DE635992C - Hydraulische Vorrichtung zum AEndern des Anstellwinkels von Propellerfluegeln waehrend des Fluges - Google Patents

Description

Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die Verstellung der Propellerflügelanstellwinkel von der Motorwelle mittels zentrischer Bremstrommel, die hinter der Propellernabe angeordnet sind, abgeleitet ist, wobei zwischen mechanisch oder hydraulisch betätigten Bremsen eine mechanische Übersetzung, z. B. Zahnräder o. dgl., angeordnet ist. Diese Anordnungen besaßen den Nachteil, daß die mechanische Übersetzung mit Rücksicht auf die Selbsthemmung der Flügeleinstellung für bedeutende Kräfte aufgebaut werden mußte, auf Grund dessen sie teuer und für den Zusammenbau umständlich war.

ig Außerdem wurde sie leicht beschädigt, und im Falle der Störung eines ihrer Bestandteile bedeutete dies eine Gefahr für das· Flugzeug.

Zur Beseitigung dieses Mangels wurden hydraulische Verstellvorrichtungen vorgeschlagen, durch die der FlügelblattanstelL·- winkel in Abhängigkeit von den Motorumdrehungen mittels eines Reglers und ähnlich geändert wurde und bei denen anstatt einer mechanischen Übersetzung eine hydraulische angeordnet war. * Diese Übersetzung bildete in den meisten Fällen ein axialer Kolben, der entweder von der einen Seite von einer Druckflüssigkeit und von der anderen Seite von einer Feder o. dgl. oder auch von beiden Seiten von einer Druckflüssigkeit betätigt wurde. In allen Fällen war es aber notwendig, zum Kolben in die Nabe Druckflüssigkeit aus einem außerhalb der Nabe angeordneten Behälter zuzuführen, was zur Folge hatte, daß zwischen den sich drehenden und ortsfesten Teilen besondere Umführungsleitungen und mit baulichen Schwierigkeiten verbundene Dichtungsverbindungen angeordnet werden mußten. Das Drucköl wurde gleichfalls in gleicher Weise aus dem Schmierkreis des Motors entnommen oder von einer Handpumpe, die außerhalb der Propellernabe angeordnet war, geliefert..

Die obengenannten Nachteile beseitigt die Anordnung einer hydraulischen Vorrichtung gemäß der Erfindung, die die Vorteile der Flüigelverdrehung durch das Bremsen der Trommeln und durch die Verstellung des hydraulischen Kolbens verbindet, und zwar direkt durch die Vereinigung einer hydraulischen und mechanischen Übersetzung zwischen diesen Trommeln und den Propellerflügeln.

Die Bauart des steuerbaren Propellers gemäß der Erfindung weist besondere Pumpen mit zugehörigen Behältern auf, die zum Be-

fördern des Öls unter besonders hohem Druck nach den beiden Seiten des Servomotors und zum Rückleiten des Öls (über Eindrehungea, der Pumpen) in die Behälter dienen, wobei» die mechanische -Verbindung der Servokolbefe, mit den Flügeln z.B. durch Platten mit exzentrischer Bewegung erfolgt. Diese Bau¹* art und ihre hydraulisch-mechanische Arbeitsweise entsprechen bei steter Erhaltung der ίο Selbsthemmung allen von einem während des Fluges steuerbaren Propeller geforderten Betriebsbedingungen.

Die Verstelleinrichtung besteht aus drei Teilen. Der erste ist der Bedienungshebel, der auf den zweiten, die hydraulische Vorrichtung, das sind die Pumpen und der Servomotor, zwischen denen Kanalvenbindungen für das Öl vorgesehen sind, wirkt, und der dritte ist eine Kulisse oder ein anderer Bauteil, der mit dem Schaft der Propellerflügel verbunden ist, die er verstellt.

