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Vorrichtung zur Bewegung eines ruderartig ausgebildeten Treibblattes.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bewegung eines ruderartig ausgebildeten
Treibblattes zur Fortbewegung von Schiffen, Luftfahrzeugen usw., dessen Achse eine geschlossene Bahn beschreibt, wobei das Treibblatt während der Zeit, in welche die Achse die genannte Bahn einmal ganz durchläuft, eine halbe Umdrehung um diese Achse ausführt.
Gemäss der Erfindung sind die die Bewegung der Treibblattachse in der geschlossenen Bahn hervorbringende Vorrichtung und die die Drehung des Treibblattes um diese Achse hervorrufende Vorrichtung unabhängig voneinander änderbar und ersetzbar.
Bei allen andern Antriebs- und Steuerungseinrichtungen können die zwei Komponenten, aus welchen sich die Bewegung des Treibblattes zusammensetzt, nicht getrennt werden, und es können daher bei diesen Einrichtungen keine eigenen Mechanismen für jede einzelne der beiden Bewegungskomponenten verwendet werden.
Die Erfindung bildet die Grundlage dafür, ein ruderartig ausgebildetes Treibblatt in einfacher Weise anzutreiben und zu steuern und dieses leicht zu behandeln, zu beaufsichtigen und zu reparieren, weil jede der eben genannten Vorrichtungen für sieh allein überwacht, nachgestellt und gegebenenfalls ersetzt werden kann und weil ausserdem die zuerst genannte Vorrichtung derart ausgeführt werden kann, dass der Antriebszapfen des Treibblattes in einer Ebene verschoben und dadurch seine radiale Entfernung von der Antriebswelle von einem positiven Höchstwert über Null zu einem negativen Höchstwert geändert werden kann, wodurch sich ohne Änderung den Drehungsrichtung die Fortbewegungskraft von einem positiven Höchstwert über Null zu einem negativen Höchstwert ändert.
Eine Anzahl Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, u. zw. zeigt Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine der Ausführungsformen, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform, in welcher die Bewegung der Treibblattachse in der ge- schlossenen Bahn in andrer Weise als mittels Kurbel oder Exzenter erhalten wird, Fig. 3 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 2, die Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die Bewegung der Treibblattachse in der geschlossenen Bahn wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 erhalten wird, wobei aber andere Vorrichtungen zur Drehung des Treibblattes im eingangs erwähnten Arbeitstakt angewendet werden.
Fig. 6 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Variante der Ausführungsform gemäss Fig. 4, Fig. 7 zeigt eine Variante der Fig. 6, Fig. 8 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform gemäss Fig. 6, wobei das Treibblatt von einem an der Schaukelbewegung teilnehmenden Motor angetrieben wird, Fig. 9 stellt einen Vertikalschnitt durch eine Variante der Fig. 8 dar, in welcher ein Motor die Drehung des Treibblattes um seine eigene Achse und ein zweiter Motor die Bewegung der Treibblattaehse in der geschlossenen Bahn bewirkt, Fig. 10 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Variante gemäss Fig. 8, in welcher das Treibblatt von einem ortsfesten Motor angetrieben wird, dessen Welle mit dem Schaft des Treibblattes gelenkig gekuppelt ist, Fig.
11 ist ein Vertikalschnitt eines Ausführungsbeispieles, in welchem die Drehung des Treibblattes diesem an der Stelle des Schaukelpunktes seines Schaftes mitgeteilt wird.
Die Fig. 12,13 und 14 zeigen Bewegungsdiagramme für Treibblätter verschiedener Breite, die Fig. 15 und 16 sind Vektordiagramme der Fortbewegungskraft. Fig. 17 ist ein Diagramm, welches schematisch die Treibblattbewegung zeigt.
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zylindrische oder eine kegelförmige Bahn beschreiben. Die erstere Bewegung tritt bei der in Fig. 5 dargestellten starren Verbindung der Treibblattaehse mit dem Antriebszapfen ein, die letztere bei der in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellten gelenkigen Verbindung.
