Selbstregelnder Verstellpropeller, insbesondere für Luftfahrzeuge. Die Befestigung der Flügel von Luft fahrzeugpropellern durch Kreuzgelenke mit einer zur Antriebswelle radialen und einer zur Flügelaxe querliegenden Axe zu dem Zwecke, die Eigenfrequenz des Systems Mo torenwelle-Propeller zu erhöhen und Bie- gungs- und Kreiselmomente auf ein Kleinst- mass herunterzubringen, ist bekannt.
Es sind auch Vorschläge bekannt, die Flügelsteigung solcher Verstellpropeller von Hand während des Fluges einstellbar zu machen, z. B. durch ein an dem der Antriebs welle zunächst liegenden Glied des Kreuz gelenkes angreifendes Verstellgetriebe, wel ches zum Beispiel mit einem Regler und einem Servomotor zwecks Gleichhaltung bezw. Änderung der Drehzahl des Propellers versehen ist.
Solche Vorrichtungen haben den Nachteil, dass sie Kraftzuleitungen und Gestänge vom Führer zum Propeller für den Servomotor oder für den Regler zwecks Um- schalturig auf verschiedene Drehzahlen oder für beide erfordern, was Platz und Gewicht vieler verwickelter Teile beansprucht, und dass sie bei Änderung der Betriebsdrehzahl oder Übergang zur Gleitflugstellung (Stei gung unendlich) der Propellerflügel einen Eingriff des ohnehin schon stark in An spruch genommenen Führers verlangen.
Bei Propellern mit nur um eine Radial axe verstellbare. Flügeln anderseits ist vor geschlagen worden, diese Axe so zu stellen, dass sie unter einem kleinen Winkel schräg zur Flügelblattlängsaxe verläuft, damit eine Änderung der Flügelsteigung bei Änderung des Flugzustandes selbsttätig herbeigeführt wird.
Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstregelnden Verstellpropeller, insbeson dere für Luftfahrzeuge, bei welchem jeder Flügel um eine wenigstens annähernd radial zur Propellerwelle stehende Axe und um eine quer zu dieser stehende Axe schwenkbar ist, und besteht darin, dass die Queraxe um die Radialaxe schwenkbar ist.
Dies hat den Vor teil, dass die Flügel, welche sehr geringe Bie gungsmomente und Kreiselkräfte erzeugen und die Resonanzfrequenz der Motorwelle wesentlich heraufsetzen, sich ohne Eingriff des Führers und ohne Platzbedarf für ein vor oder hinter dem Propeller liegendes Ver stellgetriebe auf die vorgeschriebenen Höchst drehzahlen bei Höchstleistung des Motors und auf niedrigere Spardrehzahlen bei Dros selung des Motors bezw. Stillstand im Gleit flug selbsttätig einstellen.
Die selbsttätige Steigungseinstellung der Flügel kommt dadurch zustande, dass beim Anwerfen des Motors jeder Flügel durch seinen Luftwiderstand zunächst etwas in der Umlaufebene zurückgeschwenkt wird, so dass die Luftkraft mit den Komponenten Schub und Drehwiderstand ein Drehmoment um die Radialaxe ausübt. Hierdurch wird der Flügel nebst seiner Queraxe um die Radialaxe her umgedreht, bis das Gleichgewicht von Schub, Drehwiderstand und Fliehkraft am. Flügel erreicht ist. Beim Herumdrehen des Flügels um die Radialaxe wird nämlich der Flügel unter der Wirkung einer grösseren Luftkraft auf eine geringere Steigung eingestellt, wäh rend ein zunehmendes Drehmoment des Mo tors den Flügel steiler zu stellen sucht.
Da mit dem Flacherstellen des Flügels auch die Queraxe um die Radialaxe derart ver- schwenkt wird, dass der Flügel mit dem Flacherstellen auch mehr in Richtung der Luftkraft, z. B. nach vorn, schwenken kann, passt sich der Flügel auch jeweils der Rich tung der Fliehkraft an. Der Flügel stellt sich also jeweils selbsttätig derart ein, dass Schub, Drehwiderstand und Fliehkraft am Flügel im Gleichgewicht sind.
Allerdings lassen sich auf diese Weise nur in zwei Flug- und Drehmomentzustän den die Drehzahlen genau vorschreiben, da zunächst nur zwei konstruktive Variable, nämlich der Abstand der Queraxe von der Propellerwelle und der Winkel der Queraxe zum -Flügelblatt vorhanden sind. Wählt man jedoch zwei äusserste Flugzustände, z. B. Start und Flug mit maximaler Geschwindig keit, so wird der Drehzahlverlauf zwischen ihnen eine stetige Funktion. Es ist jedoch auch, wenn eine grössere Anzahl genau vor geschriebener Drehzahlen für verschiedene Flugzustände und Brennstoffzufuhren ver langt wird, möglich, weitere konstruktive Variable anzufügen.
Zu diesem Zwecke kann zur selbsttätigen Veränderung des Winkels der Queraxe zum Flügelblatt in der radialen Axe ein federbelastetes Fliehgewicht an geordnet sein, das so abgestimmt werden kann, dass es bei konstanter Federhärte für einen dritten Flugzustand genau vorschreib bare Drehzahl und für veränderliche Feder härte für beliebig viele Flugzustände vor schreibbare Drehzahlen liefert. Eine sichere Einstellung der Flügel unter der Wirkung von Schub, Drehwiderstand und Fliehkraft kann insbesondere durch einen kann insbesondere durch einen Lagerkörper erzielt werden, der sich um eine radial zur Propellerwelle stehende Axe dreht und den Flügel in einem queraxigen Lager trägt oder gleichzeitig selbst mitsamt dem Flügel um die Queraxe schwenkbar ist.
Die in sämtlichen Stellungen praktisch bie gungsfreie Flügelwurzel nimmt dann ihre Selbsteinstellung unter Ausschluss jeder Klemmungsgefahr äusserst schnell und stoss frei vor, und dadurch wird die Selbsteinstel lung so feinfühlig, dass auf ein (konstruktiv an sich leicht mögliches) Gleichlaufkuppeln sämtlicher Flügel des Propellers verzichtet werden kann und damit die aus Windstössen und Kreiselkräften beim Kurvenflug ent stehenden Beanspruchungen durch die freie Einzelnachgiebigkeit der Flügel besonders klein gehalten werden.
Für die praktische Ausgestaltung ist es wichtig, dass die Flügelqueraxe sowohl hin sichtlich ihres Abstandes von der Propeller welle wie hinsichtlich ihrer Winkelstellung zum Flügelblatt im Stillstand einstellbar ist. Das ermöglicht dann nicht nur das nachträg liche Ausgleichen unvermeidbarer Ungenauig keiten bei der Vorausberechnung dieser Ein- stellungen, sondern auch das Anpassen ein und desselben Propellers an verschiedene Flugzeugarten.
Die Zeichnung veranschaulicht den Er findungsgegenstand in einigen Ausführungs beispielen, und zwar ist: Fig. 1 die schematische Perspektivdar stellung des Verstellpropellers, Fig. 2 die Seitenansicht einer Ausfüh rung. mit getrennten Wälzlagern für beide Schwenkbewegungen, teilweise im Schnitt, Fig. 3 die Hinteransicht einer Ausfüh rung -mit nach innen gewölbten Mehrfach Kugelschalen für gleichzeitige Ermöglichung beider Bewegungen bei schrägliegender Flügeläxe, teilweise im Schnitt, Fig.
4 der Längsschnitt einer Ausführung mit nach aussengewölbten Kugelsohalen zur gleichzeitigen Ermöglichung beider Bewe- gungen. und mit vollen Leichtmetallflügeln, Fig. 5 und 6 der Längsschnitt und die Flügelfuss-Oberansicht eines im Stand auf verschiedene Selbstregel-Charakteristiken ein stellbaren Propellers, mit nach aussen, gewölb ten Kugelschalen, Fig.
7 ein Teilschnitt einer Abwandlung mit Fliehgewicht zum selbsttätigen Ändern dar Propellercharakteristik für weitere Be- triebszustände, und Fig. -8 ein Teilschnitt einer Ausführungs form mit Öldruckkolben zum Handeingriff oder selbsttätigen Eingriff in die Selbstrege- lungswirkung.
Grundsätzlich für jeden Propeller sitzt nach Fig. 1 jeder Flügel auf einer Quer- schwenkaxe 48, die ihrerseits um eine radial zur Propellerwelle stehende Axe 49 drehbar ist.
Die Queraxe 4.8 schliesst mit einem irgendwo herausgegriffenen Flügelblattprofil (schraffiert gezeichnet) einen bestimmten Winkel ein, der am. einfachsten als;
die Dif ferenz der beiden eingezeichneten Winkel 50, 51 gegen die zur Propellerwelle parallelen Linien 52, 53 zu messen ist. Anderseits hat dis Queraxe den eingezeichneten Abstand 54 von der Propellerwelle. Bei dem durch Pfeil angedeuteten Drehsinn' der Pröpellerwelle entsteht eine Resultierende der auf jedes Pro- filelement wirkenden Beiträge vom ,Schub 55 (d. h.
der in Flugrichtung wirkenden. Kom ponenten der Luftkraft), vom Drehwider stand 56 (d. h. der in Umfangsrichtung ,des Propellers wirkenden. Komponente .der Luft kraft und der Fliehkraft 57, infolge derer der Flügel in der Drehebene um ,seine Quer- ass 48 zurückschwanken muss.
Der nach vorn wirkende Schub 5,5 des Propellers hat dabei einen Hebelarm 5,8 um die radiale Axe 49 des Flügels und dreht ,diesen nach vorn um so stärker, je stärker der ;Schub im Verhältnis zum Drehwiderstand und zur Fliehkraft ist. Mit dieser Drehung ist eine Flacherstellung der Flügelblattprofile verbunden, deren Aus mass vorausbestimmbar ist durch den Ab stand 54 der Queraxe 48 von der Propeller- welle und ,die Einstellung des Winkels zwi schen der Queraxe und der Sehne des als massgebend herausgegriffenen Flügelblatt profils. _ Nach Fig.
2' ,sind in einer Nabe 1 für die ein zelnen Flügel Lagerhülsen 2 eingeschraubt; sie mithalten mit Verschlussmuttern 3 festgelegte Lagerringe 4, die runter Zwischenfügung üb- licher Lagerkugeln oder -rollen je einen Lagerkörper 5 tragen, der sieh somit um die ideelle Mittelaxe des unigeschwenkten Flü gels drehen kann.
Der Lagerkörper 5 enthält einen mittels einer Muffe 6 eingesetzten hoh len Lagerzapfen 7 und an dem Fuss 8 des Flügels ist durch eine Verlängerung 9 ein Querlagern 10 angesetzt,
das unter Einfügung von Kugeln oder Rollen oder Nadeln als Wälzkörper auf dem Zäpfen y7 läuft. Der .r1 lüget kann auf .diese Weise im Lagerring 4 um,den :
Zapfen '1 pendeln und ausserdem zu sammen mit @ dem Lagerkörper 5 sich im Lagerring 4 um die radiale Axe des Flügels drehen, so dass er sich also unter den Ein wirkungen der Fliehkraft, des Drehwider standes und des Schubes einstellt.
Der Flügel ist,zweckmässig nahe dem Fuss 8 möglichst dünn ausgebildet, um dann erst zur Längsmitte hin, breiter oder dicker oder jedenfalls biegungssteifer zu werden, so dass die $legungssteifigkeit unda@ss@enverilung überall im -wesentlichen den auftretenden Biegungsbeanspruchungen entsprechen.
Nach Fig. 3 sind die Nabe 1 und die Lagerhülse 2 ähnlich wie im vorigen Bei spiele; aber in diese Hülse ist hier eine Reihe von Kugelschalen 11, 12 eingesetzt, welche ,der Flügelfuss 8 mit Kugelschalen 13, 14 hin tergreift, die an :der Flügelfussverlängerung 9 -durch eine mehrstufige Ringmutter fest gelegt sind. Ein Boden 15 des Flügelfusses 8 wirkt als Gegenlagerfläche, so dass der Flü gel spielfrei indem von den Schalen gebilde ten Gleitlager gehalten ist.
Da in diesem Lager der Flügel vollkommen frei kugel gelenkig .spielen könnte und somit überhaupt keine festen Steigungswinkel einhalten würde, ist die Einschränkung auf eine Bewegung um eine Queraxe durch eine von den eigentlichen Lagerbelastungen freie Zusatzschale 16 ge geben, die in der Lagerhülse 2 mit Bewe- gungsgewinde leicht drehbar ist und eine Nut. enthält, in die eine Mitnehmerrippe 17 .der Flügelfuss-Lagerschale 14 so eingreift, dass der Flügelfuss nur in Richtung .dieser Nut, also in der Zeichnungsebene schwenken kann.
Die mehrstufige Ringmutter kann zur Genaueinstellbarkeit der Kugelschale u 13, 14 durch getrennte Schraubenmuttern ersetzt sein. Zusätzlich oder in Ersatz dieser Ein stellbarkeit können auch die Kugelschalen 11, 121 an .der Nabe getrennt einstellbar sein.
Die doppelte Anordnung der Kugelschalen be wirkt, dass ohne unerwünschte Vergrösserung dies gesamten Lagerdurchmessers die Flächen pressung im Lager herabgesetzt ist, und das kann durch Hintereinauderschaltang von noch mehr als je zwei Kugel-schalen in noch wei terem Masse geschehen, während\ anderseits bei leichten Flügeln je eine einzige Kugel- sohale genügt.
In sämtlichen Ausführungsformen kann ferner die, in Fia. 3 gezeigte Einzelheit vor- geseh@en :sein. dass die Fl'ügelfusshiilse 8 gegeniiber der radialen Lageraxe im Sinne der Resultierenden aus Schub, Drehwider- ctand und Fliehkraft so geneigt ist. dass ein üblicher geradliniger Flügel in .den verschie denen Flugzuständen jeweils nur kleine Schwenkbewegungen bis zum Einspielen in die jeweilige Resultierende auszuführen braucht.
Das ergibt dann infolge der kleinen Einspielwege kleine und leicht unterbring bare Flügelgelenke mit zentrischen Durch trittslöchern für die Flügelfussverlänge rung 9.
Nach Fig. 4 sind in die an die Schrauben welle angeflanschte Nabe 1 wieder zwei (oder mehr) Hülsen 2 eingeschraubt und durch Gegenmuttern oder sonstige Mittel gesichert, die hier in nach aussen durchgewölbten Kugelschalen 20 endigen. Diese Kugelschalen 20 sind zwischen Flügelschaft-Kugelsclralen 21 und innern Kugelisehalen 22 eingeschlossen, von denen die ersten unmittelbar an den Flügeln 23 sitzen, die hier aus Leichtmetall hergestellt sind, während die innern Kugel schalen 2,2 an den Flügeln durch Schrauben bolzen 24 gehalten sind; diese sämtlichen Teile sind aneinander gegen Verdrehen ge sichert.
Am Schraubenbolzen 24 ist auf eine feine Verzahnung 25 ein Mitnehmerkranz 2'6 auf gesetzt, in den wieder die diametrale Mit neh:merrippe 17 eingreift, die hier an der in der Hülse 2 drehbaren Hilfsschale 16 sitzt. Der Mitnehmerkranz 26 ist axial leicht be weglich und durch eine Feder 2:7 an die Hilfssichale 16 angedrückt.
Die Verdrehbar- keit d er Hilfsschale 16 ist ferner auf .den für die Flügeleinstellung nötigen Bereich be grenzt. indem eine Änschlagschraube 28 von der Hülse 2 aus zwischen Anschläge 29 der Schale eingreift. Insbesondere dient einer der Anschläge auch zur Begrenzung der Segel stellung.
Dieter Prepeller arbeitet wie :der wrigge; nur ermöglich'.; hier die nach aussen gewölbte Iiugelsehale 20 das Ueranlegen der durch den Kugelmittelpunkt gehenden Querase dicht an die Propellerwelle, wie es die Rechnung in vielen; Fällen erfordert.
Mittels der Feinverzahnung 25 kann der Winkel zwischen dem Flügelblatt und der Queraxe eingestellt werden, indem die Hilfs schale 16 herausgeschraubt wird und der dä- durch von der Verzahnung 25 abgleitende Mitnehrmerkranz 26 nach verlangter Ver drehung wieder auf :die Verzahnung aufge setzt wird. Ein vornliegendes Handloch :der Nabe 1 gibt hierzu bequeme Zugänglichkeit.
Nach Fig. 5 und 6 sind die Schalau 2,0, 21, 22,dieselben wie im vorigen Fallre. Hin gegen sind die :äussern Kugelschalen 21 an Flüzgelfusshülsen 30 vorgesehen, die im Quer profil zweispitzig sind und -dabei aus zwei mit Rippen versehenen, durch Schrauben gegeneinander gepressten Halbschalen be stehen, die den stromlinienförmigen Flügel schaft festspannen, während die innern Kugelschalen 22 mit den Flügelschäften ,durch besondere hohle Zugbolzen 3:1 verbun den sind. Diese Zugbolzen 31 .greifen an :
.den Flügelschäften mit einer Feinverzahnung <B>3.2</B> an, .so dass sie verschiedene Drehlagen zum Flügelschaft einnehmen und diesen dann nach dem Anziehen :des Bolzens unverrückbar festhalten können, also sich mitsamt dem Flügelschaft ;drehen.
Der Fliehkraftdruck wird dabei durch ein. Kugellager 3:3: über tragen, :das unter :die Mutter 3:4 :des Zug bolzens 31 gelegt ist. In jeden Zugbolzen ist mit Verkeilung oder Verzahnung :eine Mit nehmerrippe 17 eingesetzt, die in einem Längsschlitz der Hilfsschale 16 gleitbar ist.
die ihrerseits in :der Traghülse 2i leicht ver drehbar ,gelagert ist, entweder wie dargestellt mittels eines üblichen Lagers oder wie in Fig. 4 mit Bewegungsgewinde, :das den Vor teil hat, dass, es :einteilig ohne Gegenmutter und deren Sicherungen als Lager arbeitet.
Mittels der Zugbolzen-Feinverzahnung 3.2 kann eine Grundeinstellung vorgenommen werden, die die durch die Mitnehmerrippe 17 festgelegte Quergelenkage in verschiedene Stellungen zu :der als massgeblich zugrunde gelegten Profilsehne des Flügelblattes :einzu stellen erlaubt, je nach :den geforderten Selbsteinstellungen des Flügels zwecks Er zielung zweier bestimmter Drehzahlen in zwei Betriebszuständen. Nach Fig. 7 hält der Zugbolzen 31 die Mitnehmerrippe 17 :statt mit einer Feinver- zahnung mit einem nicht selbstsperrenden Stellgewinde 36 derart, dass die Rippe bei einer Axialverschiebung eine Verdrehung er fährt.
Zum Erzeugen dieser Axialverschie bung ist die Mitnehmerrippe 17 .durch eine Stange 317 an ein Fliehgewicht 3.8 angeschlos sen und entgegen dessen Fliehkraftwirkung durch eine oder mehrere Federn 3:9 belastet, die sich an einem Sitzkragen 40 :des Bolzens 31 abstützten. Die Wirkung ist hier beispiels weise die, dass bei allen üblichen Betriebs drehzahlen :das Fliehgewieht 38 :durch :
die Feder 39 au seinen .Sitz gepresst .gehalten bleibt, so dass also die Drehlage der Mit- nehmerrippe 17 zum Zugbolzen 31 und damit zum Flügel unverändert bleibt und :die üb liche Regelung erfolgt. Nimmt dann die Drehzahl über ein, bestimmtes Grenzmass hin- aus zu, so beginnt :
das Fliehgewicht 38 nach aussen zu gehen und verdreht :dabei die Mit- nehmerrippe 17 und diese Verdrehung der Quergelenkaxe gegenüber :dem Flügelblatt bedeutet :eine Zusatzregelung, :die durch Stei- gungsvergrösserung ein unerwünscht weit gehendes Überschreiten .der Regeldrehzahl verhütet. . Umgekehrt kann auch die Feder 39 so schwach gewählt sein, dass das.
Fliehgewicht 3'8 im Regelbetrieb an seiner äussern Hub begrenzung anliegt und nur bei starker Un terschreitung der Regeldrehzahl ,sich nach innen bewegt und .der Mitnehmerrippe 17 ein:- entgegengesetzte Verdrehung gegenüber der oben erwähnten erteilt, so dass eine un erwünscht weitgehende Unterschreitung der Regeldrehzahl :durch Steigungsverkleinerung verhütet wird.
Bei der Feder 39 :kann eine nicht lineare Federcharakteristik durch Federn mit kege- ligen oder verschieden, stark steigenden Win dungen oder Zusammenarbeiten mehrerer Federn, erzielt und dazu benutzt sein, für be liebig viele Flugzustände genau vorgeschrie bene Drehzahlen zu erzwingen.
Nach Fig. 8 ist auf ähnlichem Wege eine Reglerbeeinflussung von Hand .erzielbar, in dem im Zugbolzen :31 :die Mitnehmerrippe 7.7 wieder .mit einem Steilgewinde 3G geführt und hier durch eine Stange 3,7 an einem hy draulischen Kolben 41 angeschlossen ist, während eine Feder 42 den Kolben hier im Sinne der Fliehkraft belastet. Eine Schlauch- leitung ,
43 führt Drucköl vom Motor oder von einem besonderen Behälter her über ein von Hand zu öffnendes und zu schliessendes Steuerglied heran, und zwar in eine .Bohrung 44 der Kolbenstange ,37 hinein, aus der es in den ausserhalb des Kolbens 41 liegenden Zug- bolzenraum fliesst.
Hier nimmt also der Kol ben 41 samt der Mitnehmerrippe 17 eine aussenliegende Regelstellung ein, in der er beim. ganzen Regelbetrieb bleibt, bis durch von Hand (oder durch einen Regler) ge steuerte Druckölzufuhr ein Einwärtsdrücken des Kolbens und Verdrehen der Mitnehmer rippe erfolgt und dadurch die Flügelsteigung in besondere zur Sicherung gegen Sturzflug- Überdrehzahle:
n oder auch zur Umsteuerung auf Rückwärts-drücken eingestellt wird, oder es wird umgekehrt,der von selbst sich immer auf genügend grosse Steigungen einregelnde Flügel durch die willkürlich., Druckölzufuhr auf .kleinere Steigungen gebracht für beson ders starkes Anziehen beim Start oder etwa auch zur Umsteuerung auf Rückwärts drücken.
Besonders wichtig ist diese Öldruck steuerung, um bei Motoren, die keinen Star ter haben, aus der Segelstellung den Motor wiederauspringen zu lassen. Dies wird be wirkt durch eine solche Verdrehung der Mit nehmerrippe und somit der Flügel durch Öl druck, dass infolge der erzeugten Flügelstei gung .der Fahrtwind ein Drehmoment erzeugt; das den Motor bei vorheriger Einstellung von Gas und Zündung anwirft.