DE19615046C2 - Elektrische reversierbare Verstellpropeller-Einheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch reversierbare Ver­ stellpropeller-Einheit für Luft-, Land- und/oder Wasserfahr­ zeuge mit einem Propeller mit mindestens zwei Blättern, deren Blattwinkel mittels einem elektronischen Steuergerät (Regler) regelbar ist, und einer elektrischen Verbindung zwischen dem umlaufenden Propeller und dem Steuergerät für die Blattwin­ kelansteuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Verkürzung der Landesstrecken von Luftfahrzeugen oder zur Verbesserung der Manövrierfähigkeit von Luftschiffen, amphi­ bischen Luftfahrzeugen oder Luftkissenbooten (Hovercrafts) werden vorzugsweise Propeller mit einer Einrichtung für Um­ kehrschub (reversierbare Propeller) eingesetzt. Dazu gibt es verschiedene bekannte Vorrichtungen und Verfahren auf öl­ hydraulischer Basis. Diese bekannten Vorrichtungen und Ver­ fahren haben bestimmte Vorteile, z. B. die stufenlose Vorwahl der Blattwinkels und der zugeordneten Triebwerksleistung im sogenannten Beta-Bereich (Blattwinkel flacher als für Start­ stellung) mittels nur einem Leistungshebel. Diese Vorrichtun­ gen weisen allerdings ebenfalls erhebliche Nachteile auf, z. B. eine aufwendige Vorrichtung für die Blattwinkeleinstel­ lung, die über ein verstellbares Hydraulikventil erfolgt, das mit dem umlaufenden Propeller ständig in Verbindung stehen muß. Bei vielen bekannten Triebwerken ist es nur unter unver­ hältnismäßig hohem Aufwand möglich, solche bekannten Systeme zu installieren. Weiter ist es bei manchen Triebwerken über­ haupt nicht möglich, da keinerlei Einrichtung für eine hydraulische Blattverstellung vorhanden ist. Störungen an ei­ ner derartigen Vorrichtung stellen ein hohes Sicherheitsri­ siko im Flug- als auch im Bodenbetrieb dar. Aus der DE 33 09 840 A1 ist eine rein elektrisch betriebene Verstellpropeller- Einheit vorbekannt, die mechanische Anschläge für Start- und Reise-/Segelstellung als Bestandteil der Verstelleinrichtung aufweist. Eine Möglichkeit, den Blattwinkel auf Bremsstellung zu verstellen, ist jedoch nicht vorgesehen. Aus der DE 34 40 470 A1 ist eine hydraulische Propellerverstellung mit einem elektrisch gesteuerten Sicherheitsventil bekannt. Dieses Si­ cherheitsventil liefert einen Öldruck in Richtung Reise- /Segelstellung des Propellers, um Überdrehzahlen zu vermei­ den.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine elek­ trisch reversierbare Verstellpropeller-Einheit der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen Aufbau auf­ weist, die Sicherheit erhöht und einfach bei bestehenden Triebwerken, insbesondere bei Triebwerken, die keine Einrich­ tung für einen hydraulischen Verstellpropeller aufweisen, in­ stalliert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst, d. h. dadurch, daß ein bewegbarer, einstell­ barer und mittels Federn vorgespannter Schalter für die Startstellung (kleine Steigung) vorgesehen ist, der zur Ver­ stellung der Blattwinkel auf Bremsstellung (Reverse) elektro­ nisch entriegelbar ist und bis auf einen mechanischen An­ schlag für die Bremsstellung (Reverse) verstellbar ist.

Durch eine derartige Vorrichtung erübrigt sich eine ständige, mechanische Verbindung zwischen dem umlaufenden Propeller und dem üblicherweise am Triebwerksgehäuse installierten Steuer­ gerät (Regler).

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

So ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß eine Verstelleinrichtung in der Propellernabe eine Differentialgewindespindel zur schnelleren Verstellung der Blattwinkel im Beta-Bereich aufweist.

Dies ermöglicht, z. B. beim Landevorgang, einen schnellen Auf­ bau des erforderlichen Bremsschubs.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß ein fliehkraftabhängiger, mechani­ scher Sicherheitsanschlag vorgesehen ist, der oberhalb einer bestimmten Propellerdrehzahl eine Verstellung der Blattstei­ gung in den Beta-Bereich verhindert.

Auf diese Weise wird ein unbeabsichtigtes Verstellen der Pro­ pellerblätter, z. B. bei Propellerdrehzahlen von über ca. 1400 Upm in den Beta-Bereich oder weiter, in die Bremsstellung verhindert.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das elektronische Steuergerät (Regler) mit einem Mikroprozessor versehen ist, welches den Blattwinkel in Ab­ hängigkeit von der Drehzahl automatisch regelt, sowie eine manuelle Blattwinkelverstellung und eine elektronische Entriegelung des Anschlags für die Startstellung ermöglicht.

Mit diesem elektronischen Steuergerät, das entsprechende Schaltfunktionen aufweist, wird weiter ein unbeabsichtigtes Verstellen in die Bremsstellung verhindert.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß das Steuergerät eine elektronische Sperre aufweist, die eine Verstellung der Blattwinkel in die Bremsstellung oder den Beta-Bereich nur unterhalb einer bestimmten Drehzahl ermöglicht.

Die Verstellpropeller-Einheit weist somit zwei unabhängig voneinander wirkende drehzahlabhängige Sicherheitseinrichtun­ gen gegen ein unbeabsichtigtes Verstellen der Propellerblät­ ter in den Beta-Bereich (Reversieren) auf. Die o. g. erste Einrichtung arbeitet mechanisch und fliehkraftabhängig, wohingegen die zweite Einrichtung elektronisch arbeitet.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß das Steuergerät einen Tastschalter für die Bremsstellung aufweist, mit dem der Blattwinkel im Beta-Bereich stufenlos einstellbar ist, wobei der Tastschalter außerhalb des Steuergeräts, vorzugsweise im oder am Leistungshebel installiert ist.

Dies ermöglicht eine bequeme Handhabung der Verstellpropel­ ler-Einheit.

Schließlich ist vorgesehen, daß das Steuergerät eine Einrich­ tung für einen Selbsttest sowie Leuchtdioden zur Anzeige des Betriebszustands des Systems aufweist. Dies erhöht die Si­ cherheit der Verstellpropeller-Einheit, da der Pilot immer über den jeweiligen Betriebszustand des Systems informiert ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine geschnittene Ansicht der Propellernabe;

Fig. 2 eine Frontansicht des Steuergeräts; und

Fig. 3 einen Schaltplan des Steuergeräts.

Die in Fig. 1 dargestellte Verstellpropeller-Einheit zeigt eine mögliche Ausführung eines reversierbaren, elektrischen Verstellpropellers mit den wesentlichen Teilen eines derarti­ gen Propellers, d. h. einer Nabe 1, mindestens zwei Blattlage­ rungen 2 für die Propellerblätter, Fliehgewichten 3, einer Verstelleinrichtung 4 für die Blattverstellung, einer Differentialgewindespindel 5, einem mechanischen Anschlag für Reise- oder Segelstellung 6, einem beweglichen elektrischen Anschlag für die Startstellung 7, einem mechanischen Anschlag für die Bremsstellung (Reverse) 8, einem fliehkraftabhängigen, mechanischen Sicherheitsanschlag 8-1, einem elektrischen Servomotor 9, Schleifringen für die Stromübertragung 10 und einem Kohleblock mit Drehzahlsensor 11.

Das in Fig. 2 dargestellte elektronische Steuergerät (Regler) 30 mit Strombegrenzung umfaßt einen Rastschalter für Automatik- oder Handbetrieb 12, einen Drehzahlwahlknopf für den Automatikbetrieb 13, einen Tastschalter für den Handbe­ trieb 14, einen externen Tastschalter für den Beta-Betrieb 15 sowie Leuchtdioden 16-18 in den Farben Grün für die Start­ stellung, Gelb für den Beta-Betrieb und Rot zur Warnung, daß der Mikroprozessor außer Betrieb ist.

Der in Fig. 3 dargestellte Schaltplan des Steuergeräts zeigt einen Stecker für den Normalbetrieb 19, einen Stecker für den Beta-Betrieb 20 sowie entsprechende Leitungen zu den Schaltern für den Beta-Betrieb 21, 22, zu dem Drehzahlsensor 23 in dem Kohleblock 11 und dem Servomotor 9 und der elektronischen Entriegelung für den Beta-Betrieb 24.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der elektrisch reversier­ baren Verstellpropeller-Einheit 20 beschrieben.

Das Steuergerät (Regler) 30 gem. Fig. 2 und 3 versorgt den elektrischen Servomotor 9 der Verstelleinrichtung 4 des Pro­ pellers gem. Fig. 1 mit Gleichstrom aus dem Bordnetz für Rechts- bzw. Linkslauf, damit sich die Propellerblätter mit den daran befestigten Fliehgewichten 3 verstellen. Die Flieh­ gewichte 3 sind zur Reduzierung der Verstellkräfte als auch zu einer möglichen Umkehr der Richtung der Verstellkräfte in­ stalliert.

Das Steuergerät (Regler) 30 liefert im Normalbetrieb den Strom für die Erhöhung oder Verminderung der Blattsteigung, um je nach Triebwerksleistungseinstellung und/oder Flugge­ schwindigkeit für eine Gleichlaufdrehzahl im Vorwärtsbetrieb des Flugzeugs (Fahrzeugs) zu sorgen. Die Blattsteigung kann sich dabei stufenlos zwischen dem beweglichen Anschlag Start­ stellung 7 und dem festen Anschlag Reise- oder Segelstellung 6 bewegen.

Wenn eine flachere Blattsteigung als die der Startstellung gewünscht wird, z. B. zum Verkürzen der Landestrecke oder zur besseren Manövrierfähigkeit des Flugzeugs (Fahrzeugs) am Bo­ den oder im Wasser, müssen die Propellerblätter flacher bis zu einem negativen Blattwinkel verstellbar sein. Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der elektrische Anschlag für Startstellung 7 elektronisch entriegelt wird, wodurch der Beta-Bereich freigegeben wird. Voraussetzung ist dabei, daß die Propellerdrehzahl z. B. unterhalb ca. 1400 Upm liegt, d. h., daß sich die Triebwerksleistungseinstellung im Leerlauf befindet, um Überdrehzahlen zu vermeiden.

Ist die Drehzahl höher, verhindern eine elektronische und eine mechanische, drehzahlabhängige Verriegelung das Ver­ stellen in den Beta-Bereich. Eine zusätzliche Sicherheit ge­ gen ein ungewolltes Verstellen in die Bremsstellung bietet die Differentialgewindespindel 5, die z. B. eine drei- bis vierfach höhere Gewindesteigung aufweist, und somit ein ent­ sprechend höheres Drehmoment zur Blattverstellung erreicht. Dies führt zu einer automatischen Abschaltung des Systems, weil die Strombegrenzung einsetzt. Das Steuergerät ermöglicht sowohl einen automatischen als auch einen manuellen Beta- Betrieb. Leuchtdioden an dem Steuergerät informieren den Piloten über den Status der Blattwinkelstellung.

Mit dem Tastschalter 15 für den Beta-Betrieb, der vorzugsweise am Triebwerksleistungshebel angebracht ist, kann der Blattwinkel manuell eingestellt werden. Es ist ebenfalls möglich, den Blattwinkel über eine elektronische Steuerung automatisch der jeweiligen Triebwerksleistung anzupassen, d. h., daß auch im Beta-Bereich eine automatische Blattwinke­ leinstellung erfolgt.

Nach Wirksamwerden der elektronischen Entriegelung 24 des be­ weglichen elektrischen Anschlags für die Startstellung 7 kann die Blattsteigung stufenlos bis zum mechanischen Anschlag für die Bremsstellung (Reverse) 8 verstellt werden. Die Propellerblätter erreichen einen negativen Blattwinkel und erzeugen somit einen Bremsschub. Der Negativ-(Brems-)Schub ist dabei ebenfalls von der Triebwerksleistung abhängig. Diese muß somit wieder erhöht werden, wenn sich die Propellerblätter am mechanischen Anschlag für die Bremsstellung (Reverse) 8 befinden. Hierzu wird in bekannter Weise eine Kurvenscheibe verwendet, die es ermöglicht, daß eine Erhöhung der Triebwerksleistung auch bei einer Rückwärtsbewegung des Leistungshebels erfolgt. Die Verwendung einer derartigen Kurvenscheibe ist jedoch bei dem erfindungsgemäßen System nicht zwingend, weil die drehzahlabhängigen Sicherheitseinrichtungen vorgesehen sind.

Der mechanische Anschlag für die Bremsstellung 8 wird zweck­ mäßigerweise so eingestellt, daß maximal 90% der Triebwerks- Startdrehzahl erreichbar ist, um in diesem Betriebszustand (Reverse) immer einen Unterdrehzahlzustand im Drehzahlregler für den Automatikbetrieb aufrechzuerhalten. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Propeller die Bremsstellung beibehält und keine Überdrehzahlen auftreten.

Zur Verstellung der Propellerblätter aus der Bremsstellung (Reverse) zurück in die Startstellung wird bei der automa­ tischen Einrichtung und einer Kurvenscheibe der Triebwerks­ leistungshebel wieder vorwärts in Richtung Leerlauf ver­ stellt, bis die Verriegelung für die Bremsstellung überwunden ist. Bei einer manuellen Verstellung wird bei der Lei­ stungseinstellung für den Leerlauf mittels des Tastschalters in Richtung Startstellung verstellt, bis die gelbe Leuchtdiode 17 für den Beta-Bereich erlischt und die grüne Leuchtdiode 16 für die Startstellung aufleuchtet. Hiermit ist der Bremsstellungsvorgang (Reverse) beendet.

Mit der erfindungsgemäßen elektrisch reversierbaren Verstell­ propeller-Einheit wird bei gleicher Sicherheit gegen unbe­ absichtigtes Verstellen in die Bremsstellung (Reverse) eine, wie bei bekannten hydraulischen Systemen, ständige mechanische Verbindung zwischen dem umlaufenden Propeller und einem feststehenden Steuergerät sowie das gesamte Bedienungsgestänge überflüssig. Hierdurch wird das Gewicht und die Anzahl der Teile vermindert und die Sicherheit erhöht.

Claims (7)

1. Elektrisch reversierbare Verstellpropeller-Einheit für Luft-, Land- und/oder Wasserfahrzeuge mit einem Propeller mit mindestens zwei Blättern, deren Blattwinkel mittels einem elektronischen Steuergerät (Regler) regelbar ist, und einer elektrischen Verbindung zwischen dem umlaufenden Propeller und dem Steuergerät für die Blattwinkelansteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß daß ein bewegbarer, einstellbarer und mittels Federn vorgespannter Schalter (7) für die Startstellung (kleine Steigung) vorgesehen ist, der zur Verstellung der Blattwinkel auf Bremsstellung (Reverse) elektronisch entriegelbar ist und bis auf einen mechanischen Anschlag für die Bremsstellung (Reverse) (8) verstellbar ist.

2. Elektrisch reversierbare Verstellpropeller-Ein­ heit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstelleinrichtung (4) eine Differentialgewin­ despindel (5) in der Propellernabe (1) zur schnelle­ ren Verstellung der Blattwinkel im Beta-Bereich aufweist.

3. Elektrisch reversierbare Verstellpropeller-Ein­ heit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß ein fliehkraftabhängiger, mechanischer Si­ cherheitsanschlag (8-1) vorgesehen ist, der ober­ halb einer bestimmten Propellerdrehzahl eine Ver­ stellung der Blattsteigung in den Beta-Bereich ver­ hindert.

4. Elektrisch reversierbare Verstellpropeller-Ein­ heit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronisches Steuergerät (30) (Regler) mit einem Mikroprozessor versehen ist, welches den Blattwinkel in Abhängigkeit von der Drehzahl automatisch regelt, sowie eine manu­ elle Blattwinkelverstellung und eine elektronische Entriegelung des Anschlags für die Startstellung (7) ermöglicht.

5. Elektrisch reversierbare Verstellpropeller-Ein­ heit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (30) eine elek­ tronische Sperre (24) aufweist, die eine Verstellung der Blattwinkel in die Bremsstellung oder den Beta- Bereich nur unterhalb einer bestimmten Drehzahl ermöglicht.

6. Elektrisch reversierbare Verstellpropeller-Ein­ heit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (30) einen Tastschalter (15) für die Bremsstellung aufweist, mit dem der Blattwinkel im Beta-Bereich stufenlos einstellbar ist, wobei der Tastschalter (15) außer­ halb des Steuergeräts (30), vorzugsweise im oder am Leistungshebel installiert ist.

7. Elektrisch reversierbare Verstellpropeller-Ein­ heit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (30) eine Ein­ richtung für einen Selbsttest sowie Leuchtdioden (16, 17, 18) zur Anzeige des Betriebszustands des Systems aufweist.