Die hydraulischen Pumpen sind mit dem Servomotor in der Nabe des Propellers untergebracht. Hinter der Nabe befindet sich, auf ihrem Bund, die Bedienungsvorrichtung, die von einem an der Stirnseite des Motorgehäuses befestigten Schutzgehäuse überdeckt ist. Die Vorrichtung zum Bedienen oder Steuern des Propellers gemäß .der Erfindung besteht aus zwei konzentrisch ineinandergelagerten Ringen, deren der Nabe zugekehrten sphärischen Flächen mit Nocken versehen sind. Die sphärischen Flächen der beiden Ringe besitzen verschieden große Durchmesser. Von diesen sich löse drehenden Ringen kann immer einer mittels einer Bremse zum Stehen gebracht werden·, wodurch ein Pumpenkolben in der umlaufenden Nabe in Tätigkeit gesetzt wird. Die arbeitenden Pumpen sind durch Kanäle und Durchgänge mit dem Servokolben und den Behältern verbunden, zwischen denen gleichfalls ein Kanal vorgesehen ist, wobei dieser ganze Raum vollständig mit öl gefüllt ist. Die Kolben der Pumpe besitzen eine zweckmäßig ausgebildete Rille für die Rückleitung des Öls in den Behälter.

Der durch die Tätigkeit der Pumpen hervorgerufene Druck erteilt dem Servokolben die hin und her gehende Bewegung. Der Kolben hat die Form eines in der Nabe gleichachsig mit der Motorwelle gelagerten Gehäuses, das mit dem hinteren Ende an den Stellen, wo die Flügelachsen zusammenlaufen, in die Mitte der Nabe ragt. Das. Gehäuse schließt mit zu den Flügelachsen rechtwinklig stehenden Führungsflächen ab. Die Flächen sind mit einer doppelseitigen Führung versehen, in welcher die Kulissenplatten gleiten, die auf Rollen gelagert und stets mit einem Ende und Zapfen des zweiteiligen Gehäuses verbunden sind und einerseits die Basis des Flügels am Gehäuse festhalten, während sie außen für die Lagerung in den Naben-/hälsen mittels mechanischer Lager ausgebildei 'sind.

·,:,-;Die Erfindung kann namentlich bei Pro-■pellern von Flugzeugen,Luftschiffen, Wassergleitbooten, Schiffen und Windmotoren Verwendung finden.

Gemäß der Erfindung verursacht die Bedienungsvorrichtung die Tätigkeit der Hochdruckpumpen, die das als Treibmittel dienende Öl den Servomotoren zuführen, deren Kolben das Verstellen der Propellerflügel bewerkstelligen.

Die Verstellvorrichtung ist der Hauptsache nach so zusammengestellt, daß auf der Motorwelle gleichachsig eine Nabe mit einem Servokolben aufgezogen ist, auf dessen Umfang sich zwischen den Flügeln je eine Pumpe mit einem zugehörigen Behälter befindet, während im Nabenschaft ein oder zwei mit dem Kolbengehäuse durch Kulissen verbundene Flügel verankert sind. Durch Verstellen der Flügel wird der Propeller den verschiedenen Leistungen des Motors angepaßt und die Änderung der Fluggeschwindigkeit u. dgl. erzielt, ohne daß mit dem Vergaser gearbeitet werden müßte. g₀

Der Propeller gemäß der Erfindung bildet ein völlig selbständiges abnehmbares Ganzes mit einem durch nichts vom Motor abhängigen ölraum. Dadurch ist es möglich, die Propeller gut aufzubewahren und eine bestimmte Nabengröße für verschiedene Flügelgrößen zu verwenden, mit dem Vorteil, daß die Nabe mit der Verstellvorrichtung entweder auf einer normalisierten, direkt aus dem Motorgehäuse herausragenden Motorwelle oder auf einem mit einem Flansch ausgestatteten Wellenteil, der an dem mit der Motorwelle ein Ganzes bildenden Flansch anliegt, befestigt werden kann.

Auf den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.

Abb. ι zeigt den Grundriß eines Längsschnittes der hydraulischen Verstellvorrichtung in der Propellerwelle und den Bedienungshebel mit Seilen, die gegenüber dem n₀ Grundriß um 90⁰ versetzt sind.

Abb. 2 ist ein Längsschnitt durch denselben zweiflügeligen Propeller, hinter welchem in Ansicht von oben, um 90⁰ verdreht, das Gehäuse der Bedienungsvorrichtung mit der Seilverbindung zum Steuerhebel des Flugzeugführers gezeichnet ist.

Die Propellerverstell vorrichtung wird nur von einem einzigen im Flugzeugführerraum angeordneten-Hebel betätigt, mittels welchen das Verstellender Propellerflügel in eine beliebige Stellung zwischen dem größten und

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kleinsten Anstellwinkel der Flügel bewerkstelligt wird. Die gesamte Vorrichtung erfordert weder besondere Kontrollanzeiger, noch stellt sie besondere fachliche Anforderungen an den Flugzeugführer.

Durch die im Flugwesen bestehenden Möglichkeiten kann die Propellerverstellvorrichtung gemäß der Erfindung selbsttätig gesteuert, gegebenenfalls auch an die Kreiselsteuerung

ίο angeschlossen werden, d. h. die von dem Flugzeugführer eingestellten Propellerflügel werden während des waagerechten Fluges an die selbsttätige Steuerung angeschlossen. Nach dem Verstellen der Flügel sind die beiden Bremsen der Ringe selbstverständlich gelöst. Die Verstellvorrichtung- arbeitet in folgender Weise:

Nach Abb. 1 ist der Segmenthebel 1 nur mit drei Einschnitten versehen.

Wird, wie beispielsweise vorausgesetzt sei, der Hebel 1 durch seine Klinke im Einschnitt 55, der als toter Punkt bezeichnet wird, festgehalten, dann sind die beiden Bremsen 4, 5 gelöst, die hydraulische Verstellvorrichtung befindet sich nicht in Tätigkeit, und der Propeller dreht sich mit den in einer bestimmten Lage festgehaltenen Flügeln. Durch Verschieben des Hebels 1 in den Einschnitt 56 wird durch das Seil 2 die Bremse 4 gelöst, deren Durchmesser von einer unter der Deckplatte befindlichen Feder (nicht gezeichnet) vergrößert wird, während umgekehrt mittels des Seiles 3 das Bremsband der Bremse 5 angezogen wird. In dem gleichen Augenblick hört der von der Bremse umschlossene Ring 7, dessen axiale Stirnfläche einen kleineren Durchmesser besitzt als der Ring 6, auf sich zu drehen, so daß über seinen Nocken 8 entlang dessen sphärischer Bahn die Rolle 13 des Kolbens 14 der Pumpe läuft, die so in Tätigkeit gesetzt wird. Der Kolben kehrt durch die Feder 61 in seine ursprüngliche Lage zurück. Der andere Ring 6 dreht sich lose, weil die Feder 61 den Kolben 12 mittels der Rolle ir in die Kröpfung hinter dem Nocken 9 drückt und den Ring mit der Drehzahl der umlaufenden Nabe mitnimmt.

Die Wirkungsweise des Kolbens 14 ist folgende: Befindet sich der Kolben 14 in der höchsten Hublage (wie die gezeichnete Lage des Kolbens 12 zeigt), dann hat sein Rand 19 die Kanäle r8 am Umfang freigegeben, durch welche das Öl aus dem Behälter 16 vor den Kolben gelangt. Bei der Bewegung des KoI-bens in der Pfeilrichtung, die vor sich geht, wenn seine Rolle über den Nocken 8 gleitet, drückt er das öl zusammen, und zufolge des Schließens der Zuführungskanäle durch den Rand 19 steigt der Druck an. Mit steigendem Druck öffnet das Öl das Rückdruckventil 20 ' und gelangt über den Zwischenraum 21 und den Kanal 22 in den Raum 23 des Servomotors vor den Kolben 24, der durch den Druck des Öls in der Pfeilrichtung verschoben wird.

Sobald der Kolben 14 die ölzuleitungen 18 geschlossen hat, hat in demselben Augenblick die Rille 27 des Kolbens eine Verbindung hergestellt, damit das während der Bewegung des Kolbens 14 vor den Kolben 24 gedrückte Öl hinter diesem Kolben 24 aus dem Zwischenraum 25 durch den Kanal 26 über die Rille 27 durch die Öffnung 28 in den Behälter 16 entweichen kann.

Aus dem Angeführten ist klar, daß die gleiche Ölmenge, die durch die Pumpe 14 vor den Kolben 24 gefördert wurde, von der anderen Seite in den Behälter zurückgeleitet wird oder daß die Art, wie die Pumpe beim Zusammendrücken im Hub arbeitet, eine Kontrolle für den Ölumlauf während des Betriebes ist. Die betrachtete Bewegung des Kolbens 24 in der Pfeilrichtung bedeutet ein Verstellen der Propellerflügel auf einen größeren Anstellwinkel. Das Zurückdrehen der Flügel in die ursprüngliche Lage geschieht durch die zweite Pumpe in der gleichen Art.

Durch Verschieben des Hebels 1 gegen die .Pfeilrichtung in den Ausschnitt 57 wird durch das Seil 3 die Bremse 5 gelöst, während das Seil 2 das Bremsband der Bremse 4 anzieht. Dadurch kommt der Ring 6 zum Stehen, und auf seiner sphärischen axialen Fläche (über den Nocken 9) läuft nun die Rolle 11 des Kolbens 12 um, während sich, wie oben beschrieben, der andere Ring 7 mit Hilfe der nicht arbeitenden Pumpe 14 lose dreht.

Bei jedem Stillstand der Pumpen befinden sich deren Kolben stets in derselben Hublage, wobei die Zuführungsöffnungen 18, 35 abgedeckt sind und auch die Rille 27 außerhalb der Öffnungen 62, 28 liegt.

Die Arbeitsweise des Kolbens 14 gleicht derjenigen des eben beschriebenen Kolbens 12, so daß der Vorgang nicht wiederholt zu werden braucht. Hingegen sei das Verhalten des Öls beschrieben, das durch die Zuführungsöffnungen 35 aus dem Gefäß 17 über das Ventil 36 durch den Durchgang 37 in den Zwischenraum 25 des Servomotors hinter den Kolben 24 gelangt, der sich nun umgekehrt gegen die Pfeilrichtung bewegt und das vor ihm befindliche Öl aus dem Zwischenraum 23 durch' die Öffnungen 29 und die Rille 30 (die Lage ist umgekehrt gezeichnet) in den Behalter 17 drückt.

Der im Zwischenraum 25 ansteigende Druck des Öls kann durch den Kanal 26 nicht entweichen, weil die Oberfläche des Kolbens 14 (wie aus der Stellung des Kolbens 12 ersieht-Hch) die Verbindung zwischen 26 und 28 unterbricht, so daß· er nicht weiter gelangen

kann als unter das Ventil 20, das er bei der nicht arbeitenden Pumpe 14 gegen den Sitz preßt.

Der Propeller kann so ausgebildet sein, daß die Verstellmöglichkeit der Flügel bis zu 14⁰ 14 mm des Hubes des Servomotorkolbens entspricht. Die z. B. um 6° verstellte Winkellage der Flügel kann in der folgenden Art gesichert werden. In diesem Falle hat sich der Kolben 24 um 6 mm in der Richtung¹ vom Deckel 53 aus seiner Hublage verschoben, wobei sich der Hebel 1 im Ausschnitt 56 befindet und der Ring 7 gebremst wurde. Beim Verfolgen der Zeit auf dem Zeitmesser 60 wird; der Hebel 1 auf den mittleren Totpunkt im Einschnitt 56 verlegt. Dadurch werden die Bremsen gelöst, die Pumpen arbeiten nicht, und das als Treibmittel dienende öl zwischen den axialen Flächen des Kolbens 24 und den ao Oberflächen des Kolbens 12 ist durch diese abgeschlossen. .

Das so unter hohem Druck abgeschlossene Öl verhindert jegliche Verschiebung des Kolbens 24 und dadurch ein Abweichen der z. B. auf 6° eingestellten Flügelanstellung. Die geringfügigen Verluste durch Entweichen von öl können unberücksichtigt bleiben.

Aus vorstehender Beschreibung geht hervor, in welcher Weise die Flügel in ihren verschiedenen Winkelstellungen gesichert werden können. Demgegenüber kann es jedoch geschehen, daß der Flugzeugführer nicht sofort Zeit findet, den Gang der Pumpen zu unterbrechen. Der angeführte Fall wäre markant für die Fähigkeit des Piloten, der diesen Umstand kaum übersehen wird. Es sei jedoch angenommen, daß der Flugzeugführer beim Unterbrechen der Tätigkeit der Pumpen — wenn z. B. die Flügel auf einen größeren An-Stellwinkel' eingestellt werden — eine bedeutende Beschleunigung des Flugzeuges bei gleichzeitigem bedeutendem Sinken der Umdrehungszahl des Motors durch plötzliche Belastung oder bei nicht unterbrochener ♦5 Tätigkeit der zweiten, Pumpe — wenn die Flügel in die ursprüngliche Lage gedreht sind — ein Sinken der Geschwindigkeit des Flugzeuges bei gleichzeitigem Steigen der Umdrehungszahl des Motors durch dessen plötzliche Entlastung wahrnimmt. Wenn diese beiden Fälle auftreten, so bedeutet das, daß die Pumpe 12 in Tätigkeit war, der Kolben 24 gelangte in die Endlage des·-Hubes zum Deckel 53, hat jedoch mit seinem hinteren Rand die öffnung 38 freigegeben, durch welche das von der Pumpe beständig zugeführte Öl weiter durch die öffnung 40 in das Gefäß 17 entweicht, d. h. umläuft.

Dasselbe geschieht in der entgegengesetzten Randlage des Kolbens 24, wenn dieser mit dem dem Zwischenraum zugekehrten vorderen Rand die öffnung 39 freigibt, die mit dem das öl in denselben Behälter 17 ableitenden Kanal 40 verbunden ist. Weil sich die aus dem Zwischenraum 23 abgelassene Ölmenge wieder im Behälter 17 befindet, obzwar sie dem Behälter 16 zugehört, kehrt sie in diesen durch die öffnung 34, den radialen Kanal 33 und die Öffnung 32 zurück.

Die Wirkung des Kolbens 24 zum Verstellen der Flügel erfolgt durch eine Kulisse, die auf der zylindrischen Verlängerung in der Nabenmitte angeordnet ist. Beim Einstellen der Propellerverstellvorrichtung befindet sich der Kolben 24 in der Hubmitte, die Mitte der Führung 41 für die Kulisse deckt sich mit der Achse' der Propellerflügel, wobei sich der Zapfen 43 des geteilten Gehäuses 44, 45 in der Kulissenöffnung in derselben Lage oder im Grundriß in der Hälfte desjenigen Kreisteiles befindet, den er beim Verdrehen der Flügel beschreibt.

Beim Einstellen muß die Flügelanstellung um 7⁰ verdreht sein, d.h. sich die Flügel in der mittleren Winkellage befinden. Eine besondere Darstellung der Kulisse ist unnötig, weil der Sinn der Bewegung des Servokolbens in seiner geradlinigen Bahn gegenüber der Verdrehung der Flügel mittels der Kulisse aus der Beschreibung hinlänglich hervorgeht.

Die Kulisse 42 führt eine ganz geringe Bewegung aus, der Hub in der Führung 41 beträgt auf der Durchschnittsachse des Boganteiles, den der Zapfen 43 bei 14° und einer Bewegung des Kolbens 24 um 14 mm beschreibt, 0,8 mm.

Nach Abb. 2 befindet sich der Kolben 24 in der vorderen Endlage, d. h. die Propellerflügel sind in der normalen Lage, wie sie von dem Propeller mit einer festen Charakteristik eingenommen wird. Das hintere, aus dem Motor herausragende Ende der Motorwelle 58 ist durch eine Übersetzung 59 mit dem Drehzahlmesser 60 verbunden, der lediglich zur Kontrolle der in die erforderliche Lage verstellten Propellerflügel benötigt wird.

Das angeführte Verfahren kann bei Propellern mit zwei, drei oder vier vor dem Motor als Zugflügel angeordneten Flügeln durchgeführt werden. Durch bloßes Wenden der Flügel mittels der in der Nabe befindlichen Kulisse erhält man einen Druckpropeller. Der nach der Erfindung hergestellte oder umgebaute Propeller wird vor dem Aufziehen auf die Motorwelle in allen Räumen mit Öl gemäß dem vorgeschriebenen atmosphärischen Druck gefüllt, wozu der (nicht gezeichnete) Trichter dient, mittels welchen auch das Öl — nur bei evtl. Reparaturen der hydraulischen Vorrichtung — abgelassen wird.

Wie aus Abb. 1 und 2 ersichtlich, kann der Propeller gleichzeitig mit den Nocken-

scheiben 6, 7 von der Motorwelle abgenommen werden, so daß am Motorgehäuse nur das Schutzgehäuse 10 mit der Bremsvorrichtung bleibt; oder es kann durch ~ Beseitigen der

.5 Mutter 49 der Flügel 51, 52 mit den zugehörigen Teilen 43, 45, 47 und 50 herausgenommen werden, ohne daß die übrige Verstellvorrichtung auseinandergenommen werden müßte. Beim weiteren Auseinandernehmen des Flügels wird die Hülse 50 gelöst, die Mutter 49 mit dem Lager 48 möglichst hoch auf die Rundung der Flügel gezogen, ebenso werden auch das Lager 47 und die beiden Hälften des Gehäuses 45, dessen Teilung 46 an der Stelle des mechanischen Lagers für den leichten Übergang der Rolle labyrinthartig ausgeführt ist, abgenommen.

Der Kolben 24 mit den Kulissen 42 wird durch Abnahme des Deckels 53 und der

ao Flügel mit den sie festhaltenden zugehörigen Bauteilen zugänglich, wonach sie gleichzeitig mit dem Deckel 54 herausgezogen werden können.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Vorrichtung zum Ändern des Anstellwinkels von Propellerfiügeln während des Fluges, bei der die Verdrehung der Flügel um die Längsachse einerseits durch die Bewegung des von beiden Seiten durch die Druckflüssigkeit betätigten axialen Kolbens und andererseits durch mechanisches Bremsen der auf der Treibwelle oder auf mit dieser verbundenen Nabe angeordneten Trommeln bewerkstelligt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Verstellkolbens durch in der Propellernabe angeordnete und direkt von den Bremstrommeln mittels Nocken bewegte Pumpenkolben mit eigenen Behältern gesteuert und betätigt wird, wobei die Pumpenkolben gleichzeitig als Reglerteile für den ' ganzen Umlauf der Druckflüssigkeit dienen.

2. Hydraulische Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der beiden Richtungen der Flügelverdrehung (vom kleinsten bis zum größten Anstellwinkel und umgekehrt) in der Propellernabe wenigstens ein selbständiger Druckflüssigkeitsbehälter (16 bzw. 17) angeordnet ist, der mit den Räumen vor und hinter dem Verstellkolben (24) in Verbindung steht und mit einem Steuer-/pumpenkolben (12 bzw. 14) versehen ist, dessen Ende sich ständig unter dem Drucke der Feder auf die Nockenstirnkante der Bremstrommel (6 bzw. 7) abstützt, wobei die Behälter durch Ausgleichskanäle (32, 33> 34)i die den Druckausgleich auf beiden Seiten des Kolbens (24) in der eingestellten Stellung der Flügel ermöglichen, untereinander verbunden sind.

3. Hydraulische Vorrichtung nach An-Spruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremstrommeln (6, 7) auf der verlängerten Nabe zentrisch und frei drehbar gelagert sind, wobei sie in untätiger Stellung mit der Propellernabe mittels! der ständigen, durch den Druck der Feder (61) hervorgerufenen Berührung der Rollen (11, 13) mit den Trommelnockenkanten mitgenommen werden.

4. Hydraulische Vorrichtung nach Ansprach ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkolben (12, 14) mittels ihrer Rillen (27, 30) am Umfange genau dieselbe ölmenge, wie auf die zweite Seite des Kolbens zugeführt wurde, von der einen Seite des Kolbens (24) ableiten, wobei sie in der Ruhelage sämtliche Durchflußkanäle und dadurch auch die Ölzirkulation luftdicht abschließen, so daß der Kolben (24) von beiden Seiten von öl von ganz gleichem Druck festgehalten wird.

5. Hydraulische Vorrichtung nach Anspruch ι und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Sicherungsvorrichtung für die Rückleitung des Öles in den entsprechenden Behälter aus den Räumen des Verstellkolbens (24) in seiner Endlage Kanäle (38,39,40) für den Ölabfluß dienen, wodurch die Leerlaufzirkulation des Öles im geschlossenen Raum gesichert ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen