Schaufelrad mit Einrichtung zur Verstellung der drehbaren Schaufeln. Die Ei,findunz; bezieht sich auf ein Schaufelra d mit Einrichtung zur Verstel lung der drehbaren Schaufeln, deren Achsen zur Radachse wenigstens annähernd parallel verlaufen, und bezweckt eine Vereinfachung (lerartiger Räder.
Bekanntlich ist nach hydraulischen (i ritiiclgeset.zen die richtige Relativbewegung drehbarer Schaufeln gegenüber dem Rad hörper dann erreicht, wenn die auf einer gedachten Mittelebene der Schaufeln in deren Drehachsen errichteten Normalen sich dau ernd in einem Punkt, dem Steuerzentrum, schneiden. Es sind verschiedene Steuerein richtungen bekannt geworden, mit denen sich dieses Gesetz erfüllen. lässt. Sie arbeiten mit einem materiellen oder ideellen Steuer zentrum, das beispielsweise im ersteren Fall Lenkern zur Führung dient, die mit den Schaufeln fest verbunden sind.
Der Nachteil der bisher bekannt gewor denen mechanischen Steuereinrichtungen be ruht in der Hauptsache darin, dass die durch das materielle Steuerzentrum hindurchge führten Lenkern oder die ein solches Steuer zentrum umgreifenden Kulissen in so viel verschiedenen Radialebenen übereinander angeordnet-sein müssen. wie Schaufeln vor handen sind. Diese Anordnung ergibt eine grosse Bauhöhe des mittleren Schaufelrad teils, sowie eine sehr ungünstige Beanspru chung des Steuerzentrums, das infolge der Etagenanordnung der verschiedenen Lenker beziehungsweise Kulissen als fliegender Zapfen oder Führungskörper ausgebildet sein muss.
Dieser Nachteil soll durch die Erfindung dadurch vermieden werden, dass mit einem zentrisch liegenden, zur Verstellung der Schaufeln aus ihrer Steigungs-Nullage je doch exzentrisch einstellbaren und mit dem Schaufelradkörper umlaufenden Teil für jede Schaufel eine Gleitstange gelenkig ver bunden ist, die mit einer die Gleitstange durch einen festen Punkt des Radkörpers führenden Geradführung versehen und zur Steuerung der Schaufel mit dieser verbunden ist.
Auf der Zeichnung sind Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes darge stellt, und zwar zeigt: Fig. 1 die schematische Draufsicht der Steuereinrichtung eines Schaufelrades mit sechs Schaufeln, Fig. 2 einen Querschnitt der Einrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 -eine Draufsicht auf eine geänderte Steuereinrichtung, schematisch wie Fig. 1, Fig. 4 eine schematische Darstellung der Bewegung der Steuerteile einer Schaufel relativ zum Radkörper,
und Fig. 5 einen Querschnitt eines Schaufel rades mit elektrischem Antrieb.
Im Körper A des Schaufelrades sind auf einem Kreis in der Nähe des Umfanges die einzelnen Zapfen b1 der Schaufeln B in an sich bekannter Weise drehbar gelagert. In der Mitte des Rades ist zur Bildung des be kannten Steuerzentrums ein Mittelteil C untergebracht, der drehbar auf einem Kugel zapfen<I>D</I> gelagert ist.
Der Kugelzapfen<I>D</I> ist in einem feststehenden Lager E gelagert und von aussen von Hand oder durch An triebsvorrichtungen so beweglich, dass er dem Mittelteil C in der Radialebene innert Gren zen beliebige exzentrische Lagen zu geben vermag. Mit dem Mittelteil C ist mittels Gelenke F für jede Schaufel B eine Gleit- stange G beweglich verbunden.
Jede der Stangen G ist durch eine am Radkörper -zl drehbar befestigte Geradführung H gerade geführt und an ihrem äussern Ende mittels eines Gelenkes g1 und einer Schubstange J mit der zugehörigen Schaufel B in der Weise verbunden, dass das äussere Ende der Stange J an einem Hebel b2 angelenkt ist, der am Schaufelzapfen hl befestigt ist.
Der Mittelteil C macht bei der Drehung des Schaufelrades in bekannter Weise dessen Bewegungen mit. Zur Verbindung zwischen Radkörper A und Mittelteil C ist ein Kupp lungshebel K vorgesehen, der mit dem Mittel teil fest verbunden ist und vom Radkörper aus durch eine Kulissenverbindung 7c1 mit- genommen wird. Die Beweglichkeit dieser Verbindung 7c1 muss. soweit reichen, dass die grössten erforderlichen Verschiebungen des Mittelteils C in exzentrische Lage möglich sind.
Gemäss Fig. 3 ist die Mitnahme des Mittelteils C ohne besonderen Kupplungs hebel gewährleistet. Hier ist eine der Gleit- stangen, nämlich die Stange GJ, mit dem Mittelteil C nicht gelenkig, sondern fest ver bunden und es wird über diese Stange durch Vermittlung der zugehörigen Schubstange J und des Schaufelhebels b' die dem Mittelteil C erforderliche Drehbewegung vom Radkör per A aus erteilt.
Die beiden beschriebenen Arten der Mit nahme des Mittelteils bringen es mit sich, dass die Bewegung des letzteren nicht mit konstanter, sondern mit schwankender Win kelgeschwindigkeit erfolgt. Natürlich ist es auch möglich, die Kupplung zwischen Rad körper und Mittelteil so auszubilden, dass beide Teile stets mit vollkommen gleicher Winkelgeschwindigkeit umlaufen; doch würde hierdurch unnötigerweise eine ver wickelte Bauart entstehen, deren Aufwand zu den praktischen Vorteilen in keinem Ver hältnis steht.
