DE9114658U1 - Luftschraube - Google Patents

Description

LUFTSCHRAUBE BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Luftschraube mit wenigstens zwei Schraubenblättern, wobei jedes Schraubenblatt an einem seiner Enden an einer Schraubennabe zum Antrieb der Luftschraube gelagert ist.

Bei einer aus der Praxis vorbekannten Luftschraube sind die Schraubenblätter aus Metall, Holz oder auch Faserverbund-Werkstoff gebildet und formsteif mit ihrem Fußteil oder der Schraubennabe verbunden. Je nach Ausbildung sind die Schraubenblätter für im Betrieb oder im Stillstand verstellbare Luftschrauben oder solche mit Festeinstellung verwendbar. Durch die Verbindung mit dem Fußteil oder direkt mit der Schraubennabe entstehen nicht unbedeutende Einspannkräfte aus den auf das Schraubenblatt im Einsatz wirkenden Kräften. Auch bei entsprechender Dimensionierung der Schraubenblätter führen diese Kräfte zu die Dauerfestigkeit der Schraubenblätter beeinträchtigenden Spannungsspitzen. Insbesondere bei schuberzeugenden Luftschrauben treten diese Spannungsspitzen auf, da die Schraubenblätter im abströmenden gestörten Luftstrom arbeiten und im Verlaufe einer Umdrehung sich mehrfach ändernde Anströmbedingungen durchlaufen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Luftschraube der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Schraubenblätter der Luftschraube in ihrem Fußteil eine beschränkte Beweglichkeit zur

Aufnahme der einwirkenden Kräfte ohne Spannungsspitzen aufweisten und vielseitig einsetzbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Luftschraube mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß das Schraubenblatt zur Aufnahme von Spannungsspitzen in einem Fußteil oder in der Schraubennabe verschwenkbar gelagert ist.

Die Schraubenblätter sind derart gelagert, daß in der Hauptebene der aerodynamischen Kräfte, das heißt im wesentlichen quer zur Profillängsachse der Schraubenblätter, eine beschränkte Drehbewegung möglich ist. Aufgrund dessen kann das Schraubenblatt bei sich im Verlaufe seiner Drehbewegung ändernden Anströmbedingungen den daraus entstehenden aerodynamischen Kräften folgen, ohne daß es zu einem unkontrollierten Spannungsaufbau am Lager kommt. Da die Lagerung im Fußteil oder direkt in der Nabe für jeweils das gleiche Schraubenblatt verwendbar ist, sind sowohl im Betrieb verstellbare, im Stillstand verstellbare oder mit Feineinstellung versehene Luftschrauben gemäß der Erfindung mit jeweils dem gleichen Schraubenblatt herstellbar. Dadurch ist der Einsatzbereich der Schraubenblätter im Vergleich zu den bekannten Schraubenblätter erheblich vielseitiger.

Eine zu große Beweglichkeit des Schraubenblatts in seinem Fußteil wird im Betriebe der Luftschraube automatisch durch die auf das Schraubenblatt wirkenden Fliehkräfte aufgrund der Drehbewegung begrenzt.

Bei einer einfachen Ausführungsform ist das Schraubenblatt an einem im wesentlichen quer zur Hauptebene, das heißt in Profillängsachse der

Schraubenblätter_# der aerodynamischen Kräfte des Schraubenblatts angeordneten Bolzen im Fußteil gelagert. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere von Vorteil, wenn ein elastisches Füllmaterial im Fußteil und zumindest in Richtung der Längsachse des Bolzens beidseitig zum Schraubenblatt angeordnet ist. Auf diese Weise weist das Schraubenblatt eine beschränkte Beweglichkeit in Hauptebene der aerodynamischen Kräfte auf. Gleichzeitig dient das elastische Füllmaterial des Fußteils zur Fixierung des Schraubenblatts bei Stillstand und zur Dämpfung grober Drehschwingungen beim Anlaßvorgang.

Die gleiche Art der Lagerung des Schraubenblatts ist für die Lagerung direkt in der Nabe verwendbar, das heißt mit Bolzen und elastischem Material. Damit das Schraubenblatt in seinem Längsverlauf eine kontrollierte Elastizität aufweist, ist es günstig, wenn das Schraubenblatt einen Längsholm und eine diesen umschließende, krafteinleitend mit dem Längsholm verbundene Blatthülle umfaßt, wobei der Längsholm am Bolzen gelagert ist. In Zusammenwirkung mit der beschränkten Beweglichkeit des Schraubenblattes im Fußteil sind durch den Längsholm die einwirkenden Kräfte ohne Spannungsspitzen aufnehmbar.

Zur Erhöhung und Steuerung der Elastizität ist es weiterhin von Vorteil, wenn der Längsholm in Faserverbundbauweise aufgebaut ist. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere von Vorteil, wenn der Längsholm aus Rovings, das heißt gleichgerichteten Faserbündeln, gebildet ist.

Um gleichzeitig eine hohe Torsionssteifigkeit des Schraubenblatts und eine erwünschte Elastizität in der

Hauptebene der aerodynamischen Kräfte zu erreichen, ist es insbesondere günstig, wenn der Längsholm eine im wesentlichen eliptischen Querschnitt aufweist und schwerpunktnah in der Profilform des Schraubenblattes eingebettet ist.

Zur Gewichtsersparnis bei trotzdem ausreichender Festigkeit und Elastizität ist der Längsholm zumindest über einen Teil seiner Länge hohl ausbildbar. In diesem Hohlraum ist in vorteilhafter Weise zur Führung insbesondere der Rovings ein Kern aus einem leichten Füllstoff angeordnet. Aufgrund der Festigkeit des Längsholms ist der Kern nichttragend ausgebildet.

Zur einfachen Lagerung der Längsholme am Bolzen ist es insbesondere günstig, wenn das am Bolzen gelagerte Ende des Längsholms eine Lageröffnung zur Aufnahme des Bolzens aufweist. Bei einem Längsholm aus Faserverbund-Rovings ist die Lageröffnung in einfacher Weise dadurch ausbildbar, daß die Rovings den Bolzen im Fußteil zur Krafteinleitung umschlingen.

In diesem Zusammenhang ist es weiterhin von Vorteil, wenn zur Verminderung der Reibung und der Abnutzung des Längsholms eine Lagerbuchse in der Lageröffnung angeordnet und relativ zum Längsholm fixiert ist.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung und ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel davon werden im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren weiter erläutert und beschrieben.

Es zeigen:

Fig.l einen Schnitt durch eine Mittelebene eines Schraubenblatts;

Fig.2 einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1;

Fig.3 einen Schnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 1;

Fig.4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus Fig. 1;

Fig.5 einen Schnitt entlang der Linie V-V aus Fig. 1, und

Fig.6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI aus Fig. 1.

In Figur 1 ist ein Schraubenblatt 2 einer Luftschraube in Draufsicht auf eine Mittelebene des Schraubenblatts dargestellt. Dieses ist über ein Fußteil 4 mittels Rollenlager 20 drehbar in einer nicht dargestellten Luftschraubennabe gelagert, wodurch eine automatische Verstellschraube gegeben ist. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Fußteil mittels einer Klemmverbindung einstellbar in der Nabe befestigt sein, was einer Luftschraube mit am Boden einstellbarem Blattwinkel entspricht, oder das Fußteil 4 kann gänzlich entfallen und das Schraubenblatt in analoger Weise unmittelbar im Nabenteil gelagert sein (Festschraube).

Das Schraubenblatt 2 umfaßt einen Längsholm 9, welcher allseitig von einer mit diesem krafteinleitend

verbundenen Blatthülle 10 umgeben ist. Der Längsholm erstreckt sich im wesentlichen entlang der Längsachse des Schraubenblatts 2 und endet mit Abstand zum freien Ende der Blatthülle 10. Der Längsholm 9 ist etwa im Flächenschwerpunkt der Blatthülle 10 angeordnet. Mit einem Ende 3 ist der Längsholm 9 im Fußteil 4 an einem Bolzen 8 verschwenkbar gelagert.

In etwa über die Hälfte seiner Länge weist der Längsholm 9 ein sich vom Ende 3 erstreckenden Hohlraum 13 auf, der mit einem Kern 14 gefüllt ist. In Richtung des freien Endes des Längsholms 9 verjüngt sich der Hohlraum 13, während er sich benachbart zum Bolzen 8 in dessen Längsrichtung 11 in etwa über den Innendurchmesser des Fußteils 4 erstreckt.

Das Fußteil 4 ist topfförmig ausgebildet und umfaßt eine Grundplatte 23 und eine hohlzylinderformige Aufnahme 24, in der der Längsholm 9 angeordnet ist. Die Blatthülle 10 endet mit Abstand zum Fußteil 4 in Nachbarschaft zu einer Nabenverkleidung 18.

In der Aufnahme 24 ist der Längsholm 9 beidseitig von einer Schicht aus einem elastischen Füllmaterial 6 umgeben. Mit seinem Lagerende 5 umfaßt der Längsholm den Bolzen 8 und ist vertikal zur in Figur 1 dargestellten Ebene um dessen Längsachse 11 verschwenkbar gelagert.

In Figur 2 ist das Schraubenblatt 2 in einem Schnitt entlang der Linie II-II aus Figur 1 dargestellt. Das freie Ende des Schraubenblatts 2 ist gegenüber einer Rotationsebene 15 der Luftschraube etwas nach vorne geneigt.

Am gegenüberliegenden Ende ist das Schraubenblatt 2 durch das den Bolzen 8 umschlingende Ende 5 des Längsholms 9 im Fußteil 4 gelagert. Der im Hohlraum des Längsholms 9 angeordnete Kern 14 erstreckt sich vom Bolzen 8 bis in etwa zur Mitte des Längsholms 9. Auch in der Darstellung nach Figur 2 verjüngt sich der Kern 14 in Richtung des freien Endes des Längsholms 9.

Die Blatthülle 10 umschließt den Längsholm 9 und endet an der Nabenverkleidung 18.

Der Längsholm 9 ist bei einer Ausführungsform der Erfindung durch Rovings 19, das heißt gleichgerichtete Faserbündel, gebildet. Diese verlaufen im wesentlichen vom freien Ende des Längsholms 9 in Richtung des Bolzens 8, umschlingen diesen und sind als Faserbündel in Richtung des freien Endes des Längsholms 9 zurückgeführt, wobei sich die Querschnitte 12 der Figuren 3 bis 5 ergeben. In dem zum Bolzen 8 benachbarten Bereich des Längsholms 9 schließen die Rovings 19 den Kern 14 ein.

Zur Aufnahme des Bolzens 8 ist eine Lagerbuchse 17 am Ende 5 des Längsholms 9 angeordnet und in den Rovings eingebettet. Die Lagerbuchse 17 bildet eine Lageröffnung 16 für den Bolzen 8, wobei Lagerbuchse und Bolzen koaxial zueinander angeordnet sind.

Das Fußteil 4 ist mittels eines Rollenlagers 21 in der nicht dargestellten Luftschraubennabe drehbar gelagert (Verstellschraube). Alternativ kann das Fußteil 4 mittels Klemmverbindung in der Nabe gehalten sein (einstellbare Schraube) oder gänzlich entfallen (Festschraube). In letzterem Fall ist die Nabe zur Aufnahme des Längsholms 9 samt Bolzen 8 und Füllmaterial 6 unmittelbar topfförmig ausgebildet.

In der Darstellung nach Figur 2 sind die Rovings 19 und damit der Längsholm 9 entlang der Längsachse 11 der Bolzen 8 beidseitig in dem Fußteil 4 vom elastischen Material 6 umgeben. Auf diese Weise ist das Schraubenblatt 2 in Richtung von aerodynamischen Kräften 27 beweglich, ohne daß ein unkontrollierter Spannungsaufbau im Fußteil auftritt. Das elastische Material 6 begrenzt und dämpft die Beweglichkeit des Schraubenblatts 2.

In Figur 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III aus Figur 1 dargestellt. In dieser, wie in den Figuren 1, 2 und 4, ist die Blatthülle 10 mit einer aerodynamischen Profilform dargestellt. Diese verläuft gemäß Figur 3 entgegengesetzt zur Anströmrichtung 22.

Der Längsholm 9 weist einen im wesentlichen elliptischen Querschnitt 12 auf, der in der Profilform der Blatthülle 10 schwerpunktnah und in etwa mittig zu dieser angeordnet ist.

In Figur 4 ist ein Schnitt entlang der Linie IV-IV aus Figur 1 dargestellt. Die Blatthülle 10 verläuft in etwa in Anströmrichtung 22 und weist ein Flügelprofil auf. Der Längsholm 9 weist einen im wesentlichen elliptischen Querschnitt 12 mit einem ebenfalls in etwa elliptischen Hohlraum 13 auf. Die längere Achse des ellipsenförmigen Längsholms 9 verläuft im wesentlichen parallel zur Profillängsachse und die kürzere Längsachse in Richtung der auf das Schraubenblatt einwirkenden Kräfte 27.

In Figur 5 ist ein Schnitt entlang der Linie V-V aus Figur 1 dargestellt, der innerhalb der Nabenverkleidung 18 der Luftschraube aus Figur 1 angeordnet ist.

Auch in dieser Darstellung weist der Längsholm 9 einen in etwa ellipsenförmigen Querschnitt 12 mit einem ellipsenförmigen Hohlraum 13 auf, der durch einen Kern 14 gefüllt ist. Die längere Ellipsenachse ist in der Blattebene angeordnet, so daß der Längsholm 9 symmetrisch zur Rotationsebene 15 ausgebildet ist.

In Figur 6 ist ein Schnitt entlang der Linie VI-VI aus Figur 1 dargestellt.

Die topfförmige Aufnahme 24 des Fußteils 4 weist in dieser Darstellung einen kreisförmigen Querschnitt auf. Entlang eines horizontalen Durchmessers ist die Aufnahme 24 von dem Bolzen 8 durchsetzt. Dessen Längsachse 11 ist in etwa in Profillängsachse nach den Figuren 3 bis 5 angeordnet. Koaxial zum Bolzen 8 ist dieser von der Lagerbuchse 17 umgeben. Diese ist im Inneren des Längsholms 9 angeordnet, während die Enden 25 und 26 des Bolzens 8 in der Außenfläche der Aufnahme 24 liegen.

Beidseitig ist die Lagerbuchse 17 innerhalb der Aufnahme 24 von Rovings 19 umgeben, die den Längsholm bilden. Die in der Aufnahme 24 verbleibenden kugelkappenförmigen Hohlräume sind durch das elastische Füllmaterial 6 gefüllt.

Aufgrund der beschränkten Drehbeweglichkeit des Schraubenblatts 2 in seinem Fußteil 4 kann es den auftretenden aerodynamischen Kräften ohne unkontrollierten Spannungsaufbau im Fußteil folgen und durch die kontrollierte Elastizität des Längsholms 9 die einwirkenden Kräfte aufnehmen.

Claims (12)

ANSPRÜCHE

1. Luftschraube (1) mit wenigstens zwei Schraubenblättern, wobei jedes Schraubenblatt (2) an einem seiner Enden (3) an einer Schraubennabe zum Antrieb der Luftschraube (1) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet,

daß das Schraubenblatt (2) zur Aufnahme von Spannungsspitzen in einem Fußteil (4) oder in der Schraubennabe verschwenkbar gelagert ist.

2. Luftschraube nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Schraubenblatt (2) an einem quer zur Hauptebene von aerodynamischen Kräften des Schraubenblatts (2) ausgerichteten Bolzen (8) im Fußteil (4) gelagert ist.

3. Luftschraube nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß ein elastisches Füllmaterial (6) im Fußteil (4) und zumindest in Richtung der Längsachse (11) des Bolzens

(8) beidseitig zum Schraubenblatt (2) angeordnet ist.

4. Luftschraube nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Schraubenblatt (2) einen Längsholm (9) und eine diesen umschließende, krafteinleitend mit dem Längsholm verbundene Blatthülle (10) umfaßt, wobei der Längsholm

(9) am Bolzen (8) gelagert ist.

5. Luftschraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsholm (9) in Faserverbundbauweise aufgebaut ist.

6. Luftschraube nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Längsholm (9) aus Rovings (19) gebildet ist.

7. Luftschraube nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Längsholm (9) einen im wesentlichen elliptischen Querschnitt (12) aufweist.

8. Luftschraube nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Längsholm (9) zumindest über einen Teil seiner Länge hohl ausgebildet ist.

9. Luftschraube nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des Längsholms (9) in diesem ein nichttragender Kern (14) angeordnet ist.

10. Luftschraube nach wenigstens einein der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsholm (9) schwerpunktnah in einer Profilform des Schraubenblattes (2) eingebettet ist.

11. Luftschraube nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Längsholm (9) in seinem am Bolzen (8) gelagerten Ende (5) eine Lageröffnung (16) zur Aufnahme des Bolzens (8) aufweist.

12. Luftschraube nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Lagerbuchse (17) in der Lageröffnung (16) angeordnet und relativ zum Längsholm (9) fixiert ist.