DE1503256A1

DE1503256A1 - Motor mit stehender Welle und verdrehbaren Fluegeln,angetrieben durch eine Fluessigkeitsstroemung

Info

Publication number: DE1503256A1
Application number: DE19651503256
Authority: DE
Inventors: Pierre Dejussieu-Pontcarral; Rene Jolfre; Maurice Savignac
Original assignee: DEJUSSIEU PONTCARRAL PIERRE
Current assignee: DEJUSSIEU PONTCARRAL PIERRE
Priority date: 1964-03-12
Filing date: 1965-03-11
Publication date: 1970-07-02
Also published as: FR87537E; US3382931A; FR1396515A

Description

dr. K. R. EIKENBERG dipl-chem. W. RÜCKER dipl.-ing. S. LEINE

Patantanwaite Dr. Elksiibarg, RUcker fc Leim, 8 Hannovar, Am Kiioesmukt 10/11 . 3 HANNOVER. AM KLAGESMARKT 1ΟΊΙ

Pierre DEJUSSIEU-PONTCARRAL 10. März 1965

Rene JOLPRE telefon >₂4O2 _UND <₂4ο₃

Maurice SAVIGNAC kabel: bipat Hannover

Unier· Zeichen:

mit stehender Welle und verdrehbaren Flügeln, angetrieben durch eine Flüssigkeitsströmung.

Man kennt bereits Motoren, die durch eine Flüssigkeitsströmung angetrieben und mindestens einen stehenden Flügel besitzen, dessen Mittelachse sich auf einer zylindrischen Bahn mit senkrechter Achse bewegt, wobei die Schwenkung der Flügelebene zur Strömungsrichtung der Arbeitaflüssigkeit von der Stellung des Flügels auf dem nahnzylinder mit vertikaler Achse abhängt.

So hat man insbesondere die Ausführung eines solchen Motors schon beschrieben, bei dem die Schwenkung der Flügelebene durch die Bedingung bestimmt wird, dass eine durch die Mittelachse des Flügels gehende und mit der genannten Ebene einen bestimmten Winkel bildende Bbene durch eine Vertikalachse, die genannte Schwenkachse geht, die in der Diametralebene des Bahnzylinders senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit liegt und von der Achse des Bahnzylinders, der genannten Umdrehungsachse, getrennt ist. Der Flügel ist z.B. an den Arm, der auf die durch die Umdrehungsachee gehende Welle oder auf die Leistungsauf nähme we He aufgeschrumpft ist, entsprechend einer mit

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der Mittelachse des genannten Flügels zusammenfallenden Achse angelenkt. Br wird durch einen in veränderlicher Länge verdreht, der senkrecht zu seiner Oberfläche angeordnet ist und durch einen im gegebenen Betriebszustand festen Punkt geht, der auf der Senkrechten zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit liegt, die durch die Umdrehungsachse geht.

In einer solchen Ausführung hat der Flügel an zwei Punkten eine Anstellung zur Strömungsrichtung der Arbeitsflüssigkeit, die gleich Null ist, wobei diese beiden Funkte den beiden Bnden des Durchmessers entsprechen, der durch die Umdrehungsachse und die Schwenkachse geht. In diesen beiden Punkten übt der Flügel auf die Leistungsaufnahmewelle ein Moment ■ Null aus, indem der Anstellwinkel des Flügels in der Arbeitsflüuigkeit gleich Null ist. Dies wirkt sich für den in der Strömung abwärts laufenden oder den Unterwasserflügel ungünstig aus, der in diesem Augenblick in der für die Erzeugung eines- kräftigen Drehmomente an der Welle günstigsten Flüssigkeitsströmung steht· Dies trifft im Bereich des Kippunktes des Unterwasserflügels zu und gilt tatsächlich für den ganzen Sektor, in dem der genannte Flügel einen Anstellwinkel hat, der von der optimalen Anstellung weit entfernt ist. Zur Beseitigung diese s Umständes hat man vorgeschlagen, die Schwenkachse weitmöglichst an den Bahnzylinder des Flügels zu legen, wobei der Flügel, der genau senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit innerhalb einer grosseren Strecke > des Unterwassersektors zu liegen kommt, einen ungünstigen Anstellwinkel nur innerhalb eines kleineren Sektors und eine kleinere und günstigere Anstellung im stromaufwärts liegenden, im genannten Oberwassersektor hat· Durch diese Anordnung wird eine Leistungesteigerung festgestellt. Das Wenden des Flügels im stronabwärtsliegtnden Gebiet erfolgt jedenfalls sehr schnell« Sie Drehge-

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schwindigkeit dea Flügels um seine Vertikalachae erzeugt einen Widerstand und Wirbelbildung, die durch ihr Vorhandenaein den Angriff der Arbeitafliiaaigkeit an den Flügeln beeinflusst, die eich apäter an dieaer Stelle sowie bei ihren Vorwärtabewegungen zeigen·

Gegenstand der vorliegenden Krfindunti iat die Beaeitigung der vorgenannten Nachteile und die Lieferung einea L'otors mit stehender Welle und Verateilflügeln, der bei Antrieb durch eine Flüssigkeitsströmung eine höhere Energiebilanz gewährleistet.

Genäse dem Brfindungagedanken wird die Flügeldrehung ale Funktion dea Verhältniaaea der Strömungsgeschwindigkeit V- der Arbeitsflüssigkeit und der Umdrehungsgeschwindigkeit V des Motors und der Fbiare des Fluge la definiert, um in jedem Funkt ein grösates iloment an der Antriebswelle abzugeben.

Gemüse einer ersten Annäherung wird der Flügel so geführt, daas die Neigung des Flügels zur Eullachse, die in umgekehrter Richtung zur Strömungerichtung der Flüssigkeit gedreht ist, in jedem Punkt gleich i ■**"«· .λ, ist, wo-^

4 2

der Winkel z'wiachen den durch den Flügel gehenden Halbmesser und der Hull achse iat.

Nach einer zweiten Annäherung wird der Flügel ao geführt, dass die Neigung des Flügels zu de# in umgekehrter Richtung gedrehten ürsprungsachse der Strömungerichtung in jedem Funkt gleich i - T ♦ ^ + V ist, wo rv der Winkel zwi-

sehen dem durch den Flügel gehenden Halbmesser und der Nullachse und y der Winkel der resultierenden Geschwindigkeit V_R als Differenz der vektoriell betrachteter. Ge-

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schwindigkeiten V„ und V ist.

Pie Führung des Flügels kann durch eine Vorrichtung bentohend ana einer Ro]Je und einer Führungsbahn in Form dea für eine:) n-{_ebenen Y/ert λόιι ψ konstruierten Nockens ι', «währ] (- i !'t c t v/e rdη η.

J)j e Führung de« Jlü^eln wird durch eine Führungsbahn in i'Orn¹ eine?)· Hocken« e.eai chert, der in Jtetfug auf die Flügel fest einf:(-baut und von diesen \Olli^ unabJjänfrig ist. Die-30 feste J iiliruiiff, wird &rr< beaten aus einer U-förmigen Lauf-JMycJie gebildet, ⁿ'it der eine RoIJe zusammenarbeitet, die durch eine Kurbel gehalten wird, die ihrerseits auf das linde der Vertikalachse des Flügels geschrumpft let, die durch daa linde dea mit der Zapfwelle kraftschlüesig verbundenen Är^wea Jiindurchgeht.

ijtp besten tjei die liurbel in jeder¹ Punkt parallel zur Flü- _;elebene; yie kann aber auch senkrecht zur genannten Bbene aein oder kann ^it dieser jeden (^ewünncliten Winkel bilden, i Ddc·!" dann der U'rriaa den Ilockena geändert wird.

durch I'i (^; !''uljrun·;; <l< α i-lü^eJa kann entweder/eine einzelne FuJi-I¹¹Ii] ;;:-ro] Iv- :ϋ:κ;πιο^ηι«οη werden, die η;κ;1: y^io.i sich schneidendf?]-) i'-urvci; _cf^:fiiJirt v/ird, wobei genannt ο FüJirungsrolle i/bvu-ch'iel.iij b(^si jeder "Jr»drebun£ einf;r diefier ITurven folgt, »dor nie kann aus zwei Führungsrollen bestehen, die syin^me1.rioüh :.ur 'V lenk achse dee Flüge la angeordnet werden, ind(-^m aer VajcA-x:)) einer der beiden Führungskurven ent- -.?rricht; jede iäiirungsrolle überni^mT"t abwechselnd die efiektivf· j:^;ihrung für die Dauer einer Umdrehung.

!lach einer anderen Variante wird der Flügel im Bereich "cities Bf=:\n\:unktea oberhalb oder unterhalb der llotorachae . r ,,eslt uert ₅ wobei die Führung durch Sektoren der beiden

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Führungskurven zwischen ihrem Schnittpunkt und dem Kipppunkt übernommen wird, indem diese beiden Sektoren im Bereich des Kippunktea angeschlossen werden.

Nach einer anderen Ausführungsvariante wird die Führung des Flügels durch ein um seine Achse rotierendes Antriebsmittel gewährleistet, das dieser Achse eine Drehung in Abhängigkeit von der Drehung des Haltearmee in Bezug auf eine Anfangsrichtung gibt, die umgekehrt zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit verläuft.

Das umlaufende Antriebsmittel kann mechanischer Art sein. Nach einer ersten Ausführungsform wird die Umdrehung des Flügels durch die Umdrehung einer Welle erzeugt; diese trägt einen Hebelarm, der durch das Ende eines angelenkten Radialarmes geht, der frei um die Welle rotiert, durch die der Arm gleicher Länge, der die Antriebswelle des Flügels trägt, gehalten und in Umdrehung gesetzt wird· Der frei rotierende Arm selbst, ist dabei so angecrd at, dass er durch das Ende eines zweiten Radialarmss _u Mh/+- wird, der parallel zu dem Haltearm der Flügelachse läuft und um eine Welle im 27O°-Punkt der Bahn der Flügelantriebswelle in Umdrehung versetzt wird; das Längenverhältnis des frei drehenden Radialarmes und des zweiten Radialarmee ist Y_f

Nach einer zweiten Ausführungsmöglichkeit ist das umlaufende Antriebsmittel ein Vorgelege, das die Umdrehung der Flügelhaltewelle bei einer zweifachen Untersetzung bezogen auf die Umdrehung des Flügelhaltearmes steuert. Bin solches Antriebsmittel gibt dem Flügel eine Neigung, die in allen Punkten mit i » T + <* beibehalten werden kann·

4 2

Um i den Wert i « T +^< + <ί und» noch allgemeiner,

4 2 2

ImT +"*■ + f(·*■ ) zu geben, wobei f (et ) eine Funktion des 4" 2

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des Winkels o-c und der Polare ist, gibt nan der mittleren Achsialwelle des Vorgeleges, die als Bezugswelle dea Vorgeleges dient, eine Winkelstellung, in Abhängigkeit von der Stellung des Flügelhaltearmes, die gleich oder 2 f (<*:) ist.

Das Antriebsmittel für die Umdrehungsbewegung der Flügelachse kann auch ein hydraulisches Mittel sein und aus einem Wassermotor zum Antrieb der Welle alt einer geeigneten Untersetzung bestehen; die Durchaatamenge der Antriebsflüssigkeit wird durch eine Pumpe mit veränderlicher Förderleistung geliefert, deren Förderleistung

d (c*-+ 2 f 0*w) ) verhältnisgleich ist· dt

Das Antriebsmittel für die Umdrehung der Flügelachse kann schliesslich aus Antriebsvorrichtungen bestehen, die das gleiche Flügeldrehgesetz gewährleisten·

Andere Merkmale der Erfindung ergeben 3ich aus der nachstehenden vergleichenden Beschreibung einer früheren Ausführung und des Flüssigkeitsmotors gemäss der vorliegenden Erfindung, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird· Diese sind ι

Abb. 1 eine schematische Draufsicht eine a Motors dta Jfyüiier bekannten Modells·

Abb. 2 ein Vektordiagramm, aus dem sich die theoretische Berechnung der Nutzkraft, bezogen auf eine Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors gleich Null erklärt.

Abb· 3 ein Schaubild, in dem die Drehung des Flügels gezeigt wird, der das grösste statische Moment liefert.

Abb. 4 ein Schaubild, in dem der Umriss einer Steuerung

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gezeigt wird, die dem Flügel die gewünachte einstellung gibt.

Abb. 5 ein vektoriollea Schaubild analog Abb. 1, bezogen auf eine Tangentialgeschwindigkeit V des !»'otora.

Abb, G ein Schaubild, in der die Änderung dea Winkele ala Funktion von ¹^ dargeate11t ist.

Abb. 7 eine achevatiache Daratellung, aiv. aus Abb. 4 für einen Motor entsprechend der vorliegenden Erfindung mit einer Führung dea Flügela num Zwecke der Umsteuerung dea letzteren abgeleitet iat.

Abb. 8 eine ]*rajiektiviache ache^atiache Ansicht einer Auaführung den luotora rrit einer Führung ge^Üsn Abb. 7·

Abb. 9 Qi" kinetiati achee Schaubild für Jie Bestimmung der Verdrehung dea Flügela für den Fall einer von Hull abweichenden IHd re hungere achv/ i nd i gke it.

Abb. K) ein Schema einer mechani aclien Vo^^riclitung, ^itiola v,'nlclier die Gleichwertigkeit von i ■ ? η >"n + ί er-."lcIt wird.

Ai>b. 11 PiMf ]€Γ3]Μ?νΐϊνί aciie Anaiclit dea Antriebs eines Flügela, bei der¹ eine aus Abb. 9 angeleitete Vorrichtung verwendet vird.

In Abb. 1 sind acht Stellungen einea Flügela A rezeigt, der drelibar u^w R a^w Ende einea Ar^ea B montiert ist, der mit einer Zapfwelle K kraftschlüssig verbunden ist und in aeiner Stellung in der Weise einem Programm unterworfen iat, dass die Senkrechte zum Flügel durcr. einen featen Punkt O ^eht. Der auf die3e Weise gebildete L'otor

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wird in eine Flüssigkeitsströmung mit der Geschwindigkeit V^ gestellt. Da der Flügel mit einer Umfangsgeschwindigkeit V_r dreht, hat man in jedem Punkt eine relative Geschwindigkeit V„ der Flüssigkeit in Bezug auf den Flügel*

Ba ist bekannt, dass ein solcher Flügel in jedem Punkt als Funktion der Flügelpolare einer Kraft unterworfen ist, die von dem Eintrittswinkel der Flüssigkeitsströmung in Bezug auf die Flügeloberfläche und das Quadrat der relativen Strömungsgeschwindigkeit V„ abhängig ist, wobei die genannte Kraft senkrecht zur Flügelebene angreift. Da £ie Geschwindigkeit V_R durch die vorhandene Geschwindigkeit V_f und die Geschwindigkeit V bestimmt wird, kann man annehmen, dass das !.foment an der Welle im wesentlichen von der IbIarc, dem Anstellwinkel des Flügels zur Strömungsrichtung V_R -und schliesslich von der tangentiellen Komponente der sich hieraus ergebenden Kraft abhängt, wobei die genannte tangentieHe Komponente das Moment an der Welle liefert.

Da äLe auf den Flügel einwirkende Resultierende von der Polare, bei der es sich um eine unveränderliche Funktion handelt, wenn die Wahl des Flügels getroffen ist ,und von seinem Anstellwinkel zum Vektor V„ abhängig ist, der eich in jedem Punkt ändert, aber, wie oben ausgeführt, räumlich definiert wird, erhält man die maximale Leistung, wenn die Tangentialkomponente der Resultierenden in jede'" Punkt einen maximalen Wert hat. Ausserdem soll daa in L! angreifende Lore nt stets richtig entsprechend der Umdrehunßsrichtun^ orientiert sein.

In Abb. 1 sieht ^an, dass das !.foment in Stellung 1 ein sehr kleines Widerstandsmoment ist, und zwar infolge dea Stirnwiderstandes des Flügels in einer Strömung mit der Geschwindigkeit V„, , deren absoluter Wert die Summe der

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absoluten Werte von V„ und V ist. In Stellung 2, 3 und 4 wirkt auf den Flügel eine nach O gerichtete Resultierende ein, die ein Drehmoment gibt, wobei die Tangentialkomponente richtig orientiert ist. Da nun die Anstellung als Funktion der Stellung des Flügels auf dem Drehkreis durch eine mathematische Beziehung bestimmt wird, zeigt 3ich, dass, obwohl das resultierende Moment ein Drehmoment ist, die Flügelstellung praktisch nicht die Einstellung hat, um ein maximales Moment an der Welle und die besten hydrodynamischen oder aerodynamischen Bedingungen zu liefern, denn die Anstellung ist nicht geeignet, eine Tangential komponente der maximalen Resultierenden im Hinblick auf die Polare zu erzielen.

Zwischen den Punkten 4 und 6, genauer gesagt, zwischen den beiden Punkten auf der Senkrechten zu ASO, kippt der Flügel um 18O° und geht von einer Stellung senkrecht au V„ in eine Stellung parallel zu V_R über, um wieder in eine umgekehrte, ebenfalls senkrecht zu V„ liegende Stellung zurückzugehen. Das Moment ist immer ein Drehmoment, aber in Punkt 5 liefert nur die Reibung einer Strömung "VrS* deren absoluter Wert die Differenz der absoluten Werte V^ und V ist, ein Drehmoment. In diesem Punkt und in der Nähe dieses Punktes, genauer gesagt, in jedem Sektor, der dem Kippvorgang entspricht, entfernt sich der Flügel von der senkrecht zu V„ liegenden Anateilung, die nun, da Vn genau senkrecht zum Halbmesser und so gerichtet ist, dass ein Drehmoment entsteht, die Einstellung ist, weiche die maximale Tangentialkomponente der Resultierenden ergibt· Das wirkliche Moment ist also auf diesem ganzen Sektor viel kleiner als das theoretische !ioT.ent, das in diesem Fall dann ein Maximum ist.

Um diesen Nachteil zu beseitigen und um eine maximale Leistung au erreichen, hat man vorgeschlagen, O von M au ent-

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-ΙΟ-fernen, um die Amplitude dea Kippbogena au verkleinern und ihn an O¹ heranzuführen, wodurch aich auch daa Moment in den Stellungen 2, 3 und 4 vergröasert, denn die Tangentialkoroponente der Reaultierenden iat im allgemeinen höher. Aber der Flügel macht eine Umkehrbewegung und die Geschwindigkeit V_ dea Flügelendes nimmt zu. und diese Geschwindigkeit, die senkrecht zu Vpe iat, 3tört die Strömund der Flüssigkeit. Diese Störung wirkt sich auf die Flügel in der Stellung, 6 und ? aua. Ausaerdem musa das beachtliche Widerstandsmoment, daa bei diesem Kippvorgang erzeugt wird, von dem Drehmoment in Abzug gebracht werden·

In den Stellungen 6, 7 und 8 liefert die Stellung der Flügel ein Drehmoment, daa aber kleiner ala daa theoretische Ifowent ist, wobei die Flügelanateilung an die Winkelstellung auf dem Drehkreia durch die gleiche mathematische Beziehung, wie aie für die Punkte 2, 3 und 4- gilt, gebunden ist.

Bei der Suche nach der optimalen Drehung des Flügels wird rcan zunächst die Abbildungen 2 und 3 betrachten, alao den Fall, in dem die Geschwindigkeit V dea Motors » Null iat. Man kann die Flügeldrehung berechnen, die in jedem Punkt die maximale Nutzkraft liefert. Die Nutzkraft iat die Tangentialkraft f. Wenn F der Schub am Flügel A A¹, 0 der Schubbeiwert und θ der Winkel zwiachen der Angriffarichtung der Kraft F, die senkrecht zum Flügel und zur !Tangente verläuft, so ergibt sich f ■ OFcosö ·

F selbst ist ein veränderlicher Wert, der mit einer guten Annäherung bei Wasser gleich SV_ßsin I berücksichtigt werden kann, wo S die Flügeloberfläche, V« die relativ» Geschwindigkeit der Flüssigkeit, die sich aus der Kombination von V^ und V ergibt und I der wirkliche Winkel

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zwischen der Flügelebene und der Richtung von V_n ist.

2 Man kann also schreiben: f * CSV_R sin I cos 6.

In dem in Abb. 2 dargestellten Fall, wo die Geschwindigkeit des Kotors V gleich Mull ist, wird V_R mit V_f verwechselt. Wenn man mit*<■ den Winkel bezeichnet, den der durch den Flügelmittelpunkt gehende Arm B mit dem der Strömungerichtung entgegengesetzten Nullhalbmesser macht und mit i den Schräglagewinkel des Flügels mit dem genannten Nullhalbmesser, dann erhält man I ■ i, hieraus: f «

SOV₁₃ sin i cos β. Ausserdem ersieht man aus der AbMΙα

dung 1, dass θ « i + =* ist. Dies ergibt:

f - 0SV_R ²sin i cos (i + X ), ein Wert, der für alle Werte von^- maximal sein muss.

Diese Bedingung wird für i ■ TT 4 <*- verwirklicht.

Ά 2

Geometrisch bedeutet diese Gleichung, dass die Flügel vordreht werden, damit ihre Verlängerang durch den I\mkt ü geht (Abb. 3); dies iet die Stellung bei 270° auf dem durch den Punkt R beschriebenen Leitkreis. Wenn man nun '"it /·? den Winkel zwischen OR und OLOC bezeichnet, erhält -an

_f3 m i. — T und, ausserdem, ϊ « i_(°- ~ ^ ) ^was 2 2 2

i-T + l(pc_T), also i - Γ + ^ ergibt. 2" 2 2 5 2

Die primäre Führungskurve (Abb. 4) ergibt sich daher aus einer Umwandlung des Leitkreises 0_R durch eine Verlagerung, mit einer Amplitude gleich dem_tAbstand d vom Fiihrungspunkt g zur Drehungsachse R des Flügelblattea, der Punkte des Leitkreises, wobei diese Verlagerung positiv oder negativ sein kann und eventuell den V/inkel zwischen der Geraden, die den Führungspunkt "ät der Achse des Flügelblattes verbindet und der ßlattebene berücksichtigt.

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Λ-, Cm

Während der theoretischen Umdrehung gemäaa diesem Führunganocken folgt der Führungapunkt g während einer Umdrehung der inneren Kurve P und während der folgenden Umdrehung der äusaeren Kurve P, und umgekehrt, dabei wandert er in Punkt O von der einen zur anderen. Bin Kippen dea Flügels wie beim Motor gemäaa Abb. 1 geschieht nicht mehr.

Die Umfangsgeschwindigkeit V dea Motors iat auf alle Fälle für die Erreichung einer Leiatung von Null verachieden.

In diese" Fall (Abb. 5) iat die Gleichwertigkeit I « i nicht nehr naciisewieaen«

Da V„ in jeden> Punkt die Resultierende der Geschwindigkeit

e
iat, können wir achreiben

der Flüssigkeit und der Rotationalachwindigkeit V

V . Vv-2 + v² - 2 V^V_ cos (I¹^a) oder

² - 2 V-V
r ι r

* V ² - 2 V-V ein<?C r ι r

hat ran V„ sin ( T -⁴^) « V ain U , aus wel* ^r 1 R

eher Formel man 3in</' « r cosc{ erhält.

Ti

Der .Verb von 1 iat dann gleich I « i 4 f , qo dass man schreiben kann:

f - CS (V_f ² η V_r ² - 2 V_fV_r sin c*. ) . sin (i +/)coe(i ±c< ).

Da Vj- und V_p Werte sind, die durch die Arbeitsbedingungen des l.:otora bestirnt v/erden, wird der Maximalwert von f für ,jeden Wert von '^- für

4 5 1

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verwirklicht, wobei es! sich von O - 270° ändert und Ϋ je nach dem Quadranten positiv oder negativ ist.

Der Verlauf der Führung kann also leicht (Abb. 4) aus dem Verlauf der Geschwindigkeit V » ο abgeleitet werden, indem man den in i angegebenen Wert von / berichtigt; der

V
Winkel^ wird durch sin ψ « r cos cv bestimmt. Wie in der

T"

Abb. 5 gezeigt, kann man in jedem Punkt der Bahn der Flügelachse, die durch den Winkel <*< bestimmt ist, vektoriell V„ durch

definieren.

Der V/inkel '/ ist der Winkel von V„ und Vp und ist positiv f ür «t zwischen 2 nt - 30° und 2 η Τ ♦· 90° und negativ zwischen 2 η ψ + 90° und 2 η T + 270°, wobei η eine ganze Zahl ist.

Zur Bestimmung der Neigung i des Schaufelblattes lässt man dieses in Beaug auf die Neigungsgerade T + ■*- , die

ϊϊηβη Λ

durch den Punkt der Bahn bei 270 geht, um einen Winkel

V grössenmässig und richtungsmässig drehen. 2

Iiimmt man an, dass die Nockenrolle g mit einer Kante des Flügels A im Abstand d von ihrem Anlenkpunkt zusammenfällt, erhält man den Linienzug des Führungsnockens O - 0,, wie er in der Abb. 4 gestrichelt dargestellt ist.

l'.an 3ieht, dasa der Hocken das Beatreben hat, sich dem

Anfangskreia zu nähern, sobald das Verhältnis r zunimmt,

und er sich weit mehr dem Anfangskreis auf der stromaufwärts liegenden als auf der stromabwärts liegenden Bahn nähert.

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Tatsächlich schwankt der Wert des Winkele ψ zwischen den beiden Werten ί / max, der durch V ■ V_f ein/ max bestimmt wird und wird für ·*- » 9O° und 270° gleich Null, wie dies deutlich in Abb. 5 zu erkennen ist· Ausserdem sieht man, dass ¹Z ständig in einem Teil der stromabwärts liegenden Bahn in der Masse grosser wird als r grosser wird.

Nach einer ersten Ausführungsform wird der Flügel durch eine Rolle g geführt, die im Abstand g von ihrer Drehungsachse in der Mittelebene des Flügels liegt, wobei diese Rolle mit einem U-förmigen Führungsweg gemäss dem Verlauf der Kurven C und C, oder entsprechend den aus den Kurven P und P, abgeleiteten Kurven in Kingriff steht. Bs ist auch möglich, den Flügel mit 2 Rollen zu versehen, die symmetrisch zu seiner Anlenkachse angeordnet sind und die abwechselnd mit einer einzelnen Laufbahn entsprechend dem Verlauf einer der Kurven 0 oder 0, in Eingriff stehen.

Der Flügel kann Jedoch infolge der Rotation nicht immer der Flüssigkeit die gleiche Seite zuwenden. Bei bestimmten Flügeln mit unsymmetrischem Profil kann es daher interessant sein, dass die gleiche Fläche stets der Flüssigkeit zugewendet ist. Da die zugewendete Fläche in Punkt 1 (Abb. 4) wechselt, muss man einen zweiten Wechsel oder ein zweites Kippen vorsehen. Bei der früher bekannten Ausführungsform gemäss Abb. 1 erfolgt dae zweite Kippen in 5 in dem Augenblick, wo der auf den Flügel wirkende Druck der Flüssigkeit am grossten ist. Da das Kippen in 1 alL-mahlich vor sich geht und einer Änderung entspricht, durch die optimale Anstellwinkel erhalten werden, da dieser Vorgang mit der optimalen Führungskurve der Abb· 4 zusammenfällt, iist das zweite Kippen wichtig, da es einer Umdrehung von 180° innerhalb eines kleineren Sektors entspricht und ungünstige Anstellwinkel erfordert und nicht auf den optimalen Leitkurven in Erscheinung tritt. Gemäas der Br-

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findung erfolgt das zweite Kippen des Flügels in einem Sektor, der vor oder wie in Abb. 7 gezeigt, hinter der Motorwelle M liegt. Während des Kippens dreht der Flügel, der genau senkrecht zu V„ in Punkt 6 A liegt, so lange, bis er einen Anstellwinkel Null oben über Punkt 7 a hinaus hat und nimmt dann allmählich wieder eine Einstellung an, bei der ein Drehmoment entsteht. Die eigentliche Geschwindigkeit des dem Hocken folgenden Flügelendes rich_ tet sich genau nach der Richtung der Komponente V„. Sie erfolßt also ohne Leistungsabgabe an der Antriebswelle, jedoch die höhere Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit erzeugt stattdessen am Flügel ein Kippmoment, v.'obei die Eintrittskante sich im stromaufwärtsliegenden Teil befindet, wodurch sich der Winkel des Flügels ^it der Arm Ιί vergrössert und ein zusätzliches Drehmoment liefert. In diesem Bereich verringert sich der Nachstrom des Flügels, der in runkt 6 a senkrecht zur Strömung war, da die Anstellung abnimmt; es gibt keine Störung, die die anderen Flügel beeinflussen könnte, die sich alle i"i oberen Strömungsgebiet befinden. Die Führungskurve ist aus theoretischen Schaulinien 0 und O¹ in Abb. 4 abgeleitet, inde"! diese beiden Kurven im Sektor 5 durch eine Linie in der in Abb. 6 gezeigten For"¹ verbunden werden.

Bei der in Abb. 8 gezeigten praktischen Durchführung l.at die Kraft auf nahmewe He l'. vier Ar"ie B, ar. derer. Buden irehbar in R die Flügel A angebaut sind. Diese Drehung erfolgt u^ die Achsen 10, die in Huffen eingebaut sind und in die Ar*"e B übergehen. Diese Achsen sind in Bez\i£ auf die senkrecht unterhalb der Ar^e B angebrachten Flügel feststehend. Auf ihre oberen Enden sind die Kurbeln 11 verkeilt. Diese Kurbeln trafen a·* freien Ende einen senkrechten Wellenstumpf 12, auf de"* eine Holle 13 eingebaut ist. Die3e Rolle 13 greift ii: den U-förmi^eii Kanal ein,

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den der Nocken 0 bildet, der gegenüber dem hier nicht gezeigten Rahmen feststeht oder auch schwenkbar sein kann.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen, bei denen eine Führung des Flügels ducch eine in einer nockenförmigen Führungsbahn umlaufenden Rolle in Betracht kommt, sind mechanisch einfach, aber bei häufiger und grösserer Änderung des Wertes ψ ist es möglich, geometrisch die Bedingung i a T + <*- + £ mit mechanischen Vorrichtungen, die sich als einfacher erweisen als ein Leitweg mit veränderlichem Umriss oder einfacher als eine Vielzahl miteinander ver tauschbarer Führungswege, zufriedenstellend zu lösen.

