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Anordnung für drehbare Flächen, insbesondere Steuerruder von Schiffen.
Bei drehbaren Flächen, die unter dem Einfluß der Strömung mittels Hilfsflächen verstellt
werden, wie beispielsweise die Ruder von Schiffen durch ein Flettner-Ruder, sind
zum ordnungsgemäßen und störungsfreien Betriebe bestimmte Bewegungsverhältnisse
zwischen Hauptruder und Hilfsruder einerseits und zwischen diesen Rudern und dem
Fahrzeug anderseits erwünscht. So soll das Hilfsruder das Hauptruder in die Steuerrichtung
führen, die der Richtungsweiser anweist, d. h. das vom Steuerstand aus einstellbare
Organ, das die Richtung und das Maß der Verstellung der Hauptfläche vorschreibt.
In dieser vom Richtungsweiser angewiesenen Steuerrichtung soll das Hauptruder gehalten
werden, indem z. B. das Hilfsruder in seine Ausgangslage in bezug auf das Hauptruder
zurückgeführt wird, also außer Wirkung gesetzt wird, sobald das Hauptruder die vorgeschriebene
Steuerlage erreicht hat. Anderseits soll das Hilfsruder sich auf Gegenwirkung einstellen,
d. h. es soll unter dem Einfluß der Strömung das Hauptruder in die durch den Richtungsweiser
angewiesene Lage zurückführen, sobald das Hauptruder infolge einer Störung die durch
den Richtungsweiser angewiesene Steuerlage verläßt.
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Diese Aufgaben werden durch ein Getriebe erfüllt, das zwischen dem
Richtungsweiser und dem Hilfsruder angeordnet ist.
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Arbeitet nun das aus Hauptruder und Hilfsruder bestehende Flächensystem
im Bereiche mehrerer Arbeitslagen, wie beispielsweise beim Schiffsruder in einer
Lage für
Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges, in einer anderen Lage für
Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges, so ist es erwünscht, daß in den jeweiligen Arbeitslagen
immer einer bestimmten Angabe des Richtungsweisers in einem Sinne, Bewegungen der
Fläche des Rudersystems gegeneinander und zum Fahrzeug im gleichen Sinne, entsprechen.
Das Getriebe, das zur Verstellung des Hilfsruders und zur Kupplung der Bewegungen
von Haupt- und Hilfsruder dient, soll also in den jeweiligen Arbeitslagen gleichsinnige
Bewegungen verursachen, sobald die Verstellung des Steuerorgans, des Richtungsweisers,
in einem bestimmten Sinne erfolgt. In allen Arbeitslagen soll also erreicht werden,
daß das Hilfsruder in gleichem Sinne in die vorgeschriebene Lage führt und es in
dieser Lage hält.
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Zur Erläuterung der Verhältnisse ist in der Abb. i ein Diagramm aufgetragen,
in dem als Abszissen die verschiedenen Winkellagen dargestellt sind, die das Hauptruder
zum Fahrzeug einnehmen kann. Die Winkellage, bei der sich das Fahrzeug in gerader
Fahrt voraus bewegt, und das Hauptruder dieser Bewegung entsprechend in Richtung
des Schiffes eingestellt ist, ist mit o° bezeichnet, während die Lage des Hauptruders
in Richtung des Schiffes, jedoch für eine Fahrt geradeaus zurück mit 18o° bezeichnet
ist. In beiden Hauptlagen des Ruders zum Fahrzeug ist der Arbeitswinkel des Hauptruders
dadurch beschränkt, daß bei einer Verstellung des Hauptruders gegen die Strömung
über einen bestimmten Winkel hinaus die Strömung auf das Hauptruder nicht mehr wirkt.
In dem in Abb. i veranschaulichten Diagramm ist angenommen, daß der wirksame Arbeitswinkel
des Hauptruders durch Ausschläge von + 4o° begrenzt ist, so daß sich als Arbeitsbereich
des Hauptruders für Vorwärtsfahrt der Winkelbereich von 320 -> 40° ergibt,
für Rückwärtsfahrt dagegen der Winkelbereich von 14o ---> 22o°. In diesem Arbeitsbereich
soll das Hilfsruder zum Hauptruder Winkellagen einnehmen, die die Steuerung des
Hauptruders in die erwünschte Lage zur Folge haben.
