Die Erfindung betrifft einen Verstellpropeller, insbesondere für Sportboote, mit einer auf eine Antriebswelle aufsetzbaren Nabe, daran gehaltenen, um radiale Achsen verstellbaren Flügeln und an den Flügeln angreifenden Verstellstößeln, deren freie Enden im Bereich einer Stirnseite der Nabe an eine Verstelleinrichtung angeschlossen sind.
Bei einem Verstellpropeller der eingangs beschriebenen Gattung (US 48 97 056) gehört zur Verstelleinrichtung ein von der freien Stirnseite der Nabe zugängliches Handrad, mit dem die Verstellstößel und damit die Flügel so verstellt werden können, daß die Flügelsteigung den jeweiligen Erfordernissen präzise angepaßt werden kann.
Insbesondere beim Betrieb von Sportbooten steht nicht immer optimales wirtschaftliches Fahren im Vordergrund. Wenn Sportboote z.B. für den Wasserskilauf eingesetzt werden, kommt es darauf an, die Höchstgeschwindigkeit in kürzester Zeit zu erreichen. Um in diesem Zusammenhang aufwendige Regelungen der Flügelsteigung zu vermeiden, sind bereits Verstellpropeller vorgeschlagen worden, bei denen sich die Flügelsteigung nach Maßgabe der Fliehkraft (US 47 92 279) oder nach Maßgabe der Flügelbelastung (US 34 03 735) verstellt. Da aber die Fliehkraft ausschließlich drehzahlabhängig ist und die Flügelbelastung größeren Schwankungen unterworfen sein kann, arbeiten derartige Systeme nicht sehr präzise.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen sich selbst verstellenden Verstellpropeller anzugeben, bei dem sich die Flügel Steigung unabhängig von Fliehkräften und Flügelbelastung ändert.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein auf der Antriebswelle befestigbares Kernrohr vorgesehen ist, daß die Nabe auf dem Kernrohr gelagert und zwischen Anschlägen relativ zum Kernrohr verdrehbar ist, daß zwischen Kernrohr und Nabe eine Rückstellfeder angeordnet ist und daß zwischen dem Kernrohr und den Verstellstößeln ein Getriebe vorgesehen ist, das die Verstellstößel sowie damit die Flügel nach Maßgabe der Relativdrehung zwischen Kernrohr und Nabe verstellt. - Gibt z.B. der Bootsführer eines Sportbootes zum Anfahren oder Beschleunigen Vollgas, dann nimmt die Drehzahl der Antriebswelle mit dem darauf befestigten Kernrohr schneller zu als die Drehzahl des durch Wasserwiderstand und Massenträgheit gebremsten Verstellpropellers. Die dadurch bedingte Relativbewegung zwischen Kernrohr und Nabe wird dann genutzt, um die Flügelsteigung zum Zwecke einer Verbesserung der Bootsbeschleunigung zu reduzieren. Wird während der Fahrt die Motordrehzahl und damit die Drehzahl der Antriebswelle reduziert, ergibt sich ebenfalls eine Relativdrehung zwischen Kernrohr und Nabe mit entsprechender Änderung der Flügelsteigung.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr an seinem freien Ende ein Zahnrad trägt, daß die Verstellstößel an ihren freien Enden Ritzel tragen, die mit dem Zahnrad in Eingriff stehen, und daß jeder Verstellstößel im Bereich des zugeordneten Flügels eine Schnecke trägt, die mit einem Schneckenrad des Flügels in Eingriff steht. Durch entsprechende Auslegung des Zahnradgetriebes und des Schneckengetriebes sowie der die maximale Größe der Relativdrehung bestimmenden Anschläge kann die maximal mögliche Änderung der Flügel Steigung eingestellt werden. Bei dieser Ausführung kann eine zwischen dem Kernrohr und der Nabe in Umfangsrichtung wirkende Rückstellfeder angeordnet werden.
Eine andere Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe auch axial verschiebbar auf dem Kernrohr gelagert ist, daß eine Kulissenführung zwischen Nabe und Kernrohr vorgesehen ist und daß das Kernrohr an seinem freien Ende eine Umfangsnut zur Führung der Verstellstößel trägt. Diese Ausführung eignet sich insbesondere für Verstellpropeller, bei denen die Verstellstößel in axialer Richtung verschieblich angeordnet sind (US 48 97 056) und an ihren freien Enden im Bereich einer Stirnseite der Nabe für den Anschluß einer Verstelleinrichtung eingerichtet sind. Die Kulissenführung kann insbesondere als Gewindeführung zwischen Nabe und Kernrohr ausgebildet sein. Die Rückstellfeder kann eine in axialer Richtung zwischen Kernrohr und Nabe wirkende Schraubenfeder sein.
Um ein Abreißen der Strömung an den Propellerflügeln bei zu schneller Steigungsänderung zu vermeiden, kann es vorteilhaft sein, eine zwischen Kernrohr und Nabe wirkende Dämpfungseinrichtung vorzusehen. Eine solche Dämpfungseinrichtung kann zwei druckmittelgefüllte Arbeitsräume mit zugeordneter Kolbenanordnung aufweisen, die über eine Bypassleitung miteinander verbunden sind, wobei in der Bypassleitung eine Drossel angeordnet ist. Vorzugsweise sollte die Drossel verstellbar sein. Die Dämpfungseinrichtung ermöglicht es, den zeitlichen Ablauf der Steigungsänderung im Hinblick auf schnelles Erreichen der maximalen Bootsgeschwindigkeit zu optimieren.
Wenn darüber hinaus die Bypassleitung mit einem Ventilelement verschließbar ist, das in radialer Richtung auf einer Feder abgestützt ist, also fliehkraftabhängig arbeitet, ist es möglich, durch entsprechende Auslegung des Systems aus Ventilelement und Feder die Verhältnisse so einzurichten, daß die selbstverstellenden Eigenschaften des Verstellpropellers erst oberhalb einer bestimmten Drehzahl der Antriebswelle aktiv werden können.
Ähnliches gilt auch für die Auslegung der Rückstellfeder zwischen Kernrohr und Nabe, weil bei Einsatz einer starken Rückstellfeder eine signifikante Relativdrehung zwischen Kernrohr und Nabe erst bei entsprechend hoher Drehbeschleunigung der Antriebswelle eintritt. Im übrigen dient die Rückstellfeder auch dazu, beim Abstellen des Motors oder bei geringer Fahrgeschwindigkeit die Flügel steigung wieder in ihre Ausgangsposition zurückzuführen. Um das zu beschleunigen, kann zwischen den Arbeitsräumen eine weitere Bypassleitung vorgesehen sein, die ein Rückschlagventil aufweist.
Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert; es zeigen:
In Figur 1 erkennt man eine von einem nicht dargestellten Motor antreibbare Antriebswelle 1, auf der ein Kernrohr 2 in an sich bekannter Weise befestigt ist. Auf dem Kernrohr 2 ist eine Nabe 3 des Verstellpropellers zwischen nicht dargestellten Anschlägen drehbar und axial verschiebbar gelagert. Die Nabe 3 weist an ihrem Außenumfang mit gleichem gegenseitigem Abstand angeordnete Ausnehmungen 4 für daran angeordnete Flügelfüße 5 von Flügeln 6 auf. Die Flügel 6 sind zum Zwecke der Steigungsänderung um radiale Achsen verstellbar. Die Flügelfüße 5 sind durch Schrauben 7 mit zugeordneten Verstellplatten 8 verschraubt, die in ihren zugeordneten Ausnehmungen 4 mit Hilfe von darin eingeschraubten Halteringen 9 drehbar gehalten und geführt sind.
Jede Verstellplatte 8 weist an ihrer Unterseite eine Führungsnut 10 auf, in die ein mit einem Gleitstein 11 versehener Zapfen 12 eingreift. Der Zapfen 12 ist Teil eines Verstellstößels 13, der in einer axialen Bohrung 14 der Nabe 3 verschieblich geführt ist. Die Verstellstößel 13 tragen zur Abdichtung des Raumes um die Verstellplatten 8 Dichtungen 16 und sind an ihrem aus der Bohrung 14 ragenden Ende 17 durch einen Synchronflansch 17 miteinander verbunden, der mit Muttern 18 an den Enden 16 befestigt ist.
Das Kernrohr 2 besitzt an seinem freien Ende ein Außengewinde 19 für eine Mutter 20 und eine damit verspannte Gegenmutter 21. Die Mutter 20 und die Gegenmutter 21 definieren eine Umfangsnut 22, in der der Synchronflansch 17 axial unverschieblich, aber drehbar gehalten ist. Dementsprechend werden bei einer axialen Verschiebung der Nabe 3 relativ zum Kernrohr 2 die Verstellstößel 13 axial bewegt, die dabei die Steigung ihrer zugeordneten Flügel 6 verändern.
Wie man insbesondere aus Figur 2 entnimmt, ist die drehbar und axial verschiebbar auf dem Kernrohr 2 gelagerte Nabe 3 über eine Rückstellfeder 23 am Kernrohr 2 abgestützt. Die Rückstellfeder 23 ist bei der dargestellten Ausführung eine das Kernrohr 2 umgebende Schraubenfeder, die in Umfangsausnehmungen 24 des Kernrohrs 2 und der Nabe 3 untergebracht ist und deren freie Enden in zugeordneten Axialbohrungen 25 der Nabe 3 bzw. des Kernrohrs 2 gehalten sind, so daß die Rückstellfeder 23 sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung Rückstellkräfte aufbringen kann.
Ferner ist zwischen dem Kernrohr 2 und der Nabe 3 eine Kulissenführung vorgesehen, zu der bei der dargestellten Ausführung ein Außengewinde 26 des Kernrohrs und ein zugeordnetes Innengewinde 27 der Nabe 3 gehören. Bei einer Relativdrehung zwischen Kernrohr 2 und Nabe 3 verschiebt sich folglich die Nabe 3 in axialer Richtung gegenüber dem Kernrohr 2.
Das in Figur 2 rechts vom Außengewinde 26 liegende Ende 28 des Kernrohrs 2 weist einen gegenüber dem Außengewinde 26 verringerten Außendurchmesser auf. Auf der Umfangsfläche dieses Endes 28 ist ein mit der entsprechenden Stirnseite der Nabe 3 verschraubter Radialflansch 29 gelagert, der eine mit dem Außenumfang des Endes 28 zusammenwirkende Dichtung 30 trägt. Durch entsprechende Wahl der Toleranzen zwischen der inneren Umfangsfläche des Radialflansches 29 und der äußeren Umfangsfläche des Endes 28 können Reibungsverhältnisse eingestellt werden, die eine Dämpfung der Relativbewegung zwischen der Nabe 3 und dem Kernrohr 2 bewirken.
Zwischen dem Außengewinde 26 des Kernrohrs 2 und seinem Ende 28 ist eine hydraulische Dämpfungseinrichtung angeordnet, zu der zwei als Umfangsnuten ausgebildete, mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllte Arbeitsräume 31, 32 gehören, die über eine Bypassleitung 33 miteinander verbunden sind. Die Bypassleitung 33 ist mit Hilfe eines verstellbaren Drosselelementes 34 mehr oder weniger verschließbar. Das Drosselelement 34 ist in einer Axialbohrung 35 der Nabe 3 untergebracht und darin mit Hilfe eines aus Maßstabsgründen nicht wiedergegebenen Gewindeabschnittes gehalten. Durch Einführen eines geeigneten Werkzeuges in die Axialbohrung 35 kann das Drosselelement 34 in Richtung auf die Bypassleitung 3 verstellt werden.
Bei einer Relativbewegung zwischen Kernrohr 2 und Nabe 3 dringt der Radialflansch 29 in den Arbeitsraum 32 ein und verdrängt die darin befindliche Hydraulikflüssigkeit in den anderen Arbeitsraum 31 bzw. die daran anschließenden Gewindeabschnitte, die funktionell zum Arbeitsraum 31 gehören. Das Drosselelement 34 steuert die Durchflußgeschwindigkeit der Hydraulikflüssigkeit durch die Bypassleitung 33.
Bei der in Figur 2 wiedergegebenen Ausführung ist die Bypassleitung 33 von einem Ventilelement 36 verschlossen, welches in radialer Richtung auf einer Feder 37 abgestützt ist. Das Ventilelement 36 und seine Feder 37 sind so ausgelegt, daß die Bypassleitung 33 erst oberhalb einer bestimmten Drehzahl geöffnet wird.
Schematisch ist angedeutet, daß die beiden Arbeitsräume 31, 32 durch eine weitere Bypassleitung 38 verbunden sein können, in der ein Rückschlagventil 39 angeordnet ist. Diese Bypassleitung 38 soll eine schnelle Rückführung der Nabe 3 und damit der Flügelsteigung unter der Wirkung der Rückstellfeder 23 in die Ausgangsstellung ermöglichen.
Der insoweit beschriebene Verstellpropeller arbeitet wie folgt: Bei kleinen Drehzahlen bleibt das System inaktiv. Erst oberhalb einer bestimmten Drehzahl, die durch die Fliehkraftwirkung auf das Ventilelement 36 bestimmbar ist, wird bei einer plötzlichen Erhöhung der Drehzahl der Antriebswelle 1 eine Relativbewegung zwischen Kernrohr 2 und Nabe 3 erzwungen, weil die Nabe 3 aufgrund ihrer Massenträgheit und der an den Flügeln 6 wirkenden hydrodynamischen Kräfte der Drehbeschleunigung der Antriebswelle 1 nicht folgen kann. Die Relativdrehung der Nabe 3 gegenüber dem Kernrohr und die dabei entstehende Axialverschiebung der Nabe 3 führt auch zu einer Veränderung der Steigung der Flügel 6, weil die Verstellstößel 13 an dem Kernrohr 2 gehalten sind. Die Verstellgeschwindigkeit wird durch die Dämpfungseinrichtung optimiert. Bei der Rückstellung unter dem Einfluß der Rückstellfeder 23 kann die Verstellgeschwindigkeit größer sein, weil die Hydraulikflüssigkeit über die Bypassleitung 38 mit dem Rückschlagventil 39 abfließen kann.
Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Bei dieser Ausführung braucht die Nabe 3 gegenüber dem Kernrohr 2 nur relativ verdrehbar, aber nicht axial verstellbar sein, so daß die Getriebeanordnung 26, 27 zwischen Kernrohr 2 und Nabe 3 entfallen kann. Dafür trägt das Kernrohr 2 an seinem freien Ende einen Zahnrad 40, welches mit Ritzeln 41 an den freien Enden der Verstellstößel 13 in Eingriff steht. Die Verstellstößel 13 sind drehbar gelagert und tragen an ihren den Flügelfüßen zugewandten Enden eine Schnecke 42, die mit einem am Außenumfang der Verstellplatte 8 ausgebildeten oder mit der Verstellplatte 8 verbundenen Schneckenrad 43 stehen. Bei einer Relativdrehung zwischen Kernrohr 2 und Nabe 3 werden die Ritzel längs des Außenumfangs des Zahnrades 40 bewegt und dabei mit ihren Verstellstößeln 13 gedreht, so daß auch die jeweiligen mit den Flügelfüßen 5 verbundenen Schneckenräder 43 und damit die Flügelsteigungen verstellt werden.
In Figur 1 ist noch dargestellt, daß die Nabe 3 in radialen Sektoren zwischen den Flügeln 6 durchgehende Abgaskanäle 44 aufweist.