Flügelschraube, insbisondere für hydrometrische Flügel

'EP.1XRCHIEF

-W..

321162

11111110101

Enna A: Ott, Kempten (Bayern;

J, eutschland)

eschoo/

of-r

Die Erfindung bezieht sich a,tif eine

Kii-gelschraube mit unmittelbar an der

Fliigel-nabe ansetzenden Schraubenblattern, Arelehe inSbesondere fiir hydrometrische Fliigel

5 stimmt jedoch gegebenenfalls such, fiir

bige andere Zwecke geeignet ist.,

' Hydrometrische Fliigel, welche das Haupt=

anwendungsgebiet der Erfindung bilden, die-nen zur Bestimmung der Wassergeschwindig-40 keit in verschiedenen Profilpunkten von

Stro-mungskanalen, z. B. von ,offenen Wasser.

laufen, Turbineneinlaufen oder

Turbinen-druckrohren. Sie besitzen einen meist schrau--benformig ausgebildeten Propeller oder eine

Fliigelschraube, die sich entsprechend der

Wassergeschwindigkeit mehr oder weniger rasch urn ihre Achse dreht. Die Umdrehimgen

Lab. v. Scheepsbouwkunde

Technische Hogeschoot

Nr. 321162

--Xn4

SCHWEIZERISCHE ElDGENOSSE0ellt

lEliDGENOSSISOIES ANT FOR GEISTIGES EIGENTUNV

, GesUch

PAT ENITSC H RI FT

eingereicht: '21. Mdi 1951, 19 Uhr _{Patent eingetragen: 30. April 1957} (Prioritat:, Deutschland, 11. Mai 1951)

, .

Flizgel4cheitube, insbesomiere fur hydrometiisch0 Fliigel

Verbfferillicht am 15. 1957

Hermann Ott, Kempten (Bayern, Deutschland), ist als

HAUPTVATENT

tende Wirbel _{oder dergleichen vorhanden}

sind, wie sie z.. B. bei Hindernissen in einem FluBquerschnitt 'oder in Turbineneinlanfen 35 rCgelmaBig vorkommen, dann ergeben die be: kannten Fliigelschrauben falsche Mer3resul-tate. Bei Schragstromung diirfen die Instra-mente nur die Geschwindigkeit messen, welche

sich in der Richtung der FluBachse, das heiBt 40"

also senkrecht 2itm MeBprofil, ergibt. Diese

Geschwindigkeit entspricht der

Maximal-geschwindigkeit, .multipliziert mit dem Cosi,

nus des Winkels, unter dem die Stromung

gegen die FluBachse geneigt ist. 45

Die _{bisher bekanntgewordenen} Fliifol-schrauben erfüllen diese Bedingung niehti

sondem ergeben schon bei

Schraganstrii-mungswinkeln von wenigen Graden

Mindei--anzeigen. Obwohl seit vielen Jahrzehnten ver- SO,

sucht wurde, besser wirkende Fliigelsehratb ben herzustellen, waren alle diesbezUglichen Bemilhungen bis jetzt immer erfolglos.

Durch die Erfindung wird bezweckt,

IVIangel der bekannten Fliigelschrauben und 55

hydrometrischen Fliigel zu beseitigen. Es

wurde gefunden und.durch Schleppversuche urn Eichkanal.bei Se h raganstromungswinkeln

von a his 900 von einer sehr groBen Anzahl

yon Fliigelformen bestatigt, daB es durch

richtige _{Kombination und Bemessung be.}

stimmter Faktoren moglich ist, Fliigelschrau,,

ben zu schaffen, welche auch bei

SchrEg-anstromungeit in eine,m erheblichen WinkelF der Fliigelschraube kiinnen beispielsweise

mit-tels einer auf der Propellerachse angeordne-20ten Schnecke mechanisch oder elektrisch aid em n Zahlwerk iibertragen werden, welches die Drehzahl der Fliigelschraube innerhalb einer Zeiteinheit zahlt oder registriert. Darau.s

er-gibt sich die Wassergeschwindigkeit entspre-" s chend dem fur ,jede Fliigelschraube durch

ichung ermittelten Umlaufwert.

Die bisher bekannten FlUgelschrauben

ge-statten nur bei rein axialer Anstromung des, hythometrischen. FlUgels eine korrekte und o genaue Messung der Wassergesehwindigkeit L

Wenn dagegen schrag zur Fliigelachse

ver-laufende Stromungen oder periodisch

auftre-5 Juni he- belie-de ft diese 60

bereich genaue .oder annahernd genaue MeB-resultate liefern.,

Die Erfindung beisteht darin, daB..jecles.

Schraubenblatt nach einer Flaehe geformt

5 ist, welche durch Verschraubung einer gore.=

den Erzeugenden entsteht und daa das Ver-haltnis zwischen dem in Prozenten gemesse-nen rberdeckungsgrad U und dem Neigung,s.

winkel fl der Erzeugenden mit einer

Senk-so rechten zur Fliigelschraubenachse em n soldhes

ist, daB, wenn U als Abs_zisse und als

Or-dinate aufgetragen Wird, die Punkte in einer von zwei Hyperbeln begrenzten Flache lie-.

gen, welche Hyperbeln definiert ,sind durch is die Formeln

2400 . 2400

und P2 =

- - 33

U

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung 20 ist es vorteilhaft, bei Verwendung von gera-den Anstromungskanten der

Schraubenblat-ter den Offnungswinkel y dieser

Anstro-mungskanten zwischen 120 mid '1800 zu wah-- len. Ferner ist es zweckmaBig, die Mille der

25 vordern VerschluBkappe der Fliigeinabe,

wenn eine solehe Kappe vorhanden ist, nicht

groBer a.ls den halben Nabendurchmesser zu

wahlen.

Fliigelschrauben, welche die verstehenden

30, Erfindungsmerkmale aufweisen, haben die

Eigensehaft, bei Schraganstromungen bei

mehr oder weniger groBen AnstrOmungswin-keln die Geschwindigkeitskomponente in der FluBachse korrekt zu messen, so daB sie auch bei Abweichungen von der rein axialen An-stromung richtige MeBergebnisse liefern.

In einer sehr groBen Zahl von

Schlenp-versuchen im Eichkanal wurde das Verhalt en

einer groBen .Anzahl von Fliigelschrauben-o mFliigelschrauben-odellen bei SchraganstrFliigelschrauben-omungen innerhalb

des Winkelbereiches von + 60 bis 60° experimentell untersucht, wobei die Forraen .. der Fliigelschrauben ReinaB der Erfindnag

gefunden wurden,,

In der Zeichnurig sind bekannte

schrauben und Ausfiihrungsbeispiele des Er.-findungsgegenstandes dargestellt.

2

-Fig. 1 zeigt schematisch 1le Anordnung -des ersten aus: einem hydrometrischen

bestehenden Beispiels in- einem Wasserlimf sok mit Schraganstromungen

Fig. 2, 2a "Zeigen in Seitenansicht bzw. Vorderansicht eine dieses Beispiel bildendei

Fliigelschraube,

Fig. 3, 3a Zeigen in Seiten- und Vorder- ss ansicht eine weitere Fliigelschraube.

Fig. 4, 4a zeigen in Seiten- und Vorder

ansicht eine Halfte eines Beispiels.

Fig. 5, 5a zeigen in Seiten- und Vorder

ansicht em n Beispiel mit .einem eberdeckungs

--(Traci von etwa 115%.

Fig. Oa zeigen in Seiten- und Vorder arisicht em n Beispiel mit einem Uberdeckungs-grad Von etwa 60°/0...

