DE2619283A1

DE2619283A1 - Verstell-luftschraube

Info

Publication number: DE2619283A1
Application number: DE19762619283
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Ing Achammer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-04-30
Filing date: 1976-04-30
Publication date: 1977-11-10
Also published as: GB1545421A; FR2349496A1; DE2619283B2; DE2619283C3

Description

2619283 Patentanwalt Erwin Zinyj

Dipl.-Ing., Dipl.-Wiitadi.-Ihg.

8000 München 90 Grünwalder Straße 17Sa Telefon 646846

Dipl.-Ing. Fred Achammer, Dipl.-Architekt ETH Rennweg 10a, A-6020 Innsbruck

Verstell-Luftschraube

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstellluftschraube, insbesondere für Motorsegler, deren Luftschraubennabe gegenüber ihrer Antriebswelle lose drehbar ist und bei welcher die um ihre Längsachse drehbaren Flügel sich hinsichtlich ihres Blattanstellwinkels selbsttätig in Abhängigkeit vom Motordrehmoment, das im Sinne einer Verkleinerung des Blattanstellwinkels wirkt, und einer Fliehkraftwirkung eines umlaufenden Fliehgewichtes, das im Sinne einer Vergrößerung des Blattansteilwinkele wirkt, einstellen, wobei eine mit umlaufende Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist, die die Verstellbewegungen dämpft.

Bei einer bekannten Verstellluftschraube dieser Art (DT-PS 724 317) ist vorgesehen, zusätzlich zu den Fliehgewichten Dämpfungsvorrichtungen anzuordnen, um die raschen Verstellbewegungen zu dämpfen und ha rte Schläge zu vermeiden. Diese zusätzlich angeordneten Dämpfungsvorrichtungen, die mit der Nabe umlaufen, erhöhen nicht nur den Gesamtaufwand, sondern auch das Gewicht der Verstell-Luftschraube.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Arbeitsaufwand und den Aufwand an Einzelteilen sowie das Gewicht einer Verstell-Luftschraube mit einer

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Dämpfungseinrichtung zu vermindern und eine möglichst einfache Arbeitsweise zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Glied der Dämpfungsvorrichtung als Fliehgewicht für die Verstellung des Blattanstellwinkels dient. Hierdurch wird nicht nur der Aufwand an Einzelteilen und der damit verbundene Aufwand an Arbeit bei der Herstellung, sondern auch das Gewicht der Verstell-Luftschraube vermindert. Außerdem wird die Funktionsweise vereinfacht und die Betriebssicherheit erhöht, da weniger bewegte Teile vorhanden sind.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Dämpfungsvorrichtung einen Hydraulikzylinder mit einem Kolben umfaßt, der als Fliehgewicht dient und dessen Verschieberichtung in Richtung der auftretenden Fliehkraft verläuft. Gegenüber einer bekannten Ausgestaltung einer Verstell-Luftschraube (DT-PS 575 938) , bei der der Kolben der Dämpfungsvorrichtung über Schrägflächen, die mit der Achse des Fliehgewichtee in Verbindung stehen, verschoben wird, wird durch diese bevorzugte Ausgestaltung ein wesentlich einfacherer Aufbau der Dämpfungsvorrichtung erzielt, da keine Umlenkung der auftretenden Kräfte zur Verschiebung des Dämpfungskolbens erforderlich ist, die bei der bekannten Vorrichtung mit Hilfe der Schraubenflächen erzielt wird.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Hydraulikzylinder mit der Antriebswelle fest verbunden und der Kolben wirkt über Mitnehmer auf die Nabe ein. Bei dieser Ausführungeform erfolgt die Verstellung des Blattanstellwinkels nicht direkt durch Einwirken des Fliehgewichtes auf den Flügel, sondern mittelbar durch Einwirken auf die Nabe, bei deren Verdrehen eine Veränderung des Blattanstellwinkels erfolgt, da der Flügel mit der Antriebswelle durch Mitnehmer in Verbindung steht. Für diese Verbindung kann jeder Flügel an seinem Fuß ein Kegelrad tragen, das mit

