DE2650879B2

DE2650879B2 - Schwenkeinrichtung für einen Ruderpropeller oder Z-Trieb

Info

Publication number: DE2650879B2
Application number: DE19762650879
Authority: DE
Inventors: Johann 8011 Putzbrunn Eichinger; Friedrich 8000 Muenchen Fickenscher; Christoph 8000 Muenchen Sacher
Original assignee: Individual
Current assignee: Gleason Hurth Tooling GmbH
Priority date: 1976-11-06
Filing date: 1976-11-06
Publication date: 1979-10-04
Also published as: DE2650879A1; DE2650879C3

Description

20

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schwenkeinrichtung mit zwei Arbeitsbereichen für einen am Heck eines Wasserfahrzeugs angebrachten Ruderpropeller oder Z-Trieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. v.

Ruderpropeller oder Z-Triebe müssen um eine im wesentlichen horizontale Achse schwenkbar sein, und zwar um ihn, z. B. für Wartungsarbeiten aus dem Wasser herausklappen zu können, oder zum Zwecke des Trimmens. (Unter Trimmen wird ein Schwenken des uii Propellers verstanden, um diesen bei verschiedenen Neigungen um eine horizontale Querachse des Wasserfahrzeuges optimal einzustellen.) Hierfür werden in der Regel seitlich am Ruderpropeller oder Z-Trieb Hydraulikzylinder gelenkig angeordnet, die sich über ihre b'> Kolbenstange am Wasserfahrzeug gelenkig abstützen. Wird der Kolben mit dem Druckmittel beaufschlagt und die Kolbenstange ausgefahren, so wird der Ruderpropeller oder Z-Trieb hochgeschwenkt Bei entsprechender Anordnung des Zylinders wird dabei die Kolbenstange in jeder Stellung im wesentlichen auf Druck beansprucht

Neuerdings sind auch Ruderpropeller oder Z-Triebe bekannt (DE-OS 26 12 564), in oder an denen der oder die Hydraulikzylinder fest, d. h. unbeweglich, angeordnet ist. Hier ist zur Abstützung der Kolbenstange am nicht zu schwenkenden Teil des Fahrzeugs oder der Maschine eine Kulisse oder ein Lenkerhebel erforderlich, da der Angriffspunkt während der Schwenkbewegung ständig seine Lage ändert. Aus dieser Kinematik resultieren jedoch auf die Kolbenstange wirkende Seitenkräfte, die zu Betriebsstörungen führen können (Verbiegen der Kolbenstange, Verschleiß der Führungen usw.).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese die Kolbenstangen und Führungselemente belastenden Seitenkräfte so gering und so ausgeglichen wie möglich zu halten. Bei Schwenkeinrichtungen mit einem einzigen Arbeitsbereich ist es z. B. von der DE-OS 23 61 093 her bekannt, den Anlenkpunkt des Lenkerhebels an einem festen Teil auf die Winkelhalbierende des Schwenkbereiches zu legen.

Die Schwenkeinrichtung der eingangs dargelegten Art wird zur Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß dahingehend erweitert, daß der Anlenkpunkt im Schnittpunkt der beiden Winkelhalbierenden der durch die jeweiligen Extremlagen der Kolbenstange begrenzten Schwenkwinkel beider Arbeitsbereiche liegt. Für die im Endpunkt der Kolbenstange angreifende Seitenkraft /V ist so die gestellte Aufgabe gelöst.

Um nicht nur die Seitenkräfte, sondern auch die auf die Gleitbahn wirkende Kraft F und/oder die in der Kolbenstange auftretende Biegespannung Ob möglichst gering zu halten, wird die Erfindung vorteilhafterweise nach den Ansprüchen 2, 3 und 4 weitergebildet. Für die Kraft F und die Biegespannung 0(, ist nämlich mit maßgebend, wieweit die Kolbenstange ausgefahren ist. Dieser Überstand steigt mit zunehmendem Hubwinkel. Außerdem — und das ist bei Schwenkeinrichtungen für Ruderpropeller und Z-Triebe ganz besonders wichtig — muß die Tatsache berücksichtigt werden, daß die Kolbenstange in den beiden Schwenkbereichen von jeweils sehr unterschiedlichen Kräften belastet wird: der erste Bereich wird hauptsächlich beim Trimmen durchfahren, wobei hohe, vom Propellerschub herrührende Stützkräfte auftreten, und der zweite Bereich wird lediglich während des Aus-dem-Wasser-Kippens benutzt, wobei nur die vom Eigengewicht des Ruderpropellers oder Z-Triebs herrührenden Kräfte auftreten. Letztere sind im Vergleich zu den vom Propellerschub bewirkten Kräften verhältnismäßig klein: als Anhaltswert kann ein Verhältnis von rund 1 :10 angenommen werden. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird deshalb in den Unteransprüchen vorgeschlagen, den Anlenkpunkt vom Schnittpunkt der Winkelhalbierenden weg so zu verschieben, daß die vorstehend genannten Einflüsse möglichst weitgehend kompensiert werden.

Die Erfindung wird anhand eines in den F i g. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Fig. 1 zeigt vereinfacht die Anordnung einer Schwenkeinrichtung nach der Erfindung als Ausführungsbeispiel an einem Ruderpropeller.

F i g. 2 zeigt ein Schema der Kinematik in verschiedenen Stellungen.

F i g. 3 zeigt ein Diagramm der auftretenden Kräfte.

Am Heck eines Wasserfahrzeugs 1 ist ein Ruderpropeller 2 zum Antrieb und Steuern des Wasserfahrzeugs UuS eine bekannte Weise und mit bekannten Mitteln befestigt. Die Antriebsmaschine, ein Motor, ist im Rumpf des Schiffes montiert und nicht gezeichnet Die Leistung des Motors wird über bekannte und daher ebenfalls nicht gezeichnete Übertragungselemente auf den Propeller 3 übertragen. Auf die erwähnten Befestigungsmittel und Übertragungselemente brauche da sie nicht Gegenstand der Erfindung sind, nicht im Einzelnen eingegangen zu werden, ebensowenig auf die zum Steuern des Wasserfahrzeugs notwendigen Einrichtungen an besagtem Ruderpropeller.

Um eine horizontale Achse 5, die aus Bolzen o. dgl. gebildet ist, die ihrerseits in dem zum Wasserfahrzeug 1 gehörenden Teil 6 gelagert sind und auf denen wiederum das Gehäuse 4 gelagert ist, kann der Ruderpropeller 2 aus dem Wasser gekippt werden oder der Propeller 3 kann um diese horizontale Achse zum Zwecke des Trimmens geschwenkt werden. Zum Antrieb der Kippbewegung um die Achse 5 sind nebeneinander zwei Hubzylinder 10 vorgesehen. In jedem Hubzylinder ist ein Kolben 11 geführt. Die Kolbenstangen 12 der beiden Hubzylinder sind an ihrem freien Ende mittels Stangenköpfen 13 durch eine Achse 14 verbunden. Die Achse ist zweckmäßigerweise in den Stangenköpfen mit sphärischen Lagern gelagert, um Verklemmungen zu vermeiden. Auf der Achse ist ein Lenkerhebel 15 drehbar gelagert. Das andere Ende des Lenkerhebels ist — ebenfalls drehbar — durch eine Achse 16 in der zum Wasserfahrzeug gehörenden Gabe." 17 aufgenommen.

Es ist offensichtlich, daß bei dieser Kinematik eine Seitenkraft /V auf die Kolbenstange wirkt, die in ihrer Größe von der jeweiligen Stellung des Kolbens zum Anlenkpunkt 20 abhängig ist. Im Verlauf der Schwenkbewegung bleibt die Kolbenstange nur dann frei von Seitenkräften, wenn ihre Achse durch den Punkt 20 geht. Der Anlenkpunkt 20 müßte also so liegen, daß im Verlauf der Schwenkbewegung die Achse der Kolbenstange so oft wie möglich durch den Punkt 20 geht. Im gesamten Schwenkbereich des beschriebenen Anwendungsbeispieles, der durch den Srhwenkwinkel α ausgedrückt ist, ist dies maximal zweimal möglich. Es ist aber auch zu berücksichtigen, dsß sich der Schwenkwinkel tx im Ausführungsbeispiel aus zwei Teilbereichen x\ und α? zusammensetzt: der Bereich a.\ wird vorwiegend beim Trirr.men durchfahren, während der Bereich «2 lediglich während des Aus-dem-Wasser-Kippens benutzt wird. Um die auf die Kolbenstange 12 und in der Stangenführung 9 wirkenden Kräfte N, Fso gering wie möglich zu halten, wird in erster Näherung davon ausgegangen, daß der optimale Anlenkpunkt 20 auf dem Schnittpunkt der Winkelhalbierenden W], IV2 derjenigen Winkel liegt, die durch die Lage der Achse der Kolbenstange zu Beginn und am Ende der jeweiligen Teilbereiche «ι und «2 gegeben sind. Für die im Endpunkt 21 der Kolbenstange angreifende Seitenkraft N trifft diese Überlegung voll zu.

Von großer Bedeutung ist die Tatsache, daß im Bereich «1, also beim Trimmen, hohe, vom Propellerschub herrührende Stützkräfte auftreten, während im Bereich λ₂, also beim Aus-dem-Wasser-Kippen, nur verhältnismäßig kleine, vom Eigengewicht des Ruderpropellers herrührende Kräfte auftreten. Die die Stangenführung auf Flächenpressung und die Kolben-

stange auf Biegung beanspruchende Kraft hängt jedoch außerdem noch vom Überstand a ab, d. h. davon, wie weit die Kolbenstange ausgefahren ist Dieser Überstand steigt mit zunehmendem Hubwinkel α an. Daraus folgt, d?ß die optimale Lage des Punktes 20 aus dem o. a. Schnittpunkt der Winkelhalbierenden näher zur Kolbenstangenlage am Ende des Schwenkbereiches herausgedrückt werden muß, um den ungünstigen Einfluß des Überstandes zu kompensieren. Diese optimale Lage muß durch Iteration ermittelt werden und ist dann erreicht, wenn Biegespannung und Flächenpressiung am Beginn und am Ende jedes der beiden Schwenkhiereiche jeweils gleich groß sind. Neben dem Schwenkwinkel <x und dem Überhang a bestehen noch weitere Parameter, die auf die Lage des Schwenkpunktes 20 Einfluß nehmea: Die Länge h des Lenkerhebels 13 beeinflußt unmittelbar die Seitenkraft N, die Stützkraft Fund die Biegespannung Ob in der Kolbenstange, die Länge k der Kolbenstange 10 beeinflußt über den Überhang a das Verhältnis der Seitenkraft N im Punkt 21 zur Stützkraft F in der Stangenführung, und der Radius r des Rollkreises 22 beeinflußt die absolute Größe der gesamten Kinematik. Durch entsprechende Wahl des Anfangswinkels β wird die Lage der gesamten Kinematik zur Schwenkachse 5 ebenso festgelegt wie die Lage des Anlenkpunktes 20 zum zu schwenkenden Aggregat. Durch Ändern von β werden sowohl die Größtwerte von N und F wie auch die Lage der Null-Durchgänge verändert.

