DE19541954C2 - Verstellvorrichtung für Propeller von Flugzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für einen Flugzeugpro­ peller. Verstellpropeller sind aus dem Stand der Technik bekannt, sie dienen dazu den Blattanstellwinkel dem jeweiligen Betriebszustand anzupassen, um den Wir­ kungsgrad zu optimieren. Die Verstellung des Propellers kann von Hand und auto­ matisch erfolgen (constant speed), jedoch sind diese Verstellvorrichtungen sehr aufwendig und erfordern hohe Investitionen. Für Kleinflugzeuge lohnt dies meist nicht, da die Investitionskosten zum Nutzen in einem ungünstigen Verhältnis ste­ hen.

Man hat daher schon versucht, einfache Lösungen anzubieten - siehe z. B. DE-PS 7 24 317 und DE-OS 26 19 283, wobei insbesondere letztere für Motorsegler gedacht ist. Diese beiden Lösungen verwenden Fliehkräfte zur Verstellung des Blattanstellwinkels. Weiterhin ist zum Stand der Technik die DE 30 00 438 A1 zu nennen.

Eine Verstellung der Luftschraube nach der Fliehkraft hat jedoch den wesentli­ chen Nachteil, daß die Fliehkraft mit dem Quadrat der Umdrehungsgeschwindig­ keit zunimmt (Z = mrω²). Da jedoch gleichzeitig auch der Radius bei dieser Rege­ lung vergrößert wird, verursachen kleine Änderungen der Propellerrotation über­ proportionale Anstellwinkeländerungen, die konstruktiv schwer in den Griff zu bekommen sind. Entweder arbeitet eine solche Regelung bei geringem konstrukti­ ven Aufwand ständig neben den angestrebten Betriebspunkten, oder aber der Konstruktionsaufwand verbietet deren Einsatz. Ein solcher ist auch nicht bekannt­ geworden.

Die Erfindung strebt daher eine Regelung der Blattanstellung in linearer Abhän­ gigkeit von der Propellerdrehzahl an.

Weiterhin geht die Erfindung davon aus, daß insbesondere bei Kleinflugzeugen wie einfache einmotorige Flugzeuge mit E-Zulassung oder insbesondere Schlepp­ flugzeuge und Motorsegler aber auch Ultraleichtflugzeuge weit überwiegend in nur drei Betriebszuständen genutzt werden. Dies sind der Steigflug, der Reiseflug und der Bahnneigungsflug. In letzterem erzeugt der Propeller einen hohen Widerstand, bei Motorseglern kann daher hier durch Handverstellung eine widerstandsarme Segelstellung herbeigeführt werden.

Bei Schleppflugzeugen ist aus Kostengründen ein steiler Abstieg erwünscht. Die­ ser führt jedoch u. a. zu hoher Propellerrotation, bei Flugzeugen ohne Verstellpro­ peller müssen daher längere Abstiegszeiten in Kauf genommen werden.

Die zweite Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, auf mechanisch möglichst einfache Weise eine automatische Verstellung zu schaffen, die sich lediglich in den drei vorgenannten Bereichen bewegt und hierbei genau definierte Betriebs­ punkte gewährleistet und einhält.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer Verstellvorrichtung für Propeller von Flugzeugen, die die Merkmale des Hauptanspruchs aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Die Regelung der Blattanstellung in Abhängigkeit vom Drehmoment ist linear, eine Drehzahlerhöhung wird somit linear weitergegeben. Vorliegend wird zunächst beim Start des Flugzeuges die ihm gemäße Steigflugstellung des Propellers ein­ genommen, diese kann durch Justierung des ersten Anschlages optimiert werden, wobei infolge des hohen Drehmoments im Steigflug dieser Anschlag unter der Federwirkung solange zurückweicht, bis der starre zweite Anschlag als Endanschlag erreicht wird und eine große Verstellung des Propellers (kleine Stei­ gung) bewirkt. Steigflug wird mit der angesprochenen Flugzeugklasse unter Bedingungen nahe Vollast durchgeführt, der Propeller befindet sich hierbei in konstanter durch die Anschlagsjustierung optimierter Stellung.

Beim Übergang in den Reiseflug (geringere Motordrehzahl) sinkt das Drehmo­ ment, die Feder des ersten Anschlags bewegt die Klaue zurück bis in die vorge­ gebene Anfangsstellung und dreht die Propellerblätter zurück in die Reisestellung.

Zur Segelstellung werden die Propellerblätter wie bekannt in die widerstandsärm­ ste Stellung gedreht, sie stehen, das Drehmoment ist Null.

Besondere Vorteile ergeben sich auch bei Schleppflugzeugen, da nunmehr bei steilem Abstieg bei zurückgenommenem Gashebel der Fahrtwind nicht mehr die Propellerblätter antreibt und somit zu hohe Drehzahlen vermieden werden. Ebenso findet der Steigflug im Flugzeugschlepp bei optimierter Blattanstellung statt, Auf- und Abstieg gehen wesentlich schneller vor sich, was den Schleppflug verbilligt und zu einer Minderung der akustischen und Abgasbelastung der Umwelt führt.

Die Blätter können grundsätzlich jeweils einzeln für sich verstellt werden. Vorge­ zogen wird jedoch eine Synchronisation, die dafür sorgt, daß deren Naben sich gleichzeitig und um den gleichen Winkel drehen. Dazu wird vorgeschlagen, an den Klauen Hebel anzuordnen, die an einer um die Propellerachse drehbare Brücke angreifen und somit die Blätter koppeln.

In besonders einfacher Weise sind die ersten, federbelasteten Anschläge als Stifte ausgebildet. Dabei sind für eine Verstellung der Stiftlage als auch der Federvorspannung beide in einen Topf mit einem Außengewinde angeordnet, der in eine Gewindebohrung eingeschraubt und als ganzes in ihrer Höhe gegenüber der Klaue eingestellt werden kann, wobei im Topf auf die Feder eine Platte oder ein Ring aufgeschraubt werden kann, um deren Spannung auf das gewünschte Maß einzustellen.

Die Rückstellung der Propellerblätter aus der Reiseflugstellung in diejenige des antriebslosen Bahnneigungsflugs erfolgt durch die Blätter selbst oder kann durch einen Rückstellmechanismus erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird dazu vorgeschlagen, auf der Brücke eine Blattfeder einzu­ spannen, die auf die Klauenhebel wirkt und diese in die widerstandsärmste Stel­ lung gegen einen eigenen Anschlag zurückdreht.

Die Propellerblätter sind weiterhin erfindungsgemäß in einem auf einer Grund­ platte befestigten, aus miteinander verschraubten Stegen bestehendem Gehäuse untergebracht, wobei die Brücke mit Reibungsstiften versehen ist, die auf dem Gehäuse (dem äußeren Steg) gleiten und die Brücke bzw. die Propellerverstel­ lung durch Reibung geringfügig bremsen, was insbesondere einer Schwingungs­ dämpfung dient bzw. ein Flattern verhindert.

Grundsätzlich kann das Drehmoment zur Blattverstellung von diesen abgenom­ men werden, wenn diese hinsichtlich ihrer Längsachse unsymmetrisch sind, d. h. unter Erzeugung eines Drehmoments angeströmt werden.

Vorzugsweise dient erfindungsgemäß zur Propellerverstellung jedoch das um die Propellerachse auftretende Drehmoment.

Dabei ist das Gehäuse um eine auf der Grundplatte befestigten Welle drehbar, wohingegen die Anschläge fest mit der Platte verbunden sind, so daß das zum Rotieren des Propellers - d. h. durch den dabei auftretenden Widerstand erforderli­ che Drehmoment - das Gehäuse gegenüber der Grundplatte gegen die Anschläge verdreht wird und je nach Drehmoment am gefederten Stift anliegt oder diesen bis zum Endanschlag eindrückt, wobei die auftretenden Kräfte in die Grundplatte ein­ geleitet werden.

Beim Auftreten eines Drehmomentes um die Propellerachse durch den antreiben­ den Motor bleibt erfindungsgemäß das Gehäuse 2 mit den Propellerblättern und ihren Naben gegen die Grundplatte zurück. Die die Naben umfassenden Klauen bewegen sich dabei gegen mit der Grundplatte verbundene, auf der gleichen Blattseite wie die ersten und zweiten Anschläge angeordnete Anlageelemente, die z. B. ebenfalls als Stifte ausgebildet sind und verdrehen die Klauen. Mit der Klau­ endrehung wird gleichzeitig das jeweilige Propellerblatt um seine Längsachse gedreht, was den Blattanstellwinkel entsprechend ändert und wobei je nach Stärke des Drehmomentes wie oben gesagt der Anschlag gegen den gefederten Stift erfolgt oder - bei höherem Drehmoment dieser bis in seine vorgegebene Endlage gegen die Federkraft zurückbewegt wird.

Bei der Rückführung der Propellerblätter in die Segelstellung wird das Gehäuse gegenüber der Grundplatte zurückgedreht, die Propellerblätter mit ihren Klauen drehen sich dabei ebenfalls (aus der Steigflug- und Reisestellung) zurück, wobei die Klauen sich letztlich gegen den gegenüberliegenden Segelstellungsanschlag legen. Diese Drehung wird bewirkt durch das Propellerblatt selbst, durch die Rückstellfeder des Rückstellmechanismus und/oder durch den ersten Anlageele­ menten gegenüberliegende zweite Anlageelemente, die sich somit auf der selben Blattseite des Propellers befinden, wie die Segelfluganschläge.

Grundsätzlich kann aber auch die Blattverstellung alternativ durch die Brücke bewirkt werden, wenn diese fest mit der Grundplatte verbunden ist, wobei dann beim durch das Drehmoment bewirkte Auslenken des Gehäuses die Hebel sich in der Brücke abstützen und über die Klauen die Blätter verstellen.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfindung an einem Aus­ führungsbeispiel näher erläutert. Diese stellen den letzteren Fall dar, bei welchem die Blattverstellung in Abhängigkeit vom Drehmoment um die Propellerwelle erfolgt.

Dabei zeigen

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in Seitenansicht,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung in Frontansicht,

Fig. 3 die Vorrichtung in Segelstellung,

Fig. 4-6 Schnitte hieraus,

Fig. 7 die Vorrichtung im Steigflug,

Fig. 8-10 Schnitte hieraus und

Fig. 11 die Vorrichtung im Reiseflug sowie die

Fig. 12-14 Schnitte hieraus.

In Fig. 1 ist die Grundplatte 17 gezeigt, auf der eine Welle 21 befestigt ist. Die Welle 21 trägt Wälzlager 11, mit deren Hilfe das die Propellerblätter 16 tragende Gehäuse 2 um diese drehbar ist. Das Gehäuse 2 ist geteilt in zwei Stege 20, 20′. Auf den Naben 1 der Propellerblätter 16 sind Klauen angeordnet (Fig. 3 fol­ gende) an denen Hebel 7 befestigt sind, die in eine Brücke 9 eingreifen.

Dreht man die Naben 1 der Propellerblätter 16 gegensinnig zueinander, so neh­ men die Hebel 7 die Brücke 9 mit bzw. diese synchronisiert die Hebel 7, so daß die Blattverstellung je um denselben Winkelbetrag erfolgt.

Die Brücke 9 ist weiterhin durchgriffen von Reibelementen 19, die gegen den äußeren Steg 20′ anliegen und diesen leicht bremsen.

Die Mutter 18 sichert die Brücke 9 auf der Welle 21 und die Mutter 22 das Gehäuse 2 bzw. die Wälzlager 11.

Auf der Grundplatte 17 sind weiter Halterungen 23 angeordnet, die die ersten 4 und zweiten Anschläge 5 sowie die Anlageelemente 15 tragen.

Bei dieser Lösung sind die Anschläge 4, 5 fest mit der Grundplatte verbunden, wobei der erste Anschlag 4 innerhalb des Trägers 13 gehalten ist und beim Anschlag des durch das Propellerdrehmoment ausgelenkten Gehäuses 2 werden die Anschlagkräfte von der Grundplatte 17 aufgenommen.

Grundsätzlich können aber auch die Anschläge im Gehäuse 2 vorgesehen sein, die dann gegen das hinsichtlich der Propellerblattachse um dieses auftretende Drehmoment wirken. Bevorzugt wird die dargestellte Lösung.

In der Stirnansicht der Fig. 2, gegen die Flugrichtung, ist die Grundplatte 17 er­ kennbar, die auf der Propellerwelle angeordnet ist. Die Grundplatte trägt die Halterungen für die ersten 4 und zweiten 5 Anschläge sowie die Anlageelemente 15 sowie einen für den der Reise- und Steigflugstellung gegenüberliegenden Segelstellungsanschlag 24.

Um die Welle 21 ist sowohl das Gehäuse 2 als auch die Brücke 9 drehbar, diese trägt die Reibelemente 19 und ist in ihren Langlöchern 25 von den Hebeln 7 durchgriffen, wobei die Hebel über Durchbrüche 29 aus dem Gehäuse 2 heraus­ geführt sind. Über zwei Zwingen 26 ist eine Blattfeder 28 gegen die Drehrichtung des Gehäuses 2 auf der Brücke 9 gehalten, die bei Stillstand der Antriebswelle (8, Fig. 3 ff.) die Propellerblätter 16 in die Ausgangsstellung (Bahnneigungsflug, Segelflug oder Abstieg einer Schleppmaschine) mit geringstmöglicher Stirnfläche der Blätter mittels der Brücke 9 und der Hebel 7 über die Klauen (Fig. 3 ff.) zurückdreht.

In Fig. 3 befindet sich der Propeller in Segelstellung, das die Propellerblätter 16 bzw. deren Nabe 1 tragende Gehäuse 2 ist in Draufsicht auf der Grundplatte 17 gegen den Uhrzeigersinn ausgelenkt. Auf der Grundplatte 17 befinden sich die Anschläge 4, 5 bzw. die Anlageelemente 15, 15′, die in den Schnitten A, B, C besonders dargestellt sind.

Fig. 4 zeigt dabei die Grundplatte 17 sowie die mit dieser fest verbundene Pro­ pellerwelle 8 und das darauf drehbar gelagerte Gehäuse 2, in dem die Nabe 1 des Propellerblattes 16 gehalten ist.

Auf der Nabe 1 ist die Klaue 3 angeordnet, die obere und untere Anschlagflächen 27 besitzt. In dieser Figur ist die Nabe soweit nach links gedreht, daß das Propel­ lerblatt in Flugrichtung (nach rechts) seine geringste Querschnittsfläche zeigt und somit widerstandsarm angeströmt wird. Die Grundplatte trägt den jeweiligen Blät­ tern 16 zugeordnet je einen Träger 13 mit einer Gewindebohrung 14, in die ein Topf 12 mit Außengewinde eingeschraubt ist. Im Topf 12 befindet sich eine Feder 6 die den Stift des ersten Anschlags 4 niederdrückt. Die Feder 6 ist vorspannbar, Mutter 30 und der Topf 12 höhenverstellbar, so daß der Anschlagstift 4 hinsicht­ lich Lage und Widerstand justierbar ist.

Fig. 5 zeigt hierbei den an der Klaue 3 befestigten Hebel 71 der in das Langloch 25 der Brücke 9 eingreift und Fig. 6 als Schnitt durch die zum Blatt 16 hin näch­ ste Ebene der Fig. 3. Die Klaue 3 liegt mit ihrer unteren Anschlagfläche gegen den Segelstellungsanschlag 24 an, wobei die Blattfeder (28, Fig. 2) die hierfür nötige Kraft erzeugt. Oberhalb des Segelstellungsanschlages 24 ist der zweite Anschlag 5 angeordnet; der erste Anschlag 4 ist soweit durch die Klaue 3 in den Topf (12, Fig. 4) eindrückbar, bis die obere Anschlagfläche 27 durch Drehen des Gehäuses 2, d. h. in dieser Ansicht durch deren Anheben und gleichzeitiges Dre­ hen der Klaue 3 am zweiten Anschlag anliegt.

In Fig. 7 ist diese obere Stellung des Gehäuses 2 eingenommen, der Motor läuft Vollast, der erste Anschlag 4 ist voll eingedrückt wie dies in der Fig. 8 (Schnitt C-C) erkennbar ist, wobei die Feder 6 entsprechend gespannt ist. In den Fig. 8 und 9 ist erkennbar, daß die Klaue 3 mit ihrer oberen Anschlagfläche 27 gegen den zweiten Anschlag 5 anliegt.

Der zweite Anschlag 5 ist mit einem Gewinde versehen und (in dieser Draufsicht) höhenverstellbar, so daß hinsichtlich der Federvorspannung (6, Fig. 8), des Anla­ gepunktes am ersten Anschlag 4 und des Endpunktes am zweiten Anschlag 5 eine der Propellergeometrie und der Motorleistung genau anpaßbare Variationsmög­ lichkeit der Justierung besteht.

