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Luftschraube. Bei großen Luftschrauben zum Antrieb durch mehrere Motoren
kommt es besonders auf ein geringes Gewicht an. Auch müssen solche Schrauben verstellbare
Flügelblätter haben, um sich der wechselnden Betriebskraft anzupassen.
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Zu diesem Zweck sollen die Flügelblätter möglichst nicht durch Biegungs-
und Torsionskräfte beansprucht sein, namentlich nicht bei Metallschrauben, deren
Werkstoff durch fortwährende Biegungsbeanspruchungen ermüdet. Diese Bedingung erfüllt
die Schraube mit frei schwingenden Flügelblättern und richtiger Schwerpunktslage.
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Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelblätter durch ein in
gewisser Entfernung von der Achse liegendes Kugelgelenk mit der Nabe verbunden sind,
das eine Drehung des Blattes um die Längslinie und in beschränkterem Maße ein Schräglegen
des Blattes nach allen Seiten ermöglicht, zu dem Zweck, um eine Verstellung des
Propellers von Hand zu gestatten und um eine selbsttätige Einstellung des Flügelblattes
in die Resultante aus Zentrifugal-, Luft- und Motorkraft herbeizuführen.
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Abb. z zeigt. eine (beispielsweise) zweiflügelige Luftschraube im
Schnitt quer zur Achse. Ein Flügelblatt ist abgenommen, das andere ist in eine Ebene
ausgebreitet und in die Zeichnungsebene gedreht. Abb. 2 zeigt ein Flügelblatt nebst
Nabe in Seitenansicht in Betriebsstellung.
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Abb. 3 zeigt einen Schnitt durch Nabe und Kugelgelenk in- größerem
Maßstab.
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Abb. 4 gibt ein Flügelblatt von der ver längerten Mittellinie aus
gesehen. -Die Teile der Schraube sind: z. die Nabe r mit den Stümpfen für die Flügelblätter,
die exzentrisch aufgesetzt sind, '°2-. das Gleitstück z, das die gleitenden Kugelflächen
a a und b b trägt. Der Mittelpunkt des Kugelgelenks ist p. Den Flächen
a a und b b entsprechen gleiche Flächen der Nabe z bzw. des Deckels
3, 3. der in den Nabenstumpf eingeschraubte Deckel 3. Er trägt die dem Gleitstück
bei b b entsprechend geschliffene Kugelfläche. Hier wird die Zentrifugalkraft abgefangen.
Das Gleitstück hat rings um den Nabenstumpf so viel Spielraum, daß es sich in kleinem
Winkel nach allen Seiten schräg legen kann, 4. das in das Gleitstück :2 eingeschraubte
Übergangsstück 4, das eine entsprechend geformte Randleiste zur Befestigung des
Mantels 5 trägt, 5. der Mantel 5 des Flügelblattes aus Blech oder Holz mit Profilquerleisten,
6. die Beschwerungsleiste 6 am vorderen Rand des Mantels, die Verbindungsstange
7, welche den
Ansatz an dem Gleitstück 2 mit dem Haltestück 8 durch
Kugelgelenke bei e und d verbindet, B. das Haltestück 8, das entweder behufs Verstellung
des Schraubenblattes von Hand längsbeweglich ist oder fest, wenn eine Verstellschraube
nicht erforderlich ist, g. die Ölpumpe g mit den Leitungen, io. die Ölhaube io.
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Das Nabenstück i hat zwei (oder mehr) exzentrisch aufgesetzte Stümpfe,
in welche die Deckel 3 eingeschraubt sind. Die Exzentrizität e ist derart bemessen,
daß das Produkt aus e und der Zentrifugalkraft Z gleich ist dem motorischen Moment
M, das das Schraubenblatt aufzunehmen hat: M - e # Z.
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Das ist die Bedingung, daß sich das Schraubenblatt - in der Projektion
auf die Drehungsebene (Abb. i) gesehen -in die Verlängerung des Stumpfes
einstellt, und es ist dann nicht erforderlich, dem Schraubenblatt einen großen Spielraum
für seine Ausschläge zu geben, was einen Mehraufwand an Gewicht verursachen würde.
Auch ist dann der Stumpf selbst nur auf Zug beansprucht und kann leichter gebaut
sein.
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Das Gleitstück 2 bildet in dem Teil a a, b b einen -Ausschnitt
aus einer Kugelschale mit dem Mittelpunkt p. Das mit dem Gleitstück 2 starr verbundene
Flügelblatt kann sich infolgedessen innerhalb des vorhandenen Spielraums nach allen
Seiten schräg legen,* indem es sich um p dreht, und kann sich -in die Resultante
aus Zentrifugal-, Luft- und Motorkräften einstellen.
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Um ein Drehungsmoment übertragen zu können, müssen die Kugelgelenke
einen gewissen Abstand von der Achse haben. Die Stellung der Flügelblätter beim
Betriebe ist ruhiger bei größerem Abstand der Gelenke.
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Die Bedingungen dafür, daß das Flügelblatt völlig frei ist von Biegungs-
und Torsionsbeanspruchungen, sind folgende: i. Die Schwerlinie des Flügels inuß
eine Gerade sein und durch den Mittelpunkt des Kugelgelenks gehen.
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2. Die Angriffslinie der Luftkräfte muß mit der Schwerlinie zusammenfallen.
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Um die zweite Bedingung zu erfüllen, muß man ein Profil wählen, dessen
Luftangriffspunkt sich mit der Veränderung des Luftstoßwinkels nicht oder mindestens
nur wenig ändert. Die üblichen gebogenen Profilformen erfüllen diese Bedingung nicht.
Dagegen gibt. es Profile mit gerader Mittellinie und etwas stumpfem Kopf, wie sie
in Abb. 4 gezeigt sind, die in dieser Beziehung und auch durch ihre aerodynamische
Leistung befriedigen. Der Schwerpunkt des Blattes muß dann mit der Lage der Luftkraftresultante
zusammenfallen. Zu diesem Zweck ist es notwendig, an der Vorderkante ein Gewicht
anzubringen, etwa in Form einer Stahlleiste oder ähnlich. Somit besteht das Flügelblatt
aus einem durch Querleisten in bekannter Weise versteiften Mantel aus Blech, Holz
oder sonst geeignetem Stoff und aus einer an der Vorderkante liegenden Belastungsleiste,
derart, daß die Schwerlinie eine Gerade ist und mit der Angriffslinie der Luftkräfte
zusammenfällt. Da die Beschwerungsleiste an der Vorderkante aus baulichen Gründen
gerade sein muß, so ergibt sich als Form des Flügelblattes ein Trapez, das sich
mit seiner bxeiten Parallelseite an das Übergangsstück q. der Nabe anschließt mit
Profilen, die um gerade Mittellinien symmetrisch sind und sich gegen die Flügelspitze
zu ähnlich bleibend verkleinern. Diese Form hat außerdem den Vorteil leichter Herstellung,
da man den Mantel aus einer Blechplatte herstellen und an der Hinterkante vernieten
kann, ferner einer soliden, leicht kontrollierbaren Befestigung an der Nabe.
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Geringe Abweichungen hiervon sind statthaft, da das, wie beschrieben,
gebildete Flügelblätt eine hohe Biegungs- und Torsionsfestigkeit besitzt.
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Das Flügelblatt ist gegen Drehung durch die Schubstange 7 am Punkt
c gehalten. Die Schubstange ist zur Schraubenachse annähernd parallel, und der Punkt
c liegt so, daß er-wesentlich näher der Achse ist als der Mittelpunkt p des Kugelgelenks,
und daß er, in der Querprojektion gesehen, auf der nämlichen Seite der Blattlängslinie
liegt wie die Hinterkante des Blattes (Abb. z).
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Die Wirkungsweise ist die folgende: Wenn sich das - Schraubenblatt
um den Punkt p dreht, so macht -der Punkt c die entgegengesetzte Bewegung wie die
Spitze des Blattes.
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Neigt sich das Blatt in der Querebene (in Abb. i nach rechts oder
links), so macht der Punkt c seitliche Bewegungen. Dabei ändert sich die Länge der
Linie c-d praktisch-nicht; eine solche Schwankung hat also keinen Einfluß auf die
Einstellung des Flügelblattes.
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Neigt sich das Flügelblatt aber nach vorn oder hinten, so macht der
Punkt c die umgekehrten Bewegungen in der Richtung der Schubstange 7. Da er aber
durch die Schubstange 7 festgehalten ist, so wird das Flügelblatt gedreht, und zwar
so, daß bei einer Vorwärtsneigung der Luftstoßwinkel verkleinert wird, und umgekehrt
bei einer Rückwärtsneigung. Dadurch werden aber die Luftkräfte verändert, und zwar
wird bei einer Vorwärtsneigung die vorwärts treibende Kraft vermindert und bei einer
Rückwärtsneigung vermehrt. Die auftretenden Kräfte sind erheblich, und die Wirkung
ist daher so, 'wie wenn das Blatt außen zwischen starken Federn eingespannt wäre.
Besonders wichtig ist diese
Einrichtung für das Fahren von Kurven.
Hierbei haben die frei schwingenden Schraubenblätter die Tendenz, ihre erste Schwin-.
gungsebene beizubehalten. Dreht sich nun die Nabe allein für sich, so schlagen die
Blätter bei jeder Umdrehung heftig Born und hinten an die Anschläge. Die Einrichtung
begrenzt diese Schwingungen auf ein @urschädliches Maß.
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Ein wesentlicher Vorteil des frei schwingenden Schraubenblattes liegt
darin, daß die Achse und das Getriebe der Luftschraube geschont werden, da die Schraubennabe
bei Schwankungen der Drehgeschwindigkeit, z. B. infolge von Fehlzündungen des Motors,
vermöge ihres geringen Trägheitsmoments leicht folgen kann, ohne die Schraubenblätter
sofort mitzunehmen. Nur ein geringer Prozentsatz des Gewichts der Schraubenblätter
kommt am Mittelpunkt des Kugelgelenks als träge Masse zur Wirkung. Daher ist das
wirksame Trägheitsmoment des Propellers außerordentlich klein, und die Frequenz
der Torsionsschwingongen der Welle so hoch, daß man nicht wie im Schiffbau besondere
Rücksicht auf die Gefahr "von Resonanzerscheinungen nehmen muß, vielmehr kurze und
leichte Schraubenwellen anwenden kann.
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Die Gleitflächen b b, die im Betriebe unter dein hohen Druck
der Zentrifugalkraft stehen, müssen gut geschmiert sein. Es ist daher eine Druckpumpe
9 vorgesehen, die Öl zwischen die Gleitflächen preßt. Das überschüssige
01 sammelt sich in der Ölhaube io (Abb.3) und wird durch das Saugrohr S wieder
zurückgeführt.
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Der Antrieb der Pumpe kann auf irgendeine bekannte Weise, z. B. durch
ein Planetenradgetriebe oder durch ein Windrädchen, erfolgen.