DE623944C - Propeller mit verstellbarer Fluegelanstellung - Google Patents

Description

>jM. Eigendoin

17 ? EB. 1936 "

AUSGEGEBEN AM
9. JANUAR 1936

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft Propeller, im besonderen Propeller mit verstellbarer Flügelanstellung·, die sich, für die Luftschiffahrt eignen.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Drehung der Flügel um ihre Längsachse durch das sich ändernde Kräfteverhältnis zweier gegeneinanderwirkender, durch eine von Hand oder selbsttätig in Abhängigkeit von der Drehzahl des Triebwerkes gesteuerte hydraulische Vorrichtung regelbarer Drehmomente zu veranlassen.

Gemäß der Erfindung wird das eine Drehmoment von einem Flüssigkeitsdruck einer vom Triebwerksmotor angetriebenen Pumpe auf einen einseitig beaufschlagten Steuerkolben über eine Kniegelenkverbindung auf die Propellerflügel ausgeübt, während das Gegendrehmoment von den senkrecht zu den Längsachsen der Propellerflügel wirkenden Vektoren .der Zentrifugalkraft erzeugt wird. Hierdurch ist eine einfache Verstelleinrichtung geschaffen, bei der die auf die Propellerflügel wirkende Zentrifugalkraft zur Verstellung der Flügelanstellung mit ausgenutzt wird. In den Zeichnungen ist die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen schematisch veranschaulicht.

Abb. ι ist ein Mittelschnitt durch einen Propeller gemäß der Erfindung und zeigt schematisch die Druckflüssigkeitsanlage,

Abb. 2 ein Schnitt nach Linie 2-2 der Abb. r,

Abb. 3 ein Schnitt nach Linie 3-3 der Abb. 1;

Abb. 4 zeigt in einem Mittelschnitt eine •abgeänderte Ausführungsform eines Propellers,

Abb. 5 eine Vorderansicht,

Abb. 6 einen Schnitt nach Linie 6-6 .der Abb. 4;

Abb. 7 zeigt schematisch einen Teil der Regelanlage;

Abb. 8 ist ein senkrechter Schnitt durch eine andere Ausführungsform eines Propellers,

Abb. 9 ein Schnitt nach Linie 9-9 der Abb. 10 und

Abb. 10 ein Schnitt nach Linie 10-10 der Abb. 9.

Der in den Abb. I bis 3 veranschaulichte Propeller 10 besteht aus der Naben, den Flügeln 12 und 13 und der Flügelbefestigung 14. Die Flügelbefestigung besteht aus sattelartigen, die Flügelfüße umfassenden halbzylindrischen Klammern, die durch Bolzen 15 verbunden sind, so daß die hohlen Flügelwurzeln gegen die Wirkung der Zentrifugalkraft gehalten werden. Die hohlen Flügelwurzeln sind auf radialen Nabenarmen befestigt. Es ist ein Zweinügelpropeller dargestellt, bei dem zwei Nabenarme 16 und 17 in die hohlen Flügelwurzeln hineinragen. Es ist aber zu

beachten, daß eine beliebige Zahl von Flügeln vorgesehen werden kann.

Die Flügel sind so entworfen, daß ihr Massenmittelpunkt auf einer Seite der Drehachse sich befindet, wodurch während .des Umlaufs des Propellers die senkrecht zu den Flügelachsen wirkenden Vektoren der Zentrifugalkraft eine Drehbewegung der Flügel um ihre Längsachse bewirken. Zwischen den Flügelwurzeln 12, 13 und den Nabenarmen 16, 17 befinden sich geeignete Lager, vorzugsweise Rollenlager 18. Ein Satz Rollen ist am äußeren Ende jedes Nabenarmes und ein anderer Satz am inneren Ende der Flügelwurzel angeordnet. Die Nabenarme sind vorzugsweise in ihren Ouerschnittsabmessungen verjüngt. Zwischen der inneren Flanschseite 20 jedes Flügels und der zweiteiligen Klammer 14 ist ein Kugellager 21 vorgesehen, das die radial nach außen wirkende Zentrifugalkraft aufnehmen soll. Die Rollen- und Kugel lagerteile 18 und 21 ermöglichen eine im wesentlichen reibungsfreie Verstellung der Flügel um ihre Längsachsen und dienen außerdem dazu, die Flügel gegen eine Relativbewegung in irgendeiner anderen Richtung in bezug auf die Nabe festzuhalten. Die Propellernabe r 1 weist Keilnuten auf ader ist in anderer Weise auf einer hohlen, durch die Flugzeugmaschine getriebenen Welle23 befestigt. DieseWelle23 kann die übliche Kurbelwelle der den Propeller treibenden Maschine sein.

Gemäß · der Erfindung wird die Flügelanstellung während des Fluges entsprechend der Drehzahl der Maschine mittels einer Druckflüssigkeitsanlage verstellt. Diese umfaßt auch die hohle Propellerwelle 23, die eine Menge von öl oder sonstiger Flüssigkeit 24 enthält. Der Druck dieses Öles wird selbsttätig und auch von Hand geregelt. DerDruck des Öles wirkt auf einen Kolben'25, der in einem Zylinder 26 am vorderen Ende der Propellerwelle arbeitet. Der Kolben 25 ist an dem Ende eines vom Kolben betätigten Teiles oder Rohres 27 befestigt. Dieses ist innerhalb der hohlen Propellerwelle verschiebbar und ist an seinen Enden offen, so daß der Raum zwischen Kolben 25 und Zylinderkopf 28 in ständiger Verbindung mit dem Öl in der hohlen Welle 23 gehalten wird. Eine Undichtigkeit am Umfang des Rohres kann durch eine geeignete Packung oder Scheibe2o verhindert werden; ferner ist Dichtungsmaterial 30 zwischen dem Kolben 25 und dem Zylinder 26 vorgesehen.

Der Kolben 25 wird durch eine Anzahl Druckfedern 31 nach außen gedrückt, die zwischen .dem Kolben 25 und dem inneren Ende des Zylinders 26 liegen. Die durch diese Federn ausgeübte Kraft ist aber sehr gering im Vergleich zu der auf den Kolben wirkenden Äußenkraft. Letztere bewirkt, wie unten beschrieben, infolge der senkrecht zu' den Flügelachsen wirkenden Vektoren der Zentrifugalkraft eine Drehung der Flügel um ihre Längsachse und dadurch eine Änderung der Flügelanstellung. Diese Zentrifugalkraftwirkung oder das Bestreben der Flügel, sich zu drehen, ist proportional der Differenz der Hauptträgheitsmomente um die beiden Hauptachsen des Querschnitts und ist ferner proportional dem Quadrate der Umlaufgeschwindigkeit der Flügel und der Dichte des Materials. Diese Zentrifugalkraftwirkung wird dazu benutzt, die Flügelanstellung zu verkleinern. Eine Vergrößerung der Anstellung wird durch Zunahme des Flüssigkeitsdruckes hervorgerufen, der eine entgegengesetzte Bewegung des Kolbens hervorruft. Diese Anordnung bildet einen sehr einfachen Regler für die Flügelanstellung.

An der durch den Kolben 25 betätigten Kolbenstange 27 befinden sich zwei Augen 32 und 33, mit denen Lenker 34 und 35 schwenkbar verbunden sind. Diese Lenker gehen durch geeignete Schlitze 36 im Zylinder 26 nach außen und sind ihrerseits an Armen 37 und 38 drehbar ljefestigt. Jeder der Anne ist direkt an dem Wurzelflansch eines Propellerflügels durch Schrauben 39 o. dgl. befestigt. Die zweiteilige Klammer ist ausgeschnitten oder mit öffnungen 40 versehen, um die die Anstellung einstellenden Arme 37 und 38 durchzulassen.

Die Anordnung der Lenkerverbindung zwisehen dem hin und her beweglichen Regel teil oder Kolben 25 und den Flügeln ist eine einfache, aber sehr zweckmäßige Art der Verbindung; denn die Arme $7 und 3S und die Lenker 34 und 35 bilden sogenannte Kniehebel, die so angeordnet sind, daß sie sehr kleine Winkelbewegungen der Flügel um ihre Längsachsen bei einem erheblichen Bewegungsbereich des Kolbens gestatten. Dies gibt der Verstellvorrichtung eine erhebliche Hebelwirkung und gestattet die Verwendung von mäßigen Öldrücken bei einem verhältnismäßig kleinen Kolbenquerschnitt.

Wird der vom Kolben betätigte Teil oder Rohr 2-j in seiner Längsrichtung bewegt, so entfernen oder nähern sich die Augen 32, 33 den Propellerflügeln. Hierbei werden die Flügel um ihre Längsachsen gedreht, wobei gleichzeitig ihre Anstellung entweder vergrößert oder verkleinert wird. Bewegt sich'115 das Rohr 27 durch die Zunahme des Öldruckes nach innen, so wird die Anstellung der-Flügel vergrößert. Dem Öldruck wirken die Federn 31 und ferner Komponenten der Zentrifugalkraft entgegen, die den Anstellwinkel der Flügel zu verkleinern suchen. Der Flüssigkeitsdruck wird in der Flüssig-

keitsanlage vorzugsweise durch eine von der Maschine angetriebene Pumpe erzeugt. Diese Pumpe 53 (Abb. i) steht durch ein Getriebe 43 mit einem von der Maschine angetriebenen '5 Getrieberad 44 in Verbindung, das auf der Welle 23 befestigt sein kann. Die Pumpe ist eine Zahnradpumpe und wird mit öl durch eine Speiseleitung 44' gespeist. Diese führt zu dem Sumpf des Kurbelgehäuses der Maschine, der nur schematisch dargestellt und mit 45 bezeichnet ist. Das von .der Pumpe geförderte Maschinenöl fließt durch Rohr 46 nach Rohr 47, das in ständiger Verbindung mit der Innenseite der Welle 23 steht. Letztere besitzt vorzugsweise eine Reihe von Öffnungen, die mit einem ringförmigen Zuführungskanal 48 des Dichtungsringes 49 in Verbindung stehen. Die Ölkammer in der Maschinenwelle 23 ist in 50 geschlossen, so Dem Rohr 46 ist ein Entlastungsventil 52 zugeordnet, das das durch die Pumpe 53 gehende öl durch eine regelbare Ventilverengung 54 in den Maschinensumpf zurückführen kann. Die Größe .der Öffnung in' 54 wird durch eine einstellbare Schraube 55 o. dgl. geregelt. Ist diese Schraube in einer solchen Lage, daß sie die Größe der Öffnung 54 erheblich verengt, so wird der Druck auf der Druckseite der Pumpe vergrößert. Dies hat zur Folge, daß der Kolben nach innen gepreßt wird; er bewegt hierdurch die Lenker, und diese drehen ihrerseits die Propellerflügel um ihre Längsachsen, wodurch die Flügelanstellung erhöht wird. Bei einer gegebenen Einstellung der Umleitung wird der Öldruck fast proportional dem Quadrat der Drehzahl der Maschine sein, und die auf die Propellerflügel zentrifugalen Drehmomente werden dem Quadrate der Maschinendrehzahl proportional sein, so daß diese beiden gegeneinander wirkenden Kräfte sich bei verschiedenen Maschinendrehzahlen etwa ausgleichen, wenn nicht die Verengung der Öffnung 54 geändert wird. Eine Zunahme der Flügelanstellung bewirkt, daß die Maschine mehr Arbeit leisten muß und verringert daher die Drehzahl der Maschine. Die Maschinendrehzahl und die Anstellung der Propellerflügel können auch von Hand geregelt werden. Diese Faktoren werden ferner selbsttätig derart geregelt, daß man die Maschinendrehzahl normalerweise da im wesentlichen konstant hält, wo die Maschine unter ihrem günstigsten Wirkungsgrad arbeiten kann; die Anstellung der Flügel ändert, sich dann, wenn die Geschwindigkeit des Flugzeuges sich ändert. Die Schraube 55 kann beispielsweise durch ein Kabel mit einem Fliehkraftregler verbunden sein, der auf die Drehzahl der Maschine anspricht. Wenn die Maschine direkt mit dem Propeller gekuppelt ist und das Flugzeug beispielsweise beim Herunterkommen seine Geschwindigkeit erhöht, so würde die Belastung der Maschine verkleinert werden, und die Maschine könnte möglicherweise schädliche Drehzahlen annehmen, falls keine selbsttätige Regelung vorgesehen wäre. Bei der Druckflüssigkeitsanlage gemäß der Erfindung wird, sobald die Maschine ihre Drehzahl zu erhöhen sucht, der Öldruck an der Druckseite der · Pumpe vergrößert, und die selbsttätige Verstellung der Schraube 55 durch den Fliehkraftregler ruft eine Verengung der Umleitung und eine weitere Erhöhung des Öldrucks hervor. Der Kolben wird daher nach rechts (Abb. 1) gedrückt, die Anstellung der Flügel wird vergrößert und dadurch die Belastung der Maschine erhöht. Hierauf sinkt die Drehzahl der Maschine, bis ein Ausgleich der Kräfte eingetreten ist. Falls man nicht von Hand die Drehzahl der Maschine zu regeln λνϋηβΛί, kann, wie vorbeschrieben, während der verschiedenen Manöver des Flugzeuges die Drehzahl der Maschine konstant gehalten werden. Die geeignete Maschinendrehzahl kann für jeden besonderen Umstand gewählt werden. Die Anstellwinkel der Flügel werden selbsttätig so geregelt, daß sowohl die Maschine als auch der Propeller bei ihrem höchsten Wirkungsgrade arbeiten.

Die Ausführungsform der Abb. 4 bis 7 ist im allgemeinen der vorbeschrie1>enen Anordnung ähnlich. Die hohle Maschinen welle 60 stützt die Propellernabe 61. Auf ihr sind die Schaufeln 62 und 63 in ähnlicher Art wie bei der oben beschriebenen Propellerbauart befestigt. Das Druckflüssigkeiteglied bzw. der · Kolben kann in diesem Falle· innerhalb der hohlen Welle 60 arbeiten. Der Kolben 64 ist xoo mit dem durch den Kolben betätigten Teile

65 verbunden, und dieser ist mit den beiden Lenkern 67 und 68 an seinem vorderen Ende verbunden, das durch eine Dichtungsbuchse

66 hindurchgeht. Die beiden Lenker 67 und 68 sind ihrerseits drehbar mit den Armen 69 und 70 verbunden, die an den Flanschen der Flügelwurzeln befestigt sind. Nimmt der Druck in der Ölleitung 71 hinter dem Kolben 64 zu, so bewegen sich der Kolben und der no von ihm betätigte Teil 65 in bezug auf Abb. 4 nach links, schwingen so die Arme 69 und 70 und vergrößern die Anstellung der Propellerflügel um gleiche Größen. Fällt der Flüssigkeitsdruck, so verstellt die auf die Flügel selbst wirkende Zentrifugalkraft die Flügel um ein durch den Flüssigkeitsdruck bestimmtes Maß nach der Lage der geringsten Anstellung hin.

Das öl oder sonstige Flüssigkeit 71 wird der Innenseite der . hohlen Welle 60 durch einen Zuführungskanal 73 zugeführt. Dieser

geht von der ölpumpe 74 aus, die direkt mit der Maschinenwelle 60 (Abb. 4) verbunden ist. Das öl wird aus dem Maschinensumpf 75 gesaugt und durch die Pumpe 74 in die Welle 60 gedrückt. Etwas Öl wird durch ■das Ventil 76 umgeleitet und geht durch den Kanal 77 zum Sumpf zurück. Die öffnungsgröße des Ventils 76 wird durch eine Ventilnadel bestimmt, die an einem im Zylinder 79 arbeitenden Kolben 78 befestigt ist. Die obere Seite .des Kolbens ist mit der Druckseite der Pumpe durch Rohr 80 verbunden. Wächst der Druck an der Auslaßseite der Pumpe, so wird der das Ventil steuernde Kolben 78 nach unten entgegen der einstellbaren Feder 86 gedrückt und verengt die öffnung 76. Er bewirkt daher eine Zunahme des Druckes in der zu der hohlen 'Welle 60 zugeführten Flüssigkeit. Wind die Umleitung gedrosselt, so wird also der Flüssigkeitsdruck auf den Kolben 64 erhöht, und dies hat eine Zunahme der Anstellung der Propellerflügel zur Folge. Diese Zunahme der Anstellung der Propellerflügel bei. einer größeren Belastung der Maschine dient dazu, die Maschinendrehzahl während der verschiedenen Manöver des Flugzeuges im wesentlichen konstant zu halten.

Will man von Hand die Drehzahl der Maschine oder den Anstellwinkel der Propellerflügel verändern, so kann die Einstellung des Ventils 76 von Hand durch Betätigung des Steuerkabels 82 erfolgen, das zu dem Steuersitz des Flugzeugführers führt. Dieses Kabel tritt bei 83 in das Ventilgehäuse ein und läuft . um eine Triebrolle 84, die sich auf der Schraube 85 auf- und abschraubt und einen Sitz für ein Ende der Feder 86 bildet. Die Feder 86 wirkt dem Druck auf der oberen Seite des Steuerkolbens 78 entgegen. Der Druck der Feder 86 kann daher von Hand geändert werden, um den Flüssigkeitsdruck in der Anlage zu regeln.

Das Umleitventil der Abb. 4 kann, wie in Abb. 7 dargestellt, .durch ein regelbares Ventil 90 ersetzt werden. Dieses kann durch eine von Hand bedienbare Daumenmutter 91 geregelt werden, die auf der längs verstellbaren Schraube 92 schraubbar ist, während letztere an der Spannfeder 93 befestigt ist. Diese Feder ist mit einem Kipphebel 94 verbunden, und die Federkraft wird durch die Zentrifugalwirkung des. ,Fliehkraftreglers 95 ausgeglichen, der mit der Maschine durch ein Getriebego zwecks Antriebs verbunden ist. Der Fliehkraftregler arbeitet dahin, eine wesentlich konstante Drehzahl für jede besondere Einstellung der Daumenmutter 91 aufrechtzuerhalten, und veranlaßt, die selbsttätige Verstellung der Flügelanstellung während verschiedener Manöver des Flugzeuges, j Die Handeinstellung bei 91 gestattet eine Änderung der Maschinendrehzahl je nach Wunsch und bildet eine Handregelung, die die selbsttätige Regelung verändert.

In den Abb. 8, 9 und 10 besteht der Propeller 100 aus Flügeln 101 und 102. Diese sind auf den radialen Nabenarmen 103 und

104 ähnlich wie bei den oben beschriebenen Anordnungen befestigt. Die Nabenarme 103 und 104 sind als radiale, äußere Vorsprünge der durch die Maschine angetriebenen Welle

105 hergestellt.

An der Stirnseite der mit Flanschen versehenen Enden der Flügel 101 und 102 sind Zapfen 107 und 108 befestigt, an die Hebel 109 und 110 schwenkbar angreifen.¹ Diese Hebel sind andererseits an dem äußeren Ende einer Stängeln angelenkt, die durch den unter Flüssigkeitsdruck stehenden Kolben 112 gesteuert wird. Letzterer arbeitet in einem von der hohlen Maschinenwelle 105 gebildeten Zylinder. Der Zylinder hat eine Anzahl Entlastungskanäle 113, durch die das öl aus den Kammern 114 und 115 unter Entlastung des Kolbens nach dem Maschinensumpf 116 zurückgeführt werden kann. Das öl wird aus diesem Sumpf durch die Pumpe 117 gepumpt. Die Auslaßseite der Pumpe ist mit den beiden Rohrzweigen 118 und 119 verbunden, die nach den Kammern 114 und 115 in der Maschinenwelle gehen. Den mit den Kanälen versehenen Abschnitt der Welle 105 umschließt ein Muffenventil 121, das einen Ausschnitt 122 von etwa derselben Breite wie Kolben 112 hat. Die Muffe 121 kann daher zusammen mit dem Kolben 112 alle Ventilöffnungen 113 schließen, wenn das System in stabilem Gleichgewicht ist. Wird das Ventil 121 in Abb. 8 nach rechts bewegt, so verringert sich der Öldruck in der Kammer 114, da das öl aus dieser Kammer durch eine oder mehrere öffnungen 113 fließt, die zu dieser Zeit durch die Muffe 121 freigegeben sind. Das öl sucht aus der Pumpe in die Kammer 115 auf der entgegengesetzten Seite des Kolbens zu fließen, diesen nach links zu drücken und die offenen Kanäle 113 wieder abzudecken. Dies geschieht so lange, bis der Kolben 112 weit genug nach links bewegt worden ist, um das System wiederum zu stabilisieren und die Drücke auf den gegenüberliegenden Seiten des Kolbens für die neue Einstellung des Muffenventils auszugleichen. Die Bewegungen des Kolbens verursachen die Verstellung der Flügelanstellung. Diese wird vergrößert, wenn ' das Muffenventil 121 nach links bewegt wird.

Das Ventil 121 kann sowohl selbsttätig als auch von Hand gesteuert werden. Die Handsteuerung kann einen von Hand bedienbaren Hebel 125 aufweisen, der mit dem Muffen-

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ventil durch Arme und Lenker 126 o. dgl. verbunden ist. Eine Feder 127 mit einer verstellbaren Mutter 128 sucht das Muffenventil 121 in der Stellung der Abb. 8 zu halten, die der kleinsten Anstellung der Propellerflügel entspricht. Die Pumpen welle 130, die von der Maschinenwelle 105 aus angetrieben wird, beeinflußt einen Fliehkraftregler 131, der selbsttätig die Lage des durch Stange 133 mit

to dem Muffenventil 121 verbundenen Winkelhebels 132 regelt. Sucht .die Maschine ihre Drehzahl zu steigern, so wird die Stange 133 selbsttätig nach links bewegt, wodurch die Kolbenstange in nach links bewegt wird und

eine Vergrößerung der Anstellung der Propellerflügel und damit eine Vergrößerung der Belastung der Maschine hervorruft, so daß die Drehzahl wieder sinkt. Auf diese Weise wird¹ die Maschine selbsttätig gesteuert, derart, daß ihre Drehzahl während der verschiedenen Flugzeugmanöver im wesentlichen konstant gehalten wird. Die selbsttätige Regelung kann auf Wunsch durch eine von Hand überlagert werden, indem man den Hebel 125 betätigt, so daß die Drehzahl des Motors auf den gewünschten Grad bei jeder besonderen Gelegenheit eingestellt werden kann.

Claims (4)

1. Patentansprüche':

   i. Propeller mit verstellbarer Flügelanstellung, bei dem die Drehung der Flügel um ihre Längsachsen durch .das sich ändernde Kräfteverhältnis zweier gegeneinanderwirkender, durch eine von Hand oder selbsttätig in Abhängigkeit von der Drehzahl des Triebwerkes gesteuerte hydraulische Vorrichtung regelbarer Drehmomente erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Drehmoment von einem Flüssigkeitsdruck einer vom Triebwerkmotor angetriebenen Pumpe auf einen einseitig beaufschlagten Steuerkolben über eine Kniegelenkverbindung auf die Propellerflügel ausgeübt wird, während das Gegendrehmoment von den senkrecht zu den Längsachsen der Propellerflügel wirkenden Vektoren der Zentrifugalkraft erzeugt wird.
2. 2. Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Flüssigkeitsdruck auf den Kolben die Flügelanstellung vergrößert, während durch die senkrecht zu den Flügelachsen wirkenden Vektoren der Zentrifugalkraft die Anstellung verkleinert wird.
3. 3. Propeller nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen regelbaren Nebenumlauf, der den von der Pumpe erhaltenen Druck ändert.
4. 4. Propeller nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen den Steuerkolben und den Propellerflügeln angeordnete Kniegelenkverbindung, die eine kleine Winkelbewegung der Flügel bei einer großen Bewegung des Kolbens hervorrufen kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen