DE3716326C2

DE3716326C2 -

Info

Publication number: DE3716326C2
Application number: DE3716326A
Authority: DE
Inventors: Claus Dr.-Ing. 1000 Berlin De Oehler
Original assignee: Schempp-Hirth & Co Kg 7312 Kirchheim De GmbH
Current assignee: Schempp-Hirth & Co Kg 7312 Kirchheim De GmbH
Priority date: 1987-05-15
Filing date: 1987-05-15
Publication date: 1989-11-09
Also published as: DE3716326A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Propeller insbesondere für Schub erzeuger, Volumenstromerzeuger oder Windenergiekonverter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Unter dem Begriff des Propellers sollen im folgenden vor allem mit Luft beaufschlagte, schnell drehende Propeller verstanden werden, wie sie beispielsweise als Luftschrauben oder Prop-Fans für den Fahrantrieb von Luft- und Schienenfahrzeugen, als Rotoren in Drehflügelflugzeugen, als Volumenstromerzeuger in Ventilatoren, Gebläsen und Verdichtern oder als Windräder bzw. Windmühlenflügel in Windenergiekonvertern verwendet wer den.

Die bekannten Propeller weisen mehrere gegenüber dem Luftstrom angestellte Flügel auf, die in gleichen Winkelabständen von einander an der Nabe angeordnet und gleich lang sind. Beim Drehen erzeugen sie ein typisches Propellergeräusch, das mit zunehmender Drehzahl immer lauter wird. Die Geräuschentwick lung kann so stark werden, daß sie als Lärmbelästigung empfun den wird. Eine Möglichkeit zur Reduzierung des Lärmpegels besteht zwar darin, den Propeller langsamer laufen zu lassen, jedoch wird mit abnehmender Drehzahl auch der vom Propeller erzeugte Schub oder Volumenstrom in unerwünschter Weise herab gesetzt.

Eine weitere Möglichkeit der Lärmreduzierung besteht darin, die Propellerflügel durch Herausarbeiten eines Spalts von der Spitze her in je zwei Flügelblätter zu unterteilen (DE-OS 34 24 010). Die dabei erzielte Geräuschminderung re sultiert offenbar daraus, daß an den Spitzen der Flügelblätter aufgrund ihrer spitz zulaufenden Ausbildung nur sehr kleine Randverluste entstehen.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den bekannten Propeller der eingangs angegebenen Art dahin gehend zu verbessern, daß er bei gleicher Leistungsfähigkeit und Umdrehungszahl eine geringere Geräuschentwicklung auf weist.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale vorgeschlagen. Weitere vor teilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von der Erkenntnis aus, daß zumindest ein Teil der Propellergeräusche durch die sich an den Spitzen der Flügel ablösenden End- bzw. Randwirbel er zeugt werden, wobei die Endwirbel und die in diese eindringen den Spitzen der in Drehrichtung folgenden Flügel sich in ihrer Geräuschentwicklung überlagern und verstärken. Dementsprechend wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Spitzen min destens zweier Flügel des rotierenden Propellers unterschied liche Kreisbahnen durchlaufen. Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Maßnahme eine erhebliche Reduzierung des Lärmpegels erzielt werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen mindestens zwei, vorzugsweise alle Flügel des Propellers eine unterschiedliche Länge auf. Die Abweichung zwischen den einzel nen Flügellängen kann dabei mindestens 2%, vorzugsweise 2 bis 10%, bezogen auf die größte Flügellänge betragen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die von den Flügelspitzen durchlaufenen Kreisbahnen in zueinander parallelen, axial gegeneinander versetzten Ebenen angeordnet, wobei hier die Flügel selbst die gleiche Länge aufweisen können.

Die erfindungsgemäße Lösung führt in aller Regel zunächst zu einer Unwucht des Systems, die ausgeglichen werden muß. Die Vorkehrungen, die zu einer Auswuchtung führen, können beispielsweise darin bestehen, daß der Winkelabstand zweier benachbarter Flügel von den Winkelabständen anderer benach barter Flügel abweicht. Die Winkelabstände der verschiedenen benachbarten Flügel können dabei mindestens um 1%, vorzugs weise um 2 bis 10% bezogen auf den größten Winkelabstand voneinander abweichen.

Die Auswuchtung kann auch durch die Wahl unterschiedlich schwerer Flügel oder durch einen Massenausgleich an der Nabe erzeugt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläu tert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Vierflügelpropeller mit unter schiedlich langen, unsymmetrisch angeordneten Flügeln;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Vierflügelpropellers, dessen Flügelspitzen in verschiedenen Kreisebenen laufen.

