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Schaufelrad und Verfahren zu seinem Betrieb.
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Bei Verwendung von Dampf. wird dieser selbstverständlich ausserhalb des Schaufelrades in einem
Dampfkessel erzeugt, ebenso wird die elektrische Energie von einem ausserhalb des Schaufelrades laufenden
Stromerzeuger geliefert. Flüssigkeits-oder Gasdruck kann aber durch geeignete Pumpen oder Kom- pressoren erzeugt werden, welche entweder ausserhalb des Schaufelrades oder im rotierenden Schaufelrad selbst oder auch an dessen verlängerter Welle angeordnet sein können. Sie werden mit Vorteil so aus- geführt, dass sie die Radumdrehung mitmachen, dadurch werden die sonst zur Überleitung der Druck- flüssigkeit auf das rotierende Rad erforderlichen Stopfbüchsen vermieden.
Der Antrieb dieser Pumpen oder Kompressoren kann vom Schaufelrad selbst oder von einer anderen
Maschine abgeleitet werden. Ferner kann die für die Schaufelbewegung erforderliche Energie einer einzigen
Energiequelle, z. B. einer einzigen Pumpe, für das ganze Schaufelrad entnommen werden, es können aber auch Gruppen von je zwei oder mehr Schaufeln in geeigneter Weise zusammengefasst und von einer gemein- samen Energiequelle aus gespeist werden. Schliesslich kann auch für jede Schaufel eine separate Energie- quelle vorgesehen sein. Wo zwei oder mehr Schaufelräder angeordnet sind, kann der Energiestrom für jedes Rad getrennt oder für mehrere Räder gemeinsam erzeugt werden, ferner ist es möglich, die jeweils synchron miteinander zu bewegenden Schaufeln mehrerer Räder von gemeinsamen Energiequellen aus zu betreiben.
Die Schaufelmotoren unterliegen einer zweifachen Steuerung : sie müssen eine periodische Bewegung bei jeder Umdrehung des jades ausführen (z. B. bei der normalen Fahrt eines Schiffes geradeaus), wozu eine primäre Steuerung erforderlich ist und diese primäre Bewegung muss meistens durch Eingriff von aussen variiert werden können, um das Schaufelrad zu steuern, d. h. seinen Arbeitsvorgang den jeweils vorliegenden Bedürfnissen anzupassen, z. B. bei Wenden des Schiffes. Hiezu ist eine sekundäre Steuerung erforderlich.
Beide Steuerungen können bereits auf die Energiequellen einwirken, so dass Energieströme ent- stehen, welche in jedem Zeitpunkte gerade die für die zu erzielende Schaufelbewegung erforderliehe Stärke haben. Dieses Verfahren hat den Vorteil, keine unnötigen Energiemengen zu erzeugen und zu vernichten und kann z. B. bei Übertragung mittels Druckflüssigkeit in der Weise ausgeführt werden, dass der Antrieb der Pumpen nach derselben Gesetzmässigkeit erfolgt, welche für die Bewegung der Schaufeln gewünscht wird.
Ein anderes grundsätzlich hievon verschiedenes Verfahren besteht darin, Energieströme von kon- stanter und reichlicher Stärke zu erzeugen und die Steuerung an einer beliebigen Stelle zwischen Energie- erzeuger und Schaufelmotor darauf einwirken zu lassen, so dass seinerzeit durch Drosselung der Überschuss vernichtet wird und dem Motor nur so viel Energie zufliesst, als zur Erzeugung der gewünschten Schaufel- bewegung erforderlich ist.
Motoren, welche, wie z. B. Drucköl oder Druckluftmotoren, kein genau synchrones Mitlaufen mit der Steuerung gewährleisten, können mit Rückführungen oder anderen Einrichtungen ausgestattet werden, welche entweder ständig oder in gewissen Zeiträumen die durch Undichtheiten und andere Ur- sachen entstandenen Abweichungen der Schaufelstellung von der Stellung der Steuerung korrigieren und die Schaufeln mit der Steuerung wieder synchronisieren. Bei Anwendung von elektrischen Motoren kann dieses Synchronisieren nach einer grossen Anzahl von an sich bekannten Verfahren, die teils aus der Technik der Wechselstrommaschinen, teils aus der Hochfrequenztechnik bekannt sind, durchgeführt werden.
An den Motoren angreifende Steuerungen und Rückführungen können als mechanische Getriebe ausgebildet werden, wobei aber ein Teil der durch die Erfindung bekämpften Nachteile wieder in Erscheinung treten würde, allerdings in wesentlich geringerem Umfange, da ja Steuerungen und Rückfüh- rungen mit einem verhältnismässig geringen Energieaufwand betätigt werden können. Um aber auch diese mechanischen Getriebe zu vermeiden, können die Steuerungen und Rückführungen elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betrieben werden. Dabei kann es z. B. von Vorteil sein, die Schaufelmotoren mit Drucköl zu betreiben und die Steuerung elektrisch zu übertragen oder auch andere Kom- binationen der verschiedenen Übertragungsmittel anzuwenden.
In der Zeichnung soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt ein Schaufelrad im Schnitt durch die Achse. Von den sechs Schaufeln des Rades sind nur die in der Schnittebene liegenden Schaufeln 1 und 2 sowie die hinter der Schnittebene liegenden 3 und 4 sichtbar. Jede Schaufel ist um eine zur Radachse parallele Achse drehbar. Die Schaufel 3 ist um die Achse 5-6 drehbar. Am Radkörper 7 sind die Elektromotoren 8 befestigt, deren bewegliche Teile mit den Schaufeln festgekuppelt sind. Diese Motoren können den Schaufeln entweder eine gleichförmige oder ungleichförmige Rotation oder eine Schwingbewegung erteilen, je nach ihrem inneren Aufbau und dem zeitlichen Verlauf des zugeführten elektrischen Stromes.
Der Strom wird den Motoren über die Kabel 9, Schleifringe 10, Bürsten 11 durch das Kabel 12 zugeführt, welches zu dem in der Zeichnung nicht dargestellten Stromerzeuger und den Steuerungsorganen führt. Die Anzahl der erforderlichen Schleifringe und Bürsten richtet sich nach der Schaufelzahl, dem Bewegungsgesetz der Schaufeln und der zur Verwendung kommenden Stromart.
In Fig. 2 und den zugehörigen Schnitten Fig. 3 bis 6 nach den Linien A-B, C-D, E-F der Fig. 2 ist ein hydraulischer Schaufelmotor mit elektrischer Steuerung und Rückführung dargestellt (in Fig. 2
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ist je eine der vier Öffnungen des Manteldrehschiebers 22 in die Zeichenebene gedreht dargestellt). Der Scha. uMscha. it M trägt den Flügelkolben 15, welcher in dem zylindrischen Gehäuse 16 drehbar abdichtet.
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und durch Schlitze eines Mantel-Drehschiebers 22 mit den Rohren 23 und 24 in Verbindung, durch welche die Druckflüssigkeit zu-bzw. abströmt. Der Drehschieber 22 wird durch den Drehmagnet 25 gesteuert, dessen jeweilige Stellung von der elektrischen Erregung der Feldmagnete 26 abhängt.
Durch das Kabel 27 werden die Feldmagnete mit der elektrischen Steuerung verbunden. Dreht sich der Drehmagnet 25 unter dem Einfluss der Steuerung, so öffnet der Drehschieber 22 die Durchströmschlitze 20 und 21, u. zw. so, dass die eine Zylinderseite mit dem Zuflussrohr, die andere mit dem Abflussrohr in Verbindung tritt.
Der Druckunterschied wirkt nun auf den Kolben 15 und verdreht den Schaft 14 samt der Schaufel, u. zw. im selben Sinn und um denselben Winkel, um den sich der Drehmagnet 25 gedreht hatte. Nach Zurücklegung dieses Winkels ist nämlich die gegenseitige Lage der Schlitze im Drehschieber und im Schaft 14 wieder dieselbe wie vor Einleitung der Bewegung, d. h. die Strömung ist unterbrochen und die Bewegung beendet. Dieser Motor hat demnach eine Rückführung, durch welche erreicht wild, dass die Bewegung der Schaufel eine genaue Kopie der Bewegung des Drehmagnete wird.
Es wurde bereits früher darauf hingewiesen, dass es verschiedene Möglichkeiten gibt, um den Syn- chronismus zwischen der primären und sekundären Maschine des Schaufelantriebes zu sichern, und es sei dies noch an zwei in den Fig. 7 und 8 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen illustriert.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 soll ein Synchronisierungsverfahren beim Betrieb des Schaufelrades zeigen, bei welchem jeder Schaufelmotor zeitweilig einen Impuls erhält, der die Schaufel in eine gewisse Stellung zu führen sucht, wobei die Auslösung dieses Impulses von der Primärmaschine, die zu diesem Schaufelmotor gehört, oder im allgemeinen von der Energiequelle oder auch der Steuerungsvorrichtung selbsttätig stets dann erfolgt, wenn die Primärmaschine eine Stellung durchläuft, welche der oben genannten Schaufelstellung entspricht.
Mit 28 (Fig. 7) ist die Primärmaschine und mit 29 der Sehaufelmotor (Sekundärmaschine) bezeichnet und beide Maschinen seien z. B. als Drehkolbenmaschinen ausgebildet. Die Primärmaschine 28 besteht also im Wesen aus einem Gehäuse 30 mit Trennungswand 31 und einem im Gehäuse 30 hin-und herschwenkbaren Flügelkolben 32. Ebenso besteht die Sekundärmaschine 29 aus dem Gehäuse 33 mit der
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ist durch eine Leitung 36 mit der rechten Seite der Sekundärmaschine 29 und die rechte Seite der Primär- maschine durch die Leitung 37 mit der linken Seite der Sekundärmaschine 29 verbunden. Der Flügel- kolben 32 der Primärmaschine kann in irgendeiner Weise, etwa durch eine Schubstange 38, eine hin-und hergehende Bewegung erhalten.
Sind beide Gehäuse 30 und 33 und die Leitungen 36 und 37 mit einer Druckflüssigkeit gefüllt, so wird, wenn der Drehkolben nach links geschwenkt wird, die auf der linken Seite der Primärmaschine erzeugte Drucksteigerung durch die Leitung 36 auf die rechte Seite der Sekundärmaschine 29 fortgepflanzt, wodurch der Drehkolben 35 der Sekundärmaschine nach links geschwenkt wird, also in derselben Richtung wie der Drehkolben der Primärmasehine. Die aus dem linken Teil der Sekundärmaschine verdrängte Flüssigkeit strömt durch die Leitung 37 der rechten Seite der Primärmaschine zu.
Wenn nun durch iigendwelche Undichtheiten oder andere Zufälligkeiten der genaue Synchronismus der beiden Flügelkolben 32 und 35 gestört wird, so soll er selbsttätig wieder hergestellt werden und dies kann etwa folgendermassen geschehen :
An der Achse des Flügelkolbens 35 der Sekundärmaschine ist ein Arm 39 angebracht, an dessen Ende sich ein Kopf 40 befindet, der zwischen den Anschlägen 41 von Stangen 42 liegt, die in ihrer Längsrichtung verschiebbar gelagert und durch Federn 43 derart belastet sind, dass die Anschläge 41 gegen den
Kopf 40 des Armes 39 hin gedrückt werden. Die äusseren Enden der Stangen 42 besitzen hinter den Lagern 44 Anschläge 45, die die Bewegung der Stangen 42 gegen den Kopf 40 hin derart begrenzen, dass der Kopf 40 in der Mittellage durch die Federn 43 keinen Druck erhält.
Das Gehäuse 30 der Primärmaschine besitzt einen Kanal 46, der in der Mittelstellung des Drehkolbens 32 den rechten und den linken Raum des Gehäuses miteinander verbindet, so dass also in dieser Mittelstellung ein Druckausgleich zwischen den beiden Kolbenseiten stattfinden kann. So oft daher der Drehkolben 32 der Primärmasehine diese Mittellage erreicht, werden vorübergehend die beiden Kolbenseiten miteinander verbunden und der auf den Sekundärkolben 35 ausgeübte einseitige Druck vorübergehend aufhören, so dass, wenn in diesem Zeitpunkte der Drehkolben 35 nach der einen oder anderen Richtung ausserhalb seiner Mittellage stehen sollte, die eine der beiden Federn 43 den Arm 39 und damit auch den Drehkolben 35 in die Mittelstellung bringen kann.
Der Drehkolben der Primärmaschine schliesst aber den Druckausgleichkanal 46 sofort wieder ab und zwingt den Sekundärkolben wieder zu Bewegungen im gleichen Sinne. Die geschilderte Einrichtung hat nur die Wirkung, dass bei jedem Hin-oder Hergange, sooft der Primärkolben in die Mittelstellung kommt, die jeweils unrichtige Stellung des Sekundärkolbens korrigiert wird. Selbstverständlich müsste die Stelle, an welcher diese Korrektur stattfindet, nicht gerade die Mittelstellung der Drehkolben sein
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