DE3733407C2 - Propellerverstelleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Propellerverstelleinrichtung mit einer Stelleinrichtung zum Einstellen des Steigungswinkels eines Propellerblattes und einer mit der Stelleinrichtung ver­ bundenen Sperreinrichtung zum Verhindern, daß das Blatt von der Einstellung abweicht.

Verstellbare Flugzeugpropellereinrichtungen haben üblicher­ weise mehrere Propellerblätter, die von einer zentralen Nabe aus radial verlaufen, einen Motor zum Drehen der Nabe und der Propellerblätter und eine Propellerverstelleinrichtung, die die Propellerblätter um ihre Längsachsen verdreht, um den Steigungswinkel der Blätter gegenüber der ankommenden Luft­ strömung zu verändern. Die Nabe hat eine innere Kammer, in welcher die Propellerverstelleinrichtung untergebracht ist.

Propellerverstelleinrichtungen beinhalten im allgemeinen eine Verstellsperreinrichtung. Bei einer Störung der Propellerver­ stelleinrichtung verhindert die Verstellsperreinrichtung ein Überdrehen des Motors, indem sie das Blatt daran hindert, auf einen geringeren Steigungswinkel zurückzugehen.

Ein Typ einer Verstellsperreinrichtung wird hydromechanisch gesteuert. Ein Druckfluid hält die Verstellsperreinrichtung, die federbelastet ist, außer Sperreingriff. Wenn festgestellt wird, daß sich das Propellerblatt unerwünscht zu einem klei­ neren Steigungswinkel hin bewegt, wird das Druckfluid abge­ lassen, wodurch die Feder die Verstellsperreinrichtung in Ein­ griff mit ortsfesten Verstellsperrzähnen zwingen kann, um da­ durch die Bewegung des Blattes zu blockieren. Beispiele von diesem Verstellsperreinrichtungstyp sind in den US-PSen 2 940 527, 2 985 244, 3 187 819 und 3 439 745 angegeben.

Einige Verstellsperreinrichtungen sind Teil einer hydraulischen Stelleinrichtung. Zum Beispiel zeigen die US-PSen Re. 26 461 und 4 523 891 eine mit einer hydraulischen Stelleinrichtung verbundene Schraube, die das Propellerblatt daran hindert, sich zu einem kleinen Steigungswinkel hin zu bewegen.

Einige rein mechanische (im Gegensatz zu hydraulischen) Propeller­ verstelleinrichtungen haben vollmechanische Verstellsperrein­ richtungen. Beispielsweise zeigt jede der US-Psen 2 856 012 und 3 895 884 einen Keilring, der Zähne hat, die einen angrei­ fenden Ring in einen ortsfesten Sperring zwingen, wenn sich ein Propellerblatt unerwünscht zu einem kleineren Steigungs­ winkel hin bewegt.

Die CH 207 178 betrifft eine Vorrichtung zur hydraulischen Verstellung der Flügel von Propellern. Bei ihr ist ein äußerer, axial verstellbarer, jedoch nicht drehbarer Zylinder 1 vor­ gesehen, dessen Längsbewegungen die Verstellung der Propeller­ flügel bewirken. Auf einem feststehenden Kolben im Inneren des Zylinders ist ein Blockierring vorgesehen, der ein Außengewinde aufweist, das stets in ein Gewinde des Zylinders eingreift. Eine Sperreinrichtung ist vorgesehen, um den Blockierring in Bezug auf den Zylinder drehfest zu halten oder ihn für Rotation in Bezug auf den Zylinder freizugeben. Die Freigabe erfolgt durch Druck­ fluidzuführung in einen Zylinderraum auf der einen oder der anderen Seite des Kolbens, wodurch gleichzeitig der Blockierring freigegeben wird und der Zylinder sich frei in der einen oder anderen Richtung unter Rotation des Blockierrings bewegen kann. Solange eine Federeinrichtung den Blockierring nicht freigibt, sperrt dieser eine axiale Bewegung des Zylinders in der einen oder anderen Richtung und es kann keine Blattwinkelverstellung erfolgen.

Die US 2,274,334 zeigt einen der CH 207 178 ähnlichen Stand der Technik. Anstelle des Blockierrings der CH 207 178 verhindern bei der US 2,274,334 mehrere in einem Kolben aufgenommene Blockier­ spindeln die Axialbewegung eines äußeren Zylinders, falls die Blockierspindeln gegenüber Rotation um ihre Längsachsen blockiert sind. Die Freigabe der Blockierspindeln erfolgt wie bei der CH 207 178 durch Druckfluidzuführung auf die eine oder andere Seite des Kolbens nach Überwindung einer Federvorspanneinrichtung. Der äußere Zylinder ist dann frei auf dem Kolben axial in der einen oder anderen Richtung unter Rotation der Blockierspindeln in dem Kolben beweglich.