Der in Fig. 1 gezeigte Propeller besteht im wesentlichen aus einer mit einer Antriebs- oder Abtriebswelle 11 verbundenen Nabe 10 und vier im wesentlichen radial von der Nabe abstehen den Flügeln 12′, 12′′, 12′′′, 12 ^IV. Die Flügel sind unterschied lich lang, so daß ihre Spitzen 14′, 14′′, 14′′′, 14 ^IV Kreisbahnen 16′, 16′′, 16′′′, 16 ^IV mit verschiedenen Durchmessern durchlau fen. Die Flügellängen sind dabei zweckmäßig so gewählt, daß die sich bei der Propellerdrehung von jeder Flügelspitze lösen den Endwirbel in ihrem Kern gerade nicht mehr von der Spitze der nachfolgenden Flügel und deren Endwirbelkernen durchstoßen werden. Im Hinblick auf die angestrebte Lärmminderung hat sich bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Luftschraube für Leichtflugzeuge ein Längenverhältnis der Flügel 12′; 12′′; 12′′′; 12 ^IV von 1 : 0,97 : 0,92 : 0,95 als besonders vorteilhaft erwiesen. Zur Kompensation der durch die unterschiedlichen Flügellängen induzierten Unwucht wurden zusätzlich die Winkelabstände zwischen den benachbarten Flü geln in der dargestellten Weise variiert, wobei die Abweichun gen gegenüber den bei Vierflügelpropellern üblichen rechten Winkeln bis zu 5% betragen. Diese Auswuchtungsmaßnahme trägt ebenfalls zur Minderung der Geräuschentwicklung bei.

Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Vierflügel propellers besteht im wesentlichen aus einer mit einer An- oder Abtriebswelle 21 verbundenen Nabe 20 und einem Kranz aus vier von der Nabe abstehenden Flügeln 22′, 22′′, 22′′′, 22 ^IV. Die gleichlangen Flügel sind dabei so an der Nabe befestigt, daß ihre Spitzen 24′, 24′′, 24′′′, 24 ^IV zueinander parallele, einen axialen Abstand voneinander aufweisende Kreisbahnen 26′, 26′′, 26′′′, 26 ^IV durchlaufen. Die Abstände zwischen den einander benachbarten Kreisebenen sind wiederum zweckmäßig so gewählt, daß die sich bei der Propellerdrehung von jeder Flügelspitze lösenden Endwirbel in ihrem Kern nicht mit den Spitzen der nachfolgenden Flügel und deren Endwirbeln kolli dieren. Die aus der geometrischen Unsymmetrie in der Ausrich tung der Flügel resultierende Unwucht kann beispielsweise durch entsprechende Anpassung der Anstellwinkel der Flügel gegenüber dem ankommenden Luftstrom 28 kompensiert werden.

Claims

1. Propeller, insbesondere für mit Luft beaufschlagte Schuberzeuger, Volumenstromerzeuger oder Windenergie konverter, mit mindestens zwei im wesentlichen radial von einer Nabe abstehenden, in Drehrichtung einen Winkelabstand von einander aufweisenden Flügeln, deren Spitzen bei drehender Nabe eine Kreisbahn durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen (14; 24) mindestens zweier Flügel (12, 22) des rotierenden Propellers unterschiedliche Kreisbahnen (16, 26) durch laufen.

2. Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Flügel (12) eine unter schiedliche Länge aufweisen.

3. Propeller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Flügel (12) unterschiedliche Längen aufweisen.

4. Propeller nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abweichung zwischen den einzelnen Flügellängen mindestens 2%, vorzugsweise 2 bis 10%, bezogen auf die größte Flügellänge beträgt.

5. Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Flügelspitzen (24) durchlaufenen Kreisbahnen (26) in zueinander parallelen, axial gegeneinander versetzten Ebenen angeordnet sind.

6. Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelabstand zweier benach barter Flügel (12) von den Winkelabständen anderer benachbarter Flügel (12) abweicht.

7. Propeller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelabstände zwischen allen benachbarten Flügeln (12) unterschiedlich sind.

8. Propeller nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Winkelabstände der verschiedenen benachbarten Flügel (12) mindestens um 1%, vorzugsweise um 2 bis 10%, bezogen auf den größten Winkelabstand voneinander abweichen.

9. Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekenn zeichnet durch Auswuchtmittel zur Kompensation einer durch die geometrische Unsymmetrie der Flügel (12, 22) induzierten Unwucht.