DE1232041B - Method for the automatic adjustment of the pitch of the variable pitch propeller of ships driven by a piston engine - Google Patents
Method for the automatic adjustment of the pitch of the variable pitch propeller of ships driven by a piston engineInfo
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Description
Verfahren zum selbsttätigen Verstellen der Flügelsteigung des Verstellpropellers von durch eine Kolbenbrennkraftmaschine angetriebenen Schiffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Verstellen der Flügelsteigung des Verstellpropellers von durch eine Kolbenbrennkraftmaschine angetriebenen Schiffen, wobei durch eine Regelwanlage ein Gleichgewicht zwischen Leistungsaufnahme und Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine innerhalb des zulässigen Leistungskennfeldes hergestellt t2 wird. Beim Antrieb von Verstellpropellern durch eine oder mehrere Maschinen entweder direkt oder über ein Getriebe ist bekanntlich die mögliche Leistungsaufnahme des Propellers wesentlich größer als die mögliche Leistungsabgabe der Antriebsmaschine, z. B. eines Dieselmotors. Die Leistungsaufnahme des Verstellpropellers ist dabei nur durch seine Festigkeit begrenzt, welche jedoch wegen zusätzlicher Beanspruchungen höher als die für die Nennlast erforderliche gewählt wird. Die Propellersteigung muß dem-Cremäß so ein-estellt werden, daß die Brennkraft-Z, el maschine nur innerhalb einer bestimmten Leistung betrieben wird.Procedure for the automatic adjustment of the pitch of the controllable pitch propeller of ships propelled by a reciprocating internal combustion engine The invention relates to a method for automatically adjusting the pitch of the variable pitch propeller of ships propelled by a reciprocating internal combustion engine, whereby by a Regulatory system a balance between power consumption and power output of the Internal combustion engine is produced within the permissible performance map t2. When driving controllable pitch propellers by one or more machines either directly or via a gear is known to be the possible power consumption of the propeller much greater than the possible power output of the prime mover, e.g. B. one Diesel engine. The power consumption of the controllable pitch propeller is only due to its Strength limited, which, however, is higher than due to additional stresses the one required for the nominal load is selected. The pitch of the propeller must be the same be set so that the internal combustion engine Z, el machine only within a certain Power is operated.
Bei bisher bekannten Ausführungen wird dabei die Steigung über eine Fernsteuerung nach den jeweili-,en C, Anforderunaen des Fahrbetriebes eingestellt.In previously known designs, the slope is about a Remote control set according to the respective C, requirements of the driving operation.
CD Dem Bedienungspersonal obliegt dabei die Kontrolle der Belastung der Antriebsmaschine(n) und - ebeeeg nenfalls die Korrektur der Steigung so, daß die Maschine nicht überlastet wird. CD The operating staff is responsible for checking the load on the drive machine (s) and - if necessary, correcting the slope so that the machine is not overloaded.
Bei einer weiteren bekannten Ausführung (Zeitschrift »Schiff und Hafen«, 1956, S. 493/494) wird eine gemeinsame Verstellung von Steigung und Drehzahl angewendet. Außerdem sind Steuerungen bekannt, bei welchen durch eine die Belastung der Maschine kennzeichnende Betriebsgröße die vorgewählte Propellersteigung selbsttätig so korrigiert wird, daß die Maschine nicht überlastet wird. Bei Dieselmotoren reicht jedoch eine solche Größe nicht aus, um besonders bei Teillast unterhalb 7011/o Neunleistung eine Überlastung des Motors mit Sicherheit zu verhindern, da z. B. auch bei 50 O/ü, Nennleistung mit voller Füllung eine Überlastung der Maschine vorliegt.In another known version (magazine "Schiff und Hafen", 1956, p. 493/494), a common adjustment of incline and speed is used. In addition, controls are known in which the preselected propeller pitch is automatically corrected so that the engine is not overloaded by an operating variable characterizing the load on the engine. In the case of diesel engines, however, such a size is not sufficient to prevent overloading of the engine with certainty, especially at part load below 7011 / o nine power, since z. B. even at 50 O / ü, nominal power with full filling, there is an overload of the machine.
Es ist ferner eine elektrische Steuereinrichtung (deutsche Auslegeschrift 1104 375) bekannt, bei welcher mehrere Betriebsgrößen der Maschine als Korrekturwerte für die Einstellung der Propellersteigung verwendet werden. Alle der genannten und eine Reihe weiterer im einzelnen nicht näher aufgeführter Steuereinrichtungen bestehen demnach im wesentlichen aus einer Steuerung für die Propellersteigung, bei welcher eine Überlastung der Maschine durch eine selbsttätige Korrektur des Sollwertes der Steigung in Ab- hängigkeit von einer Betriebsgröße der Maschine verhindert werden soll.Furthermore, an electrical control device (German Auslegeschrift 1 104 375) is known in which several operating variables of the machine are used as correction values for setting the propeller pitch. All of the above and a number of other individually unspecified listed control means consist therefore essentially of a control for the propeller pitch in which an overload of the engine by an automatic correction of the desired value of the slope is to be dependency prevented in the absence of an operating parameter of the machine .
Die Erfindung geht demgegenüber von dem Gedanken aus, daß eine aus VersteRpropeller und Kolbenbrennkraftmaschine, z. B. einem Dieselmotor, bestehende Schiffsantriebsanlage so gefahren werden soll, daß bei jeder Leistung ein annähernder optimaler Wirkungsgrad der gesamten Antriebsanlage gewährleistet ist und die Maschine hinsichtlich Verschleiß und Betriebssicherheit in einem günstigen Bereich gefahren wird, d. h. auf einer Betriebskurve, welche für die Maschine ungünstige Betriebspunkte vermeidet. Beim Betrieb einer Maschine nach einer derartigen optimalen Betriebskurve, die für jeden Bedarfsfall gefunden werden kann, besteht natürlich auch eine eindeutige Zuordnung von Leistung, Drehmoment und Drehzahl zueinander. Demzufolge ist lediglich noch die Steigung des Propellers zu regeln, d. h. die Leistungs- bzw. Momentaufnahme desselben der an der Maschine eingestellten Leistung im betreffenden Betriebspunkt anzupassen. Erfindungsgemäß kann dies bei einem Verfahren zum Verstellen der Flügelsteigung von Verstellpropellern der eingangs erwähnten Art dadurch geschehen, daß eine der die Maschinenleistung bestimmenden Größen (Drehzahl oder Drehmoment) an der Brennkraftmaschine in bekannter Weise (am Regler bzw. Füllungsgestänge) eingestellt wird (Führungsgröße), die andere gleichzeitio, als Sollwert der Regelanlage vorgegeben wird, welche die Steigung des Propellers so lange selbsttätig verstellt, bis der Ist-Wert dieser Betriebsgröße dem vorgegebenen Sollwert entspricht und damit der durch beide Betriebsgrößen bestimmte Belastungszustand der Anlage für die jeweilige Leistung einer vorher bestimmten optimalen Betriebskurve entspricht. Durch eine derartige Maßnahme wird die Bedienung wesentlich vereinfacht, da nur mehr mittels eines einzigen Hebels auf der Brücke die gewünschte Leistung einzustellen ist. Gleichzeitig werden für die Maschine ungünstige und bei Dauerbetrieb unter Umständen schädliche Betriebszustände vermieden. Die Anpassung an die jeweiligen Widerstandsverhältnisse des Schiffes, hervorgerufen durch Beladung, durch Ruderlegen od. dgl., erfolgt zudem rasch und selbsttätig, so daß die größtmögliche Ausnutzung der installierten Leistung gewährleistet ist.The invention is based on the idea that a VersteRpropeller and piston internal combustion engine, z. B. a diesel engine, existing ship propulsion system is to be driven so that an approximate optimal efficiency of the entire drive system is guaranteed for each performance and the machine is driven in terms of wear and operational safety in a favorable range, d. H. on an operating curve that avoids operating points that are unfavorable for the machine. When operating a machine according to such an optimal operating curve, which can be found for every case of need, there is of course also a clear assignment of power, torque and speed to one another. As a result, all that remains to be regulated is the pitch of the propeller, i. H. to adapt the power or momentary consumption of the same to the power set on the machine at the relevant operating point. According to the invention, in a method for adjusting the blade pitch of controllable pitch propellers of the type mentioned at the outset, this can be done by setting one of the variables (speed or torque) that determine the machine output on the internal combustion engine in a known manner (on the controller or filling linkage) (reference variable), the other at the same time is specified as the setpoint of the control system, which automatically adjusts the pitch of the propeller until the actual value of this operating variable corresponds to the specified setpoint and thus the load condition of the system determined by both operating variables for the respective performance of a previously determined optimal Operating curve. Such a measure considerably simplifies operation, since the desired output can only be set by means of a single lever on the bridge. At the same time, operating conditions that are unfavorable for the machine and possibly harmful during continuous operation are avoided. The adaptation to the respective resistance conditions of the ship, caused by loading, oars or the like, also takes place quickly and automatically, so that the greatest possible utilization of the installed power is guaranteed.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 ein Diagramm mit einer für die Maschine günstigen Leistungskurve, F i g. 2 eine Schiffsantriebsanlage mit der Regelung nach der Erfindung schematisch, F i g. 3 eine elektro-pneumatische Steigungsregelung schematisch, F i g. 4 eine pneumatische Steigungsregelung teilweise schematisch, Fig. 5 eine Einzelheit in schematischer Darstellung.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows F i g. 1 shows a diagram with a performance curve that is favorable for the machine, FIG. 2 a ship propulsion system with the control according to the invention schematically, FIG. 3 an electro-pneumatic slope control schematically, FIG. 4 shows a pneumatic incline control partly schematically, FIG. 5 shows a detail in a schematic representation.
In dem in F i g. 1 gezeigten Diagramm ist mit n die Drehzahl und mit N, die Leistung, die Propellerkurve mit P und die maximale Propellerleistung mit P." bezeichnet. Die Nennleistung der Kolbenbrennkraftmaschine liegt bei N, während das Feld der möglichen Leistungsabgabe durch die stark umrandete Fläche dargestellt ist. Die strichpunktierte Linie hingegen bezeichnet beispielsweise die eingangs erwähnte Betriebskurve B, nach welcher die Kolbenbrennkraftmaschine betrieben werden soll.In the one shown in FIG. 1 is the speed with n and N, the power, the propeller curve with P and the maximum propeller power with P. "The nominal power of the piston engine is N, while the field of possible power output is shown by the heavily bordered area The dash-dotted line, on the other hand, denotes, for example, the operating curve B mentioned at the beginning, according to which the piston internal combustion engine is to be operated.
Soll als Führungsgröße für die Regelanlage die Füllung der Kolbenbrennkraftinaschine benutzt werden, so wird die Anlage wie folgt betrieben: Die gewünschte Leistung wird an einem nicht näher dargestellten Fahrhebel eingestellt und durch mechanische oder andere Mittel auf das Füllungsgestänge 1 der Maschine 2 übertragen. Mit diesem ist ein Sollwertsteller 3 gekuppelt, welcher dem Regler 4 einen der Leistung, das ist der Füllung, entsprechenden Sollwert der Drehzahl vorgibt. Der Istwert der Drehzahl, d. h. die augenblickliche Drehzahl, wird über einen Meßwandler 5 auf den Regler 4 gegeben. Weichen Soll- und Istwert voneinander ab, so wird vom Regler über ein Stellglied 6 die Steigung des Propellers und damit die Momentaufnahme und damit die Drehzahl so lange verstellt, bis der vorgegebene Sollwert erreicht ist, d. h. die Maschine mit der dieser Leistung nach der Betriebskurve entsprechenden Drehzahl läuft.If the filling of the piston internal combustion engine is to be used as the reference variable for the control system, the system is operated as follows: The desired power is set on a drive lever, not shown, and transferred to the filling linkage 1 of the machine 2 by mechanical or other means. A setpoint adjuster 3 is coupled to this, which prescribes a setpoint of the speed corresponding to the power, that is, the filling, to the controller 4. The actual value of the speed, i.e. H. the current speed is sent to the controller 4 via a transducer 5. If the setpoint and actual value differ from one another, the controller adjusts the pitch of the propeller via an actuator 6 and thus the snapshot and thus the speed until the specified setpoint is reached, ie. H. the machine runs at the speed corresponding to this power according to the operating curve.
Die Regelung kann in diesem Fall elektrisch oder elektro-pneumatisch ausgeführt werden. Wegen der hohen Stellgeschwindigkeiten und wegen des einfachen Aufbaues ist die letztgenannte Art jedoch vorteilhafter. Sie ist nachstehend an Hand der F i g. 3 näher beschrieben. Der Sollwertgeber 3 kann dabei beispielsweise als Feindruckgeber bekannter Bauart ausgebildet sein, der über einen Zahnstangenantrieb 8 mit dem Füllungsgestänge 1 der Maschine 2 gekuppelt ist oder mit dem Fahrhebel zusammen mit der Füllung betätigt wird. Gegebenenfalls kann auch die Steuerluft für die pneumatische Fernbedienung der Maschine als Sollwert benutzt werden. Bei nichtlinearer Abhängigkeit der Füllung von der Drehzahl kann der Druckgeber über eine entsprechend ausgebildete Kurvenscheibe (s. F i g. 4) betätigt werden. Mit Hilfe des Sollwertgebers wird jeder Stellung des Füllungsgestänges entsprechend der Stellung des Balges 9 ein bestimmter Druck zugeordnet, der als pneumatischer Sollwert der Drehzahl dem Regler 4 eingegeben wird. Der Istwert der Drehzahl wird durch einen Meßwertwandler5 in einen dazu proportionalen Gleichstrom umgeformt und dem Tauchspulensystem 10 des Reglers 4 zugeführt. Als Meßwertwandler kann ein Wechselstromgenerator mit Gleichrichter dienen. Der Regler4 vergleicht den pneumatisch dargestelltenSollwert mitdemelektrisch eingegebenen Istwert und besteht im wesentlichen aus einer sogenannten elektro-pneumatischen Kraftwaage 11. Beim Abweichen des Sollwertes vom Istwert wird der Waagebalken 12 in bekannter Weise verschwenkt, wodurch eine Änderung in der Drosselung des Luftstroms zwischen Ausströmdüse und Prallplatte verursacht und eine Änderung des Drucks zwischen fester Vordrossel und Ausströmdüse erreicht wird. Diese Druckänderung wird über einen pneumatischen Verstärker 13 als Steuerdruck auf das Stellglied 6 gegeben. Dieses ist zweckmäßigerweise als pneumatischer Stellmotor mit einem Membranantrieb ausgebildet, der über einen Hebel 14 so auf die Einstellung der Propellersteigung einwirkt, daß mit zunehmendem Steuerdruck die Steigung vergrößert wird. Gibt man dabei dem Regler eine bestimmte Charakteristik, d. h. zum Beispiel einen Vorhalt, so wird die Steigung kurzzeitig über das der Leistungs- und Drehzahländerung entsprechende Maß hinaus verändert und der Regelvorgang beschleunigt. Es erübrigt sich daher, die Maschine auch bei kleiner Last mit voller Drehzahl zu betreiben, um rasch und kurz aufeinanderfolgende Manöver ausführen zu können. Der Beharrungszustand stellt sich am Regler ein, sobald das Gleichgewicht an der Waage erreicht ist.In this case, the regulation can be carried out electrically or electro-pneumatically. However, because of the high adjusting speeds and because of the simple structure, the latter type is more advantageous. It is shown below with reference to FIG. 3 described in more detail. The setpoint generator 3 can be designed, for example, as a fine pressure sensor of a known type, which is coupled to the filling linkage 1 of the machine 2 via a rack drive 8 or is operated with the drive lever together with the filling. If necessary, the control air for the pneumatic remote control of the machine can also be used as a setpoint. In the case of a non-linear dependence of the filling on the speed, the pressure transducer can be actuated via a correspondingly designed cam disk (see FIG. 4). With the aid of the setpoint generator, each position of the filling linkage is assigned a certain pressure in accordance with the position of the bellows 9 , which pressure is input to the controller 4 as a pneumatic setpoint of the speed. The actual value of the speed is converted by a transducer 5 into a direct current proportional to it and fed to the moving coil system 10 of the controller 4. An alternating current generator with rectifier can serve as the transducer. The controller 4 compares the pneumatically represented setpoint with the electrically entered actual value and consists essentially of a so-called electro-pneumatic force balance 11. If the setpoint deviates from the actual value, the balance beam 12 is pivoted in a known manner, which causes a change in the throttling of the air flow between the outlet nozzle and baffle plate and a change in pressure between the fixed pre-throttle and the discharge nozzle is achieved. This change in pressure is applied to the actuator 6 as control pressure via a pneumatic amplifier 13 . This is expediently designed as a pneumatic servomotor with a diaphragm drive, which acts via a lever 14 on the setting of the propeller pitch in such a way that the pitch is increased with increasing control pressure. One gives the controller a certain characteristic, i. H. For example, a lead, the slope is briefly changed beyond the amount corresponding to the change in power and speed and the control process is accelerated. It is therefore not necessary to operate the machine at full speed even with a small load in order to be able to carry out maneuvers in quick succession. The steady state is set on the controller as soon as equilibrium is reached on the scales.
Wird die Drehzahleinstellung als Führungsgröße für die Regelanlage verwendet, so ist eine elektrische, elektro-pneumatische oder rein pneumatische Regelung möglich. In F i g. 4 ist die rein pneumatische Regelung als einfachste Ausführung schematisch dargestellt. Die gewünschte Leistung wird dabei wieder an einem Fahrhebel eingestellt, und damit wird zwangläufig durch eine Steuerung bekannter Bauart die zugehörige Drehzahl am Drehzahlregler des Motors eingestellt. Mit der Drehzahlverstellung gekuppelt, gegebenenfalls über eine Kurvenscheibe 15, ist wieder ein Sollwertgeber, der wie bereits beschrieben ausgebildet ist und dem Regler 4 den Sollwert für die Füllung vorgibt. Der Sollwertgeber kann sowohl am Drehzahlregler der Maschine als auch am Bedienungsstand angebracht sein und wird mit dem Fahrhebel direkt oder indirekt gestellt. Es ist aber auch denkbar, den Steuerdruck einer pneumatischen Drehzahlverstellung bekannter Bauart als pneumatischen Sollwert zu verwenden. Der Istwertgeber ist ebenfalls als Feindruckgeber ausgebildet und über einen Zahnstangentrieb mit der Füllung gekuppelt. Der Istwert wird, wie bereits beschrieben, über einen Meßumformer in den Regler gegeben, welch letzterer über ein Stellglied 6 die Steigung des Propellers so lange verstellt, bis der Istwert der Füllung den vorgegebenen Sollwert erreicht hat, d. h. die Maschine auf der der eingestellten Leistung und Drehzahl nach der Betriebskurve entsprechenden Füllung läuft. Da Ist- und Sollwert als Druck in den Regler gegeben werden, ist dieser in diesem Fall im wesentlichen als pneumatische Kraftwaage ausgebildet. Drosseln und Rückführbälge dienen dabei in bekannter Weise zur Einstellung der Reglercharakteristik. Die Arbeitsweise des Reglers ist im übrigen wie bereits beschrieben und an sich bekannt. Der Beharrungszustand liegt dabei wieder vor, wenn Ist- und Sollwert einander gleich sind, wobei die Füllung dem für die eingestellte Leistung und Drehzahl nach der Betriebskurve festgelegten Wert entspricht.If the speed setting is used as a reference variable for the control system, electrical, electro-pneumatic or purely pneumatic control is possible. In Fig. 4, the purely pneumatic control is shown schematically as the simplest embodiment. The desired power is set again on a drive lever, and thus the associated speed is inevitably set on the speed controller of the motor by a control of known design. Coupled with the speed adjustment, possibly via a cam disk 15, is again a setpoint generator, which is designed as already described and provides the controller 4 with the setpoint for the filling. The setpoint generator can be attached to the speed controller of the machine as well as to the control station and is set directly or indirectly with the drive lever. But it is also conceivable to use the control pressure of a pneumatic speed adjustment of known type as a pneumatic setpoint. The actual value transmitter is also designed as a fine pressure transmitter and is coupled to the filling via a rack and pinion drive. As already described, the actual value is fed into the controller via a transducer, which the latter adjusts the pitch of the propeller via an actuator 6 until the actual value of the filling has reached the specified setpoint, i.e. H. the machine runs on the filling corresponding to the set power and speed according to the operating curve. Since the actual and setpoint values are given to the controller as pressure, this is essentially designed as a pneumatic force balance in this case. Throttles and return bellows are used in a known manner to set the controller characteristics. The mode of operation of the controller is otherwise as already described and is known per se. The steady state is present again when the actual and setpoint values are equal to one another, the filling corresponding to the value specified for the set power and speed according to the operating curve.
Außer mit einer aus umsteuerbarer Maschine und einem von Null bis Maximum verstellbaren Propeller bestehenden Anlage kann das Schiff auch in anderer Weise manövriert werden. Zum Beispiel kann, wenn die Steigung am Propeller von »Voll voraus« über »Null« bis »Voll zurück« verstellbar ist und der oder die Maschinen nicht umsteuerbar sind, auch mit einem nach beiden Seiten wirkenden Stellglied manövriert werden. Je nach der Stellung des Umschalters 16 arbeitet der Steuerdruck des Reglers 17 dabei entweder auf dem Vorwärtsteil 18 oder Rückwärtsteil 19 des mit zwei Membranen versehenen Stellgliedes 6. Beim Steuerdruck Null wird der Propeller von den Federn 20 auf der Steigung Null ge- halten. Das Umschalten von Vorwärts- auf Rückwärtsfahrt kann mit dem gleichen Hilfsmittel wie die Fernsteuerung der Maschine durchgeführt werden (vgl. F i g. 5). Entlüftungen 24 mit Drosselorganen am Umschalter ermöglichen eine Anpassung der Manövrier- an die Regelgeschwindigkeit.In addition to a system consisting of a reversible machine and a propeller that can be adjusted from zero to maximum, the ship can also be maneuvered in other ways. For example, if the pitch on the propeller can be adjusted from "full ahead" through "zero" to "full back" and the machine (s) cannot be reversed, an actuator acting on both sides can also be used to maneuver. Depending on the position of the changeover switch 16 of the control pressure of the regulator 17 will operate either on the forward portion 18 or rearward portion 19 of the equipped with two membranes actuator 6. When the control pressure is zero, the propeller of the springs 20 on the slope becomes zero hold overall. Switching from forward to backward travel can be carried out with the same tools as the remote control of the machine (see FIG. 5). Vents 24 with throttling devices on the switch enable the maneuvering speed to be adapted to the control speed.
In der Leitung von der Regelanlage 4 zum Stellglied 6 kann außerdem ein an sich bekanntes Leitgerät vorgesehen sein. Dasselbe besteht aus einer Anzeige 21 für Ist- und Sollwert zur überwachung der Regelanlage 4 und einem Umschalter 25, der es ermöglicht, in den Regelvorgang von Hand einzugreifen bzw. ihn von Hand mit dem Feindruckgeber 23, der vom Luftdruck des Bordnetzes 22 gespeist wird, auszuführen.A control device known per se can also be provided in the line from the control system 4 to the actuator 6. The same consists of a display 21 for the actual and setpoint values for monitoring the control system 4 and a changeover switch 25, which makes it possible to intervene in the control process by hand or manually with the fine pressure sensor 23, which is fed by the air pressure of the on-board network 22, to execute.
Die Erfindung ist nicht auf das vorbesehriebene Ausführungsbeispiel beschränkt; so kann die pneumatische Steuerung selbstverständlich ganz oder teilweise durch eine hydraulische ersetzt werden.The invention is not restricted to the exemplary embodiment presented above; Thus, the pneumatic control can of course be entirely or partially replaced by a hydraulic.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEM55213A DE1232041B (en) | 1962-12-20 | 1962-12-20 | Method for the automatic adjustment of the pitch of the variable pitch propeller of ships driven by a piston engine |
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| DEM55213A DE1232041B (en) | 1962-12-20 | 1962-12-20 | Method for the automatic adjustment of the pitch of the variable pitch propeller of ships driven by a piston engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE1232041B true DE1232041B (en) | 1967-01-05 |
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ID=7308236
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| DEM55213A Pending DE1232041B (en) | 1962-12-20 | 1962-12-20 | Method for the automatic adjustment of the pitch of the variable pitch propeller of ships driven by a piston engine |
Country Status (1)
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| DE (1) | DE1232041B (en) |
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