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einer mit der Antriebswelle fest verbundenen Verzahnung in Eingriff steht. Bei Verdrehung der Nabe wird deshalb aufgrund des Zahneingriffes zwischen dem Flügel und der Antriebswelle eine Verdrehung des Flügels hervorgerufen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Hydraulikzylinder mit der Antriebswelle fest verbunden iet und der Kolben über Mitnehmer auf die Nabe einwirkt. Diese Ausgestaltung bringt den wesentlichen Vorteil mit sich, daß nur eine einzige Dämpfungs- und damit gleichzeitig eine einzige Verstelleinrichtung, die aufgrund der Fliehkraft auf den Blattanstellwinkel einwirkt, notwendig ist, da mit der Verdrehung der Nabe € ine Verdrehung aller auf der Nabe angeordneter Flügel erfolgt, da diese mit der Antriebswelle in Verbindung stehen. Diese Verbindung zwischen Flügel und Antriebswelle ist bereits weiter oben als bekannt vorausgesetzt worden, wobei über diese Verbindung das Motordrehmoment auf die Flügel im Sinne einer Verkleinerung des Blattanstellwinkels einwirkt.

Um eine möglichst einfache und betriebssichere Verbindung zwischen Kolben und Nabe und eine entsprechend einfache und betriebssichere Wirkungsweise der Dämpfungsvorrichtung zu erzielen, ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mit einer in Längsrichtung des Kolbens verlaufenden Zahnstange versehen ist, mit der ein Ritzel kämmt, das drehfest mit einem Planetenrad verbunden ist, welches in eine mit der Nabe fest verbundene Verzahnung eingreift, und daß der Kolben als Hohlkolben mit einer Trennwand ausgebildet ist, in der eine Verbindungsbohrung bzw. Drosselbohrung vorgesehen ist, die die durch den frei fliegend geführten Kolben getrennten Räume miteinander verbindet. Bei dieser Ausgestaltung wird beim Anlaufvorgang der Luftschraube aufgrund der Massenträgheit und des Luftschraubenwiderstandes das Planetenrad auf der Verzahnung der Nabe abrollen und dabei den Kolben

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in seine radial innen gelegene End θ te llung verschieben. Aufgrund der hierbei eintretenden Dämpfungswirkung wird die Nabe langsam mitgenommen, bis der Kolben an seinen innen gelegenen Anschlag kommt, wodurch in dieser Kolbenstellung eine schlupffreie A nt riebe verbindung zwischen Antriebswelle und Nabe hergestellt ist. Während der Relativverdrehung der Antriebswelle gegenüber der Nabe wird über die Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Flügel dieser in Richtung eines abnehmenden Blattanstellwinkels verdreht und weist bei der innen gelegenen Endetellung des Kolbens den geringsten Wert auf.

Um bei Verwendung der Versteil-Luftschraube bei einem Motorsegler bei abgeschaltetem Antrieb einen möglichst geringen Luftwiderstand an der Luftschraube zu erzielen, wirkt auf den Kolben eine Feder ein, die ihn in die dem größten Blattanstellwinkel zugeordnete Stellung zu drücken sucht. Dies bedeutet, daß bei Anordnung der Verschiebe richtung des Kolbens in Richtung der Fliehkraftwirkung die Feder den Kolben in seine äußere Endstellung drückt. Beim Wiederanlassen der Antriebsmaschine dämpft diese Feder zusätzlich zu der Dämpfungswirkung des im ölhydraulikzylinder vorgesehenen Öls die rasche Verschiebung des Kolbens gegen seine innere Endetellung, in die er aufgrund des einsetzenden Motordrehmomentes und der an der Luftschraube wirkenden Kräfte verschoben wird.

Bei einem Motorsegler, bei dem die Luftschraube hinter der Kabine angeordnet ist, ist es vorteilhaft, die Antriebswelle als Hohlwelle auszubilden und auf einem zentralen Tragrohr des Flugzeuges drehbar zu lagern, wobei die als Hohlnabe ausgebildete Nabe auf der Antriebswelle drehbar gelagert ist. Da sich bei dieser Ausgestaltung große Umfangslängen für die Nabe und die Antriebswelle ergeben, ist es vorteilhaft, wenn die auf der Nabe und der Antriebswelle vorgesehenen Verzahnungen, mit denen einerseits das Planetenrad und andererseits das Kegelrad des Flügelfußes zusammenwirken, nur entlang eines Teilbereiches des Umfange ausgebildet sind.

