DE2619283B2 - Verstell-luftschraube mit selbsttaetiger blattwinkelverstellungseinrichtung - Google Patents

Description

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 Blattanstellwinkels wirkt, einstellen, wobei eine mit umlaufende Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist, die die Verstellbewegungen dämpft.

Bei einer bekannten Versteil-Luftschraube dieser Art (DT-PS 7 24 317) ist vorgesehen, zusätzlich zu den Fliehgewichten Dämpfungsvorrichtungen anzuordnen, um die raschen Verstellbewegungen zu dämpfen und harte Schläge zu vermeiden. Diese zusätzlich angeordneten Dämpfungsvorrichtungen, die mit der Nabe umlaufen, erhöhen nicht nur den Gesamtaufwand, sondern auch das Gewicht der Verstellluftschraube.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Arbeitsaufwand und den Aufwand an Einzelteilen sowie das Gewicht einer Verstellluftschraube mit einer 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 Versteil-Luftschraube (DT-PS 5 75 938), bei der der Kolben der Dämpfungsvorrichtung über Schrägflächen, die mit der Achse des Fliehgewichtes 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 Ausführungsform erfolgt die Verstellung des Blattanstellwinkels nicht direkt durch Einwirken des Fliehgewichtes auf den Flügel, sondern unmittelbar 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 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 ist 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 eine 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

bo 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

h¹) Verbindung zwischen Kolben und Nabe und eine entsprechend einfache und betriebssichere Wirkungsweise der Dämpfungsvorrichtung zu erzielen, ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekenn-

zeichnet, daß der Kolben mit einer in Längsrichtung des Kolbens verlaufenden Zahnstange versehen ist, mit der ;in 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 in seine radial innen gelegene Endstellung verschieben. Aufgrund der hierbei eintretenden Dämpfungswirkung wird die Nabe langsam mitgenommen, bis der Kolben ar, seinen innen gelegenen Anschlag kommt, wodurch in dieser Kolbenstellung eine schlupffreie Antriebsverbindung 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 Endstellung des Kolbens den geringsten Wert auf.

Um bei Verwendung der Verstell-Luftschraube bei einem Motorsegler bei abgeschaltetem Antrieb einen möglichst geringen Luftwiderstand an der Luftschraube zu erzielen, wirkt der Kolben auf eine Feder ein, die ihn in die dem größten Blattanstellwinkel zugeordnete Stellung zu drücken sucht. Dies bedeutet, daß bei Anordnung der Verschiebeeinrichtung 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 Endstellung, 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 Umfangs ausgebildet sind.

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 zeigt

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

F i g. 2 eine Querschnittdarstellung mit verschiedenen Schnittebenen entlang den Linien A-A, B-Bund C-Cin Fig. I, jedoch ohne Dämpfungsvorrichtung;

Fig. 3 eine Einzelheit im Schnitt nach der Linie ill-Ill in Fig. 1; und Fig.4 jeweils schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Versteil-Luftschraube in Seitenansicht und Vorderansicht.

Auf einem zentralen Tragrohr 1 im Rumpf eines Motorseglers ist im Eiereich 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 Antriebsritze] 9 einer zu einem Motor führenden Welle 10 kämmt. Die Antriebswelle 7 weist einen vorderen mit dem Großrad 8 versehenen Teil la und einen hinteren, im Durchmesser kleineren Teil Tb auf, der über einen radial abstehenden Flansch 11 mit dem Teil 7a lösbar verbunden ist. Der Flansch 11 reicht in radialer Richtung über den Teil 7a der Antriebswelle hinaus und dient zur Halterung einer Dämpfungsvorrichtung 12, auf die noch weiter unten näher eingegangen wird.

