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Hydraulisches Getriebe für Schlagflügel oder -flossen Die Erfindung
bezieht sich auf den Antrieb eines Fahrzeuges, insbesondere eines Flugzeuges, mit
Schlagflügeln.
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Sie geht von der Erkenntnis aus, daß bei Schlagflügeln der größte
Auftrieb erzeugt wird, wenn die Bahn der Flügel eine stehende Ellipse darstellt.
Sinngemäß wird der größte Vortrieb erreicht, wenn die Bahn der Flügel eine liegende
Ellipse darstellt.
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Den bisherigen Erfindungen und Konstruktionen, die sich damit befassen,
haftet der Mangel an, daß sie mit mehr oder weniger komplizierten mechanischen Getrieben
arbeiten, die in der Herstellung nicht nur kostspielig sind, sondern auch vermehrte
Störungsmöglichkeiten bieten.
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Diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden, indem ein hydraulisches
Getriebe verwendet wird. Bei diesem Getriebe wird nicht nur die Kraftübertragung,
sondern auch die Umsteuerung auf hydraulischem Wege ausgeführt, derart, daß eine
Kreisbewegung der Schwingen stufenlos in eine stehende oder liegende Ellipse umgeformt
werden kann.
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In der Zeichnung sind Ausführüngsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. 1 das Schema einer Schwinge, Fig. 2 den Druckgeber, Fig. 3 die
Seitenansicht des Druckgebers, Fig. 4 die Arbeitszylinder, Fig. 5 das Schema für
ein Flügelpaar, Fig. 6 das Schema für zwei Flügelpaare, Fig. 7 das Schema für Vortriebserzeugung,
Fig. 8 das Schema für Auftriebserzeugung, Fig.9 die Ruhestellung der Schwinge für
Vortriebserzeugung, Fig. 10 die Ruhestellung der Schwinge für Auftriebserzeugung.
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Das Schema einer Schwinge ist in Fig.1 dargestellt. Hierbei ist A
die Schwinge, B der Schwingendrehpunkt, in dem die Schwinge allseitig schwenkbar
aufgehängt ist, C der Schwingenfußpunkt, an dem die Arbeitszylinder D und E angelenkt
sind.
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Beschreibt der Schwingenfußpunkt C eine Kreisbahn, so wird die Schwinge
A ebenfalls eine Kreisbahn beschreiben. Die Bewegung des Schwingenfußpunktes C wird
durch den Druckablauf in den Arbeitszylindern D und E herbeigeführt. Der Druckablauf
wird durch den Druckgeber (Fig. 2) bestimmt.
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In einem Lagerbock 1 läuft ein durch einen Motor 2 beliebig angetriebenes
Rad 3, das auf seiner Achse zwei um 90° gegeneinander versetzte Kurbeln 4 und 5
trägt. Am Lagerbock 1 sind schwenkbar vier Druckzylinder 6, 7, 8, 9 angebracht,
deren Kolbenstangen paarweise mit den Kurbeln 4 und 5 verbunden sind. Wird das Rad
3 in Pfeilrichtung gedreht, so wird der Kolben 10 hochgezogen und das Öl im Zylinder
6 durch den Druckschlauch 12 in den Arbeitszylinder D gepreßt, wo der Kolben 18
in Pfeilrichtung bewegt wird. Das ÖI zwischen Kolben 18 und Druckschlauch 14 fließt
dabei in den Zylinder 6 zurück. Gleichzeitig wird der Kolben 11 im Zylinder 8 aus
seiner Mittelstellung vollends herabgedrückt und das Öl durch den Druckschlauch
15 in den Arbeitszylinder E gepreßt, wo sich der Kolben 19 aus seiner Mittelstellung
herabbewegt und das Öl zwischen Kolben 19 und Druckschlauch 13 in den, Zylinder
8 zurückfließt. Da die Arbeitszylinder D und E um 90° gegeneinander versetzt sind,
ergibt sich die Tatsache, daß bei jeder Umdrehung des Rades 3 der Schwingenfußpunkt
C ebenfalls eine Umdrehung machen wird.
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Wird das Überströmventil 16 so weit geöffnet, daß infolge Überströmens
nur noch die Hälfte des Öles zum -Arbeitszylinder D gelangt, so wird der Kolben
18 naturgemäß nur noch den halben Hub machen, was zur Folge hat, daß der Schwingenfußpunkt
C eine stehende Ellipse beschreibt. Wird das Überströmventil 16 geschlossen, dafür
das Überströmventil 17 geöffnet, das den Ölzufluß zum Arbeitszylinder E regelt,
so wird der Schwingenfußpunkt C eine liegende Ellipse beschreiben.
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Durch die beschriebene Anordnung ist es, also möglich, die Bewegung
der Schwinge stufenlos von einer stehenden Ellipse über Kreisbahnen zu einer liegenden
Ellipse umzuformen und diesen Bewegungsformen durch dementsprechende Regulierung
der Überströmventile 16 und 17 beliebige, dem jeweiligen Flugzustand angepaßte Hubgrößen
zu geben.
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In Fig.5 ist der Antrieb für ein Schwingenpaar dargestellt. Hierbei
sind die beiden Zylinder 6 und 8 des Druckgebers der besseren Übersicht halber getrennt
gezeichnet. An den Zylindern 6 und 8 des Druckgebers sind paarweise die Arbeitszylinder
D 1 und D2, E1 und E2 durch die Druckschläuche 12, 13, 14 und 15 angeschlossen.
Um eine unterschiedliche
Hubgröße der Schwingen gegeneinander zu
erreichen, sind die paarweise gekoppelten Verteilerventile 20 und 21, 22 und 23
angebracht. Werden z. B. die Ventile 20 und 21 so eingestellt, daß der Arbeitszylinder
D 1 mehr Öl und der Arbeitszylinder D 2 weniger Öl bekommt, so wird der Schwingenfußpunkt
C 1 eine längere, C2 eine kürzere Ellipse beschreiben. Zwangläufig bekommt die zum
Schwingenfußpunkt C 1 gehörige Schwinge gegenüber der anderen Schwinge vermehrten
Vortrieb, d. h., das Schwingenflugzeug wird eine Bewegung um seine Hochachse ausführen.
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Werden die Ventile 22 und 23 so eingestellt, daß der Arbeitszylinder
E 1 mehr Öl und der Arbeitszylinder E2 weniger Öl bekommt, so wird der Schwingenfußpunkt
C1 eine höhere und C2 eine niedrigere Ellipse beschreiben. Zwangläufig bekommt die
zu C1 gehörige Schwinge gegenüber der anderen Schwinge vermehrten Auftrieb, d. h.,
das Schwingenflugzeug wird eine Bewegung um seine Längsachse ausführen. Bei einer
entgegengesetzten Einstellung der Ventile 20,21 und 22, 23 werden die Bewegungen
des Schwingenflugzeuges ebenfalls entgegengesetzt sein. (Quer- und Seitenruderwirkung
!) Der unter Fig.5 beschriebenen Anordnung, die einem Schwingenflugzeug mit einem
Schwingenpaar entspricht, wohnt noch ein gewisser Nachteil inne. Wenn die Schwingen
abwärts schlagen, wird sich der Rumpf heben, beim Aufwärtsschlagen der Schwingen
aber wird er sich etwas senken. Das ergibt während des Fluges eine ständige Wellenbewegung
des Rumpfes. Um diesen Umstand auszuschalten, wird das hydraulische Getriebe zum
Antrieb von zwei Schwingenpaaren, die gegensinnig schlagen, herangezogen.
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Da die Schwingen wohl im gleichen Drehsinne, aber um 180° versetzt,
rotieren, muß der Abstand zwischen den vorderen und den hinteren Schwingendrehpunkten
relativ groß gehalten sein. Dadurch wird ein wechselndes Kippmoment um die Querachse
hervorgerufen. Um dieses Kippmoment zu beseitigen, schlagen die Schwingen kreuzweise;
somit fallen Auftriebsmittelpunkt und Schwerpunkt stets zusammen, und das Schwingenflugzeug
hat ständig eine ruhige Lage.
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Um nun trotz des kreuzweisen Schwingenschlages den Hub rechts- oder
linksseitig verändern zu können, werden die beiden rechten und die beiden linken
Schwingen jeweils paarweise betrieben (Fig. 6).
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Bezugnehmend auf die bisher beschriebene Wirkungsweise von Druckgeber
und Arbeitszylindern unterscheidet sich Fig. 6 davon nur durch den Wegfall der Verteilerventile
und durch die Gruppierung der Arbeitszylinder und deren Anschluß, wobei die Arbeitszvlinder
D 1 und D2, E 1 und E 2 die beiden rechten Schwingen, die Arbeitszylinder D 3 und
D 4, E3 und E4 die beiden linken Schwingen bewegen. Hierbei sind D 1 und
D2, E 1 und E 2 an die Druckzylinder 6 und 8 angeschlossen, und D 3 und D
4, E 3 und E4 sind an die Druckzylinder 7 und 9 angeschlossen.
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Die Arbeitszylinder D 1 und D 2 sind gegenläufig aufgehängt und parallel
gespeist, und die Arbeitszylinder E1 und E2 sind parallel aufgehängt, jedoch gegenläufig
gespeist. Dadurch ergibt sich die Tatsache, daß die Schwingenfußpunkte C1 und C2
und damit die zugehörigen Schwingen im gleichen Drehsinne, aber um 180° versetzt,
rotieren.
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Die Arbeitszylinder D3 und D4, E3 und E4 arbeiten spiegelbildlich
angeordnet im gleichen Sinne, jedoch den rechtsseitigen Arbeitszylindern gegenüber
um 180° versetzt, d. h., wenn die zu C1 und C2 gehörigen Schwingen aufwärts schlagen,
dann schlagen die zu C2 und C3 gehörigen Schwingen abwärts, und umgekehrt. Die vier
Schwingen werden also ständig kreuzweise schlagen.
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Mit den Überströmventilen 17 und 24 kann rechts-oder linksseitig mehr
oder weniger Auftrieb erzeugt und damit eine Querruderwirkung hervorgerufen werden.
Mit den Überströmventilen 16 und 25 kann rechts- oder linksseitig mehr oder weniger
Vortieb erzeugt und damit eine Seitenruderwirkung hervorgerufen werden.
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An dieser Auf- und Vortriebsverlagerung ist die Vorspannung der Schwingendrehpunkte
B beteiligt (Fig. 7).
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Die Schwingen sind an ihren Drehpunkten Bin Gummigelenken 27 und 29
gelagert. Diese handelsüblichen Gummigelenke bestehen aus einem sehr starkwandigen
Gummiring, an dem auf Außen- und Innenseite ein Metallring aufvulkanisiert ist.
Je nach Wandstärke und Elastizität des Gummiringes kann der Metallinnenring gegenüber
dem Außenring verdreht werden. Diese Bedingungen sind so ausgewählt, daß die Verdrehung
nur 90° betragen kann. Wird das Gummigelenk so eingestellt, daß die Ruhestellung
der Schwinge fast waagerecht ist (Fig.9), so ergeben sich bei Beschreiben einer
Kreisbahn Kräfte am Schwingendrehpunkt B, die in ihrer Richtung und ungefähren Stärke
durch Pfeile gekennzeichnet sind. Aus Fig.7 ist ersichtlich, daß die Auf- und Vortriebskräfte
die Ab- und Rücktriebskräfte überwiegen.
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Wird das Gummigelenk aber so eingestellt, daß die Ruhestellung der
Schwinge fast senkrecht ist (Fig.10), so ergeben sich die in Fig. 8 ersichtlichen
Kräfte. Vor- und Rücktriebskräfte können sich durch genaue Einstellung des Gummigelenks
aufheben, während die Auftriebskräfte überwiegen. Das Schwingenflugzeug wird also
je nach Hubhöhe der Schwingen senkrecht steigen, stillstehen oder sinken.
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Der gleiche Erfolg kann auch bei kardanischer Aufhängung der Schwingen
erzielt werden, hierbei übernimmt die Eigenelastizität der Schwingen die Rufgabe
der Gummigelenke.
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Werden die Schwingen verkleinert und der Form von Flossen angepaßt,
so läßt sich nach dem gleichen Prinzip ein Unterwasserfahrzeug antreiben, das dann
fischähnliche Schwimmbewegungen ausführen kann.