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Title:
HYDRAULICALLY REVERSIBLE ADJUSTABLE-PITCH PROPELLER UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1997/025244
Kind Code:
A1
Abstract:
A hydraulically reversible adjustable-pitch propeller unit for air, land and/or water vehicles or craft, with a propeller with at least two blades, the pitch of which can be varied by means of a control unit (regulator), in which there is no mechanical or electrical connection between the rotating propeller and the stationary pitch adjuster and there is a movable, adjustable and spring preloaded stop (6) for the starting setting (fine pitch) which, to alter the pitch of the blades to the braking (reversing) setting, can be overcome by means of a high-pressure hydraulic fluid and moved as far as a mechanical stop (8) for the braking (reversing) setting in order to achieve negative thrust.

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Inventors:
M�hlbauer, Gerd
Application Number:
PCT/DE1997/000003
Publication Date:
July 17, 1997
Filing Date:
January 02, 1997
Export Citation:
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Assignee:
M�HLBAUER LUFTFAHRTTECHNIK GMBH M�HLBAUER, Gerd.
International Classes:
B62D57/04; B63H3/08; B64C11/38; (IPC1-7): B64C11/38
Foreign References:
US4097189A
GB559756A
GB876954A
DE9307421U1
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Hydraulisch reversierbare VerstellpropellerEinheit für Luft, Land und/oder Wasserfahrzeuge mit einem Propeller mit mindestens zwei Blättern, deren Blattwinkel mittels einer Steuereinheit (Regler) regelbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen dem umlaufenden Propeller (20) und der feststehenden Steuereinheit (30) für die Blattwinkelansteuerung keine me¬ chanische oder elektrische Verbindung besteht, und daß ein bewegbarer, einstellbarer und mittels Federn (7) vorgespann¬ ter Anschlag (6) für die Startstellung (kleine Steigung) vor¬ gesehen ist, der zur Verstellung der Blattwinkel auf Brems¬ stellung (Reverse) mittels eines Hochdruckhydraulikfiuids überwindbar und bis auf einen mechanischen Anschlag (8) für die Bremsstellung (Reverse) verstellbar ist, um einen negati¬ ven Schub zu erzeugen.
2. Hydraulisch reversierbare VerstellpropellerEinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein¬ heit (Regler) (30) zur Schaffung von zwei unterschiedlichen Servodrücken ausgebildet ist, die einen Normaldruck für positiven Schub zum normalen Vorwärtsbetrieb von ca. 16 22 bar und einen Hochdruck für negativen Schub zum Bremsbetrieb (Reverse) von ca. 32 44 bar umfassen.
3. Hydraulisch reversierbare VerstellpropellerEinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein elek¬ trisch oder mechanisch ansteuerbares Schaltventil (13) zur Umschaltung der Steuereinheit (30) von Normaldruck auf Hoch¬ druck bzw. von Hochdruck auf Normaldruck vorgesehen ist.
4. Hydraulisch reversierbare VerstellpropellerEinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuereinheit (30) ein Sicherheitsventil (16) vorgese¬ hen ist, das im Normalbetrieb den Druck auf Normaldruck be¬ grenzt, um ein unbeabsichtigtes Reversieren des Propellers (20) zu verhindern.
5. Hydraulisch reversierbare VerstellpropellerEinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuereinheit (30) in der Hochdruckstufe ein Blattwin¬ kelregler (17) vorgesehen ist, der eine vom Servodruck abhän¬ gige stufenlose Blattwinkeleinstellung im Betabereich ermög¬ licht.
Description:
HYDRAULISCH REVERSIERBARE VER8TELLPROPELLER-EINHEIT

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch reversierbare Ver¬ stellpropeller-Einheit für Luft-, Land- und/oder Wasserfahr¬ zeuge mit einem Propeller mit mindestens zwei Blättern, deren Blattwinkel mittels einer Steuereinheit (Regler) regelbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Verkürzung der Landestrecken von Luftfahrzeugen oder zur Verbesserung der Manövrierfähigkeit von Luftschiffen, amphi¬ bischen Luftfahrzeugen oder Luftkissenbooten (Hovercrafts) werden vorzugsweise Propeller mit einer hydraulischen Ein¬ richtung für Umkehrschub (reversierbare Propeller) einge¬ setzt. Dazu gibt es verschiedene bekannte Vorrichtungen und Verfahren. Diese bekannten Vorrichtungen und Verfahren haben bestimmte Vorteile, z.B. die stufenlose Vorwahl des Blattwin¬ kels und der zugeordneten Triebwerksleistung im sogenannten Beta-Bereich (Blattwinkel flacher als für Startstellung) mittels nur einem Leistungshebel. Diese Vorrichtungen weisen allerdings ebenfalls erhebliche Nachteile auf, z.B. eine aufwendige Vorrichtung für die Blattwinkeleinstellung, die über ein verstellbares Hydraulikventil erfolgt, das mit dem umlaufenden Propeller ständig in Verbindung stehen muß. Bei vielen bekannten Triebwerken ist es nur unter unverhältnismäßig hohem Aufwand möglich, solche bekannten

Systeme zu installieren. Störungen an einer derartigen

Vorrichtung stellen ein hohes Sicherheitsrisiko im Flug- als auch im Bodenbetrieb dar.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulisch reversierbare Verstellpropeller-Einheit der ein¬ gangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist, die Sicherheit erhöht und einfach bei bestehenden Triebwerken installiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch l gekennzeichnete Erfindung gelöst, d.h. dadurch, daß zwischen dem umlaufenden Propeller und der feststehenden Steuereinheit für die Blatt¬ winkelansteuerung keine mechanische oder elektrische Verbin¬ dung besteht, und daß ein bewegbarer, einstellbarer und mit¬ tels Federn vorgespannter Anschlag für die Startstellung (kleine Steigung) vorgesehen ist, der zur Verstellung der Blattwinkel auf Bremsstellung (Reverse) mittels eines Hoch¬ druckhydraulikfiuids überwindbar und bis auf einen mechani¬ schen Anschlag für die Bremsstellung (Reverse) verstellbar ist, um einen negativen Schub zu erzeugen.

Durch eine derartige Vorrichtung erübrigt sich eine laufende, direkte Verbindung zwischen dem umlaufenden Propeller und der üblicherweise am Triebwerksgehäuse installierten Steuerein¬ heit (Regler) . Bei einem etwaigen Druckverlust verstellen sich die Blätter automatisch aus dem negativen Blattwinkel zurück auf einen positiven Blattwinkel, um den Normalbetrieb zu gewährleisten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

So ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Steuereinheit (Regler) zur Schaffung von zwei unterschiedlichen Servodrücken ausgebildet ist, die einen Normaldruck für positiven Schub zum normalen Vorwärtsbetrieb von ca. 16 - 22 bar und einen Hochdruck für negativen Schub zum Bremsbetrieb (Reverse) von ca. 32 - 44

bar umfassen. _

In der Nabe des Propellers ist ein vorgespanntes Federpaket installiert, das als mechanischer Anschlag für die Startstel¬ lung dient. Die hydraulische Steuereinheit (Regler) weist zwei Überdruckventile auf, wodurch im Normalbetrieb ein Ver¬ stelldruck von ca. 16 - 22 bar und im Reversierbetrieb ein Verstelldruck von ca. 32 - 44 bar erzeugt wird, um den An¬ schlag, der durch das vorgespannte Federpaket gegeben ist, zu überwinden und die Propellerblätter im sogenannten Betabe¬ reich bis auf negative Blattwinkel für Bremsstellung zu ver¬ stellen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein elektrisch oder mechanisch ansteuerbares Schaltventil zur Umschaltung der Steuereinheit von Normaldruck auf Hochdruck bzw. von Hochdruck auf Normal¬ druck vorgesehen ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin¬ dung ist vorgesehen, daß in der Steuereinheit ein Sicher¬ heitsventil vorgesehen ist, das im Normalbetrieb den Druck auf Normaldruck begrenzt, um ein unbeabsichtigtes Reversieren des Propellers zu verhindern.

Schließlich kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausge¬ staltung der Erfindung in der Steuereinheit in der Hochdruck¬ stufe ein Blattwinkelregler vorgesehen sein, der eine vom Servodruck abhängige stufenlose Blattwinkeleinstellung im Be¬ tabereich ermöglicht.

Mit einer derartigen Anordnung kann der dem Blattwinkel zuge¬ ordnete Hydraulikdruck geregelt werden, um damit eine stufen¬ lose, der Triebwerksleistung entsprechende Blattwinkelein¬ stellung im Betabereich zu erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zei¬ gen:

Fig.l eine geschnittene Ansicht der Propellernabe; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Steuereinheit.

Die in Fig. 1 dargestellte Verstellpropeller-Einheit (20) zeigt eine mögliche Ausführung eines reversierbaren Verstellpropellers mit den wesentlichen Teilen eines derartigen Propellers, d.h. einer Nabe 1, mindestens zwei Blattlagerungen 2 für die Propellerblätter, Fliehgewichten 3, einem Servokolben 4 für die Blattverstellung, einem mechanischen Anschlag 5 für Reise- oder Segelstellung, einem beweglichen, durch Federn vorgespannten Anschlag 6 für die Startstellung, einem einstellbaren Federpaket 7 und mit einem mechanischen Anschlag 8 für die Bremsstellung (Reverse) .

