DE3724701C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraube für gasförmige oder flüssige Medien, insbesondere Luftschraube, der ansonsten im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Es ist eine Schraube der eingangs genannten Art bekannt (DE-OS 34 24 010), die mindestens einen Flügel hat, der zwei in radialem Abstand vom Drehzentrum sich erstreckende einzelne Flügelblätter aufweist, welche quer zur Flügelbreitfläche gesehen unter Bildung eines in Radialrichtung offenen Spaltes dazwischen in Abstand voneinander verlaufen. Diese bekannte Schraube hat erhebliche Vorteile mit sich gebracht, die sich aus dieser Druckschrift ergeben. Betrachtet man aber die Schubverteilung über den Radius der Schraube, ergibt sich ein relativ großer Außenvektor im Bereich des Schraubenendes. Schon aus Festigkeitsgründen muß man deswegen bei dieser bekannten Schraube den Durchmesser dieser reduzieren oder aber antriebsseitig eine Untersetzung vorsehen, da ein großes Antriebsmoment notwendig ist. Die bekannte Schraube hat sich daher bei Reiseflugbedingungen oder bei Antrieben, bei denen ein kleiner Schraubendurchmesser erforderlich ist, als günstig erwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraube der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, die unter Beibehaltung der Vorteile dieser bekannten Schraube größer Durchmesser bei gleichen Antriebsmomenten und dadurch bessere Steigwerte ermöglicht.

Die Aufgabe ist bei einer Schraube der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst. Diese Schraube führt im Vergleich zur bekannten Schraube zu einer günstigeren Schubverteilung, betrachtet über den Schraubenradius am größten ist, weswegen im Vergleich zu der bekannten, eingangs erläuterten Schraube größere Durchmesser möglich sind. Flugversuche haben vielseitig bestätigt, daß die Schraube gemäß der Erfindung in allen Flugphasen, verglichen mit dem zitierten Stand der Technik, günstiger ist. Von Vorteil ist ferner, daß das einen Verdichtungsflügel bildende erste Flügelblatt im Bereich seiner Wurzel steif und von hoher Festigkeit ist und somit ein etwaiges Flattern dieses ersten Flügelblattes vermieden ist. Der Flügel gestattet eine Benutzung in beiden Drehrichtungen, d. h. zum einen in Richtung der säbelförmigen Profilkante des ersten Flügelblattes, wobei bei dieser Drehrichtung durch die säbelförmige Ausbildung der frontale Widerstand reduziert ist, und zum anderen in Richtung der anderen, hier geradlinig ausgebildeten Profilkante des zweiten Flügelblattes. Der geradlinige Verlauf erleichtert eine dortige Anbringung eines gegebenenfalls gewünschten Kantenschutzes in Blech od. dgl. Dadurch, daß das in Anströmrichtung gesehen erste Flügelblatt das zweite Flügelblatt überlappt, ergibt sich ein gesteigerter Wirkungsgrad und somit eine größere Leistungsausbeute. Der Flügel ist einfacher, schneller und kostengünstiger herzustellen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schraube enthalten die Unteransprüche 2-19. Dadurch, daß der Spalt und somit der Spaltflügel lediglich auf einem Radialbereich ab etwa 30% des Flügelradius bis etwa 70% des Flügelradius ausgebildet ist, ergibt sich im Außenbereich des Flügels ein größerer Flächenbereich, womit die Voraussetzungen dafür geschaffen sind, daß sich dieser größere Flächenbereich z. B. bei Reiseflugbedingungen, bei denen etwa 60% des Antriebsmomentes und größere Drehzahlen wirksam sind, selbsttätig relativ zum restlichen Teil des Flügels zumindest geringfügig verstellt, und sei es nur um einige Winkelgrade in der Größenordnung von 1° bis 2°. Dadurch sind höhere Fluggeschwindigkeiten erreichbar. Durch die Säbelform der Profilkante des in Anströmrichtung ersten Flügelblattes gemäß Anspruch 6 wird dort der frontale Widerstand verringert, was insbesondere im radialen Endbereich des Flügels gilt, wo große Geschwindigkeiten herrschen. Dies führt zu gesteigertem Wirkungsgrad und somit größerer Leistungsausbeute. Durch die Merkmale im Anspruch 17 wird eine weitere Vereinfachung und Reduzierung der Herstellungskosten erreicht, da der Flügel aus zwei einzelnen Schaftteilen mit jeweiligem Flügelblatt daran gebildet ist, aus denen er dann, wenn beide Flügelblätter benötigt werden, durch feste Verbindung dieser miteinander zu einer Einheit zusammengesetzt werden kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich durch Nennung der Anspruchsnummern darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben. Dabei sind alle in der vorstehenden und folgenden Beschreibung erwähnten Merkmale sowie auch die allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht eines Flügelteiles einer Luftschraube,

Fig. 2 eine Vorderansicht entsprechend Fig. 1, jedoch bei teilweise abgebrochenem ersten Flügelblatt,

Fig. 3 eine Ansicht des Flügelteiles in Pfeilrichtung III in Fig. 2,

Fig. 4 einen schematischen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 eine Hinteransicht des Flügelteiles in Fig. 1.

In Fig. 1-5 ist schematisch ein Teil einer Luftschraube 10 gezeigt, die mindestens einen Flügel 11 hat. Meist hat eine solche Luftschraube 10 die Form eines Doppelflügels, der aus zwei Flügeln 11 besteht, die zusammen mit der nicht sichtbaren Flügelnabe miteinander einstückig sind und in Richtung einer Diametralen verlaufen. Zwingend ist dies für die Erfindung aber nicht, denn die Schraube, insbesondere Luftschraube 10, kann auch allein einen Flügel 11 mit nicht weiter gezeigter Nabe aufweisen oder statt dessen auch drei- oder mehrflügelig gestaltet sein.

Der Flügel 11 weist zwei in radialem Abstand vom Drehzentrum sich erstreckende einzelne Flügelblätter 12 und 13 auf. Diese verlaufen unter Belassung eines Spaltes 15 dazwischen mit Abstand voneinander.

Der Flügel 11 ist zur Bildung der einzelnen Flügelblätter 12 und 13 und des Spaltes 15 geschlitzt, wobei diese Schlitzung bei etwa 30% des Flügelradius beginnt. Dieses Maß ist in Fig. 1 mit S 1 gekennzeichnet. Der Spalt 15 reicht, ausgehend vom Schlitzgrund, in Radialrichtung etwa bis zu 70% des Flügelradius. Dieses Maß ist in Fig. 1 mit S 2 gekennzeichnet. Somit ist derjenige Radialbereich des Flügels 11, der sich etwa von 30% des Flügelradius bis etwa 70% des Flügelradius erstreckt, als Spaltflügel ausgebildet. Der restliche und übrige Teil des Flügels 11 ist als einblättriger Flügel ausgebildet.

In Fig. 1-5 ist im wesentlichen nur derjenige Teil des Flügels 11 zu sehen, der den Spalt 15 aufweist. Der in Fig. 1 rechts davon befindliche Flügelschaft 16 hat bis hin zur nicht sichtbaren Nabe die herkömmliche Form, wie sie von Luftschrauben in Form z.B. eines Doppelflügels bekannt ist.

Das erste Flügelblatt 12 erstreckt sich, radial ausgehend von seiner Wurzel 14, die etwa bei 30% des Flügelradius beginnt, etwa bis 70% des Flügelradius, während das zweite Flügelblatt 13 sich unter Einschluß des Flügelschaftes 16 über den gesamten Flügelradius erstreckt. Dabei weist das erste Flügelblatt 12 eine Breite von etwa 40% bis 45° der gesamten Flügelbreite auf. Das zweite Flügelblatt 13 hat somit auf dem Bereich, auf dem sich das erste Flügel­ blatt 12 erstreckt, eine Breite von etwa 55% bis 60% der gesamten Flügelbreite.

Betrachtet man lediglich das erste Flügelblatt 12, und dabei dessen Verlauf von der Wurzel 14 bis hin zum freien Ende 17 dieses Flügelblattes 12, so verläuft die dem zweiten Flügelblatt 13 abgewandte Profilkante 18 etwa säbelförmig nach außen gekrümmt. Die andere Profil­ kante 19 ist hingegen etwa geradlinig oder nur schwach gekrümmt.

Das zweite Flügelblatt 13 ist in dem radialen Bereich, auf dem sich unter Belassung des Spaltes 15 dazwischen das erste Flügelblatt 12 erstreckt, mit einer zur Profilkante 18 hin offenen Aussparung 20 versehen. Das erste Flügelblatt 12 erstreckt sich über diesen derart ausgesparten Flächenbereich, und zwar im wesentlichen ohne Überlappung, so daß zumindest theoretisch dann, wenn das erste Flügelblatt 12 bei der Darstellung in Fig. 1 rechtwinklig zur Zeichenebene heruntergedrückt werden würde, dieses in die Aussparung 20 eingreifen würde. Die Aussparung 20 ist zumindest im wesentlichen etwa U-förmig mit einer Öffnungsbreite des U, die dem Radialmaß des ersten Flügelblattes 12 zumindest im wesentlichen entspricht.

