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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft einen Propeller mit wenigstens zwei Blättern,
die zur Verstellung des Blattwinkels verdrehbar in der Propellernabe befestigt sind,
wobei in der Propellernabe ein Hydraulikzylinder mit einem Stellkolben ausgebildet
ist.
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Ein derartiger Propeller ist in der DE-PS 461 969 beschrieben und
dargestellt. Um den Blattwinkel der Propellerblätter an die Fluggeschwindigkeit
anpassen zu könnnen, ist eine Pumpe vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Motordrehzahl
des Flugzeuges mittels des Stellkolbens den Blattwinkel einstellt. Im Fall des Versagens
des hydraulischen Systems bringt eine Feder die Propellerblätter in ihre Ausgangsstellung
zurück.
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Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß sie verhältnismäßig
kompliziert aufgebaut ist und eine vom Motor angetriebene Pumpe benötigt, die über
drei Leitungen mit der Verstelleinrichtung verbunden ist. Außerdem erfolgt die Verstellung
des . Blattwinkels in Abhängigkeit von der Motordrehzahl.
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Eine Vorrichtung zur Veränderung des Blattwinkels von Propellerblättern
in Abhängigkeit von der Propellerdrehzahl ist Gegenstand der DE-PS 724 316. Hierzu
sind in der Propellernabe radial verschiebbare Kolben vorgesehen, die in Abhängigkeit
von der mit der Propellerdrehzahl steigenden Fliehkraft Druckmedium gegen Flügelkolben
fördern, welche gegen eine Federkraft den Blattwinkel der Propellerblätter verändern.
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Dabei ist es jedoch nicht möglich, die volle Motorleistung (im Bereich
der maximalen Drehzahl) beim Start auszunutzen, weil die Propellerblätter noch vor
Erreichen der maximalen Leistung in die große Steigung umgeschaltet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Propeller der eingangs
erläuterten Gattung so zu verbessern, daß beim Start und beim Durchstarten immer
die volle Motorleistung zur Verfügung steht und eine gedämpfte Verstellung des Blattwinkels
vom Piloten zu einem gewünschten Zeitpunkt eingeleitet werden kann.
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Bei dem Propeller der im Patentanspruch 1 angegebenen Gattung wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder drehbar gelagerte Blattfuß
eine durch die Fliehkraft gesteuerte Verstelleinrichtung aufweist, die über eine
Verstellstange, welche mittels einer Rückholeinrichtung in eine Grundstellung bringbar
ist, mit dem fest auf der Verstellstange angebrachten Stellkolben des Hydraulikzylinders
verbunden ist, dessen zu beiden Seiten des Kolbens liegende Kammern außerhalb eines
zwischen einer oberen und einer unteren Drehzahl liegenden Betriebsbereiches miteinander
verbindbar sind..
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Vorzugsweise sind dabei zur Verbindung der beiden Zylinderkammern
ein erstes und ein zweites Fliehkraftventil vorgesehen, von denen das erste Fliehkraftventil
bei überschreiten der oberen Drehzahl die Verbindung öffnet und von denen das zweite
Fliehkraftventil bei Unterschreiten der unteren Drehzahl die Verbindung öffnet.
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Bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Lösung ergibt sich der Blattwinkel
aus der erforderlichen Propellerlast, die zur Vermeidung einer Oberdrehzahl notwendig
ist. Die Verstellung erfolgt somit immer, wenn die Kombination Motorleistung/Fluggeschwindigkeit
die überdrehzahl ermöglichen würde.
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Der Blattwinkel bleibt fixiert, wenn durch das Gas-Zurücknehmen oder
Ziehen am Knüppel die Drehzahl verringert wird. Beim Unterschreiten einer bestimmten
Drehzahl kehrt der Propeller in die Ausgangsstellung "kleinste Steigung" zurück,
wo er bis zum nächsten Erreichen der maximalen Drehzahl bleibt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung
dargestellt ist.
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Es zeigen: Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Propellernabe
eines erfindungsgemäß ausgebildeten Propellers und Figur 2 ein Diagramm zur Darstellung
der Abhängigkeit des Blattwinkels von der Propellerdrehzahl.
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Figur 1 zeigt schematisch einen Teil einer Propellernabe 10, der an
einem Motorflansch 12 des Flugmotors angeschraubt ist.
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An der Propellernabe 10 ist ferner das Gehäuse 14 der erfindunsgemäß
ausgebildeten Steuereinrichtung befestigt.
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Der Pfeil F in Figur 1 gibt die Flugrichtung an. Die Propellerachse
ist mit 16 bezeichnet, Koaxial zur Propellerachse 16 durchläuft eine Verstellstange
18 das Gehäuse 14 und den Teil 10 der Propellernabe. Im zuletzt genannten Teil ist
auf der Verstellstange 18 ein Gabelstück 20 befestigt. In dieses Gabelstück 20 greifen
Exzenter 22 ein, von denen je einer am Blattfuß 24 der Propellerblätter
26
befestigt ist. Die Propellerblätter 26 sind in bekannter Weise mittels ihrer zylindrischen
Blattfüße 24 drehbar an der Propellernabe 10 befestigt.
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Zur Verdrehung der Propellerblätter 26 und damit zur Verstellung des
Blattwinkels ist an jedem Blattfuß 24 ein Fliehgewicht 28 befestigt, das mit steigender
Drehzahl n des Propellers ein wachsendes Moment M erzeugt, welches bestrebt ist,
den Blattwinkel des jeweiligen Propellerblattes 26 zu vergrößern.
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über den Exzenter 22 und das Gabelstück 20 erzeugt dieses Moment M
in der Verstellstange 18 eine entgegengesetzt zur Flugrichtung F wirkende Axialkraft,
der eine Feder 30 entgegenwirkt. Ein Ende dieser Feder 30 stützt sich an einem Ansatz
32 des Gehäuses 14 ab, während das andere Ende der Feder 30 gegen einen ersten Anschlag
34 drückt, der an der Verstellstange 18 befestigt ist und in der Ausgangsstellung
an einem Flansch 36 des Gehäuses 14 anliegt.
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Bei einer niedrigen Drehzahl n des Propellers ist die Kraft der Feder
30 größer als die durch das Fliehgewicht 28 ausgeübte Gegenkraft, so daß die Feder
30 die Verstellstange 18 in der Stellung hält, die in der oberen Hälfte der Figur
1 dargestellt ist.
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Ab einer bestimmten Drehzahl überwiegt die Fliehkraft des Fliehgewichtes
28, wodurch die Verstellstange 18 schlagartig in die in der unteren Hälfte der Figur
1 eingezeichnete Stellung verschoben würde, in der sich ein zweiter Anschlag 38
der Verstellstange 18 an der Außenseite des Flansches 36 des Gehäuses 14 abstützt
Damit
dieser Umschaltvorgang nicht schlagartig bei irgendeiner Drehzahl stattfindet, die
auch von der Reibung abhängt, ist die nachfolgend beschriebene Einrichtung gemäß
der Erfindung vorgesehen.
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Auf der Verstellstange 18 ist ein Stellkolben 40 befestigt, der zwei
Kammern 42 und 44 bildet, in denen sich ein hydraulisches Medium befindet. Die Kammer
42 wird durch eine feste Wand des Gehäuses 14 begrenzt, während die Kammer 44 eine
drucklose Volumenausgleichskammer ist, die durch einen auf der Verstellstange 18
gleitenden Ausgleichskolben 46 abgeschlossen ist. Die beiden Kammern 42 und 44 sind
über ein erstes Fliehkraftventil 48 und ein zweites Fliehkraftventil 50 miteinander
verbunden, welche jeweils in einem Drossel kanal 52 angeordnet sind. Der Ansprechpunkt
der beiden Fliehkraftventile 48 und 50 ist durch eine Stellschraube 54 einstellbar.
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Das erste Fliehkraftventil 48 öffnet bei überschreitung einer maximalen
Drehzahl n2, während das zweite Fliehkraftventil 50 bei Uberschreitung einer bestimmten
Drehzahl nl oberhalb der Leerlaufdrehzahl schließt. Auf diese Weise ist der Stellkolben
40 durch die beiden geschlossenen Ventile 48 und 50 zwischen den beiden Drehzahlen
nl und n2 blockiert. In diesem Betriebsbereich verhält sich der Propeller wie ein
starrer Propeller (val. Figur 2).
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Im Stillstand des Propellers ist das erste Fliehkraftventil 48 geschlossen,
während das zweite Fliehkraftventil 50 geöffnet ist. Da keine Gegenkraft vorhanden
ist, drückt die Feder 30 die Verstellstange 18 über den ersten Anschlag 34 gegen
den Flansch 36. Dieser Betriebszustand, bei dem sich die Propellerblätter 26 in
der Position der kleinsten Steigung
befinden, ist in der oberen
Hälfte der Figur 1 dargestellt.
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Im Leerlauf unterhalb der Drehzahl n1 ergibt sich dieselbe Situation,
da die Kraft der Feder 30 größer ist als die durch das Fliehgewicht 28 ausgeübte
Kraft.
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Sobald der Propeller die Drehzahl n1 überschreitet, schließt auch
das zweite Fliehkraftventil 50* Innerhalb des Betriebsbereiches zwischen n1 und
n2 sind somit beide Ventile geschlossen, weshalb keine Verstellung der Propellerblätter
26 möglich ist. Am Anfang dieses Betriebsbereiches überwiegt die Kraft der Feder
30, im zweiten Teil die Fliehkraft.
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Sobald der Propeller die Drehzahl n2 überschreitet, öffnet das erste
Fliehkraftventil 48 - das zweite Fliehkraftventil 50 bleibt geschlossen - , so daß
das hydraulische Medium über den Drossel kanal 52 des ersten FLiehkraftventils 48
aus der Kammer 42 in die Kammer 44 strömen kann. Damit ist der zuvor gesperrte Stellkolben
40 freigegeben, so daß das durch das Fliehgewicht 28 ausgeübte Moment M der Blattwinkel
des zugehörigen Propellerblattes 26 von t 1 in Richtung auf t2 vergrößert wird.
Durch die höhere Last am Motor ergibt sich ein geringer Drehzahlabfall unterhalb
von n2, weshalb das erste Fliehkraftventil 48 wieder schließt und den Verstellvorgang
unterbricht, Wenn durch weitere Erhöhung der Fluggeschwindigkeit die Drehzahl n2
wieder überschritten wird, regelt der Propeller wieder auf die maximale Drehzahl
n2 zurück. Bei beschleunigtem Flug mit gleichbleibender Gashebelstellung behält
der Propeller somit die konstante Drehzahl n2 bei (vgl. untere Hälfte der Fig. 1).
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Durch Gaszurücknehmen oder Verringerung der Fluggeschwindigkeit durch
Ziehen wird die Drehzahl n2 unterschritten, wobei jedoch die Propellerblätter 26
in der zuletzt erreichten Stellung blockiert bleiben, da beide Fliehkraftventile
48 und 50 geschlossen sind.
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Innerhalb des Betriebsbereiches (zwischen nl und n2) kann jeder beliebige
Blattwinkel fixiert sein, wobei die Verstellung auf einen größeren Winkel nur bei
n2 erfolgt. Wenn der Pilot beispielsweise nach dem Start mit Vollgas und mit aus
Lärmgründen verringerter Drehzahl steigen will, drückt er nach dem Abheben auf eine
um etwa 20 km/h höhere Geschwindigkeit nach, als die Geschwindigkeit für den optimalen
Steigflug beträgt. Dabei bleibt die Drehzahl konstant. Sie geht zurück, wenn der
Pilot nach dem Erreichen der Sicherheitshöhe durch Ziehen in den optimalen Steigflug
übergeht.
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Sobald die untere Drehzahl nl unterschritten wird, öffnet sich das
zweite Fliehkraftventil 50, wodurch der bisher gesperrte Stellkolben 40 freigegeben
wird und die Feder 30, deren Kraft die Fliehkraft nunmehr übersteigt, den ersten
Anschlag 34 gegen den Flansch 36 drückt und damit die Verstellstange 18 das Propellerblatt
26 in die Stellung kleinster Steigung (Winkel 1 ) dreht.
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Durch die gedrosselte Strömung des hydraulischen Mediums über die
beiden Fliehkraftventile und die Drossel kanäle 52 erfolgt die Verstellung nicht
ruckartig, sondern gedämpft.