DE618257C - Schaufelrad mit zwei umlaufenden, gleichachsig gelagerten Beschauflungskraenzen, bei dem die Schaufeln des einen Kranzes gegenueber dem anderen verstellbar sind - Google Patents

Description

• Schaufelrad mit zwei umlaufenden, gleichachsig gelagerten Beschauflungskränzen, bei dem die Schaufeln des einen Kranzes gegenüber dem anderen verstellbar sind Die Erfindung betrifft windgetriebene Flügelräder zum Antrieb von . Flugzeugbordgeräten, insbesondere des Induktionskompaßgenerators und ähnlicher Meßinstrumente, die einen völlig gleichmäßigen und sorgfältig ausbalanzierten Antrieb verlangen, wenn sie einbandfrei arbeiten sollen. Infolge der ständig wechselnden und in weiten Grenzen schwankenden Fluggeschwindigkeit stellt die Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Geschwindigkeit eine hesondere Aufgabe dar, deren bekannte und nachstehend angegebene Lösungen den vorliegenden Ansprüchen nicht genügen können.
• Man hat beispielsweise bei Verwendung von Luftschrauben die Begrenzung' der Drehzahl durch Störungsflächen zu erreichen gesucht, die bei Überschreiten der Drehzahl aus den Luftschrauben heraustreten. Derartige Einrichtungen sind zwar verhältnismäßig einfach, sie wirken aber zu grob und sind nicht so genau auszugleichen, wie das für den Zweck der Erfindung erforderlich ist. Gewöhnlich werden derartige Anordnungen nur als Schutz gegen Überschreiten einer Höchstdrehzahl verwendet.
• Man hat ferner Windturbinen ähnlich wie die Francis-Turbinen ausgebildet, d. h. mit einem umlaufenden Schaufelrede, dem durch' ein feststehendes, mit verstellbaren Schaufeln versehenes Leitrad der Wind zugeführt wird. Derartige Einrichtungen sind für den vorliegenden Antrieb deshalb wenig brauchbar, weil sie noch ein feststehendes Schaufelsystem erfordern. Das erschwert und verteuert den Einbau des Apparates und vermehrt gleichzeitig den Luftwiderstand der Einrichtung.
• Erwähnt sollen in diesem Zusammenhange noch Einrichtungen werden, die man bei Wasserturbinen zwecks Anpassung der Austrittsgeschwindigkeit des Wassers an die jeweilige Wassermenge getroffen hat. Zu diesem Zweck sind bewegliche Klappen an den Enden der Laufradschaufeln be£estigt worden, die je nach Wassermenge mehr oder weniger in die Strömungswege des Wassers gedreht werden.
• Die Erfindung bezweckt, das Schaufelrad selbst so auszubilden., daß -es zugleich für die Regelung der Drehzahl benutzt werden kann. Auf diese Weise kann nicht nur ein feststehender Schaufelkranz gespart werden, sondern man erreicht dadurch ohne weiteres eine Einrichtung, die in jeder Regelstellung ausgeglichen ist.
• Erfindungsgemäß wird der Schaufelkranz in radialer Richtung unterteilt, so daß zwei gleichachsig gelagerte und im gleichen Sinne umlaufende Schaufelkränze entstehen.. Die Schaufelkränze sind gegeneinander drehbar gelagert und durch eine Regeleinrichtung,

  z. B. -einen Fliehkraftnegler, so zusammen-

  gehalten, daß- beide Schaufelkräme bei Still-

  stand uncl bei, kleinen Geschwindigkeiten

  einen einzigen Kranz bilden. Bei höheren

  Geschwindigkeiten bewirkt jedoch der Flieh-

  kraftregler seine Verdrehung der Kränze

  gegeneinander. Die Schaufeln des inneren

  Kranzes wirken dann nicht nur als Führungs-,

  sondern auch als Störungsflächen, so daß

  eine Abbremsung des Flügelrades eintritt,

  Eine Ausführungsform des Erfindutigs-

  gegenstandes ist auf den Zeichnungen veran-

  schaulicht.

  Es zeigt

  Fig. i eine Draufsicht auf das Flügelrad,

  teilweise im Querschnitt,

  Fig.2 (eine Seitenansicht des Flügelrades,

  Fig.3 eine Draufsicht auf das Fhigelrad

  nach abgenommener oberer D.eckplatbe,

  Fig. q. einen Schnitt durch das Flügelrad

  nach der Linie 4-q. .der Fig. 3 Eilt Einzelli;eiben

  des Fliehkraftreglers,

  Fig. 5 einen SchnÄtt nach der Linie 5-5 der

  Fig. 3 mit Einzelheiten des Fliebkraftreglers,

  Fig.6 einen Querschnitt durch de festen

  und beweglichen Windflügel nach der Linie

  6-6 der Fig.2,

  Fig.7einen Querschnitt durch die festen

  und beweglichen Windflügel des Flügelrades

  mit den beweglichen Windflügeln. in der

  StuZwrag, in welch-- sie nicht mehx roit den

  festen Flügeln gtechacbsig sjrxd,.

  FFig. $ einen Schnitt durch den. Mittelpunkt

  des Flügelrades riech der Linie 8#8, der Fig. 2,

  Das. Flügelkgcli besteht aus mehreren festen

  Wind_flügelii io, die zwisehea seiner unteren

  Platte i i und einer oberen Platte r z_ ange-

  ordnet sied. In der bevorzugbep, Auslüh-

  rungslortn sied dte Flügel, i o. zeit (!er unterei

  glatte @ x aus einem Stiu`_ck ausgeführt, wäh-

  rend -die ,obere Platte. i2 durel Schrauben 13

  a,n den oberen Rän.dem der Vtügel i o be-

  f estigt ist;; so. daB die f taten Flügel f o zw

  S.chen den meinem Abstand voneinander

  angeordneten Platten ii und izi Ueen., Die

  einz#ien. Flügel 1p- b:esxtzen eine Schulter

  14, um die Zentrierung der oberen Platte i t-

  auf dgn. Flügeln zo- zu. @erleight@ex'rr Außer-

  dem. ist an einem der Ftügel.zo. sein $tejlstilt

  15 befestigt,. der -ink eine. Bohrung der oberen

  Plattei 2 derart eindringt, daü die lobere

  Platte z2 an den festen Flügejn io nur in der

  Stellung befestigt -werdext kagn, in welcher

  sie bei der Herstellung des Gleieiggewichtes

  des Flügelrades angebracht wurde.

  Die inneren - Ränclet i 7 der festen Flügel

  io. bef%gden sich in, einem, gewissen Abstand

  voneinander,. wodurch eine mittlere öffnung

  entsteht,. gegen welche das Treibmittel von

  den festen Flügeln io geleitet wird. Inner-

  halh dieser ;nittleren Öfhung bäßmden sich

  mehrere bewegliche Flügel 18, Die beweglichen Flügel i8 bestehen zweckmäßig aus .einem Stück mit einer Tragplatte i g, die ihrerseits an einem aus Fig. 8 ersichtlichen Halter 2o durch Niet 2i befestigt ist. Der Halber 2o und die bewegliche Tragplatte ig sind auf einem Zapfen 22 drehbar gelagert, der an, der oberen Platte 12 befestigt ist und sich unterhalb dieser Platte 12 erstreckt. Das Ende des Zapfens 22 trägt seinen Stift, beispielsweise einen Dübel 23, durch welchen die beweglichen Flügel i 8 auf dem Zapfen 22 festgehalten werden. Das Ende des Halters 2o ist zur Aufnahme .eines Stückes, das gleichzeitig als Staubkappe 25 und ölbehälter dient, mit einem Gewinde verstehen. Durch die Staubkappe 25 wird der Zutritt des Staubes zum Zapfen 22 der beweglichen Flügel 18 verhindert, und gleichzeitig wird durch den.i"nerhalb der Staubkappe 25 vorgesehenen ölbehälter, wenn dieser mit öl. gefüllt ist, die Schmierung des Lagers gewährleistet.
• Für gewöhnlich sind die beweglichen Flügel 18 mit den festen Flügeln io zur Deckung gebracht,. und in. dieser Lage bilden beide Flügel gleichsam einen einzigen Flügel. Man körnte auch sagen, daß jeder feste und bewegliche Flügel zusammen einen Treibflügel bilden, der mit einem festen und einem beweglichen Teil versehen ist, wobei der bewegliche Teil außer Deckung mit dem festen Teil gebracht werden kann. In dieser Stellung -werden die festen und beweglichen Flügel vom Treibmittel beaufschlagt, das nach einem mittl=eren Kanal geleitet wird, welcher von den inneren Rändern der beweglichen Flügel 18 begrenzt wird. Dieser mittlere Kanal dient als Abfluß für das Treibmittel, das die durch die festen und beweglichen Flügel gebildeten zusammengesetzten Flügel. verläßt.
• Die beweglichen Flügel 18 sind auf- dem Zapfen 22 drehbar gelagert, Durch eine Feder 27 (Fig. 3 und 5) werden die beweglichen Flügel 18 in der Verlängerung der festen Flügel io gehalten, so daß beide Flügelgruppen zur @ Deckung komm ezi:, Das seine Ende der Feder 27 ist an einem Stift 28. befestigt, der in der .aus Fig. 5 ersichtlichen Weise an der,oberen Platte z2 befestigt ist, Das andere Ende der Feder 27 ist am freien Ende 32 einer Einstellfeder 29 (Fig. i und 3) befestigt, deren anderes Ende an der Wand eines von der Tragplatte i g getragenen Reglergehäuses 3o befestigt ist. Eine durch die Wand des Gehäuses 30 geschraubte Stellschraube 31 trifft gegen die Blattfeder 29, so daß die Spannung der Feder 27 und somit die Geschwindigkeit eingestellt werden können, bei welcher der Regler in Tätigkeit tritt.
• In dem. Reglergehäuse 30 ist ein, Fliehkraftregler angeordnet, durch welchen die beweglichen Flügel 18 gegenüber den festen Flügeln io verstellt werden, sobald die Geschwindigkeit des Flügelrades eine im voraus bestimmte Größe übersteigt. Der Fliehkraftregler wirkt der Zugkraft der Feder 27 entgegen, die bestrebt ist, die beweglichen Flügel 18 in der Verlängerung der festen Flügel i o. zu halten. Der Fliehkraftnegler besitzt ein Schwunggewicht 36, das von einem Hebe137 getragen wird. Der Hebiel37 selbst ist durch einen Zapfen 38 auf der Tragplatte i g gelagert. Eifix zweites Schwunggewicht 39 wird von einem Hebel 40. getragen, der durch einen Zapfen 41 auf der Tragplatte 19 gelagert ist. Die Schwunggewichte 36 und 39 sind einander diametral gegenüber angeordnet. Eine Verbindungsstange 42 ist durch einen Zapfen 43 mit ihrem einen Ende mit dem Hebel 40 und mit ihrem anderen Ende durch einen Zapfen 44 mit dem Schwunggewicht 36 verbunden; Die Verbindungsstange 42 besitzt :eine Schulter 45, gegen welche sich ein an der oberen Platte 12 in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise fest angeordneter Stift 46 legt. Diese Verbindungsstange 42 verbindet die beiden Flieh'laraftgewichte 36 und 39 derart miteinander, daß die Wirkung derselben. leine gleichmäßige ist. Es ist natürlich auch möglich, die bewegliche Flügel 18 auf Wunsch in einer beliebigen Stellung einzustellen und den . Fliehkraftregler wegzulassen, falls keine selbsttätige Regelung gewünscht ist.
• Es soll jetzt die Wirkungsweise des Fliehkraftreglers beschrieben werden. Wenn die beweglichen Flügel 18 sich, wie Fig. i zeigt, in der Verlängerung der festen Flügel. i o befinden, so liegen die Fliehkraftgewichte 36 und 39 in dem geringsten Abstand vom Drehmittelpunkt, der dem Mittelpunkt des Zapfens 22 der beweglichen Flügel 18 entspricht. Die beweglichen Flügel i 8 werden in genannter Stellung durch die Feder z7 gehalten, die zusammen finit der Einstellfeder 29 auf die beweglichen Flügel i8 wirkt. Der Stift 28, an welchem das anders Ende der Feder 27 befestigt ist, wird dabei, wie oben erwähnt, in der aus Fig. 5 ersichtlichen Weise von der oberen Platte 12 getragen. Wenn das Flügelrad sich schnell genug dreht, so daß di=e auf die Gewichte 36 und 39 wirkende Fliehkraft diese entgegen der Wirkung der Feder 27 um ihre Zapfen 38 bzw. 41 ausschwingen läßt und in radialer Richtring nach außen auseinanderzieht, so ist diese radiale Bewegung der Gewichte 36 und 39 bestrebt, die Verbindungsstange 42 nach unten zu bewegen, wie es Fig. i zeigt. Jedoch wird diese Bewegung dadurch verhindert, daß die Schulter 45 der Verbindungsstange 42 sich gegen den Stift 46 legt, der in der oberen Platte 12 eingesetzt ist. Dadurch nämlich, die die Schulter 45 der Verbindungsstange 42 sich gegen den Stift 46 legt, wird jede axiale Bewegung der Verbindungsstange 42 verhindert, so daß die auf die Gewichte 36 und 39 wirkende Fliehkraft die Zapfen 38 und 41 um ihre Achse dreht. Die Gewiehtshebelzapfen 38 und 41 sind an der Tragplatte i g der beweglichen Flügel 18 so befestigt, daß die beweglichen 'Flügel 18 durch die Drehung der Zapfen 38 und 41 aus der gleichachsigen Stellung mit den festen Flügeln io in die in der Fig. 7 dargestellte Stellung gebracht werden. Dieser Drehung der beweglichen Flügel 18 wirkt die Feder 27 in der oben beschriebenen Weise entgegen.
• In dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die beweglichen Flügel i 8 miteinander verbunden und auf einem einzigen mittleren Zapfen 22 so gelagert, daß sie durch eine Drehung aus der gleichachsigen Stellung mit den festen Flügeln i o gebracht werden können. Diese Ausführungsform ist die zweckmäßigste. Jedoch erstreckt sich: die Erfindwig auch auf irgendwelche andere Anordnung, bei welcher es möglich ist, die beweglichen Flügel 18 durch Drehung oder sonstwie aus, der gleichachsigen Stellung mixt den festen Flügeln i o zu bringen. In ähnlicher Weise bilden die festen Flügel i o in der bevorzugten Ausführungsform die äußeren Flügel des Flügelrades, obgleich es gleichgültig ist, ob die festen Flügel io die inneren oder die äußeren Flügel sind. Es ist wahrscheinlich, daß dadurch, daß die beweglichen Flügel 18 aus der gleichachsigen Stellung mit den festen Flügeln i o bewegt werden, unter dem treibenden Einfluß der Luft in dem Flügelrad Wirbelungen entstehen, diie die Wirkung desselben herabsetzen.
• Die festen, Flügel i o bestehen aus einem Stück mit der unteren Platte i i und einer Riemenscheibe 5o. Die .an den festen Flügeln i o befestigte :obere Platte 12 ist absichtlich dünner hergestellt als die untere Platte i i, Die Tragplatte i g, welche die beweglichen Flügel i8 trägt, das Reglergehäuse 3a und das Reglerwerk befinden sich alle unmittelbar unter der oberen Platte 12. Die Gewichte dieser Teile werden so gewählt, daß die Gesamtmasse des Werkstoffes im unteren Teil des Flügelrades mit der Gesamtmasse des Werkstoffes im oberen Teil des Flügelrades ungefähr einander gleich ist.
• Das oben beschriebene Flügelrad sitzt auf einer Welle S, die beispielsweise die Welle des Induktorkompaßgenerators sein kann, und ragt über den Teil des Flugzeuges hinaus, auf welchem es angeordnet ist, so daß es sich in der Windströmung befindet, die von dem sich bewegenden Flugzeugerzeugt wird. Die Luft b.eaufschlagt die festen Flügel 1o und beweglichen Flügel 18 dies Flügelrades und wird nach ;dem mittleren. Luftkanäl geleitet, wodurch das Flügelrad in Drehung versetzt wird. Bewegt sich das Flugzeug mit einer höheren .als der normalen Geschwindigkeit, so ist die von der Luft auf die Flügel ausgeübte Kraft auch eine größere, so daß das Flügelrad sich ebenfalls schneller zu drehen sucht. Durch diese erhöhte Drehzahl des Flügelrades wird aber der Fliehkraftneg@er in Tätigkeit gesetzt, so daß die feweglich!en Flügel 18 aus der gleichachsigen Stellung mit den festen Flügeln io gebracht werden und zwischen den Enden der festen Flügel i o und .den beweglichen Flügeln 18 eine Auslaßöffnung entsteht, die zur Folge hat, da.ß das Flügelrad nicht mehr mit der vollen Aufschlagfläche der j e aus einem - festen und beweglichen Teil zusammengesetzten Flügel arbeitet. Hierzu kommt noch; da.ß die zwischen den Enden der festen Flügel und den beweglichen Flügeln strömende Luft Wirbelungenerzeugt, durch welche die Leistung des Flügelrades herabgesetzt wird. Eine größere Geschwindigkeit der auf das Flügelrad wirkenden Luft wird daher durch eine geringere Leistung des Flügelrades ausgeglichen, so da.ß dieses sich im Vesentlichen mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit dreht.
• Die normale Geschwindigkeit des Flügelrades kann nach Belieben dadurch eingestellt werden, daß man die Vorspannung der Feder 27 (Fig. r) größer .oder kleiner macht. Zur Einstellung dieser Vorspannung der Feder 27 bedient man sich der Einstellschraube 31. Wird diese Einstellschraube 31 weiter in das Reglergehäus;e 3o .eingeschraubt, so daß das Ende derselben die Blattfeder 29 dem Federstift 28 näherbringt, so wird hierdurch die Vorspannung der Feder 27 und die normal,a Geschwindigkeit des Flügelrades verringert. Wird die Einstellschraube 31 dagegen gelöst, indem sie so weit als möglich aus. dem Gehäuse 3o herausgeschraubt wird, so bewegt sich die Blattfeder 29 nach: dem Gehäuse zu, so daß der Abstand der Einstellfeder 29 vom Stift 28 größer wird. Die Feder 27 ierhält .somit eine größere Vorspannung, und die normale Geschwindigkeit des Flügelrades wird dadurch erhöht.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schaufelrad, welches aus zwei umlaufenden, gleichachsig gelagerten Laufschaufelkränzen besteht und bei dem die Schaufeln des seinen Kranzes zur Regelang der Kraftwirkung des Treibmittels mehr- ioder weniger in die Strömungswege des Treibmittels gebracht werden, so daß die Drehzahl des Laufrades unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit im wesentlichen unverändert bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden konzentrisch zueinander ,gelagerten LaufscbaufelkrÄnzen zur Ausnutzung der Windkraff für gewöhnlich j e zwei in. radialer Richtung hintereinanderliegende Schaufeln (10, 18) des äußeren und des inneren Schaufelkranzes unter dem Einfuß einer Federung (27) sich zu einer Schaufel erg4nzen und daß der eine Schaufelkranz gegenüber dem anderen dadurch verstellbar ist, daß einer der beiden Schaufelkränze mit der getriebenen Welle (S) verbunden und der andere auf einem in der Achse des ersten Kranzes angeordneten Zapfen -(22) gelagert ist und beide durch die Regeleinrichtung. miteinander verbunden sind, die aus seiner Feder (27) und aus ,einem der Feder (27) entgegenwirkenden Fliehkraftregler besteht, so daß die Schaufeln. der beiden Kränze außer Deckung gebracht werden, wenn die Umlaufgeschwindigkeit des Schaufelrades ,einen gewissen Wert übersteigt.
2. 2. Windrad nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da.ß die Federung aus einer Schraubenfeder (27) besteht, die einerseits auf einer der Platten (12), welche -die Schaufeln (i o) des äußeren Kranzes tragen, und andererseits an einer Blattfeder (29) befestigt ist, die mit der die Schaufeln (1$) des inneren Kranzes tragenden Platte (i 9) ` fest verbunden ist und die mittels einer auf die Blattfedern (29) einwirkenden Stellschraube (31) einstellbar ist,
3. 3. Windrad nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftregler aus zwei Gewichten (36, 39) besteht, die an gegenüber der Drehachse (a2) diametral .entgegengesetzten. Punkten auf Hebeln (q.0, 37) befestigt sind, deren Drehzapfen (4i, 3$) an. der die Schaufeln (18). des inneren. Kranzes tragenden Platte (z 9) befestigt und die durch ein ange@enktes Verbindungsstück (q.2) miteinander verbunden sind, das durch eine Schulter (q.5) mit einem an einer der die Schaufeln (io) des äußeren.Kranzes tragenden Platten (12) befestigten Stift (q.6) derart zusammenarbeitet, da.ß die Platte (i9) gegenüber diesen Schaufeln (i o) um ihre Achse gedreht wird.