DE1068121B - Luftschraube mit veränderlicher Steigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine insbesondere für Flugzeuge geeignete Luftschraube mit durch einen Zentrifugalregulator selbsttätig gesteuerter, Steigungsänderung der Schraubenflügel.

Es ist bereits eine Verstell-Luftschraube bekannt, bei der die Flügel mittels schraubengangartiger, Tragkugeln aufweisender Drehführungen in der Luftschraubennabe aufgenommen werden. Dabei ist die Schraubensteigung der an den Nabenarmen vorgesehenen Flügel-Drehführungen so gewählt, daß die auf die Flügel wirkende Zentrifugalkraft größer ist als die auf die Flügel wirkende, sie im Sinne kleinerer Steigung zu verdrehen suchende Widerstandskraft. Es ist ferner bekannt, bei Verstellschrauben hydraulischmechanische Regeleinrichtungen vorzusehen, die im wesentlichen aus einem den Kolben der Hydraulik mit den Flügeln kraftschlüssig verbindenden Zahnstangenantrieb bestehen, wobei an den Flügelfüßen je ein über eine starr mit dem Kolben der Hydraulik verbundene Zahnstange zusammenwirkendes Zahnrad vorhanden ist. Schließlich ist auch noch eine Schraube mit veränderlicher Steigung bekannt, bei der in Verbindung mit einem Zentrifugalregler ein hydraulischer Krafterzeuger vorgesehen ist, der aus einer Zahnradpumpe besteht, deren Saugseite mit einem Flüssigkeitsvorratsbehälter in Verbindung steht. Das von der Pumpe geförderte Drucköl steht einerseits mit einer Überdruckklappe und andererseits mit dem Zentrifugalregler in Verbindung. Obwohl die letztgenannte Schraube gegenüber den anderen bekannten Verstellschrauben wesentliche Fortschritte mit sich bringt, weist sie dennoch Mängel auf: Der Zentrifugalregler ist so eingerichtet, daß er sowohl ■für die Verstellung der Flügel in Richtung auf kleinere Steigung als auch für die Verstellung der Flügel in Richtung auf größere Steigung den erforderlichen Druck liefert, wobei er in letzterem Falle gegen einen vorhandenen Öldruck arbeiten muß. Ferner sind der Zentrifugalregler und der ölvorratsbehälter der hydraulischen Verstelleinrichtung feststehend angeordnet, wobei das öl aus dem feststehenden Regler mittels eines Ringes in die umlaufende Luftschraube eingeführt wird, was einen großen konstruktiven Aufwand und Nachteile im Betrieb mit sich bringt. Schließlich ist für den Regler ein Antrieb mit außerhalb liegender Kraftabnahme und zur Speisung der Verstelleinrichtung in der Schraube eine stirnseitige Wellenbohrung vorgesehen, die die Welle beträchtlich schwächt und, insbesondere mit Rücksicht auf die Tatsache, daß die Schraube sich sehr weit vorn abstützt, zu einer hohen Biegebeanspruchung führt.

Diese Mängel sind bei der erfindungsgemäßen Schraube mit veränderlicher Steigung und Flügeln, die ebenfalls auf schraubenlinienförmigen Kugellauf-Luftschraube mit veränderlicher Steigung

Anmelder:

Ratier Aviation-Marine S. A. R.L.,
Montrouge, Seine (Frankreich)

Vertreter: Dr.-Ing. G. Eichenberg, Patentanwalt,
Düsseldorf, Cecilienallee 76

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 28. Juli 1954

Paul Maurice Dreptin, Issy-les-Moulineaux, Seine

(Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

bahnen gelagert sind und über eine aus Ritzel und Zahnstange bestehende Übertragungseinrichtung von einem hydraulischen Kolben betätigt werden, weitestgehend beseitigt. Gemäß der Erfindung ist in der Schraube, einen Teil derselben bildend und mit ihr umlaufend, ein Regler vorgesehen, der Druckmittel nur für die Verstellung der Schraubenflügel in Richtung auf kleinere Steigung liefert. Der Regler braucht also nicht gegen einen Öldruck zu arbeiten, sondern nur gegen eine von den Flügeln infolge der auf diese einwirkenden Zentrifugalkraft erzeugte Gegenkraft. Ferner befindet sich der Regler innerhalb der Schraube selbst und läuft mit dieser zusammen um. Infolgedessen ist auch der ölvorratsbehälter in der Schraube untergebracht, so daß keine Ölleitungsverbindungen zwischen einem feststehenden und einem umlaufenden Teil erforderlich sind.

In Weiterbildung der Erfindung ist der öl- oder sonstige Flüssigkeitsvorratsbehälter im vorderen Teil der Schraube vorgesehen. Aus dem Behälter saugt eine Pumpe an, die mittels eines Ritzels angetrieben wird, das sich um ein Planetenritzel herum abrollt, welches starr auf einer feststehenden, am Untersetzungsgetriebe der Turbine oder des sonstigen Antriebsmotors angeordneten Welle befestigt ist, wobei die Druckleitung der Pumpe einerseits mit einem Überdruckventil und andererseits mit dem Regler in Verbindung steht. Die Schraube weist ferner einen unter Wirkung der Zentrifugalkraft stehenden Ver-

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teiler in Form eines von einer Feder beeinflußten, steht, die in das innere Ende der Büchse 17 eingear-

hydraulisch ausgeglichenen Schiebers mit zwei Schie- beitet sind.

berköpfen auf, dessen unter der Fliehkraftwirkung Auf dem Grund der Nabenarme ist eine Zentrier-

drehzahlabhängig erfolgende Verstellung den erfor- warze 23 vorgesehen, auf die ein vorzugsweise aus

derlichen Ausflußquerschnitt für die Herstellung des 5 Bronze bestehender Ring 24 aufgezogen ist. Auf der

Gleichgewichtes mit der von dem hydraulischen KoI- mit dem Ring versehenen Warze 23 zentriert sich der

ben erzeugten Kraft bestimmt. Der Antrieb des Reg- Flügelfuß 14 a mittels eines auf ihm starr befestigten

lers erfolgt vorzugsweise über eine innerhalb der Zahnrades 25, das beispielsweise durch eine Schraube

Schraubentragwelle befindliche Welle, die sich auf 26 gehalten wird. Das Zahnrad 25 wird in seiner Stel-

dem Motorgehäuse abstützt. io lung mittels der Keilklemme 20 gesichert.

Weitere Einzelheiten sowie die Wirkungsweise der Jeder Flügel ist zentriert einerseits mittels des vorErfindung seien an Hand eines in den Zeichnungen erwähnten Ringes 24 und andererseits mittels einer dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Spielausgleichsmutter 27, die einen zweiteiligen Kegel-Dabei zeigt ring 53 umschließt, wodurch die durch Sägenschnitte

Fig. 1 einen Längsschnitt nach Linie I-I der Fig. 2, 15 1 b am Ende des Nabenarmes 1 α gebildete Spannvorin der die Befestigung der Flügel der Luftschraube richtung angezogen wird. Auf der Spielausgleichsund Einzelheiten der Selbstregulierung dargestellt mutter 27 ist ein Dichtungshalter 28 angeordnet, der sind, mittels auf seinem Umfang vorgesehener Kerben ge-

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie H-II der Fig. 1, halten und mit Hilfe einer Schlitzmutter 29 gesichert

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III der Fig. 1, 20 wird, die sich gegen die Mutter 27 legt. Der Dichtungs-

Fig. 4 einen Aufriß der Fig. 3 mit teilweisem halter 28 trägt zwei Dichtungen 28 α und 28 b, die die

Schnitt entsprechend Linie IV-IV der Fig. 2, während Schmiermittel der schraubenförmigen Drehungsfüh-

Fig. 5, 6, 7, 8 und 9 schematische Darstellungen rung 15 und des Zahnrades 25 zurückhalten sollen,

sind, die zum besseren Verständnis der Wirkungs- Der Dichtungshalter soll außerdem das Herausdrehen

weise der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung 25 der Flügel begrenzen, damit verhindert wird, daß bei

beitragen sollen. Montagearbeiten aus der Drehführung 15 die Kugeln

Die hydromechanisch gesteuerte Luftschraube mit herausfallen.

Selbstregulierung gemäß der Erfindung besitzt eine Jeder Nabenarm wird von einer Büchse 30 (Fig. 3) Nabe 1, die über eine auf ihrem inneren Umfang vor- durchquert, die als Führung für eine mit dem Zahngesehene Verzahnung 2 in eine entsprechend ausgebil- 30 rad 25 im Eingriff stehende Zahnstange 31 dient. An dete Verzahnung 3 der Propellertragwelle 4 greift. In dem hinteren Teil der Nabe, also auf der Antriebsdie Nabe an den Enden der Verzahnung eingeschobene seite, ist ein Halterungsteil 32 angebracht, das mit Kegel 5 und 5 α erlauben ein genaues Zentrieren der Kappen 33 versehen ist, die die Zahnstangen 31 umLuftschraube auf der Welle 4. Eine Mutter 6, die auf schließen, um so das Dichthalten der Nabe zu gedas Ende der Welle 4 aufgebracht ist, dient zum Fest- 35 währleisten (Fig. 3).

stellen der Nabe 1 auf der Welle mittels der Kegel 5 α An dem vorderen Teil der Nabe ist mittels der

und 5. Die Mutter 6 weist an ihrer Vorderseite Schrauben 34 ein Flansch 35 befestigt, der das tra-

Schlitze 6a auf, die es ermöglichen, die Mutter mittels gende Teil für die Steigungsänderungseinrichtung

einer äußeren Nase Ta einer Sicherung 7 zu sichern, oder das Reguli er aggregat bildet. Durch ihn werden

die durch einen Sprengring 8 gehalten wird. Die Siehe- 40 zugleich die Führungsbüchsen 30 der Zahnstangen 31

rung 7 besitzt ferner innere Nasen 7 b, deren eine mit gehalten. Auf dem Flansch 35 ist ferner, beispiels-

einem Schlitz 9a einer Zwischenbüchse 9 im Eingriff weise mittels einer Schlitzmutter 36, ein Zylinder 37

steht, die in die Triebwelle 4 eingeschraubt ist. In der befestigt, an dem das Selbstregulieraggregat 38 ange-

Büchse9 ist mittels Kugellager 10 eine Welle 11 ge- bracht ist, an das sich eine Kammer 39 anschließt, die

führt, die unbeweglich mit dem nicht dargestellten 45 zur Aufnahme von öl oder einer anderen Flüssigkeit

Untersetzungsgetriebe der Triebwelle verbunden ist. bestimmt ist, durch die die hydraulische Verbindung

Die Welle 11 trägt an ihrem vorderen Ende eine Stern- zur Steuerung der Luftschraube bewerkstelligt wird,

verzahnung 12, die mit einer Kupplungshälfte 13 in Die Kammer 39 ist durch eine Zwischenwand 52 in

Verbindung steht, die den Mechanismus für die Stei- zwei Abteilungen 39a und 39 b unterteilt. Die Zwi-

gungsänderung antreibt, der im einzelnen weiter unten 50 schenwand besitzt eine Durchlaßöffnung 54.

beschrieben wird. Jede Zahnstange 31 ist mit einem Kolben 40 ver-

Die Arme la der Nabe 4, die die Flügel 14 aufneh- bunden, der in dem Zylinder 37 gleitet und auf einer men, weisen auf ihrem inneren Umfang ein Gewinde Büchse 41 geführt wird, die den Boden 37 a des Zylin-15 mit Spezialprofil auf, in welchem unter Zwischen- ders 37 durchdringt und mit dem hinteren Ende in fügung von Kugeln 16 eine Büchse 17 eingeschraubt 55 der vorerwähnten Büchse 9 ruht, die in der Antriebsist, die auf den Fuß 14a des Flügels 14 aufgeschraubt welle 4 der Luftschraube befestigt ist. Das Dichthalten und an der Stelle 18 gesichert ist. In der so gebildeten des Kolbens 40 nach außen und nach innen wird geschraubenartigen Drehungsführung drehen sich die währleistet durch zwei geeignete Dichtungen 42 und 43. Flügel 14 bei ihren Steigungsänderungen. Im Inneren Das Selbstregulieraggregat umfaßt den Block 44, in eines jeden Armes la ist am unteren Ende des Ge- 60 den das vordere Ende der Büchse41 eingeschraubt ist. windes 15 ein Sperrkörper angeordnet, um das Her- Der Block 44 wird durchdrungen von einer Welle 45, austreten der Kugeln 16 in die Nabe während des die an einem Ende eine Kupplungshälfte 46 aufweist, Drehens der Flügel zu verhindern. Ein zweiter am die zu der obenerwähnten Kupplungshälfte 13 paßt, anderen Ende des Gewindes angeordneter Sperrkörper wodurch die Verbindung mit der Welle 11 sicherdient dem gleichen Zweck, indem er den Austritt der 65 gestellt wird. Am anderen Ende der Welle 45 ist ein Kugeln dort ausschließt. Zahnrad 47 befestigt, auf dem sich ein Zahnrad 48 ab-

Die Büchse 17 ist auf dem Flügelfuß mittels einer wälzt, das seine Drehung auf eine Zahnradpumpe 49

Keilklemme 20 gesichert,' die einerseits in eine Rille überträgt, deren Ansaugkammer mit 50 bezeichnet ist.

21 eingreift, die in dem Flügelfuß 14a vorgesehen ist, Diese Ansaugkammer steht mit der Abteilung 39 b

und andererseits mit den Schlitzen 22 im Eingriff 70 durch einen Kanal 51 in Verbindung, der eine öffnung

51 α (Fig. 4) aufweist. Die Zwischenwand 52 verhindert die Emulsion des nach der Ansaugseite der Pumpe 49 strömenden Öls. Zwei Ventile 55 und 55 a, die am Ende der Abteilung 39 δ angeordnet sind, sollen einerseits Abströmverluste bei Stillstand verhindern und andererseits den Zutritt atmosphärischen Druckes in das Innere der Kammer 39 während des Laufes der Luftschraube ermöglichen.

Die für die Funktion der Einrichtung erforderliche Flüssigkeit wird in den Vorratsbehälter 39 durch die mit einem geeigneten Stopfen 56 a verschließbare Einfüllöffnung 56 eingefüllt. Die in dem Vorratsbehälter, in dem Steueraggregat und in der Kolbenkammer 57 befindliche Luft kann durch Entlüftungsstutzen 58 entweichen, die beim Füllen geöffnet werden.

Die Selbstreguliereinrichtung umfaßt eine Kammer 59, in die ein Kanal 60 (Fig. 5), der in Verbindung mit der Druckkammer 57 steht, und ein Kanal 62 einmünden, der in den Kanal 63 übergeht, der seinerseits durch die Ausnehmung 64 mit der Auslaßkammer 50 a der Pumpe 49 in Verbindung steht. Der Kanal 63 ist ferner über den Kanal 65 mit der Abteilung 39 α verbunden. Zwischen den Kanälen 61 und 65 ist ein Überströmventil 66 angeordnet, das unter Wirkung einer Betätigungsfeder steht, die das Ventil 66 normalerweise in einer Stellung hält, in der es den Kanal 65 abschließt (Stellung 66a, durch unterbrochene Schraffur in Fig. 5 angedeutet). In der Kammer 59 ist ein doppelt wirkender Schieber, angeordnet, der aus einer hohlen Achse 67 und zwei Köpfen 67 a und 67 b besteht sowie unter der Einwirkung einer einstellbaren Feder 68 steht, die zweckentsprechend gespannt ist. Dieser Schieber ermöglicht durch entsprechendes öffnen und Schließen der vorerwähnten Kanäle in Verbindung mit dem Ventil 66 und dem mit der Zahnstange 31 gekuppelten Kolben 40 die selbsttätige Steuerung der Luftschraube, wie weiter unten noch näher erklärt wird. Es sei bemerkt, daß die selbsttätige Regulierung der Luftschraubensteigung im vorliegenden Ausführungsbeispiel für einen Turbinenantrieb der Welle 4 gewählt wurde.

Für die Erläuterung der im folgenden beschriebenen Wirkungsweise sind unter Bezugnahme auf die Fig. 5, 6, 7, 8 und 9 die verschiedenen Drücke der Flüssigkeit, denen letztere im Verlauf der Vorgänge der selbsttätigen Regulierung unterworfen ist, durch Schraffuren verschiedener Dichte dargestellt. Dabei kennzeichnet die dichteste Schraffur Gl die Flüssigkeit, die unter dem Förderdruck der Pumpe steht; die Schraffur mittlerer Dichte G 2 die Flüssigkeit unter dem vom Kolben 40 ausgeübten Druck, während die hellste Schraffur G 3 die unter dem Einfluß der Saugwirkung der Pumpe stehende Flüssigkeit charakterisiert.

Für das Anlassen steht die Luftschraube konstruktionsgemäß auf »Steigung Null« (vgl. das in Fig. 5 strichpunktiert eingezeichnete Profil), wobei der Anschlag 31 α der in Richtung des Pfeiles F1 verschobenen Zahnstange 31 an dem Boden 37 α des Zylinders 37 anliegt. Das Ventil 66 befindet sich in Stellung 66 a und drosselt den Kanal 65. Der Kopf 67 a des Schiebers 67 schließt den Kanal 61, während der Kopf 67 b den Kanal 62 freigibt, der über den Kanal 60 mit der Druckkammer 57 des Zylinders 37 in Verbindung steht.

Sobald nun nach Anlauf der Turbine die Luftschraube sich dreht, beginnt die Pumpe 49 zu arbeiten, bedingt durch den Umlauf des Zahnrades 48 um das Planetenrad 47, das auf der stillstehenden Welle 45-11 aufgekeilt ist. Der Druck der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit übersteigt dabei den Druck der Feder des Ventils 66. Dieses öffnet sich und nimmt die voll eingezeichnete Stellung 66 ein, wodurch in dem Druckleitungssystem der Pumpe der für die Funktion erforderliche Druck aufrechterhalten wird. In dieser Stellung läßt das Ventil 66 die ganze von der Pumpe geförderte Flüssigkeitsmenge durch den Kanal 65 abströmen. Das öl strömt dabei in das Innere der Abteilung 39a und von dort in die Abteilung 39 b, indem es durch den Durchlaß 54 hindurchfließt. Es sei bemerkt, daß das Ventil 66 so ausbalanciert ist, daß der auf den Kolben 40 wirkende Flüssigkeitsdruck höher ist als der Höchstwert der Kraft, die hervorgerufen wird durch die Wirkung der Schraubensteigung im Gewinde 15 im Sinne der Erhöhung der Luftschraubensteigung. Solange die Regulierungsdrehzahl (z.B. 2420U/min) nicht erreicht wird, bleibt die Luftschraube auf »Steigung Null« (Fig. 5). Wird die Leistung der Turbine gesteigert,

ao so erreicht die Luftschraube die Regulierungsdrehzahl und überschreitet sie schließlich geringfügig. Während dieser Drehzahlerhöhung ist der Schieber 67 der Einwirkung der Zentrifugalkraft unterworfen, die ihn schließlich entgegen der Wirkung der Feder 68 aus der in Fig. 5 gezeichneten Lage in die in Fig. 6 dargestellte Stellung zwingt, in der der Schieberkopf 67 a, der bis dahin den ölzuflußkanal 60 geschlossen hielt, letzteren freigibt, wodurch zwischen der Kolbendruckkammer 57 und dem Kanal 61 die Verbindung hergestellt wird. Das öl kann nun nach dem Behälter 39 zurückfließen. In diesem Augenblick geht die Luftschraube auf »größere Steigung«. Ihre Flügel schrauben sich unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft infolge ihrer Anordnung in dem Kugellagergewinde aus letzterem heraus und bewirken mittels der Zahnräder 25 die Verschiebung der Zahnstangen 31 und des Kolbens 40 in Richtung des Pfeiles F 2 (Fig. 6). Der Kolben drückt dann das öl in die Abteilung 39 a (schraffiert G3). Die Steigung der Luftschraube nimmt auf diese Weise zu, bis das entgegenwirkende, durch die Steigung der Flügel gegebene Kräftepaar gleich ist dem Kräftepaar des Turbinenantriebes bzw. dem ihm entsprechenden Zentrifugalmoment das Gleichgewicht hält. Im Gleichgewichtszustand (Fig. 7) schließt der Schieberkopf 67 a den Kanal 60, so daß das öl aus der Kammer 57 nicht mehr abströmen kann und die Luftschraube sich in einer stabilisierten Stellung befindet. Die gesamte von der Pumpe geförderte ölmenge fließt dabei durch das Ventil 66 und durch den Kanal 65 zum Behälter 39 a.

Entsprechend der zunehmenden Geschwindigkeit des Flugzeuges neigt die Luftschraube dazu, »sich schneller zu drehen«. Durch den Schieber 67 stellt sich aber gemäß dem oben geschilderten Vorgang eine bestimmte Regulierungsdrehzahl ein (Fig. 6). Falls im Gegensatz zu obigem die Luftschraube dazu neigt, sich langsamer zu drehen, tritt der Fall der Regulierung auf »kleinere Steigung« ein (Fig. 8). Wenn die Luftschraube sich in der stabilisierten Stellung (Fig. 7) befindet und die Leistung der Turbine abfällt, nimmt auch die Drehzahl ab, und der Regulierungsschieber 67 wird durch seine Feder 68 nach der Luftschraubenachsmitte zu gedrückt, wobei er die öffnung des Kanals 60 (Fig. 8) freigibt. Das unter dem Förderdruck der Pumpe 49 stehende öl strömt durch den Kanal 60 und drückt den Kolben 40 zurück, der mittels der Zahnstange 31 (Pfeil FZ) den Flügel auf »geringere Steigung« dreht. Die Drehzahl nimmt zu und der Schieber 67 wird durch die Zentrifugalkraft nach außen getrieben, derart, daß sein Kopf 67 a den

Kanal 60 ganz schließt. Damit ist dann wieder die »stabilisierte Stellung« erreicht, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist.

Es sei noch bemerkt, daß für den Fall fehlerhafter Einstellung des Regulators (Fig. 9), in dem bei weiterem Ansteigen der Drehzahl die auf »größte Steigung« stehenden Flügel die Turbine nicht abbremsen könnten.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Luftschraube mit veränderlicher Steigung und Flügeln, die auf schraubenlinienförmigen Kugellaufbahnen gelagert und über eine aus Ritzel und Zahnstange bestehende Übertragungseinrichtung von einem hydraulischen Kolben betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schraube, einen Teil derselben bildend und mit ihr umlaufend, ein Regler vorgesehen ist, der Druckmittel nur für die Verstellung der Schraubenflügel

in Richtung auf kleinere Steigung liefert. ao

2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in ihrem vorderen Teil ein öl- oder sonstiger Flüssigkeitsvorratsbehälter (39 b) vorgesehen ist, aus dem eine Pumpe ansaugt, die mittels eines Ritzels (48) angetrieben wird, das sich am ein Planetenritzel (47) herum abrollt,

welches starr auf einer feststehenden, am Untersetzungsgetriebe der Turbine oder des sonstigen Antriebsmotors angeordneten Welle (45) befestigt ist, wobei die Druckleitung der Pumpe einerseits mit einem Überdruckventil (66) und andererseits mit dem Regler in Verbindung steht.

3. Schraube nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen unter Wirkung der Zentrifugalkraft stehenden Verteiler in Form eines unter der Wirkung einer einstellbaren Feder (68) stehenden, hydraulisch ausgeglichenen Schiebers (67) mit zwei Schieberköpfen (67 a, 67 b), dessen unter der Fliehkraftwirkung drehzahlabhängig erfolgende Verstellung den erforderlichen Ausnußquerschnitt für die Herstellung des Gleichgewichts mit der von dem hydraulischen Kolben erzeugten Kraft bestimmt.

4. Schraube nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Reglers über eine innerhalb der Schrauben tragwelle befindliche Welle erfolgt, die sich auf dem Motorgehäuse abstützt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 697 685, 889 402;
USA.-Patentschrift Nr. 2 653 668.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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