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Lagerung von Propellerflügeln in den Nabenansätzen von Propellernaben
bei Propellern mit veränderlicher Blattsteigung Die Erfindung betrifft eine Lagerung
von Propellerflügeln in den Nabenansätzen von Propellern mit veränderlicher Blattsteigung.
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Es sind bereits Lager für die Luftschraubenflügel von Flugzeugpropellern
mit veränderlicher Propellerblattsteigung vorgeschlagen worden, welche aus einem
oder mehreren Ringen von sich verjüngenden Wälzkörpern bestehen ; bei dieser vorgeschlagenen
Anordnung läuft jeder Kranz von Wälzkörpern zwischen zwei kegelstumpfförmigen Laufbahnen;
die Anordnung der Wälzkörper ist so getroffen, daß ihre Kegelflächen alle sich in
einem Punkt auf der Verstellachse des Luftschraubenflügels schneiden, und zwar in
einem Punkt, in dem auch der imaginäre Schnittpunkt der kegelstumpfförmigen Laufbahnen
liegt. In diesem Lager werden die Rollwalzen in Richtung der Verstellachse des Luftschraubenflügels
vorgespannt; die Vorspannkraft sucht die Laufbahnen der Wälzkörper aneinander anzunähern,
so daß unter allen Betriebsbedingungen, die Laufbahnen in Kontakt mit den Wälzkörpern
bleiben. Die auf die Wälzkörper ausgeübte Vorspannkraft ruft infolge der konischen
Form der Wälzkörper an diesen eine Kraft hervor, welche die Wälzkörper in Richtung
von der Verstellachse des Luftschraubenflügels aus nach außen zu drücken sucht.
Eine Bewegung nach außen wird durch einen Druckring verhindert, der jeweils einer
der beiden Laufbahnen eines Wälzlagers zugeordnet ist; die Wälzkörper stoßen mit
ihrem dickeren Ende an den Druckring an.
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Bei diesen bekannten Lagern hat es sich herausgestellt, daß unter
dem Einfluß des Flatterns der Luftschraubenflügel in den Lagern Torsionsschwingungen
auftreten und daß infolge dieser Torsionsschwingungen ein sehr rascher Verschleiß
derjenigen Flächen der Wälzkörper eintritt, welche an den Druckringen anliegen.
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Bei dem Lager nach der Erfindung treten die von den bisher bekannten
Lagern her bekannten Schwierigkeiten nicht auf oder sind wesentlich vermindert.
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Erfindungsgemäß umfaßt in einem Propeller mit veränderlicher Blattsteigung,
bei dem jeder Propellerflügel an einen Nabenansatz der Propellernabe montiert ist,
der Lageraufbau der Propellerflügellagerung ein Kugellager und ein Zylinderdruckwalzenlager;
beide Lager sind auf die Verstellachse des Propellerflügels hin zentriert; die beiden
Lager sind in Richtung der Propellerflügelverstellachse voneinander beabstandet,
und zwar liegt das Kugellager näher an dem äußeren Ende des Flügels; beide Lager
besitzen zusammen drei Laufringe,, welche zwischen einer Schulter des Flügels und
einen in die Wurzel des Flügels eingeschraubten Spannkörper eingeklemmt sind; der
mittlere der drei Ringe liegt unmittelbar innerhalb des Nabenansatzes und ist an
diesem Nabenansatz befestigt.
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Die Vorspannkräfte für das Lager werden durch die Zusammenklemmung
der Lagerringe erzeugt; die Vorspannungskräfte können dabei dadurch verändert werden,
daß die Lagerringe mehr oder weniger stark zusammengeklemmt werden.
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Durch das Walzenlager werden auf die Nabe von dem Propellerflügel
her die auf diesen einwirkenden Zentrifugalkräfte übertragen, während das Kugellager
auf die Nabe die auf die Propellerflügel einwirkenden Schubkräfte überträgt.
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Da der mittlere der drei Laufringe unmittelbar in den Nabenansatz
des Propellerflügels eingesetzt ist, läßt sich der Lageraufbau so klein halten,
daß die Nabenansätze keinen wesentlich größeren Durchmesser haben als die Wurzeln
der Propellerflügel. Vorzugsweise ist die Schulter, an der die Laufringe einseitig
angeklemmt sind, von einem ringförmigen Absatz verringerten Querschnitts gebildet;
das innere Ende der Schaufelwurzel ist verjüngt und befindet sich innerhalb der
Laufringe; mit dem inneren Laufring steht es derart im Eingriff, daß eine relative
Verdrehung von Schaufel und innerem Laufring um die Verstellachse nicht möglich
ist. Auf diese Weise ist noch eine weitere Verringerung des Nabenansatzdurchmessers
möglich geworden.
Zweckmäßig ist an der Nabenwurzel ein kegelstumpfförmig
konvergierender Teil ausgebildet, und dieser kegelstumpfförmige Teil ist von einer
entgegengesetzten kegelstumpfförmigen Sitzfläche umgeben, welche in dem mittleren
der drei Laufringe ausgebildet ist. Die Achse des kegelstumpfförmigen Wurzelteiles
und die Achse der kegelstumpfförmigen Sitzfläche fallen mit der Verstellachse des
Propellerflügels zusammen; die kegelstumpfförmigen Flächen haben einen geringen
Abstand voneinander; dieser wird durch das Kugellager eingehalten.
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Wenn in einem derartigen Lageraufbau das Kugellager in Betrieb zu
Bruch geht, so ist eine geringfiigige seitliche Bewegung des Propellerflügels gegenüber
der Nabe möglich; durch diese Bewegung kommt der kegelstumpfförmige Teil der Propellerflügelwurzel
an die kegelstumpfförmige Sitzfläche zu liegen, so daß der Bewegung der Propellerflügel
gegenüber ihren Nabenansätzen eine Grenze gesetzt ist. In diesem Zustand ist es
zwar nicht möglich, normale Blatt- und Einstellungsbewegungen durchzuführen; wohl
aber ist es möglich, die Propellerflügel in Segelflugstellung zu bringen und dadurch
eine Gefährdung des Flugzeuges, welche andernfalls eintreten würde, zu verhindern.
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Für die Ansprüche 4 bis 13 wird Schutz nur im Zusammenhang mit dem
Hauptanspruch begehrt. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es
stellt dar Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Bauart eines erfindungsgemäßen
Lagers, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine zweite Bauart, Fig. 3 einen Querschnitt
durch ein abgeändertes Rollenlager, Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Rollenlager mit
einer weiteren Abänderung.
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In Fig. 1 ist an der Propellernabe 11 für jeden Propellerflügel ein
Nabenansatz 12 angebracht. Am äußeren Ende eines jeden Nabenansatzes ist bei 13
ein Innengewinde eingeschnitten. In dieses Innengewinde ist der mittlere Ring 14
eines Kugeldrucklagers und eines Zylinderrollendrucklagers eingesetzt; die beiden
Lager umfassen einen inneren Laufring 16, einen mittleren Laufring 14 und einen
äußeren Laufring 25. Das Wälzlager und das Kugellager sind beide auf die Verstellachse
des Propellerflügels hin zentriert und in Richtung dieser Achse voneinander beabstandet.
Dabei liegt das Kugellager näher bei dem äußeren Ende des Propellerflügels.
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Der innere Laufring 16 steht im Eingriff mit einem Flansch 17; der
Flansch 17 ist ein Teil eines Spannkörpers 18, der in die Wurzel der Schaufel eingeschraubt
ist und über die ganze Länge des Lageraufbaus hinwegreicht. Der Flansch 17 liegt
an der inneren Fläche, d. h. der der Propellernabe näher gelegenen Fläche des inneren
Laufringes 16 an. An seinem peripheren Rand ist der Flansch 17 bei 19 verzahnt.
Mit dieser Verzahnung steht er im Eingriff mit einer Sperrplatte, welche zweckmäßig
an der Innenfläche des inneren Laufringes 16 befestigt ist.
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Die Wurzel 23 des Propellerflügels umfaßt einen Absatz, bestehend
aus einem verjüngten Abschnitt 24; die Laufringe 16, 24 und 25 sind zwischen einer
Schulter 26 am Beginn des verjüngten Abschnitts 24 und dem Flansch 17 eingeklemmt;
zwischen dem Laufring 25 und der Schulter 26 liegt eine Beilagscheibe 27; der verjüngte
Abschnitt 24 verläuft innerhalb der Laufringe.
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Die innere Endfläche der Propellerwurzel ist ebenfalls verzahnt (s.
bei 28) und greift mit dieser Verzahnung in eine entsprechende Verzahnung 29 ein,
welche an der radial inneren Seite des Laufringes 16 ausgebildet ist. Dadurch ist
eine relative Bewegung des Propellers 21 und des Laufringes 16 zueinander um die
Propellerflügelverstellachse unterbunden.
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Um zu verhindern, daß das Lager sich aus dem Ansatz 12 lösen kann,
ist am frei liegenden Außenumfang des Laufringes 14 eine Verzahnung 30 ausgebildet,
welche mit einer entsprechend verzahnten Sperrplatte im Eingriff steht. Diese Sperrplatte
ist an der Nabe 11 angeschraubt.
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Zwischen. Laufbahnen 25a und 14a des Laufringes 25 bzw. des Laufringes
14 ist ein in einem Käfig 32 enthaltener Kranz von Kugeln 31 eingesetzt.
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Zwischen Laufbahnen 14 b und 16 a auf der Innenfläche des mittleren
Laufringes 14 bzw. der äußeren Fläche des inneren Laufringes 16 befindet sich ein
Kranz von Wälzkörpern 33, welche in einem Käfig 34 zusammengefaßt sind.
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Eine Verzahnung läßt sich in diesem Lageraufbau dadurch erzeugen,
daß man den Spannkörper 18 in die Wurzel des Propellerflügels einschraubt, so daß
unter allen Betriebsbedingungen die Wälzkörper und die Kugeln in Berührung mit ihren
Laufbahnen bleiben. Man erkennt, daß die auf den Propellerflügel einwirkenden Zentrifugalkräfte
von dem Wälzlager aufgenommen werden, während die Schubkräfte von dem Kugellager
aufgenommen werden.
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Der verjüngte Abschnitt 24 besteht teilweise aus einer konischen Fläche
35, welche nach dem Wurzelende der Schaufel hin konvergiert und innerhalb einer
entsprechenden kegelstumpfförmigen Sitzfläche 36 liegt; die letztere ist an der
radial inneren Seite des mittleren Ringes 14 ausgebildet. Die Achse der kegelstumpfförmigen
Fläche 35 und die Achse der kegelstumpfförmigen Sitzfläche 36 fallen mit der Flügelverstellachse
zusammen.
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Zwischen der kegelstumpfförmigen Fläche 35 und der kegelstumpfförmigen
Sitzfläche 36 liegt ein schmaler Spalt 37, der durch das Kugellager eingehalten
wird. Wenn das Kugellager während des Fluges zu Bruch gehen sollte, so legt sich
die Fläche 35 an der Sitzfläche 36 an. Dadurch ist verhindert, daß sich der Propellerflügel
innerhalb des Nabenansatzes allzu weit verschiebt. Eine normale Verstellbarkeit
des Propellerflügels ist dann zwar nicht mehr gegeben, immerhin ist es aber möglich,
den Propeller in Segelflugstellung zu bringen, wenn einer seiner Flügel mit seinem
Lager auf der Sitzfläche 36 anliegt.
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Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, welche im wesentlichen
mit Fig. 1 übereinstimmt. Der einzige Unterschied zwischen beiden Ausführungsformen
liegt darin, daß das Kugellager der Fig. 1 durch ein schräg belastbares Kugellager,
d. h. ein Kugellager ersetzt ist, welches für die übertragung von außerhalb: der
Lagerebene liegenden Kräften geeignet ist; dadurch ist den hohen, in den Propellerflügeln
auftretenden Biegemomenten Rechnung getragen. Die Laufbahnen 125a und 114a des schräg
belastbaren Kugellagers sind der Form der Kugeln eng angepaßt und umschließen diese
auf einem Winkel von nur annähernd 90°. Der Kugellagerkäfig 132 ist in dieser Ausführungsform
kegelstumpfförmig.
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Die abgeänderten Laufbahnen 125 a und 114 a füh-
ren zu einer
besseren Verteilung der an der Wurzel der Propellerflügel auftretenden Kräfte, wenn
die Propellerflügel unter der aerodynatnischen Querbelastung hohen Biegekräften
ausgesetzt sind.
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In beiden Ausführungsformen ist der Durchmesser des Nabenansatzes
12 wenig größer als der Durchmesser
der Schaufelwurzel. Dies wurde
einmal dadurch erreicht, daß der mittlere Ring 14 unmittelbar innerhalb des Nabenansatzes
untergebracht ist, und teilweise dadurch, daß das Lager im wesentlichen innerhalb
des Wurzeldurchmessers liegt, was wiederum durch eine Verjüngung des Wurzelendes
der Propellerflügel möglich geworden ist.
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Dank des geringen Durchmessers der Nabenansätze 12 bleibt auch der
Gesamtdurchmesser der Propellernabe gering; die Folge ist, daß auch der Durchmesser
der Luftschraubennabenhaube verhältnismäßig klein ist. Dies ist von großem Vorteil
bei Gasturbinenpropellertriebwerken, da bei solchen Triebwerken der Durchmesser
der Luftschraubennabenhaube durch den notwendigen Innendurchmesser des ringförmigen
Luftansaugstutzens bestimmt ist.
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Durch Verwendung eines Zylinderwalzendrucklagers ist es sichergestellt,
daß auch größte Zentrifugalkräfte von dem Lager aufgenommen werden.
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In dem Kugeldrucklager der Fig. 1 sind die Laufbahnen tief eingeschnittene
Rinnen, so daß auch hier hohe Kräfte senkrecht zur Verstellachse des Flügels übertragen
werden können. Außerdem ist das Lager so ausgebildet, daß eine hohe Vorspannung
möglich ist und somit die von dem Flügel herrührenden Wechselbeanspruchungen aufgenommen
werden können.
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Der Flansch, 17 liegt an dem Ring 16 in einer geneigten Ringfläche
an, so daß die durch die Vorspannung erzeugte Reaktionskraft durch die Zentren der
Wälzkörper des Wälzlagers und auch durch die Zentren der Kugeln des Kugellagers
verläuft. Dadurch entsteht die Möglichkeit, den Querschnitt der Laufringe innerhalb
des zur Verfügung stehenden Raumes am größten zu machen; die Verbiegung der Laufringe
unter der hohen Zentrifugalbeanspruchung wird dadurch verringert.
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In der Ausführungsform der Fig. 2 kann der Käfig 132 des schräg belastbaren
Kugellagers weggelassen werden. Es kann dann die Zahl der Kugeln erhöht und damit
die Belastbarkeit des Lagers vergrößert werden.
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In den Rollenlagern der Fig. 1 und 2 können eine oder beide Endflächen
der Wälzkörper abgerundet oder gewölbt sein, so daß die Reibung zwischen den Rollen
und den anliegenden Begrenzungsflächen der sie aufnehmenden Taschen vermindert ist.
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In Fig. 3 ist eine abgeänderte Ausführungsform des Rollenlagers dargestellt.
Diese Ausführungsform des Rollenlagers kann in den Lageraufbauten der Fig. 1 und
2 Verwendung finden.
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Die Änderung besteht darin, daß an Stelle eines einzigen Wälzkörpers
ein Paar gleich großer Wälzkörper 133 und 134 Verwendung findet. Die Wälzcharakteristiken
werden durch diese Anordnung verbessert. Die beiden Endflächen der Wälzkörper können
flach sein. Es können aber auch eine oder beide Endflächen stirnseitig aneinander
anliegender Wälzkörper abgerundet oder gewölbt sein, wodurch sich die Reibung verringert.
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In Fig. 4 ist nochmals eine Abänderung des Wälzlagers dargestellt;
diese Abänderung ergibt eine gleichmäßige Verteilung der zu übertragenden Druckkräfte.
In jeder Tasche 137 des Wälzlagerkäfigs ist ein langer und ein kurzer Wälzkörper
enthalten, und zwar ist abwechselnd in einer Käfigtasche der radial innere Wälzkörper
der längere und der radial äußere der kürzere und in der nächsten Käfigtasche der
radial innere der kürzere und der radial äußere der längere. Auch hier können die
Stirnflächen der Wälzkörper wieder flach, abgerundet oder gewölbt sein.