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Verstellpropeller Die Erfindung bezieht sich auf Verstellpropeller
und im besonderen auf eine Vorrichtung, die die Propellerblätter gegen eine Veränderung
der Steigung sperrt.
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Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Propellersteigungsarretierung,
die verhindert, daß die Propellerblätter sich bei Auftreten einer vorherbestimmten
Überdrehzahl in Richtung geringer Steigung verstellen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Steigungsarretierung
für einen flüssigkeitsservobetätigten Steigungswechselmechanismus zu schaffen, bei
dem die Flüssigkeit in der einen Seite des Servomotors eingesperrt wird, wenn der
Zustand einer vorherbestimmten Überdrehzahl erreicht ist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung,
die zwangläufig die Steigungsarretierung außer Betrieb setzt oder löst, um Veränderungen
des Steigungswinkels zuzulassen.
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Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnungen beschrieben, in
denen die Fig. 1 ein Teilquerschnitt durch einen Propeller nach der Erfindung, wobei
gewisse Teile schematisch dargestellt sind, Fig. 2 eine vergrößerte eingehende Darstellung
des Überdrehzahl-Steigungsarretierungsventils, Fig. 3 eine vergrößerte eingehende
Darstellung des fliehkraftbetätigten Ablaßventils und die Fig. 4 eine vergrößerte
eingehende Darstellung des Ausgleichsventils ist.
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Obwohl in der Technik Steigungsarretierungen verschiedener Ausführungen
bereits bekannt sind, erfordern die meisten davon teure und schwere Mechanismen,
deren Gewicht und Unförmigkeit bei den gegenwärtig an die Propeller gestellten Anforderungen
unzulässig ist. Weiterhin arbeiten diese Verstellarretierungen nach einem Prinzip,
das den mechanischen Eingriff der Blätter in einen feststehenden Nabenteil umfaßt,
um zwangläufig eine Bewegung der Blätter zu verhindern. Nach der Erfindung werden
alle diese Nachteile beseitigt.
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Nach der Fig. 1 besitzt die allgemein mit 10 bezeichnete Propellereinheit
eine Nabe 12 mit mehreren Blätterhaltesockeln 14, in denen die Blätter 16 so gelagert
sind, daß sie eine Verstellbewegung relativ zu den Sockeln ausführen können. In
einer Propellerkappe 17 befindet sich ein hydraulisch betätigter Hauptverstellkolben
18, der über die Nocken 20 und 22 ein Zahnrad 24 dreht, das in die Zahnradsegmente
26 greift und den Anstellwinkel der Blätter 16 verändert. Der Anstellwinkel der
Blätter 16 wird vors einem schematisch bei 30 dargestellten Regler geregelt, der
die Strömung einer Hochdruckflüssigkeit aus dem Behälter 32 entweder zu einer Leitung
34 für geringe Steigung oder zu einer Leistung 36 für hohe Steigung regelt, welche
beiden Leitungen in der Fig. 1 schematisch in gestrichelten Linien dargestellt sind.
Der Durchlaß 38 für geringe Steigung steht mit der Rückseite des Verstellkolbens
18 in Verbindung, während der Durchlaß 40 für hohe Steigung mit der Vorderseite
des Kolbens 18 über ein Flüssigkeitsüberleitungsrohr 42 in Verbindung steht. Die
Reglersteuerung des Verstellkolbens ist eingehender in der amerikanischen Patentschrift
2 402 065 beschrieben.
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Wird eine Vergrößerung des Blattanstellwinkels erforderlich, so wird
eine Hochdruckflüssigkeit über die Leitung 36 zum Durchlaß 40 für höhere Steigung,
danach zur Überleitungsröhre 42 und danach zur Vorderseite 44 des Hauptkolbens 18
geleitet. Eine Bewegung der Propellerblätter in Richtung eines kleinen Anstellwinkels
wird bewirkt, indem die Hochdruckflüssigkeit zur Leitung 34, zum Durchlaß 38 für
geringe Steigung und danach zur Rückseite 46 des Verstellkolbens 18 geleitet wird.
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Um einen Umlauf der Flüssigkeit zu bewirken, wenn der Propeller einen
gegebenen Arbeitsanstellwinkel einnimmt, besitzt zumindest eine der Nockenrollen
50 (s. Fig. 3) ein Ablaßventil 52, das die Vorderseite 44 des Kolbens 18 mit dessen
Rückseite 46 über die Durchlässe 54, 56 und 58 verbindet. Ein kleiner Ablauf ist
erforderlich, um einen beständigen Mindestumlauf der Flüssigkeit bei normalen Betriebsbedingungen
zu sichern und damit eine Mindest-
Betriebstemperatur der Flüssigkeit
bei niedriger Außentemperatur aufrechterhalten.
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Nach der Erfindung befindet sich in der Nase der Propellerkappe 17
ein fliehkraftbetätigtes Ventil, allgemein mit 60 bezeichnet. Dieses Ventil
60 besteht aus einer Fliehgewichteinheit 62 und einem Ventilelement 64 (s.
Fig. 2). Die Fliehgewichte 62 wirken bei einer vorherbestimmten Überdrehzahl auf
die Druckplatte 66 ein. Die Druckplatte 66 drückt die Feder 74 zusammen. Die Feder
68 ist vorbelastet, und deren Länge bleibt konstant, bis das Ventilelement 64 auf
seinem Sitz ruht. Die Ventildichtung 70 arbeitet mit dem Sitz 72 zusammen. Üben
die Fliehgewichte 62 genügend Druck auf die Druckplatte 68 aus und drücken diese
weiterhin nach rechts, nachdem das Ventilelement auf seinem Sitz ruht, dann wird
die Feder 68 zusammengedrückt. Die Feder 68 soll in erster Linie einen gewissen
Spielraum bieten, dessen Wert auf der Arbeit bei den Umkehrzyklen des Propellers
beruht. Diese Arbeitsweise wird später noch eingehend beschrieben. Die Propellerdrehzahl
pro Minute, bei der die Fliehgewichte die Ventildichtung 70 auf den Sitz bringen,
hängt von der Kraft der Feder 74 und der Zahl der Einstellbeilagen 76 ab.
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Tritt eine Überdrehzahl des Propellers auf, so ist diese gewöhnlich
begleitet von einem Mangel an genügendem Druck in dem Überleitungsrohr 42 und der
Kammer 44 an der Vorderseite des Kolbens 18 um das zentrifugale Torsionsmoment des
Blattes zu überwinden, das bestrebt ist, die Blätter in Richtung eines geringen
Anstellwinkels und den Kolben 18 nach vorn oder nach außen zu bewegen. Unter diesen
Umständen bewirkt eine weitere Bewegung der Blätter in Richtung eines kleinen Anstellwinkels
eine weitere Vergrößerung der Drehzahl und möglicherweise eine Beschädigung des
Propellers, der Kraftanlage und des Flugzeuges, wenn dies nicht vermieden wird.
Für eine Bewegung der Propellerblätter 16 in Richtung erhöhter Überdrehzahl oder
geringer Steigung ist erforderlich, daß sich der Hauptservokolben 18 nach vorn oder
nach außen bewegt. Da die Kammer 44 an der Vorderseite des Kolbens 18 mit Öl oder
einer anderen hydraulischen Flüssigkeit gefüllt ist, kann eine sichere Verstellarretierung
erhalten werden, wenn verhindert wird, daß aus der Kammer 44 Öl abfließt. Daher
drücken bei Auftreten einer Überdrehzahl die Fliehgewichte 62 das Ventilelement
64 in eine Lage, bei der die Dichtung 70 auf dem Sitz 72 ruht, wodurch verhindert
wird, daß weiterhin Öl aus der Kammer 44 in das Ölüberleitungsrohr 42 abfließt.
Ferner ist gleichzeitig erforderlich, den Ablauf zwischen der Vorderseite 44 und
der Rückseite 46 des Hauptkolbens 18 zu sperren. Wie bereits erwähnt, ist dieser
Ablauf in Form des in der Nockenrolle 50 befindlichen Ventils 52 vorgesehen. Bei
normalen Betriebsbedingungen wird das Ventilglied 52 von einer Feder 80 nach unten
gedrückt, wobei der Durchlauf der Flüssigkeit aus der Leitung 54 zur Leitung 56
zugelassen wird, die mit beiden Seiten des Kolbens 18 in Verbindung stehen. Bei
Auftreten einer vorherbestimmten Überdrehzahl bewegt sich das Ventilglied 52 unter
der Einwirkung der Fliehkraft in die in der Fig. 3 dargestellte Stellung, bei der
der Durchlauf von Flüssigkeit aus der Leitung 54 zur Leitung 56 verhindert wird.
Gleichzeitig strömt die auf der vorderen Seite 44 des Kolbens 18 eingesperrte, unter
Druck stehende Flüssigkeit zur Leitung 54 und danach durch eine Nut 82 in der Hülse
83 und von dort aus in die Kammer 84 und unterstützt dabei die Fliehkraft beim Festhalten
des Ventilgliedes 52 auf seinem Sitz. Normalerweise besitzt die Feder 80 eine solche
Kraft, daß der Ablauf von Flüssigkeit bei einer Propellerdrehzahl verhindert wird,
die knapp unter der liegt, bei der das Nocken-Verstellarretierungs-Ventilelement
64 aktiv wird.
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Im normalen Verwendungsbereich wird das Ventilelement 64 so eingestellt,
daß es sich schließt bei einer Umdrehungszahl pro Minute, die unterhalb der U/min
beim Start liegt. Die Einstellung der Feder 80 in dem Ablaufsperrventil bestimmt
die U/min (oberhalb der U/min beim Abflug) bei der die volle Verstellarretierung
eintritt. Diese erfolgt derart, daß zu Beginn einer Überdrehzahl der Hauptölstrom
aus der Propellerkappe abgesperrt wird, wobei die Umdrehungszahl pro Minute in verhältnismäßig
geringerem Ausmaß ansteigt, bis sich das Ablaufsperrventil schließt und die Verstellbarkeit
endgültig blockiert. Dieses reduzierte Ausmaß der Annäherung an die endgültige Arretierungssteigung
verhindert ein Hinausschießen über die eingestellte Umdrehungszahl pro Minute infolge
von Trägheitswirkungen. Dieser Umstand gibt dem Piloten eine längere Zeit zum Feststellen,
daß irgend etwas nicht in Ordnung ist.
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Das Ventilelement 64 ist so ausgebildet, daß das Umsteuern der Propeller
leicht durchgeführt werden kann, selbst wenn das Ventilelement von den Fliehgewichten
geschlossen gehalten wird. Dieses Merkmal vermittelt die Feder 68. Wird das Ventilelement
64 von den Fliehgewichten geschlossen gehalten und wird ein Öldruck auf die Ölüberleitungsrohrseite
(die rechte Seite) des Ventilelementes ausgeübt, so kann das Ventilelement leicht
durch Zusammendrücken der Feder 68 geöffnet werden. Der zum Öffnen des Ventilelementes
erforderliche Öldruck ist gleich dem Betriebsdruck, d. h. Rückdruck, auf der linken
Seite des Ventilelementes zuzüglich eines sehr geringen weiteren Wertes, der zum
Zusammendrücken der Feder benötigt wird. Daher verhindert die Arbeit des Verstellarretierungsventils
nicht das Umsteuern oder das Wiedererlangen der normalen Regelarbeit, wenn in dem
Ölüberleitungsrohr ein Druck wieder verfügbar wird.
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Tritt einmal eine Überdrehzahl auf und sind die Ventile 60 und 52
geschlossen, so werden sie von dem Rückdruck in der Hauptkappenkammer an der Außenseite
des Kolbens 18 geschlossen gehalten. Dieser Rückdruck rührt natürlich von den zentrifugalen
Torsionsmomenten des Blattes her, die die Blätter in Richtung einer geringen Steigung
drücken. Dies ist ein wichtiges Merkmal und sichert, daß die Verstell arretierung
gesperrt bleibt, selbst wenn der Pilot die Einstellung der Maschinenleistung herabsetzt
oder das Flugzeug verlangsamt, um die Umdrehungszahl pro Minute in einen niedrigeren
Bereich zu bringen. Sie bleibt gesperrt bis entweder (a) in dem Ölüberleitungsrohr
42 ein ausreichender Öldruck erzeugt wird, um das Ventilelement 64 zu öffnen oder
(h) bis tatsächlich jeder Rückdruck hinter den beiden Ventilen 60 und 52 verschwindet,
wie wenn der Propeller stillstehend einem Umsteuern folgt. Mit diesem Merkmal ist
es dem Piloten allgemein möglich, die Umdrehungszahl eines mit Überdrehzahl laufenden
Propellers auf einen sehr mäßigen Wert herabzusetzen, indem er die Handhebeleinstellung
reduziert und das Flugzeug verlangsamt. Bei dieser U/min ist der Luftwiderstand
des langsam laufenden Propellers gering, selbst wenn die Umsteueranlage außer Betrieb
gesetzt ist und der Propeller nicht umgesteuert werden kann. Überdies ist es leichter,
den Propeller umzusteuern, wenn die Drehzahl sehr niedrig ist.
Es
gibt gewisse Betriebsbedingungen, wenn die Verstellarretierung ihre Sperr- oder
aktive Stellung einnimmt, bei denen es erwünscht ist, den Anstellwinkel der Blätter
zu reduzieren. Eine solche Bedingung kann während des Startens eintreten, wenn eine
Fehlleistung bewirkt, daß die hydraulische Verstellverriegelung wirksam wird und
der Pilot dann wünscht, die Propellersteigung plötzlich umzukehren, um eine Bremswirkung
zu erzielen. Zu diesem Zweck ist eine Einrichtung vorgesehen, die mechanisch das
Ventilelement 64 aus dem Sitz drückt, so daß die Flüssigkeit frei aus der Kammer
44 in das Überleitungsrohr 42 strömen kann. Die unter diesen Bedingungen erwünschte
Strömung ist in der Fig. 2 durch Pfeile angedeutet.
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Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, enthält das vordere Ende des Ölüberleitungsrohres
eine konzentrische innere Hülse 92 mit vorspringenden Gliedern 94, in die eine Feder
96 eingreift. Die Feder 96 hält die Hülse 92 in der dargestellten Lage fest, so
daß diese mit dem Ventilelement 64 nicht im Eingriff steht. Ist jedoch eine umgekehrte
Stellung der Propeller erwünscht, so ist erforderlich, den mechanischen Verstellarretierungskeil
98 zurückzuziehen, so daß die Arretierungen 100 in eine Stellung zurückgezogen werden
können, in der der Kolben 18 sich frei nach vorn bewegen kann. Normalerweise greift
die von dem Kolben 18 getragene Hülse 102 in die Arretierungen 100 ein. Die Arbeitsweise
dieser mechanischen Arretierungen für geringe Steigung ist in der deutschen Patentschrift
956 459 eingehend beschrieben.
