DE653347C - Verstellpropeller mit selbsttaetig veraenderlicher Fluegelblattanstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Propeller mit selbsttätig veränderlichem Flügelblattanstellwinkel.

Es sind bereits Verfahren bekannt, durch die das Konstanthalten der Drehzahl, unabhängig von allen Betriebszuständen, unter denen der Propeller läuft, erreicht wird. Will man also hier die höchste Motorleistung ausnutzen, so muß man die Spitzendrehzahl des Motors der Propellerdrehzahl zugrunde legen.' Bei Verwendung eines Motorpropellertriebwerkes im Flugzeuge ist diese Spitzenleistung praktisch aber nur beim Start unbedingt nötig, während für den gewöhnlichen Reiseflug eine geringere Motorleistung benötigt wird. Dadurch ergibt sich, für den Drosselbetrieb unter Beibehaltung der Spitzendrehzahl der Nachteil hoher Kolbengeschwindigkeit und großer Massenkräfte für den "Motor.

Demgegenüber wird gemäß der Erfindung. die Drehzahl des Propellers ähnlich wie bei einem Propeller mit fester Anstellung durch Änderung der Motorleistung, vorzugsweise durch Drosselung, Zündverstellung, verändert,

as aber die Drehzahl, die zu einer einmal eingestellten Motorleistung gehört, unabhängig von der Anströmgeschwindigkeit, Dichte, Temperatur usw. des Mediums, in dem der Propeller arbeitet, selbsttätig konstant gehalten.

Eine Lösung dieses Erfindungsgedankens besteht darin, daß dem Motordrehmoment, das die Flügelblätter auf kleine Anstellung dreht, das durch ein an sich bekanntes Spirallager am Flügelschaft erzeugte, die Blätter auf größere Anstellung drehende Blattfliehkraftdrehmoment entgegengesetzt wird.

Die weiteren Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nebst Ansprüchen.

Die Erfindung ist auf der Zeichnung in sieben Figuren dargestellt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform, und zwar ist Fig. 1 ein Schnitt nach I-1 der Fig. 2 und Fig. 2 ein Schnitt nach H-II der Fig. 1, bei dem das auf der Motarwelle sitzende Zahnrad der Übersichtlichkeit halber weggelassen ist.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform, teilweise im Schnitt, bei der eine Vorrichtung zur Verkleinerung des Motordrehmomentes durch eine Federanordnung und außerdem eine Vorrichtung zum Abhalten der Matorschwingungen vom Regelsystem, in Gestalt einer elastischen Kupplung, vorgesehen ist.

Fig. 4 und S zeigen eine dritte Ausführungsform in zwei Ansichten, und zwar ist Fig. 4 eine Vorderansicht der Fig. 5 und Fig. s ein Schnitt nach V-V der Fig. 4, bei der das Motordrehmoment durch ein Übersetzungsgetriebe gegenüber dem Regelsystem verringert ist und bei der gleichzeitig zum Angleichen von der Motordrehmomentenkurve an die durch das Spirallager erzeugte Momentenkurve der Blattfliehkraft eine Übersetzung mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis zwischengeschaltet ist.

Fig. 6 zeigt eine vierte Ausführungsform,

bei der die Angleichung von der Mobordrehmomentenkurve an die durch das Spirallager erzeugte Momentenkurve, der Blattfliehkraft· durch eine Federkraft erreicht wird. ■';/

Fig. 7 zeigt ein Regeldiagramm des Verr-. stellpropellers gemäß der Erfindung.

Fig. ι und 2. Auf die Welle ι ist eine Nabe 2 unter Zwischenschaltung von Nadeln 3 aufgesteckt, so daß sich diese Nabe auf der Welle leicht drehen läßt. Die Nabe enthält senkrecht zur Wellenachse Zapfen 6, die mit Gewinde versehen sind, auf welche Gewinde die Flügelschäfte 4 unter Zwischenschaltung von Kugeln.5 leicht beweglich aufgeschraubt .sind. Die Kugeln sind in bekannter Weise, in einem Käfig geführt, dessen Verdrehwinkel durch ein Planetengetriebe 7 zwangsläufig durch die Bewegung des Flügelschaftes bestimmt ist. Die Verdrehgrade des Flügelschaftes sind begrenzt durch Anschläge 8, gegen die sich Stifte 9, 10 legen, die am Flügelschaft befestigt sind. Die Bewegungsfreiheit jedes Flügelschaftes beträgt bis zu 25⁰. Auf der Welle 1 ist mittels Keilen 12 und Mutter 13 mit Gegenmutter 14 ein Kegelzahnrad 11 befestigt, das mit je einem schraubenförmig verlaufenden/ an jedem Flügelschaft sitzenden Zahnsegment 15 in Eingriff ist. Am Flügelschaft ist ein Gewicht 16 angebracht, das als Resultierende aus dem Ausgleichsgewicht und dem Zusatzgewicht zum Abgleichen der Hauptregelkräfte dient.

