Einrichtung zum Umsteuern eines Schiffspropellers Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Um steuern eines Schiffspropellers, und zwar eine solche mit axial verschiebbarer Schraubenwelle. Bei kleine ren Fahrzeugen und bei stilliegendem bzw. nur ge ringe Fahrt laufendem Schiff bietet die Lösung der Aufgabe, die Steigung der Schraubenflügel mecha- nisch-umzukehren, keine besonderen Schwierigkeiten.
Bei grösseren Fahrzeugen, insbesondere bei voller Fahrt, treten jedoch durch die auf die Drehzapfen der Drehflügel wirkenden Momente der Zentrifugal- kraft und des Fahrstromes, d. h. des durch die Fahrt des Schiffes entgegen der Fahrtrichtung vorlaufenden Stromes, derartige Reibungswiderstände infolge Ver klemmen, der Drehzapfen in ihren Lagern auf, dass sehr grosse Kräfte zum Überwinden dieser Reibungs widerstände erforderlich sind.
Deshalb ist nach der Erfindung bei stilliegendem oder annähernd still- liegendem Schiff die Schraubenwelle mittels einer Hilfsmaschine in der gewünschten Richtung ver schiebbar, und durch diese Verschiebung werden an der Schraubenwelle angreifende Verstellmittel für die Schraubenflügel gesteuert, während bei in Fahrt mit grösserer Geschwindigkeit befindlichem Schiff die für das Verstellen der Flügel erforderliche Kraft durch den auf die Schraubenflügelfläche entgegen der Fahrtrichtung ausgeübten Strömungsdruck des Fahr stromes bewirkt wird.
Auf der Zeichnung ist die Erfindung in Aus führungsformen und Varianten beispielsweise dar gestellt; es zeigen: Fig. 1 die Gesamtanordnung der Einzelteile zu einander bei einer Ausführungsform der Erfindung teilweise im Mittellängsschnitt, teilweise in Ansicht mit einem im Steven angeordneten Steuerkopfdrucklager.
Fig.2 in gleicher Weise eine Ausführungsform der Erfindung mit binnenbords angeordnetem Steuer kopfdrucklager, Fig.3 in grösserem Massstab einen Querschnitt durch die Schraubennabe nach Fig. 1, Fig. 4 in grösserem Massstab teilweise in Ansicht einen Mittellängsschnitt durch die Nabe mit Dreh flügel nach Fig. 1, Fig.5 in gleicher Weise einen Schnitt in der Ebene der Verbindungsbolzen der Nabe nach Fig. 1,
Fig. 6 in gleicher Weise einen Schnitt durch die Mittelebene der Flügelteller zur Darstellung der ver schiedenen Lenkerstellungen, Fig. 7 in gleicher Weise die Lagerung eines Dreh flügels in der Nabe zwischen Kegel und Flügelteller, Fig. 8 in gleicher Weise die Lagerung zwischen Flügelteller und Steuerkopf, Fig.9 bis 13 verschiedene Ausführungen des Steuerkopfdrucklagers im Schnitt, Fig. 14 schaubildlich die Stellung eines Dreh flügels, Lenkers und Steuerkopfes sowie des Flügel querschnittes zueinander des ersten Beispiels bei Vor wärtsfahrt,
Fig. 15 die gleichen Teile in der Stellung für Rückwärtsfahrt, Fig. 16 die gleichen Teile in der Segelstellung, Fig. 17 im Mittellängsschnitt durch die Nabe eine Ausführung der Drehflügellagerung, Fig. 18 im Mittellängsschnitt eine zweite Aus führungsform der Erfindung mit Anordnung einer Stellstange innerhalb der verschiebbaren, in einem Wellenblock gelagerten Schraubenwelle,
Fig. 19 einen Querschnitt durch die Nabe nach Fig. 18 zur Darstellung der Lagerung der Flügel drehzapfen und Fig. 20 in Ansicht die Anordnung einer hydrau lischen Einrichtung zum Verschieben der Schrauben welle.
In der Fig. 1 ist rechts mit 1 der Verbindungs flansch für die Hauptmaschine bezeichnet. Eine aus den Teilen 2 und 3 bestehende Keilkupplung ermög licht eine Verschiebung des Hauptdrucklagers 4 der Schraubenwelle 8 mittels der Spindeln 5 und mit ihnen verbundener Schneckentriebe 6, die von einer kleinen umsteuerbaren Hilfsmaschine 7 angetrieben werden können. Die hohle Schraubenwelle 8 ist im Steven 9 in einem Stevenrohr 10 gelagert. Die Was serlinie ist durch die Linie 11 bezeichnet. Ein hoch gelagerter Ölbehälter 12 dient zum Schmieren des Stevenrohres. Die Schraubennabe ist aus Teilen 14 und 15 zusammengesetzt.
Eine Nabenmutter 16 ist auf das Wellenende aufgeschraubt. Eine stromlinien förmige Kappe 17 dient als Anschluss. Die Schraube hat beispielsweise drei Flügel 18 (Fig.3), welche Schraubenflügel in der Nabe drehbar sind. Wie aus den Fig. 14, 15 und 16 ersichtlich ist, sind Len ker 19 einerseits an einem Gelenkzapfen 20, d. h.
exzentrisch am Schraubenflügeldrehzapfen, und an derseits bei 21 an einem auf der Schraubenwelle 8 sitzenden Steuerkopf 22 angelenkt. Die Lenker stellen mit dem gedachten, zwischen 20 und der Achse des Flügels gebildeten Lenker 50 eine kniehebelartige Gelenkverbindung zwischen der mit der Hauptwelle 8 verschiebbaren und die Schraubenflügel verschwenk- bar haltenden Nabe und dem mit der Welle umlaufen den, aber gegen axiale Verschiebung gesicherten Steuerkopf 22 dar. Diese Sicherung erfolgt durch ein Steuerkopfdrucklager 24, das aussenbords angeord net ist.
Verschiedene Ausführungsformen des Druck lagers sind in den Fig. 9 bis 13 dargestellt, und zwar als Tragrollenlager mit Rollen 31 und Doppeldruck kugellager 32 mit Schulterring 37 als Längslager (Fig.9), als Tragrollendrucklager 33 mit hohen Schultern als Längslager (Fig. 10), als Pendelrollen lager 34 .zur Aufnahme der Längs- und Querdrücke (Fig.ll), als Schulterkugellager 36 mit Schulter ring 37 (Fig. 12) oder als Schulterkugellager 35 mit einem umfassenden Schulterring 37.
Diese Ausfüh rungen sind nur beispielsweise dargestellt.
Damit die Schraubenflügel möglichst leicht beim Umkehren der Schraubensteigung verschwenkt wer den können, ist die Lagerung der Drehzapfen und ihre Gestaltung den Verhältnissen angepasst. Die Nabe ist aus zwei Teilen 14 und 15 zusammen gesetzt, die durch Verbindungsbolzen 25 (Fig.5) zusammengehalten werden. Diese Teile 14 und 15 umfassen einen konischen 26 und einen tellerförmi gen Teil 29 des Flügelfusses sowie das konische Wellenende 27 (Fig. 4, 5, 6). In den Fig. 4, 7 und 8 sind diese Teile und ihre Anordnung ersichtlich. Zur Verringerung der Reibung können auch noch Zwi schenlagen vorgesehen sein.
Nach Fig. 17, die auch die Verwendung eines an sich bekannten und deshalb nicht näher beschriebenen Nabenabziehers zeigt, ist der Flügelfuss abgestuft, wobei der eine Teil 28 konisch ist.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Ausführungs form ist folgende: Liegt das Schiff still - oder macht nur sehr geringe Fahrt -, so werden von der um steuerbaren Hilfsmaschine 7 (Fig. 1) die Spindeln der Schneckengetriebe 6 in der gewünschten Dreh richtung angetrieben. Infolgedessen werden die Schraubenspindeln 5 in ihren Muttern in Drehung versetzt und verschieben - entsprechend ihrer Dreh richtung - das Drucklager 4 der Welle 8, wobei sich diese auch in der Keilkopfkupplung 2, 3 in der einen oder andern Richtung verschiebt und damit die Schraubenflügel verdreht.
Fig. 14 zeigt die Stellung eines Schraubenflügels und seiner Lagerung für Vorwärtsfahrt. E ist die Ein trittskante. A ist die Austrittskante und EZ die Er zeugende des Flügels. Der Lenker 19 greift bei der grössten Schraubensteigung für Vorwärtsfahrt unter einem rechten Winkel an dem - einen Kurbelarm bildenden - Radius 50 des Tellers 29 an (s. Fig. 14). Zum Umkehren der Schraubensteigung für die Rück wärtsfahrt wird die Nabe 14 mit der Welle 8 nach links (achtern) verschoben, bis die Teile die in Fig. 15 dargestellte Stellung einnehmen.
Dabei hat sich der gegen axiale Verschiebung gesicherte Steuerkopf 22 nicht verschoben, aber der Lenker 19 hat sich um etwa 90 in dem Schlitz des Tellers verschwenkt und der Konus 26, der Teller 29 und der Schraubenflü gel 18 haben an dieser Verschwenkung teilgenommen. Wird die Welle noch weiter nach links (achtern) ver schoben, so ergibt sich die Segelstellung nach Fig. 6, die zweckmässig eingenommen wird, wenn das Schiff zum Beispiel geschleppt wird. In Fig. 6 sind die drei Stellungen, 1-Vorwärts, 11-Rückwärts, III-Segelstel- lung, eingezeichnet.
Es können die Propellerflügel auch in eine Stel lung mit der Steigung Null gebracht werden, wo bei die Schraube keinen Schub erzeugt, wenn man zum Beispiel die Maschinenanlage bei festliegendem Schiff erproben will. In Fig. 6 ist diese Stellung mit IV bezeichnet.
Man kann auch eine Korrektur der Schrauben steigung vornehmen, um für eine bestimmte Fahrt stufe einen besonders günstigen Schraubenwirkungs grad zu erreichen.
Bei den vorstehenden Angaben über die Arbeits weise war vom stilliegenden oder geringe Fahrt auf weisenden Schiff ausgegangen, weil dann kein Fahr strom entstehen kann. Bei voller Fahrt rufen aber die Zentrifugalkraft und der Schraubenschub in der einseitigen Drehflügelhalslagcrung so grosse Klemm kräfte hervor, dass eine Umsteuerung nahezu unmög lich wird. Bei den bekannten Umsteueranlagen, ins besondere den ölhydraulischen, hat man vergeblich versucht, durch ungewöhnlich hohe Öldrücke eine Besserung zu erzielen, musste aber mit weiteren Schwierigkeiten bei der Abdichtung an der laufenden Welle rechnen.
Beim erläuterten Erfindungsbeispiel wird nun bei mit grösserer Geschwindigkeit in Fahrt befindlichem Schiff die für das Verstellen der Flügel beim Ver schieben der Schraubenwelle erforderliche Kraft vom Fahrstrom geliefert.
Die Verschiebung der Schraubenwelle zum Um steuern -der Schraubensteigung von der Vorwärts- auf Rückwärtsfahrt des Schiffes erfolgt deshalb in dem Sinne, dass der Fahrstrom, d. h. der bei der Vor wärtsfahrt des Schiffes auf die Drehflügelflächen ent gegen der Fahrtrichtung ausgeübte Strömungsdruck, die Verschiebung der Schraubenwelle in der der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung bewirkt, wobei die Hilfsmaschine eine mehr oder weniger grosse Bremswirkung ausüben kann.
Man kann auf diese Weise mit einer erfindungsgemässen Einrichtung ein Schiff ebenso manövrieren, wie wenn eine um steuerbare Hauptmaschine vorhanden ist, und gerade besonders leicht, wenn das Schiff auf Höchstfahrt läuft. Statt einer umsteuerbaren Hilfsmaschine 7 gemäss Fig. 1 kann auch eine aus einer hydraulischen Kolben einrichtung 7' in Fig.20 bestehende Hilfsmaschine zum Verschieben des Hauptdrucklagers bei still stehendem oder fahrendem Schiff in der gewünsch ten Richtung verwandt werden,
auch die Anwendung einer handelsüblichen hydraulischen oder elektrischen Rudermaschine mit der üblichen Fernsteuerung und Rückmeldeeinrichtung von der Kommandobrücke aus ist ohne weiteres möglich. Da diese Einrichtungen selbst aber keinen Teil der Erfindung bilden, sind sie nicht dargestellt und beschrieben.
Die Ausführung der Erfindung nach den Fig. 18 und 19 unterscheidet sich von den vorbeschriebenen nur in konstruktiver Hinsicht. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 versehen. Anstelle des auf der Hauptwelle sitzenden Steuerkopfes 22 ist in der Hohlwelle 8 eine Stellstange 41 (Fig. 18 und 19) mit den Steuer kopf 22 bildenden Armen vorgesehen, die durch ein dem Steuerkopfdrucklager 23 in Fig.1 entsprechendes Drucklager 24 in Fig. 18 gegen Axialverschiebung gesichert ist.
Die Lenker 19 haben die gleiche Funk tion wie vorbeschrieben und sind an Zapfen 20 bzw. 21 des Steuerkopfes 22 der Stellstange bzw. der Drehflügelzapfen angelenkt. Die Drehflügel 18 sind zum Aufsetzen auf besondere Drehzapfen 42 einer auf der Stellstange 41 sitzenden Halterung, die mit dem Wort Sternbolzen bezeichnet werden mag, bei drei Flügeln dreistrahliger Sternbolzen , mit einer zylindrischen Bohrung versehen, Fig. 18 und 19, so dass sich die Drehflügel 18 um diese ver- schwenken können.
Die beiden Nabenteile 14 und 15, die durch Haltebolzen 38 miteinander verbunden sind, umfassen und sichern die Drehflügel mittels entsprechenden Schultern.
Beim Verschieben der Schraubenwelle 8 im La ger des Wellenbockes 9 in die punktiert gezeichnete Stellung wird je nach \dem Mass der Verschiebung der Lenker 19 eine der punktiert gezeichneten Stel lungen einnehmen, wobei die Lage I der Flügelstel lung für Vorausfahrt, die Lage II für Rückwärtsfahrt und die Lage III für Segelstellung entsprechen, analog den Fig. 14, 15 und 16.
Diese Ausführung ist insbesondere zum Einbau einer Umsteuerschraubeneinrichtung nach der EAin- dung bei bereits vorhandenen Antriebseinrichtungen für Schiffe wegen ihrer kompakten Bauart geeignet. Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig.l ist die Steuerrohrstopfbüchse 24 ausserbord angeordnet. Die Steuerrohrstopfbüchse 24 kann gemäss der Anord nung, wie in Fig. 2 gezeigt, an innerbord angeordnet sein.
Device for reversing a ship's propeller The invention relates to a device for reversing a ship's propeller, specifically one with an axially displaceable screw shaft. In the case of smaller vehicles and when the ship is at a standstill or moving only briefly, the solution to the task of mechanically reversing the pitch of the propeller blades does not present any particular difficulties.
In larger vehicles, especially when driving at full speed, the moments of centrifugal force and traction current acting on the pivot pins of the rotary vane occur. H. of the current advancing against the direction of travel due to the ship's journey, such frictional resistances as a result of ver jamming, the pivot in their bearings that very large forces to overcome these friction resistances are required.
Therefore, according to the invention, when the ship is at a standstill or nearly at a standstill, the propeller shaft can be displaced in the desired direction by means of an auxiliary machine, and this displacement controls the adjustment means for the propeller blades that act on the propeller shaft, while the propeller shaft when the ship is moving at greater speed The force required for adjusting the wing is caused by the flow pressure of the driving current exerted on the screw wing surface against the direction of travel.
In the drawing, the invention is shown in execution forms and variants, for example, represents; 1 shows the overall arrangement of the individual parts in relation to one another in an embodiment of the invention, partly in central longitudinal section, partly in view with a control head thrust bearing arranged in the stem.
2 in the same way an embodiment of the invention with inboard arranged control head thrust bearing, FIG. 3 on a larger scale a cross section through the screw hub according to FIG. 1, FIG. 4 on a larger scale, partially in a view of a central longitudinal section through the hub with rotary vane according to Fig. 1, Fig. 5 in the same way a section in the plane of the connecting bolts of the hub according to Fig. 1,
Fig. 6 in the same way a section through the center plane of the wing plate to show the various link positions ver, Fig. 7 in the same way the storage of a rotary wing in the hub between the cone and wing plate, Fig. 8 in the same way the storage between the wing plate and Control head, Fig. 9 to 13 different versions of the control head pressure bearing in section, Fig. 14 diagrammatically shows the position of a rotary wing, handlebar and control head and the wing cross-section to each other of the first example when driving forward,
Fig. 15 shows the same parts in the position for reversing, Fig. 16 shows the same parts in the sail position, Fig. 17 in the central longitudinal section through the hub, an embodiment of the rotary vane bearing, Fig. 18 in the central longitudinal section, a second embodiment of the invention with an arrangement of an adjusting rod within the sliding screw shaft mounted in a shaft block,
19 shows a cross section through the hub according to FIG. 18 to show the mounting of the wing pivot pin and FIG. 20 shows the arrangement of a hydraulic device for moving the screw shaft.
In Fig. 1, the connection flange for the main machine is designated on the right with 1. A wedge coupling consisting of parts 2 and 3 made light a shift of the main thrust bearing 4 of the screw shaft 8 by means of the spindles 5 and worm drives 6 connected to them, which can be driven by a small reversible auxiliary machine 7. The hollow screw shaft 8 is supported in the stem 9 in a stern tube 10. The serlinie is indicated by the line 11. An elevated oil tank 12 is used to lubricate the stern tube. The screw hub is composed of parts 14 and 15.
A hub nut 16 is screwed onto the shaft end. A streamlined cap 17 serves as a connection. The screw has, for example, three wings 18 (FIG. 3), which screw wings are rotatable in the hub. As can be seen from FIGS. 14, 15 and 16, Len ker 19 are on the one hand on a pivot pin 20, d. H.
eccentrically on the screw wing pivot pin, and articulated on the other hand at 21 on a control head 22 seated on the screw shaft 8. The links provide with the imaginary link 50 formed between 20 and the axis of the wing a toggle-like articulated connection between the hub, which is displaceable with the main shaft 8 and pivotally holding the screw wings, and the control head 22 which rotates with the shaft but is secured against axial displacement This is done by a control head thrust bearing 24, which is net angeord outboard.
Different embodiments of the pressure bearing are shown in Figs. 9 to 13, namely as a support roller bearing with rollers 31 and double pressure ball bearing 32 with shoulder ring 37 as a longitudinal bearing (Fig. 9), as a support roller thrust bearing 33 with high shoulders as a longitudinal bearing (Fig. 10) , as a spherical roller bearing 34 to absorb the longitudinal and transverse pressures (Fig.ll), as a shoulder ball bearing 36 with shoulder ring 37 (Fig. 12) or as a shoulder ball bearing 35 with a comprehensive shoulder ring 37.
These versions are only shown as examples.
So that the screw wings can be pivoted as easily as possible when reversing the screw pitch, the bearing of the pivot pin and its design is adapted to the circumstances. The hub is composed of two parts 14 and 15 which are held together by connecting bolts 25 (FIG. 5). These parts 14 and 15 comprise a conical 26 and a tellerförmi gene part 29 of the wing root and the conical shaft end 27 (Fig. 4, 5, 6). In Figs. 4, 7 and 8 these parts and their arrangement can be seen. To reduce friction, intermediate layers can also be provided.
According to FIG. 17, which also shows the use of a hub puller known per se and therefore not described in greater detail, the wing root is stepped, one part 28 being conical.
The mode of operation of the embodiment described is as follows: If the ship is stationary - or only makes very little speed - the spindles of the worm gear 6 are driven in the desired direction of rotation by the controllable auxiliary machine 7 (FIG. 1). As a result, the screw spindles 5 are set in their nuts in rotation and move - according to their direction of rotation - the thrust bearing 4 of the shaft 8, which also moves in the wedge head coupling 2, 3 in one direction or the other and thus rotates the screw wing.
Fig. 14 shows the position of a propeller blade and its mounting for forward travel. E is the leading edge. A is the trailing edge and EZ is the generating end of the wing. At the greatest screw pitch for forward travel, the handlebar 19 engages at a right angle on the radius 50 of the plate 29, which forms a crank arm (see FIG. 14). To reverse the screw pitch for the backward travel, the hub 14 with the shaft 8 is moved to the left (aft) until the parts assume the position shown in FIG.
The secured against axial displacement control head 22 has not moved, but the link 19 has pivoted by about 90 in the slot of the plate and the cone 26, the plate 29 and the screw wing 18 have participated in this pivoting. If the shaft is pushed further to the left (aft) ver, the result is the sail position according to FIG. 6, which is expediently assumed when the ship is being towed, for example. The three positions, 1-forwards, 11-backwards, III-sail position, are shown in FIG.
The propeller blades can also be brought into a position with a pitch of zero, where the propeller does not generate any thrust, for example if you want to test the engine system when the ship is stationary. In Fig. 6 this position is denoted by IV.
The screw pitch can also be corrected in order to achieve a particularly favorable screw efficiency level for a certain speed.
The above information about the working method was based on the assumption that the ship was at a standstill or the ship was moving slowly, because then no traction current could arise. At full speed, however, the centrifugal force and the screw thrust in the one-sided rotary vane neck bearing cause clamping forces that are so great that a reversal is almost impossible. In the case of the known reversing systems, in particular the oil-hydraulic ones, attempts have been made in vain to achieve an improvement through unusually high oil pressures, but had to reckon with further difficulties in sealing the running shaft.
In the illustrated example of the invention, the force required for adjusting the wing when pushing the propeller shaft is now supplied by the traction current when the ship is in motion at greater speed.
The displacement of the propeller shaft to control the pitch of the propeller from forward to backward travel of the ship therefore takes place in the sense that the traction current, ie. H. the flow pressure exerted against the direction of travel during the forward travel of the ship on the wing surfaces, which causes the propeller shaft to shift in the direction opposite to the direction of travel, whereby the auxiliary machine can exert a greater or lesser braking effect.
In this way, with a device according to the invention, a ship can be maneuvered in the same way as when a controllable main engine is present, and particularly easily when the ship is at maximum speed. Instead of a reversible auxiliary machine 7 according to FIG. 1, an auxiliary machine consisting of a hydraulic piston device 7 'in FIG. 20 can also be used for moving the main thrust bearing in the desired direction when the ship is stationary or moving,
The use of a commercially available hydraulic or electric steering machine with the usual remote control and feedback device from the navigating bridge is also easily possible. However, since these devices themselves do not form part of the invention, they are not shown and described.
The embodiment of the invention according to FIGS. 18 and 19 differs from those described above only in terms of construction. The same parts are provided with the same reference numerals as in the exemplary embodiment according to FIG. 1. Instead of the control head 22 seated on the main shaft, an adjusting rod 41 (FIGS. 18 and 19) with arms forming the control head 22 is provided in the hollow shaft 8, which is counteracted by a pressure bearing 24 corresponding to the control head pressure bearing 23 in FIG Axial displacement is secured.
The handlebars 19 have the same func tion as described above and are hinged to pins 20 and 21 of the control head 22 of the control rod or the pivot pin. The rotary vanes 18 are provided with a cylindrical bore for placing on special pivot pins 42 of a holder seated on the adjusting rod 41, which may be referred to with the word star bolt, three-point star bolts in the case of three wings, Fig. 18 and 19, so that the rotary wing 18 can pivot around this.
The two hub parts 14 and 15, which are connected to one another by retaining bolts 38, encompass and secure the rotary blades by means of corresponding shoulders.
When moving the screw shaft 8 in the bearing of the shaft bracket 9 in the dotted position, depending on the amount of displacement of the link 19, one of the dotted positions will take up, with the position I of the wing position for forward travel, position II for reverse travel and position III corresponds to the feathered position, analogously to FIGS. 14, 15 and 16.
This design is particularly suitable for installing a reversing screw device according to the E-connection in already existing drive devices for ships because of its compact design. In the embodiment according to Fig.l, the control tube gland 24 is arranged outboard. The control tube stuffing box 24 can be arranged on the inboard according to the arrangement, as shown in FIG.