Die in der CH 207 178 angegebene Vorrichtung hat den Nachteil, daß die Sperreinrichtung den Blockierring für die Verstellung der Propellerflügel freigeben muß. Dadurch verhindert die Sperrein­ richtung nicht eine übermäßige Verstellung der Propellerflügel bei einer Fehlfunktion der Verstelleinrichtung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die im Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 angegebene Propellerverstell­ einrichtung so auszugestalten, daß die Sperreinrichtung die Verstellung der Propellerflügel im eingestellten Zustand blockiert und eine übermäßige Verstellung beim Verstellen verhindert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Propellerverstellein­ richtung mit einer mechanischen Stelleinrichtung und einer Ver­ stellsperreinrichtung, die sich gleichzeitig mit der Bewegung der Stelleinrichtung dreht, um der Stelleinrichtung zu gestat­ ten, den Propellerblattsteigungswinkel einzustellen, die aber das Propellerblatt in seiner Stellung festhält, wenn sie sich nicht gleichzeitig mit der Stelleinrichtung dreht.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung treibt ein erster Motor die Stelleinrichtung und ein zweiter Motor die Verstell­ sperreinrichtung an und koordiniert eine Synchronisiereinrich­ tung den ersten und den zweiten Motor so, daß sich die Verstell­ sperreinrichtung gleichzeitig mit der Stelleinrichtung bewegt.

Die Verstellsperreinrichtung behält eine Längsstellung inner­ halb der Nabe bei, während sie sich gleichzeitig mit der Längs­ bewegung der Stelleinrichtung dreht, bewegt sich aber in Längs­ richtung mit der Stelleinrichtung, wenn sie sich nicht gleich­ zeitig mit ihr dreht. In der Sperrstellung liegt die Verstell­ sperreinrichtung an einem Vorsprung an, wodurch eine weitere Bewegung der Stelleinrichtung verhindert und der Steigungswin­ kel des Propellerblattes gehalten wird. Die Verstellsperrein­ richtung ist in vorteilhafter Weise an der Stelleinrichtung in unmittelbarer Nähe zu dem Propellerblatt angeordnet,derart, daß eine Beschädigung von Bauteilen, die vom Propellerblatt weiter entfernt sind, nicht den Betrieb der Verstellsperreinrichtung beeinträchtigt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und Darstellung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung in den Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch eine Flugzeugantriebs­ einrichtung mit einer Verstellsperreinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Teilquerschnitt einer Propellernabe,wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Antriebseinrichtung der Verstellsperreinrichtung, wie sie in Fig. 2 ge­ zeigt ist.

Eine Flugzeugantriebseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Propellerverstelleinrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Ein Motor 10 dreht eine Nabe 12 über eine Welle 14. Mehrere radial verlaufende Propellerblätter (im folgenden Blätter genannt) 16 sind in der Nabe befestigt, um sich mit ihr zu drehen. Jedes Blatt ist an einem Wurzelabschnitt 18 durch Lager 20 befestigt, die es dem Blatt gestatten, sich um eine Längsachse 22 zu dre­ hen. Eine Propellerverstelleinrichtung, die global bei 24 gezeigt ist, ist mit dem Wurzelende 26 des Blattes verbunden, um das Blatt zu verdrehen, um dadurch den Blattsteigungswinkel einzu­ stellen, wie weiter unten beschrieben wird.

In Fig. 2 sind Einzelheiten der Propellerverstelleinrichtung gezeigt. Eine Kugelumlaufspindel 28 ist in der Nabe für eine Drehbewegung relativ zu der Welle 14 und der Nabe 12 angeord­ net. Ein Rollenlager 30 ist zwischen der Welle und der Kugel­ umlaufspindel angeordnet, und ein Kugellager 32 ist zwischen der Kugelumlaufspindel und der Nabe angeordnet, so daß sich die Kugelumlaufspindel relativ zu der Welle und der Nabe dre­ hen kann. Die Kugelumlaufspindel hat eine schraubenförmige Rollbahn 34, um Kugeln 36 aufzunehmen, wie weiter unten be­ schrieben wird. Eine Zähne aufweisende Oberfläche 38 verläuft an einem innen liegenden Endabschnitt 40 der Kugelumlaufspin­ del radial nach innen, wie weiter unten beschrieben wird.

Eine Kugelmutter 42 hat eine schraubenförmige Rollbahn 44, die der schraubenförmigen Rollbahn 34 in der Kugelumlaufspindel 28 entspricht. Durch eine Drehung der Kugelumlaufspindel wird die Kugelmutter in Längsrichtung bewegt. Die Kugeln rollen in den schraubenförmigen Rollbahnen 44, 34 mit der Hälfte der Ge­ schwindigkeit der Rollbahnen und treten an einem hinteren Ende der Kugelmutter aus. Ein Rückführrohr (nicht gezeigt) in der Kugelmutter nimmt die Kugeln an dem hinteren Ende der Kugel­ mutter auf und führt sie zu einem vorderen Ende zurück, wo­ durch eine Anzahl von Kugeln in den Rollbahnen für einen kon­ tinuierlichen Betrieb gehalten werden. Die Kugelmutter hat einen ersten radialen Vorsprung 46, der ein Ende 48 einer Ver­ bindungsstange 50 hält. Das zweite Ende 52 der Verbindungs­ stange ist mit einem exzentrischen Zapfen 54 verbunden, der an dem Wurzelende 26 des Blattes 16 angeordnet ist. Ein zwei­ ter radialer Vorsprung 56 an der Kugelmutter, der einen mit einem Gewinde versehenen, rechteckigen, im Querschnitt kreis­ förmigen Abschnitt 58 hat, der parallel zu der Kugelumlauf­ spindel ausgerichtet ist, wirkt als Verstellsperreinrichtung, wie weiter unten beschrieben wird.

Eine Verstellsperrschraube 60 hat einen äußeren, mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 62 zur Drehung innerhalb des Gewindeabschnittes 58 des zweiten radialen Vorsprungs 56. Die Verstellsperrschraube ist durch einen äußeren Endabschnitt 64 in einem Nabenvorsprung 66 und durch einen inneren Endabschnitt 68 in einer Trennwand 70 drehbar gelagert. Eine Schulter 72, die in der Nähe des äußeren Endabschnittes der Verstellsperr­ schraube angeordnet ist, verhindert, daß sich die Verstell­ sperrschraube in Längsrichtung nach außen bewegt (d. h. zu ei­ nem kleineren Steigungswinkel hin). Ein Zahnrad 74 ist fest auf der Verstellsperrschraube zwischen dem Gewindeabschnitt der Verstellsperrschraube und der Montagetrennwand angeordnet, wie weiter unten beschrieben wird.

Ein erster, schematisch in Fig. 3 gezeigter Hydraulikmotor 76 zum Antreiben der Kugelumlaufspindel 28 treibt ein erstes Zahn­ rad 78, das um eine zentrale Achse 80 der Welle 14 herum an­ geordnet ist, über ein Differentialgetriebe 77 an, das schema­ tisch in Fig. 3 gezeigt ist. Das Differentialgetriebe 77 lei­ tet die Antriebskraft des ersten Hydraulikmotors 76, der orts­ fest angeordnet ist, zu dem ersten Zahnrad 78 weiter, das relativ zu und mit der Nabe drehbar ist. Das erste Zahnrad treibt ein erstes Zwischenzahnrad 82 an, das mit der inneren Zahnfläche 38 der Kugelumlaufspindel in Eingriff steht, um eine Drehantriebskraft des ersten Hydraulikmotors auf die Kugelumlaufspindel zu übertragen. Das erste Zahnrad hat eine nach außen ragende erste Nase 83 an ihrer äußeren Oberfläche für einen Zweck, der weiter unten beschrieben wird. Ein zweiter, schematisch in Fig. 3 gezeigter Hydraulikmotor 84 zum Antreiben der Verstellsperrschraube 60 treibt ein zweites Zahnrad 86, das koaxial um das erste Zahnrad herum angeordnet ist, über ein Differentialgetriebe 85 an, das schematisch in Fig. 3 gezeigt ist. Das Differentialgetriebe leitet die An­ triebskraft des zweiten Hydraulikmotors, der ortsfest ange­ ordnet ist, zu dem zweiten Zahnrad weiter, das relativ zu und mit der Nabe drehbar ist. Die Antriebskraft des zweiten Hydraulikmotors wird auf die Verstellsperrschraube über das zwei­ te Zahnrad, ein zweites Zwischenzahnrad 88 und das am inneren Ende der Verstellsperrschraube angeordnete Zahnrad 74 über­ tragen. Das zweite Zahnrad hat eine zweite Nase 90, die von ihrer Innenfläche nach innen vorsteht, um mit der ersten Nase, die von dem ersten Zahnrad vorsteht, zusammenzuwirken, wie weiter unten beschrieben wird.