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In dem Diagramm der Abb. i sind die Winkelausschläge des Hilfsruders
zum Hauptruder als Ordinaten veranschaulicht, und es ist angenommen, daß, um das
Hauptruder in einen Arbeitsbereich, beispielsweise den für Vorwärtsfahrt, zwischen
32o und 40°, zu steuern, das Hilfsruder zum Hauptruder eine Winkelbewegung von -45'
bis -I- 45° ausführt. Die gleiche Winkelbewegung zwischen - 45' und + 45' soll das
Hilfsruder zum Hauptruder im Arbeitsbereich für Rückwärtsfahrt (i40° bis 22o°) ausführen,
während beim Übergang des Hauptruders aus dem einen Arbeitsbereich in den anderen
das Hilfsruder eine beliebige Bewegung zum Hauptruder ausführen kann, wie sie in
dem Diagramm der Abb. i durch die gestrichelten absteigenden Äste der Kurve veranschaulicht
ist.
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Bei der Bewegung des Steuerorgans in gleichem Sinne wird also, tun
richtige Steuerbewegung, Rückführungsbewegung und Gegenbewegung im Bereiche beider
Arbeitslagen herbeizuführen, das Hilfsruder bei einer Bewegung des Hauptruders zwischen
-- 32o - und 40° oder zwischen z 4o° und .:2o' beispielsweise jedesmal eine Bewegung
gegenüber dem Hauptruder zwischen den Winkeln - 45' und + 45° ausführen.
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Wird nun das Hauptruder beispielsweise durch die Strömung aus dem
Bereich der einen Arbeitslage (Vorwärtsfahrt) in den Bereich der anderen Arbeitslage
(Rückwärtsfahrt) überführt, so ist das Getriebe für die Bewegungen des Hilfsruders
dementsprechend so auszuführen, daß sich im Diagramm die Kurvenzüge zwischen 40@
und 14o° bzw. 22o° und 32o° aneinander anschließen.
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Die Erfindung hat nun eine neue Anordnung zum Gegenstand, um die Hilfsfläche
aus dem Bereich der einen Arbeitslage in den Bereich einer anderen Arbeitslage derart
zu überführen, daß bei Antrieb des Richtungsweihers im gleichen Sinne in beiden
Arbeitslagen Gleichsinnigkeit rler Bewegung der Hilfsfläche zur Hauptfläche herbeigeführt
wird. Der Erfindung gemäß wird zur Herheiführung dieser Gleichsinnigkeit ein besonderes,
vom Steuerantrieb der Hilfsfläche unahhängiges Zwischengetriebe angeordnet, das
,las Getriebe zwischen Antrieb des Richtungsweisers und der Hilfsfläche beeinflußt.
Dieses Zwischengetriebe besteht aus mindestens .zwei Gliedern, von denen das eine
vorzugsweise von dem Organ gesteuert wird, das die Hilfsfläche in die neue Arbeitslage
überführt, bei Schiffsrudern beispielsweise vom Hauptruder, während das andere Glied
unabhängig davon einstellbar oder auch fest, beispielsweise zur Längsrichtung des
Schiffes, angeordnet werden kann.
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Wie aus dem Kurvenbild der Abb. i ersichtlich ist, wird bei der Überführung
des Hilfsruders aus dem Bereich der einen Arbeitslage in den Bereich der anderen
das Hilfsruder die Richtung des Hauptruders einnehmen, beispielsweise indem es beim
Durchgang der gestrichelten Linien durch die Abszissenachse der Abb. i die Nullage
zum Hauptruder oder eine um i8o° versetzte Lage zum Hauptruder einnimmt. Das Zwischengetriebe,
das das Kupplungsgetriebe
beeinflußt, wird in der vorzugsweisen
Ausführungsform dann bei dem Übergang von einem Arbeitsbereich in den anderen den
Bewegungssinn der Hilfsfläche zur Hauptfläche umkehren. Dabei kann bei der Überführung
des Hilfsruders von dem Bereich der einen Arbeitslage in den der anderen das Hilfsruder
dauernd unter der Führung des Richtungsweisers bleiben. Die Kupplung zwischen Richtungsweiser
und Hilfsruder kann aber auch während der Überführungsperiode gelöst werden, und
schließlich kann in der überführungsperiode das Hilfsruder zum Hauptruder verriegelt
werden. Wesentlich ist, daß die Hauptfläche in Lagen, die unabhängig von der Lage
des Richtungsweisers sind, d. h. auch unabhängig von der Steuerlage, die das Hauptruder
vor der Überführung in den Bereich der neuen Arbeitslage hatte, die Umstellung des
Getriebes für die neue Arbeitslage bewirkt, beispielsweise bei einem Schiffsruder
immer dann, wenn das Hauptruder eine bestimmte Lage zum Schiffe einnimmt, also beispielsweise
quer zum Schiffe steht.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht.
Abb.2 zeigt zunächst das Beispiel einer Anordnung, bei der während der Überführung
des Hilfsruders aus dem Bereich der einen Arbeitslage in den der anderen das Hilfsruder
ständig unter der Führung des Richtungsweisers steht, das Zwischengetriebe jedoch
in den Lagen des Ruders quer zum Schiffe den Bewegungssinn des Hilfsrudergetriebes
umkehrt.
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In der Zeichnung bedeutet i i das Hauptruder, 1a das Hilfsruder; der
Richtungsweiser ist finit 13 bezeichnet und wird vom Steuerrad aus mittels Schnecke
14 und Schneckenrad 15 angetrieben. Als Richtungsweiser dient eine Doppelkurvenscheibe,
auf der ein Doppell:urvenhebel16 gleitet, dessen Schwingbewegung über die Kurbeln
17, z9 und die Kuppelstangen 18, 2o, den Kettentrieb 2z, 22, 23 auf die Hilfsruderwelle
24 übertragen wird. Das Getriebe zwischen Richtungsweiser und Hilfsruder steht unter
dem Einfluß eines Zwischengetriebes, das nach Art einer der bekannten Lenkersteuerungen
ausgeführt ist. Die Bewegung des Zwischengetriebes wird vorgeschrieben durch die
Exzenterscheibe 26, die entweder verstellbar angeordnet sein kann oder aber auch
zum Schiffe fest, indem sie beispielsweise auf dem zum Schiffe festen Kasten 3o
befestigt ist. Die Exzenterscheibe ist zum Schiffe so gerichtet, daß der Exzenterhebe131
einen maximalen Ausschlag nach der einen oder anderen Seite hin ausführt, sobald
das Hauptruder sich im Bereiche der Arbeitslage für Vorwärtsfahrt bzw. im Bereiche
der Arbeitslage für Rückwärtsfahrt befindet. Der Exzenterhebel verstellt mittels
der Kurbeln 32, 33 den Lenker 34.
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A-..i Stelle der veranschaulichten Lenkersteuerung kann jede beliebige
andere der bekannten Umsteuerungen treten, wie sie bei denn Antrieb von umkehrbaren
Maschinen, z. B. Dampfmaschinen, Verwendung finden. :huch ka.in an Stelle des Exzenters
jede andere Einrichtung treten, die eine Umkehr des Drehsinnes bei der Übertragung
einer Drehbewegung gestattet. So kann an Stelle des Exzenters eine Kulissenführung
öder ein Karbelgetriebe oder eine- Hebelsteuerung treten.
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In Abb.3 ist ein weiteres Beispiel veranschaulicht, bei dem während
der Überführung der Hilfsfläche aus dein Bereiche.der einen Arbeitslage in den der
anderen die Verbindung zwischen Hilfsrudergetriebe und Richtungsweiser gelöst und
das Hilfsruder ausschließlich von dem Zwischengetriebe gesteuert wird. Als Richtungsweiser
dient hier die Kurvenscheibe 13, die im Bereiche der Arbeitslagen den Doppelhebel16
führt. Sobald der Winkel zwischen Richtungsweiser und Hauptruder ein bestimmtes
Maß überschreitet, sei es, daß der Richtungsweiser nach der Hartlage hin gedreht
ist und (las Hauptruder nicht folgt, sei es, daß das Hauptruder bei der Überführung
aus dem Bereiche der einen Arbeitslage in den der anderen sich gegen den Richtungsweiser
dreht, wird mittels der auf dem Richtungsweiser angeordneten Kurvenführungen 42,
.43 und des Keilgetriebes 44, 45 die Führungsrolle 46 in die Kurvenbahn des Zwischengetriebes
6o eingesetzt, das einstellbar angeordnet sein kann, vorzugsweise aber bei Schiffsruderanordnungen
zum Schiffe fest ausgeführt wird. Sobald der Winkel zwischen Hauptruder und Richtungsweiser
die vorgeschriebene Grenze erreicht, übernehmen dann die als zur Hauptruderachse
konzentrische Halbkreise ausgeführten Kurvenstücke 47, 48 bzw. 51, 52 die Führung
des Hilfsruders, d. h. bei der Bewegung des Hauptruders wird das Hilfsruder zum
Hauptruder gesperrt, sobald die Lage des Hauptruders vom Richtungsweiser um einen
bestimmten Winkel abweicht, gleichgültig, in welcher Lage sich der Richtungsweiser
befindet, oder mit anderen Worten, sobald das Hilfsruder seine Hartlage zum Hauptruder
erreicht. In den Lagen quer zum Schiffe, die den Kurvenstücken 49, 50 (Abb. 4.)
entsprechen, führt das Hilfsruder eine LTinkehrbewegung aus, so daß nunmehr Bewegung
des Steuerorgans in einem Sinne auch in der neuen Arbeitslage gleichsinniger Bewegung
des Hilfsruders entspricht.
Die Kurvenbahnen der Abb.3 sind auf
einer Scheibe angeordnet. Es ist aber auch ohne weiteres möglich, die Kurvenbahnen
auf einer Zylinderfläche übereinander anzuordnen. Während bei dem Beispiel der Abb.
3 die Verriegelung zwischen Hauptruder und Hilfsruder außerhalb des Arbeitsbereiches
durch Kurvenstücke erfolgt, zeigen Abb. 5 bis 6 ein anderes Beispiel einer Verriegelungsvorr
ichtung. Die Anordnung des Richtungsweisers 13 nebst des Rollenhebels 16
sowie der Kurvenführungen 42, 43 entspricht in dieser Abbildung der Anordnung nach
Abb. 3. Durch die Kurvenführungen 42, 43 wird mittels des Stiftes 44 der Riegel
6 1 gesteuert, der in Nuten 62, 63 eines Hebels 66 eingreift, der auf der
Welle des Rollenhebels t6 festsitzt. Der Hebel 66 ist als Doppelrollenhebel mit
den Rollen 64, 65 ausgebildet, die auf Kurven der Führungen 49, 5o gleiten, die
in ihrer Arbeitsweise den Übergangsstücken der Kurven 49, 5o der Abb. 4 entsprechen,
also dazu dienen, in den Lagen des Ruders quer zum Schiffe eine Umkehrbewegung des
Hilfsruders herbeizuführen. Das Hilfsruder wird gegen das Hauptruder mittels des
Riegels 61 gesperrt, sobald der Winkel zwischen Hauptruder und Hilfsruder ein bestimmtes
Maß überschreitet, wie dies im einzelnen an Hand der Abb. 3 erläutert ist.
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Durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele ist die Zahl der Ausführungsmöglichkeiten
nicht erschöpft. An Stelle der dargestellten Getriebe können auch andere Getriebe,
wie beispielsweise Differentialgetriebe, angeordnet werden. Auch können die Bewegungsvorgänge
sowie die Steuerungen und Umschaltungen während des Wechsels der Arbeitsbereiche
durch andere als mechanische Getriebe, beispielsweise Flüssigkeitsgetriebe, elektrische
oder magnetische j Steuerungen, vorgenommen werden. Bei der Verwendung von Fernleitungsenergie,
wie Flüssigkeit und Elektrizität, kann man zur Steuerung der Fernleitungsenergie
Getriebe analoger Art, wie oben beschrieben, ausführen, so daß die Fernleitungsmotor
en zwischen das Steuergetriebe und das Hilfsruder geschaltet werden, so daß die
Verstellkräfte der Fernleitungsenergie entnommen werden, während wesentlich geringere
Steuerkräfte auf das Getriebe mechanisch oder ebenfalls mittels Fernleitungsenergie
ausgeübt werden können. Auch können die Verstellorgane ausschließlich durch Fernleitungsenergie,
wie durch Flüssigkeits- oder pneumatische Richtungsweisergetriebe oder elektrische
Getriebe, betrieben werden.
