DE281456C

DE281456C -

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Publication number: DE281456C
Application number: DENDAT281456D
Authority: DE
Publication date: 1900-01-01

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

Vi 281456 KLASSE 65/. GRUPPE

Firma THEODOR ZEISE in ALTONA a. Elbe.

Schraubenpropeller, bei welchem der Winkel zwischen Saug- und Druckfläche an der eintretenden Kante gleich dem doppelten Slipwinkel der Druckfläche

an dieser Stelle ist.

Zusatz zum Patent 277689.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 11. Januar 1913 ab. Längste Dauer: 5. August 1927.

Der Gedanke des Hauptpatents, bei Schraubenpropellern den Winkel zwischen Saug- und Druckfläche an der eintretenden Kante gleich dem doppelten Slipwinkel der Druckfläche an dieser Stelle zu machen und dabei von einer mittleren, idealen Propellerfläche als Grundlage für die Konstruktion auszugehen, gestattet weiter, die Steigung dieser mittleren idealen Propellerfläche vom Eintritt zum Austritt so auszubilden, daß das Wasser während des ganzen Durchflusses durch den Propeller gleichmäßig nach hinten beschleunigt wird. Bedeutet in Fig. ι der Zeichnung y den Zentriwinkel an der Welle, und zwar y_e für die eintretende und y_a für die austretende Kante von einem bestimmten Radius R₀, für den γ₀ = o° ist, gerechnet, und verhält sich die Eintrittssteigung St_e der idealen mittleren Propellerfläche zur Austrittssteigung Si₁₁ wie y_e ■ γα, so muß die Steigung St_e der idealen Propellerfläche auf einem beliebigen Radius R sich zu Sie verhalten wie γ: y_e. Dann ist die zur Erzielung einer günstigen Schraubenwirkung aufgestellte Forderung der gleichmäßigen Beschleunigung des Wassers in der Schraube erfüllt. Es sei St_a = q-St_e; q ist ein Koeffizient, der, wie später gezeigt wird, aus dem Slip zu ermitteln ist. Der Steigungswinkel der Schraube werde mit a, a_e und a_a an den verschiedenen Punkten bezeichnet. Dann ist 30 auf einem beliebigen Durchmesser

Dtga = ^L _(l),

wenn St die Steigung in dem betreffenden 35 Punkt bedeutet. Der Slipwinkel ist o._a — a_e. Die Grundgleichung zur Bestimmung der Steigung der idealen Propellerfläche der neuen Schraube ist nach obigem

	*St: St_c ■■*	= V-7e	•Ye	(2),
und :	ferner ist gegeben		■7
	Sta =	q · St₀		(3)·
Dann	. ist nach (1) und	(2):
		Ste-y
und	tga _	nD -y_e
		. π®	(4)·
	T-g I₁I)U O)	~~ Ste	(5)
Setzt	man nun y = r	nD	(6),
und	ρ- ^π2	360
	• Z)² · y_e r _ ei

dann ist

360

L·

St_e · 7

360 St_e π D · γ '

= tg(₉o° — _α) (nach 4) (7)·

Dies ist die Tangentengleichung einer Parabel mit dem Parameter p, und der Winkel 90°— α ist der Winkel der Tangente mit der Parabelachse. Die Scheitelgleichung dieser Parabel ist

y² = 2-p χ
oder

v² v² · St,- r — — ' /¹R¹I

ζ2Ο

ζ 20

(9)
(ίο).

Fig. 2 stellt die Abwicklung eines Zylinderschnittes der Schraubenfiäche dar. Die gezeichnete Parabel ist diejenige Linie, in weleher die ideale Schraubenfläche die Zylinderfläche schneidet. (Bei einer gewöhnlichen Schraubenfläche ist diese Linie eine gewöhnliche Schraubenlinie und in der Abwicklung des Zylinders eine gerade Linie.) Die wirkliehen Schraubenflächen sind jetzt zu beiden Seiten der idealen Schraubenfläche vollkommen symmetrisch anzuordnen, derartig, daß man die Materialstärken, die mit Rücksicht auf die Festigkeit notwendig sind, nach beiden Seiten je zur Hälfte auf den Normalen zu der Parabel aufträgt (Fig. 3). Dies ist die einzige Forderung, im übrigen hat man bei deren Ausbildung vollkommen freie Hand. Es ist jedoch zu beachten, daß, wenn die eine Fläche, z. B.

die Druckfläche, irgendwie angenommen ist, die andere, die Saugfläche, durch diese Bedingung zwangsweise bestimmt ist. Mit Rücksicht auf die praktische Herstellung wird man in vielen Fällen für die Druckfläche eine gewohnliche Schraubenfläche wählen, welche die abgewickelte Zylinderfläche in einer geraden Linie schneidet, z. B. in der Parabelsehne E A in Fig. 2. Der Steigungswinkel dieser Druckfläche ist von E bis A überall derselbe «</, entsprechend der überall gleichen Steigung Std· 'Aus Fig. 2 ergibt sich die Gleichung

X_e

Va- Ve

oder, indem man y_a und y_e durch Gleichung (5) eliminiert,

Dw
360

und indem man x_a und x_c durch Gleichung (9) und (10) eliminiert

ig ^a-i — -τ, —\ ^TZ fV '

Ferner ist

St_d

nach Gleichung (1) und

Ya = q-Ye

nach Gleichung (2) und (3).
Hieraus ergibt sich

St_e{q

{q—i)-2 2

St₁. + St_a

(II).

Wenn man Std und St₀ kennt, ergibt sich also

Sta = 2 St_d — St_e (12).

Std kann man in bekannter Weise berechnen, indem man nach Erfahrung einen bestimmten Slip annimmt, der bei diesen Schrauben infolge des stoßfreien Eintritts etwas höher sein wird als bei den bekannten Schrauben, bei sonst gleichen Abmessungen. St_e berechnet man, indem man den wirklichen Slip am Eintritt unter Berücksichtigung des Vorstroms = ο setzt. Somit sind die Elemente zur Konstruktion der Parabel bekannt, denn wenn man Std, St_e und St_a kennt, so kennt man auch ad, a_e und a_a und kann die Tangenten der Parabel in E und A zeichnen. Aus diesen entwickelt man die Parabel selbst graphisch in bekannter Weise, indem man E F und A F in gleiche Teile teilt und die Teilpunkte miteinander verbindet (Fig. 4).

Bisher wurde die neue Schraubenfläche immer nur für einen bestimmten Zylinderschnitt betrachtet. Nur aus Gleichung (1) geht hervor, daß α für die verschiedenen Durchmesser verschieden ist. In dem Hauptpatent ist jedoch schon angedeutet, daß es zweckmäßig ist, die Steigung der Druckfläche nach der Nabe zu wachsen zu lassen, damit die Winkel α_ςγ—a_e und a_a — ad an der Nabe möglichst groß werden. Dies ist wünschenswert, weil die Materialstärken nach der Nabe zu wachsen, aber notwendig ist es nicht. Das Abtragen der Materialstärken nach beiden Seiten der Parabel ergibt zwar fast immer, daß die Druckfläche nicht mit der Sehne EA zusammenfällt, man kann aber, wie in Fig. 5 angegeben ist, die Ecken abbiegen und muß aus der so entstehenden Druckfläche die Saugfläche in der beschriebenen Weise symmetrisch auf der anderen Seite der Parabel entwickeln. Fällt die

gerade Druckfläche auf die andere Seite der Sehne E A, also zwischen diese und die Parabel, so ist es angebracht, keine Druckfläche mit konstanter Steigung in der Richtung E A zu verwenden, sondern in der Form ein gebogenes Steigungsblech aufzustellen, das sich der Form der Parabel annähert.

Der Wunsch, die Steigung der Druckfläche nach der Nabe zu wachsen zu lassen, führt

ίο zur Anwendung der neuen Erfindung auf die Schraube nach dem Patent 46588. Diese hat mit Rücksicht auf die gute Wirkung eine Steigung, die vom Umfang nach der Nabe zu gemäß einer Hyperbel wächst. Diese Schraube hat den für die Herstellung wichtigen Vorteil, daß die Fläche mit Bezug auf eine Nebenachse m, die parallel zur Wellenachse M liegt (Fig. 6), eine gewöhnliche mathematische Schraubenfläche ist mit in jedem Punkte gleicher Steigung. Diese Nebenachse m soll daher für die geometrische Betrachtung sowohl als für . die Herstellung als Achse der Schraubenfläche aufgefaßt werden. Diese wesentliche Vereinfachung bedingt, daß auch γ um m statt um M gemessen werden muß, wodurch zwar theoretisch die gleichmäßige Beschleunigung . nicht mehr erzielt wird; der Nachteil ist aber so gering, daß er vernachlässigt werden kann, da die Vorteile in der Anfertigung viel wichtiger sind. Die Druckfläche hat also um m eine konstante Steigung Stdm, aus der sich für M die Steigung der Druckfläche

St _dM —

St_dmD

(13)

"'"" D — 2,Mm

ergibt.'

Da jedoch m als Achse der Betrachtung zugrunde gelegt wird, so ist Stdm konstant.

Dagegen ist St_e, das für M konstant sein soll, mit Bezug auf m variabel, nämlich

St_em = St,. M — (14).

Fig. 6 stellt diese Beziehungen dar und gibt das Diagramm, aus dem die Winkel ad, a._c und a_a in einfacher Weise für jeden Zylinderschnitt graphisch bestimmt werden können. Es ist beispielsweise eine gußeiserne Schraube von 4040 mm Durchmesser für einen Fracht dämpfer zugrunde gelegt. Die Erzeugende ist von m bis zur Flügelspitze 250 mm nach hinten geneigt. Der Radius ist in gleiche Teile von 320 mm geteilt, und für jeden Teil soll a_d, o._e und a_a bestimmt werden, um die Flügelschnitte zu konstruieren. Zu diesem Zwecke ist auf M die Größe -^- und auf m die Größe -^-

aufgetragen, und die Endpunkte sind mit den Fußpunkten auf den verschiedenen Durchmessern verbunden, so daß sich nach Gleichung (1) die Winkel a_d und a_e in diesen ergeben. Die Größe St_em ist auf m durch die Schenkel der Winkel a_e abgeschnitten (Gleichung 14). Aus Stem und Stdm läßt sich dann leicht (nach Gleichung 12) St_am bilden. Auch dieser Wert wird auf m für jeden Durchmesser aufgetragen und so auch a_a bestimmt. In Fig. 7 sind die Zylinderschnitte nach der oben beschriebenen Methode aus den so gefundenen Winkeln entwickelt. Die Parabeln sind strichpunktiert eingezeichnet.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Schraubenpropeller nach Patent 277689, bei welchem der Winkel zwischen Saug- und Druckfläche an der eintretenden Kante gleich dem doppelten Slipwinkel der Druckfläche an dieser Stelle ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ideale Propellerfläche, welche die Mitte zwischen Saug- und Druckfläche bildet, eine von der eintretenden Kante aus proportional mit dem Zentriwinkel (γ) wachsende Steigung besitzt und in jedem Zylinderschnitt eine Parabel ergibt.

2. Schraubenpropeller nach Patentanspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die abgewickelten Zy linder querschnitte der Druckfläche ganz oder mit Ausnahme der den Kanten am nächsten gelegenen Stellen gerade Linien bilden.

3. Schraubenpropeller nach Patentansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Druckfläche vom äußeren Ende nach der Nabe zu wächst.

4. Schraubenpropeller nach Patentansprüchen ι und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfläche eine Schraubenfläche mit radial konstanter Steigung bildet mit Bezug auf eine Achse (m), welche nicht mit der Wellenachse (M) zusammenfällt.

5. Schraubenpropeller nach Patentansprüchen ι und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentriwinkel (7) nicht um die Wellenachse (M), sondern um die Schraubenflächenachse (m) gemessen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.