Auf dem Teil 7öder Antriebswelle 7 ist mittels zweier Lager 13 eine Nabe 14 drehbar gelagert, die, wie aus Fig. 2 ersichtlich, drei Flügel 15 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 F i g. 2 dargestellt.
Am Fuß eines jeden Flügels 15 ist ein Kegelrad 20 befestigt, das mit einer Verzahnung 21 in Eingriff 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 Umfangs, 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 freifliegender 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 unf 28 unterteilt ist, von denen die Räume 26 und 28 je nach Kolbenstellung ein veränderbares Volumen aufweisen, während der Raum 27 an 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. In dem Raum 27 des Hydraulikzylinders 22 befindet sich keine ölfüllung. Der die beiden Kolbenköpfe 24 verbindende Kolbenschaft 31 ist mit einer Zahnstange 32 versehen, die sich

M) in Längsrichtung des Kolbenschaftes über dessen gesamte Länge erstreckt. Mit dieser Zahnstange wirkt ein am Zylinder 22 drehbar gelagertes Ritzel 33 zusamrien, das drehfest mit einem Planetenrad 34 verbunden ist, welches in eine Verzahnung 35 eingreift,

π·· die fest auf dem Lagerring 16 angeordnet und somit fest mit der Nabe 14 verbunden ist. Die Verzahnung 35 erstreckt sich, wie dies aus F i g. 2 ersichtlich ist, jeweils nur über bestimmte Teilbereiche des Umfangs des

Lagerringes 16. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei solcher Verzahnungsabschnitte 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 erfindungsgemäßen 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 ?ich das Planetenrad 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 Verbindungsbohrung 29 gedämpft abläuft, wird die Luftschraube langsam während der Verschiebung 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 23 einwirkendf Fliehkraft, welche den Kolben nach außen zu drücker sucht, der bei seiner Verschiebung nach außen mittel: der Zahnstange 32 das Ritzel 33 und damit da; Planetenrad 34 verdreht, welches wiederum aufgrüne des Eingriffes in die Verzahnung 35 die Nabe 1* gegenüber der Antriebswelle 7 verdreht und dif eingangs erfolgte Winkelverdrehung wieder zum Tei rückgängig macht. Dabei wird über den Eingriff de:

ίο Kegelrades 20 in die Verzahnung 21 jeder Flügel dei Luftschraube im Sinne einer Vergrößerung dei Blattanstellwinkels verdreht. Sinkt also bei ansteigende! Fluggeschwindigkeit der Luftschraubenwiderstand unc wird dabei die durch ihn hervorgerufene Kraft kleiner dann bewegt sich der Kolben 23 infolge der Fliehkraf immer mehr nach außen, was eine zunehmend) Verdrehung der einzelnen Flügel im Sinne eine Vergrößerung des Blattanstellwinkels zur Folge hat. Mi zunehmendem Blaltanstellwinkel wird aber der Luft schraubenwiderstand größer, so daß die Nabe bestreb ist, gegenüber der Antriebswelle zurückzubleiben. Die: hat aber wiederum über die Verzahnung 35, da Planctenrad 34 und das Ritzel 33 eine Einwirkung au den Kolben 23 in dem Sinne zur Folge, daß diese entgegen der Fliehkraftwirkung wieder radial nacl innen verschoben wird. Dabei stellt sich ein Gleichge wichtszustand ein, so daß der Luftschraubenflüge unabhängig von der jeweiligen Motordrehzahl dei günstigsten Anstellwinkel aufweist. Wird beispielsweisi bei einem Motorsegler der Motor abgestellt, so drück die Feder 36 den Kolben 23 nach außen, wodurch de Blattanstellwinkel so weit vergrößert wird, daß di< stillstehende Luftschraube den geringsten Luftwider stand verursacht. Die Feder 36 drückt also die Flügel ir die Segelstellung. Wird der Motor wieder angelassen, se wird entsprechend dem weiter oben beschriebener Vorgang der Kolben wieder gegen seine innen gelegem Endstellung verschoben.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Versteil-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 Füehgewicht für die Verstellung des Blattanstellwinkels dient.

2. Verstellluftschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fliehgewicht ein in einem Hydraulikzylinder (22) der Dämpfungseinrichtung (12) angeordneter Kolben (23) ist, dessen Verschiebeeinrichtung in Richtung der auftretenden Fliehkraft verläuft.

3. Versteil-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 Luftschraubennabe (14) einwirkt.

4. Verstellluftschraube 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 Luftschraubennabe (14) fest verbundene Verzahnung (35) eingreift, und daß der Kolben (23) als Hohlkolben mit einer Trenn wand (30) ausgebildet ist, in der eine Drosselbohrung (29) vorgesehen ist, die die durch den freifliegend geführten Kolben getrennten Zylinderräume (26,28) miteinander verbindet.

5. Versteil-Luftschraube nach einem der Ansprüche 2 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.