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Quer bewegliche Kupplung, insbesondere zur Verbindung des Laufradkörpers
eines Flügelradpropellers mit der Steuerscheibe Es sind verschiedene Ausführungen
von Kup@-lungen zur Verbindung zweier Wellen oder ariderer umlaufender Körper bekannt,
idie eine Ouerverschiebung ider mitiainandergekuppelten Teile gestatten. Diese bekannten
Kupplungen zeigen jedoch einen in bezu ig auf die Achse wnsymmetrnschen Aufbau,
der durch die Anlbringung von Zu siabzm:assen nur zum Teil ausgeglichen werden kann,.
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Auch-,bei Flül,-etradpropleililern, deren: Flügel eine gesteuerte
Schwingbewegung ausführen, isst es bekannt, die zur Lenkung der Flügel dienende
S teuerscheibe iderart mit dem Radkörper zu Imppeln, daß sie, durch, den Radkörper
synchron oder weiniigs,riens isiocbron miltgenornmen, quer zur Propellerachse innerhalb
gewisser Grenzen mit jede beliebige Lagre gebracht werdlm: kann. So ist es bei@spüeAsweilse
vorgeschlagen worden, die synchrone odeir ,iisochrone Umlaufbewegung des Steuerringes
milt (dem Radkärpe,r Über etilnen Zwischenkörper zu: bewirken, der mittelis einer
Parallelführung an den Radkörper und einer zweiten ParalleIführung an den Steuerring
angeschlosisen, ist. Auch die hierfür angegebenen Lösungen weisen, in bezug auf
idie Achse eine Unsym@metrie auf, die durch Zusatzmassen nur flirr eine einzige
Lage ides Steuerringes genau ausgeglichen wenden kann. Es besteht daher die Aufgäbe,
eine
genau ausgewuchtete Kuppelung am z:uigeben, die zwei Welken oder sonstige iuim)laufende
Körper bei. beliebiger und wechselnder Exzentrioität statiisch )bestimmt und mit
vollkommener Um.lauifgenauiigkeiit miteiinander vertbindet.
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Gemäß iderErfindwng wi;rdidiesieiAu:fgabedadurch gelöst, diaß zur
Kupplung der beiden umil.aufeniden Teile drei: gleiche, um eine gemeinsame Achsre
drehbare und rin: der Nullstellung ungefähr gleichmäßig am Umfang veT-teidte Verbindungsstücke
verwendet werden, die ahn zwei in, ibezug auf die Achse der Veribnndungsstücke einander
gegenüberliegenden Punktenin achsisymme-triishcherAnord'nunig mittels je einesi
Lenkers oder einer Schlivtzfühhrnnig abwechsilunigsweise mit je einem von drei auf
dem einen und: idmei auf dem anderen der betenden: zu kuppelnden Körper je .in hg'Lteeiche.m
Achsabsitannd untd in gleichem WimJQeiliabs-tand voneinander an)geioridneten Punkten
veribundensind. Der Aufbau isst dabei so getroffen, idaß die leih Verbindung stücken
gemeinsame Achse in: der NulIstellunng, in, der die Achisen -der baildlen zu kuppelnden
Körper genau fluchten, milt diesen Achsen zusammeniillt. Vorzugsweise werden die
idrei Verbindwngsistücke um genau si@2o° gegeneinander versetzt.
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Bei einer solchen Ausführung drehen sich sowohl in der Nullstellung
als auch in jeder beliebigen exzentrIschenn Lage der Veribindiungss,tücke, und damit
des einen der beiden gekuppelten Körper, alle Teile der Kupplung (Verbindungsstücke,
Lenker od. dgl.) um im Rauhm ruhende Achsen und können daher hinsichtlich dem Fkehkräfte
genau auhsgewuchtet werden. Außerdem isinnd hierbei aiuch die Massendrehmomente
weitgehend ausgeglichen.
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Die drei gleichen, um einen gemeinsamen Zapfen dTehbaTen Verbindunhgsstücke
können beIspielsweioe als doppelarmige Hebel gleicher oder ver-@scah:iediemr Hebellängen
ausgeführt wendeten. Sofern die Hebe4@arme gleich, lang gemacht werd, sind, dann
im Fall der Verwendung vorn Lenkern auch diese und im Fall der Verwendung vom. Schlitzführungen
auch die Schlitzführungen gleich lang auszubiliden. Vielfach kann es jedoch zweckmäßig
sein, (die Hebelarme verschieden lang auszubilden. Hierfür sind dann auch diie Lenker
bzw. idäe Schlützführum)gen an dkan. gegenüberliegenden Enden eimies Verbinidungsstückehs
verschieden lang, und zwar verhalten siech die Längen der Hebelarme wie die Längen
edier zugehörigen Lenker odeir Schlitzführungen. Durch Verwendung von Verbhindwntegsstücken
mit verschieden langen Hebelarmen kann auch der eine der ibeiiden miteinander zu
kuppelnden Körper wesenfich kleiner im Durchmesser gehalten werden als der anderer
Körper, was manchmal ihn konstruktiver Hinsicht, z. B. zur U nterbringwng des einen
Körpers innerhalb des anderen, von Vorteil ist.
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Es zeigt seich, d aß bei eineu- oolchen Kupplung bei jeder exzentrischen
Lage -des einen: edler gekuppelten I,'-.örper gegenüber dem anderen, )die Abstände
der Achsen leer beeiden Körper von edier Achse dies geineihnsamen Drehzapfien,s
ider Verhindungsstücke seich wie die Hebellängen der Veribindungsistücke verhalten,
;d. h. daß bei einer Verschiebung )der einen Welle beispielsweise um Idas Maß a
aus der Nuillstellung (fluchtende Wellen) dlie Achse der Verbiudanngsstücke um düs:
Maß a aufs der Nuldiagle 2 herauswandert, und zwar in edier gleichen Richtiwng,
in der die Verschiebung vorgenommen -wurde. Umgekehrt wird bei einer Verschiebung
der Achse der sstücke um ein Maß b bei im Raum festgehaltener Achse der eünen Wedle
die Achse der anderen Welle um das Maß 2z b aus der Nul:lagei ve-rschoben, und zwar
wiederum in. der Verschieberichtung.
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Nach einem wellteren Vorschlag der Erfindung werden die Veribinäungsstücke
als Rinngschei!ben mit einander gegenüberdiegeniden Heibelans.ätzien, also als Brillen
ausgebildet, deren gemeinsamer Drehzapfen. von einer Büchse gerbil@äet wird. Hierdurch
ist es möglich, eine der beiden zu kuppelüdennWelden bzw. eine mit dem einen ider
beiden zu kuppelnden Teeile verbundene Welle durdh den hohlen Drehzapfen der Verbindiuntegsstücke
und durch idäese hndurchzuführen. Es besteht auch die Möglichkeit, den einen der
beeiden zu kuppeilmidlen Körper mit Armen auszurüsten, an idenen die einen Lenker
angeordnet sind, während idie Drehzapfen der jeweils gegenüberliegenden Lenlmr zwischen
difesen Armeen hinduhrchhgrelfen.
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Die aus der völlig achssymmetrischen Ausbildung in -der besonderen
Verwendung als Kupplung zwiischen Radkörper und Steuerring bei, Flügelrad)-propellernn
sich Vorteile sind offensichtlich. Wie erwähnt, können bei ,der erfindungsgemäßen
Kupplung entweder die beeiden zu kuppelnden Teile fest gelagert und dem Drehzapfen
der Venbindungsstücke frei getragen werden" oder aber es wird, nur ider eine,der
zu kuppelnden Körper und außerdem der gemeinsame Dnchizap@feni der Verbindungsstücke
gelagert, wiährend edier andere Körper frei an den Verbinndiungsstücken aufgehängt
wird. Diese zuletzt gerannte Möglichkeit bedeutet in der Anwendung auf die Kuppliunhg
der Steuerseheibe eines Flügelradpropelilers mit @dIehm Radkörper, idaß das im Raume
fest gelagerte Ver.steillorgan (Handhebel, Steuerknüppel, Servomotoren od. :dgl.)
nicht am Stauerriterng selbst, sondLern andem gemeinsamen Drehzapfen der Verbindwngss@tüeke
angreift. Infolge der Übersetzung zwischen dien Verschiebeweg der einen Kupplungshälfte
und dem Verschiebeweg des. Zapfens leer Veribindungästücke, die aus der erfindtungsgemäßeen
Anordnung folgert, ergibt sich, daß dieser Zapfen beispielsweise bei gleichen Hebellänalen
der Verbindunigsstücke nur um idie Hälfte des Weges verschoben zu werden br#anhcht,
hdien. idne Steuerscheibe hierbei zurücklegen soll. Dies wirkt sich z. B. in einer
entsprechend kleineren Ausbildung der zur Verstellung dienenden Servomotoren gutes.
Für große Auisiführungen, bei welchen sich wegen der großen. Exzenntrsiz:ität des
Steuerringes eine Untersetzung der Wege zwischen Steuerring und Servomotoren erforderlich
machen würde, kann bei einer Ausführung gemäß der Erfindung diese besteonndiere
Untersetzung gespart werden, da sich hierbei für das Verstellorgan von
selbst
kleinere Wege ergeben, als sie dien Versichiebiwngen,dieis. entsprechen.
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Die Erfi !dwug ist in ider Zeiichnung in eineigen Ausfährungsibeispielen
idargestellt und näher erlätwte,rt.
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Abb. i zeigt eine Kupplung mit drei alis, Doppelhebel verschiedener
Heibellängen ausgabiilidletenVerbindiungss,tücken und Leinkern; A!bb.2 dient zur
Erläuterung ldur Auisfühirunig nach Atbib. i ; Abb. 3 zeigt ein weiteres Ausführuingsibeispiiel
mit ringförmig ausgebildeten Verbinidiungisistückenl unid gleich langen nHetbeliam"siärtzentsiowiefrei
aufgehängter einer I<-uppil,u'nigsihäilfte; Abb. q. zeigt sehemiatisch eine Ausführung
mit S,chl.iitzfü'h!runigen; in Abb. 5 und 6 ist im senkrechten Schnitt und im Grundruß
eine Anwendung ider neuen Kuppliunig als Steuerringkuppliung 'bei, einem Voi:th-Schneiider-Propeller
(daargestellt.
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Der um die Achse i idrehbar gelegerta große Ring 2 ider, Ausführung
nach Albtb. i iiist milt idrei gleichrnäß;ig auf seinem Umfang verteilten Drehziapfen
3 versehen, an denen die Bleiich langen Lenker q. angreifen. Die inneren Enden dieser
Lenker sind an dien Urgeren Hebelfarmen der drei um den Zapften 5 idrehbaren, falls
Doppeilhabel auisbgebilidieten Veribindulags,s@tücke 6 anigelenkt. Mit Iden kürzeren
Heibelermen !der Verbindungsis,tücke 6 siind die ebernfiaaliis, unter sich Bleiich
liaagen Lenker 8 verbunden, die ihrerseitts mixt .Ihrem äuißerein Endre an direi
gleicihmläß ig auf dem Umfang ,dies, Ringes. 9 verteillten Zapften io angreilfen.
Der Ring 91 lest um idie Achise ri idrehbar. Je zwei gegenütberkegenide, am gleichen
Verbindungsstück angredende Lenker siind sowohl in ider gezeichneten Stellung als,
aauchi in der Nullstellung und rin jeder anderen exzentrisichen Lage parallel zueinander.
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Die Absbändle der Drehachsen der Ringe 2: und 9 von der Achsre des
Zapfens 5; der Verbindunigsistülcke verhallten such zueinander wie die Diurcihmes:ser,
auf denen die Lenkerzapfen (dies Ringest 2i und ides, Ringges 9 liegen. Im gleichen
Verh(ältniie zueinander sibehen die Längen (der Lenker und der Hebel dier Verbindungsistücke.
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In der Erläiuterungsisikiizze ider Abb.21 eist wiederum ein größerer
Ring 2 um dies raumfe:stie Lager i: und ein kleinerer Ring 9 um das rammfeste Lager
i i (drehbar. Der Alystanid idieseir beiden Lager i und ii Ist im Verhältnis der
Duirchmestser der ibelid en Ringe geteilt. Im Teiiliungspiutukt zist das raumfesite
Lager 12 angeordnet, um id!as ider zweiarmige Hobel 6 drehbar gelaigert Isit. Die
Längen der beiden Arme dieses Hebels verheiltem (sich ebenfal:lis wie idie Durchmesiser
der beiden @üngei. Dias l,ängaere Hebelenlde ist mittels -eines Lenkers q. und das,
kürzere Hebelende mittels einfies rin seiner Länge sieh zum auderein Lensker weile
der Durchmieis(sielr idias kleineren zum Durohnvesiser des :größeren Ringes sich
verhaltenden Lenkors 8 mit dem kleinen Ring verbunden. Bei einer Drehung ldies,
großen oider kleinen Ringes odeir des Verbiudiung;sistückteis um sieiine Achise
drehen sieh idiie bqidien anderen Teilte mit, wobei während (des ganzen Umllaufeis,
um 36o° an keiner Stelle Tb@tpunlcte jodier kinematische Unibestirnmtiheiiten auftreten.
In jeder Stcil,llu;ng isst das durch Iden längeren Hebelarm des. Verbindungsstückes,
G, idiurch dien längeren Lenker und die Verbindiungsdinie zwischen idem Zapfen 3
und dem Lager 12 gebildete Dreieck äahnldch idiem Dreieck, das von diem kürzeren
Hebelarm des. Ver(bindlungsstückes, dem kürzeren Lenker um:diClerVerbi.ndiungslinie
des Zapfens tvo mit (diem Lager 12 gebildet wird. Ähnliche Dreiecke halben gleiche
Winkei. Daraus ergibt isiich., idaß die beiiiden Ringei 2, und 9 durch das Verbindungsstück
so miteinander gekuppelt sind, (daß :siie in jeder Steliliung die gleiche Winkelgeschwindigkeit
hieben. Sie simldi demn iaoh völilig.synchron miteiniandergekuppeilt. Kinematiiisich
l.äßtt siioh tdiese Vorriiehtunig -in folgendier Weise anlffassen. Der mit gleiiichm,äNger
W:inkelgeschwiinidligkeit um die Achse i i rotierende Ring 9. nimmt Iden in 12 gelagerten
kürzeren Hebeharm ides Verhindungsistückes über (den Lenker 8 mit, und zwar i.siochron,
also milt gleicher Drehzahl, aber Winkeiliges,Ghwindigkeit. Der mit oder gleichen
ungleicihmäißii@gen Wi;nkeligesichwindigkeit, aber mit r8o° Nacheilung rotierende
längere Hebedarm dies Verbindungsstückes, treibt seinerseits übler dien Lenker q.
den im Lager i drehbaren Ring z wieder mit gleichförmiger Wd:nkelboeslchwimidiigkeiit
an.. Eis handelt sich also insoweit um die versetzte Hintereinanderenordnung von
zwei Doppelkuribeln zur isynchronen Kupplung zweier umlianfender Körper.
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Dille in Abb. 2@ vorgesehene fesibe Lagerung der betiid@en Reinige
und des VerbindungsisitÜckes. in dien Labern i, iti und i2 ist aber im aldigeimeinen
nicht möglich, da mit einer Ändlerung tdes A'bsitandes der Lager i und i i auch
das Lager 12 verschoben werdien müßte. Dieser Nachteid. wird bernäß der Erfindung
dadurch vermieden, daß an Stelle eines einzigen, Verbindiungsetüekesi mit Lenkern;
adierSohl:i:tzführungen deren drei angeordnet werden, die nicht mehr uni ein festes
Lager, sonidern um einen frei beweglichen gemeinsamen Zupfen drehbar sind, wie in
Aibb. i gezeigt.
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Diese dreifache Anoirdrmng eist notwendig, aber auch ausireichend,
-um (die Bestimmtheit (der Anordnung zu, gewährleisten. Einte Verlänboerung oder
Verkürzung eines Hebeharmes. oidLr eines Lenkers infolge vorn Tempicmatuiriednfüs:sen
oder aus anderen Grüniden verursacht keine Klemmkräfte, sondern nur Abweichungen
tim Synchrondsmuss. Verändert sich. durch äußerem Eiinflulß der Abstand ider Lager
i und.iii, so ändert such: genau entsprechend auch idiie Steliliung des Zapfens
5. Sein Mitticilpunkt teilt den Abstand i-@i i stets zw,angslä!ufig in dem Verhältnis,
der Durohmes:ser edier Ringe 2 und, 9.
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Die hiermit armgegebene Kupplung erfüllt somit die einigianigs gositiellte
Aufgabe, (da siie zwei exzentritsiche Wellen biet beliebiger wund wechselnder Exzentrizität
statisch bestimmt und mit voillkomrnenerUmllaulfgenanigkeit miteinander ziu verbindieln
ges@taittiet. Alle uiml,atuftendlen Teile bkewegen sich um
im Raum
ruhende Achsen; auch die Lenker können jeweils durch ihr in bezug auf die Achse
gegenüberliegendes Gegenstück genau ausgewuchtet werden.
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Statt Üite beiden miteinander zu kuppelnden Drehkörper zu lagern und
dien Drehzapfen !der Verbin--dun@gsstücke frei beweglich anzuordnen, könnte auch
der Drehzapfen der Verbindungsstücke fest gelagert und dafür einer tder beiden Ringe
2 und, 9 um eine frei bewegliche Achse .drehb:ar ausgebildet sein. Hierfür ist im.
Abb. 3 eine Ausfüh=rngsibeitspnel gezeigt. Dabei sind lie Durchmesser ider beü!den
miteinander zu kuppelndem, Ringe, auf (denen !die Drehoapfen der Lenker liegen,
gleich. gewählt und ebenso slic Hebellänge der als Brillen ausägebildeten Verbindungsstriicke
15, 16 und 1i,7, die um einem zur Büchse 18 taufgeweiteten Drehzapfen drehbar gehagert
sind. Durch die Büchse 18 ist eine mit dem einen der beiden Ringe 1g .und 2o venbuud#e#ne
Welle 2i hindurchgeführt. Der größere Ring toi, edier beispielsweise zentrisch auf
(dem Radkörper eines Flügelnadpropellers angeordnet sei-, isst um idie Achse ,2a,
die Büchse 18 um die Achse 23 drehbar, während der Ring i9 keine eigene Lagerung
hat, sondern lediglich ran dem, Lenkern zu%-ehängt ist. Dieser Ring i9 mag etwa
den S,6enexrinig eines Flügelraldpropellems bilden, von dem in an sich, .bekannter
Weise ,die Flügelschwingung abgeleitet wird. Der Mittelpunkt 24 dieses Ringes wIIrd
@durch die Verbindungsstücke und tdie Lenker, bei einer belitdbig-n Verschiebung
der Büchse 18, zwangsläufig in die richtige Stellung gebracht. Da die Hebelarme
einerseits, und die Lenker andererseits gleich lang .armgenommen sind, liegt das:
Lager 23 jeweils genau in tder Mitte zwischen tdem Lager 2i2 und detr Achse t24
des Ringes 1:9;, Will man also beispielsweise mit Hilfe vors Servomotoren den Steuerring
um 300 Inn' in einer bestimmten Richtung aus der Radmitte verschieben, so
maß man den Mittelpunkt der Büchse n$ nur um 150 mm aus der Redmi tte !hemaus--schieben,
und zwar in !derselben Richtung, in welcher (der Steuerring verschoben werden soll.
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Diese Maßnahme, saß nämlich die Verstellung beispielsweise durch Servomotoren
an der die Verbi(ndunrgsistücke zusammenfassenden Büchse i8 angreift, raus die damiit
verbundene Huibübersetzung bringt den Vorteil, saß die die Welle 21 Büchse einten
kleineren Durchmesser erhalten kann, als wenn tder Steuerring (Ring i-9) selbst
gelagert würde und die Servomotoren an ihm angreifen würden. Da tdie Büchse 18 die
Lauffläche für die drei, Verbindiungsstücke 15, 16 und -i"7 datrs.tellt, ist ein
möglichst kleiner Durchmesser aus Gründen :der Kraftersparnis vorteilhaft.
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Wie oben; im Zusammenhang mit der Emläuterungs'skizze der Abb. 2 gezeigt
wunde, drehten stich ,die Verbindungsstücke 1.8 zwar mit der gleichen Drehzahl wie
die durch sie miteirnandler verbundenen Körper, ,aber mit einer wegern, der endlichen
Länge der Lenker schwankenden Winkeltgeschwindigkeit. Die Schwankung ist jedoch
verhältnismäßig gering. Die Schmierung tder Laufstellen bleibt genau so gewährleistet,
wie wem die Verbindungsstücke mit konstanter Winkelgeschwindigkeit umliefen, da
die Schwankungen 'bei w@!iitem nicht so groß sind, d!aB die RteIativ!bewegumg an
dien Laufflächen zum Stillstand oder gar nur Umkehr käme. Der Schmierfilm bleibt
daher geschlossen. Die! schwankende Winkelgeschwindigkeit !der Massen der Veribindungsstücke
1r55 16 und 17 löst im System schwingende Massendrehmomente aus., die aber nicht
groß sind, weil die Massen den- Vo!rbin(durvgsstücke und tder Lenker im Vergleich
zu den zu kuppelnden Maschinenteilern sehr klein sind' und auch dieAbweith!unbaenderWinkelgeschwindi!gkeit
vom Mittelwert in engen Grenzen bleiben. Darüber hinaus beben sich. die von den
!drei Venbin; dungsstücken ausgehendien Massenmomente gegen seitig in erster Ordnung
auf, weil sie .mit einer zeitlichen Versetzung von je ein Drittel der Umlaufzeit
auftreten. Es bleiben daher nur Massenmomente höherer Ordnung, welche keine bemerkbaren,
Wirkungen ausüben können.
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In Abb. 4 sind die drei gleichen Verbindungsstücke 2,5,
26, 27 als Doppelhebel verschiedener Hebellänge mit je einem Schlitz 28,
29, 30 und 31, 32, 33 in jedem Hebelende ausgebildet. Die Längen der Schlitze
28, 29, 30 und der Schlitze 31, 32, 33 verhalten sich zueinander wie die
L(ähvgen der Hellalarme. In dem. Sehhitzen gleiten die an den Ringen 34 und 35 befestigten
Zapfen 36 Lund 37.
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In tdem in Abb. 5 und 6 gezeigten An!wendungsbeiisp:iel weist ,das
Propellerlaufrad 4o, das, in dem mit dem Schiffskörper fest veribunderoen: Gehäuse
41 gelagert ist, eine mit dem oberen Hoh!lwellefnende 4-z verbundene Scheibe 43
auf, die als die entre Kupplungshälfte, also etwa .als oder Ring 2o &s, Autsfüthrungsbeispiels
nach. Abb. 3 aufzudassen ist. An drei auf dieser Scheibe gleichmäßig verteilten:
Zapfen 44 sind die Lenker 45 aasgelenkt, deren anderes- Endre an je einem der brillenförmigen
Ver!bnnd(ungsstüeke 46, 47 und' 48 angreift. Am jeweils gegenüberld!den, .Hebelarm
dieser Verbindungsstücke-,sind :die Lenker 49 befestigt, an deren anderes Ende eine
durch die Öffnungen 51o der Seheibe 43 hindurchgeführter Zapften. aasgelenkt ist.
Diese Zapften sind an tdem unterhalb der Scherbe 43 und innerhalb de!s Antriiebszahnrades,
sei dies Propellers, Fliegenden, als zweite Kupplun'gshä'lfte dienenden Steuernintg
52 'befestigt, der aus einem durch zwei durch Absttandstück e imiteinander verbundenen
Hochkantflaehringtem gebildeten Käfig besteht.
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Die brillenförmibrnen Verbitndungsistiücke 46, 47 und' 48 sind in
einer Büchse 53 gelagert, die durch einen, Servomotor 54 im eiroter Richtung und
einem nicht äargesteltlten, um 9!a° versetzten weiteren Servomotor in einer dazu
senkrecht verlaufenden Richtung verschcdben wenden kann.
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Im Steuerring ist zwischen Iden beiden Flachringen für jeden Flügel
(des Propellers je ein kreuzkopfartiger Glei.bsttain 55 drehbar eingesetzt, der
ebnen zylindni.stchen Lenker 56 nachdem bekannten Normalenschnittgesetz führt.
Mit jedem Lenker ist eine Torsionswelle 57 verbunden, die nebeneinander durch ,die
,hohle Propellerwelle rinn !den unteren Rad
körperteil führen, wo
sie durch Hebel und Stangen mit den Flügeln verbunden sind.
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Wie aus Abb. 6 ersichtlich, ist die Steuerung in der Null,stellung
gezeichnet, rdr. h. idie Flügel stehen tangential zum Flügelkreis, und die Steuerscheibe
liegt genau zentrisch zum Rad. Die Servomotorkolben stehen in. ihrer Mittelstellung.