DE697163C - Verstellpropeller - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verstellpropeller, bei denen der Flügelblattanstellwinkel durch das sich ändernde Verhältnis von Motordrehmoment zu aerodynamischem Widerstandsmoment selbsttätig geändert und das Motordrehmoment auf den Propeller mittels einer elastischen Verbindung übertragen wird. Bei den bisher bekannten Anordnungen dieser Art, bei denen der Flügelblattanstellwinkel eines Propellers durch das sich ändernde Verhältnis zwischen Motordrehmoment und aerodynamischem Widerstandsmoment selbsttätig geändert wird, erfolgt die Übertragung des Motordrehmomentes auf den Propeller mittels elastischer, infolgedessen also auch in gewissem Maße unerwünschte Schwingungen dämpfender Gummipolster. Zur Änderung des Anstellwinkels dient dabei ein zwischen ■Propellerfuß und Nabe der Welle liegendes Gestänge, durch das selbsttätig für jeden Verschiebungswinkel zwischen Welle und Propeller dessen Flügel um einen bestimmten Winkel um ihre Längsachse verdreht werden.

Demgegenüber schlägt die Erfindung vor, die elastische Verbindung zwischen Kurbelwelle und Propellerfuß als ölpneumatisches Getriebe mit Dämpfungseinrichtung auszubilden, dessen Gehäuse von· der Nabe getragen wird und dessen Kolbenstange an dem gegenüber der Nabe verdrehbaren Propellerfuß angreift, wobei gleichzeitig die Nabe den einen Teil des Venstellgestänges o. dgl. trägt, das andererseits an den im Propellerfuß drehbaren Propellerflügeln angreift und auf diese Weise die durch das ölpneumatische Getriebe vermittelte Relativbewegung zwischen Nabe und Propellerfuß in eine Drehbewegung der Propellerflügel im Propellerfuß verwandeln kann. Natürlich kann die Anordnung auch kinematisch umgekehrt getroffen werden, derart, daß also das Gehäuse am Propellerfuß und die Kolbenstange an der Nabe der Welle angreift. Durch die geschilderte Anordnung wird einmal die Möglichkeit geschaffen, durch Regulierung des in dem ölpneumatisehen Getriebe herrschenden Luftdrucks und der ölfüllung stets den optimalen Wirkungsgrad der Bewegungsübertragung sicherzustellen. Weiter wird in einfacher Weise eine selbsttätige Anpassung des Anstellwinkels oder Propellerganges an die jeweilige Flughöhe ermöglicht, und schließlich stellt das ölpneumatische Getriebe eine bedeutend wirksamere Dämpfungsanordnung für die bei Änderung der Umlaufgeschwindigkeit unter Umständen auftretenden Schwingungen dar als die Gummipuffer der früheren Anordnungen.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. ι die an einem Propellerblatt auftretenden Kräfte veranschaulicht.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Verstelleinrichtung nach der Erfindung.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt senkrecht zu der Darstellung der Fig. 2. ' ΐ,,;

Fig. 4 veranschaulicht noch einmal die-.||i» dem Propeller auftretenden, Verstellkräfte|^f und
Fig. 5 und 6 zeigen einige Einzelheiten des

ίο Verstellpropellers nach der Erfindung.

Alle Rückwirkungen, die das umgebende Medium auf einen Propellerflügel ausübt, ergeben eine Resultierende, die im Druckmittelpunkt C des Propellerblattes angreifend gedacht werden kann. Diese Resultierende ist der aerodynamische Widerstand. Dieser hat in der senkrecht zu der Achse der Motörwelle Z-T liegenden Ebene eine Komponente, deren Moment in bezug auf die Achse Z-T als das aerodynamische Widerstandsmoment bezeichnet wird und das Vektorprodukt der genannten Komponente mit dem Abstand des Angriffspunktes C von der Achse Z-T darstellt.

as Wie auf der Zeichnung veranschaulicht ist, wird der Propeller von der Antriebswelle nicht unmittelbar, sondern über ein als elastische Verbindung wirkendes ölpneumatisches Getriebe in der Weise angetrieben, daß sich zwischen zwei auf dem Propeller und der Antriebswelle angenommenen Ebenen, die durch die Achse gehen und in der Ruhelage zusammenfallen, in jedem Augenblick während der Drehung ein Verschiebungswinkel einstellt, dessen Wert eine Funktion der Drehzahl der Antriebswelle, der Geschwindigkeit des Apparates und des Zustandes (Dichte, Viscosität usw.) des umliegenden Mediums ist. Die Propellerflügel werden dabei selbsttätig für jeden Wert dieses Verschiebungswinkels um einen entsprechenden bestimmten Wert verdreht.

Die Fig. 2. und 3 zeigen im einzelnen die Anordnung eines solchen mit veränderlichem Anstellwinkel arbeitenden Propellers. Die Propellerflügel P sind beide in einen gemeinsamen Flügelträger A eingesetzt und können in diesem um eine Achse X-F schwenken, die beispielsweise durch die aerodynamischen Antriebszentren C (vgl. Fig. 4) dieser Flügel geht. Der Flügelhalter selbst wird von einer Zwischennabe B gehalten, auf welcher er um die Achse Z-T der Antriebswelle M. schwenken kann, im vorliegenden Falle um den Kurbelwellenkopf, auf welchem die Zwischennabe B festgekeilt ist. Bei diesem Beispiel wird die elastische Verbindung zwischen der mit der Antriebswelle fest verbundenen Zwischennabe und dem Flügelhalter mittels einer Anordnung H hergestellt, die von ölpneumatischen Gefäßen, die mit der Zwischennabe B fest sind, gebildet werden. In zwei in bezug auf die Antriebswelle diametral gegenüberliegenden Zylindern sind Kolben I eingesetzt, deren Stangen bei K an ,^dem Flügelhalter angelenkt sind. Die GeliiljßeiZ" sind mit Flüssigkeit gefüllt, wobei .•jedoch ein Raum frei bleibt, in welchen anfänglich komprimierte Luft eingeführt wird.

Es versteht sich, daß unter diesen Bedingungen die ölpneumatischen Zylinder sich elastisch dem aerodynamischen Kräftepaar mit dem Moment 2χ7?χΖ? entgegensetzen (vgl. Fig. ι und 4).

Wenn der Motor in Richtung f läuft (vgl. Fig. 2 und 3), so treibt die Zwischennabe B den Flügelhalter mittels der ölpneumatischen Zylinder an. Unter der Widerstandswirkung des aerodynamischen Kräftepaars 2 R X D verschiebt sich die Achse des Flügelträgers A in der Drehebene um einen Winkel α (verstellte Lage Xi-Y¹ der Achse X-Y) im rückläufigen Sinne/¹, bis der Luftdruck in den Zylindern das aerodynamische Kräftepaar, welches sich auf die Auftriebszentren, C auswirkt, ausgleicht.

Nimmt man nun einen Verzögerungswinkel α um die Antriebsachse Z-T an, so bewirkt der Flügelhalter A die Drehung der Flügel P um ihre Längsachse X-Y. Zu diesem Zwecke trägt bei dem dargestellten Beispiel der Fuß p jedes Flügels einen Fingerg, der durch eine öffnung 1 des Flügelhalters geht und in eine Gabel t, die von der Zwischennabe B getragen wird, eingreift.

In dem betrachteten Falle hat die Wirkung dieser Gabel auf den Finger g eine Veränderung der Neigung der Flügel auf ihrer Längsachse X-Y zur Folge, und zwar in einer Richtung, welche der Verminderung des Flügelganges entspricht. Infolgedessen nehmen die aerodynamische Beanspruchung R und das Moment (2 RxD) dieser Beanspruchung in bezug auf die Antriebsachse ab. Die Geschwindigkeit des Motors steigt also, bis das aerodynamische Kräftepaar wieder den Wert angenommen hat, für den es durch den Druck der öldynamischen Ausrüstung ins Gleichgewicht gebracht ist.

Bei der so gebildeten Anordnung entspricht no also jedem Wert des Äntriebsmoments eine Gleichgewichtslage des einerseits aus den Flügeln und dem Flügelhalter sowie andererseits aus den öldynamischen Zylindern gebildeten Aggregates, wobei diese Gleichgewichts- "5 lage durch den Nacheilungswinkel α des Flügelhalters bestimmt sein kann. Wenn bei hohem Antriebsmoment die Geschwindigkeit des Flugzeugs gleich Null' ist, so hat der Winkel« einen maximalen Wert und dem- »20 zufolge der Gang des Propellers (sein. Steigungsverhältnis) einen minimalen Wert.

Wenn dagegen das Antriebsmoment hoch bleibt, aber die Geschwindigkeit des Flugzeugs steigt, so nimmt der Winkel α ab und steigt demzufolge der Gang.
Wenn das Antriebsmoment konstant bleibt und die Dichte der Luft abnimmt, so nimmt der Winkel α ab, und der Gang steigt.

Wenn schließlich das Motormoment, die Geschwindigkeit des Flugzeugs und die

ίο Dichte der Luft sich gleichzeitig ändern, so ändern sich auch gleichzeitig der Winkel α und demzufolge die Neigung der Flügel zur X-F-Achse, bis sie ihre Gleichgewichtslage einnehmen, welche dem Gang der Luftschraube den günstigsten mit den neuen Be^: triebsbedingungen vereinbarten Wert sichert. Ein Propeller mit veränderlichem Gang, welcher die beiden grundlegenden oben bezeichneten Merkmale besitzt, ermöglicht also

ao eine automatische Anpassung des Ganges unter den günstigsten Verhältnissen, wie auch der Lauf des Motors, die Geschwindigkeiten und die Höhen, bei denen- die Flüge des Flugzeuges erfolgen, sein mögen.

Die Verwendung dieser Anordnung auf Kompressionsmotoren scheint besonders angezeigt zu sein.

Wie schon oben angedeutet, bietet das bei dem Verstellpropeller nach der Erfindung verwendete ölpneumatische Getriebe eine Reihe wichtiger Vorteile:

In erster Linie geben sie die ■ Möglichkeit, auf zwei veränderliche Größen einzuwirken, nämlich auf den Anfangsdruck der Luft und den schädlichen Raum (durch Zufügung von öl).

Ist der Propeller auf das höchste Steigungsverhältois (Gang) eingestellt, so regelt man anfänglich den Luftdruck in der Ausrüstungi/, damit der Propeller für einen feststehenden Punkt den gewünschten minimalen Gang annimmt. Wenn im Laufe eines Fluges der Motor nachläßt, so wird der Pilot öl in die Ausrüstung H einführen, um den schädlichen Raum zu verkleinern, wobei aber immer der gleiche Anfangsdruck der, Luft beibehalten wird.

In zweiter Linie gestatten die ölpneumatischen Zylinder die Gewährleistung einer hydraulischen Bremsung der Vibrationen und Stöße, welche auf dem Propeller veranlaßt werden können infolge von Änderungen im Laufe des Motors. Zu diesem Zweck hat man auf der Zeichnung (vgl, Fig. 2) zwei Diaphragmen / dargestellt, die von öffnungen j mit engem Querschnitt durchbohrt sind ■ und welche in an sich bekannter Weise die Bremsung der . Verschiebung der Kolben I sichern.

Schließlich machen diese ölpneumatischen Vorrichtungen eine automatische Anpassung des Propellerganges an die Höhe möglich, da je nachdem, wie das Flugzeug steigt, die in der Ausrüstung H enthaltene komprimierte Luft ihren Anfangsdruck beibehält, während dagegen der aerodynamische Widerstand auf .die Flügel abnimmt, was als Endergebnis eine Erhöhung des Schraubenganges zur Folge hat.

Um Stöße im Falle eines mehr oder weni- T> ger plötzlichen Absinken« des Motorganges zu verhüten, kann der hinter dem Kolben I befindliche Raum e als Luftpolster benutzt werden (vgl. Fig. 5); die Kolbenstange, welche dabei durch eine Packung« geht, ist an der Achse K mittels eines Gleitschutzes η angelenkt oder mittels einer beliebigen anderen Verbindung, welche eine gleiche Bewegungsfreiheit zuläßt.

Es sei auch darauf hingewiesen, daß die Verbindung zwischen dem Fuß der Flügel und der Zwischennabe durch verschiedene andere Mittel als die oben beschriebene Anordnung von Finger und Gabel ausgeführt werden kann, z. B. mittels zweier Kegelradgetriebe, von denen das eine mit dem Flügelfuß, das andere mit der Zwischennabe fest ist.

Wohl bemerkt kann die oben beschriebene selbsttätige Regelungsanordnung auf jedes beliebige Antriebssystem mit einer Schraube 9" mit veränderlichem Gang (Steigungsverhältnis) für Flugzeuge o. dgl. angewandt werden.

Die Erfindung umfaßt auch noch eine einfache Vorrichtung zur ständigen Sicherung der Schmierung der Berührungsflächen an den Flügelfüßen der Propeller mit veränderlichem Gang, unabhängig davon, ob diese zu der oben beschriebenen Anordnung oder einer beliebigen anderen Anordnung gehören.

Es gibt verschiedene Anordnungen, wie Leistenanschläge, Kugeldrucklager, schraubenförmige Rampen (Gleitschienen) usw., mittels deren die Propellerflügel in bezug auf ihre durch die Propellernabe gehende Längsachse X-Y eine veränderliche Neigung annehmen können. Welches System man aber auch benutzen mag, es ist immer unbedingt notwendig, daß die Berührungsflächen gut geschmiert werden, damit der Propeller unter dem Einfluß der auf ihn wirkenden Kräfte den Gang (das Steigungsverhältnis) annehmen kann, das dem besten Wirkungsgrad des Propellersystems entspricht.

Ein besonders vorteilhaftes Schmierverfahren besteht erfindungsgemäß darin, daß die Wirkung der Zentrifugalkraft zur Schaffung eines Schmierdruckes ausgenutzt wird, der ausreichend ist, um die Schmierung der Führungsschienen oder Kufen zu gewährleisten.

Bei einer auf der Fig. 6 dargestellten Ausführungsform schließt im Falle einer ' Schwenkung der Flügel auf einer spiralför-

migen Leitrampe ein Zylinder ι, der in den Flügelfuß p eingesetzt ist und dessen Achse zweckmäßig mit der Schwenkachse X-Y des Flügels zusammenfällt, einen Kolben 2 ein, der mit einer Packung 3 versehen ist und ständig unter der Einwirkung einer Feder 4 steht, die ihn gegen die Nabe zurückzudrücken sucht. Dieser Kolben wird aus einem dichten Metall, beispielsweise in Form eines Gießkopfes aus Blei, hergestellt.

Das obere Abteil 5 des Zylinders 1 steht über die Kanäle 6 mit den verschiedenen Punkten der spiralförmigen Rampe 7 in Verbindung und kann außerdem mit verschiedenen Teilen der Nabe, welche zweckmäßig geschmiert werden sollen, insbesondere den Fingern zur Lenkung der Flügelbewegung, in Verbindung stehen.

Wenn sich der Propeller in Ruhelage be-

findet, so wind Öl durch eine geeignete Leitung 8 in die Mitte der Nabe eingespritzt, von wo aus sich durch die Leitungen 9 das Abteil 5 füllt. Wenn dann der Motor in Gang gesetzt wird, so treibt die Zentrifugalkraft den Gießkopf 2 unter Zusammendrückung der Feder 4 vor. Dies hat zur Folge, daß das öl unter Druck in die Nabe und die kleinen Kanäle 6 gejagt wird, welche die Führungsrampe oder die Drucklager des Flügels speisen, so daß in sehr wirksamer Weise für eine Druckschmierung gesorgt wird.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Propeller, bei dem der Flügelblattanstellwinkel durch das sich ändernde Verhältnis von Motordrehmoment zu aerodynamischem Widerstandsmoment mittels eines zwischen Propellerfuß und der auf der Antriebswelle festsitzenden Nabe liegenden Verstellgestänges selbsttätig geändert und das Drehmoment auf den Propeller mittels einer elastischen Verbindung übertragen wird, dadurch ge-' kennzeichnet, daß die elastische Verbindung zwischen Kurbelwelle und Propellerfuß durch ein ölpneumatisches Getriebe (fT, I) mit Dämpfungseinrichtung gebildet ist, dessen Gehäuse von der Nabe (J5) getragen wird und dessen Kolbenstange an dem gegenüber der Nabe verdrehbaren Propellerfuß (A) angreift, wobei gleichzeitig die Nabe den einen Teil des Verstellgestänges o. dgl. (t, g) trägt, das andererseits an den im Propellerfuß (A) drehbaren Propellerflügeln (P) angreift und auf diese Weise die durch das ölpneumatische Getriebe vermittelte Relativbewegung zwischen Nabe und Propellerfuß in eine Drehbewegung der Propellerflügel im Propellerfuß verwandeln kann.
2. 2. Verstellpropeller nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß das ölpneumatische Getriebe ein oder mehrere Luftpolster (e) enthält, um im Falle eines mehr oder weniger heftigen Abfalls des Motorlaufes die auftretenden Stöße auszuschalten oder zu mildern.
3. 3. Verstellpropeller nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum, des ölpneumatischen Getriebes eine oder mehrere Zwischenwände (7) mit Drosselöffnungen (/) als Dämpfungsorgane enthält.
4. 4. Verstellpropeller nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellgestänge zwischen Nabe und Flügelfuß aus einem im Propellerflügel (P) sitzenden Finger (g) besteht, der in eine von der Nabe (B) getragene Gabel (t) eingreift.
5. 5. Verstellpropeller nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellgestänge durch ein Kegelradge- 8g triebe ersetzt ist, dessen Räder einerseits an den Propellerflügeln und andererseits an der Nabe sitzen und die Relativbewegung zwischen Nabe und Propellerfuß in eine Drehbewegung der Propellerflügel in diesem Fuß umwandeln können.
6. 6. Verstellpropeller nach Anspruch 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherung der Druckschmierung der Berührungsflächen der Flügelfüße mit denjenigen der Nabenhülse ein bewegliches Organ (2) dient, das unter der Einwirkung .der Fliehkraft vorgetrieben wird und dadurch das Öl in die verschiedenen Schmierleitungen drückt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen