Titel: BEJEUHR: Versuchseinrichtungen zur Prüfung von Luftschrauben.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1912, Band 327 (S. 517–521)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj327/ar327162

VERSUCHSEINRICHTUNGEN ZUR PRÜFUNG VON LUFTSCHRAUBEN.

Von Paul Béjeuhr, Berlin.

(Fortsetzung von S. 501 d. Bd.)

Der Vickerssche Prüfstand für Luftpropeller besteht aus einem sorgfältig ausbalancierten Stahlausleger, der drehbar auf der Spitze einer gußeisernen Säule aufgehängt ist. Die einzelnen Aufhängungsstreben laufen nach einer stählernen Konsole zusammen, an der ein Rohr aus gewalztem Stahl befestigt ist. Am Oberende dieses Rohres befindet sich ein das Gesamtgewicht des beweglichen Teiles tragendes Kugellager; vier Horizontalrollen, die in gußeisernen Bügeln am unteren Ende des Stahlrohres laufen, dienen lediglich zur Führung.

Der Ausleger selbst besteht aus stählernen Winkelträgern; in seiner Mitte ist eine gedeckte Beobachtungsstation angebracht, in der ein Motor nebst den Registrierinstrumenten Aufstellung findet. Der Motor ist so dimensioniert, daß er zur Prüfung von bis zu 200pferdigen Luftschrauben benutzt werden kann.

Am äußersten Ende des Auslegearmes (Fig. 18) 33 m von seinem Mittelpunkt entfernt, befindet sich eine stählerne Plattform mit der Konsole und dem Kegelgetriebe zum Antrieb des Propellers. Der Propeller wird durch den im Beobachtungsraum stehenden Motor angetrieben; zur Kraftübertragung dient eine am Ausleger entlanglaufende Stahlwelle. Der Betrieb des Rundlaufs geschieht hier also nur durch den Propeller selbst. Das andere Ende des Auslegers läuft in einen Ballastbehälter aus, der in 16 m Radialentfernung angebracht ist und den ganzen Bau sorgfältig auszubalancieren gestattet.

Bei den Versuchen kann die Tourenzahl des Propellers zwischen 250 und mehr als 1000 i. d. Min. variiert werden; die Vorwärtsgeschwindigkeit durch die Luft wird durch Widerstandsschirme (Bremsflächen) reguliert, so daß alle Bedingungen der Praxis berücksichtigt und Geschwindigkeiten von 30 bis 112 km/Std. erreicht werden können.

Der Schub wird ähnlich wie oben beschrieben durch geringe achsiale Verschiebung der Propellerwelle mittels Winkelhebelübertragung aufgezeichnet; die eingeleitete Arbeit durch Messung des Elektromotors. Das Vorgelege ist umsteuerbar, so daß sich die Leistungsfähigkeit von Luftschrauben auch für die Rückwärtsfahrt bestimmen läßt.

Der Prüfstand ist so eingerichtet, daß man an der vor dem Propeller liegenden Plattform eine Gondel zu befestigen vermag, so daß die hiermit erzielten Ergebnisse ganz die gleichen wie auf einem Luftschiff mit einem Propeller am Hinterende der Gondel sind. Hierbei kann der Propeller in genau entsprechender Lage wie auf dem Luftschiff selbst angebracht werden.

Textabbildung Bd. 327, S. 517

Aber auch diese Versuche sind keineswegs einwandsfrei, denn bei allen diesen Vorrichtungen muß der Uebelstand mit in den Kauf genommen werden, daß die auf die Propeller und ihre Umgebung einwirkende Luft den Einflüssen der Zentrifugalkraft unterworfen ist, so daß die sich hieraus ergebenden Unklarheiten noch durch besondere Nebenversuche herausgeschafft werden müssen. Dieser Uebelstand veranlaßte schon die Siemens-Schuckertwerke, einen fahrbaren Prüfstand anzulegen, bei welchem mittels elektrischer Lokomotive die |518| zu prüfenden Schrauben während ihrer Vorwärtsbewegung nach Leistung und Schub geprüft werden. Die Prüfung geschah mittels eines auf einem Kreisgleis laufenden Wagens, wobei Propeller und Wagen für sich durch Elektromotoren angetrieben wurden, während die Messungen für die Leistung elektrisch, für den Schub hydraulisch vor sich gingen.

Die Einrichtung eines großen Kreisgleises sowie die Meßvorrichtungen bedingen die Vor- und Nachteile dieser Messungen: Zunächst ist der große Vorteil in Rechnung zu ziehen, daß die Messungen unabhängig von der herrschenden Windrichtung stattfinden können, sofern nur darauf geachtet wird, daß eine Messung wirklich über einen vollen Kreisumfang sich erstreckt. Die geringe Beeinflussung der Messung dadurch, daß die Luft sich noch von der vorherigen Messung in Bewegung befindet, kann bei dem großen Durchmesser des Gleises ohne weiteres vernachlässigt werden. Auch der verschiedenartige Einfluß der Propellerflügel, die infolge der stetigen Achsenverlagerung auf dem Kreisbogen einmal auf der Innenseite, dann wieder auf der Außenseite des Kreisbogens arbeiten, ist nur von untergeordnetem Range. Anders ist es mit der Messung selbst bestellt. Die elektrische Messung der Leistung aus dem Stromverbrauch des Elektromotors, so verlockend sie auf den ersten Blick erscheint, ist doch recht ungenau. Die für die Uebertragung nötigen Zahnradgetriebe, Cardangelenke usw., die naturgemäß ebenso wie die Kraftwelle nach der Höchstleistung dimensioniert werden müssen, bringen große und unkontrollierbare Arbeitsverluste mit sich, die außerdem noch erheblichen Schwankungen unterworfen sind. Es ist außerdem zu beachten, daß die elektrischen und mechanischen Leergangswiderstände bei vielen Schrauben wesentlich größer ausfallen werden als die notwendige Antriebsleistung, so daß der Elektromotor nur mit wenigen Bruchteilen seiner Höchstleistung beansprucht wird und der Wirkungsgrad desselben dann natürlich außerordentlich schwankt. Diese Fehler lassen sich zwar in gewissen Grenzen durch empirische Eichung eliminieren, aber niemals völlig.

Textabbildung Bd. 327, S. 518

So kam man denn immer wieder auf die von Ferber bereits durchgeführten Fahrversuche zurück, die bei geeignetem Ausbau tatsächlich als die besten erschienen. Es stellten sich einer großzügigen Ausführung nur die |519| erheblichen Kosten entgegen; aber auch dieser Punkt wurde überwunden, als durch die finanzielle Unterstützung seitens der Ausstellungsleitung der Ersten Internationalen Luftschiffahrt-Ausstellung Frankfurt a. M. 1909 – der IIa – auf Anraten ihrer wissenschaftlichen Kommission unter Leitung des Professors Dr. Wachsmuth ein besonderer Luftschraubenwettbewerb ins Leben gerufen werden sollte. Nunmehr war der geeignete Zeitpunkt gekommen, die Errichtung einer modernen Anforderungen genügenden Schraubenprüfvorrichtung in die Wege zu leiten und Professor Dr. Prandtl, der als Leiter der aerodynamischen Versuchsanstalt in Göttingen bereits große Erfahrungen auf dem Gebiete luftfahrttechnischer Untersuchungen gesammelt hatte, wurde mit der Ausarbeitung der Entwürfe betraut, während die konstruktive Durchführung dem Verfasser – seinem derzeitigen Assistenten – übertragen wurde. Als Bedingungen für den Entwurf wurde Folgendes aufgestellt:

1. Der Meßbereich der Propeller in Dimension, Umdrehungszahl und Drehrichtung soll tunlichst groß sein.

2. Die Propeller sollen nach Möglichkeit unter Verhältnissen geprüft werden, die denen ihrer späteren Arbeit im Luftfahrzeug ähnlich sind.

3. Die Prüfungen sollen (wenigstens teilweise) auf dem Ausstellungsgelände vor sich gehen.

4. Die Anlage muß durch wenige Aenderungen in eine ortsfeste Prüfeinrichtung umzuwandeln sein.

Textabbildung Bd. 327, S. 519

Punkt 1 wurde durch Rundfragen bei den größeren am Luftfahrzeugbau beteiligten Firmen und mit Rücksicht auf bisher übliche Ausführungsarten dahin erledigt, daß als größter Propellerdurchmesser 5 m der Einrichtung zugrunde gelegt werden sollte, während die Propellerwelle in jeder Drehrichtung zwischen 200 und 1200 Minutenumdrehungen noch mindestens 60 PS abgeben mußte. Auf die gleichzeitige Erprobung zweier gegenläufiger Schrauben hintereinander (wie sie z.B. in der Geschäftsstelle für Flugtechnik in Lindenberg von Dr.-Ing. Bendemann ortsfest durchgeführt wird) wurde Verzicht geleistet.

Begingung 3 war wohl für die Durchführung des Entwurfs die bestimmendste und schwerwiegendste. Es mußte das erste Projekt fallen gelassen werden, die Versuche mittels eines Wasserfahrzeuges oder Gleitbootes vorzunehmen, wie es bereits von der Zeppelin-Gesellschaft und dem Luftschifferbataillon erfolgreich versucht wurde und wie es Major Professor von Parseval anzuwenden gedachte. Die letzten Erfolge der Franzosen im Bau von Stufengleitbooten mit ihren hohen Geschwindigkeiten ließen gerade von dieser Ausführung viel erhoffen: bei ruhigem, strömungslosem Wasser geringe Reibung, selbst bei den größten Geschwindigkeiten ungefährdetes Fahren und endlich die Möglichkeit (richtige Dimensionierung des Wassers nach allen Richtungen vorausgesetzt) durch passende Wahl des Ausgangspunktes stets gegen den Wind zu fahren, wodurch eine große Gleichartigkeit des Luftwiderstandes sich ergeben würde. Allerdings ist einer späteren Umbaumöglichkeit der heutigen Anlage doch schon gleich Rechnung getragen, indem der ganze Oberbau als ein starres Ganzes ausgeführt wurde, das sich jederzeit in geeigneter Weise mit einem Bootskörper verbinden läßt; jedoch wurde auch beim letzten Umbau wieder ein Wagen vorgezogen.

Die zu erwartenden Fahrgeschwindigkeiten erforderten folgerecht eine Gleisführung und diese wieder eine ganz bestimmte Fahrrichtung. Dadurch ergab sich die erste Schwierigkeit – die wechselnde Windrichtung und ihr Einfluß auf die Prüfungsergebnisse. Diese Schwierigkeit ließ sich zum Teil dadurch überwinden, daß zur Fahrt ein Gleis in der Hauptwindrichtung benutzt wurde, und daß offizielle Prüfungen nur bei 20 v. H. Seitenwind, die aus einer Skala der am Wagen befestigten Windfahne zu ersehen waren, vorgenommen wurden.

Textabbildung Bd. 327, S. 519

Weiter war die für den Antrieb erforderliche Kraftquelle ein Punkt umfangreichster Erwägungen. Es lag nahe, das Fahrzeug elektrisch zu betreiben und auch die Messungen in dieser relativ einfachen Form vorzunehmen; Stromzuführung durch Oberleitung verbot sich durch die |520| große lichte Höhe von nahezu 6½ m und die dadurch erwachsenden Kosten von selbst; Schleifdrähte seitlich (bei gleichzeitiger Benutzung des Schienenstranges als Rückleitung) durften ohne kostspielige Schutzvorrichtungen für Personal und Publikum auf keine behördliche Genehmigung rechnen und eine Unterleitung in der bekannten Straßenbahnausführung wäre ebenfalls an den großen Kosten gescheitert. Hierzu kam noch, daß ein elektrischer Betrieb sofort eine erhebliche Mehrbelastung des Wagens nach sich zog, was einem anderen erstrebenswerten Grundprinzip widersprach. So wurde denn als Antrieb ein Benzinmotor vorgesehen, wodurch eine beliebige Verpflanzung der Anlage erreicht wurde.

Die Erfüllung von Punkt 2 ließ es zweckmäßig erscheinen, wenn der Wagen in der Frontansicht eine tunlichst geringe Fläche bietet, jedenfalls aber stets eine gute Führung der Luft ohne Anlaß zur Wirbelbildung gewährleistet (Fig. 19 bis 22). Die Befolgung dieser Grundregel führte bei den Getrieben zu den bojenförmigen Einkapselungen, weil hier – in der Nähe der Schraube – eine gute Luftführung besonders notwendig erschien. Da die Grenzen für die Dimensionen der zu prüfenden Schrauben im Interesse der Brauchbarkeit der Anlage sehr weit gesteckt waren, mußte ein leichter Lauf des Wagens unbedingt angestrebt werden, eine Eigenschaft, die wieder zurückwirkte auf die Erreichung möglichst kleiner Gewichte.

Textabbildung Bd. 327, S. 520

Der Bestimmung 4 ließ sich in einfacher Weise dadurch genügen, daß der sehr standsicher gebaute Wagen an den Rädern durch passende Holzkeile festgeklotzt wurde.

Der ursprüngliche Gedanke an ein Stirnräder-Wechselgetriebe (wie im Automobilbau üblich) wurde fallen gelassen, weil bei den großen Kräften und Umdrehungszahlen eine zu große Abnutzung und zu viel Geräusch zu befürchten war und weil ferner das Wechseln der Tourenzahl über gewisse Grenzen hinaus bei demselben Propeller kaum in Frage kam. Der Berechnung zugrunde gelegt wurde ein Maximal-Propellerschub von 300 kg und ein größterforderliches Drehmoment von 300 mkg an der Propellerwelle. Die in verschiedenen Ebenen gelagerten Motor- und Propellerwellen führten folgerecht zu zwei Kegeltrieben mit einer senkrechten Achse. Bei 1800 Motortouren ergeben sich dann entsprechend den Uebersetzungen 5/40, 9/40, 15/40, 27/40: 225, 405, 675, 1215 Propellerumdrehungen. Weil sich aber die festgesetzten Geschwindigkeitsgrenzen nur bei einer Abgabe von 60 PS verstehen, am Motor dagegen 100 PS bei 1800 Touren zur Verfügung stehen, lassen sich durch Veränderung der Motortourenzahl innerhalb einer Uebersetzung verhältnismäßig weite Variationen einstellen.

Das obere Getriebe und seine Einzelteile dienen aber gleichzeitig einem weiteren Zweck, der ihre Formgebung und Ausführung wesentlich gestaltete – sie sollen nämlich die Messung zweier für die Bewertung der Schrauben wichtigen Größen ermöglichen: des Propellerschubes und des zu seinem Betriebe notwendigen Drehmomentes. Am besten wird sich dies auf der schematischen Zeichnung (Fig. 22) erklären lassen. Auf dem mit dem Rahmen festgefügten, trapezförmigen Bock befindet sich ein bewegliches Parallelogramm, das die Propellerwelle trägt. Uebt nun die Schraube einen Druck aus, so hat das Parallelogramm das Bestreben, nach vorn umzukippen, woran es aber durch einen Winkelhebel nebst Druckstange gehindert wird, so daß zwischen dem Druck in dieser Stange und dem Propellerschub ein bestimmtes Verhältnis besteht. Das zur Verhinderung einer Seitenbewegung mit dreieckigem Querschnitt ausgeführte Parallelogramm trägt nun auf der Propellerwelle das ganze obere Gehäuse, die senkrechte Welle mit ihren zwei Cardangelenken erlaubt immerhin ein bedeutendes Pendeln dieses Gehäuses. Wird nun der Propeller angetrieben, so hält die Reaktion seines Drehmomentes sein Antriebskegelrad zurück und veranlaßt das Gegenrad der senkrechten Welle, sich auf ihm abzurollen. Bei diesem Abrollen nimmt nun das im Gehäuse festgelagerte Rad dieses mit, bringt es also zum Ausschlagen, bis wieder eine Druckstange dieser Reaktion das Gleichgewicht hält. Durch diese verhältnismäßig einfachen Vorrichtungen können die beiden Werte: Schub und Drehmoment des Propellers direkt an der Antriebswelle abgenommen werden.

Um die Versuche gefahrlos für die Umgebung vornehmen zu können, sollten die Propeller einer Schleuderprobe |521| unterworfen werden, bei der die zulässige Tourenzahl um 20 v. H. überschritten werden sollte. Zu diesem Zweck und um den Wagenmotor u.s.f. verwenden zu können, wurde ein besonderer Schleuderkasten gebaut, in welchen der betreffende Propeller eingefahren wurde. Durch kräftige Bohlen und eine ½ m dicke Sandschicht wurde ein allseitig geschlossener Raum geschaffen, der etwa abfliegende Flügel schadlos aufnehmen konnte und die Arbeit leicht vernichtete. Diese Einrichtung hat sich nicht vollständig bewährt, der starke Schleuderkasten schützte beim Auseinanderfliegen das Personal und die Umgebung zwar absolut, aber Schrauben, die die Schleuderprobe mit Erfolg bestanden hatten, rissen zuweilen in der Fahrt auseinander, und zwar lag der Grund darin, daß die Erhöhung der Tourenzahl mit dem gleichen Motor nur durch völlige Einkapselung des Propellers möglich wurde, d.h. daß derselbe nur durch Zentrifugalkräfte, nicht aber durch gleichzeitige Schubkräfte beansprucht wurde. Für die Prüfung in der Fahrt muß aber in Anbetracht der Sicherheit des Personals gute statische und dynamische Ausbalanzierung, sowie genügende Zuverlässigkeit gegen Auseinanderreißen unbedingt gefordert werden. Es würde sich daher empfehlen, auf einem einfachen Bock mittels Riemenantrieb durch starken Motor den Propeller unter angenäherter Kontrolle des Schubes mit vielleicht 15 bis 20 v. H. Ueberlastung anzutreiben. Drei bis vier in Abständen von je 100 mm voneinander angebrachte Schutzringe von grobmaschigem Drahtnetz, weich aufgehängt, bieten einen hervorragenden und billigen Schutz beim Zerreißen.

(Fortsetzung folgt.)

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