DE4203205A1 - Propellerblattlagerung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Propellerblattlagerung und betrifft insbesondere eine Propellerblattlagerung für ein Propellerblatt in Faserverbundbauweise in der Nabe eines Propellers für Flugzeuge oder Bodeneffektfahrzeuge, mit einem Schlaufenholm und einer sich durch die Propellerblattwurzel erstreckenden Lagerwelle, wobei sich der Schlaufenholm um die Lagerwelle erstreckt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Propellerblattlagerungen sind bekannt (DE 39 29 719 A1). Sie finden überwiegend bei Leichtflugzeugen Verwendung, wo sie Propeller aus Holz oder Metall ersetzen. Derartige Propeller sind vorzugsweise verstellbar ausgebildet. Verstellbare Propeller dienen zur Optimierung des Propellerwirkungsgrades, d. h. für jede Propellerdrehzahl erhält man eine optimale Propellerblattstellung. Dies bedingt, daß die Propellerblätter einzeln an der Propellernabe befestigt werden müssen. Bei Propellerblättern aus Metall oder Holz bereitet dies keine Schwierigkeiten, da die Propellerblattwurzel eine ausreichende Festigkeit aufweist, um eine sichere Befestigung an der Propellernabe zu gewährleisten (siehe z. B. DE-OS 33 09 840). Bei Propellerblättern aus Kunststoff ist eine derartige Festigkeit nur bedingt gegeben.

Weiter ist es bekannt, um die Belastungen in der Propellerblattwurzel zu vermindern, die Propellerblattlagerung gelenkig auszuführen. Hierdurch ergibt sich allerdings der Nachteil, daß beim Anlassen oder Abstellen des Triebwerks die Propellerblätter so heftig hin- und herschlagen, daß eine Beschädigung und damit eine Beeinträchtigung der Flugsicherheit möglich ist (DE 39 22 605 A1).

Betrachtet man die Spannungsverteilung an der Propellerblattwurzel eines Propellers aufgrund der beim Betrieb des Propellers auf diese einwirkenden Biegekräfte aus Schub, Drehmoment und Kreiselmoment in einem Polardiagramm, so stellt man fest, daß diese Belastungen (σ) im Bereich der Propelleraustrittskante am größten sind. Aufgrund dieser Tatsache wurde bei den bekannten Propellern (DE 39 29 719 A1) die durch die Propellerwurzel verlaufende Lagerwelle in Richtung zur Profillängsachse angeordnet, um der Belastung an der Propellerblattwurzel im Bereich der Propelleraustrittskante entgegenzuwirken. Eine Anordnung der Lagerwelle in Richtung der Profillängsachse hat allerdings zur Folge, daß die die Lagerwelle umschlingenden Schlaufenholme beidseitig der vertikalen Propellerachse auf die jeweilige Profilseite des Propellerholms auflaminiert werden müssen, damit sie die aus der Propellerblattwurzel vorstehenden Enden der Lagerwelle im Bereich der Propellereintrittskante bzw. der Propelleraustrittskante umschlingen können.

Eine derartige Konstruktion ist aufwendig und damit teuer. Des weiteren besteht aufgrund der Anordnung der Schlaufenholme im Bereich der jeweiligen Profilflächen des Propellers die Gefahr, daß sich die Schlaufenholme aus dem Profil lösen, wodurch der Propeller unbrauchbar wird. Weiter ist aufgrund der Anordnung der Lagerwelle in Richtung der Profillängsachse des Propellerblattes die Befestigung in der Propellernabe, insbesondere bei einem Verstellpropeller, relativ schwierig.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Propellerblattlagerung für ein Propellerblatt in Faserverbundbauweise in der Propellernabe der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine optimale Befestigung der Propellerblattwurzel in der Propellernabe ermöglicht wird, wobei diese Propellerblattlagerung einfach herstellbar und wartungsarm sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Propellerblattlagerung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Lagerwelle etwa 90° zur Profillängsachse des Propellerblattes in einer Propellerblatthülse angeordnet ist, und daß der Schlaufenholm einteilig ausgebildet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Propellerblattlagerung verläuft der einteilige Schlaufenholm nicht wie bei dem Stand der Technik auf den jeweiligen Profilseiten des Propellers, sondern durch den Kern des Propellerblattholms. Hierdurch ergibt sich eine optimale Anordnung und einteilige Ausführung des Schlaufenholms. Eine derartige Konstruktion ist wesentlich einfacher herstellbar und sicherer.

Das erfindungsgemäße Propellerblatt besteht aus einem Holm aus hochfesten Glas-, Aramid- oder Kohlefasern, der in der Propellerblattwurzel in der sogenannten Schlaufenbauweise ausgeführt ist und mittels einer Lagerwelle die Zug- sowie die Biegekräfte aus Schub, Drehmoment und Kreiselmoment aufnimmt.

Auf diesen Schlaufenholm ist die aerodynamische Form des Propellerblattes aufgeschäumt, und dieser Schaumkern ist wiederum mit hochfesten Fasern aus Glas-, Aramid-, oder Kohlefasern entsprechend der nötigen Betriebsfestigkeit belegt. Die Eintrittskante ist mit einem Erosionsschutz aus Kunststoff oder Metall, der aufgeklebt ist, geschützt. Durch eine derartige Anordnung des Schlaufenholms wird die Ausbildung des Propellerprofils in keiner Weise beeinträchtigt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Wie bereits ausgeführt, ist der Schlaufenholm ca. 90° zur Profillängsachse parallel zur Lagerwelle angeordnet. Hierdurch wird eine optimale Krafteinleitung in die Lagerwelle gewährleistet.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Propellerblattwurzel rechteckig ausgeführt ist und zur Aufnahme der Lagerwelle eine Lagerbuchse aufweist. Die rechteckige Ausführung der Propellerblattwurzel gestattet eine optimale Anbringung eines Verstellzapfens für eine Propellerverstelleinrichtung. Das Vorsehen einer Lagerbuchse erleichtert weiter die Befestigung der Propellerblattwurzel und deren Lagerung in der Propellernabe.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß an den Außenseiten der Propellerblattwurzel Dämpfungselemente angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Konstruktion läßt aufgrund der Befestigung des Schlaufenholms in der Propellerblatthülse eine gewisse eingeschränkte Bewegung des Propellerblattes zu. Damit das Propellerblatt aber beim Anlaß oder Abstellvorgang des Triebwerks nicht hin- und herschlägt, wie dies z. B. bei den bekannten gelenkig aufgehängten Propellerblättern der Fall ist, ist das Propellerblatt bei der erfindungsgemäßen Anordnung zwar grundsätzlich in Richtung der Profillängsachse des Propellerblattes beweglich gelagert, aber durch die Dämpfungselemente gegen unbeabsichtigte zum Teil schädliche Bewegungen geschützt. Dabei können die Dämpfungselemente ebenfalls die Propellerblattwurzel zur Befestigung in der Propellerblatthülse vollständig umgeben.

Hierzu ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß sich die Aufnahmeöffnung der Propellerblatthülse für die Propellerblattwurzel im Bereich der Dämpfungselemente nach außen erweitert, und daß in den Seitenwänden der Aufnahmeöffnung horizontal verlaufende Nuten vorgesehen sind.

Die Dämpfungselemente werden vorzugsweise durch Eingießen eines dauerelastischen Materials, wie z. B. Silikongummi, in die Aufnahmeöffnung ausgebildet, so daß sie sich entsprechend der Aufnahmeöffnung für die Propellerblattwurzel nach außen erweitern und auf ihren Außenseiten Vorsprünge zum Eingriff in die Nuten der Aufnahmeöffnung und damit zu ihrer Befestigung in der Propellerblatthülse aufweisen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Lagerwelle in der Propellerblatthülse bzw. in der Lagerbuchse der Propellerblattwurzel mittels eines in der Propellernabe angeordneten Lagers festgelegt ist.

Ein Vorteil dieser Konstruktion ist, daß die Kraftübertragung in die Propellerblattwurzel und in der Folge in die Propellernabe ohne jegliche Schraubverbindung geschieht. Die Lagerwelle wird durch die Propellerblatthülse gesteckt und durch die Propellerblattlagerung gegen Bewegung gesichert und ist in einem Winkel von ungefähr 35° bis 55°, vorzugsweise 45°, zur Drehebene des Propellers so angeordnet, daß sich das Propellerblatt in Richtung der Profillängsachse bewegen kann. In dieser Richtung treten, wie oben ausgeführt, üblicherweise die höchsten Biegekräfte in einer Propellerblattwurzel auf. Die Biegekräfte aus Schub und Drehmoment können durch Vor- bzw. Rückneigen der Propellerblattachse mit konstruktiven Methoden beherrscht werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist schließlich vorgesehen, daß die Propellerblatthülse aus Leichtmetall oder faserverstärktem Kunststoff besteht und einen die Aufnahmeöffnung abschließenden Boden und beidseitig der Propellerblattwurzel um die Lagerwelle angeordnete Dichtungsringe aufweist.

Eine derartige Anordnung ermöglicht es, daß bereits vorhandene Propellernaben mit Propellerblättern aus faserverstärktem Kunststoff ausgerüstet werden, was bei anderen Lagerungen nur bedingt möglich ist. Durch das Vorsehen der Lagerbuchse kann problemlos der Schlaufenholm ausgeführt werden. Dabei kann die Lagerbuchse aus Metall oder Kunststoff bestehen. Durch eine Abdichtung des Lagerbolzens mittels Dichtungsringen (O-Ringe) und die Ausführung der Propellerblatthülse mit einem Boden wird das Eindringen von Öl, Fett oder sonstigen Schmiermitteln in die Propellerblattwurzel aus faserverstärktem Kunststoff verhindert, was eine Beeinträchtigung der Festigkeit der Propellerblattwurzel zur Folge hätte.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht der Propellerblattlagerung in Richtung A-A in Fig. 2 und

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Propellerblattlagerung.

Die in Fig. 1 dargestellte Propellerblattlagerung umfaßt eine Propellernabe 20 mit Nabenarmen 21. In dem Nabenarm 21 ist die Propellerblattwurzel 13 eines verstellbaren Propellers mittels eines Lagers 6, z. B. eines Kugellagers, gelagert, wobei eine Lagerschale des Kugellagers am radial äußeren Innenrand des Nabenarms 21 und die andere Lagerschale in einer Propellerblatthülse 4 der Propellerblattwurzel 13 angeordnet ist. Die Propellerblatthülse 4 ist somit relativ zum Nabenarm 21 drehbar.

Die Propellerblatthülse 4 ist als einstückiges Formteil aus Leichtmetall oder faserverstärktem Kunststoff mit einer sich radial nach außen, d. h. in Richtung der Propellerblattachse des Propellerblattholms 1, konisch erweiterten Aufnahmeöffnung 15 ausgebildet. Dabei weist die Propellerblatthülse 4 einen geschlossenen Boden 10 auf. Die Seitenwände 16 der Propellerblatthülse 4 weisen zur Aufnahme einer Lagerwelle 2 durchgehende Bohrungen 22 auf, die an ihren jeweiligen äußeren Endabschnitten einen Sitz zur Aufnahme der einen Lagerschale des Lagers 6 aufweisen. In den durchgehenden Bohrungen 22 sind Dichtungsnuten 23 zur Aufnahme von Dichtungsringen 9 vorgesehen. Die Propellerblatthülse 4 ist an dem Nabenarm 21 weiter mittels Dichtungselementen und Sprengringen in üblicher Weise festgelegt. An der Unterseite des Bodens 10 ist exzentrisch ein Verstellzapfen 7 für eine Verstelleinrichtung des Propellers vorgesehen.

Das Propellerblatt 3 besteht aus einem Propellerblattholm 1, der im Bereich der Lagerwelle 2 als einteiliger Schlaufenholm 12 in Faserverbundbauweise ausgebildet ist, wobei sich durch die Propellerblattwurzel 13 die Lagerwelle 2 erstreckt und der Schlaufenholm 12 um die Lagerwelle 2 herum verläuft. Dabei ist die Lagerwelle 2 ebenfalls etwa 90° zur Profillängsachse 11 des Propellerblattes 3 in der Propellerblatthülse 4 angeordnet. Durch diese Konstruktion ergibt sich eine einteilige Ausführung des Schlaufenholms 12.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Propellerblattwurzel 13 rechteckig ausgeführt und weist zur Aufnahme der Lagerwelle 2 eine Lagerbuchse 8 aus Metall oder Kunststoff auf. An den Außenseiten 14 der Propellerblattwurzel 13 sind Dämpfungselemente 5 angeordnet, die vorzugsweise durch Eingießen eines dauerelastischen Materials, wie z. B. Silikongummi, hergestellt werden. Zur Festlegung der Dämpfungselemente 5 in der Aufnahmeöffnung 15 sind in den Seitenwänden 16 der Aufnahmeöffnung 15 horizontal verlaufende Nuten 17 vorgesehen. Die Dämpfungselemente 5 erweitern sich entsprechend der Aufnahmeöffnung 15 nach außen und weisen auf ihren Außenseiten 18 Vorsprünge 19 zum Eingriff in die Nuten 17 auf.

Die beschriebene Propellerblattlagerung ermöglicht eine optimale Befestigung der Propellerblattwurzel 13 in dem Nabenarm 21, unter Verwendung eines Schlaufenholms 12, durch welchen keine Beeinträchtigung des Profils des Propellerblattes 3 erfolgt, wobei die Propellerblattlagerung einfach herstellbar ist und einen unbegrenzten Verstellbereich aufweist. Aufgrund der einfachen Konstruktion weist die Propellerblattlagerung eine lange Lebensdauer ohne Wartung auf.

Claims (10)

1. Propellerblattlagerung für ein Propellerblatt in Faserverbundbauweise in der Nabe eines Propellers für Flugzeuge oder Bodeneffektfahrzeuge, mit einem Schlaufenholm und einer sich durch die Propellerblattwurzel erstreckenden Lagerwelle, wobei sich der Schlaufenholm um die Lagerwelle erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerwelle (2) etwa 90° zur Profillängsachse (11) des Propellerblattes (3) in einer Propellerblatthülse (4) angeordnet ist, und daß der Schlaufenholm (12) einteilig ausgebildet ist.

2. Propellerblattlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlaufenholm (12) ca. 90° zur Profillängsachse (11) parallel zur Lagerwelle (2) an dem Propellerblattholm (1) angeordnet ist.

3. Propellerblattlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Propellerblattwurzel (13) rechteckig ausgeführt ist und zur Aufnahme der Lagerwelle (2) eine Lagerbuchse (8) aufweist.

4. Propellerblattlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenseiten (14) der Propellerblattwurzel (13) Dämpfungselemente (5) angeordnet sind.

5. Propellerblattlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Aufnahmeöffnung (15) der Propellerblatthülse (4) für die Propellerblattwurzel (13) im Bereich der Dämpfungselemente (5) nach außen erweitert.

6. Propellerblattlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Seitenwänden (16) der Aufnahmeöffnung (15) horizontal verlaufende Nuten (17) vorgesehen sind.

7. Propellerblattlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dämpfungselemente (5) entsprechend der Aufnahmeöffnung (15) für die Propellerblattwurzel (13) nach außen erweitern und auf ihren Außenseiten (18) Vorsprünge (19) zum Eingriff in die Nuten (17) der Aufnahmeöffnung (15) aufweisen.

8. Propellerblattlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerwelle (2) in der Propellerblatthülse (4) mittels eines in der Propellernabe (20) angeordneten Lagers (6) festgelegt ist.

9. Propellerblattlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Propellerblatthülse (4) aus Leichtmetall oder faserverstärktem Kunststoff besteht.

10. Propellerblattlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Propellerblatthülse (4) einen Boden (10) und beidseitig der Propellerblattwurzel (13) um die Lagerwelle (2) angeordnete Dichtungsringe (9) aufweist.