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Nachdreheinrichtung für Flächen, die sich in einem unstarren Medium
bewegen. L m in einem unstarren Medium bewegte Flächen zu irgendwelchen Zwecken,
beispielsweise zum Zweck der Steuerung eines Wasser-oder Luftfahrzeuges, zu verstellen,
hat man die zur Verstellung der Flächen erforderlichen Kräfte der Strömung entnommen
und über mehrere hintereinander geschaltete Hilfsflächen stufenweise auf die Flauptfläche
wirken lassen. Dabei mußte die Anordnung der einzelnen Teile so getroffen «-erden,
daß die
Hilfsflächen, während @lie Hauptfläche die erwünschte Bewegung
ausführt, wieder nach ihrer ursprünglichen Lage gegenüber der ihnen vorgeschalteten
Fläch-- zurückgeführt werden, und (laß dabei auch bei unerwünschten, von fier Strömung
verursachten Bewegungen, besonders solchen der Idauptflä ehe, die Hilfsflächen und
insbesondere (von der Hauptfläche aus gerechnet) die letzte Hilfsfläche so eingestellt
werden, (laß sie solchen uti: rwünschten Bewegungen entgegenwirken.
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Gemäß der Erfindung wird hierfür eine besonders zweckmäßige hinrichtung
in der Weise getroffen, daß jeder Fläche, mit Ausnahme der (von der Hauptfläche
aus gerechnet) letzten Hilfsfläche, ein gegen sie verdrebbares, ihr die Richtung
und das Maß der. Verstellung vorschreibendes Organ (ein Richtungsweiser) zugeordnet
wird. Die Richtungsweiser der einzelnen Flächen sind miteinander gekuppelt. Sie
bilden 'Geile einer sympathischen Nachdrehvorrichtti:ig, die unmittelbar durch die
Strömung bedient wirrl.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise in Anwendung auf
ein Schiffsruder veranschaulicht; sie ist aber auch bei Luftfahrzeugsteuern oder
zur Verstellung von Flächen, die durch ihre Bewegung in der Ströinung Arbeit leisten
oder aufnehmen (Flügel von Propellern, Luft- oder Wasserför#lerern, Ventilatoren,
Kompressoren, tVindmühl.n, verstellbare Tragflügel von Luftfahrzeugen tisw. ), verwendbar.
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In Abb. i ist (r die am Schiffsrumpf drehbare Hauptfläche, die durch
clen Strönitingsdruck verstellt werden soll: b und c sind zwei hintereinander geschaltete
Hilfsflächen. In einem Ausschnitt rler Hauptfläche (:der an Hebelarmen, die von
ihr ausgehen., dreht sich die Fläche b, in einem Ausschnitt der Fläche h oder an
Hebelarmen, die von ihr ausgehen, die Hilfsfläche c. Jeder Fläche ist ein Richtungsweiser
zugeordnet, der ihr die Richtung zt:-weist, in der sie sich bei der Verstellung
bewegen soll und von dessen Einstellung (las Maß ihrer Verdrehung abhängig ist.
Der Richtungsweiser d der Fläche a ist mit dein Richtungsweiser c (Ier Fiiiche b
durch die Zahnung f, der Richtungsweiser c durch die Zahnung g unmittelbar mit der
Achse der letzten Hilfsfläche c gekuppelt. Die Riclitungswcisei7 sind zweckmäßig
auf der Achse der ihnen zugeordneten Flächen drehbar befestigt.
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Abb.2 zeigt in anderer, noch mehr vereinfachter Darstellung die Anordnung
der Richtungsweiser iin Grundriß.
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Soll nun durch den Strömungsdruck die Hauptfläche a aus der in Abb.
2 und 3 gezeichneten Anfangslage, die mit der durch einen Pfeil angedeuteten Strömungsrichtung
zusammenfällt, um ein bestimmtes Maß verstellt werden, et-,va um den Winkel rc (Abb.
3), so wird zuerst der Richtungsweiser d urn einen Winkel y, der gleich a, vermehrt
um einen bestimmten weiter unten erörterten Betrag.:-ist, und hierdurch auch der
Richtungsiveiser e verstellt. Dieser verstellt mittels des Zahntriebes g das Zahnrad
11. und damit die letzte Hilfsfläche c (Abb. 3).
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Da die Hilfsfläche c jetzt einen @@'inlcel d mit der Hilfsfläche b
bildet, erzeugt die Ströinunr auf der konvexen Seite des Systems einen Unterdruck,
auf der konkaven einen Chefdruck, und die Druckdifferenz bewirkt jetzt eine Verstellung
der Fläche b.
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Während dieser Verstellung von h erfolgt aber durch Abrollen von h
an g eine Rückdrehung von c und damit eine Vergrößerung des Winkels d. Diese Rückdrehung
geht nicht bis zur Nullage von c gegenüber b (1 d = i 8o°
). sondern nur bis zum Ausgleich der auf (lie beiden Flächen wirkenden Strrnnungskräfte
(Abb. q.).
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Die so verstellte Hilfsfläche b bildet ihrerseits mit der Hauptfläche
a einen Winkel : ; die Strömung erzeugt nun auf der konvexen Seite des Systems
a, b einen -Unterdruck, auf der konkaven einen Überdruck, und clie
Druckdifferenz bewirkt jetzt eine Verstellung rler Fläche a in der von ihrem Richtungsweiser
vorgeschriebenen Richtung. Während diesen-Verstellung der Hauptfläche a erfolgt
aber durch Abrollen des Richtungswcisers c° an f eine Rückdrehung des Richtungsweisers
e der l--läclie'b. Diese Rückdrehung des Richtungsweisers c-. überträgt dieser durch
sein Zahnsegment auf die Fläche c, die somit eine ztisätzliche Rückdrehung erfährt
(Abb. 5).