Die in Fig. 2 dargestellte hydraulische Steuereinheit 30 zeigt einen hydraulischen Propellerregler für konstante Drehzahl mit einer Pumpe 9, einem Normaldruckventil 10, einem Hochdruckventil 11, einer Drehzahlreglereinheit mit Einstellhebel 12, einem Schaltventil für Normal- oder Hochdruck 13, eine Servodruckleitung zum Propeller 14, Rücklaufleitungen zum Triebwerkssumpf 15 einem Sicherheitsventil 16, einem Blattwinkelregler 17 und mit einer Versorgungsleitung vom Triebwerk 18.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der hydraulisch reversier¬ baren Verstellpropeller-Einheit 20 beschrieben.

Die Steuereinheit (Regler) 30 gemäß Fig. 2 versorgt die hydraulische Versteileinrichtung, d.h. den Servokolben 4 des Propellers 20 mit Hydraulikfluid mit zwei unterschiedlichen Drücken, wodurch sich die Propellerblätter über die Blattlagerungen 2 und die daran befestigten Fliehgewichte 3 in Richtung einer kleinen Steigung (Startstellung) verstellen, solange sich der Regler im Unterdrehzahlzustand befindet. Die Steuereinheit (Regler) 30 liefert im Normalbetrieb den Normaldruck, der je nach Trieb¬ werksleistungseinstellung für Gleichlaufdrehzahl im Vorwärts¬ betrieb des Flugzeugs (Fahrzeugs) sorgt. Dieses System, bei dem der Öldruck zur Steigungsverminderung verwendet wird, ist an und für sich bekannt. Die Blattsteigerung kann sich dabei

stufenlos zwischen dem beweglichen durch Federn vorgespannten

Anschlag 6 für Startstellung und dem festen Anschlag 5 für Reise- oder Segelstellung bewegen.

Wird nun eine flachere Blattsteigerung als die Startstellung gewünscht, z.B. zum Verkürzen der Landestrecke oder zur bes¬ seren Manövrierfähigkeit am Boden bzw. im Wasser, müssen die Propellerblätter flacher bis hin zu einem negativen Blattwin¬ kel verstellt werden können. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß über ein Schaltventil 13 die Servoleitung für das erste Überdruckventil 10 für den Normaldruck geschlossen und die Servoleitung für das zweite Überdruckventil 11 für den Hochdruck geöffnet wird. Die Aktivierung des Schaltven¬ tils 13 erfolgt entweder elektrisch über einen Schalter oder mechanisch über einen Bedienzug, der am Triebwerksleistungs¬ hebel angebracht ist.

Wird also der Leistungshebel auf Leerlauf und dann über eine Sperre zurück in Richtung Bremsstellung (Reverse) gezogen, aktiviert man die Hochdruckleitung. Da sich das System im Un¬ terdrehzahlzustand befindet, überdrückt der Servokolben 4 den durch Federn vorgespannten beweglichen Anschlag für Start¬ stellung 6 bis zum mechanischen Anschlag 8 für die Bremsstellung (Reverse) . Hierdurch erreichen die Propellerblätter einen negativen Blattwinkel und erzeugen einen entsprechenden Bremsschub. Der Negativ-(Brems-)Schub ist dabei ebenfalls von der Triebwerksleistung abhängig. Dieser muß entsprechend erhöht werden, wenn sich die Blätter am mechanischen Anschlag für Bremsstellung (Reverse) befinden. Dies geschieht in bekannter Weise mittels einer Kurvenscheibe, um die Ansteuerung des Triebwerks auch bei einer negativen Bewegung des Leistungshebels zu ermöglichen.

Zu beachten ist, daß höchstens die Triebwerksleistung einge¬ stellt werden kann, die für maximal 90 % der Triebwerks- Startdrehzahl nötig ist, damit in diesem Betriebszustand (Reverse) immer ein Unterdrehzahlzustand im Drehzahlregler herrscht. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Propeller mit Hochdruckservoöl versorgt wird, um die Bremsstellung zu halten.

Soll nun aus der Bremsstellung (Reverse) zurück in die Start¬ stellung verstellt werden, ist der Triebwerksleistungshebel vorwärts in Richtung Leerlauf zu verstellen, bis die Sperre für Bremsstellung überwunden ist. Dabei wird das Hochdruck- servoöl inaktiv und die Blätter werden mittels der Federkraft wieder in Startstellung verstellt, wenn sich der Normaldruck eingestellt hat.

Damit ist der Bremsstellungsvorgang beendet.

Durch dieses erfindungsgemäße neuartige System wird bei glei¬ cher Sicherheit gegen unbeabsichtigte Bremsstellung eine ständige Verbindung zwischen dem umlaufenden Propeller und einem feststehenden Ventil samt dem gesamten Bedienungsge¬ stänge überflüssig. Diese Vereinfachung vermindert das Ge¬ wicht, die Anzahl der Teile, und damit die Kosten. Weiter wird eine höhere Betriebssicherheit gegen ein unbeachsichtigtes Reversieren der Propellerblätter erreicht, da in diesem Betriebszustand auf einen selektiven Blattwinkel verzichtet werden kann, da die Höhe des Bremsschubs mit dem Leistungshebel einstellbar ist.