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Strömungsmaschine oder Windschraube mit automatisch
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verstellbaren Propellerflügeln Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine,
insbesondere eine Windschraube oder Windturbine, mit einem Rotor, der um eine Rotationsachse
drehbar gelagert ist und wenigstens eine während der Drehbewegung verstellbare Schaufel
oder einen verstellbaren Propellerflügel aufweist, der durch die auf deo Propellerflügel
einwirkenden Zentrifugalkräfte oder aerodynamischen Kräfte automatisch verstellbar
ist.
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Eine derartige Strömungsmaschine ist als solche bekannt, jedoch
weist
diese den Nachteil auf, daß der Verstellmechanismus unnötig kompliziert ist. Die
Erfindung zielt darauf ab, diesen Mechanismus wesentlich zu vereinfachen, indem
der Anstellwinkel resultierend von der Schrägstellung des Propellerflilgeis um eine
Achse, die auch als sogenannte Neigungsbewegungsachse bezeichnet wird, abgeändert
wird, wobei diese Achse'einen Winkel zu der Längsachse des Propellerflügels einschließt,
der von der Drehachse wegweist.
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Die Bezeichnung "Neigungsbewegungsachse" bezieht sich in dem vorliegenden
Zusammenhang sowohl auf ein Maschinenbauteil als auch auf eine geometrische Achse.
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Eine vorteilhafto Auslegung erhält man insbesondere dann, wenn der
zuvor genannte Winkel ein spitzer Winkel ist und wenn die Neigungsbewegungsachse
in einer Grundebene rechtwinklig zu der Drehachse liegt. Die Erfindung befaßt sich
insbesondere mit cr Weiterbildung von Windschrauben. Die Erfindung läßt sich bei
einer derartigen Strömungsmaschine sehr vorteilhaft verwirklichen, da man hierdurch
eine sehr einfach aufgebaute Windschraube erhält, die eine geringe Anzahl von Bauteilen
umfaßt, so daß eine solche Windschraube insbesondere für Entwicklungsländer geeignet
ist. Die erfindungsgemäße Ausbildung ist so getroffen, daß keine nachteiligen Drallbewegungen
oder Drehmomente auftreten, wie dies bisher bei der Vorgehensweise zum automatischen
Einstellen der Schaufel der Fall war.
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Die Schrägstellbewegung bzw. die Neigungsbewegung einer Schaufel oder
eines Propellerflügels sollte durch einen Anschlag begrenzt sein, der im Rotor vorgesehen
ist, so daß die Einstellbewegung innerhalb günstiger Grenzen gleichbleibend gehalten
werden kann, die von der Verwendung und der Auslegung abhängig sind. Ein weiterer
Vorteil der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine ist darin zu sehen, daß das Anlaufen
der Windschraube immer zuverlässig gewährleistet ist, da die Schaufel(n) sich
selbst
so einstellt(en), daß der Anstellwinkel zwischen der relativen Windrichtung und
der Schaufel ungefähr bei allen Betriebsbedingungen in der gleichen Größenordnung
bleibt. Übergroße Anstellwinkel werden somit insbesondere beim Anlaufen verhindert.
Winschrauben mit nicht verstellbarer Drehgeschwinw digkeit besitzen den Nachteil,
daß die Schaufeln einen zu großen Anstellwinkel bei geringen Geschwindigkeiten aufweisen,
obgleich die Luftschraube für hohe Drehzahlen eingestellt ist, was zur Folge hat,
daß sich die Strömung von der Schaufel ablöst, so daß ein Anlaufen unmöglich wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Paar
von Gewichten an dem Ende eines Querarmes quer zu der Ebene der Schaufel vorzugsweise
in der Nähe der Nabe angebracht, so daß man ein in Gegenrichtung wirkendes Einstellmoment
erhält, das um ein entsprechendes Ausmaß bei zunehmender Windschraubengeschwindigkeit
größer wird. In extremem Ailwen: dungsfällen könnte man hierbei selbst eine im wesentlichen
indifferente Position erreichen. In den meisten Anwendungsfällen reicht ein Einstellmoment,
welches von den Massenkräften der Schaufel selbst herrührt, aus, oder es reicht
aus, daß man diesem Drehmoment geringfügig entgegenwirkt, so daß die Kennlinie von
Drehmoment und Drehzahl der Windschraube einen es as sanfteren Verlauf hat. Dabei
erhält man als Ergebr.is, daß das Anlaufmoment größer wird.
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Gemäß.einer anderen Weiterbildung ist ein Propellerflügel an einem
bogenförmigen oder ungefähr halbmondförmig ausgebildeten Nabenabschnitt befestigt,
der um einen Lagerzapfen schwenkbar bzw. schrägstellbar ist, der längs der Neigungsbewegungsachse
verläuft. Somit kann der Nachstell- bzw. Einstellmechanismus ohne Schwierigkeiten
in einem stromlinienförmigen Nabengehäuse untergebracht werden, und weiterhin ist
es ohne Schwierigkeiten ebenfalls möglich, zwei oder mehr Schaufeln daran anzubringen.
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Bei dieser Ausführungsform geht ein nabenseitiges Ende einer
Schaufel
durch eine spaltförmige Öffnung in dem Nabengehäuse derart, daß die Begrenzungskanten
der spaltförmigen Öffnung einen Anschlag bilden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Dreiiwelle
mit Hilfe einer schwenkbar bzw. gelenkig verbundenen Innennabe innerhalb einer Außennabe
angebracht, die eine hohlzylindrische Gestalt besitzt und fest mit dem Propellerflügel
verbunden ist. Diese AusfUhrungsform ist insbesondere für Windschrauben geeignet,
die nur einen einzigen Flügel aufweisen.
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Dieser Flügel besitzt dann ein Gegengewicht zum Gewichtsausgleich,
und die Innennabe der Drehachse weist vorzugsweise eine äußere Gestalt in Form eines
Kugelgelenkes auf, das in einen hohlzylindrischen Körper eingebaut ist.
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Dieser Aufbau läßt sich dadurch erzielen, daß die Schwenk- bzw.
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Drehachse einen Lagerbolzen aufweist, der längs der Neigu'lgsbewegungsachse
angeordnet ist und in der zuvor genannten Ir.-nennabe oder dem zuvor genannten hohlzylindrischen
Körper festgelegt ist.
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Eine derartige Windschraube mit nur einer Schaufel besitzt den Vorteil,
daß man nur eine geringe Menge an hochwertigem Material zur Fertigung der Schaufel
benötigt, die bei einer hohen Geschwindigkeit umläuft, so daß man einen wesentlich
vereinfachin Aufbau erhält. Bei dieser Ausführungsform wird der Anschlag zur Begrenzung
der Schrägstellungs-Schwenkbewegung der Schaufel von einem Abschnitt des hohlzylindrischen
Körpers gebildet. Vorzugsweise sollten die Bauteile, die als Anschläge dienen, mit
einem elastischen Überzug überzogen sein, der zusätzlich noch eine Dampfungswirkung
ermöglicht.
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Die Schrägstellungsbewegung der Schaufel um eine geneigt liegende
geometrische Achse läßt sich auf verschiedene Art und Weise entsprechend der Einstellung
und Verstellung der Belegung
um die Neigungsbewegungsachse verwirklichen,
bei der eine gleichzeitige Verstellung um die Längsachse der Schaufel ui-jd um eine
Schwenlcachse erfolgt, die die Achse der Windschraube schneidet. Diese Ausführungsform
ist jedoch geringfügig schwieriger, besitzt jedoch den Vorteil, daß der Winkel,
um den die Schaufel bezüglich der Längsachse verdreht werden soll, nicht direkt
proportional zu dem Winkel zu sein braucht, um den sich die Längsachse der Schaufel
nach hinten neigt.
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Die Erfindung läßt sich auch für Radialturbinen verwenden.
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Hierbei sieht man vorteilhafterweise eine Ausgestaltung Vol', bei
der die Neigungsachse einen spitzen Winkel zu der Drehachse einschließt, während
die Propellerflügel in Fonn vo Schaufeln jeweils schwenkbar um einen Lagerzapfen
angeordnet sind, wobei die Lagerzapfen in einer Nabenscheibe festgelegt sind.
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die rechtwinklig zu der Drehachse angeordnet ist.
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Bei Luftschrauben mit radial angeordneten Schaufeln sowie allcl.
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bei entsprechend ausgebildeten Strömungsmaschinen kann ein Propellerflügel
oder eine Schaufel rnit wenigstens einer zusätzlichen Drehachse vorgesehen sein,
die ungefähr auf halber Strecke der Schaufel derart angeordnet ist, daß die Mitt
llinie der Drehachse im wesentlichen längs der Seite des örtlichen Propellerflügelprofils
zu liegen kommt. Das dabei varfolgte Ziel ist, die Biegebeanspruchung auf den Propellerflügel
oder die Schaufel auf einen niedrigen Wert herabzudrücken, da kein Drehmoment auf
den Flügel an der Stelle übertragen werden kann, an der das Gelenk angeordiiet ist.
Bei dieser Ausführungsform ist bezüglich der Propellerflügelabschnitte,die durch
ein zusätzliches Gelenk getrennt sind, zu beachten, daß eine Einrichtung zur Begrenzung
des Bewegungsausschlages vorzusehen ist, der sich aufgrund eines solchen zusätzlichen
Gelenkes ergibt. Diese Einrichtung Rnn beispielsweise von einem Bolzen gebildet
werden, der fest mit einem Propellerflügelabschnitt verbunden ist und unter Einhaltung
eines Spicles
in den Innenraum eines Hohlraumes in dem anderen
Propellerflügolabschnitt reicht. Auch hierbei sollten die Anschlageinrichtungen,
wie z.B. der Bolzen, vorzugsweise mit einer elastischen Schicht aus einem Material
überzogen sein, das gleichzeitig eine Dämpfungswirkung ermöglicht.
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Der Gewichtsausgleich des Rotors einer Windschraube mit nur eine Schaufel
läßt sich insbesondere derart.vereinfachen, daß man die Schaufel zuerst in ihre
horizontale Position bringt, in der sie mit Hilfe einer verstellbaren Längs schraube
ausgewuchtet wird, und daß dann der Flügel zusätzlich statisch mit Hilfe einer ähnlichen
verstellbaren Querschraube ausgermchet wird. Dasselbe Resultat erhält man auch bei
der Umkehr der zuvor beschriebenen Vorgänge. Dann verwendet man ein Gegengewicht,
das zwei mit Gewinde versehene Öffnungen aufweist, in welche unlösbare Stehbolzen
mit einer oder mehreren unlösbaren Mut -teer(.1) oder unlösbaren Schraubenbolzen
zum Ausgleich angebracht werden können. Die mit Gewinde versehenen Bohrungen sind
vorzugsweise rechtwinklig zueinander in der Ebene der Schaufel angeordnet, wobei
eine mit Gewinde versehene Bohrung längs der Längsachse des Flügels liegt.
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Die Erfindung wird nachstehend unterBezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung an bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Propellerflügels oder
einer Schaufel, die an einer Nabe befestigt ist; Fig. 2 zeigt in einem Diagramm
die Zuordnung der verschiedenen Winkel; Fig. 3 zeigt schematisch eine Windmühle
mit einer Windschraube mit einem einzigen Flügel und einem Gegengewicht; Fig. 4
zeigt die gelenkige Ausbildung der Nabe; Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht
einer Luftschraube, die zwei Schaufeln besitzt, die diametral einander gegenüberliegend
angeordnet sind;
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 5 gezeigte
Vorrichtung; Fig. 7 zeigt den Nabenabschnitt eines Flügels mit einer Schaufel mit
einem Gegengewicht und Abschirmungen; Fig. 8 zeigt einen Flügel mit einer Schaufel,
wobei Ausgleichsbolzen vorgesehen sind; Fig. 9 ist eine detaillierte Ansicht der
Schraubenbolzen tald Muttern, die zum Auswuchten bzw. zum Gewichtsausgleich für
die in Fig. 8 gezeigte Vorrichtung bestimmt sind; Fig.1O ist eine schematische Ansicht
einer Schaufel mit enem zusätzlichen Gelenk; Fig.11 ist eine Querschnittsansicht
durch das zusätzliche Gelenk in Fig. 10; Fig.12 ist eine Vertikalschnittansicht
durch eine Radialturbine, die nach der Erfindung ausgestattet ist; Fig.13 zeigt
in einem Schaubild mehrere Kennlinien einer Luftschraube gemäß der Erfindung; Fig.14
zeigt schematisch den Zusammenhang zwischen den Schrägstellungsbewegungen bei eIner
in den Fig. 15 und 16 gezeigten abgewandelten Ausführungsform; Fig.15 ist eine perspektivische
Ansicht einer weiteren Aus führungsform nach der Erfindung; und Fig.16 ist eine
Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 15.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Schaufel 1, die auf
einer Nabe 2 angebracht ist, die um einen Schaft 3 drehbar ist, der in Richtung
der z-Achse ausgerichtet ist. Eine querverlaufende Ebene, die die a-Achse und die
b-Achse umfaßt, liegt rechtwinklig zu der z-Achse. Mit 4 ist die Neigungsbewegungs-
bzw. Anstellachse bezeichnet, die ähnlich in der Ebene liegt, die von den Achsen
a und b' gebildet wird, die jedoch zu der b'-Achse einen Winkel einnimmt. Die Längsachse
der Schaufel trägt die Bezugsziffer 5. Die Längsachse schließt
einen
Winkel ß zu der b'-Achse ein. In Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen den verschiedenen
Winkeln näher aufgezeigt.
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Fig. 3 zeigt eine Windschraube mit einer einzigen Schaufel oder einem
einzigen Blatt, das mit 6 bezeichnet ist, die um die Welle 3 drehbar ist, die in
der Figur im Querschnitt gezeigt istw Ein Gegengewicht 7 ist der Schaufel 6 an der
anderen Seite der Drehwelle 3 gegenüberliegend angebracht.
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Fig. 4 verdeutlicht, wie sich die Schwenk- bzw. Schrägstellungsbewegung
der Schaufel bzw. des Flügels 6 um die Nelgungsbewegungsachse 4 verwirklichen läßt.
Hierzu ist ein Konus 8 am Ende der Welle 3 vorgesehen, der mittels eines Keiles
9 und einer Mutter 10 an der Innennabe 11 befestigt ist. Diese Nabe weist einen
Gelenkbolzen 12 auf, der in Durchmesserrichtung einen Hohlraum 13 durchzieht und
dessen Enden an einem hohlzylindrischen Körper 14 befestigt sind, der in den Nabenabschnitt
15 der Schaufel eingepaßt ist. Mit 16 ist der Abschnitt bezeichnet, der zu dem Gegengewicht
7 verläuft, was in Fig. 4 nicht gezeigt ist. Innerhalb des hohlzylindrischen Körpers
14 ist eine rohrförmige Außennabe 17 mit zwei Muttern 18 und 19 an dem Nabenabschnitt
15 der Schaufel über ein Schraubgewinde an der AuBenseite der Außennabe befestigt,
die sich zu beiden Seiten hin erstreckt.
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Die beiden Enden der Außennabe sind ebenfalls ähnlich mit einem Gewinde
versehen, so daß zwei zusätzliche Gewichte 20 und 21 so angebracht werden können,
daß sie sich mit Hilfe der Schraubgewinde ein- und verstellen lassen. Die Gewichte
20 und 21 wirken jeder Neigung des Flügels entgegen, eine Lage senl=recht zu der
Welle einzunehmen. Die Drehnloment-Drehzahlkennlinie der Windschraube läßt sich
somit auf sehr einfache Art und Weise verändern. Wenn man einmal die genaue Einstellung
und Justierung erreicht hat, werden d.ie Gewichte 20 und 21 feetgelegt, so daß diese
fortan nicht mehr verschiebbar sind.
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In Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht in auseinandergezogener
Darstellung gezeigt, an welcher die Erfindung anhand einer Luftschraube mit zwei
Schaufeln bzw. Flügeln 22 und 23 erläutert ist. Jede Schaufel ist in einen halbm@ndförmigen
Nabenabschnitt 24 oder 25 eingebaut, der um einen gedenkbolzen 26 oder 27 bzw. einen
Lagerbolzen (Fig. 6) drehbar ist. Dr Lagerbolzen 26 ist starr an einem rechteckförmigen
Abschnitt 28 der Drehwelle angebracht. Distanzstücke 29 unter 30 sind innerhalb
derselben angeordnet und starr mit den halbmondförmigen Abschnitten 24 und 25 verbunden.
Die nabenseitigen Enden 31 und 32 der Schaufeln sind starr in diesen Abschnitten
24 und 25 festgelegt. Ferner sind sie von bundförmigen Teilen 33 und 34 umgeben,
die aus einem elastisdlen rIaterial mit Dämpfungsseigenschaften bestehen. Diese
bundförmigen Teile ragen durch die Öffnungen 35 und 36, die in dPii stromlinienförm
gen Gehäuse 37 ausgebildet sind, in welchem der Einstellmechanismus untergebracht
ist. Die Distanzstücke 29 und 30 weist @.
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weils einen Querarm auf, der die Abschnitte 38 und 39 umfaßt, während
das Distanzstück 30 an den Enden der Gewichte 40 11 41 befestigt ist. Ein Dynamo
oder ein elektrischer Generator ist,mit 42 bezeichnet, innerhalb des Gehäuses vorgesehen
und liegt an dem rückwärtigen Teil des Nabenaufbaus. Die gesamte Einrichtung wird
von einem stromlinienförmigen Arm getragen.
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von dem nur das Oberteil gezeigt ist. Die Verlängerung des prismatischen
Schaftes 28 ist in Form einer Welle 44 ausgebildet, deren Ende an einem Lager 45
abgestützt ist.
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Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung,
so daß sich eine nähere Erläuterung dieser Figur erübrigt.
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Fig. 7 zeigt den Nabenabschnitt eines Flügels mit nur einer Schaufel.
Zusätzlich zu den eingangs genannten Vortei len htsitzt ein solcher Flügel den Vorteil,
daß die Schaufel mit Sicherheit in der Luft rotiert, die durch andere Flügel dazu
selben Rotors völlig unaufgewirkbelt ist.
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In Fig. 7 ist der sehr einfache Aufbau eines Flügels gezeigt, der
sich beispielsweise aus einer Holzart mit hoher Festigkeit, einem Kunststofimaterial,
einer Mischung aus Holz und Kunststoff oder auch aus Leichtmetall mit hoher Festigkeit
sowie einer Kombination dieser Materialien herstellen läßt. Eine Öffnung 46 kann
mit einer Hülse 14 versehen sein, die durch die Lagerplatten 47 und 48 festgehalten
ist, die mit Schrauben an den Seitenflächen der Schaufel über Bolzenöffnungen 49
und 50 befestigt sein können. Ein Gegengewicht 52 ist an dem unteren Ende des Nabenabschnitts
51 befestigt. Ein Stehbolzen 53 mit einer darauf befindlichen Mutter kann zum Gewichtsausglelcii
verwendet werden.
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Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht einer derartigen einschaufeligen Ausführungsform,
in welcher zusätzlich zu dem Stehbolzen 53 ein Stehbolzen 54 vorgesehen sein kann.
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Wie sich insbesondere Fig. 9 entnehmen läßt, ist das Gegengewicht
52 mit mit Gewinde versehenen Bohrungen 56,57 und 58 versehen. Die mit Gewinde versehenen
Bohrungen ermöglichen zusammen mit einer Anzahl von Muttern, daß der Flügel bzw.
die Windschraube exakt ins Gleichgewicht gebracht werden kann. Hierzu ist die Schaufel
auf einer horizontalen Welle in einem Lager abgestützt, das sehr leicht läuft. Die
Schaufel wird in d1e horizontale Lage gebracht und mit Hilfe des Stehbolzens 54
und der daran angebrachten Mutter oder Muttern in eine Gleichgewichtslage gebracht.
Erforderlichenfalls können zusätzliche Ringe an den Stehbolzen angebracht werden.
Dann muß der Flügel in jeder anderen Lage ins Gleichgewicht gebracht werden, was
man durch Heraus- oder Hineindrehen des Stehbolzens 53 überprüfen kann.
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Hierdurch wird die Schaufel statisch ins Gleichgewicht gebracht.
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Wie gezeigt, ist somit die Schaufel auch dynamisch ausgewuchtet.
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Die Neigungsbewegungsachse, die bei dieser Ausführungssorm beispielsweise
als Lagerbolzen 12 (Fig. 4) oder als Lagerbolzen 26 (Fig. 5) ausgebildet ist, weist
zusätzlich zu der Möglichkeit
der automatischen Einstellung und
Verstellung den Vorteil auf, daß die Materialbe anspruchung cn in den 'vchaufel
wesentlich geringer bleiben als bei einer Schaufel, die starr in einer Nabe festgespannt
ist. Selbstverständlich können mit einer Gelenkverbindung keine Drehmomente übertragen
werden, die in der Ebene auftreten können, in der das Gelenk wirkt. Dieser vorteilhafte
Effekt läßt sich weiterhin dazu ausnutzen, daß man an einem Flügel bzw. einer Schaufel
oder einer Schraubenblatt wenigstens ein zusätzliches Gelenk vorsieht, was in Fig.
10 in einer schematischen Ausbildung einer Schaufel gezeigt ist. Ein zweites Gelenk
59, dessen Gelenkachse 60 ungefähr parallel zur Neigungsbewegungsachse 4 verläuft,
ist hier im wesentlichen parallel zu der Neigungsbewegungsachse 4 ungefähr in der
Mitte der Länge der Schaufel vorgesehen. Die Schaufel ist somit aus zwei aerodynamisch
ausgebildeten Schaufelab.schnitten 61 und 62 zusammengesetzt, die eine Schwenkbewegung
in bezug aufeinander ausführen können.
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In der in Fig. 11 gezeigten Querschnittsansicht durch das Gelenk 59
läßt sich entnehmen, daß der Schaufelabsohnitt 62 einen Stift bzw. Bolzen 63 trägt,
der unter Einhaltung eines Spieles in einen Hohlraum 64 ragt, der in dern Schaufelabsclrnitt
61 ausgespart ist. Eine Anzahl von Federringen 65, deren Material zusätzliche Dämpfungswirkungen
hervorbringt, sind um das Ende des Bolzens 63 angebracht.
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Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht durch eine Radialströmungsmaschine,
wodurch verdeutlicht werden soll, daß die Erfindung nicht nur auf Strömungsmaschinen
mit axialer Durchströmung beschränkt ist. Die Maschine kann beispielsweise als Surbine
verwendet werden. Ein Gehäuse 66 nimmt einen Rotor 67 auf, der durch einen Schaft
68 in einem Lager 69 gelagert ist. Der Rotor 67 umfaßt einen im wesentlichen radial
ausgebildeten scheibenförmigen Körper, der an der Schaufelseite eine konische Fläche
70 besitzt. An dieser Fläche ist eine Anzahl von Schaufeln
71
in Form eines Rigmusters derart angebracht, daß die Schaufeln sich selbst mit Hilfe
des Schaufelfußes 72 einstellen können, indem dieser eine Schwenkbewegung um einen
Lagerzapfen 30 ausführt. Sobald durch den Einlaß 74 in das Gehäuse Betriebsmittel
eingeführt wird und durch den Auslaß 75 ausgelassen wird, stellen sich die Schaufeln
71 von selbst unter der Einwirkung der Zentrifugalkräfte und unter der Einwirkung
der hydrodynamischen Kräfte nach und ein. Führungselemente können innerhalb des
Einlasses 74 erforderlichenfalls vorgesehen sein.
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Eine derartige Maschine läßt sich nicht nur als eine Turbine, sondern
auch als eine Pumpe verwenden. In jedem Fall erhält man die Vorteile der automatischen
Nachstellung der Schaufelposition und ihre entsprechende Einstellung zu den StrSmungsbedingungen,
so daß sich die Strömungen nicht ablösen können, was weiterhin noch bedeutet, daß
bei mit Flüssigkeiten betriebenen Maschinen keine oder nahezu keine Kavitation auftritt.
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In Fig. 13 sind Kennlinien einer Windschraube gezeigt, die sich bei
der Erfindung erzielen lassen Auf der horizontalen Achse ist die Drehgeschwindigkeit
und das mit der Windschraube erzielbare Drehmoment ist auf der vertikalen Achse
aufgetragen.
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Der Kurvenzug 76 stellt die Kennlinie einer nicht regulierten Luftschraube
dar, d.h. eine Luftschrauben, die starr mit der Nabe der Drehwelle verbunden ist.
Die Kennlinie 77 bezieht sich auf eine Schaufel, die eine Neigungsbewegungsachse
besitzt und somit eine Schwenkbewegung ausführen kann. Dem Diagramm kann man entnehmen,
daß man hierbei einen beträchtlichen Drehmomer.tgewinn bei geringen Geschwindigkeiten
erzielt. Diese Steigerung des Drehmoments läßt sich noch dadurch verbessern, daß
man einen Querarm mit Gewichten an seinen Enden vorsieht. Ein derartiger Querarm,
der in den Fig. 5 und 6 mit 38 und 39 sowie mit Gewichten 40 und 41 gezeigt ist
und in Fig. 4 als hohltölrrr.iger Querarm 17 ausgebildet ist, auf den kreisringformige
Gewichts
20 und 21 aufgesetzt werden können, erzeugt die Wirkung,
daß man ein entgegenwirkendes Drehmoment bezüglich der Neigung einer Schaufel erhält,
daß diese eine Position rechtwinklig zu der Welle einnimmt. Dies bedeutet, daß der
Querarm dazu neigt, daß er ständig eine Lage in der Rotationsebene einnehmen will,
da in dieser Lage die Gewichte des Querarmes weitmöglichst von der Drehwelle entfernt
sind. Der Einfluß des Querarmes unterstützt somit die Wirkung der aerodynamischen
Kräfte, die ebenfalls dazu neigen, die Schaufr£I so weit wie möglich in die Ebene
der Drehachse zu verschwenken.
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Je schneller jedoch die Luftschraube rotiert, desto stärker werden
die Zentrifugalkräfte, die auf die Schaufel einvairken, so daß diese selbst dazu
neigt, daß sie sich dc Drehebene nähert. Das kann beispielsweise in Form einer Schwenkbewegung
um die Neigungsbewegungsachse 4 (siehe Fig. 1) auftreten, durch welche es möglich
ist, daß die Schaufel 1 sich vorwärts bewegt und sich der Ebene nähert, die rn den
Achsen a und b' gebildet wird.
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Die Ergebnisse, die man bei einer Schaufel erhält, die eine Neigungsbewegungsachse
sowie einen Querarm aufweist, sind durch den Kurvenzug 78 (Fig. 13) dargestellt.
Hierdurch erhält man ein wesentlich größeres Anlaufmoment.
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Die Schwenkung der Schaufel um eine geneigtc geometrische Achse läßt
sich auf verschiedene Art und Weise verwirklichen, und in den Fig. 15 und 16 ist
ein solches Prinzip aufgezeigt.
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Die Welle 79 der Luftschraube trägt eine Gabel 80, in der eine Schwenkachse
61 gehaltert ist. Diese Achse bzw. dieser Stift trägt eine Nabe 82, in welcher eine
Welle 83 drehbar gelagert ist. Die Welle 83 trägt die Schaufel 85. Die Welle 83
trägt ebenfalls ein konisch ausgebildetes Zahnrad 8, das auf einem Zahnkranz 85
abrol].en kann, der an der Gabel ngebracht ist. Die Geschwindigkeit nimmt zu, wenn
der Wind die Schaufel nach hinten drückt.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Schwenkbewegung der Schaufel um
dic Achse 4 in Fig. 3 ersetzt durch eine Schwenkbewegung um die Achsen 88 und 89
(siehe Fig. 14). Diese Ausführungsform ist etwas komplizierter, weist jedoch den
Vorteil auf, daß der Einstellwinkel # nicht proportional zu dem rückwärtigen Winkel
# zu sein braucht. Dies wird dadurch erreicht, daß das Zahnrad 84 exzentrisch auf
dem Lagerstift 83 angebracht ist, oder daß das Zahnrad 84 im Querschnitt nicht kreisförmig
ausgebildet und das Zahnkranzsegment 85 entsprechend daran angepaßt ist. Die Drehbewegung
um die Längsachse der Schaufel läßt sich auch mit Hilfe eines einfachen stangenförmigen
Mechanismus anstelle der konisch ausgebildeten Verzahnung verwirklichen. Eine derartige
Ausfuhrungsform ist so einfach, daß sie nicht dargestellt zu werden braucht.
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L e e r s e i t e