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Um den Keil 98 aus der dargestellten Lage herauszubewegen ist erforderlich,
den Servokolben 110 nach links zu bewegen. Da in der Umkehrstellung der Rückseite
des Servokolbens 18, d. h. der Kammer 46 Hochdruckflüssigkeit zugeführt wird, so
ist diese Flüssigkeit für das Einströmen in den Schlitz 112 in der Nähe des hinteren
Endes des Ölüberleitungsrohres verfügbar. Dieser Schlitz 112 stellt eine Verbindung
mit einem Durchlaß 114 und weiterhin mit der Kammer 116 an der Rückseite des Servokolbens
110 her. Bewegt sich der Servokolben 110 nach links, so strömt das Öl in der Kammer
118 auf der Vorderseite dieses Kolbens durch geeignete Schlitze hinaus in das Ölüberleitungsrohr
und danach über das Überleitungsrohr 42 hinaus in den Ablauf. Bewegt sich der Servokolben
110 nach vorn, so stößt eine ringförmige Lippe 120 an dessen vorderer Seite gegen
eins der flanschähnlichen Elemente 94 an der Hülse 92. In der Folge wird bei der
Bewegung des Servokolbens 110 nach links die Hülse 92 nach links gedrückt, die dabei
gegen das Verstellarretierungsventilelement 64 stößt und dieses aus dem Sitz drückt,
wobei Flüssigkeit aus der Kammer 44 in das Ölüberleitungsrohr 42 strömen kann. Auf
diese Weise wird die hydraulische Verstellarretierung physikalisch und mechanisch
außer Betrieb gesetzt und gestattet ein Umkehren der Propeller.
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Hat der Propeller seine äußerste umgekehrte Stellung eingenommen,
so ist es erwünscht, den Druck an der Rückseite des Verstellwechselkolbens 18, d.
h. in der Kammer 46, auf einen Mindestwert herabzusetzen, d. h., es ist erwünscht,
daß nur so viel Druck auf die Rückseite des Verstellwechselkolbens 18 ausgeübt wird,
daß er in einer vollen Umkehrstellung gehalten wird und dem zentrifugalen Torsionsmoment
des Blattes entgegenwirkt. Daher ist, obwohl das Hauptüberdruckventil in dem Bereich
von 56 bis 70 kg/cm2 offen sein kann, ein Ausgleichsventil vorgesehen, das in dem
Druckbereich von ungefähr 35 kg/cm2 offen ist. Zu diesem Zweck befindet sich an
dem rechten Ende des Ölüberleitungsrohres 42 ein mit 121 bezeichnetes Ausgleichsventil.
Wie am besten aus der Fig. 4 zu ersehen ist, drückt eine Feder 124 eine Ventilhülse
122 nach rechts. In der dargestellten Stellung wird verhindert, daß Flüssigkeit
aus der Leitung 38 und durch die Öffnung 126 hinter die Hülse zum Durchlaß 40 fließt.
Entsteht jedoch in der Leitung 38 und auf der Rückseite des Verstellwechselkolbens
18 ein genügend hoher Druck, so entsteht ein Druck in der Kammer 130, so daß der
Druck auf den Bereich 132 der Hülse 122 einwirkt und diese nach links gegen den
Druck der Feder 124 drückt, wobei Flüssigkeit aus dem Durchlaß 38 frei durch die
Öffnung 126 und danach zum Durchlaß 40 strömen kann. Dieser Vorgang leitet Flüssigkeit
von der einen Seite des Verstellwechselkolbens 18 zu dessen entgegengesetzter Seite,
wobei der auf den Kolben einwirkende Druckunterschied vermindert wird. Dadurch wird
die Nabe entlastet und nur genügend Druck aufrechterhalten, um die Blätter in einer
voll umgekehrten Stellung festzuhalten.
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Im Ergebnis wurde durch die Erfindung ein einfacher, jedoch höchst
wirksamer Verstellarretierungsmechanismus geschaffen, wobei die Sicherheit des Arbeitens
der Verstellarretierung durch eine sehr geringe Erhöhung der Herstellungskosten
der Propeller erzielt wird. Weiterhin können die bereits im Gebrauch befindlichen
Propeller auf einfache Weise mit einem Mindestaufwand an Kosten und Sonderteilen
umgebaut werden. Ferner wurde eine Verstellarretierung geschaffen, die im Vergleich
zu den bisher bekannten mechanischen Verstellarretierungen sehr leicht und besonders
klein ist.
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Obwohl nur eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben
wurde, so können offenbar zahlreiche Änderungen und Abwandlungen bei der Konstruktion
und der Anordnung der verschiedenen Teile, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen,
vorgenommen werden.