DE664509C - Einrichtung zum Ausgleich der von Stroemungskraeften herruehrenden, an Rudern auftretenden Drehmomente - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf solche Einrichtungen zum Ausgleich der von Strömungskräften herrührenden, an Rudern auftretenden Drehmomente, bei denen mit dem Ruder ein Schwingkolben fest verbunden ist, der in einer Kammer arbeitet, die im rückwärtigen Teil einer dem Ruder vorausgehenden Flosse oder eines Flügels (oder bei Wasserfahrzeugen eines Totholzes) ausgespart ist. Jeder

ίο der beiden durch den Schwingkolben voneinander getrennten Kammerräume steht mit dem ihm benachbarten, an die Außenseite von Ruder und Flosse angrenzenden Außenraum in Verbindung. Bei aus der Mittellage ver-

XS stelltem Ruder herrscht in den beiderseits von Ruder und Flosse liegenden Außenräumen verschiedener Druck. Dieser Druckunterschied wirkt sonach auch auf den Schwingkolben und erzeugt ein Drehmoment, welches dem von den Strömungskräften herrührenden, am Ruder auftretenden Drehmoment entgegenwirkt, so daß die für die Verstellung des Ruders aus der Mittellage und für das Festhalten desselben in einer solchen Schwenklage benötigte Kraft entsprechend geringer wird. Bei den bisher bekannten Ausgleichsemrichtungen der beschriebenen Art hat man versucht, einen gegenseitigen druckdichten Abschluß der durch den Schwingkolben voneinander getrennten Räume der Kammer dadurch zu erreichen, daß der Schwingkolben bei Bewegung des Ruders mit seiner Vorderkante in einem möglichst geringen Abstand sich, an der vorderen Kammerwand entlang bewegt, die eine Krümmung aufweist, welche dem von der Vorderkante des Schwingkolbens beschriebenen Kreisbogen möglichst angepaßt ist. Es ist jedoch teils aus herstellungstechnischen Gründen, teils auch mit Rücksicht auf die im Betriebe auftretenden unvermeidlichen Formänderungen der Flosse, des Flügels o. dgl. sehr schwierig, den zwischen der vorderen Kammerwand und der Vorderkante des Schwingkolbens befindlichen Spalt so klein zu halten, daß ein genügend druckdichter Abschluß zwischen den

beiden Kammerräumen erreicht wird. Bei starker, durch den Spalt verursachter Undichtigkeit des Abschlusses findet aber zwischen den beiden Kammerräumen ein so weit; gehender Druckausgleich statt, daß "am Schwingkolben nur noch ein geringes Äusgleichsdrehmoment erzeugt wird. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht darin, daß für einen weitreichenden ίο Drehmomentausgleich der Schwingkolben eine ziemlich große Erstreckung in radialer Richtung erfordert, daß hierbei aber die übliche Form der Flosse oder des Tragflügels nur einen verhältnismäßig geringen Schwenkwinkel zuläßt, so daß dementsprechend auch der Ruderausschlag auf diesen geringen Winkel beschränkt ist.

Durch die Erfindung wird nun eine Einrichtung zum Ausgleich der von den Strömungskräften an Rudern erzeugten Drehmomente geschaffen, bei der die Möglichkeit gegeben ist, bei allen Schwenklagen des Ruders einen Druckausgleich zwischen den beiden Kammerräumen zu vermeiden, ohne daß besondere Anforderungen an die Genauigkeit der Ausführung gestellt zu werden brauchen. Ferner ist die Möglichkeit gegeben, auch bei Formänderungen an Ruder und Flosse einen gegenseitigen druckdichten Abschluß der beiden Kammerräume zu erzielen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß an dem mit dem Ruder fest verbundenen Schwingkolben eine schwingende Hilfsfläche angeordnet ist. Diese Hilfsfläche ist sowohl mit der freien Längskante des Schwingkolbens als auch mit einer der Kammerwände beweglich und druckdicht schließend verbunden. Die Verbindungsstelle mit der Kammerwand liegt etwa im Abstand der Hilfsflächenbreite in der Bewegungsrichtung des Fahrzeuges vor der freien Kante des Schwingkolbens. Die Kammer wird also durch den Schwingkolben und die am letzten angeschlossene Hilfsfläche wieder in zwei Räume geteilt, deren jeder mit dem benachbarten Außenraum in Verbindung steht, so daß bei ausgeschwenktem Ruder in diesen Räumen verschieden hohe Drücke herrschen. Diese Druckdifferenz wirkt jetzt sowohl auf den Schwingkolben als auch auf die Hilfsfläche ein; die auf letztere ausgeübte Kraft wird auf den Schwingkölben übertragen und wirkt sonach ebenfalls beim Ausgleich der am Ruder angreifenden Strömungskräfte mit. Es ist bei dieser Ausbildung durch Wahl einer entsprechend großen Hilfsflächenbreite die Möglichkeit gegeben, ohne Verringerung des Schwenkbereiches des Ruders eine den jeweiligen Erfordernissen angepaßte Ausgleichskraft zu erzeugen.

Die Ausbildung kann nun im einzelnen so getroffen sein, daß die Vorderkante des Schwingkolbens und die Hinterkante der Hilfsfläche scharnierartig miteinander verbunden sind, während das vordere Ende der Hilfsfläche schwenkbar und verschiebbar in !führungen der' vorderen Kammerwand gelagert ist. Zur Erzielung einer vollkommenen Abdichtung dieser Lagerstelle können zu beiden Seiten der Hilfsfläche besondere Streifen aus dichtem, leicht biegsamem Stoff, z.B. Gewebestoff, Film b. dgl., vorgesehen sein, die je mit der einen Kante an der Hilfsfläche und mit der anderen Kante an der Kammerwand druckdicht angeschlossen sind.

Eine andere Ausbildungsmöglichkeit ist die, daß die Hilfsfläche scharnierartig an der vorderen Kammerwand befestigt ist und daß zwischen erster und dem am Ruder befestigten Schwingkolben ein mit beiden Teilen scharnierartig verbundenes Zwischenstück angeordnet ist, dessen Ebene die Verbindungsebene des vorderen Hilfsflächenscharniers und der Schwenkachse des Ruders in der Mittellage des letzten unter annähernd rechtem Winkel kreuzt.

Es ist erwünscht, daß mit wachsendem Ruderausschlag, bei dem das Rudermoment gleichfalls anwächst, das Ausgleichdrehmoment zunimmt. Dies zu erreichen ist deswegen schwierig, weil auf derjenigen Seite von Flosse und Ruder, die bei Ausschlägen der letztgenannten einen Unterdruck gegenüber der anderen Seite erfährt, die Strömung bei starkem Ruderausschlag leicht abreißt. Hiermit wird aber auch der auf dieser Seite herrschende Unterdruck, der gleichzeitig auf den Schwingkolben und die Hilfsfläche wirkt, geringer und somit die Druckdifferenz zwischen den beiden Kammerräumen und folg- lieh das von einem üblichen Drelikolben hierbei abgegebene Ausgleichdrehmoment kleiner. Um nun die mit wachsendem Ruderausschlag ebenfalls anwachsende Verstellarbeit auch im Bereiche größerer Ruderausschläge möglichst weitgehend auszugleichen, wird gemäß der Erfindung die Hilfsfläche in solcher Weise mit den Schwingkolben verbunden, daß das Volumen des bei Ausschlägen des Ruders jeweils einen höheren Druck erfahrenden no Kammerraumes mit wachsendem Ausschlag des Ruders von der Mittellage aus stärker zunimmt, als es einer dem Ruderausschlag verhältnisgleichen Volumenzunähme entspricht-Die Ausgestaltung wird im einzelnen zweckmäßig so getroffen, daß die Hilfsfläche mit ihrer Vorderkante an die vordere Kammerwand gelenkig angeschlossen ist und mit ihrer Hinterkante schwenkbar und verschiebbar mit dem Schwingkolben verbunden ist, z. B. in der Weise, daß das freie Ende des Schwingkolbens gabelförmig gestaltet ist und die

Hilfsfläche am freien Ende eine walzenförmige Verdickung aufweist, die in das gabelförmige Ende des Schwingkolbens eingreift. Der Erfindungsgegenstand ist in den Abbildungen in drei Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar zeigen

Abb. ι bis 3 schaubildliche Darstellungen von. verschiedenen Ausbildungen der Hilfs fläche und des Schwingkolbens, Abb. 4 eine schematische Darstellung der bei zunehmendem Ruderausschlag wachsenden Volumenvergrößerung des unter Überdruck stehenden Kammerraumes bei der Ausbildung gemäß Abb. 3.

Bei allen Ausführungen befindet sich hinter der Flosse 1 das Ruder 2, das um die Achse X-X schwenkbar angeordnet ist. Im hinteren Teil der Flosse 1 ist eine Kammer ,angeordnet, welche durch die obere und untere Begrenzungswand der Flosse und durch _ die vordere Kammerwand 4 gebildet wird. Im Inneren der Kammer befindet sich der starr mit dem Ruder 2 verbundene Schwingkolben 3 und eine Hilfsfläche 5, die sowohl mit dem Schwingkolben 3 als auch mit der vorderen Kammerwand 4 beweglich verbunden ist.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 1 ist die Hilfsfläche 5 an ihrer Hinterkante längs einer zur Schwenkachse x-x des Ruders parallelen Linie mittels des Scharniergelenkes 6 mit dem Schwingkolben 3 verbunden. Am vorderen Ende besitzt sie die an Fortsätzen befestigten Rollen 7, die in Führungen der vorderen Kammerwand 4 laufen. In der Nähe der Kammerwand 4 sind an der Ober- und Unterseite der Hilfsfläche 5 Stoffstreifen 8 befestigt, welche mit Hilfe der Reißverschlüsse 9 druckdicht abschließend mit den an der oberen und unteren Kammerwand und auch an den nicht dargestellten Kammerstirnwänderi befestigten Stoff streif en 10 verbunden sind. Die Stoff streif en 8 und 10 bilden somit die vordere Abschlußwand der Kammer.

Abb. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Hilfsfläche 5 mit der vorderen Kammerwand 4 scharnierartig verbunden ist. Zwischen dem Schwingkolben 3 und der Hilfsfläche 5 ist die Zwischenfläche 11 angeordnet, welche ihrerseits scharnierartig mit der Hinterkante der Hilfsfläche 5 und' der Vorderkante des Schwingkolbens 3 verbunden ist. In der Mittellage des Ruders ι liegt die Hilfsfläche 11 in einer Ebene, die etwa rechtwinklig zur Verbindungsebene des vorderen Hilfsflächenscharniers und der Schwenkachse des Ruders steht.

In der Ausbildung gemäß Abb. 3 ist der

starr am Ruder befestigte Schwingkolben 3 an seinem freien Ende gabelförmig gestaltet, während die Hilfsfläche 5 scharnierartig mit der vorderen Kammerwand 4 verbunden ist und am hinteren Ende »eine walzenförmige Verdickung 12 aufweist, die in das gabelförmige Ende des Schwingkolbens 3 eingreift.

Durch den Schwingkolben 3 und die Hilfsfläche 5. und bei der Ausführungsform gemäß Abb. 2 außerdem noch durch die Zwischenfläche 11 wird die im hinteren Teil der Flosse ι liegende Kammer in zwei Kammerräume geteilt, die je durch die Öffnungen 13 mit den an die Außenseiten von Ruder und Flosse angrenzenden Außenräumen in Verbindung stehen. Mithin entsteht bei Ausschlägen des Ruders aus der Mittellage in einem der Kammerräume ein Überdruck gegenüber dem anderen Kammerraum. Dieser Überdruck wirkt auf den Schwingkolben 3 und auf die Hilfsfläche 5, welche die auf sie ausgeübte Kraft auf den Schwingkolben überträgt.

In allen Ausführungen ist ein Ausgleich der Druckdifferenz zwischen den beiden Kammerräumen vermieden. Außerdem lassen sich in der Kammer leicht verhältnismäßig große, zur Erzeugung des Ausgleichsdrehmomentes dienende Flächen unterbringen, und zwar bei verhältnismäßig geringer radialer Erstreckung des Schwingkolbens, so daß dieser und demzufolge auch das Ruder bei weitgehendem Drehmomentausgleich noch einen vergrößertem Schwenkbereich aufweist.

Bei Ausschlägen des Ruders nimmt das Volumen desjenigen Kammerraumes zu, in dem, bedingt durch den Ruderausschlag, ein höherer Druck herrscht als in dem anderen Kammerraum. Bei der Ausführungsform gemäß Abb. 3 wird nun die Volumenzunahme bei wachsendem Ruderausschlag größer, als es einer dem Ruderausschlag verhältnisgleichen Vergrößerung entspricht, wie dies schematisch in Abb. 4 dargestellt ist. Wird das Ruder 2 von der Mittellage aus um den kleinen Winkel α verschwenkt, so nimmt das Volumen des hierbei einen Überdruck erhaltenden Kammerraumes 14 um den Betrag AV₁ zu. Bei weiterem Schwenken des Ruders wird die Volumenzunahme ständig größer. Wird beispielsweise das bereits um einen größeren Winkel β aus der Mittellage verschwenkte Ruder von dieser Schwenklage aus wieder um den genannten kleinen Winkel α verstellt, so wird jetzt das Volumen des unter Überdruck stehenden Kammerraumes 14 um den Betrag AV₂ vergrößert. Ein Vergleich der durch schraffierte Flächen dargestellten Volumenzunahmen AV₁ und AV₂ zeigt, daß AF₂ erheblich größer ist als AV₁. Da einerseits die zur Verstellung des Ruders aufzuwendende Arbeit mit zunehmendem Ruderausschlag größer wird und andererseits die auf den Schwingkolben und die Hilfsfläche übertragene, von der Druckdifferenz zwischen

den beiden Kammerräumen geleistete Arbeit infolge dieser anwachsenden Volumenvergrößerung zunimmt, so wird bei dieser Ausbildung ein auch bei großen Ruderausschlägen noch sehr wirksamer Ausgleich der aufzubringenden Verstellarbeit erzielt.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   ι . Einrichtung zum Ausgleich der von

   to Strömungskräften herrührenden, an Rudern auftretenden Drehmomente, die einen mit dem Ruder fest verbundenen Schwingkolben enthält, der in einer Kammer arbeitet, die im rückwärtigen Teil der dem Ruder vorausgehenden Flosse (auch Flügel, Totholz o. dgl.) ausgespart ist und deren beide durch den Schwingkolben voneinander getrennte Räume je mit einem der beiderseits von Ruder und Flosse lie-., genden Außenräume verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß an dem am Ruder (2) befestigten Schwingkolben (3) eine Hilfsfläche (5) angelenkt ist, die mit einer der Kammerwände (4) beweglich

   as und druckdicht schließend verbunden ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch * gekennzeichnet, daß der starr am Ruder

   (2) befestigte Schwingkolben (3) längs einer parallel zur Schwenkachse (x-x) des Ruders verlaufenden Linie scharnierartig mit der Hilf sfläche (5) verbunden ist, die ihrerseits in Führungen der vorderen Kammerwand (4) verschiebbar und gegenüber dieser Kammerwand (4) verschwenkbar gelagert ist (Abb. i).
3. 3. Einrichtung nach einem der Ansprüche ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung der Gelenkstellen Streifen von nachgiebigem Stoff (Gewebe, Leder, Gummi) dienen, deren Längsränder mit den beiderseits des Gelenkes liegenden, gegeneinander beweglichen Teilen druckdicht verbunden sind.
4. 4. Einrichtung nach einem der An-Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem vorderen Ende der Hilfs-■fläehe (5), an deren Ober- und Unterseite je eine nachgiebige Wand (8, 10) mit ihrer einen Längskante druckdicht befestigt ist, während die anderen Kanten jeder nachgiebigen Wand druckdicht mit den Kammerwänden verbunden sind (Abb. 1).
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der nachgiebigen Wände von zwei Streifen von Gewebestoff, Leder, Film o. dgl. (8, 10) gebildet werden, von denen je der eine an die Wände des oberen oder· unteren Kammerraumes und der andere an die obere oder untere Seite der Hilfsfläche (5) angeschlossen ist, daß jeweils die im gleichen Kammerraum angeordneten bei-.den Streifen miteinander, zweckmäßig durch Reißverschluß (9), lösbar verbunden sind (Abb. 1).
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schwingkolben (3) und der scharnierartig und druckdicht schließend mit der vorderen Kammerwand (4) verbundenen Hilfsfläche (5) eine Zwischenfläche (11) angeordnet ist, die, den gegenseitigen Abschluß der beiden Kammerräume bewirkend, scharnierartig mit der Vorderkante des Schwingkolbens (3) und der Hinterkante der Hilfsfläche (5) verbunden ist (Abb. 2).
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfläche (n) in der Mittellage des Ruders (2) in einer Ebene liegt, welche annähernd rechtwinklig zur Verbindungsebene des vorderen Hilfsflächenscharniers und der Schwenkachse des Ruders (2) steht.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsfläche (5) mit dem Schwingkolben (3) in solcher Weise verbunden ist, daß das Volumen des bei Ausschlägen des Ruders (2) jeweils einen höheren Druck erfahrenden Kammerraumes mit wachsendem Ausschlag des Ruders (2) von der Mittellage aus stärker zunimmt, als es einer dem Ruderausschlag verhältnisgleichen Volumenzunahme entspricht.
9. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche ι oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsfläche (5) mit ihrer Vorderkante gelenkig an die vordere Kammerwand angeschlossen ist und mit ihrer Hinterkante schwenkbar und verschiebbar mit dem Schwingkolben (3) verbunden ist (Abb. 3).
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der am Ruder (2) festliegende Schwingkolben (3) an seinem freien Ende gabelförmig gestaltet ist, während die schamierartig mit der vorderen Kammerwand (4) verbundene Hilfsfläche (5) an ihrer Hinterkante eine ■walzenförmige Verdickung (12) aufweist, die beweglich in das gabelförmige Ende des Schwingkolbens (3) eingreift (Abb. 3).

    Hierzu ι Blatt Zeichnungen