-Fig. 7, 7a bis 10, 10a zeigen in -Fig. 7, 74 65 8, 8a und 9, 9a drei verschied.ene bekannt

Fliigelschrauben im Vergleich zu einem in

Fig. 10 10a veranschauliehten Beispiel den zugehorigen MeBdiagrammen Fig. lb bis 10b. Die MeBdiagramme zeigen die prozentua 70 len ' Mindera.nzeigen ill gegeniiber dem Soll4

-gesehwindigkeitswert als Ordinaten für die

Verschiedenen, 'Schriganstromungswinkel

Abszissen.

Fig.. 11 zcigt eine g,raphische Darstellitng 7.8

des' Bereiches der Erfindung fiir

'Midget"-schrauben mit verschiedenein eberdeckungsl-grad 11 und zugehorigem Winkel 13 der Erzei

genden.

Die schematische..-Darstellung- der :Fig. 1 80

=veranschaulicht beispielsweise einen FluBlaui

mit einem Hindernis, durch das eine Schriig-Stromung in der AnstrOmungsrichtung A her-vorgerufen wird. Die wirkliche Stroinung

mit einer Maximalgeschwindigkeit S ist hied- as, bei linter einem Winkel .4 gegen die Fluf3:

achse bzw. gegen die Langsachse des eing,e: banter,. hydrometrischen Fliigels F genci

Die zu messende Geschwindigkeit v . ergi sich hierbei aus der Gleichung

= S cos a

Das erste Beispiel gemall Fig, 2, 2a we. t zwei an einer Fliigelnabe 3 unmittelbar

ang+-setzte Schraubenblatter 1 .uncl- ,2 auf.'Dieie

,60 00 Fliigel-6, mit als V

sind je mien einer Flache geforint, welche dutch Versehraubung einer senkrecht zur

Flagelachse D stehenden geraden Erzeugen-den E1 entsteht. Es ist dabei gleichgilltig, oh .s die se Gerade durch die Fliigelachse geht oder

davor oder dahinter liegt: Die

Schrauben-fla,ehe entsteht dadurch, daB die gleichen

HiThenverschiebungen der erzeugenden Gera-den auch gleichen- Winkeldrehungen der zu 10 tormenden Schraube um ihre Achse entSpre-chen. Das MaB der Hohenverschiebung wah-rend einer vollen Umdrehung entspricht der Steigung der Schraube. Der Neigungswinkel

der Erzeugenden El mit der Fliigelsehrau-is benachse D Fliigelsehrau-ist hier gleich Null.

Der rbercleekungsgrad U, der das prozen-tuale Verhaltnis der Gesamtprojektionsflache

der Schraubenblatter 1 und 2 der

sehraube in axialer Richtung zu der gesatn-20 ten Ringflache zwischen dem AuBendurch-inesser der Fliigelschraube und dem Dureh-messer ihrer Nabe 3 ist, betragt hier gemes-sen in Prozenten 115%. Der von der Fliigeb nabe halbierte Kegelwinkel y der geraden An-25 stromkanten K betragt 150°. Die Grenzwerte fiir den Neigungswinkel fi sind hierbei

fol-gende:

2400 2400

=

20,9 und /32

=

33 -= 12,1

115 ₁₁₅

30

Diese beiden Grenzwerte sind in Fig. 11 bei = 115% mit a und b bezeichnet.

Je nach der GroBe dieses rberdeckungs-grades U in Prozenten sollen die vordern, an-35 gestrOmten Flachen der Schraubenblatter in der -Richtung zur Schraubenachse mehr oder weniger hohl bzw. ohne Halting ausgebildet sein. Eine Hohlung wird dann gebildet, wenn die gerade Erzeugende einen Winkel 13> 0" 40 hat. Die schraffierte Flache in Fig. 11, in der die Werte von /3 liegen sollen, ist durch die zwei Hyperbeln, welehe durch die Formeln

2400,

2400

3P)

=

unc02=

.. 3

45

definiert sind, begrenzt.

Bei dem Beispiel gemati Fig. 3, 3a wird zur Formung der Schraubenflachen 1, 2 eine

senkrecht zur Sehraubenachse geriehtete

ge-rade Erzeugende EI verwendet. Man erhalt so 50

SehraubenvOrderflachen ohne Hohlung.. Der Winkel fl der erzeugenclen Geraden El ist iri dieser') Falle gleich Null. Der eberdeckungs-; grad U ist gleich 56°4. Daraus ergeben sich

die GrenZwerte -Air' den NeigungsWinkel 55

wie folgt

2400 2400

=

=43

'Lind

=

33= 10

56 56

Auch cliese beiden GrenZwerte sind in Fig. ii 60

= 56°/o mit c und d bezeichnet. Der

Winkel y ist.gleich 150°.

Bei dem Beispiel getaB Fig. 4, 4a wird

als-gerade Erzeugende eine iin Winkel fl von

30°. zur Achsensenkreehten geneigte Gerade 65

verwendet; so erhalt man eine entspre-chend diesem Winkel mehr oder weniger

tiefe- Hohlung der

SchraubenblattvorderfI5,-chen. Der rberdeckungsgrad U ist gleich

75°/o. Hieraus .ergeben sich die Grenzwerte70

fiir den Neigungswinkel fi wie folg,t:

2400 2400

=

= 32 und

=

33=

75 75

I)ies ergibt die Punkte e, f in Fig. ii.75 Ferner sollen die vordern, geraden

Anstrii-mungskanten 5 der Schraubenblatter 1, 2

i.nnerhal.b eines Kegelwinkels -von 120 his

180° liegen. Die bisher bekaiinten

Fltigel-sehrauben wurden zwecks moglichst- ,guter so Abweisung von im Wasser schwirninendem Treibzeug stets mit einem ziemlich spitzen Kegelwinkel ausgebildet. Im Gegensatz dazti hat es sich erwiesen, daB der .Kegelwinkel, um eine gute kompensierende. Wirkung zu ss erzielen, stumpfer -als bisher iiblich zu wahlen

ist.

Das in Fig. 5 dargestellte

Ausfiihrungs-beispiel

der Erfindung zeigt eine

Fliigel-schraube von 12,5 cm Schraubensteigung auf 90

eine voile Umdrehung mit einem -Ober-cleckungsgrad U = etwa 115%. Die .Schrau-benflachen haben eine gerade Erzeugende E1, senkrecht zur Schraubenachse, also

entspre-chend Fig. 3, so daB der Winkel fi= 0 ist. 95 Der Kegelwinkel i betragt 150°. SchlieBlich

Flagel-bei

ist es zur Verbesserung der Wirkung

zweck-maBig, bei der AbschluBkappe 4 em n

bestimm-tes Verhaltnis von Durchmesser zu Lange ein-zuhalten. Die Mlle h dieser AbschluBkappe 5 soil nicht groBer als der halbe

Nabendurch-messer d sein.

Als weiteres Ausfiihrungsbeispiel der Er-findung zeigt Fig. 6 eine Fliigelschraube von 25 em Steig-ung auf eine voile Umdrehung mit lo einem ltherdeckungsgrad U = etwa 601/0. her

ist entsprechend Fig. 4 eine gerade

Erzeu-gende E2 unter einem Winkel fl von 300 'Terwendet worden. Der Kegelwinkel y betragt

auch hier 1500.

15 Die AbschluBkappen 4 sind in beiden

Fallen so flach ausgebildet, daB die Hale h der Abschluakappe kleiner als der halbe Na-bendurchmesser d ist.

Fig. 7 zeigt die Form einer bekannten

20 Flagelschraube mit 17 cm Schraubensteigung,

= etwa 401/0, fi = 0° und = etwa 90°. Das

daru.nter dargestellte Diagramm zeigt in den Ordinaten die Abweichung der tatsachlichen Geschwindigkeitsa,ngaben dieser Schraube in

25 Prozenten gegentiber den Sollwerten bei

Schragstromungswinkeln von 0 bis 50° in den

Abszissen.

Fig. 8 zeigt eine andere bekannte

FRigel-schraube mit 25 cm Schraubensteigung,

30 U = etwa 650/0, /3 = 00 und y = 1000.

Dar-unter ist

wieder des Fehlerdiagramm bei

Schragstromung,swinkeln von 0 his 600/0 ein-gezeichnet

Fig. 9 zeigt eine weitere bekannte

schraube mit 25 cm Schraubensteigung, = etwa 601/0, fi = 0° und y = etwa 100°.

Das Diagramm clarunter zeigt die

prozen-tualen Abweichungen gegendber den

Soll-werten bei den verschiedenen Anstromung,s-40 winkeln von 0 his 50°. Wie man sieht, sind die Fehler bei den bekannten Fliigelschrau-ben bei Schragstromungen sehr erheblich, so dali sich genaue Messungen bei

Schragstro-mungen mit solchen Fliigeln nicht durch-45 fahren lassen.

Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 10 eine Aus-fiihrungsform der Erfindung, bei welcher der Winkel 13 zwar auch 00 betragt, wobei a.ber der Cberdeckungsgrad U = etwa 1151/0 und

der Kegelwinkel = 160° ist. Das zugehorige so

Diagramm laBt erkennen, daB eine solche

Fliigelschraube bis zu Schraganstromungs-winkeln von 50° praktisch fehlerfreie Mea-ergebnisse liefert. Bei Flugelschrauben gemaB der Erfindung mit einem rberdeckungsgrad 55 unter 1000/0 und einer entsprechend groBe-ren Hohlung der vordern Schraubenflachen, also groBerem Winkel /3, erhalt man ebenfalls entsprechend giinstige Resultate (Fig. 6).

PATENTANSPRUCH 60

Flugelschraube mit zwei unmittelbar der Flugelnabe ansetzenden Schraubenblat-tern, insbesondere für hydrometrische

dadurch gekennzeichnet, daB jedes Schrau-benblatt naeh einer Flache geformt ist, wel-che durch Verschraubung einer gera.den Er-zeugenden entsteht u.nd daB das Verhaltnis zwischen dem in Prozenten gemessenen t1ber-deckungsgrad U und dem Neigungswinkel

der Erzeugenden mit einer Senkrechten zur

Flligelschraubenachse em n solches ist, daB,

well U als Abszisse und /3 als Ordinate auf-getragen wird, die Punkte in einer von zwei Hyperbeln begrenzten Flache liegen, welche Hyperbeln definiert sind durch die Formeln

2400 2400

tfli

=

n id (32 =

UNTERANSPRUCHE

Fltigelschraube nacb Patentanspruch, So dadurch gekennzeichnet, daB der Offnungs-winkel y der geraden Anstromungskanten der Schraubenblatter zwischen 120 und 180° liegt. Fliigelschraube nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, daB die Mille der es vordern AbschluBkappe nicht groBer als der halbe Nabendurchmesser ist.

Firma A. Ott

Vertreter: Fritz Isler, Zurich

4 65 70 wendet y an

(

fig 2

fig f

Patent Nr. 321162 5 Blatter Nr. 1

fig

a

Fig.7

Ww3Q0f0 le to* 30 er

fig7b

Ef

30. 20. 0 IP tft W Sir

Figeb

,1111111111111111111 111111111111111 , 10 20 IIES1111111111INE11

.w41101tor.

14/-11.57:

rig va

El CA; IIIIII111111111111111 a 1110101111111111111u111 11111111111111111 11: 10 10 ,. MN ,,-o -1* Tr

41(744-figgb

Tbro-tr 10" 20' $7 0 to 30'

uIQIOb 7477

0.4oz

-fig7a

0-651 VIZ

NU

Fig&

11111111111/211110111141.11 ,

MinnaMini

,

IMPIMBMli

410

Fig. 9

12.1 Fig. 10 ir

rig.4a Fig. S a Fig. 6a Patent Nr. 321162 Patent Nr. 321162 5 Blotter Nr. 2 5 Blatter Nr. 3 3

Patent Nr. 321162 5 Blatter Nr. 5 o9e so% 100 150%

fig.

71