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Diese Verstellung, die hier in ihre einzeln: ii einander übergreifenden
Phasen zerlegt gschildert wurzle, verläuft natürlich nicht so. (lall zunächst nur
die Fläche #) ihre volle Bewegung ausführt und dann erst die Fläche sich bewegt;
vielmehr wirkt schon bei einer geringen Verstellung der Hilfsfläche c diese \-erstellend
auf die Hilfsfläche h, um1 diese wieder auf die Hauptfläche cr, unrl auch die Rückdrehung
der Hilfsflächen erfolgt gleichzeitig;. Uin einmal diese Riick@lrelitirg auszu---leichen
und -las durch sie zu friili wiederhergestellte Gleichgewicht cIer Kräfte aufzuheben,
muß zur Verstellung der Hauptfläche um dein Winkel rl ihr Richtungsweiser nicht
nur uni r:. sondern um a + x verstellt «-erden, wobei -iunter Umständen ein Vielfaches
von @i, seih kann.
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Um dann aber eine nihglichst rasche un:1 kräftige Wirkung des Steuers
auf das Schiff bei geringstem Kraftaufwand zu erzielen, wird an Stelle der einfachen
Kupplung der Richtungsweiser bzw. der letzten Fläche eine ins Schnelle übersetzte
Kupplung angeordnet.
Ein Beispiel hierfür ist: in Abb. 6 dargestellt.
Die große Übersetzung von .dem Richtungsweiser d' der Hauptfläche a auf .den
Richtungsweiser e' der ersten Hilfsfläche b und von diesem auf das
Zahnrad li der zweiten Hilfsfläche c bedingt für eine nur kleine Verstellung von
d' einen großen. und raschen Ausschlag der Hilfsfläche c und eine entsprechend starke
Verdrehung der Flächen b und a.
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Diese Übersetzung ins Schnelle von der Hauptfläche bis zur letzten
Hilfsfläche kann in verschiedener Weise auf .die einzelnen Teile verteilt werden,
entwedergleichmäßig zu- und wieder abnehmend, oder aber, was .das zweckmäßigste
ist, -allmählich gesteigert, wie bei dem .beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß
Abb. 6; also durch eine erste Übersetzung ins Schnelle zwischen dem Richtungsweiser
der Hauptfläche und dem Richtungsweiser '' der ersten Hilfsfläche und eine weitere
zwischen dem Richtungsweiser .der ersten Hilfsfläche und der zweiten Hilfsfläche.
Die zur Verstellung .des ganzen Systems erforderliche Kraft hängt .im wesentlichen
nur von der Größe der letzten Hilfsfläche und dem Grade ihrer Ausbalancierung ab.
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i'Vlit den Anordnungen gemäß der Erfindung ist, abgesehen von-der
Geschwindigkeit der Verstellung und Zurückführung und von der nahezu winkelgerechten
Nachdrehung zwischen .den Flächen und ihren Richtungsweisern, auch noch der Forderung
-genügt, daß das Flächensystem Ausschlägen, die durch die Einwirkung störender Strömungen
auf die Hauptfläche hervorgerufen werden, schnell entgegenwirkt.
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Bei der Anordnung, bei der die Übersetzung zwischen den einzelnen
Richtungsweisern nach dem kleinsten Hilfssteuer hingesteigert wird, ergibt sich
besonders der Vorteil, .daß auch die Gegenwirkung durch die Übersetzung ins Schnelle
beschleunigt und verstärkt wird. Auch hier erzielt man dadurch, daß die Übersetzung
allmählich gesteigert wird, die Wirkung, ,daß nunmehr jede der Flächen infolge der
Übersetzung ihres Richtungsweisers ins Schnelle .durch rasche und kräftige Gegenwirkung
der nächstfolgenden Flächen gegen unbeabsichtigte Ausschläge geschützt wird.
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Das beschriebene Ausführungsbeispiel bezog sich auf die Anordnung
einer Hauptfläche mit nur zwei Hilfsflächen. Die Erfindung äst aber mit Vorteil
auch für Anordnungen verwendbar, bei denen mehr als zwei Hilfsflächen hintereinander
geschaltet sind oder bei denen auf eine Hauptfläche mehrere Hilfsflächen in Parallelschaltung
wirken. Wie schon erwähnt, kann die Anordnung zur Steuerurig von Luft-und Wasserfahrzeugen,
beispielsweise zur Verminderung ,der zum Steuern erforderlichen Kraft bei Schiffsrudern,
Verwendung finden. Auch bei den größten Schiffen kann " man immer so viel Hilfsflächen
hintereinander anordnen, daß die Steuerung durch Bedienung der letzten von ihnen
mit ,geringen Kräften, z. B. durch Kreiselapparate oder aber von Hand, ausgeführt
werden kann. Die Erfindung ist aber nicht nur auf Steuerungen beschränkt, sondern,
wie bereits oben erwähnt, auch auf solche Flächen anwendbar; die bei ihrer Bewegung
in dem sie umgebenden Mittel Nutzarbeit aufnehmen oder abgeben.
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Die Erfindung eist ferner nicht nur auf Hilf sflächenanordnungen anwendbar,
bei denen ein Richtungsweiser fortgesetzt verstellt wird; sie kann mit Vorteil auch
.da Anwendung finden, wo Flächen dauernd in einer bestimmten Lagegehalten werden
sollen (z. B, Tragflächen, Flügel von Propellern und Windmühlen usw.).