In Fig.3 sind die maßgebenden Größen Seitenkraft N, Stützkraft Fund Biegespannung Ob einer optimierten Kinematik für das Ausführungsbeispiel »Schwenkeinrichtung für einen Ruderpropeller« aufgezeichnet. Der Trimmbereich erstreckt sich von Xo bis X] (entspricht X]). Es wurde die eingangs gestellte Forderung nach gleichen Maximalwerten zu Beginn und am Ende eines Bereiches für die Stützkraft Fverwirklicht. Der Verlauf der Biegespannung Oj, läßt sich dieser Forderung n^;cht gleichzeitig exakt anpassen, jedoch kann durch geeignete Wahl des Stangenquerschnittes auf bekannte Art und Weise den Festigkeitsbedingungen des Stangenmaterials entsprochen werden, d. h. daß das maximale auftretende Biegemoment nicht größer ist als das zulässige Biegemonient. Auch die Seitenkraft N ist am Anfang und Ende des Hubbereiches nicht genau gleich, aber annähernd gleich. Natürlich läßt sich auch eine Kinematik ermitteln, bei der die Forderung nach gleichen Maximalwerten zu Beginn und am Ende eines Bereiches für die Biegespannung exakt erfüllt ist und für die Kräfte Λ/und Fnur annähernd.

Im Aushebebereich ΛΊ bis X* (entspricht 0.2), wo aus den oben beschriebenen Gründen geringere Kräfte auftreten, wird im Winkelbereich X₂ bis X₃ für alle 3 Werte ein Maximum durchschritten. Nach einer Verringerung bis auf den Wert Null steigen alle 3 Werte gegen Ende des Hubbereiches wieder an. Auch hier ist die Forderung nach gleichen maximalen Stütxkräften annähernd verwirklicht. Die beiden anderen Werte folgen wieder ihrer Eigengesetzlichkeit.

Es versteht sich von selbst, daß die Beschreibung des Ausführungsbeispieles sinngemäß auch für andere Anwendungsfälle Gültigkeit hat. So können statt der beschriebenen Aggregate z. T. andere verwendet werden, z. B. gelten die für Hydraulikzylinder gemachten Angaben sinngemäß auch für Pneumatiküylinder oder für Zahnstangentriebe.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schwenkeinrichtung mit zwei Arbeitsbereichen für einen am Heck eines Wasserfahrzeugs angebrachten Ruderpropeller oder Z-Trieb, der zum Zwecke des Trimmens (erster Arbeitsbereich) und/oder Aus-dem-Wasser-Klappens (zweiter Arbeitsbereich) um eine am Wasserfahrzeug angebrachte im wesentlichen horizontale Achse schwenkbar ist, und in oder an dem mindestens ein die Schwenkbewegung bewirkendes Element mit einem in Richtung seiner Längsachse bewegbaren kraftübertragenden Organ, z. B. mindestens einem hydraulischen oder pneumatischen Zylinder mit Kolbenstange, fest angeordnet ist, wobei das freie Ende des kraftübertragenden Organs über einen Lenkerhebel an einem festen, d. h. nicht initsctr.venkenden Teil des Wasserfahrzeugs angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlenkpunkt (20) im Schnittpunkt der beiden Winkelhalbierenden (Wn Wi) der durch die jeweiligen Extremlagen der Kolbenstange begrenzten Schwenkwinkel (äi, «2) beider Arbeitsbereiche liegt.

2. Schwenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlenkpunkt (20) aus der dort beschriebenen Lage derart verschoben ist, daß die auf die Stangenführung (9) wirkende Stützkraft (F) zu Beginn und am Ende jedes Arbeitsbereiches («i, «2) gleich oder annähernd gleich groß ist, aber in entgegengesetzten Richtungen wirken kann.

3. Schwenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlenkpunkt (20) aus der dort beschriebenen Lage derart verschoben ist, daß die in der Kolbenstange (12) auftretende Biegespannung (σ;,) zu Beginn und am Ende jedes Arbeitsbereiches («1,«2) gleich oder annähernd gleich groß ist.

4. Schwenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlenkpunkt (20) aus der dort beschriebenen Lage derart verschoben ist, daß sowohl die auf die Stangenführung (9) wirkende Stützkraft (F) zu Beginn und am Ende jedes Arbeitsbereiches (<x\, Λ2) gleich oder annähernd gleich groß ist, aber in entgegengesetzten Richtungen wirken kann, als auch die in der Kolbenstange (12) auftretende Biegespannung (σ&) zu Beginn und am Ende jedes Arbeitsbereiches («ι, Λ2) gleich oder annähernd gleich groß ist.

H)