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Antriebsvorrichtung für Luftfahrzeuge. Es ist bekannt, daß bei Propellerflugzeugen
zuweilen Schwingungen auftreten, die der Apparatur gefährlich werden, unter Umständen
sogar ihre Vernichtung herbeiführen können. Ganz ähnliche Beobachtungen hat man
bereits vor langem bei Vortriebsmechänismen von Schiffen, an Turbinenachsen und
anderen Stellen gemacht. Irgendein Teil oder die gesamte mechanische Einrichtung
kommt mit einer periodisch hin und her gehenden Masse in Resonanz, es findet eine
Energieaufschaukelung statt, die Größen annehmen kann, welchen der Mechanismus in
vielen Fällen nicht gewachsen ist, so daß er erliegt.
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Unbekannt dagegen ist, daß man die Wirkung derartiger durch hin und
her gehende Massen entstehender Schwingungen bzw. die damit unzertrennlich verbundene
Abstimmung beim Übertragen größerer Energiemengen von einem Mechanismus zum anderen
nutzbringend verwenden kann.
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Die Erfindung bezweckt, zufällig vorkommende oder absichtlich erzeugte
mechanische Schwingungen unter Ausnutzung der Resonanz und Kupplungserscheinungen
zum Zwecke möglichst verlustloser Energieübertragung von einem schwingenden System
zum anderen zu verwenden.
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Bringt man durch Umdrehung einer Kurbelwelle f (Abb. i) eine in Flächenform
gebrachte Masse a in schwingende Bewegung, so leistet dieselbe, trotzdem ihr relativ
viel Energie zugeführt wird,' eine unbedeutende Luftbewegungs- (Fächer-) Arbeit.
Der weitaus größte Teil der zugeführten Energie wird in Form von innerer Arbeit
verbraucht, denn vor Überschreitung der Mittellage muß der bewegten Masse a Energie
zugeführt und nach -Überschreitung derselben muß ihr wieder jedesmal die innewohnende
lebendige Kraft entzogen werden. Anders verhält sich in diesem Punkte eine elastische
Fläche g (Abb. 2). Sie schwingt ohne meßbaren inneren Energieverbrauch. Teilt man
ihr durch Anzupfen oder Stoß Energie mit, so führt sie so lange elastische freie
Schwingungen aus, bis sie die ihr zugeführte Energiemenge restlos an die sie umgebende
Luft übertragen hat. Sie arbeitet also, wenn man die sekundlich geleistete Luftarbeit
als Nutzleistung annehmen will, verlustlos, speichert ihre innewohnende lebendige
Kraft in den Grenzlagen vorübergehend auf und gibt sie nach Umkehr der Bewegungsrichtung
immer wieder ab. Allerdings ist hierbei die in allen Fällen leicht erfüllbare Voraussetzung
gemacht, daß beim Durchbiegen der Feder die Elastizitätsgrenze nicht überschritten
wird.
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Die angegebene elastische Fläche eignet sich somit vorzüglich zur
Hervorbringung eines pulsierenden Luftstromes, wie er beim Fächeln zu beobachten
ist. Hierzu bedarf es jedoch in der Regel eines maschinellen Antriebes. Man kann
also zu diesem Zwecke die angegebene elastische Fläche (Abb.2) mit dem Mechanismus
(Abb. i) verbinden, wodurch man die beispielsweise Ausführungsform (Abb. 3) erhält,
bzw. man kann diese in die etwas
zweckmäßigere Form (Abb. 4) überführen.
Es ist also hier ein unökonomisch arbeitender Mechanismus (Abb. z) mit einem außerordentlich
ökonomisch arbeitenden Mechanismus (Abb. 2) vereinigt worden, und zwar mit folgendem
Ergebnis: Läßt man die Kurbelwelle der Vorrichtung (Abb. q.) zunächst langsam, dann
immer schneller und schneller rotieren, so wächst die Durchbiegung und damit der
Ausschlag bzw. die Amplitüde der elastischen Fläche rascher und rascher an und erreicht
bei einer ganz bestimmten Umdrehungszahl ein ausgesprochenes Maximum, worauf sie
bei weiterer Steigerung der Umdrehungszahl wieder abfällt, d. 1;. also, eine derartige
Vorrichtung arbeitet nicht unter allen Umständen günstig, sondern es gibt eine ganz
bestimmte Umdrehungszahl, bei der ein Maximum der Leistung und des Wirkungsgrades
erzielt wird. Untersucht man den dargestellten Fall genauer, so ergibt sich, daß
das erwähnte Maximum immer eintritt, wenn die Umdrehungszahl der Kurbelwelle mit
der Eigenschwingungszahl der Fläche gleichgestimmt (bzw. annähernd Bleichgestimmt)
ist, d. h. also, die rotierende Kurbelwelle mit den mit ihr verbundenen hin und
her gehenden Massen bildet ein schwingendes System mit änderbarer Periodenzahl,
und die elastische Fläche bildet ein schwingendes System mit konstanter Eigenperiode.
Sind beide Perioden verschieden, so entstehen Momente, wo beide Systeme sich in
ihrer Wirkung ergänzen, und solche, wo sie einander entgegenarbeiten, also Verluste,
die in Summe um so kleiner ausfallen, je mehr sich die Einstellung dem Gleichstimmungzustande
nähert. Der Höchstwert der Energieaufnahme wird in unmittelbarer Nähe der Gleichstimmung
erreicht. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß derselbe noch durch ein weiteres
Moment beeinflußt werden kann. Soll z. B. der Ausschlag (die Schwingungsamplitüde)
des starren Teiles der schwingenden Fläche 30' betragen, so kann dies erzielt
werden durch eine Kurbel von geringem Hub, die auf einen relativ kurzen Hebel wirkt.
Man kann sich aber auch vorstellen, daß durch eine Kurbel größeren Hubes, die durch
die Kurbelstange mit einem längeren Hebelarm verbunden ist, ein dreißiggradiger
Ausschlag erzielt wird. Obwohl nun in beiden Fällen sowohl die, Schwingungsamplitüde
des starren Teiles als auch die von der Kurbel abgegebene Leistung gleich ist, kann
der Nutzeffekt bei der einen oder anderen Anordnung günstiger sein, d. h. es kommt
nicht allein darauf an, daß der Fläche durch die Kurbel eine bestimmte Leistung
zugeführt wird bzw. daß sie bei dieser zugeführten Leistung einen bestimmten in
Graden angegebenen Ausschlag macht, sondern die Art der Verbindung an sich, die
Kupplung, ist von Bedeutung. Wird trotz dreißiggradigem Ausschlag der Hebelarm kürzer
und kürzer und der Hub der Kurbel kleiner und kleiner, so wird die Kupplung loser,
im umgekehrten Falle fester. Zwischen einer besonders losen und einer besonders
festen Kupplung läßt sich in der Regel ein günstigster Fall feststellen. Oftmals
werden sogar Leistungskurven beobachtet, die an mehreren Stellen ansteigen und wieder
abfallen. Im Sinne der Erfindung wird die Vorrichtung auf den jeweils günstigsten
Kupplungswert eingestellt.
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In Abb. g ist eine Vorrichtung zur Darstellung gebracht, bei der zwei
Flächen auf einer einzigen Achse übereinander angeordnet sind. Am Wesen der Erfindung
wird hierdurch jedoch ebensowenig geändert, wie wenn beispielsweise zwei oder mehrere
Flächen oder andere schwingende Systeme nebeneinander, gegebenenfalls auch unter
Benutzung einer Achse angebracht sind.
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Abb. 6 zeigt einen zweiflügeligen Propeller, dessen Nabe
u durch ein Scharnier w an der Motorwelle angelenkt ist. Fest mit der Nabe
i( verbunden ist ein Rollenpaar x, x, welches auf einer gegen die Achse v
geneigten Bahn y umläuft und dadurch bewirkt, daß jeder Propellerflügel je Umdrehung
einmal der Neigung der Bahn entsprechend um seine Längsachse schwingt, und zwar
so, daß er beim Abwärtsbewegen der Luft eine größere Angriffsfläche bietet als beim
Aufwärtsbewegen. Ganz abgesehen von der dadurch erzielten Auftriebswirkung entsteht
hierdurch eine periodische Erschütterung des Flugzeuges, die sich durch den Flugzeugkörper
einerseits und durch die umgebende Luft anderseits auf evtl. am Flugzeugkörper vorhandene
abgestimmte schwingende Systeme, z. B. auf elastisch schwingende Flächen übertragen
und im Sinne obiger Darstellung ebenfalls Vortriebskräfte hervorrufen kann. Das
verbindende Mittel, durch welches im vorliegenden Falle die beiden schwingenden
Systeme (Schwingflügelpropeller und elastische Fläche) gekuppelt sind, ist somit
der Flugzugkörper bzw. die umgebende Luft, ein Beispiel für die Mannigfaltigkeit
der Kupplungsarten.
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Im vorliegenden Falle wird also durch ein sich drehendes Organ Energie
in rotierender Form aufgenommen, in solche von schwingender Form umgewandelt und
schwingenden Systemen durch Vermittlung des Flugzeugkörpers, an dem sie befestigt
sein können, mitgeteilt. Die schwingende Bewegung hat in diesem Falle lediglich
eine vertikale Richtung. Ein ähnlicher Vorgang kann sich abspielen bei Anwendung
eines mit einstellbaren Schaufeln versehenen sogenannten Segelrades. Es gelingt
auch, sich drehende Kräfte in schwingende umzuformen, wenn man exzentrisch
zur
Drehachse eine Masse anbringt, und zwar _ können in diesem Falle sowohl in der horizontalen
als auch in der vertikalen oder jeder beliebigen anderen durch die Drehachse hindurchgelegtfn
Ebene Schwingungen erzeugt werden. Bedingung ist hierbei nur, daß das erwähnte sich
drehende System mit einem schwingenden System irgendwie verbunden ist. Die Richtung
der Schwingung wird in diesem Falle durch das schwingende System bestimmt, denn
sie kommt dadurch zustande, daß das schwingende System in. einer ganz bestimmten
Ebene (seiner normalen Schwingungsebene) den zentrifugalen Kräften der sich drehenden
Masse einen geringeren Widerstand entgegensetzt als in irgendeiner anderen Ebene
und dadurch eben dem an sich gleichförmig umlaufenden System periodisch Energie
entzieht. Auch durch andere Anordnung der sich drehenden Masse kann eine periodische
Energieabgabe erzielt werden. Z. B. können zwei Massen an den Enden einer Welle
nach Art eines Kräftepaares befestigt werden u. a. m.
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Bewegungsvorgänge, die an sich periodisch verlaufen, z. B. die Bewegung
der Kurbel, des Exzenters, oszillierender Wellen usw., aber auch Bewegungen oder
Erschütterungen, hervorgerufen durch hin und her gehende Massen (z. B. durch Kolben
und Gestänge von Kraftmaschinen), durch in gleichen Zeitperioden ausströmende gasförmige
oder flüssige Medien, sind natürlich ebenfalls und offensichtlich geeignet, andere
schwingende Systeme in Tätigkeit zu setzen bzw. zum Schwingen anzuregen.
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Zusammenfassend kann also hervorgehoben werden: Es sind Bewegungsvorgänge
bekannt, die wie die Kurbel und Exzenterbewegung in herkömmlicher Weise zu allen
möglichen Ar- 1 beitsverrichtungen verwendet werden; neu im Sinne der Erfindung
ist jedoch, daß diese Vorgänge einen besseren Nutzeffekt ergeben, wenn das treibende
mit dem frei schwingenden getriebenen System jeweils nahezu oder ganz gleichgestimmt
und günstigst gekuppelt ist. Ferner ist neu, eine ganze Reihe von seither ungenutzten
Bewegungsvorgängen durch geeignete Kupplung auf schwingende Systeme zu übertragen
und abgestimmt mit bestem Nutzeffekt zur Energieübertragung verwenden zu können-.
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Ein praktisches Anwendungsgebiet für die vorliegende Erfindung bildet,
wie gezeigt wurde, der Flugzeugbau, wo entweder der , Gegenstand der vorliegenden
Erfindung zur Anwendung gelangt bei Erzeugung des Ge- j Samtvortriebes durch große
schwingende, ma- i schinell angetriebene Flächen (u. a. der Tragflächen selbst)
oder beim Ausnutzen von gewollt oder ungewollt entstehenden Schwingungserscheinungen
des Motors, des Propellers oder anderer Organe.