömungswiderstandes der Kanäle 49, 51 mögliche kleine Druckunterschied ist unbeachtlich.

Die Befestigungsscheiben 23 der Schraubenflügel tragen zwei einander diametral gegenüberliegende Zapfen 69, 71, die in nachstehender Weise je mit einem besonderen Servomotor verbunden sind. In einer Mittellage der Schraubenflügel kommen die beiden Zapfen in die durch Fig. 2 dargestellte Querschnittsebene zu liegeni, und sie könneni aus dieser Lage nach jeder Seite bewegt werden. Um die Zapfen mittels der Kolbenstangen 33, 43 zu bewegen, sind die Enden der Kolbenstangen so ausgebildet, daß sie teilweise aneinander vorbeigehen. Wie aus Fig. 3 klar hervorgeht!, ist das Ende der

ao Kolbenstange 43 mit Vorsprüngen 73, 75, 77 versehen, welche die Form axial verlaufender Prismen aufweisen. Die Zahl solcher Vorsprünge ist gleich der Zahl der Schraubenflügel, in. diesem Fall drei. Die Vorsprünge sind mit ihren Begrenzungsnachen auf einem größeren Radius angeordnet, als dem zylindrischen Teil des Kolbenstangenendtes- entspricht, und im Querschnitt nehmen sie einen Sektor von nahezu 6o° ein. Zwischen ihnen bestehen freie Räume, von dienen jeder ebenfalls einem Sektor von etwa 6o° einnimmt. Die Vorsprünge verlaufen an dem zylindrischen Teil der Kolbenstange vorbei und lassen zwischen sich einen freien mittleren Raum, der mindestens denselben Radius- wie der zylindrische Teil des Kolbenstangenendtes aufweist.

Das Ende der anderen Kolbenstange 33 ist in genau derselben Weise ausgebildet und mit Vorsprängen 79, 81, 83 versehen, die in die Räume zwischen den Voirspüngen 73, 75, Tj ragen. Der freie mittlere Raum zwischen den Vorsprängen ermöglicht es, daß die Enden der zylindrischen Teile der Kolbenstangen 33, 43 nahe zueinander gebracht werden können.

An der Außenseite jedes der Vorsprünge befindet sich eine quer liegende Führungsnut 85, in welcher

ein Gleitstück 87 beweglich ist. Das Gleitstück hat eine zylindrische öffnung 89, in welche einer* der Zapfen 69 oder 71 ragt. Durch die beschriebene Verbindung der Scheiben 23 mit den· Servomotor-Kolbenstangen 33, 43 sind die letzteren unter sich in der Weise verbunden, daß sie sich immer Ln entgegengesetzten Richtungen und auf gleich großen Strecken bewegen,. Die auf die Zapfen 69, 71 ausgeübten Kräfte sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet, und sie vereinigen sich daher zuir Bildung eines Drehmomentes; sonst gleichen sie sich in großem Maße aus, so daß die Spannungen in den Scheiben 23 und in anderen Teilen der Nabe niedrig sind.

Ein Rohr 91 ist in der Bohrung der Kolbenstange 43 angebracht und gleitet in der Bohrung der Kolbenstange 33. Dieses Rohr sperrt den Raum 93 zwischen den Zylinderstirnwänden 37, 45 von der freien Verbindung mit dam Bohrungen¹53, 55 und dem ölaustritt 57 ab. Mittels einer Bohrung 95 im Nabengehäusekörper steht der Raum 93 mit einem dritten Zylinder 97 in Verbindung. Dieser Zylinder ist an der Zylinderstärnwand 47 angebracht, und in ihm bewegt sich ein Kolben 99. Die Querschnittsfläche des Zylinders 97 ist zweimal so groß wie dieQuerschniifctsnäche jeder Kolbenstange. Wenn die Servomotorkolben voneinander bewegt werden, drückt der Kolben 99 öl durch die Bohrung 95 in den Raum 93, derart, daß das Öl den zuvor von Teilen der Kolbenstangenenden eingenommenen Raum ausfüllt. Der Raum 93 und der Zylinder 97 sind mit öl gefüllt, und infolge Leckens der unter Öldruck stehenden Stopfbuchsen wird das Öl immer unter geringem Überdruck gehalten, wodurch das Eindringen von Wasser durch die Befestigungsmittel der Schraubenflügel in die Nabe verhindert wird.

Die oben beschriebene Konstruktion kann in verschiedener Hinsicht abgewandelt werden. So können beispielsweise die Kräfte von den Servomotor-Kolbenstangen auf die Schraubenflügel mittels. Gelenke übertragen werden, die an mit den Schraubenflügeln verbundenen Hebeln angebracht sind. Das Steuerventil für die Zuführung von Drucköl zu den Servomotorzylindern kann von anderer Ausführung sein und braucht nicht in dier go Nabe untergebracht zu sein, sondern kann innerhalb des Schiffes angeordnet sein. Die Scheibe 23 kann mit dem· Schraubenflügelfuß aus einem Stück bestehen·.

Die oben beschriebene Nabenausführung und deren Konstruktionseinzelhöitea sind auch auf Pumpen und Wasserturbinen anwendbar, ür welchen die Nabe mit verstellbaren Schraubenflügeln versehen ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Hydraulisch gesteuerter Verstellpropeller, insbesondere für Schiffsantrieb, Pumpen und Wasserturbinen·, bei dem zwei in der Nabe axial angeordnete, gegenläufige Verstellkolben mit ihren Kolbenstangen an je zwei exzentrischen, auf den Flügelblattwurzeln gegenüberliegend angeordneten Stellen angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aus Zylinder und Kolben (31, 41) bestehende Servomotore mit je einer' koaxialen Kolbenstange (33, 43) auf gegenüberliegenden Seiten der Schraubenflügelachse angeordnet sind.

2. Verstellpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangenr enden in an sich bekannter Weise abwechselnd ineinandergrfeifendiei, über den Umfang der Kolbenstange verteilt angeordnete prismatische Verlängerungen (73, 79) besitzen, von denen jeweils zwei (73,79) entgegengesetzt arbeitende mit quer liegenden! Führungsbahneni (85) zur Einwirkung auf die auf einer Scheibe (23) der Flügelblattwurzel angeordneten, Bolzen (69) versehen sind.

3- Verstellpropeller nach Anspruch ι und 2, dadurch. gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Einzelteile beider hydraulischer Antriebe praktisch gleich sind.

4. Verstellpropeller nach, Anspruch. 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den beiden Servomotoren mit einem dffllttien Zylinder (97) in Verbindung steht, in dem ein mit einem der Servomotorkolben verbundener Kolben (99) verschiebbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 663 147, 562 845; französische Patentschrift Nr. 1 013 765; deutsche Patentschrift Nr. 694 029.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

θ «9580/89 8.56 (609 802 2.57)