Praktisch kann mit den be schriebenen Kupplungsvorrichtungen zwi schen Radkörper und Mittelteil vollkommen ausgekommen werden, wenn die Steuerteile der Schaufeln untereinander je nach ihrer Lage zur Kupplungsstange verschieden aus gebildet werden.
So sind die Längen der Schubstangen J etwas voneinander verschie den zu machen und die Geradführung H nicht auf einem Kreis um die Achse des Rad körpers anzuordnen, wie dies bei einer exak ten Kupplung auf konstante Winkelge schwindigkeit der Fall sein würde. Die Ab weichungen der genannten Grössen unterein ander sind rechnerisch und konstruktiv un schwer zu ermitteln, und es ergibt sich bei ihrer richtigen Bemessung eine so weit gehende Annäherung an die theoretisch exakten Verhältnisse, dass die letzteren prak tisch fast vollkommen erreicht werden.
Durch die beschriebene Bauart wird der bereits in der'Einleitung angedeutete Vorteil erreicht, dass die Angriffspunkte der Schub stangen J am Mittelteil C alle in ein und derselben Ebene liegen, was sowohl eine ge ringste Bauhöhe, als auch eine günstigste Beanspruchung des -Mittelteils bedingt. Die beschriebenen Steuereinrichtungen haben je doch auch noch den weiteren Vorzug, dass man je nach ihrer Ausbildung die Bewegung und den Ausschlag der Schaufeln in einer Weise verändern kann, wie dies mit den bis her bekannten mechanischen Steuereinrich tungen derartiger Schaufelräder nicht mög lich war.
Bei den bisher bekannten Einrichtungen war der Steuerlenker der Schaufel stets mit dem Steuerzentrum und an einem Endpunkt mit dem umlaufenden Radkörper gelenkig verbunden. Es war damit zwangläufig der Ausschlag der Schaufel proportional dem Ausschlag des Lenkers und die Schaufel er reichte ihren grössten Ausschlag genau in demselben Zeitpunkt wie der Lenker.
Kinematische Untersuchungen des gün stigsten Bewegungsverlaufes der Schaufeln ergeben, dass die beiden grössten Amplituden der Schaufel zeitlich um so rascher aufein- anderfolgen müssen, je grösser die Steigung des Schaufelrades ist. Die bisher bekannten Bauarten verursachten daher Schwierigkei ten, wenn die Schaufelräder für grössere Steigungen ausgeführt werden sollten, weil das ganze Steuergetriebe einschliesslich der Lenker für sehr rasch aufeinanderfolgende grösste Amplituden ausgebildet werden musste, wobei grosse Beschleunigungskräfte und ungünstige Hebelverhältnisse unver meidlich waren.
Bei der beschriebenen Bauart werden die Gleitstangen während der Verstellbewegung durch feste Punkte am Radkörper geführt, wodurch eine periodische Änderung des lber etzungsverhältnisses zwischen den Win- kelbewegungen der Stangen G und der Schaufelhebel V auftritt, und zwar in der Weise, dass die extremen Stellungen der Sohaufeln bei Steigungsvergrösserung zeit- lich rascher aufeinänderfolgen als die der Stangen G.
Anhand von Fig. 4 seien diese Verhältnisse erläutert. Die Inderung des Übersetzungsverhältnisses kommt dadurch zustande, dass die freie Länge l der Stange G sich periodisch so verändert, dass die Ge schwindigkeit des Gelenkes g1 in denjenigen Stellungen der Steuerteile besonders gross wird, welche zwischen den der kleinsten und der grössten Steigung der Schaufeln entspre chenden Stellungen liegen.
Diese Verhält nisse werden erreicht, wenn die Einrichtung so ausgebildet ist, dass bei zentrischer Lage des steuernden Mittelteils die Länge der Stange G durch die Geradführung H so ge teilt wird, dass die Entfernung zwischen der Achse des inneren Gelenkes F und dem Ge- radführungspunkt 1/2 bis 1/3 der gesamten Stangenlänge beträgt.
Der Radkörper A des Schaufelrades kann über ein Stirnräderpaar von einem konischen Ritzel, das in einen mit dem Rad körper verbundenen Zahnkranz eingreift, oder auf elektrischem Wege angetrieben wer den. Die elektrische Kraftübertragung bietet aber bei den auch als Voith-Schneider-Pro- peller bezeichneten Schaufelrädern ganz be sondere Vorteile und ist daher anhand der Fig. 5 näher beschrieben.
Der in Fig. 5 gezeigte Schnitt eines elek trisch angetriebenen Schaufelrades lässt die ausserordentlich einfache, übersichtliche und gedrungene Ausbildung bei elektrischem Antrieb erkennen. Die einfach schraffiert dargestellten Teile sind dabei feste, die kreuzweise schraffierten Teile umlaufende Teile.
Der Radkörper A besitzt keine eigent liche Welle, sondern läuft auf einem mit dem Radgehäuse L fest verbundenen Spur kranz L' und ist ausserdem durch ein Kugel lager M gelagert, das innerhalb des Radkör pers liegt. Der als Ring ausgebildete Läufer N des Antriebsmotors ist unmittelbar an den darunter liegenden Radkörper A ange flanscht und im Gegensatz zu der sonst üb lichen Anordnung bei Elektromotoren ausser- halb des Ständers 0 angeordnet. Der Stän der 0 ist in das Radgehäuse fest eingebaut.
Als Stromart kann sowohl Gleichstrom, als auch Drehstrom verwendet werden. Die Schaltung ist besonders einfach, da das Schaufelrad im Betrieb stets mit der glei chen Drehzahl umläuft.
Bei der beschriebenen Anordnung ist es möglich, den Spurkranz L' und die diesen mit dem Radgehäuse verbindenden Bauteile mit grossem Durchmesser auszubilden.