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Die Anwendung der Erfindung ist auch nicht darauf beschränkt, bei
der Überführung des Hilfsruders aus dem Bereiche der einen , Arbeitslage in den
der anderen das Hilfsrucler allein umzulegen; auch der Richtungsweiser kann aus
dem Bereiche der einen Arbeitslage in den der anderen überführt werden. Ein Ausführungsbeispiel
dieser Art ist in den Abb. 7 bis ro veranschaulicht, die zugleich die Verwendung
eines Differential-Betriebes zeigen. Das erste Glied des Differentiales, der Zahnkranz
71, ist mit dem Antrieb des Richtungsweisers, dem Schneckenrad 15, fest verbunden,
während das Außenglied des Differentiales, das Zahnrad 72, mit dem Richtungsweiser
13 fest verbunden ist. In den Arbeitslagen der Flächen ist das Zwischenglied des
Differentiales, nämlich die durch die Traverse 73 verbundenen Zahnräder 74,
75 gesperrt, und zwar durch das Malteserkreuz 77, das auf dem zum Schiffe
festen Gehäuse 30 gelagert ist und in den Arbeitsbereichen des Ruders an
einer Bewegung durch. die Kränze 78, 79 gehemmt ist. Das Malteserkreuz ist mittels
des Zahngetriebes 8o, 81 mit der Traverse des Differentiales gekuppelt. Geben nun
in den Lagen des Ruders quer zum Schiffe die Kränze 78,
79 das Malteserkreuz
frei, so wird durch die Stifte 85, 86 das Malteserkreuz und mit ihm über das Getriebe
8o, 81 das Differential 73, 74, 75 der Richtungsweiser 13 in die Lage für den neuen
Arbeitsbereich geschwenkt. Der Richtungsweiser ist in dem in den Abb. 7 bis zo dargestellten
Ausführungsbeispiel als Doppelkurvenscheibe (Abb. to) veranschaulicht; es können
aber auch, ebenso wie für die anderen Ausführungen des Richtungsweisers Einfachkurvenscheiben
treten oder beliebig andere Steuergetriebe. Auch hier wird durch ein vom Richtungsweiser
unabhängiges Zwischengetriebe das Getriebe zwischen Antrieb des Richtungsweisers
und Hilfsruder so beeinflußt, daß der Bewegung des Antriebes in einem Sinne in allen
Arbeitsbereichen Gleichsinnigkeit der Bewegung der Hilfsfläche zur Hauptfläche herbeigeführt
wird.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele bezogen sich auf die Verstellung
von Schiffsrudern mittels Hilfsruder. Die Anwendung der Erfindung ist jedoch auf
diese Anwendungsfälle nicht beschränkt. Die gleichen Anordnungen sind für andere
in der Strömung arbeitende, mittels Hilfsflächen gesteuerte Flächen ohne weiteres
verwendbar, falls sie iin Bereiche mehrerer Arbeitslagen arbeiten sollen. So können
Anordnungen der gleichen Art für Segel Verwendung finden, die mittels Lenksegel
gesteuert werden, oder Schraubenflügel für Propeller, Windräder, Schraubenpumpen,
Windmühlen, Turbinen o. dgl., die mittels Lenkflügel gesteuert werden. Auch ist
die Anwendung der Erfindung nicht abhängig vcn der Zahl der in Betracht komtnendeii
Arbeitsbereiche.
Es können zwei, drei oder mehr Arbeitsbereiche ?n Betracht kommen.