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Drehflügel für Schrauben. Bei Schrauben, wie sie zum Antrieb von Schiffen
oder sonstigen Fahrzeugen Verwendung finden, oder auch bei Schrauben, die in Kraftmaschinen
strömende Energie in drehende Energie oder umgekehrt in Arbeitsmaschinen drehende
Energie in strömende Energie umsetzen, ist es erwünscht, zur Erzielung einer möglichst
hohen Wirtschaftlichkeit der Schrauben mit veränderlichen, den jeweiligen Antriebsverhältnissen
angepaßten
Neigungen des Schraubenflügels zu arbeiten, je nachdem,
wie sich im Betriebe Drehrichtung oder Bewegungsrichtung sowie Geschwindigkeit des
Fahrzeuges oder des bewegten Mediums ändern. Die üblichen Konstruktionen von Schrauben
mit Drehflügeln sind so ausgeführt, daß der Schraubenflügel in seiner Nahe drehbar
angeordnet ist und in der Regel durch die hohle Welle des Schraubenantriebes verstellt
werden muß. Diese Verstellorgane müssen also die Kräfte aufnehmen, die beim Betriebe
der Schraube als Drehmoment um die @Terdrehungsachse des Flügels vom Schraubenflügel
auf die Welle oder umgekehrt übertragen werden. Insbesondere müssen sie den Beanspruchungen
gewachsen sein, die der Schraubenflügel an seiner Befestigungsstelle in der Nabe
vom strömenden Medium erfährt, in dem sich die Schraube bewegt. Hierdurch ergeben
sich einerseits schwierige und umständliche Konstruktionen für die drehbare Befestigung
des Schraubenflügels in seiner Nabe. Anderseits sind große Kräfte erforderlich,
um während des Betriebes den Schraubenflügel zwecks Anpassung an eine neue Geschwindigkeit
zti verstellen.
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Man hat auch schon frei drehbare Propellerflügel angeordnet, die sich
selbsttätig unter dem Eintluß der Strömung in die wirkungsvollste Lage stellen,
indem man dein Flügel besondere Formen gab. Bei diesen und anderen selbsttätigen
Einrichtungen kann der Flügel immer nur bestimmte Lagen einnehmen. Fehler aber,
die sich aus geänderten Strömungsverhältnissen oder Antriebsverhältnissen ergeben,
können nicht berücksichtigt «erden. Auch lassen diese Einrichtunge!i eine Steuerung
durch die Bedienungsniann-;chaft nicht zu.
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Die Erfindung hat nun eine neuartige Ausbildung von Drehflügeln bei
Schrauben zum Gegenstand, durch die der Schraubenflügel beliebig im Betrieb verstellt
werden kann und wobei sowohl die Kräfte, die auf die Verstellorgane des Flügels
ausgeübt «-erden müssen, wie auch die Beanspruchungen, die der Flügel von dein ihn
umgebenden -Iedium erfährt, außerordentlich klein sind.
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Der Erfindung gemäß werden bei Schraubenrädern aller Art mit lose
und frei drehbar auf der Nal;e angeordneten und durch Strö -mungsdruck verstellbaren
Flügeln, sei es an der Eintrittskante oder an der Austrittskante oder in einem gewissen
Abstand von den Kanten, eine oder mehrere verstellbare L enkflächen am Flügel angeordnet,
die sich finit dein drehbaren Flügel bewegen. Steht .lie Lenkfläche in einem Winkel
zur Fläche des Flügels, so werden bei einer beliebigen Einstellung des Flügels von
der am Flügel entlang fließenden Strömung auf die beiden Seiten des Flügels verschiedene
voneinander abweichende Drucke ausgeübt, die den Flügel so lange verdrehen, bis
er sich entsprechend der jeweiligen Drehrichtung und Geschwindigkeit der Schraube
in eine Gleichgewichtslage einstellt.
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Die mit dem Drehflügel verstellbar verbundene Lenkfläche kann den
Drehflügel selbsttätig in die jeweils günstigste Arbeitsstellung einstellen, oder
sie kann erforderlichenfalls durch getrennte Einstellmittel von außen her derart
verstellt werden, daß sie den Flügel in die wirksamste Lage für die verschiedenartigsten
Verhältnisse bringt.
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In den Abb. i bis 4. ist schematisch der Läufer einer Maschine veranschaulicht,
die einen Propeller oder ein Schraubenrad oder eine Turbine oder eine Schraubenpumpe
oder einen Kompressor oder ein Windrad oder eine Zentrifugalpumpe darstellen kann,
kurz irgendeine Maschine, die dazu dient, die Energie eines strömenden Mediums in
Drehbewegung umzuwandeln oder Drehbewegung in Fortl;ewegung eines Fahrzeuges oder
des Mediums, in dem sich der Läufer bewegt.
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In Abb. i stellt 5 eine Propellerwelle mit dem Drehflügel 6 dar. Der
Drehflügel ist lose uin seinen Zapfen 7 beweglich. Am hinteren Ende des Drehflügels
ist die Lenkfläche 8 uni eine am Drehflügel 6 feste Achse 9 einstellbar angeordnet.
Wird nun die Lenkfläche atis der in Abb. i dargestellten Nullage heraus in dein
einen oder dem anderen Sinne (Abb. 2 und Abb. 3) gelenkt und die Schraubenwelle
in der Pfeilrichtung gedreht, so bewirkt der von der Strömung auf den Drehflügel
hervorgerufene Druck eine Einstellung des Flügels in dein einen oder dem anderen
Sinne, wie es die Abb. d. und 5 darstellen. Aus diesen Abbildungen ist ohne weiteres
ersichtlich, daß bei Drehrichtung im gleichen Sinne die Fahrtrichtung, die durch
ungefiederte Pfeile dargestellt ist, in dein einen oder dein anderen Sinne geändert
werden kann. Es ist finit dieser Anordnung möglich, beispielsweise ein Schiff umzusteuern,
ohne daß es erforderlich wäre, die Antriebsrichtung der Maschinen oder der Welle
zu ändern. Bei Danipfturbinenschiffen erübrigen sich somit Einrichtungen, wie Rückwärtsturbinen,
bei elektrisch betriebenen Schiffen Schalteinrichtungen zur Umkehr der Drehrichtung
der Propellermotoren. Es sind lediglich schwach l:eanspruchte Verstellvorrichtungen
für die Lenkfläche erforderlich, die nur Kräfte von einer Größenordnung zu übertragen
haben, wie sie zur Verstellung der gegenüber den Flügeln nur kleinen Lenkflächen
nötig sind. Je nach Einstellung der kleinen Lenkflächen hat man es v@7)llig in der
Hand, dem Schraubenflügel für
jede Fahrtgeschwindigkeit und Umdrehungszahl
der Schraubenwelle die günstigste Neigung zu geben.
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Die Verhältnisse, wie sie durch die Abb. i bis 5 veranschaulicht sind,
treffen sowohl für den Propellerantrieb wie auch für den Antrieb von Schraubenpumpen
zu. Durch Einstellung der Lenkflächen kann dem Flügel für die je-
weilige
Geschwindigkeit die günstigste Steigung gegeben werden und durch Lenkung des Flügels
um eine Nullage quer zur Schraubenwelle bei gleicher Drehrichtung eine Fahrt-oder
Förderrichtung in dem einen als auch in dem anderen Sinne erzielt werden.
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Die Anordnung von durch Lenkflächen gesteuerten Schraubenflügeln ist
aber nicht nur in den Fällen brauchbar, in denen durch Antrieb der Schraubenwelle
eine fortschreitende Bewegung der Welle oder des die Schraube umgebenden Mediums
erzielt wird. Sie ist auch brauchbar in den Fällen, in denen strömende Energie,
wie beispielsweise in einer Turbine oder einem Windrade, Windmühle u. dgl., in drehende
Energie umgewandelt werden soll. Auch hier ist es möglich, durch Einstellung der
Lenkfläche den Flügel von einer Nullage aus so zu steuern, daß unter Beibehaltung
der Strömungsrichtung die Propellerweile sich in dem einen oder denn anderen Sinne
dreht.
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Ein Ausführungsbeispiel ist schematisch in den Abb. 6 und 7 veranschaulicht.
Hier wird, wie aus diesen Abbildungen ohne weiteres ersichtlich ist, zur Umkehr
der Drehrichtung unter Beibehaltung der Strömungsrichtung der Flügel um eine Nullage
längs zur Schraubenwelle gelenkt. Je -nachdem die Lenkfläche gegenüber dem in der
Nullage befindlichen Schraubenflügel in dem einen oder anderen Sinne gedreht wird,
wird der Drehflügel in der einen oder der anderen Lage vom Strömungsdruck gehalten,
und es ergibt sich eine Drehrichtung der Schraube in dem einen oder dem anderen
Sinne, wie es in den Abbildungen durch Pfeile veranschaulicht ist. Ist der Drehflügel
im vollen Kreisumfange drehbar und die Einstellvorrichtung nach der Lenkfläche hin
so ausgebildet, daß diese Drehung äuf dem vollen Kreise von der Lenkfläche nicht
gehindert wird, so kann die Anordnung so ausgestaltet werden, daß bei Umkehr der
Strömungsrichtung sich Drehflügel und Lenkfläche aus der nunmehr labilen Lage der
Abb. 6 und 7 annähernd um i8o° in die stabile Lage drehen und in dieser neuen Lage
ein Einstellen in die der jeweiligen Geschwindigkeit entsprechende günstigste Schaufelsteigung
gestatten.
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Ähnlich liegen die Verhältnisse bei dem Propellerantrieb nach den
Abb. i bis 5. Auch hier kann erreicht werden, daß die Anordnung bei Umkehr der Drehrichtung
sich selbsttätig in die neue Lage einstellt und hier ohne weiteres arbeitsfähig
ist. Bei allen Anordnungen mit einstellbarer Lenkfläche werden die Übertragungsmittel
zwischen Antrieb der Lenkfläche und der Drehflügel (z. B. durch gekreuzte Seilzüge
o. dgl.) zweckmäßig so ausgebildet, daß bei Einstellung des Drehflügels durch die
Lenkfläche die Lenkfläche selbsttätig in eine Nullage zurückgeführt und so außer
Kraft gesetzt wird,. wie es die Abb. 4 und 5 im Vergleich mit den Abb. 2 und 3 andeuten.