DE2844230A1

DE2844230A1 - Antriebsgeraet, insbesondere propeller

Info

Publication number: DE2844230A1
Application number: DE2844230A
Authority: DE
Inventors: Sjoerd Spijkstra
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-10-11
Filing date: 1978-10-11
Publication date: 1979-08-30
Also published as: AU4050978A; FR2406108A1; SE7810623L; IT7828640A0; BR7806733A; IT1100964B; JPS5488595A; NL7810234A; GB2007175A

Description

SJOERD SPIJKSTRA, 9 Mechanic Street, Lakes Entrance, Victoria / AUSTRALIEN

"Antriebsgerät, insbesondere Propeller"

Die Erfindung betrifft ein Antriebsgerät, insbesondere einen Propeller, enthaltend eine Nabe und mehrere Blätter [auch Flügel genannt). Insbesondere ist dabei an den Antrieb von Booten aller vorkommenden Bauarten, von Flugzeugen und anderen Gegenständen gedacht, die mit einem solchen Gerät, insbesondere einem Propeller, getrieben werden sollen.

In der Vergangenheit sind die verschiedensten Ausführungen von Propellern bekannt geworden, einschließlich der Absicht, deren Wirkungsgrad zu verbessern. Zur Erreichung dieses Zieles sind detaillierte Untersuchungen über die Wirkung eines Propellers auf das spezielle Medium, z, B. Luft oder Wasser, durchgeführt werden. Es ist daher bekannt, daß für die Zunahme der Wirkungsgrad des Propellers eine entsprechende Zunahme des Schubes oder

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Axialdruckes erforderlich ist. Bsi früheren Lösungsverbüchen dieses Problemes sind Propeller vorgeschlagen worden, die an ihrer Peripherie mit Rippen (englisch: fins) versehen sind, die in einem unterschiedlichen Winkel zu dt3m des Propellerblattes verlaufen. Solche Rippen sind deswegen eingearbeitet worden, um durch die Blätter radial abgeleitete oder verlagerte Flüssigkeit wieder in die Rückwärtsrichtung zurückzuführen. Hiermit konnte eine gesonderte Quelle an Schub nutzbar gemacht werden. Dieses Angehen des Problemes wurde jpäter in der Weise modifiziert und verbessert, daß man die Rippen einstückig in das Blatt eingearbeitet und diesem somit eine konkave Peripherie gegeben hat.

In einer weiteren Abwandlung ist vorgeschlagen worden , das kurvenförmige Propellerblatt innerhalb eines Gehäuses anzuordnen. Damit sollte versucht werden, durch Mittel an der Gehäuseinnenseite die Flüssigkeit in die Rückwärtsrichtung zu drängen. Der hiermit erzielte Erfolg war jedoch sehr begrenzt, da dieser Vorschlag eine hohe Kompression der Flüssigkeit zur Folge hatte.

Die '^Propeller haben zwar eine verbesserte Schubkraft und einen besseren Wirkungsgrad. Sie können aber trotzdem nicht alle zur Verfügung stehenden Quellen an Schubkraft nutzbar machen und sind daher nur als Teillösungen anzusehen.

Es ist daher die primäre Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Propeller zu schaffen, der gegenüber dem bekannten Stand der Technik einen höheren

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Wirkungsgrad aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung bei einem Antriebsgerät der eingangs genannten Gattung in erster Linie vorgeschlagen, daß jedes Blatt mit einem Teil direkt oder indirekt an der Nabe befestigt ist, daß die Blätter eine konkave Form haben , die dem im Betrieb entstehenden, radialen und exzentrischen Weg einer Einheit von Gas oder Flüssigkeit entlang der Blätter angenähert ist, wobei diese Einheit von Gas oder Flüssigkeit die Blätter im wesentlichen in Axialrichtung verläßt. Es gehört nämlich zur Erkenntnis der Erfindung, daß die von einem üblichen Propeller fließende Flüssigkeit sich nicht nur in Radialrichtung bewegt, sondern auch in einer exzentrischen Richtung. Um nun einen solchen Fluß nutzbar zu machen, ist hier ein Antriebsgerät, insbesondere ein Propeller vorgeschlagen, dessen Blätter angenähert in Übereinstimmung mit dem exzentrischen und dem radialen Weg der darauf fließenden Flüssigkeit geformt sind. Ein Kennzeichen eines solchen Gerätes besteht in einer konkaven Wölbung, die sich entlang der Oberfläche des Blattes in der Weise ändert, daß sie die Flüssigkeit im wesentlichen in Rückwärtsrichtung zurückführt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsforrn der Erfindung besitzt jedes Blatt einen Teil, der an der Nabe befestigt ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedes der Blätter eines Antriebsgerätes radial zur Nabe angeordnet und besitzt in Axialrichtung einen Abstand von den benachbarten Blättern. In

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einer praktischen Ausführungfarm der Erfindung ist ein Propeller mit einem zentralen Herz- oder Mittelstück vorgesehen, an dem die Blätter angebracht sind. Diese Blätter sind relativ zum Herz- oder Mittelstück der Art angeordnet, daß sie um nicht mehr als 45° zu dessen Längsachse versetzt sind. Zum Berechnen des Winkels des Propellers ist es erforderlich, den gewünschten Drall, bzw. die gewünschte Steigung vorauszusetzen. Beispielsweise sei eine Steigung von 44 Zoll (gleich etwa 112 cm) ausgewählt. Der Winkel des Blattes ist dann derart, daß eine komplette Umdrehung des Propellers eine Progression um die 44 Zoll (ca. 112 cm) zur Folge hat. Hat zum Beispiel der Umlaufkreis einen Durchmesser von 24 Zoll (ca. 61 cm), so kann man mit einem Aufzeichnen dessen Umfanges gegenüber der vorgewählten Steigung in der Lags sein, hiervon den angenähert notwendigen Winkel an diesen Punkt des Propellers abzuleiten.

Wie bereits zuvor festgestellt, liegt eine Verbesserung bzw. pin Vorteil des mit der Erfindung vorgeschlagenen Antriebsgerätes darin, daß die Radialkräfte auf die entlang des Blattes gleitenden Einheiten an der Außenseite durch eine entsprechende Wölbung oder Kurvenform des Blattes festgehalten und die Einheiten rückwärts geschleudert werden. Hiermit durchfließt das Medium, z. B. Wasser, einen kurvenförmigen Weg und zwar in die gewünschte Richtung. Dabei werden die Axialkräfte und die exzentrischen Kräfte ausgenutzt, die vom Propeller entsprechend dem festgelegten Winkel des Blattes erzeugt werden.

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Grundsätzlich bringt die vorstehend erläuterte Erfindung eine Verbesserung des Wirkungsgrades eines Propellerblattes. Wenn auch im vorstehenden Beispiel die Erfindung im Zusammenhang mit einer Flüssigkeit als Medium erläutert wurde, so ist sie jedoch nicht hierauf beschränkt. Es liegt vielmehr im Bereich der Erfindung, sie auch für Propeller in Form von Luftschrauben und damit für Flugzwecke zu verwenden.

In einer für die.Erfindung besonders kennzeichnenden Ausführungsform ist eine Anzahl dieser Propeller, die gemäß der Erfindung geformt sind, im Abstand voneinander übereinander angeordnet und direkt oder mittelbar an einem Körper angebracht. Dabei kann in Verbindung mit- Luftfördermitteln, z. B. einem Gebläse oder Ventilator, das bzw. der passend angeordnet ist, ein Hub- oder Fördereffekt erreicht werden. Im Prinzip wird dabei Luft durch das Fördermittel gepumpt und zwischen die Propeller eingeführt. Diese Luft hat beim Überqueren der Propelleroberfläche die Tendenz, sich langsam zu bewegen. Dies hat einen Bereich hohen Druckes zur Folge und da hiermit ein Unterschied zu dem äußeren, niedrigen atmosphärischen Druck besteht, tritt somit ein Förder- oder Hubeffekt ein. Da also das mit der Erfindung vorgeschlagene Antriebsgerät besser und wirkungsvoller arbeitet als die bekannten Einrichtungen, kann es zum Antrieb von Fahrzeugen wie Hubschraubern verwendet werden, ohne daß die Notwendigkeit einer Rotation des Propellers besteht.

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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind sowohl den Unteransprüchen, als auch der nachstehenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1: Eine perspektivische Ansicht auf einen nach der Erfindung ausgestalteten Propeller,

Fig. 2 eine Draufsicht, bzw. eine Seiten^un " ansicht des Propellers nach Fig.1,

Fig. 4 die Erläuterung des Verfahrens der Herstellung eines Propellers nach der Erfindung,

Fig. 8: die Verwendung eines Propellers

nach der Erfindung für Flugzwecke.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Nabe 1 mit einer Mehrzahl von Blättern 2. Ferner ist in diesen Figuren die konkave Form, bzw. Natur der Blätter 2 und deren Endteile 3 dargestellt. Dies gewährleistet, daß Einheiten einer Flüssigkeit oder eines Gases,die entlang der Blätter fließen,sich danach richten, obgleich ihre Bewegung an sich exzentrisch wäre.

In den Fig. 4 bis 7 ist im einzelnen die Herstellung eines Propellers nach der Erfindung dargestellt. Wie be-

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reits erläutert, is', es nach Auswahl einer gewünschten Steigung möglich, durch deren Aufzeichnen gegenüber dem Umfang eines vorgewählten Durchmessers,ausgehend von der Nabe her, den gesuchten Winkel zu erhalten, den das Blatt zwecks Ausgestaltung gemäß der Erfindung bekommen soll. Fig. 4 zeigt eine hier typische Draufsicht auf eine Anzahl von konzentrischen Kreisen, wobei A die Nabe bildet und eine Linie 9 gezeigt ist, die der Kurve der Vorder- oder Führungskante eines Blattes entspricht. Fig. 5 zeigt die vorgenannte Aufzeichnung, bzw. Diagramm, während Fig. 6 eine Anzahl dieser Winkel der Führungskante des Blattes enthält. Die Länge der Hypotenuse des vorgenannten Diagrammes wird verwendet um die Entfernung von der Vorder- oder Führungskante zur rückwärtigen Kante 1Q des Rlsttes zu bestimmen, bzw. anzugeben. Dies ist besonders gut der Fig. fi zu entnehmen. Sofern diese rückwärtige Kante gemäß Fig. 7 im Bezug auf horizontale Achsen dargestellt ist, kann die Kurvenform dieser rückwärtigen Kante in Fig. 7 erreicht werden. Gleichermaßen ist der Vorder- oder Führungskante in der Kurvenform gemäß Darstellung in Fig. 7 die gleiche wie die Kurve in der Darstüllung der Fig. 4. In Fig. 7 ist auf der Abzisse die Entfernung vom Mittelpunkt der Nabe aufgetragen, während die Ordinate die Entfernung des Bezugspunktes zur Propellerkante darstellt.

Es sei betont, daß diese Zeichnungen nur ein Ausführungsbeispiel der Herstellung, bzw. Bemessung eines Propellers gemäß der Erfindung zeigen.

Fig. B zeigt einen Querschnitt eines Flugapparates, in dem eine Anzahl von Blättern 3 im Abstand voneinander vorgesehen ist. Dinstanzhalter 4 umgeben einen hohlen Teil 5, der mit einem Ende an einem

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Körpers B befestigt ist und Gehäusemittel für einen Fallschirm aufweist. Im Betrieb treibt der Motor 7 ein Gebläse 8, das Luft von oberhalb dieser Anordnung ansaugt und durch den Raum zwischen den Blättern 3 hindurchdrückt. Wie bereits erläutert hat dies eine Druckdifferenz und damit einen Hub- oder Fördereffekt zur Folge.

Die auf einen Propeller ausgeübte Zentrifugalkraft F errechnet sich wie folgt:
= yχ s χ γ χ ζ

AxRx 325.6 χ Ε
Hierin bedeuten:

V: Geschwindigkeit

S: benetzte Fläche in Quadratfuß

Y: Reibungskoeffizient

E: Wirkungsgrad der gesamten Anordnung

W: Wasserdruck entlang der Blätter

Z: Geschwindigkeit des anzutreibenden Wassers

A: Beschleunigung entsprechend der Schwerkraft

R: der Radius des Propellers gemessen von der zentralen Nabe her

Aus der o.g. ^Fnnnel ist ersichtlich, daß die Geschwindigkeit des vom F^Jropeller in Radialrichtung ablaufenden Wassers mit der Geschwindigkeit des Propellers zunimmt und daß die Reibungskräfte ebenfalls anwachsen.' Somit wird bei der Gestaltung des Propellers gemäß der Erfindung eine Umsetzung der sonst bei üblichen Propellern

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vergeudeten Kraft in eine Zunahme des Vorrates an Zentrifugalkraft erreicht mit einer entsprechenden Zunahme der o.g. Werte V und Z.

In einem Beispiel wird die Kraft eines konventionellen Propellers im Vergleich mit dem eines Propellers nach der Erfindung gemessen'.

Geschwindigkeit U/min	bekannter Propeller	Bronze- Kraft in kg	Propeller Erfindung Kraft in	gemäß kg
Leerlauf	37.5		40
1000	65		87.5
1500	120		145
2000	180		215

Die Verbesserungen sind daher wie folgt:

1000 U/min 1000-1500 U/min 1500-2000 U/min

6.5 kg pro 100 U/min

11 kg pro 100 U/min

12 kg pro 100 U/min

8.75 kg pro 100 U/mit 11.5 kg pro 100 U/mit 20 kg pro 100 U/mir

Bei höheren Geschwindigkeiten nehmen die Zentrifugalkräfte zu und die Ausbeute, bzw. Leistungssteigerung ergibt für den konventionellen Bronze-Propeller nach dem Stand der Technik nur 1 kg pro 100 U/min. Dagegen ergibt sich bei dem Propeller nach der Erfindung eine bessere Leistungsausbeute von 2,5 kg pro 100 U/min. Diese Verbesserung liegt

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Λ.

damit 75 % über den Werten des bekannten Bronze-Prop8llers. Ferner ist im Geschwindigkeitsbereich von 1500-2000 U/min die Leistungsausbeute des bekannten Bronze-Propellers nur 1 kg, d. h. 9 \, während die
des Propellers nach der Erfindung 74 % beträgt.

Ansprüche

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Antriebsgerät, insbesondere Propeller, enthaltend eine Nabe und mehrere Blätter, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blatt (2) direkt oder indirekt an der Nabe (1) befestigt ist, daß die Blätter derart konkav geformt sind, daß ihre Form sich im Betrieb dem radialen und dem exzentrischen Weg einer Einheit von Gas oder Flüssigkeit entlang der Blätter annähert, wobei diese Einheit von Gas oder Flüssigkeit die Blätter im wesentlichen in Axialrichtung verläßt.
2. Antriebsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blatt radial um die Nabe angeordnet ist und in Axialrichtung einen Abstand von den benachbarten Blättern aufweist.
3. Antriebsgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Vorder- oder Führungskante (9) jedes Blat tes entsprechend den Dimensionierungsangaben für die se Kante gemäß den Fig. 4 bis 7.

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4. Antriebsgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gukennzeiohnet durch eine rückwärtige Kante (10) entsprechend den Dimensionierungsangaben für diese Kante in den Fig. 4 bis 7.
Antriebsgerät, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Körper CB), Gruppen von Blättern (3) und einen Ventilator (7, 8) enthält, daß die Gruppen von Blättern eine öffnung bildend in einer konzentrischen Anordnung und im Abstand voneinander vorgesehen sind, wobei die Gruppen von Blättern lösbar am Körper (6) angebracht sind, daß der Ventilator C7) sich in der Fläche befindet, die durch die öffnungen definiert ist und daß der Ventilator im Bereich Luft fördert und zur Zirkulation zwischen den Gruppen von Blättern bringt.
6. Antriebsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen von Blättern im Abstand voneinander durch hohle, bzw. rohrförmige Teile (5) am Körper (6) angeschraubt sind, wobei die hohlen, bzw. rohrförmigen Teile (5) zur Aufnahme eines Fallschirmes, bzw. von Fallschirmteilen geeignet, bzw, ausgebildet sind.

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