Die Erfindung betrifft einen Propeller gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Wird ein Propeller zur Erzeugung der Vortriebskraft eines Luftfahrzeugs betrieben, so können bei einem Propeller mit verwindbaren Blättern bei unterschiedlichen Flugzuständen (Start, Steigflug, Reiseflug) über die gesamte Blattlänge optimale Blattanstellwinkel eingehalten werden, mit dem Vorteil eines für diese unterschiedlichen Flugzustände jeweils günstigen Schubes, Wirkungsgrades und einer geringstmöglichen Lärmentwicklung. Beim Einsatz eines Propellers mit verwindbaren Blättern in sogenannten VTOL-Flugzeugen wird der Propeller im Schwebeflug in einer gegenüber der des Reisefluges um 90 Winkelgrade geschwenkten Lage als Rotor verwendet. Auch in einem solchen Fall ermöglicht eine veränderbare Blattverwindung einen optimalen Blattanstellwinkel über die gesamte Blattlänge sowohl in den unterschiedlichen Phasen des Vorwärtsfluges als auch in der Phase des Schwebefluges, im Gegensatz zu einem Propeller mit starrer Blattverwindung, der eine optimale Einstellung mit günstigstem Schub und Wirkungsgrad und geringstmöglicher Lärmentwicklung nur bei einem einzigen, durch den Auslegungspunkt vorgegebenen Betrieoszustand besitzt.

Konstruktive Lösungen für einen Propeller mit verwindbaren Blättern sind mehrfach vorgeschlagen worden. Aus der DE-OS 21 64 648 ist beispielsweise bekannt geworden, über ein Bändersystem innerhalb des Propellerblattes in Verbindung mit einem starren Hauptholm und anliegenden konischen Verstellröhren eine veränderliche Verwindung des Blattes zu ermöglichen. In der DE-OS 15 31 475 und der DE-AS 1531 476 ist ein Propeller mit einer veränderlichen Verwindung des Blattes beschrieben, bei dem die Verwindung durch auf einem Holm in schraubenförmigen Nuten geführte und auf dem Holm axial verschiebbare Rippen erreicht wird. Nach der DE-AS 12 81 271 können Blatthohlräume durch unterschiedliche fluidische Füllung um die Blattachse gedreht werden, wodurch eine veränderliche Blattverwindung ermöglicht werden soll.

Nachteile der bekannten konstruktiven Vorschläge für den Aufbau eines Propelelrs mit verwindbaren Blättern sind deren nur bedingte Eignung für den Betrieb unter hohen Fliehkraftbeanspruchungen und darüber hinaus der recht komplizierte Blattaufbau.

Ein Propeller der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 26 27 928 bekannt geworden. Die einzelnen auf einem Blattholm drehbar angeordneten Rippen sind an der Vorderkante des Blattes mit je einem Versteifungsglied und an der Hinterkante mit je einem Blattfederelement verbunden. Bei einem VerstellVorgang der äußersten Rippe gegen die innerste Rippe werden die dazwischen liegenden Rippen durch die das Blatt umschließende elastische Außenhaut mitgenommen. Da insoesondere die Blattfederelemente eine Art Kette bilden, die sich unter dem Einfluß der Fliehkraft unvorhersehbar verformt, ergeben sich im Betrieb Biege- und Torsionsschwingungen, die die Vorteile der Verstellbarkeit wieder zunichte machen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Propeller der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem einerseits die hohen Fli'ehkraftbeanspruchungen des Blattes ausreichend aufgefangen werden,

trotz der für eine Veränderbarkeit der Verwindung notwendigen elastischen Bereiche, und bei dem insbesondere die Kopplung zwischen benachbarten Rippen so erfolgt, daß eine unerwünschte Verstellung der elastischen Bereiche durch Einwirkung der Fliehkraft sowie eine daraus resultierende unerwünschte Verstellung des Blattgeometrie bei einfachem Aufbau des Blattes verhindert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Durch die erfindungsgemäße Verbindung der verdrehbar auf dem Holm angeordneten Rippen mit Hilfe eines oder mehrerer jeweils wenigstens drei Rippen übergreifenden und untereinander verbindenden Stabelementes, das bzw. die in der durch Holm und Stabelement aufgespannten Ebene biegeweich, in der dazu senkrechten Ebene dagegen vergleichsweise biegesteif gestaltet ist bzw. sind, erhält man vorteilhaft eine konstruktiv sehr einfache Grundstruktur eines verwindbaren Propellerblattes. Das erfindungsgemäß ausgestaltete und eingebaute Stabelement wird bei einer durch äußere Krafteinleitung erfolgten Verdrehung zweier Rippen relativ zueinander entlang einer Schraubenlinie verformt, wobei alle Rippen durch das Stabelement bzw. die Stabelemente auf dem Holm so verdreht werden, daß eine kontinuierliche Verwindung der durch die Rippen gegebenen Blattgrundstruktur erfolgt.

Wie die Verstellung der Rippen erfolgen kann, ist dem Anspruch 2 zu entnehmen. Wesentlich ist, daß zwei Rippen, die von einem Stabelement überdeckt werden, gegeneinander verstellt werden. In besonders vorteilhafter Weise werden die innere, an der Blattwurzel befindliche, und die äußere, an der Blattspitze angeordnete Rippe gegeneinander verdreht; die anderen Rippen werden von dem Stabelement oder von den Stabelementen in die gewünschten Zwischenstellungen gezwungen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dem Anspruch 4 zu entnehmen. Durch diese Ausbildung der Verbindungsstellen der Rippen mit

einem Stabelement in solcher Weise, daß das Stabelement innerhalb eines konstruktiv vorgegebenen Spieles entlang der Stabelement längsacnse gegenüber den Rippen verschiebbar ist, erfolgt bei Verdrehung zweier Rippen gegeneinander vorteilhaft keine Zug- oder Stauchkraft auf das Stabelement. Vorteilhaft ist durch diese Gestaltung sowie durch die Fixierung der Rippen gegen seitliches Verschieben auf dem Holm gewährleistet, daß die auf die Rippen wirkenden Fliehkräfte beim Betrieb des Propellers nicht von dem Stabelement aufgefangen werden müssen und daß somit die Wirkung der Fliehkräfte auf das Stabelement und damit mittelbar auf die Verstelleinrichtung vorteilhaft gering ist.

In einer solchen Ausführung entstehen bei einer Blattverwindung zwischen zwei benachbarten Rippen an der Blattoberfläche zwangsweise kleine Höhensprünge, die vom Holm in Richtung Blattprofilnase bzw. Blatthinterkante hin zunehmen. Diese Höhensprünge können in besonders vorteilhafter Weise durch die Anwendung der Merkmale des Anspruches 5 egalisiert werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß gemäß Anspruch 6 die Rippen in Rippensegmente unterteilt sind, die um die quer zum Holm verlaufende Längsachse der Rippen gegeneinander verdrehbar sind. Dadurch wird erreicht, daß sich die Rippen besser der Verwindung anpassen können, so daß vorteilhaft die angesprochenen Höhensprünge zwischen den Rippen bei einer Blattverwindung vernachlässigbar klein werden. Diese Anpassung der einzelnen Rippensegmente an die Blattverwindung kann gemäß Anspruch 7 durch eine unverdrehbar mechanische Verbindung von Rippensegmenten mit einem ihnen zugeordneten Stabelement erfolgen, oder auch gemäß Anspruch 16 durch die Kraftwirkung einer das Propellerblatt umhüllenden elastischen Schicht, oder durch das Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den Rippen durch ein zähelastisches Material gemäß Anspruch 15.

Die Verdrehung der Rippensegmente gegeneinander, also die Tordierung der einzelnen Rippen, kann auch dann vorteilhaft erzeugt werden, wenn

die Rippen mit der Verstelleinrichtung gemäß den kennzeichnendnen Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 8 bis 13 ausgebildet sind.

Durch diese erfi dungsgemäße Gestaltung der Verstelleinrichtung in der Weise, daß gleichzeitig mit der Blattverwindung auch eine Torsion der einzelnen Rippen erfolgt, wird vorteilhaft eine kontinuierliche Blattoberfläche ohne große Höhensprünge auf vergleichsweise einfache Weise erreicht. Durch mindestens zwei nebeneinander liegende Eingriffsstellen der Verstelleinrichtung, an denen eine geringfügig unterschiedliche Verdrehung der Rippe gegenüber dem Holm eingeleitet wird, läßt sich die Torsion der Rippen vergleichweise einfach erreichen. Als Grundstruktur der Rippen können erfindungsgemäß die der Profilkontur entsprechend angepaßten und geformten flachen Elemente aus nicht elastischem Werkstoff verwendet werden, wodurch vorteilhaft einerseits die hohen Fliehkräfte eines umlaufenden Propellerblattes beherrscht werden können und andererseits die geforderte Tordierbarkeit in geringem Umfang gegeben ist. Zur Erhöhung der für die Tordierbarkeit notwendigen Flexibilität können erfindungsgemäß Schlitze in die Elemente eingebracht werden. Gegebenenfalls können diese Elemente an einer oder an mehreren Stellen gegen verformende und die ProfiIkontur verändernde Kräfte abgestützt werden. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind pro Rippen mehrere auf dem Holm drehbare, in Rippenlängsachse, also quer zum Holm verlaufende Rippenstäbe vorhanden, die einerseits die der Profilkontur folgende Elemente tragen und an denen andererseits die Verstelleinrichtung, also die Stabelemente, angreift, wobei die bei zwei benachbarten Rippenstäben einer Rippe eingeleitete Verdrehung geringfügig unterschiedlich ist, so daß dadurch gleichzeitig eine Torsion der Rippen erfolgt. In zweckmäßiger Weise verlaufen zwei Stabele ^' lemeπte parallel zum Holm, und zwar blattvorderkantenseitig und blatthinterkantenseitig, so daß die Eingriffsstellen beidseitig zum Holm angeordnet sind. Die Rippenstäbe sind mittels Lagerringen auf dem Holm drehbar gelagert, diese Lagerringe können dann so ausgebildet sein, daß sie zur Abstützung der Elemente gegen die verformende und die Profilkontur verändernde Kräfte benutzt

werden.

Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte

Ausgestaltungen und Verbesserungen und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnitte Ansicht einer ersten Ausgestaltung eines erfindungs¬ gemäßen Propellers,

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht einer zweiten Ausgestaltung eines Propellers und

Fig. 3 eine Schnittansicht nach der Schnitt¬ linie III-III der Fig. 2.

Es sei nun bezug genommen auf die Fig. 1 Die Fig. 1 zeigt einen Teil eines erfindungsgemäßen Propellers. Er besitzt einen torsions- und biegesteifen sowie zugfesten zylindrisch ausgebildeten Holm 1, auf dem von der Blattwurzel 2 bis zur Blattspitze 3 hin Rippen 4 , 5 und 6 drehbar um den Holm angeordnet sind. Jede dieser Rippen ist aus Rippensegmenten 7, 8; 9, 10; 11,12 aufgebaut, wobei das erste Rippensegment 7,9, 11 jeder Rippe in einer Hülse 13 (siehe Rippensegment 9) auf dem Holm 1 um dessen Achse drehbar gelagert ist. Auf dem Holm sind weiterhin Ringe 14, 15 befestigt, mit denen das erste Rippensegment gegen seitliches Verschieben auf dem Holm 1 in Folge der betriebsmäßigen Fliehkraft, die in Pfeilrichtung F wirkt, gesichert ist. Das zweite Rippensegment 8, 10, 12 jeder Rippe ist mit dem ersten Rippensegment 7, 9, II jeweils mittels eines zylindrischen Bolzens 16, 17, 18 verbunden.

Innerhalb des holmabseitigen Endabschnittes besitzt jedes Rippensegment 7,9,11 eine Vertiefung, von denen nur die Vertiefung 9a des Rippensegmentes 9 zu sehen ist. In diese Vertiefungen 9a sind Hülsen 19 eingelassen, in denen die Bolzen 16, 17 und 18 drehbar gelagert sind. Da die zweiten Rippensegmente 8,10,12 mit den Bolzen 16, 17 ,18 fest verbunden sind, sind die zweiten Rippensegmente 8,10,12 mit den vorderen Rippensegmenten 7,9,11 über die Bolzen 16 bis 18 drehbar verbunden.

Die drei Rippen 4, 5 und 6 sind von einem Stabelement 20 überdeckt, welches parallel zu dem Holm 1 auf dessen der Blatthinterkante zugewandten Seite parallel zum Holm verläuft. Das Stabelement 20 ist jeweils im Bereich der Bolzen 16 bis 18 mit den Rippen 4,5 und 6 verbunden, wobei die Bolzen 16, 17, 18 jeweils durch in der Fig. 1 nicht sichtbare Langlöcher in dem Stabelement 20 hindurchgeführt sind. Das Stabelement 20 ist als flaches Band mit langgestreckt rechteckigem Querschnitt, wie z.B. das sntsprechende Stabelement der Ausführung nach den Figuren 2 und 3 gestaltet und in der Fig. 1 lediglich mit seiner Schmalseite zu erkennen. Es ist aufgrund seiner Querschnittsform erfindungsgemäß biegeweich innerhalb der vom Propellerblatt aufgespannten Ebene und biegesteif in der dazu senkrechten Ebene. Mit anderen Worten: es kann leicht um eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Achse verbogen werden und besizt hier eine geringe Biegesteifigkeit, wogegen es um eine Achse, die in der Zeichenebene liegt und den Drehachsen der Bolzen 17 entspricht und senkrecht zu der Längsachse des Holmes ausgerichtet ist, eine hohe Biegesteifigkeit aufweist.

Die Bolzen 16, 17 und 18 sind in zweckmäßiger Weise rechteckförmig im Querschnitt ausgebildet, und zwar in dem Bereich, in dem sie durch das Langloch des Stabelementes 20 geführt sind. Dadurch wird eine verdrehfreie mechanische Verbindung zwischen dem Stabelement 20 und den zweiten Rippensegmenten 8, 10 un 12 erreicht.

Die äußere, an der Blattspitze 3 angeordnete Rippe 6 ist mittels

eines das Rippensegment II und den Holm 1 quer durchdringenden Stiftes 21 auf dem Holm 1 unverdrehbar fixiert. Die innere, an der Blattwurzel 2 angeordnete Rippe 4 ist über eine Verstellvorrichtung, von der in der Fig. 1 lediglich ein die Verstellkraft übertragender Zapfen 22 zu sehen ist, der mit dem ersten Rippensegment 7 der Rippe 4 festverbunden ist, gegenüber dem Holm 1 verdrehbar. Die zwischen den Rippen 4 bis 6 befindlichen Zwischenräume 23, 24, 25 und 26 sowie die Zwischenräume 27 bis 29 zwischen den ersten und den zweiten Rippensegmenten sind vorteilhaft mit elastischem Material ausgefüllt, wogegen die Rippensegmente selbst aus hartem Material sind, das sich auch unter dem Einfluß hoher Fliehkräfte nicht oder nur geringfügig elastisch verformt.

Das Propellerblatt ist von einer auf den Rippen 4 bis 6 bzw. Rippensegmenten 7 bis 12 aufliegenden, elastischen, dünnen Schicht 30 umgeben.

Eine weitere Ausführung der Erfindung ist den Fig. 2 und 3 zu entnehmen.

Ein Propellerblatt gemäß der Fig. 2 besitzt einen torsions- und biegesteifen Holm 40, auf dem Rippen 41, 42 drehbar gelagert sind. Jeder dieser Rippen besitzt der Profilkontur entsprechend geformte flache Elemente 43, 44, 45, von denen das Element 43 die Blattnase und das Element 45 die Blatthinterkante des Propellerblattes bilden. Demgemäß sind die Elemente 43 und 45 kastenartig praktisch geschlossen geformt, wobei ihre dem Holm zugewandten, innenliegende Wände durch Überlappung der Enden 46, 47 bzw. 52, 53 der flachen Elemente 43, 45 gebildet sind. Das mittlere Element 44 ist aus zwei U-förmigen Teilelementen 54 und 55 zusammengesetzt, deren Schenkel 48, 49 bzw. 50, 51 sich ebenfalls überlappen und dadurch die beiden Elemente 54 und 55 einen geschlossenen Kasten bilden. Als Verstelleinrichtung zum Verdrehen der Rippen 41, 42 auf dem Holm 40 dienen zwei parallel zu dem Holm 40 verlaufende erfindungsgemäße Stabelemente 56 und 57.

Jede Rippe 41, 42 besitzt zwei nebeneinander angeordnete, in Rippenlängsachse und senkrecht zum Holm 40 verlaufende Rippenstäbe 60, 61, die mit jeweils einem Lagerring 58. 59 fest verbunden sind, mit denen sie auf dem Holm 40 drehbar gelagert sind. Die Lagerringe 58 und 59 umfassen den Holm 40. Die Stabelemente 56 und 57, die beidseitig zu dem Holm und parallel zu diesem verlaufen sowie in gleicher Weise ausgebildet und angeordnet sind, wie das Stabelement 20 der Fig. 1, sind von den Rippenstäben 60,61 durchgriffen, wobei die Stabelement 56 und 57 Langlöcher 62, 63 bzw. 64 und 65 aufweisen, die bei der Veränderung der Blattverwindung eine gewisse Beweglichkeit der Stabelemente 56 und 57 bezogen auf die Rippenstäbe 60 und 61 gestatten.

Über die beiden Rippenstäbe 60 und 61 werden die einzelnen Rippen 41, 42 um ihre Rippenlängsachse tordiert. Mit anderen Worten: Über die Langlöcher 62, 62; 64,65 sind die Stabelemente 56, 57 mit den Rippenstäben 60, 61 verbunden und leiten auf die Rippenstäbe und damit auf die Rippen die Verstellkräfte ein.

Die Rippenstäbe 60, 61 verlaufen durch die sich überlappenden Enden der Elemente 43,44,45, so daß auch die Elemente 43 bis 45 mit den Rippenstäben 60,61 verbunden sind.

Wenn diese von den Stabelementen 56 und 57 auf dem Holm 40 unterschiedlich verdreht werden, daß sich die Stabelemente 56, 57 auf eine Schraubenlinie einstellen und die Rippenstäbe 60,61 dieser Verstellung folgen müssen, verdrehen sich die als Rippensegmente dienende Elemente 43 bis 45 gegeneinander und in sich, so daß eine glatte Gesamtoberfläche gebildet wird. An zwei Stellen 66, 67 sind die Teilelemente 54 und 55 gegen von außen einwirkende, die Profilkontur verändere Kräfte auf den Lagerringen 59, 58 abgestützt. Das Propellerblatt ist von einer auf den Elementen 43 bis 45 aufliegenden dünnen elastischen Schicht 68 umgeben (siehe Fig. 2).