Die Fig. 6-11 befinden sich auf Ausführungsformen, in welchen die Achse des Treiborgans ausschliesslich den Mantel eines Kegels beschreibt.
Ein nach den Grundsätzen der Erfindung gebautes Treiborgan, worunter das Treibblatt mit seinem Schaft zu verstehen ist, ist nicht auf eine bestimmte Antriebsweise beschränkt. Der Antrieb kann an einem oder mehreren der zu bewegenden Teile angreifen, und seine Ausbildung wird durch Erwägungen konstruktiver Natur, die Form des Fahrzeuges, den Einbau der Masehinenanlagen, die Art der Kraft- übertragung, die Weise, in welcher das Treiborgan eingebaut ist, u. s. w. bestimmt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist 1 eine in einem Lager 19 drehbare Antriebswelle, welche mit einer Kurbel 2 mit Gegengewicht. 3 und einem Kurbelzapfen 4 versehen ist. In einer Bohrung dieses Kurbelzapfens 4 ist der Antriebszapfen J für das Treiborgan frei drehbar aufgenommen und ist bei 14 gelenkig mit dem Treibblattschaft 15 gekuppelt, welch letzterer in einem mit dem Fahrzeug fest verbundenen Kugelgelenk 16, 18 frei schaukeln gelagert ist. Der genannte Schaft 7J trägt an einem Ende das Treibblatt 17. Ein den Kurbelzapfen 4 frei drehbar umschliessender Teil 6 trägt einen Bolzen 8, welcher bei 9 mit dem Teil 6 fest vernietet ist.
Eine Stange 7 ist mit dem Teil 6 fest verbunden oder aus einem
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Antriebszapfen a ein Zahnrad 13 fest verbunden oder mit diesem aus einem Stück hergestellt, während zwei mit diesen Zahnrädern kämmende, ein Ganzes bildende Zahnräder 11 und 12 auf dem Bolzen 8 frei drehbar sind. Die Zahnräder 12 und 13 haben eine gleiche Anzahl Zähne, während das Zahnrad 77 zwei- mal soviel Zähne hat wie das Zahnrad 10.
Die Wirkungsweise ist folgendermassen :
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nachstellbar macht, kann auch mit dieser Konstruktion die von der Achse des Antriebszapfens und damit auch die vom Treiborganschaft zu durchlaufende Bahn geändert werden, wobei die Nullage dadurch erhalten wird, dass man die Achsen der Exzenter 21, 22 und des Zapfens 4 zusammenfallen lässt. Statt der beschriebenen Bewegungsableitung mittels der Zahnräder 28, 29, wobei die Achsen des Zapfens 4 und des Antriebszapfens 5 nicht zusammenfallen, können selbstverständlich auch Übertragungen ange- wendet werden, bei welchen dies der Fall ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind Kegelzahnräder angewendet worden. Mit dem um den Kurbelzapfen 4 herum frei drehbaren Teil 6 sind eine Stange 7 und ein Zahnrad 34 fest verbunden,
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dem Kurbelzapfen 4 frei drehbar ist, trägt einen Körper 30 mit Zapfen H, auf welchen die Kegelräder 32 frei drehbar sind. Es ist hiebei erforderlich, dass die Kegelräder 33 und 34 eine gleiche Anzahl von Zähnen haben.
Bei Drehung der Welle 1 wird der Teil 6 mit dem Zahurad 34 mitgenommen, kann aber zufolge der Stange 7 nicht an der Umdrehung teilnehmen. Demzufolge wälzen sieh. gezwungen durch das an der Umdrehung teilnehmende Kegelrad 33, die Kegelräder 32 auf dem Kegelrad 34 ab. Die Kegelräder 32 nehmen den Körper 30 mit der halben Geschwindigkeit des Kegelrades 33 mit. Demzufolge macht der Antriebszapfen 5 wieder eine halbe Umdrehung bei je einer Umdrchung des Kurbelzapfens 4. Der Körper 30 kann als Ölbad ausgeführt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. Ï wird die Bewegung des Treibblattes mit Hilfe eines Zahnrades 3t ? und eines Zahnrades 36 mit Innenverzahnung erhalten. Das Zahnrad 36 hat zweimal soviel
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dem Antriebszapfen 5. Der Teil 6, in welchem der Antriebszapfen 5 frei drehbar angeordnet ist, kann als Ölbad dienen. Die Stange 7 ist mit diesem Teile 6 fest verbunden.
Die Wirkung stimmt mit derjenigen der andern Ausfuhrungsbeispiele überein. Bei einer Um-
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bewegung entsprochen ist.
Bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen kann die Stange 7 fortfallen, falls der Teil 6 derart erweitert wird, dass er freisehaukelnd. z. B. kardanisch, aufgehängt werden kann. Die Steuerung des Fahrzeuges, welche zuerst mit Hilfe der Stange 7 stattfand, kann nun an der Stelle der so gebildeten Schaukelpunkte erhalten werden. Die von der geometrischen Achse des Treiborgans beschriebene Bahn ist hiebei ausschliesslich kegelförmig. Ein Beispiel hieffir wird in Fig. 6 gegeben. Der Teil 6 ist zu einem aus zwei miteinander durch Bolzen 45 verbundenen Hälften bestehenden Körper. 37 erweitert, welcher derart aufgehängt ist, dass er wohl frei schaukeln, sich aber nicht frei drehen kann.
Die Zapfen 47 sind in einem Ring. 39 drehbar, welcher mittels zweier Zapfen 40 in dem Ring 41 mit Schneckenverzahnung drehbar ist. Der Ring 41 ist in der Büchse 44 des Fahrzeuges drehbar gelagert.
Durch Drehung der Welle 43 mit der Schnecke 42 ? wird der Körper 37 gedreht und das Fahrzeug gesteuert. Die Kurbel 2 ist kettengliedförmig ausgeführt und durch Auf-und Niederbewegen der Welle 1 im Sinn der Pfeile 38 verstellbar.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Lage hat die Kurbel : 2 einen Höchstwert des Ausschlages in positiver Richtung. Wird die Welle 1 aufwärts bewegt, so verringert sich dieser Ausschlag immer mehr bis zum Wert Null, bei welchem die Kurbel 2 lotrecht stellt. Durch Senken der Welle 1 kann der Kurbel 2 wieder ein Ausschlag, u. zw. auch in negativer Richtung, erteilt werden.
Durch das während des Arbeitens des Treiborgans ausführbare Verändern der Kurbelstellung ändert sich naturgemäss auch die von der geometrischen Achse des Treiborgans durchlaufende Bahn und damit der Fortbewegungskraftvektor von einem positiven Höchstwert über Null zu einem negativen Höchstwert, wie Fig. 15 zeigt, d. h. von voller
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Körpers. 37 mittels der Welle 43 ändert sich der Fortbewegungskraftvektor laut Fig. 16, so dass die Wirkung dieser Ausführungsform derjenigen nach Fig. 4 gleich ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist die Welle 4 um die verlängerte Welle 5 drehbar, so dass sie nicht durch den Körper. 37 unterstützt zu werden braucht. Die Zahnradübertragung ist ober dem Sehsukelpunkt 46 angeordnet.
In Fig. 8 wird das Treibblatt 17 unmittelbar von einem mitschaukelnden Motor 50 angetrieben.
Die Bahn der Treiborganachse kann durch Verschieben eines auf der Welle 4 festsitzenden Blockes 48 in dem Schlitz : 2 geändert werden. Damit ein genügender Raum für den Motor vorhanden bleibt, ist der hier bloss schematisch angegebene Mechanismus 49 (welcher z. B. gleich demjenigen der Fig. 6 ausgebildet sein kann) höher angeordnet. Die Art und Weise, in welcher die Länge der Kurbel geändert wird. ist beliebig (z. B. mit Hilfe einer Schraube oder Schnecke, eines Zahnsektors, eines S-förmigen oder schrägen Schlitzes, pneumatisch, elektrisch, hydraulisch usw. ). Es ist erforderlich, dass die Welle 4 und damit die Welle 1 sich zweimal so schnell dreht wie die Welle 5. Die Form und die Konstruktion des Körpers 37 sind beliebig, z.
B. kugel-oder fachwerkförmig oder aus einer Bügel-oder Stangenkonstruktion usw. bestehend. Die Welle 4 kann unmittelbar von dem Motor 50 angetrieben werden, falls der Mechanismus 49
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an der Welle 5 angeschlossen wird und verzögernd wirkt, u. zw. derartig, dass die Welle 5 sich mit der halben Geschwindigkeit der Welle 4 dreht. Die für das Fahrzeug gewünschte Geschwindigkeit und die
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schaft JJ ist hiebei mittels einer Kupplung 58 gelenkig mit der Welle 6 verbunden.
Die Welle 1 kann fortfallen, weil der Motor selbst den festen Punkt liefert, in bezug auf den die Schaukelung ausgeführt werden kann, u. zw. in Fig. 10 mittels eines-gegebenenfalls zum Ändern der Fortbewegungskraft laut Fig. 15
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mal so schnell dreht wie die Welle J, in Fig. 9 durch Verschieben eines Blockes 48 in einem schrägen Schlitz 2. Dieses Verschieben erfolgt hydraulisch durch Auf-und Abbewegen des Kolbens 60, in welchem die Welle 4 drehbar gelagert ist (Ändrung der Fortbewegungskraft nach Fig. 15) in dem Zylinder 59.
Es sind natürlich viele Variationen in der Konstruktion dieser Ausführungsformen möglich. So kann z. B. in Fig. 10 der Exzenter an der Stelle 56, 57 angeordnet sein, wobei dann der Körper 37 an der
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bewegungen des Treiborgans : Rotation und Schaukelung. Die Steuerung des Fahrzeuges kann dadurch erfolgen, dass die relative Lage eines der Teile der
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Fig. 11 gibt eine Ausführungsform, in welcher die Einrichtung zur Bestimmung des Arbeitstaktes 49 an einer beliebigen Stelle ausserhalb des Treiborgans angeordnet ist. Die Umdrehung des Treiborgans wird an der Stelle des Sehaukelpunktes mit Hilfe einer kardanischen Aufhängung 64 von der Schaukelbewegung freigemacht, welche dem Treiborgan mittels eines in einem Schlitz 2 verschiebbar
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einander abgestimmt werden, ist ganz beliebig, und es kann die hiezu dienende Einrichtung 49 irgendwo in der Linie der Bewegungsübertragung 6J untergebracht werden.
Die Fig. 12, 13 und 14 geben beispielsweise die Bahnen eines zu kleinen, eines richtig bemessenen
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auftreten, während der links des Punktes 0 herausragende Teil des Treibblattes der Fig. 14 bei jedem Schlage eine Gegenwirkung hervorbringen wird. Die Form des Treibblattes oder die Einstellung seines Schlages müssen deshalb derart bemessen werden, dass in dem günstigsten Betriebszustand jeder Punkt der gegenüberliegenden geraden Treibblattränder möglichst eine Kardioide beschreibt. Die Form des Treibblattes wird durch \'erbindung der genannten Ränder durch Krrisbogen (s.
Fig. 11) fprtiggesteIlt. Weil die genannten geraden Treibblattränder zwecks richtiger Wirkung nur an einer Seite scharf e-
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und die die Drehung des Treibblattes um diese Achse hervorrufende Vorrichtung unabhängig voneinander änderbar und ersetzbar sind.
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