An Hand dieses ersten Ausführungsbeispiels soll vorerst die Wirkungsweise erläutert werden.

Die selbsttätige Anstellwinkeländerung der Propellerflügel wird durch getrennte Kräfte hervorgerufen, deren eine Art das Blatt bei wachsender Drehzahl auf größere Anstellung zu drehen sucht, während die andere Art das Blatt auf kleine Anstellung zurückdreht. Als Kraft, die das Blatt auf größere Anstellung dreht, ist hier die Fliehkraft des Propellerblattes selbst ausgenutzt. Die Blattfliehkraft wird durch das schraubenförmige Spirallager in bekannter Weise in eine Drehkraft umgewandelt, deren Größe sich im wesentlichen mit dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit und proportional der umlaufenden Blattmassen ändert.

In einem Koordinatensystem laut Fig. 7, dessen Abszissen die Anstellwinkel des Propellers in Bogengraden und dessen Ordinaten die Drehmomente am Blattschaft darstellen, zeigt A den Verlauf des vom" Blatt über das Spirallager erzeugten Drehmomentes längs des Regelweges, wobei z. B. über den Regelweg eine Drehzahländerung von ^ 25 Umdrehungen bei einer maximalen Drehzahl von 2150 Umdrehungen eingesetzt ist.

Der Verlauf dieser Drehmomentenlinie ist

praktisch über den Regelweg geradlinig.

·, Hauptsächlich sind es zwei Kräfte, die diesen geradlinigen Verlauf zu stören versuchenj ein- ; mal eine Drehkraft, wenn die resultierende Luftkraft, durch die der Propellerschub erzeugt wird, nicht durch die Drehachse des Blattes geht. Dieses läßt sich aber durch geeignete Wahl der Blattprofile vermeiden. Eine zweite Störkraft ist durch die Verteilung der Blattmassen bedingt. Da die Massen des Blattes ungleichmäßig ium die Flügelachse verteilt sind, haben sie beim Umlauf des Flügels das Bestreben, sich in die Umlaufehene, die von der Flügeldrehachse bestrichen wird, hineinzudrehen. Dieses Moment läßt sich in bekannter Weise vollkommen durch Anbringen einer Zusatzmasse am Blatt, die zu der resultierenden Blattmasse verschoben ist, ausgleichen, wobei sich etwa noch vorhandene Reste von Luftkraftmomenten am Blatt durch Verändern von Größe bzw. Stellung dieser Zusatzmasse mit ausgleichen lassen.

Bei der maximalen, nicht zu überschreitenden Drehzahl, hier z.B. 2150 Umdrehungen, soll das Blatt innerhalb des beispielsweise 25° betragenden Regelweges die maximale Leistung des Motors aufnehmen, wobei enfsprechend der Anströmgeschwindigkeit und der Dichte des Mediums, in dem die Schraube läuft, ein gewisser Blattanstellwinkel sich einstellen wird. Wie oben gezeigt, dreht mit wachsender Drehzahl die Blattfliehkraft, die durch das Spirallager in ein Drehmoment umgewandelt wird, das Blatt auf größere Anstellung. Die für den Regelvorgang notwendige rückwirkende Kraft über den Regelweg liefert hier das Motordrehmoment, das längs der Kurve B verläuft. Aus Fig. 1 und 2 ist die Wirkungsweise ersichtlich. Das Motordrehmoment wird über die Welle 1 mittels Zahn* rad 11 auf Zahnsegment 15 und damit auf den Blattschaft 4 als Drehkraft übertragen, und zwar so, daß das Blatt hierdurch auf kleinere Anstellung gedreht wird. Mit der Übersetzung von Kegelzahnrad 11 auf Kegelradsegment 15 und der Steigung des Spirallagers hat man es in der Hand, das maximale Motordrehmioment in ein Drehmoment umzuwandeln, das ^;der Größe des Drehmomentes, welches im Spirallager die Blattfliehkraft bei maximaler Drehzahl erzeugt, gleich und entegengesetzb ist. /

Das durch das Spirallager erzeugte Drehmoment aber, das die Flügel auf größere Anstellung längs der Kurve Ä stellt, verläuft über den Regelweg -mit zunehmender Drehzahl steigend, während das Motordrehmoment bei der jeweilig konstant gewählten Vergaserdrosselstellung einen abfallenden Verlauf gemäß der Kurve B hat. Soll der Propeller aber

stabil regeln, d.h. a'so mit zunehmender Drehzahl der Blattanstellwinkel vergrößert werden, so muß der Verlauf des rückdrehenden Momentes einen steileren Anstieg haben als der Verlauf des auf größere Anstellung drehenden Spirallagerdrehmomentes. Entweder muß durch ein Zusatzdrehmoment eine stetige Verringerung des durch das Spirallager erzeugten verdrehenden Momentes der Blattfliehkraft

ίο erreicht werden, oder das rückdrehende Motordrehrnoment muß durch ein zusätzliches Drehmoment über den Regelweg so vergrößert werden, daß es sich in seinem Verlauf der Blattfliehkraftmomentenkurve des Spirallagers angleicht. Kurve C (Fig. 7) stellt den Größenwert eines solchen Zusatzdrehmomentes über den Regelweg dar. Ein solches Zusatzdrehmoment, das in vor- und rückdrehendem Sinne als Ausgleich herangezogen werden kann, läßt sich auf verschiedene Arten erzeugen. Bei dem ersten- Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 wird diese rückdrehende Kraft durch ein exzentrisch am Blattfuß zur Umlaufebene angebrachtes Gewicht geliefert, das zweckmäßig mit dem obenerwähnten Ausgleichsgewicht der rückdrehenden Flügelmassen zu einem einzigen Gewicht verbunden wird. Dieses zusammengesetzte Gewicht ist in Fig. ι und 2 mit 16 bezeichnet.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5 wird, die Wirkung dieses zusätzlichen Ausgleichdrehmomentes erreicht durch ein Übersetzungsgetriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis, wie an Hand dieser Figur noch näher beschrieben werden wird, während bei der Ausführungsform nach Fig. 6 dieses ausgleichende Drehmoment durch eine • Federkraft geliefert wird, die gleichfalls noch näher beschrieben werden wird. Diese Kurve C wird mit der Kurve B bzw. A so überlagert, daß der Verlauf der beiden Kurvenund B über den Regelweg zusammenfällt, d. h. wenn man das Motordrehmoment B dem Blattfliehkraftdrehmoment des Spirallagerst, angleichen will, muß man zu dem Motordrehmoment B ein über den' Regelweg zunehmend rückdrehendes Ausgleichsmoinent C hinzufügen, dagegen, wenn man die durch das Spirallager erzeugte Blattfliehkraftkurve der Motordrehmomentenkurve angleichen will,muß man ein über den Regelweg abnehmend vordrehendes Drehmoment zufügen. Diese addierende oder subtrahierende Wirkung kann man durch eine entsprechende Stellung des Zusä'tzgewichtes 16 erreichen.

In Fig.7 gelten die Kurven-, und B für maximale Leistung bei maximalen Drehzahlen und größter Leistungshergabe, d. h. bei maximal konstanter Drosselstellung.

Ist also das Regelsystem so abgeglichen, daß bei der maximalen Drehzahl des Motors bzw. der Schraube ein Drehmoment am Blattschaft entsteht, das dieselbe Größe hat wie die Wirkung des maximalen MotDrdrehmomentes, so wird diese Drehzahl unabhängig von der Anströmgeschwindigkeit und der Dichte des Mediums, in dem die Schraube läuft, konstant auf dieser Drehzahl gehalten, in unserem Beispiel also auf 2150 Umdrehungen J- 25 Umdrehungen.

Diese maximale Drehgeschwindigkeit gilt beispielsweise für das Starten des Flugzeuges. Während der normalen Reisegeschwindigkeit wird man zweckmäßigerweise mit einer etwas kleineren Leistung fliegen, einmal, um den Motor zu schonen, und ferner, um den Brennstoffverbrauch herabzusetzen. Diese kleinere Leistung wird bei selbsttätigen Regelpropellern, die die Drehzahl auch bei Leistungsänderungen des Motors konstant halten, mit der Spitzendrehzahl (im vorliegenden Falle 2150) geleistet, während nach der vorliegenden Erfindung bei einer geringeren Leistungsatifgabe der Maschine der Propeller diese geringere Leistung auch bei einer niedrigeren Drehzahl aufnimmt (im vorliegenden Falle z. B. bei 20 o/o gedrosselter Leistung bei 1930 Umdrehungen). Diesen Zustand stellen die Kurven-, B der Fig. 7 dar.

Wird der Motor gedrosselt, so daß jetzt das Motordrehmoment längs der Kurve B in Fig. 7 verläuft, so wird das verdrehende Moment das Blatt auf größeren Anstellwinkel zu 'drehen versuchen, wobei aber die Leistungsaufnahme des Propellers größer wird und da- durch der Motor auf eine Drehzahl abgebremst wird, bei der wieder ein Gleichgewichtszustand zwischen dem durch das Spirallager -erzeugten Blattfliehkraftmoment und dem Motordrehmoment erreicht ist; d.h. die Kurve A in Fig. 7 fällt in die Stellung gemäß Fig. A herunter.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 hat aber noch, den Nachteil, daß das Ausgleichsdrehmoment gemäß Kurve C sich mit der 'Veränderung der Drehzahl ändert, so daß beispielsweise, wenn bei maximaler Drehzahl ein vollständiger Ausgleich erzielt war, bei der kleineren Drehzahl das Ausgleichsdrehmoment C diesen Ausgleich nicht mehr her- -beiführen kann, da es ausschließlich von der Drehzahl abhängt. Um diesen kleinen Fehler zu beseitigen, wird nach der Ausführungsform gemäß Fig. 6 das Ausgleichsmoment nicht von einer -Zusatzmasse am Blattumfang, sondern von einer Feder 26 geliefert,- deren Wirkung praktisch von der veränderlichen Drehzahl unabhängig ist. Durch richtige Wahl dieser Feder kann man erreichen, daß bei allen in Frage kommenden Drehzahlen ein vollständiger Ausgleich der Drehmomentenkurven erfolgt, so daß der Drehzahlunter-

schied über den Regelweg stets der gleiche bleibt. Die Feder ist hier so angeordnet, daß mit zunehmendem Regelweg, d. h. bei der Drehung des Blattes nach der größeren Anstellung hin, ein zunehmend rückdrehendes Moment auf den Blattschaft ausgeübt wird. Baulich ist dieses beispielsweise dadurch gelöst, daß die Feder 26 mit ihrem einen Ende an dem Zahnrad 11 befestigt ist, das seiner seits wieder mit der Welle 1 fest verbunden ist.

Die gleiche Wirkung wie mit der Feder 26 erzielt man mit der Ausführung gemäß Fig. 4 und S durch ein Getriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis.

Dieses Getriebe, das aus den beiden Zahnrädern 15 und 21 besteht, ist im Prinzip dasselbe wie das Getriebe 15 und ii der Ausführungsform gemäß Fig. 1, mit dem Unterschied, daß das Übersetzungsverhältnis der beiden Zahnräder 15 und 21 nicht wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bei allen Winkelstellungen dasselbe ist, sondern sich mit den Winkelstellungen gemäß dem punktiert eingezeichneten Zahnsegment (Fig. 4, Teil 21) ändert, und zwar derartig, daß das Zahnrad 21 mit zunehmendem Regelweg seinen Hebelarm z. B. verkleinert. Es ist also der Teilkreis des Getriebes 11,15 der Fig. 1 ersetzt durch eine Teilparabel oder eine entsprechend der Angleichung von Motordrehmoment an Fliehkraftdrehmoment gestaltete Kurve.

Ein weiterer Unterschied der Bauart der Fig. 3 gegenüber der vorbeschriebenen Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5 besteht darin, daß zwischen Motorwelle und Blattschaft ein Untersetzungsgetriebe zwischengeschaltet ist, das den Zweck hat, bei sehr großen Motordrehmomenten dieses Drehmoment gegenüber dem Drehmoment, das durch die Blattfliehkraft erzeugt wird) zu verkleinern, um baulich günstigste Baugrößen zu erhalten. Dieses Getriebe besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus folgenden Teilen: Ritzel 25 auf der Motorwelle 1, damit in Eingriff befindliches Zahnrad 24 auf der Achse 23, ein weiteres Zahnrad 22 auf derselben Achse, das mit einem Zahnsegment 27 in Begriff ist, das mit dem Kegelzahnrad 21 aus einem Stück besteht. Die Welle 23 ist auf der Nabe 2 gelagert, während das Zahnrad 21 frei auf einer Buchse 27 sitzt, die in die WeEe 1 eingeschraubt ist.- Diese Buchse dient gleichzeitig zum Festhalten einer Scheibe 26, die das Abgleiten der Nabe 2 von der Welle ι verhindert. '

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist im Prinzip der Ausführungsform' gemäß Fig. 1 und 2 gleichartig, indem auch dort die Übertragung von der Motorwelle 1 auf die Nabe 2 durch ein Kegelradgetriebe 11 und 15 erfolgt. Jedoch enthält diese·Ausführungsform gegenüber der Ausführungsform Fig. 1 und 2 noch weitere zusätzliche Verbesserungen.

1. Zwischen Zahnrad 11 und Motorivelle 1 ist eine elastische Kupplung in Form eines Gummiringes 20 zwischengeschaltet, die den Zweck hat, die sekundären Impulse, die z.B. von den Explosionstakten und von den Kurbelwellenschwingungen herrühren, von dem Regelmechanismus fernzuhalten;

2. ist in die Übertragung noch eine Feder 17 eingeschaltet, die, nicht zu verwechseln mit der Feder 26 der Fig. 6, dazu dient, um einen Teil des von der Motorwelle herrührenden Drehmomentes aufzunehmen und direkt auf das Propellerblatt zu übertragen, ohne daß dieser Teil auf den Blattschaft 4 als Drehmoment wirkt, derart, daß nur der verbleibende Teil des von der Motorwelle herrührenden Drehmomentes über das Getriebe ii_r ιS auf das Blatt übertragen wird. Die Wirkungsweise dieser Feder ist also folgende:

Durch das Motordrehmioment wird die Feder 17 gespannt und überträgt das Drehmoment direkt auf die Nabe 2, so daß dieses Drehmoment auf den Propellerschaft 4 ein Drehmoment ausübt, das die Blattanstellung verändern will. Diese Feder hat infolge geeigneter Vorspannung oder von vornherein gewählter Steifigkeit ein solches Aufnahmevermögen, daß ein gewisser Teil des Motordrehmomerites unmittelbar von ihr aufgenommen wird, während nur der erstere Teil über die Zahnräder 11, 15 auf den Blattschaft als Drehkraft übertragen wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verstellpropeller mit selbsttätig veränderlicher Flügelblattanstellung, bei dem die Flügel auf einer lose auf der Antriebswelle sitzenden Nabe um ihre Längsachse drehbar gelagert sind und durch Änderung der Motorleistung die Drehzahl des Propellers geändert wird, daß aber die Drehzahl, die zu einer einmal eingestellten Motorleistung gehört, tunabhängig von Anströmgeschwindigkeit, Dichte, Temperatur no usw. des Mediums, in dem die Schraube arbeitet, selbsttätig konstant gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem- Motordrehmoment, das die Flügelblätter auf kleine Anstellung dreht, das durch das an sich bekannte Spirallager des Flügelblattschaftes erzeugte, die Flügelblätter auf größere Anstellung drehende Blattfliehkraftmoment entgegenwirkt.

2. Verstellpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Angleich des Verlaufes vom Motordrehmoment zum

Drehmoment der durch das Spirallager umgewandelten Blattfliehkraft durch Anordnung einer zur Drehachse des Blattes exzentrisch am Blattfuß oder damit in Verbindung stehenden Teile angeordneter Zusatzmasse (16) erfolgt.

3. Verstellpropeller nach Anspruch. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Angleich des Verlaufes von Motordrehmoment zum Drehmoment der durch das Spirallager umgewandelten Blattfliehkraft durch eine zusätzliche Federkraft (26) erfolgt. ■ ·

4. Verstellpropeller nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Angleich des Verlaufes von Motordrehmoment zum Drehmoment der durch das Spirallager umgewandelten Blattfliehkraft durch eine an sich bekannte Zahnradübersetzung mit veränderlichem Hebelarm (15, 21) erfolgt.

5. Verstellpropeller nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Motorwelle (1) und Blattschaft (4) ein das Motordrehmoment gegenüber dem Moment der durch das Spirallager umgewandelten Blattfliehkraft wahlweise unter- oder übersetzendes Getriebe (255 24, 22, 28) zwischengeschaltet ist.

6. Verstellpropeller, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des, Motordrehmomentes von einer Feder (17) aufgenommen wird.

7. Verstellpropeller nach Anspruch 1, 2,

3, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Motorwelle (1) und dem Regelmechanismus ein elastisches Glied (20) zwischengeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen