EP0336054A1

EP0336054A1 - Einstellpropeller

Info

Publication number: EP0336054A1
Application number: EP89101153A
Authority: EP
Inventors: Gert Dr.-Ing. Dallach; Alfred Prof.Dr. Dudszus; Klaus Dipl.-Ing. Grimmer; Valentin Dr.-Ing. Kujumdshiev; Gerhard Dipl.-Phys. Neumann; Jürgen Dipl.-Ing. Symanzik
Original assignee: Ingenieurzentrum Schiffbau GmbH
Current assignee: INGENIEURZENTRUM SCHIFFBAU GMBH
Priority date: 1988-03-02
Filing date: 1989-01-23
Publication date: 1989-10-11
Also published as: CN1036535A; DK83289D0; NO890394D0; CN1013184B; JPH026292A; FI890014A7; NO890394L; FI890014A0; DK83289A; PL277489A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Einstellpropeller (CFP = controllable fixed propeller) mit einer ein- oder mehrteiligen Propellernabe, die durch eine zylindrische oder konische Naben-/Wellenverbindung an der Propellerwelle befestigt ist. Um die Einstellung der Propellerflügel in kleinen Stufen bei allen Belastungen und auch im Stillstand mit hoher Genauigkeit und kontrolliert vornehmen zu können, sieht die Erfindung vor, daß die im Bereich der Naben-/Wellenverbindung gelagerten Propellerflügel am Flügelfuß jeweils mit einer ein- oder mehrteiligen Flügellagerplatte verbunden sind,die mit einem nach hinten oder vorne weisenden Hebel zu einer "Flügellager-Einstellplatte" (4) vereinigt ist, daß die Flügellager-Einstellplatten (4) mit einem außerhalb des Bereiches der Lagerung der Propellerflügel angeordneten Halte- und Einstelljoch (8) in Eingriff gebracht sind, daß zum Halten und Einstellen der Propellerflügel in der Propellernabe (2; 3) ein selbsthemmender Getriebemechanismus (11,14) mit mehrstufiger Untersetzung oder ein Hydrauliksystem vorgesehen ist und daß der Getriebemechanismus bzw. das Hydrauliksystem an ein magnetisch betätigbares Schaltwerk (16,20) in oder an der Propellernabe angeschlossen ist, das mit einem am Schiffskörper oder den Anbauten drehfest angeordneten magnetischen Impulsgeber, vorzugsweise berührungslos, wirkungsverbunden ist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Einstellpropeller (CFP = controllable fixed propeller) mit einer ein- oder mehrteiligen Propellernabe, die durch eine zylindrische oder konische Naben-/Wellenverbindung an der Propellerwelle befestigt ist, und dessen Propellerflügel innerhalb eines begrenzten Einstellbereiches für die Hauptantriebsfälle des Schiffes drehbar an der Nabe gelagert sind und beinhaltet die Lagerung der Propellerflügel in der Propellernabe, den Einstell- und Haltemechanismus zur Feineinstellung und Fixierung der Propellerflügel sowie die Übertragung der Einstell- und Steuerenergien vom Schiff an die Propellernabe.
Im Unterschied zum Verstellpropeller (CPP = controllable pitch propeller) mit einem Drehwinkel der Flügel für den vollen Voraus- und Rückfahrtsbereich ist die Erfindung für die Ein- und Nachstellung der Vorausfahrt-Flügelsteigung für die Hauptbetriebsfälle der Vorausfahrt des Schiffes vorgesehen, um eine ökonomische Anpassung der Flügelsteigung und der Propellerdrehzahl zur effektiven Nutzung der Maschinenleistung und zur Anpassung an veränderte Schiffskörpereinflüsse durch Bewuchs und Alterung sowie infolge unterschiedlicher Betriebs- und Seezustände, wie Geschwindigkeits-, Tiefgangs- und Trimmänderungen oder bei besonderen Strömungs-, Seegangs- und Fahrtbedingungen, wie in der Fluß- und Eisschiffahrt, zu ermöglichen.

Characteristik des bekannten Standes der Technik

Sowohl für Verstellpropeller (CPP) mit vollem Voraus- und Rückfahrtbereich als auch für die bisher bekanntgewordenen Lösungen für Einstellpropeller (CFP) werden Propellernaben verwendet, die im Innern der hohlen Propellernabe kreisrunde Aufnahmen für die mit den Flügelflanschen verschraubten Flügellagerteller haben, so daß die drehbare Lagerung durch den zwischen dem Flügelfuß und dem Lagerteller vorstehenden kreisförmigen Nabenringteil entsteht. Die Flügellagerteller haben an ihrer Innenseite im allgemeinen nutenförmige Ausnehmungen, in denen über drehbare Gleitstücke und Zapfen die Halte- und Verstellkräfte an ein Verstelljoch übertragen werden. Diese für den vollen Voraus- und Rückfahrtsverstellbereich geeignete Nabe mit Flügeltellerlagerung und die Anordnung der Verstellnuten und des Verstelljoches unmittelbar in der Flucht der Propellerflügelachsen bedingt die Ausführung der Propellernabe als Hohlkörper und die Verbindung mit der Propellerwelle durch Kupplungsflansche bzw. zusätzliche Bauteile zur Naben-Wellenverbindung sowie zur Kraftübertragung an das Verstelljoch.
Die Montage der am äußeren Rand kreisrunden Flügellagerteller in die hohle Nabe erfordert eine entsprechend große stirnseitige Nabenöffnung, die den Propellerdurchmesser mitbestimmt.
Bei den bekannten Vorschlägen einer konus- oder zylindrischen Preßverbindung von Nabe und Welle und Lage der Flügelebene im Bereich dieser Verbindung (DD-WP 243 479; DD-WP 248 334; DD-WP 248 335) ist ebenfalls ein zusätzlicher Raumbedarf für derartige Flügellagerteller erforderlich, der einen entsprechend großen Nabendurchmesser und die größere Nabenmasse zur Folge hat. Ein weiterer Nachteil dieser drehbaren Lagerung der Propellerflügel mit Flügellagertellern und Verstellnuten in der Flucht der Flügelachsen ist der durch den Nabeninnenraum in seiner Länge begrenzte Verstellhebel, der sich außerdem mit der Verdrehstellung der Flügel verändert und durch seine geringe Länge hohe Halte- bzw. Verstellkräfte erfordert. Bisher wurden die bei Verstellpropellern für den vollen Voraus- und Rückfahrtsbereich bewährten Naben und Flügellagerungen auf die Konstruktion von Einstellpropellern übertragen. Lösungen für Einstellpropellernaben mit reduziertem Durchmesser und einer Flügellagerung, mit der gleichzeitig eine bedeutende Vergrößerung des Hebelarmes für die Halte- und Einstellkraft erreicht wird, sind nicht bekannt.
Es sind weiterhin verschiedene Veröffentlichungen bekannt, die auf die Vereinfachung der Mechanismen zur Fixierung der jeweils eingestellten Flügelsteigung und die Verminderung der Einstellkräfte hinzielen. Mit dem DD-WP 200 730 wird z.B. ein in Längsrichtung zwischen den Flügellagertellern verschiebliches Einstelljoch veröffentlicht, in das eine oder mehrere Längsnuten unter einem Winkel im Bereich der Selbsthemmung eingearbeitet sind. Die Haltekraft bzw. Einstellkraft zum Verschieben des Einstelljochs wird hierbei durch eine in der hohlgebohrten Schraubenwelle gelagerte Schubstange aus dem Schiffsinnern übertragen.
Bekannt ist auch gemäß DD-WP 225 400 die Einstellung der Propellerflügel eines Einstellpropellers durch in der Nabe befestigte Dehnkörper, die in Längsrichtung auf das als Einstellzylinder ausgebildete Einstelljoch einwirkbar gestaltet sind und nach Lösen eines Preßsitzes mittels Wärmeeinwirkung betätigbar sind. Weitere Untersuchungen haben jedoch ergehen, daß mit diesen Lösungen keine ausreichende Feineinstellungen und sichere Fixierung der Propellerflügel zu erreichen ist.
Es sind außerdem Veröffentlichungen bekannt, die abweichend von der bei Verstellpropellern üblichen Zuführung der Verstellenergie durch die hohlgebohrte Propellerwelle andere Möglichkeiten der Übertragung von Steuer- oder Verstellenergien vom Schiff an die rotierende Propellerwelle bzw. an die rotierende Propellernabe anstreben. Bei diesen Vorschlägen werden entweder mechanische oder elektrische Steuersignale an den nichtrotierenden oder rotierenden Propeller übertragen, wobei die Verstellenergie Energiespeichern in der Nabe entnommen oder durch Schwerkraftpendel bzw. andere Einrichtungen aus der Rotationsenergie erzeugt wird. Es ist jedoch bisher nicht gelungen, eine ausreichende Zuverlässigkeit der Schalt- und Übertragungselemente für den mehrjährigen Schiffseinsatz ohne Zugang zur Wartung zu schaffen. Desweiteren müssen bei diesen Systemen zusätzliche Wirkelemente für die Kontrolle der Flügelsteigung (Rückmeldung) vorgesehen werden. Praktikable Lösungsvorschläge wurden dazu nicht bekannt.
Mit dem DD-WP 80 634 wird eine Vorrichtung zur Energieübertragung zwischen Schiff und Nabe bei Verstellpropellern vorgeschlagen, das aus einem gleichstromerregten Elektromagnet und nabenseitig starr angeordneten Ferromagneten besteht bzw. eine Wirbelstromscheibe oder einen Käfigläufer vorsieht. Mittels dieses Systems sollen zwischen Propellernabe und Verstellmechanismus relative Drehbewegungen erzeugt werden, die für die Verstellung der Propellerflügel verwendet werden sollen. Ein Mangel dieses Systems besteht darin, daß zur Kontrolle der Flügelsteigung zusätzliche Mittel vorzusehen sind. Auch ist dieses System nicht geeignet, relativ kleine Verstellwege zu realisieren, was sich aus dem Schlupf des Antriebsmechanismus für die Verstelleinheit ergibt.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, einen Einstellpropeller zu schaffen, bei dem zum einen durch Massen- und Durchmesserreduzierung der Propellernabe die Schubverluste gegenüber einer vergleichbaren Festpropellernabe so klein wie möglich gehalten werden und zum anderen durch eine Erhöhung des Genauigkeitsgrades der Feineinstellung der Propellerflügel zu jeder Zeit während der Vorausfahrt eine optimale Anpassung des Propellers an die Leistungsparameter der Hauptmaschine möglich ist und zum dritten eine hohe Zuverlässigkeit der Schalt- und Übertragungselemente für die Steuer- und Einstellenergien vom Schiff an die Nabe für den mehrjährigen Schiffseinsatz ohne Zugang zur Wartung erreichbar ist.
Mit dieser Lösung soll weiterhin ein Propulsionsorgan bereitgestellt werden, mit dem eine ökonomische Schiffsbetriebsweise bezüglich eines minimalen Kraftstoffverbrauchs sowie auch die Möglichkeit einer optimalen Ausnutzung der Maschinenleistung bei Abschaltung von Hilfsenergieentnahmen, z.B. Wellengeneratoren, und gleichzeitiger optimaler Anpassung des Propulsionsorgans an die verfügbare Maschinengesamtleistung realisiert werden kann. Damit soll gleichzeitig zeitweise eine höhere Schubleistung für die Realisierung einer größen Schiffsgeschwindigkeit, wie z.B. eine Aufholgeschwindigkeit, erzielt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Einstellpropeller mit einer neuartigen Lagerung der Propellerflügel in der Nabe zu schaffen, durch die ein geringerer Nabenaußendurchmesser gegenüber einem vergleichbaren Verstellpropeller ereicht wird und der dem Nabendurchmesser eines vergleichbaren Festpropellers nahe kommt, weiterhin mit einem präzis regulierbaren und fixierbaren Halte- und Einstellmechanismus zur Feineinstellung der Propellerflügel, von dem alle Haltemomente und -Kräfte der Propellerflügel ohne Fremdenergie im Dauerbetrieb aufgenommen werden und bei dem nur geringe Energien für ein Steigungsänderung erforderlich sind und jederzeit eine kontrollfähige optimale Einstellung möglich ist. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, eine solche Lösung zu finden, bei der die Steuer- und Einstellenergien berührungslos auf elektro- oder permanentmagnetischem Wege vom Schiff in die Nabe geleitet werden, ohne daß Schlupfverluste seitens des Antriebsmechanismus für die Flügelverstellung in der Nabe auftreten oder zusätzlich Mechanismen zur Steigungskontrolle der Propellerflügel erforderlich sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Einstellpropeller gemäß Anspruch 1 gelöst. Diese Lösung umfaßt vorzugsweise, daß die in der Propellernabe begrenzt drehbaren Propellerflügel am Flügelfuß jeweils mit einer ein- oder mehrteiligen Flügellagerplatte, die mit einem Einstell- und Fixierhebel zu einer "Flügellager-Einstellplatte" vereinigt ist, verbunden werden und daß innerhalb der Propellernabe, außerhalb des Bereiches der Lagerung der Propellerflügel in der Propellernabe, entweder dahinter oder davor, insbesondere dahinter oder in einer hinteren Nabenkappe oder auch einer vorderen Nabenverlängerung, ein gegen Verdrehung direkt gegen die Nabe, Nabenverlängerung oder Nabenkappe abgestütztes und axial verschiebliches Einstelljoch gelagert wird, das mit den Hebeln der Flügellager-Einstellplatten über in Schrägnuten geführte Stellzapfen in Eingriff gebracht wird, und daß weiterhin das Einstelljoch mittels einer Gewindeverbindung mit einem drehbaren, in der Nabenkappe oder Nabenverlängerung gelagerten Halte- und Einstellzylinder oder einer zentrisch in dem Einstelljoch angeordneten Halte- und Einstellspindel und diese mit einem in der Nabe, Nabenverlängerung oder Nabenkappe gelagerten selbsthemmenden Getriebemechanismus von hoher Untersetzung, z.B. einen Schneckengetriebe, verbunden wird, und daß weiterhin der Getriebemechanismus an ein elektro- oder permanentmagnetisch betätigbares etwa achsparallel zur Propellerwelle orientiertes Schrittschaltwerk angeschlossen wird, das mit einem am Schiffskörper drehfest angeordneten elektro- oder permanentmagnetischen Impulsgeber berührungslos wirkungsverbunden wird.
Durch die Verwendung eines solchen Energieübertragungssystems ergibt sich gleichzeitig der Vorteil einer kontrollfähigen Überwachung der Propellerflügeleinstellung, indem die Anzahl der Schaltschritte proportional der Drehwinkelverstellung der Propellerflügel ist.
Vorzugsweise weisen die Flügellager-Einstellplatten im Bereich der Lagerung in der Propellernabe eine von der Kreisform abweichende Kontur auf, z.B. eine seitlich abgeflachte, derart, daß die Längere Hauptachse und die das Lager bildenden Flächen in der Hauptbelastungsebene der Propellerflügel aus der Vorausfahrt und Rückwärtsfahrt liegen und die Querachse bis über den Durchmesser der Flügelfußöffnung in der Propellernabe vermindert ist. Auch die Richtung des Einstell- und Fixierhebels der Flügellager-Einstellplatte fällt ebenfalls etwa mit der längeren Hauptachse zusammen. Am Ende des Einstell- und Fixierhebels ist ein Zapfen oder eine zur Aufnahme des Zapfens bzw. eines Gleitsteines geeignete Nut vorgesehen und die Länge des Hebelarmes ist so ausgeführt, daß er bei allen Einstellungen größer als die Halbe Breite der Flügellager-Einstellplatte bzw. größer als der Flügelfußradius und im vorgesehenen Einstellwinkelbereich von ca. 4° bis 8° drehbar bleibt. Bei der Nabenausführung mit Preßsitz kann die Propellernabe einteilig ausgeführt sein oder aus einer Innen- und Außennabe bestehen, wobei die Flügellager-Einstellplatten an der Innenseite auf die Innennabe und auf der anderen Seite an der Außennabe abgestützt sind und die radiale Lagerung der Propellerflügel durch die Flügelfußflansche oder Zentrierringe erfolgt. Die Flügellager-Einstellplatten können auch derart mehrteilig ausgeführt sein, daß sie auch die radiale Lagerung übernehmen.
Vorteilhafterweise werden die Propellerflügelfüße mit den Flügellager-Einstellplatten durch eine Zentrierscheibe zentriert und durch Schraubenverbindungen und Paßbolzen so verbunden, daß die radialen Kräfte von den Propellerflügelfüßen direkt oder über die Flügellager-Einstellplatten, bzw. über Zentrierringe oder Zwischenscheiben zwischen dem Propellerflügelfuß und der Flügellager-Einstellplatte an die Propellernabe übertragen werden. Die Fliehkräfte, Flügeldrehmomente, Halte- und Einstellkräfte werden von den Flügellager-Einstellplatten an die Nabe übertragen.
Bei der Ausführung der Naben-/Wellenverbindung mit Preßsitz liegt die Propellerflügelebene im Bereich der Naben-/Wellenverbindung und die Erzeugende der Propellerflügel kann senkrecht oder in einem Winkel nach hinten zur Nabenachse geneigt sein, der etwa dem Winkel des Naben-/Wellenkonus entspricht. Bei achsparallel angeordneten Flügellager-Einstellplatten ist der Einstellzapfen zylindrisch und bei geneigter Lage als Kugelzapfen ausgeführt. Hat die Flügellager-Einstellplatte statt des Einstellzapfens eine Einstellnute, so ist sie zur Reduzierung der Halte- und Einstellkräfte zur Wellenachse schräg ausgeführt, z.B. unter einem Winkel von 15...25°.
Im Unterschied zu der bei Verstellpropellern üblichen Tellerlagerung, bei der die kreisförmigen Lagerteller mit ihrem Durchmesser und den Rezessen zur radialen Flügelfixierung den Innendurchmesser der hohlen Propellernabe und die Größe der Montageöffnung und somit den Nabenaußendurchmesser bestimmen, ermöglichen die erfindungsgemäßen schmaleren Flügellager-Einstellplatten kleinere Nabendurchmesser und für den winkelbegrenzten Einstellbereich größere Halte- bzw. Einstellhebel. Je nach Ausführungsvariante der Naben-/Wellenverbindung, der Nabenausführung mit Außen- und Innennabe oder der ein- oder mehrteiligen Ausführung der Flügellager-Einstellplatten erfolgt die radiale Lagerung der Propellerflügel durch die Flügelfußflansche oder die Flügellager-Einstellplatten bzw. Zentrierringe oder Zentrierscheiben.
Die erfindungsgemäßen Flügellager-Einstellplatten sind an ihren Übertragungsflächen so gestaltet, daß in den Kraftangriffsebenen der Voraus- und Rückwärtsfahrt die Auflagerbreiten am größten sind. Die Kräfte an der Unterseite der Flügellager-Einstellplatten werden direkt an die Nabeninnenflächen übertragen. Die axiale Lage der Aufnahmebohrungen für die Propellerflügel, der Flügeldurchmesser und die Länge der inneren Auflagerflächen der Propellernabe sind so aufeinander abgestimmt, daß auch die bei Rückwärtsfahrt auftretenden im allgemeinen größten Belastungen zuverlässig aufgenommen werden. Die ein- oder mehrteilige Flügellager-Einstellplatte bildet mit dem Stellhebel und dem Stellzapfen bzw. Stellnute eine Einheit. Durch die Lage des Stellhebelteils vor oder hinter dem Flügelfußbereich ist die Hebellänge nicht wie bei Propellernaben mit Lagertellern durch den Flügelfußradius begrenzt, sondern von größerer, beispielsweise doppelter Länge. Durch die Flügellager-Einstellplatte mit Einstellhebel, Einstellzapfen oder Einstellnute und ihre Anordnung in der Nabe kann der Einstellzapfen einen größeren Durchmesser bzw. die Einstellnute eine größere Breite erhalten, so daß sich dementsprechend die Beanspruchungen und der Verschließ mindern.
Auf den Stellzapfen der Flügellager-Einstellplatten bzw. in den Schrägnuten befinden sich drehbare Gleitstücke, die bei Axialverschiebung des Einstelljochs in den Schrägnuten gleiten. Die Größe der Gleitflächen sowie die Höhe und Breite der Gleitstücke sind so mit der Stellhebelbreite und Kontur abgestimmt, daß die Stellhebel in allen Arbeitsstellungen freigängig und in den Endlagen begrenzt sind. Durch die längeren Hebel der Flügellager-Einstellplatten und die direkte Übertragung der Verdrehkräfte an das gegen Verdrehung an der Propellernabe, Nabenverlängerung oder Nabenkappe abgestützte Einstelljoch und die gegen die Längsachse um einen spitzen Winkel, z.B. von 15...25°, geneigte schiefe Gleitnute wird eine zweistufige Kraftverminderung zum Fixieren und Einstellen der Flügelsteigung auf z.B. 1/6 der Kräfte bei Naben von vergleichbaren Verstellpropellern mit Flügellagertellern erreicht.
Eine weitere Untersetzung der Einstellkräfte wird erfindungsgemäß durch eine Gewindeverbindung zwischen dem Einstelljoch und dem drehbaren, an der Welle, Nabe, Nabenverlängerung oder Naben kappe gelagerten Halte- und Einstellzylinder oder der Halte- und Einstellspindel ermöglicht.
Eine vierte Untersetzungsstufe wird erfindungsgemäß durch die Anordnung und Verbindung eines Schneckengetriebes mit dem Halte- und Einstellzylinder bzw. mit der Halte- und Einstellspindel wirksam. Zur Neueinstellung oder Nachstellung der Flügelsteigung wird der Einstellzylinder bzw. die Einstellspindel über die zur Einstell-, Vorwahl- und Steigungsanzeigeeinrichtung gehörende Verdreheinrichtung aus Schneckenrad, Schnecke und Einwegmitnehmerkupplungen oder aus einem entsprechend verzahnten bzw. genuteten Rad bestehende Verdreheinrichtung um einen konstruktiv festgelegten Winkel je Hub einer zugeordneten Zug- oder Schubeinrichtung verdreht.
Bei der Verdreheinrichtung mit einer Schnecke greifen die Zugstangen bzw. -einrichtungen so an den Einwegmitnehmerkupplungen an, daß die Drehrichtungen entgegengesetzt sind und somit eine Steigungsvergrößerung oder -verkleinerung erfolgt, je nachdem, welche der Zugstangen betätigt wird.
Bei der aus einem Verstellrad mit Schrägzähnen oder Schrägnuten bestehenden Einrichtung wird durch die entsprechende gegensinnige Schräge und den Eingriff der jeweiligen Zugeinrichtung ebenfalls die Einstellgewindespindel links oder rechts um den konstruktiv festliegenden Winkel verdreht.
Die Einstellung- bzw. Schubeinrichtung sind in der Nabe des Einstellpropellers bis in den Bereich der vorderen Nabenstirnseite geführt und reichen bei geflanschten Naben-Wellenverbindungen bis in den Bereich der dem Schiffskörper bzw. dem Stevenrohraustritt oder dem Wellenbock zugekehrten Flanschseite der Propellerwelle. Die beiden Zugeinrichtungen sind an dieser Seite der Nabe oder des Wellenflansches mit Permanentmagneten entgegensetzter Polrichtung derart verbunden, daß sie durch Federkraft in Ruhestellung gehalten bzw. zurückgeführt werden. In Verbindung mit einer wasser- und öldichten Abdeckung aus unmagnetischen Werkstoffen an der Nabe bzw. am Wellenflansch gewährleistet die axiale Bewegung der Permanentmagnete und der Zugeinrichtung die Verstellung bei sicherem Schutz im Schiffsbetrieb.
Erfindungsgemäß ist weiterhin am Schiffskörper an der Stevennuß bzw. am Wellenbock eine nicht rotierende ein- oder mehrteilige Elektromagneteinrichtung fest angeordnet, die entsprechend der axialen Lage des Propellers bzw. des hinteren Wellenflansches mit einem Spalt in einem berührungsfreien Abstand zur Abdeckung der Permanentmagnete anstelle des Seilschutzes und/oder des hinteren Teils der Stevenrohrabdichtung montiert wird.
Die Elektromagneteinrichtung ist während des Dauerbetriebes stromlos. Der Restmagnetismus wird durch eine geeignete Werkstoffwahl bzw. Umpolung klein gehalten. Zum Schutz gegen Korrosion können die Spulen durch Harze vergossen und die Einrichtung an der dem Propeller zugekehrten Seite durch unmagnetische Werkstoffe abgeschlossen sein.
Die Zufuhr von Elektroenergie erfolgt aus dem Schiffsinnern über eine Vorwahl- und Anzeigeeinrichtung, mit der die Stromrichtung zur Steigungsvergrößerung oder -verminderung verändert sowie die Anzahl der Schaltungsschritte in der jeweiligen Richtung vorgegeben, angezeigt und die jeweilige Flügelsteigung kann sowohl im Stillstand und bei jeder Drehzahl erfolgen, wobei durch die jeweilige Stromrichtung in den Spulen über das magnetische Feld die der Stromrichtung zugeordnete Permanentgruppe angezogen und die andere abgestoßen bzw. in der Ausgangsstellung belassen wird. Die Auslegung der Pemanentmagnete sowie der elektromagnetischen Einrichtung kann an die jeweiligen Propellergrößen und Verstellkräfte sowie und über die zugeführte Spannung wie Stromstärke angepaßt werden.
Durch die Wahl der Ruhelage der Mitnehmer-, Kraftübertragung und Permanentmagneteinrichtungen können die Zugeinrichtungen mit geringer Anfangs- und steigender Endkraft angezogen oder als Schubeinrichtungen mit größerer Anfangs- und abnehmender Endkraft betätigt werden.
Erfolgt der Einsatz von Permanentmagneten schiffsseitig, so sind zu diesem Zweck zwei oder mehrpaarige Permanentmagnete axverschieblich zur Propellerwelle angeordnet. Ein Paar umfaßt jeweils zwei wechselseitig gepolte Permanentmagnete.
In Ruhelage sind beide Magnete außerhalb ihrer Wirkungsebene herausgefahren. Soll ein Verstellen der Propellerflügel erfolgen, so wird, je nach Verstellrichtung, einer dieser Magnete in die Funktionsebene, also an die Nabe, herangefahren. Beim Drehen der Nabe werden dann, wie beim Electromagneten, jeweils magnetische Kraftimpulse auf die Permanentmagnete in der Nabe übertragen und somit der Verstellvorgang ausgeführt. Die Umkehr der Verstellrichtung erfolgt durch den Wechsel der Magneteinstellung schiffsseitig. Im Stillstand des Propellers kann die Verstellung auch durch mehmalige Axialverschiebung (rythmisches Pumpen) der schiffsseitigen Magnete erfolgen.
Das Funktions- und Konstruktionsprinzip des Einstellpropellers ist so entwickelt, daß nach Erreichen eines beliebigen stabilen Vorausfahrtszustandes des Schiffes und Registrierung der dabei erreichten Schiffsgeschwindigkeits-, Schub, Drehmomente- und Drehzahlwerte größere oder kleinere Flügelsteigungen in kleinen Stufen, z.B. von ± 0,05° bzw. 0,1°, ohne anderweitige Veränderungen im Schiffe oder Maschinenbetrieb einstellbar sind, so daß durch die kleine Schrittweite der Steigungsveränderung entsprechende Veränderungen des Schubes bei konstanten bzw. quasikonstanten Maschinenregime sofort erkennbar sind und die Richtung zur Optimumssuche gegeben sind. Die jeweils eingestellte Steigung wird während des Schiffsbetriebes zuverlässig fixiert, so daß eine eigenständige Verstellung ausgeschlossen ist. Während des Betriebes mit unveränderlicher Steigung wird keine Einstell- oder Halteenergie dem Propeller zugeführt und sind auch keine beweglichen Teile der Einstelleinrichtung in reibungsmechanischer Berührung, so daß die Konstruktion verschleißgünstig für den Einsatz während der Lebensdauer eines Schiffes gestaltet ist.
Zur Neueinstellung einer größeren oder kleineren Steigung ist jeweils ein getrennter Stromkreis bzw. eine Umschaltung zur Stromrichtungsänderung vorhanden. Jede Schaltung eines der beiden Stromkreise bzw. des einzelnen Stromkreises entsprechend der Stromrichtung bewirkt eine gleich große Verminderung oder Vergrößerung der Flügelsteigung um einen Einstellschritt, z.B. von 0,05° bzw. 0,1°. Danach ist die neue eingestellte Steigung wieder fixiert. Durch eine Vorwahleinrichtung können mehrere Einstellschritte automatisch aufeinanderfolgen, so daß die Einstellstufen entsprechend vergrößert werden. Durch die automatische Registrierung der Schaltungen wird die jeweilige Flügelstellung angezeigt und werden damit bestimmte Einstellungen wiederholbar.
Das Konstruktionsprinzip des Einstellpropellers bewirkt durch die besondere Lagerung der begrenzt drehbaren Flügellagerplatten einen Nabendurchmesser, der zwar größer als der eines Festpropellers, jedoch kleiner als der eines vergleichbaren Verstellpropellers ist. Die Propellerflügel sind im Unterschied zum Verstellpropeller im Bereich der Naben-Wellenverbindung angeordnet und der längere Verstellhebel reduziert die Flügelhalte- und Einstellkräfte. Die an den Zapfen der Flügellager-Einstellplatten angreifenden Querkräfte werden über ein Einstelljoch mit Schrägnuten direkt an die Nabe, Nabanverlängerung oder Nabenkappe übertragen. Die restlichen axialen Halte- bzw. Einstellkräfte sind durch die etwa um 15...25° geneigte Schrägnute weiter auf etwa 1/3 reduziert, so daß im Vergleich zum Verstellpropeller durch den längeren Hebel und die Schrägnute die verbleibenden Halte- und Einstellkräfte auf etwa 1/6 reduziert sind.
Zum Halten und Einstellen der Propellerflügel in der Propellernabe kann anstelle eines selbsthemmenden Getriebemechanismus' ein Hydrauliksystem vorgesehen sein, wobei das auf das Halte- und Einstelljoch einwirkende Hydrauliksystem mit einem doppelwirkenden Hydraulikzylinder und als geschlossener Kreislauf ausgeführt ist und die Hydraulikpumpe über die Zug-/Druckstangen an das magnetisch betätigbare Schaltwerk angeschlossen ist.
Der Einstellpropeller kann als Erstausrüstung eingebaut oder im Rahmen einer Umrüstung ohne konstruktive Veränderung bzw. Nachrüstung der Propellerwelle zum Einsatz gebracht werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Einen Längsschnitt durch eine einteilige Propellernabe eines vierflügeligen Einstellpropellers mit Konuspreßverbindung mit der Propellerwelle, geneigte angeordneten Flügellager-Einstellplatten, einem Halte- und Einstellmechanismus sowie einer kombinierten Permanent-Elektromagnet-Einstelleinrichtung.
Fig. 2 Eine Draufsicht auf eine einteilige Propellernabe eines Einstellpropellers und auf eine seitlich abgeflachte Flügellager-Einstellplatte mit Halte- und Einstelljoch sowie einen Querschnitt durch die Nabe und Flügellager-Einstellplatten.
Fig. 3 Einen Längsschnitt durch eine mehrteilige Propellernabe eines Einstellpropellers mit Innen- und Außennabe eines vierflügeligen Einstellpropellers mit Konuspreßverbindung auf der Propellerwelle und achsparallel angeordneten Flügellagerplatten, Halte- und Einstellmechanismus sowie einer kombinierten Permanent-Elektromagnet-Einstelleinrichtung.
Fig. 4 Stirnansicht der Permanentmagnetgruppen und der Elektromagneteinrichtung.

Gemäß der Fig. 1 sind in der auf die Propellerwelle 1 aufgepreßten einteiligen Propellernabe 2 die Flügellager-Einstellplatten 4 durch Öffnungen in der hinteren Nabenstirnseite eingeführt und zur Achse der Propellerwelle 1 geneigt gelagert und durch einen Zentrierring 5 radial fixiert.
Das gegen Verdrehung an der einteiligen Propellernabe 2 in einer Jochführung 7 abgestützte und axial verschiebliche Halte- und Einstelljoch 8 greift über Stellzapfen und Gleitstücke 9 in Schrägnuten 10 der Flügellager-Einstellplatten 4 ein. Das Halte- und Einstelljoch 8 ist mittels Gewinde mit einer axial unverschieblich gelagerten drehbaren Gewindespindel bzw. -buchse 11 verbunden und wird dadurch in der jeweils eingestellten Stellung gehalten oder durch Drehen der Gewindespindel oder -buchse 11 in die vorgegebene Stellung gebracht. Dazu ist auf der Gewindespindel oder -buchse 11 ein Schneckenrad 12 fest angebracht, das mit einer von Einweg-Mitnehmerkupplungen 13 angetriebenen Schnecke 14 in Eingriff steht. An den Hebeln der beiderseits der Schnecke 14 an geordneten Einweg-Mitnehmerkupplungen 13 greifen Zugeinrichtungen 15 an, die durch Bohrungen oder Öffnungen in der einteiligen Propellernabe 2 bis in den Bereich der vorderen Nabenstirnseite geführt und dort jeweils mit einer der axial verschieblich angeordneten Permanent-Magnetgruppen 16 innerhalb der Ausnehmungen und Abdeckungen 17 verbunden sind.
Am Hinterschiff 18 ist ein vorzugsweise zweiteiliges Gehäuse 19 zur Aufnahme einer Elektromagneteinrichtung 20 befestigt. Der Längsschnitt in der Fig. 1 zeigt weiter Spulenkerne 21, Spulenwicklungen 22 und Spulenabdeckung 23 der drehfest angeordneten Elektromagneteinrichtung 20 in dem vorzugsweise halbringförmigen Gehäuse 19.
In der Fig. 2 zeigt die obere Abbildung eine Draufsicht auf eine einteilige Propellernabe 2 eines Einstellpropellers und auf eine in dem einteiligen Propellernabe 2 von hinten eingebrachte seitlich abgeflachte Flügellager-Einstellplatte 4 mit Schrägnuten 10, Zentrierring 5 und seitlichen Stützplatten 6, Halte- und Einstelljoch 8. Die untere Abbildung zeigt einen Querschnitt durch die Propellerwelle 1, einteilige Propellernabe 2, Flügellager-Einstellplatte 4, Zentrierring 5 und seitliche Stützplatten 6.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine mehrteilige Propellernabe 3 eines vierflügeligen Einstellpropellers mit Innen- und Außennabe mit Konuspreßverbindung auf der Propellerwelle 1 und achsparallel angeordneten Flügellager-Einstellplatten 4 mit Stellzapfen und Gleitstücken 9 sowie das Halte- und Einstelljoch 8 mit Schrägnuten 10. Das Halte- und Einstelljoch 8 ist an der Außennabe gegen Verdrehung abgestützt und wird über Gewinde und Gewindespindel bzw. -buchse 11 in der jeweils eingestellten Stellung gehalten oder über Schneckenrad 12, Einweg-Mitnehmerkupplungen 13, Schnecke 14, Zugeinrichtungen 15, Permanentmagnetgruppen 16 und Elektromagneteinrichtung 20 in die vorgegebene Stellung gebracht.
Fig. 4 zeigt in der linken Abbildung eine Ansicht der dem Schiff zugewandten Stirnseite einer zweiteiligen Propellernabe 3 mit 2 gegenpoligen in der Nabe axial verschieblich angeordneten Permanentmagnetgruppen 16 und Zugeinrichtung 15. In der linken Abbildung ist die am Hinterschiff 18 angeordneten zweigsteilte Elektromagneteinrichtung 20 mit Spulenkernen 21 und Spulenwicklungen 22 dargestellt.

Claims

1. Einstellpropeller (CFP = controllable fixed propeller) mit einer ein- oder mehrteiligen Propellernabe, die durch eine zylindrische oder konische Naben-/Wellenverbindung an der Propellerwelle befestigt ist, und dessen Propellerflügel innerhalb eines begrenzten Verstellbereiches für die Hauptbetriebsfälle des Schiffes drehbar an der Nabe gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich der Naben-/Wellenverbindung gelagerten Propellerflügel am Flügelfuß jeweils mit einer ein- oder mehrteiligen Flügellagerplatte verbunden sind, die mit einem nach hinten oder vorne weisenden Hebel zu einer "Flügellager-Einstellplatte" (4) vereinigt ist, daß die Flügellager-Einstellplatten (4) mit einem außerhalb des Bereiches der Lagerung der Propellerflügel angeordneten Halte- und Einstelljoch (8) in Eingriff gebracht sind, daß zum Halten und Einstellen der Propellerflügel in der Propellernabe (2; 3) ein selbsthemmender Getriebemechanismus mit mehrstufiger Untersetzung oder ein Hydrauliksystem vorgesehen ist und daß der Getriebemechanismus bzw. das Hydrauiliksystem an ein magnetisch betätigbares Schaltwerk in oder an der Propellernabe angeschlossen ist, das mit einem am Schiffskörper oder den Anbauten drehfest angeordneten magnetischen Impulsgeber, vorzugsweise berührungslos, wirkungsverbunden ist.

2. Einstellpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügellager-Einstellplatten (4) im Bereich der Lagerung in der Propellernabe (2; 3) eine von der Kreisform abweichende Kontur aufweisen, z.B. seitlich abgeflacht sind, derart, daß ihre längere Hauptachse und die das Lager bildenden Flächen in der Hauptbelastungsebene der Propellerflügel aus der Vorausfahrt und Rückwärtsfahrt liegen und die Querachse gegenüber dem Flügelfußdurchmesser breitenvermindert ist, und daß auch die Richtung des Einstell- und Haltehebels ebenfalls mit der längeren Hauptachse zusammenfällt oder beidseitig mit der Hauptachse einen Winkel bis zu 20° bildet.

3. Einstellpropeller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel der Flügellager-Einstellplatten (4) mit dem Halte- und Einstelljoch (8) vor oder hinter der Propellerflügellagerung in Wirkungsverbindung gebracht sind und daß das Halte- und Einstelljoch (8) in der Propellernabe (2; 3), einer Jochführung (7) oder der Nabenkappe axial verschieblich gelagert ist und gegen Verdrehung direkt gegen die Propellernabe (2; 3), die Propellerwelle (1) oder die Nabenkappe abgestützt ist.

4. Einstellpropeller nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halte- und Einstelljoch (8) mit den Hebeln der Flügellager-Einstellplatten (4) mittels in Schrägnuten (10) geführten Stellzapfen (9) in Eingriff gebracht ist und daß die Achse Schrägnuten (10) mit der Achse des Hebels einen Winkel kleiner 45° bildet.

5. Einstellpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halte- und Einstelljoch (8) mittels einer Gewindeverbindung mit einem drehbaren, in der Propellernabe (2; 3), der Nabenkappe oder an der Propellerwelle (1) gelagerten Halte- und Einstellzylinder oder einer zentrisch in dem Halte- und Einstelljoch (8) angeordneten Halte- und Einstellspindel (11) und diese mit einem in der Propellernabe (2; 3) oder der Nabenkappe gelagerten selbsthemmenden Getriebemechanismus von hoher Untersetzung, z.B. einem Schneckengetriebe (12; 14), verbunden ist.

6. Einstellpropeller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halte- und Einstellspindel (11) mit einem Schneckenrad (12) verbunden ist und eine mit dem Schneckenrad (12) in Eingriff stehende Schnecke (14) durch jeweils in entgegengesetzter Drehrichtung eingreifende Einwegmitnehmerkupplungen (13) mit in der Propellernabe (2; 3) geführten Zug- bzw. Druckstangen (15) drehbar ist.

7. Einstellpropeller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Propellernabe (2; 3) geführten Zug- bzw. Druckstangen (15) mit in der Propellernabe (2; 3) verschieblich gelagerten Magneteinrichtungen (16) verbunden sind, auf die ein außerhalb der Propellernabe (2; 3) am Schiffskörper oder den Anbauten drehfest angeordnetes Magnetsystem (20) zur Einstellung einwirkt.

8. Einstellpropeller nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Propellernabe (2; 3) gelagerten, verschieblichen Magneteinrichtungen (16) aus mindestens zwei Permanentmagnetblöcken (16) mit entgegengesetzter Polrichtung bestehen.

9. Einstellpropeller nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die am Schiffskörper oder den Anbauten drehfest angeordneten magnetischen Impulsgeber vorzugsweise als Elektromagneteinrichtungen (20) oder als achsparallel zur Propellerwelle (1) verschiebliche Permanentmagneteinrichtungen (20) ausgeführt sind.

10. Einstellpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf das Halte- und Einstelljoch (8) einwirkende Hydrauliksystem mit einem doppeltwirkenden Hydraulikzylinder und als geschlossener Kreislauf ausgeführt ist und die Hydraulikpumpe über die Zug-/Druckstangen (15) an des magnetisch betätigbare Schaltwerk angeschlossen ist.