In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der hydraulischen Antriebseinrichtung gezeigt. Ein Steuerventil 92 leitet unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit von einem Vorrat 94 zu einem der beiden Hydraulikmotoren 76, 84, wie oben beschrieben, um das Blatt zu einem großen oder kleinen Steigungswinkel hin anzutreiben. Ein Schieber 96 in dem Steuerventil, der Stege 98 hat, von denen jeder eine Außenfläche 99 hat, leitet die Flüssigkeit zu dem einen oder anderen Hydraulikmotor über die Leitung 100 oder die Leitung 102. Jede der Leitungen 100 und 102 hat einen Eingang 103, der flächenmäßig etwas größer als die Außenfläche 99 der Stege ist. Weil die Eingänge größer als die Stege sind, tritt Flüssigkeit aus, um die Hydraulik­ motoren vorzubelasten, so daß die Nasen 83, 90 in Kontakt mit­ einander sind, um synchron angetrieben zu werden. Nachdem die Flüssigkeit durch den einen oder anderen Hydraulikmotor gegangen ist, wird sie über die Leitungen 104 und 106 zu einem Speicher 110 über die Leitung 108 geleitet.

In Betrieb wird ein Signal zum Einstellen des Blattsteigungs­ winkels an das Ventil 92 gegeben. Wenn z. B. das Blatt zu einem größeren Steigungswinkel hin bewegt werden soll, wird der Schieber 96 nach rechts in Fig. 3 bewegt. Hydraulikflüssigkeit wird zu dem ersten Hydraulikmotor 76 geleitet, welcher das erste Zahnrad 78 über das Differentialgetriebe 77 antreibt. Das erste Zahnrad dreht das erste Zwischenzahnrad 82, das die Kugelumlaufspindel 28 dreht. Als Folge der Drehung der Kugelumlaufspindel bewegt sich die Kugelmutter in Längsrich­ tung nach innen. Wenn sich die Kugelmutter in Längsrichtung nach innen bewegt, wird das Blatt 16 zu einem größeren Stei­ gungswinkel hin über den ersten radialen Vorsprung 46, die Ver­ bindungsstange 50 und den exzentrischen Zapfen 54 gedreht.

Während das erste Zahnrad angetrieben wird, greift die erste Nase 83 an der zweiten Nase 90 des zweiten Zahnrads 86 an, um das zweite Zahnrad synchron mit dem ersten Zahnrad anzutrei­ ben. Das zweite Zahnrad dreht die Verstellsperrschraube 60 über das zweite Zwischenzahnrad 88 und das Zahnrad 74. Das erste Zahnrad und das Zwischenzahnrad und das zweite Zahnrad und das Zwischenzahnrad sind so bemessen und synchronisiert, daß sich die Verstellsperrschraube innerhalb des zweiten radialen Vorsprungs 56 mit der richtigen Geschwindigkeit dreht, daß die Verstellsperrschraube ihre Stellung beibehält, während sich die Kugelmutter in Längsrichtung bewegt. Wenn sich die Verstellsperrschraube nicht mit der richtigen Geschwindigkeit in bezug auf die Bewegung der Kugelmutter bewegt, bewegt sich die Verstellsperrschraube in Längsrichtung mit der Kugelmutter zu einem kleinen Steigungswinkel hin, bis die Schulter 72 an dem Nabenvorsprung 66 anliegt. Die Reibung zwischen den Zähnen des zweiten radialen Vorsprungs 56 und dem Gewindeabschnitt 58 der Verstellsperrschraube hindert dann die Kugelmutter an einer weiteren Längsbewegung.