Aufgrund der Aussparung 20 ist das zweite Flügelblatt 13 auf dem Radialbereich, über den sich das erste Flügel­ blatt 12 und die Aussparung 20 erstreckt, im Querschnitt schmaler bemessen als auf dem restlichen Radialbereich des zweiten Flügelblattes 13. In Fig. 1 links an die Aussparung 20 angrenzend, d.h. beginnend bei etwa 70% des Flügelradius, schließt sich an diesen schmaleren Querschnittsbereich des zweiten Flügelblattes 13 ein demgegenüber breiterer Teil 21 an, der positiv nach hinten gepfeilt ist. Dieser Flächenbereich 21 ist deutlich breiter bemessen als der restliche, der Aussparung 20 benachbarte Flächenbereich. Der schmalere Querschnitts­ bereich des zweiten Flügelblattes 13 verleiht jenem in diesem Bereich eine größere Elastizität. Dadurch bedingt und aufgrund des breiteren Flügelbereiches 21 ist das zweite Flügelblatt 13 in der Lage, z.B. im Reiseflug, wenn die Drehzahl des Propellers steigt, sich zumindest geringfügig zu verwinden, so daß also der breitere Flächenbereich 21 relativ zum schwächeren und schmaleren Bereich des zweiten Flügelblattes 13 unter der Wirkung der größeren Drehzahlen sich selbständig auf einen etwas größeren Winkel einstellt. Die so erreichte automatische Winkelvergrößerung kann z.B. im Bereich von 1° bis 2° liegen. Sie hat zur Folge, daß durch die Änderung des Anstellwinkels größere Durchsatzmengen und somit größere Fluggeschwindigkeiten erzielt werden. Sobald sich die Flugbedingungen ändern, z.B. die Propellerdrehzahl redu­ ziert wird, wird diese selbsttätige Winkelvergrößerung des Flächenbereichs 21 selbsttätig wieder beseitigt, da sich der Flächenbereich 21 relativ zum schmaleren Flächenbereich des zweiten Flügelblattes 13 dann selbst­ tätig wieder gegensinnig verwindet.

Die Profilkante 22 des zweiten Flügelblattes 13, die der Profilkante 18 des ersten Flügelblattes 12 zuge­ ordnet ist und sich beidseitig an die Aussparung 20 anschließt, ist ebenfalls etwa säbelförmig nach außen gekrümmt. Somit weist der gesamte Flügel 11 eine etwa säbelförmig nach außen gekrümmte Profilkante 18 und 22 auf, die einerseits von der entsprechend geformten Profil­ kante 18 des ersten Flügelblattes 12 und andererseits von der sich daran anschließenden, entsprechend geformten Profilkante 22 des zweiten Flügelblattes 13 gebildet ist.

Im Betrieb kann die Luftschraube 10 so montiert und benutzt werden, daß dabei die säbelförmige Profilkante 18, 22 die vordere Profilkante bildet. In diesem Fall wird der Flügel 11 in Pfeilrichtung 23 angetrieben. Bei einer anderen Betriebsart kann hingegen der Flügel 11 auch gegensinnig umlaufen, wie mit dem gestrichelten Pfeil 24 angedeutet ist.

Die der säbelförmig gekrümmten Profilkante 18, 22 gegen­ überliegende Profilkante 25, die allein vom zweiten Flügelblatt 13 gebildet ist, verläuft beim gezeigten Ausführungsbeispiel zumindest im wesentlichen geradlinig. Das erste Flügelblatt 12 ist in Querabstand von dieser geradlinigen Profilkante 25 angeordnet. Zweckmäßigerweise hat das erste Flügelblatt 12 zumindest im Bereich seiner Wurzel 14 ein symmetrisches Profil. Dies verleiht dem ersten Flügelblatt 12 große Festigkeit. Dadurch ist ein etwaiges Flattern des ersten Flügelblattes 12 ausge­ schaltet.

Zeichnet man beim Flügel 11 im Bereich des Flügelschaftes 16 die Profilsehne des nicht geteilten Flügelprofiles ein, und vergleicht man diesen Verlauf mit demjenigen des Spaltes 15, so ergibt sich, daß der Spalt 15 zu­ mindest annähernd etwa parallel oder im spitzen Winkel zu dieser Profilsehne verläuft. Dabei sind die einzelnen Flügelblätter 12, 13, im Querschnitt betrachtet, ent­ lang der Profilsehne des nicht geteilten Flügelprofiles hintereinander angeordnet. Dies ergibt sich deutlich aus Fig. 4. Dabei schließen sich beide Flügelblätter 12, 13, im Querschnitt betrachtet, nahezu überlappungsfrei aneinander an. Der Anstellwinkel α1 des zweiten Flügel­ blattes 13 ist dabei größer als der Anstellwinkel α2 des ersten Flügelblattes 12. Beispielsweise beträgt α1 etwa 20°, während α2 etwa 12° beträgt. Diese Werte sind z. B. etwa auf dem Radialbereich von etwa 50% des Flügelradius gemessen. Die Breite b des Spaltes 15 ist dabei zweck­ mäßigerweise etwa so groß gewählt wie die Profildicke des ersten Flügelblattes 12. Dadurch ist erreicht, daß z. B. bei Reiseflug, bei dem etwa 60% des Antriebsmomentes benötigt werden, beide Flügelblätter 12 und 13 praktisch ein einziges Profil bilden und hierbei das erste Flügel­ blatt 12 innerhalb des Flügelprofils des gesamten Flügels 11 verschwindet, sich somit der Spalt 15 nicht auswirkt.

Nicht weiter gezeigt ist, daß z. B. das erste Flügelblatt 12 am zweiten Flügelblatt 13 abgestützt und mit diesem verbunden sein kann, insbesondere im Bereich des freien Endes 17.

In Fig. 3 ist gestrichelt angedeutet, daß der Flügel 11 etwa auf halbem Querschnittsbereich entlang der ge­ strichelt angedeuteten Radialebene 26 durch den Flügelschaft 16 zweigeteilt sein kann. Dabei enthält der eine Schaftteil, der in Fig. 3 oberhalb der Radialebene 26 verläuft, das erste Flügel­ blatt 12. Der darunter befindliche andere Schaftteil enthält das zweite Flügelblatt 13 und den übrigen Flügelteil. Beide Schaftteile können auf diese Weise jeweils für sich separat und besonders kosten­ günstig und einfach gefertigt werden. Wird ein Flügel 11 benötigt, der nur das zweite Flügelblatt 13 hat, so wird nur der betreffende Schaftteil benutzt, ohne den anderen Schaftteil, der das erste Flügelblatt 12 enthält. Wird hingegen ein Flügel 11 benötigt, der beide Flügelblätter 12 und 13 aufweist, so werden beide Schaftteile im Bereich der Radialebene 26 zu einem einzigen festen Flügel 11, wie gezeigt, verbunden. Zu­ sätzlich kann noch zumindest ein gestrichelt angedeuteter Querstift 27 zwischen beiden Schaftteilen vorge­ sehen sein, mittels dessen beide Schaftteile zu­ sammengepaßt und gesichert sind, so daß diese bleibend ihre Relativlage behalten. Im übrigen sind beide Schaftteile durch die Spannschrauben im Bereich der Nabe des Flügels zusätzlich zusammengehalten. Der Querstift 27 hat also vorwiegend die Aufgabe eines Paß­ stiftes und eines Sicherungsstiftes, der die Soll­ relativlage sichert.

Der Flügel 11 hat zusätzlich zu den schon erläuterten Vorteilen den Vorzug, daß ein größerer Durchmesser bei gleichem Antriebsmoment möglich ist, wo­ durch noch bessere Steigwerte erzielbar sind. Durch die Teilung im Bereich der Radialebene 26 lassen sich beide Flügelteile jeweils einzeln und jeweils besonders kostengünstig und einfach herstellen und bedarfsweise zusammensetzen und verbinden. Dies erleichtert die Her­ stellung des Flügels 11 beträchtlich. Von Vorteil ist ferner, daß der Flügel 11 statt in der Antriebsrichtung gemäß Pfeil 23 auch in der gegensinnigen Antriebsrichtung gemäß gestricheltem Pfeil 24 betrieben werden kann. In diesem Fall läßt sich besonders einfach ein z.B. aus Blech bestehender Kantenschutz auf die geradlinig ver­ laufende Profilkante 25 aufbringen. Der bereits be­ schriebene Vorteil, der in der selbsttätigen Winkelver­ stellung des breiteren Flächenteils 21 liegt, macht sich insbesondere bei größeren Drehzahlen bemerkbar, z.B. in der Größenordnung von 800 U/min. Im übrigen sind die sonstigen Vorteile des z.B. zweiblättrigen Flügels bei­ behalten, wie sie sich beispielsweise aus DE-OS 34 24 010 ergeben, auf die hier zur Vermeidung von Wiederholungen Bezug genommen ist.

Claims (19)

1. Schraube für gasförmige oder flüssige Medien, insbesondere Luftschraube (10), mit mindestens einem Flügel (11), der zumindest zwei in radialem Abstand vom Drehzentrum sich erstreckende einzelne Flügelblätter (12, 13) aufweist, die quer zur Flügelbreitfläche gesehen unter Bildung eines in Radialrichtung offenen Spaltes (15) dazwischen in Abstand voneinander verlaufen, dadurch gekennzeich­ net, daß das in Anströmrichtung gesehene zweite Flügelblatt (13) auf dem Bereich, auf dem dieses unter Belastung des Spaltes (15) vom ersten Flügelblatt (12) überlappt ist, eine zum ersten Flügelblatt (12) hin offene Aussparung (20) aufweist und daß sich das erste Flügelblatt (12) über diesen ausgesparten Flächenbereich erstreckt.

2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (20) etwa U-förmig ausgebildet ist.

3. Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das erste Flügelblatt (12) radial etwa von 30% des Flügelradius ausgehend bis etwa 70% des Flügelradius erstreckt und das zweite Flügelblatt (13) sich über den gesamten Flügelradius erstreckt.

4. Schraube nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Flügelblatt (12) eine Breite von etwa 40% bis 45% der gesamten Flügelbreite aufweist.

5. Schraube nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Flügelblatt (13) in dem Bereich, auf dem sich das erste Flügelblatt (12) erstreckt, eine Breite von etwa 55% bis 60% der gesamten Flügelbreite aufweist.

6. Schraube nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem zweiten Flügelblatt (13) abgewandte Profilkante (18) des ersten Flügelblattes (12) etwa säbelförmig nach außen gekrümmt verläuft.

7. Schraube nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilkante (22) des Flügels (11), die sich an die Aussparung (20) anschließt, etwa säbelförmig nach außen gekrümmt verläuft.

8. Schraube nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die säbelförmig nach außen gekrümmten Profilkanten (18, 22) aneinander anschließen, wobei sie gemeinsam eine entsprechend geformte Flügelprofilkante bilden.

9. Schraube nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Profilkante (25) des zweiten Flügelblattes (13), die der säbelförmigen Profilkante (18, 22) gegenüberliegt, geradlinig verläuft und ausschließlich vom zweiten Flügelblatt (13) gebildet ist.

10. Schraube nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Flügelblatt 12) zumindest im Wurzelbereich (14) ein symmetrisches Profil aufweist.

11. Schraube nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Profilblätter (12, 13), im Querschnitt betrachtet, nahezu überlappungsfrei aneinander anschließen.

12. Schraube nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel (α1) des zweiten Flügelblattes (13) größer als der Anstellwinkel (α2) des ersten Flügelblattes (12) ist.

13. Schraube nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel (α1) des zweiten Flügelblattes (13) etwa 20° beträgt, etwa auf dem Radialbereich von etwa 50% des Flügelradius gemessen.

14. Schraube nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel (α2) des ersten Flügelblattes (12) etwa 12° beträgt, etwa auf dem Radialbereich von etwa 50% des Flügelradius gemessen.

15. Schraube nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (b) des Spaltes (15) etwa so groß wie die Profildicke des ersten Flügelblattes (12) gewählt ist.

16. Schraube nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Flügelblatt (12) am zweiten Flügelblatt (13) abgestützt und damit verbunden ist, vorzugsweise im Bereich seines freien Endes (17).

17. Schraube nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügelschaft (16) des Flügels (11) längs einer Radialebene (26) derart zweigeteilt ist, daß der eine Schaftteil mit dem ersten Flügelblatt (12) und der andere Schaftteil mit dem zweiten Flügelblatt (13) einstückig ausgebildet sind.

18. Schraube nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schaftteile jeweils separat gefertigt und miteinander zu einem festen Flügel (11) verbunden sind.

19. Schraube nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch zumindest einen Querstift (27) zwischen beiden Schaftteilen, mittels dessen beide Schaftteile zusammengepaßt und gesichert sind.