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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb eines Luftfahrzeuges
mit zwei gegenläufigen koaxialen
Luftschrauben, mit einem Planetengetriebe mit Sonnenrad, mindestens
einem Planetenrad und einem Hohlrad, zum Antrieb mindestens einer Luftschraube.
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Vortriebe
für Fahrzeuge
mit gegenläufigen, koaxialen
Propellern sind an sich bekannt. Derartige Vortriebe können auch
für Schiffe
verwendet werden. Ohne damit eine Beschränkung zu beabsichtigen, wird
hier die Erfindung aber für
Luftfahrzeuge und deren Propeller beschrieben.
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Insbesondere
bei Flugzeugen sind die Vorteile von gegenläufigen, koaxialen Propellern
beträchtlich.
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Die
Probleme, die bei Flugzeugen mit einem Propeller beim Manövrieren
durch die Kreiselwirkung des Propellers erzeugt werden, können so
vermieden werden, da sich die Kreiselwirkungen der beiden Propeller
durch ihre Gegenläufigkeit
aufheben.
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Ferner
erzeugt eine einzelne Luftschraube, insbesondere bei kleiner Fluggeschwindigkeit,
einen beträchtlichen
Anteil an tangentialem und Wirbelluftstrom, dessen Energie weitestgehend
verloren geht. Bei zwei gegenläufigen,
koaxialen Propellern wird „dieser Luftstrom
durch den zweiten Propeller als dessen Voranströmung genutzt und in Summe ein verbesserter
Propellerwirkungsgrad erreicht.
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Ferner
erzeugt die durch einen einzelnen Propeller erzeugte unsymmetrische
Anströmung
am Seitenleitwerk einen Giereffekt um die Flugzeughochachse, dem
bei Flugzeugen mit einer Luftschraube in der Regel durch schräge Anordnung
der Motor/Propellerkombination oder durch asymmetrische Gestaltung
der Seitenleitwerksanordnung entgegengewirkt wird. Auch dies wird
durch zwei gegenläufige
koaxiale Luftschrauben vermieden, weil der Luftstrom der ersten
Luftschraube durch die zweite begradigt wird und zudem der Gesamtwiderstand des
Flugzeugs verringert wird.
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Gegenläufige Luftschrauben
müssen
natürlich
durch entsprechende Anstellung ihrer Blätter die gleiche Vortriebsrichtung
erhalten.
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Die
Luftschraube von Flugzeugen mit einem Propeller wird entweder direkt
oder über
ein Getriebe vom Motor angetrieben, und im letzteren Falle wegen der
einfacheren Wahl der Übersetzung,
der kompakten Bauweise und der Möglichkeit,
bei geringen Unterschieden in der Zahl der Zähne große Über- bzw. Untersetzungen zu
erhalten, häufig
durch ein Planetengetriebe. Dabei wird die Luftschraube vom Planetenträger mit
dessen Rotationsgeschwindigkeit angetrieben. Der zweckmäßige Antrieb
durch ein Planetengetriebe soll so weitergebildet werden, daß auch eine
zweite, gegenläufige
und koaxiale Luftschraube vorteilhaft angetrieben wird.
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Dies
wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß die
zweite Luftschraube vom Hohlrad angetrieben wird, wobei das Hohlrad
frei umläuft.
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Die
erfindungsgemäße Lösung hat
insbesondere folgende Vorteile:
Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung
gleichen sich die Drehmomente, die die jeweiligen Luftschrauben aufnehmen,
an, und somit kann die bei Flugzeugen mit einem Propeller festzustellende
Rückwirkung
auf das Gehäuse
und damit das gesamte Fluggerät
vermieden werden.
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Vorzugsweise
stützt
sich das Hohlrad über ein
Dünnringlager
am Getriebegehäuse
ab. Dadurch ist ein Freilauf gegenüber dem Gehäuse bei kompakter Bauweise
des Getriebes sichergestellt.
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Bevorzugt
wird die hintere Luftschraube vom Hohlrad angetrieben. Dies ermöglicht einen
einfachen konstruktiven Aufbau des gesamten Antriebes.
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Alternativ
wird die vordere Luftschraube vom Hohlrad angetrieben. Dies ist
zwar konstruktiv schwerer zu verwirklichen, hat aber den Vorteil,
daß dann
die vordere Luftschraube eine niedrigere Untersetzung hat als die
hintere, da die Untersetzung zwischen Sonnenrad und Hohlrad stets
um eins gegenüber
der Untersetzung zwischen Sonnenrad und Planetenträger vermindert
ist. Dann kommt man dem Ziel, Leistung (und damit Drehzahl) der
Luftschrauben anzugleichen, mit diesem Aufbau näher.
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Ein
Vorteil angeglichener Drehzahl ist, wie gesagt, eine bessere Kompensation
der Kreiselkräfte.
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Bevorzugt
ist die eine, vom Planetenträger angetriebene
Luftschraube so ausgestaltet, daß sie eine geringere Leistung
(bzw. die vom Hohlrad angetriebene eine höhere Leistung) aufnimmt. Somit
verändert
sich, da ja gleiches Drehmoment vorliegt, auch die jeweilige Drehzahl
nach unten bzw. oben. Damit kann auch versucht werden, den Drehzahlunterschied
zwischen Planetenträger
und Hohlrad, der allein aufgrund der konstruktiven Eigenschaften
eines solchen Getriebes auftritt, auszugleichen.
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Dies
kann durch eine unterschiedliche Anstellung der Blätter der
Luftschrauben oder durch einen unterschiedlichen Durchmesser der
Luftschrauben geschehen. Die erstere Lösung ist aber bevorzugt, da
so z.B. der Ausgleich der Kreiselwirkungen erhalten bleibt.
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Bevorzugt
ist der Antriebsmotor ein Elektromotor. Elektromotoren bieten viele
Vorteile der leichten Steuer- und Regelbarkeit, aber wegen ihrer
i.d. Regel höheren
Umdrehungszahlen ist ihr Einsatz mit Planetengetrieben besonders
vorteilhaft.
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Nachfolgend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen,
auf die wegen ihrer großen
Klarheit und Übersichtlichkeit
hinsichtlich der Offenbarung ausdrücklich verwiesen wird, noch
näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 Einen
Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Anordnung
aus Motor/Antriebswelle, Getriebe und zwei Luftschrauben.
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2 Einen
Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung aus Motor/Antriebswelle, Getriebe
und zwei Luftschrauben längs
der Linie A-A der 1.
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Im
Gehäuse 10 sitzt
der Motor (nicht gezeigt), vorzugsweise ein Elektromotor, der über das Planetengetriebe
die vordere Luftschraube 7 und die hintere Luftschraube 8 antreibt.
Der Motor treibt über die
Welle 11 das Antriebsritzel 1 an, das hier im
Rahmen der beispielsweisen Beschreibung als rechtsdrehend angenommen
wird. Die Zähne
des Ritzels 1 kämmen
mit den Zähnen
von (im Beispiel: zwei) Planetenrädern 2, 2', die sich dementsprechend
um ihre im Planetenradträger 3 laufenden
Achsen nach links drehen. Dadurch laufen die Planetenräder 2, 2' und mit ihnen
der Planetenradträger 3 im
Hohlrad 4 nach rechts, wie das Ritzel 1, um. Auf
der Antriebswelle 3' des
Planetenradträgers 3 sitzt
die eine, im Beispiel: vordere, Luftschraube 7, die bei
angenommen festem Hohlrad 4 mit der durch die Verhältnisse
der Verzahnungen bestimmten Übersetzung,
im Beispiel 6:1, ebenfalls nach rechts umläuft.
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Das
Hohlrad 4 sitzt fest in einem Zylinder 4', der über ein
(Dünnring-)Kugellager 5 gegen
radiale Verschiebung gesichert gegen das Getriebegehäuse 6 drehbar
ist. Dieser Zylinder ist nach vorne verjüngt und trägt die 2., hier hintere, Luftschraube 8.
Die Anordnung ist gegen die Abtriebswelle 3' durch ein weiteres Kugellager 5' gegen Verkippung
drehbar gesichert.
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2 zeigt
einen Querschnitt längs
der Linie A-A der 1. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche
Teile.
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Die Übersetzungsverhältnisse
werden aus den nachfolgenden Formeln ersichtlich, wobei
- US/PT
- = Untersetzungsverhältnis bei
Antrieb Sonnenrad, Abtrieb Planetenträger
- DS
- Drehzahl Sonnenrad
(= Drehzahl Motor)
- DH
- Drehzahl Hohlrad
- DPT
- Drehzahl Planetenträger
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Auflösung nach
DS ergibt: DS =
(US/PT × (DH + DPT)) – DH
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Auflösung nach
D
H ergibt:
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Auflösung nach
D
PT ergibt:
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Die
Drehzahl der vorderen bzw. hinteren Luftschraube ist je nach Konstruktion
die Drehzahl des Planetenträgers
bzw. des Hohlrades.
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Bei
Gleichlauf (= gleiche Drehzahl mit unterschiedlichen Vorzeichen)
beider Luftschrauben ist also DPT =
DH = DL und
somit DL = DS/(2USP – 1).