Wenn eine Störung auftritt, derart, daß das Blatt anfängt, eher Energie aus der Luftströmung aufzunehmen als die Motorkraft zu absorbieren, neigt die Energie aus der Luftströmung dazu, das Blatt zu einem kleinen Steigungswinkel hin zu verdrehen. Wenn sich das Blatt 16 zu einem kleinen Steigungswinkel hin bewegt, wird die Kugelumlaufspindel 28 aufgrund ihrer Verbin­ dung zu dem Blatt durch die Verbindungsstange 50 und den ex­ zentrischen Zapfen 54 veranlaßt, sich zu bewegen. Da sich die Verstellsperrschraube 60 nicht gleichzeitig mit der Bewegung der Kugelumlaufspindel dreht, bewegen sich die Verstellsperr­ schraube und die Kugelmutter 42 in Längsrichtung nach außen, bis die Schulter 72 an dem äußeren Endabschnitt der Verstell­ sperrschraube an dem Nabenvorsprung 66 anliegt. Wenn die Schulter an dem Nabenvorsprung anliegt, wird die Kugelmutter an einer weiteren Längsbewegung gehindert, wodurch das Pro­ pellerblatt daran gehindert wird, sich weiter zu einem kleinen Steigungswinkel hin zu bewegen. Da der Abstand zwischen der Schulter und dem Nabenvorsprung (d. h. der "Steigungsspalt" 112) klein ist, bewegt sich das Propellerblatt nicht um einen bemerkenswerten Betrag zu dem kleinen Steigungswinkel hin. Hervorzuheben ist, daß aufgrund der geringen Toleranz zwischen der Trennwand 70 und dem die Verstellsperrschraube antreiben­ den Zahnrad 74 das Blatt auch durch die Verstellsperrschraube daran gehindert ist, sich zu einem großen Steigungswinkel hin zu bewegen. Das Blatt könnte gezwungen sein, sich zu einem großen Steigungswinkel zu bewegen, wenn es Energie aus Trüm­ mern oder anderen Quellen aufnimmt.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß eine mechanische Ver­ stellsperreinrichtung eine Verstellsperrschraube 60 aufweist, die sich gleichzeitig in einer Stelleinrichtung 42 dreht, wäh­ rend sich die Stelleinrichtung bewegt, um den Steigungswinkel eines Propellerblattes 16 zu ändern. Während sich die Verstell­ sperrschraube gleichzeitig mit der Bewegung der Verstellein­ richtung bewegt, behält die Verstellsperrschraube eine Längs­ stellung bei, wobei sie der Stelleinrichtung gestattet, sich zu bewegen. Wenn sich die Verstellsperrschraube nicht gleich­ zeitig mit der Stelleinrichtung dreht, bewegt sich die Ver­ stellsperrschraube in Längsrichtung mit der Stelleinrichtung, bis sie an einem Vorsprung 66 anliegt, wodurch eine weitere Bewegung der Stelleinrichtung verhindert wird.

Claims (4)

1. Propellerverstelleinrichtung mit einer Stelleinrichtung zum Einstellen des Steigungswinkels eines Propellerblattes und einer mit der Stelleinrichtung verbundenen Sperreinrichtung zum Verhindern, daß das Propellerblatt von der Einstellung abweicht, gekennzeichnet durch

• - eine drehbare Schraube (28) und eine Mutter (42), die für eine Längsbewegung entlang der Schraube (28) während sich die Schraube (28) dreht, angeordnet ist,
• - eine Verbindungseinrichtung (50) zum Verbinden der Mutter (42) mit dem Propellerblatt (16) zum Einstellen des Steigungswinkels des Propellerblattes (16), wenn sich die Schraube (28) dreht,
• - eine in der Mutter (42) aufgenommene drehbare Ein­ richtung (60),
• - eine erste Antriebseinrichtung (76, 77, 78) zum Antrieb der drehbaren Schraube (28),
• - eine zweite Antriebseinrichtung (84, 85, 86) zum Antrieb der drehbaren Einrichtung (60) und
• - eine Synchronisiereinrichtung (83, 90) zum Synchroni­ sieren der ersten und zweiten Antriebseinrichtung (76, 77, 78; 84, 85, 86), derart, daß, wenn eine der beiden Antriebseinrichtungen (76, 77, 78; 84, 85, 86) ange­ trieben wird, die drehbare Schraube (28) und die dreh­ bare Einrichtung (60) synchron angetrieben werden, um dadurch sicherzustellen, daß sich die drehbare Ein­ richtung (60) gleichzeitig mit der Mutter (42) dreht, und die drehbare Einrichtung (60) eine Längsbewegung der Mutter (42) verhindert, wenn die drehbare Schraube (28) und die drehbare Einrichtung (60) nicht syn­ chronisiert sind.

2. Propellerverstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Einrichtung (60) eine drehbar in der Mutter aufgenommene Sperrschraube ist, die eine Längsstellung beibehält, wenn sie sich gleichzeitig mit der Längsbewegung der Mutter (42) dreht, und sich in Längsrichtung bewegt, während sie sich nicht gleichzeitig mit der Mutter (42) dreht, und ein ortsfester Anschlag (66) zum Begrenzen der Längsbewegung der Sperrschraube vor­ gesehen ist, wenn die Sperrschraube sich nicht gleichzeitig mit der Mutter (42) dreht.

3. Propellerverstelleinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeich­ net durch einen zweiten Anschlag (70) zum Begrenzen der Längsbewegung der Sperrschraube (60) in einer zweiten Richtung.

4. Propellerverstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Antriebseinrich­ tung (76, 77, 78) und die zweite Antriebseinrichtung (84, 85, 86) jeweils einen Hydraulikmotor (76, 84) aufweisen.