In Fig. 9 ist weiterhin erkennbar, daß in dieser (nach rechts gedrehten) Stellung die Klaue 3 über den Hebel 7 die Brücke 9 nach unten und entsprechend am gegenüberliegenden Blatt nach oben bewegt, wobei hierdurch beide Propeller­ blätter 16 sich auf der für den Steigflug erforderlichen kleinen Steigung befinden.

In Fig. 11 bis 14 ist nach dem Steigflug der Reiseflug erreicht. Das Propeller­ drehmoment ist gesenkt der erste Anschlag 4 (Fig. 12) drückt mit Hilfe der Feder 6 die Klaue 3 gegen den Uhrzeigersinn nach unten, das Drehmoment hält jedoch die Klaue 3 und das Gehäuse 2 gegenüber der Grundplatte 17 in dieser Reiseflugstellung fest.

In den Fig. 6, 10 und 14 sind die ersten und zweiten Anlageelemente 15 und 15′ erkennbar. Zur Erreichung der Steigflugstellung drückt das Propellerdrehmo­ ment (um dessen Achse) die Klaue 3 gegen das erste Anlageelement 15, das wiederum die Klaue 3 um die Blattachse auslenkt bis diese am ersten (Reiseflug (4)) und danach am zweiten Anschlag (5) anliegt, wobei erkennbar das Gehäuse (2) gegenüber der Grundplatte 17 gedreht, d. h. in der Darstellung aus der Segelstellung (Fig. 4 bis 6) nach oben verschoben wird bis in die Endstellung (Fig. 8 bis 10). In der Segelflugstellung (Fig. 4 bis 6 ) verdreht das zweite Anlageelement 15′ (Fig. 6) die Klaue 3 bis zur Anlage am Segelstellungsanschlag 24.

Claims (9)

1. Verstellvorrichtung für Propeller von Flugzeugen, bei der die Propellernaben (1) gegenüber der Antriebswelle drehbar in einem Gehäuse (2) gelagert sind und bei welcher mechanische Mittel an der Propellernabe (1) angreifen und diese gegensinnig verdrehen, wobei auf den Naben (1) jeweils mit diesen fest verbundene Klauen (3) angeordnet und erste und zweite Anschläge (4, 5) vorgesehen sind, welche die Drehung der Propellernaben (1) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Anschläge (4, 5) derart angeordnet sind, daß sich die Klauen (3) dort anlegen, wobei
• b) die ersten Anschläge (4) über Federn (6) abgestützt sind, und
• c) die zweiten Anschläge (5) starr sind und den Federweg der ersten Anschläge (4) begrenzen.

2. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Klauen (3) Hebel (7) angeordnet sind, die in eine koaxial zur Propellerwelle (8) drehbar gelagerte Brücke (9) eingreifen.

3. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Anschläge (4) als Stifte (10) ausgebildet sind, die gegen die Feder (6) an liegen, wobei die Federn (6) vorspannbar ist und sowohl Federn (6) als auch Stifte (10) in einem Topf (12) angeordnet sind und innerhalb einer in einem Träger (13) befindlichen Gewindebohrung (14) höhenverstellbar sind.

4. Verstellvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen Rückstellmechanismus aufweist.

5. Verstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstellmechanismus eine auf der Brücke (9) angeordnete Blattfeder (28) ist.

6. Verstellvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich der Propellernaben (1) den Anschlägen (4, 5) gegenüberliegend Anlageelemente (15, 15′) angeordnet sind, die die Klauen (3) beim Auftreten des Drehmoments auslenken.

7. Verstellvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Propellerblätter (16) in einem auf einer Grundplatte (17) befestigten Gehäuse (2) angeordnet sind und die Brücke (9) auf diesem gleitende Reibelemente (19) aufweist.

8. Verstellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) aus miteinander verschraubten Stegen (20, 20′) besteht.

9. Verstellvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (4, 5) und die Anlageelemente (15, 15′) auf der Grundplatte (17) angeordnet sind und daß die Stege (20, 20′) auf dieser um eine mit der Grund­ platte (17) verbundene Welle (21) drehbar gelagert sind.