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Bei den sich ergebenden großen Abmessungen der Nabe ist es zur Erzielung einer großen Stabilität und eines geringen Gewichtes vorteilhaft, wenn die Nabe einen Lagerring und tangential hierzu verlaufende und mit dem Lagerring fest verbundene Zugstreben umfaßt, die die Lagergehäuse für die Flügel der Luftschraube miteinander verbinden und tragen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen in Achsrichtung eines Flugzeugrumpf es geführten Teilschnitt eines Motorseglers mit einer Versteil-Luftschraube und einer Verstell- und Dämpfungsvorrichtung für die Blattwinkelverstellung;

Fig. 2 eine Querschnittdarstellung mit verschiedenen Schnittebenen entlang den Linien A-A, B-B und C-C in Fig. 1, jedoch ohne Dämpfungsvorrichtung;

Fig. 3 eine Einzelheit im Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1; und

Fig. 4 jeweils schematische Darstellungen der erfindungegemäßen Versteil-Luftschraube in Seitenansicht und Vorderansicht.

Auf einem zentralen Tragrohr 1 im Rumpf eines Motorseglers ist im Bereich hinter der Kabine, die in Fig. 1 nicht dargestellt ist, unter Zwischenlage von elastischen Polstern 2 ein Getrieberohr 3 mittels Schrauben 4 befestigt. Auf dem Getrieberohr 3 ist durch Kugellager 5 und 6 eine hohle Antriebswelle 7 drehbar gelagert, die an ihrem vorderen, dem Lager 5 zugeordneten Ende ein Großrad 8 aufweist, mit dem ein Antriebsritzel 9 einer zu einem Motor führenden Welle 10 kämmt. Die Antriebswelle 7 weist einen vorderen mit dem Großrad 8 versehenen Teil 7a und einen hinteren, im Durchmesser kleineren Teil 7b auf, der über einen radial abstehenden Flansch U mit dem Teil 7a lösbar verbunden ist. Der Flansch 11 reicht in radialer Richtung über den Teil 7a der Antriebswelle

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hinaus und dient zur Halterung einer Dämpfungsvorrichtung 12, auf die noch weiter unten näher eingegangen wird.

Auf dem Teil 7b der Antriebswelle 7 ist mittels zweier Lager 13 eine Nabe 14 drehbar gelagert, die, wie aus Fig. 2 ersichtlich, drei Flügel trägt, von denen in Fig. 1 nur einer dargestellt ist. Die Nabe 14 umfaßt einen Lagerring 16, der die Lager 13 umgibt, und an dem Zugstreben 17 mittels Schrauben 18 befestigt sind, welche die zur drehbaren Lagerung der Flügel 15 dienenden Lagergehäuse 19 starr miteinander verbinden und diese somit tragen. Die Ausbildung der Nabe und insbesondere der Zugstreben ist besonders deutlich in Fig. 2 dargestellt.

Am Fuß eines jeden Flügels 15 ist ein Kegelrad 20 befestigt, das mit einer Verzahnung 21 in Singriff steht, die fest mit dem Flansch 11 und damit fest mit der Antriebswelle 7 verbunden ist. Die Verzahnung 21 erstreckt sich jeweils nur über einen Teilbereich des Umfange, der entsprechend der Flügelverdrehung unbedingt erforderlich ist.

Die weiter oben bereits erwähnte Dämpfungsvorrichtung 12, die beispielsweise durch Schrauben an dem Flansch 11 befestigt ist, umfaßt einen Hydraulikzylinder 22, in dem ein freinfliegender Kolben 23 verschiebbar geführt ist. Der Kolben 23 weist an seinen gegenüber liegenden Enden jeweils einen Kolbenkopf 24 mit jeweils einer Dichtung 25 auf, wodurch der Zylinder in drei Räume 26, 27 und 28 unterteilt ist, von denen die Räume 26 und 28 je nach Kolbenstellung ein veränderbares Volumen aufweisen, während der Raum 27 in seinem Volumen konstant bleibt. In den Räumen 26 und 28 befindet sich öl, welches durch eine Verbindungsbohrung 29 einer Trennwand 30 im Inneren des hohl ausgebildeten Kolbens 23 von dem Raum 26 in den Raum 28 und umgekehrt strömen kann, je nachdem, wie der Kolben 23 verschoben wird. Indem Raum 27 des Hydraulikzylinders 22 befindet sich keine ölfüliung.

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De? die beiden Koibenköpfe 24 verbindende Kolbenschaft 31 ist mit einer Zahnstange 32 versehen, die sich in Längsrichtung des Kolbenschaftes über dessen gesainte Länge erstreckt» Mit dieser Zahnstange wirkt ein am Zylinder 22 drehbar gelagertes Ritzel 33 zusammen, das drehfest mit einem Planetenrad 34 verbunden ist, welches in eine Versahnung 35 eingreift, die fest auf dem Lagerring 16 angeordnet und somit fest mit der Nabe 14 verbunden ist. Die Verzahnung 35 erstreckt sich, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist, jeweils nur über bestimmte Teilbereiche des Urnfangs des Lagerringes 16. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei solcher Vei'zahnungsabschnitte 35 vorgesehen, in die jeweils entsprechende Planetenräder 34 eingreifen.

Im Inneren des hohlen Kolbens 23 ist eine Feder 36 angeordnet, die sich einerseits an der Trennwand 30 im Kolben 23 und andererseits an dem radial innen gelegenen Ende des Zylinders 22 abstützt. Die Feder 36 ist bestrebt, den Kolben 23 in seine radial äußere Stellung zu verschieben, in welcher der Raum 26 sein kleinstes und der Raum 28 sein größtes Volumen aufweist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgeniäßen Vorrichtung ist folgende: Wird der zum Antrieb der Luftschraube vorgesehene Motor in Gang gesetzt, so daß das Ritzel 9 angetrieben wird, so wird durch das Ritzel 9 das Zahnrad 8 und damit die Antriebswelle 7 angetrieben. Aufgrund der Trägheitskräfte läuft aber die Luftschraube nicht sofort mit, sondern die Antriebswelle und die mit dieser verbundene Dämpfungsvorrichtung 12 verdrehen sich gegenüber der Nabe 14. Dabei wälzt sich das Pianetenrad 34 auf der Verzahnung 35 ab und verschiebt dadurch den Kolben 23 entgegen der Wirkung der Feder 36 in Richtung auf die innen gelegene Endstellung, bis der Kolben am Zylinderboden anliegt. Da diese Kolbenbewegung aufgrund der ölfüllung in den Räumen 26 und 28 und der Verbindungebohrung 29 gedämpft abläuft« wird die Luftschraube langsam während der Verschiebung

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des Kolbens mitgenommen. Bei diesem Anfahrvorgang eilt die Antriebswelle der Nabe um einen gewissen Winkelbetrag voraus, wobei diese gegenseitige Winkelverdrehung aufgrund des Eingriffes des Kegelrades 20 am Fuße eines jeden Flügels in die fest mit der Antriebswelle verbundene Verzahnung 21 eine Verdrehung des Flügels in dem Sinne bewirkt, daß der Flügel in Richtung auf den geringsten Blattanstellwinkel verstellt wird. Mit zunehmender Drehzahl der Luftschraube steigt auch die auf den Kolben einwirkende Fliehkraft, welche den Kolben nach außen zu drücken sucht, der bei seiner Verschiebung nach außen mittels der Zahnstange 32 das Ritzel 33 und damit das Planetenrad 34 verdreht, welches wiederum aufgrund des Eingriffes in die Verzahnung 35 die Nabe 14 gegenüber der Antriebswelle 7 verdreht und die eingangs erfolgte Winkelverdrehung wieder zum Teil rückgängig macht. Dabei wird über den Eingriff des Kegelrades 20 in die Verzahnung 21 jeder Flügel der Luftschraube im Sinne einer Vergrößerung des Blattanstellwinkels verdreht. Sinkt klso bei ansteigender Fluggeschwindigkeit der Luftschraubenwiderstand und wird dabei die durch ihn hervorgerufene Kraft kleiner, dann bewegt sich der Kolben 23 infolge der Fliehkraft immer mehr nach außen, was eine zunehmende Verdrehung der einzelnen Flügel im Sinne einer Vergrößerung des Blattanstellwinkels zur Folge hat. Mit zunehmendem Blattanstellwinkel wird aber der Luftschraubenwiderstand größer, so daß die Nabe bestrebt ist, gegenüber der Antriebswelle zurückzubleiben. Dies hat aber wiederum über die Verzahnung 35, das Planetenrad 34 und das Ritzel 33 eine Einwirkung auf den Kolben 23 in dem Sinne zur Folge, daß dieser entgegen der Fliehkraftwirkung wieder radial nach innen verschoben wird. Dabei stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein, so daß der Luftschraubenflügel unabhängig von der jeweiligen Motordrehzahl den günstigsten Anstellwinkel aufweist. Wird beispielsweise bei einem Motorsegler der Motor abgestellt, so drückt die Feder 36 den Kolben 23 nach außen, wodurch der Blattanstellwinkel so weit vergrößert wird, daß die stillstehende Luftschraube den geringsten Luftwiderstand verursacht. Die Feder 36

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drückt also die Flügel in die Segelstellung. Wird der Motor wieder angelassen, so wird entsprechend dem weiter oben beschriebenen Vorgang der Kolben wieder gegen seine innen gelegene Endstellung verschoben.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Veretell-Luftschraube, insbesondere für Motorsegler, deren Luftschraubennabe gegenüber ihrer Antriebswelle lose drehbar ist und bei welcher die um ihre Längsachse drehbaren Flügel sich hinsichtlich ihres Blattanstellwinkels selbsttätig in Abhängigkeit vom Motordrehmoment, das im Sinne einer Verkleinerung des Blattanstellwinkels wirkt, und einer Fliehkraftwirkung eines umlaufenden Fliehgewichtes, das im Sinne einer Vergrößerung des Blattanstellwinkels wirkt, einstellen, wobei eine mit umlaufende Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist, die die Verstellbewegungen dämpft, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glied (23) der Dämpfungsvorrichtung (12) als Fliehgewicht für die Verstellung des Blattanstellwinkels dient.

2. Versteil-Luftschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung (12) einen Hydraulikzylinder (22) mit einem Kolben (23) umfaßt, der als Fliehgewicht dient und dessen Verschiebe richtung in Richtung der auftretenden Fliehkraft verläuft.

3. Verstell-Luftschraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikzylinder (22) mit der Antriebswelle (7) fest verbunden ist und der Kolben (23) über Mitnehmer (32, 33, 34, 35) auf die Nabe (14) einwirkt.

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4. Versteil-Luftschraube nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (23) mit einer in Längsrichtung des Kolbens verlaufenden Zahnstange (32) versehen ist, mit der ein Ritzel (33) kämmt, das drehfest mit einem Planetenrad (34) verbunden ist, welches in eine mit der Nabe (14) fest verbundene Verzahnung (35) eingreift und dass der Kolben (23) als Hohlkolben mit einer Trennwand (30) ausgebildet ist, in der eine Verbindungsbohrung bzw. Drosselbohrung (29) vorgesehen ist, die die durch den freufliegend geführten Kolben getrennten Räume (26, 28) miteinander verbindet.

. 5. Verstellluftschraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Kolben (23) eine Feder (36) einwirkt, die ihn in die dem größten Blattanstellwinkel zugeordnete Stellung zu drücken sucht.

6. Verstellluftschraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel (15) an seinem Fuß ein Kegelrad (20) trägt, das mit einer mit der Antriebswelle (7) fest verbundenen Verzahnung (21) in Eingriff steht.

7.Verstell-Luftschraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (7) als Hohlwelle ausgebildet und auf einem zentralen Tragrohr (1) des Flugzeuges drehbar gelagert ist und daß die als Hohlnabe ausgebildete Nabe (14) auf der Antriebswelle (7) drehbar gelagert ist.

8. Verstellluftschraube nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Nabe (14) und der Antriebswelle (7) vorgesehenen Verzahnungen (35, 21), mit denen einerseits das Planetenrad (34) und andererseits das Kegelrad (20) des Flügelfußes zusammenwirken, nur entlang eines Teilbereiches des Umfanges ausgebildet sind.

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9· Verstellluftschraube nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (14) einen Lagerring (16) und tangential hierzu verlaufende und mit dem Lagerring fest verbundene Zugstreben (17) umfaßt, die die Lagergehäuse (19) für die Flügel (15) der Luftschraube miteinander verbinden und tragen.

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