Betrachtet man nämlich die Abb. 9» in der D der Leitkreis des Mittelpunktes Ll und des Halbmessers B₁ der von der LJmdrehungsachse des Flügels durchlaufen wird, und G ein Kreis mit dem Mittelpunkt O und dem Halbmesser R ist, z.B. R = B ^Vr , dann ist der Winkel ψ der Winkel, der durch die Gerade gebildet wird, die M mit dem äuasereη Ende Γ eines Halbmessers R verbindet, der parallel zu MR verläuft. Die Ausführung erfolgt n&mlich immer vektoriell durch Drehung von T und mit der Homothetiezahl K bei VX) - K v£ OP - ^ ΤΎζ , woraus LiP « K V^" folgt. MP schneidet den Kreis D in P¹, und der Winkel ORP ist gleich O'^I- m <£ .
"T 2

Wenn man infolgedessen die Flügelebene durch den Punkt P¹ laufen lässt, wird die Gleichwertigkeit i ■ "?" + «<■+/

Ά 2 2 ·

immer festgestellt v/erden.

Für die mechanische Durchführung können O und H durch vertikale parallele Achsen gebildet werden, die synchron umlaufen. P ist eine Rolle, die durch einen Arm R gehalten wird, wobei F sich in einer Schiene eines Radialarmes H

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bewegt, der frei drehbar um die Achse M eingebaut ist· P^f ist eine feste Rolle, die auf H befestigt ist und RP' ist eine Gleitschiene, in der die Rolle P¹ gleitet.

Hier ist zu sagen, dass die Drehvorrichtung des Flügels in Bezug auf die Abmessung klein gehalten werden kann} der wirkliche Flügel kann in einer Bntfernung von M liegen, die grosser als R ist, indem die wirkliche Flügelachse und die Achse R z.B. mit 2 Kettenrädern gleichen Durchmessers versehen werden, über die eine endlose Kette läuft.

Gemäss dem Erfindungsgedanken ist es möglich, die durch P¹ gebildete Führung und den Hebel P¹R wegfallen zu lassen, der eine sehr grosse Länge haben müaste, da er zu R symmetrisch sein muss.

Betrachten wir nun, wie in Abb. IO gezeigt, ein Ritael EM, das drehbar auf einer Welle M. eingebaut ist, und einen Arm B, der sich um M mit der Geschwindigkeit des Motors dreht, wobei dieser Arm B eine Rolle Bj vom gLeichen Durchmesser wie B^ trägt und nut dieser in Eingriff steht, und eine Rolle E.. von doppeltem Durchmesser und die r^it E₁-im Eingriff steht. Sobald sich der Arm B um einen /inkel ^ dreht, und wenn K, feststeht, dreht sich das RitzeL E-j- um den V/inkel y in Pfeilrichtung in Bezug auf die Achse von B und das Ritzel E. dreht sich um einen Winkel -

in Bezug auf die gleiche Achse. Wenn man auf der Rolle E. eine Stellung A des Flügels verwirklicht und die Stellung so gewählt wird, dass, sobald B in der Verlängerung von B steht, A durch O geht, wird A weiter durch O während der Umdrehung gehen, und die Beziehung i * V + ·< ist durch

die mechanische Vorrichtung gewährleistet.

Wenn das Ritzel Ejj kraft Schluss ig mit einem Radialarm H

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Verbunden ist, der eine Kulisse trägt, in die eine Rolle P eingreift, die am Ende -fion einer Kurbel R gehalten wird, die um eine Achse O gedreht wird, wird das Ritzel BM in eine hin- und hergehende Umdrehung versetzt, denn, es um den Winkel ^f/ in der durch den Pfeil angezeigten Richtung gedreht wird, wird sich das Ritzel E, um den Winkel f in entgegengesetzter Richtung drehen und das Ritzel B. dreht sich um den Winkel f in der gleichen Richtung wie das Ritzel E ; dies erfolgt, gleichgültig wie gross Winkel ^i ist. Durch die mechanische Vorrichtung wird also die Gleichung i - ][ + <-*. + ¥ erfüllt, mit dem Vorbehalt,

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dass OP = r I?:t, xvobei sich O, auf der Achse OM be-

findet. Bs wird daher möglich sein, wenn man den Abstand OM oder den Abstand OP verändert, eine Antriebsvorrichtung für die Drehung des Flügels zu verwirklichen, wenn das Ritzel BA an die Drehung mit dem Flügel gekuppelt wird, denn man OP durch einen Nocken mit dem Profil f( cC ) und H durch einen Arm, der eine Nockenrolle trägt, ersetzt, kann man BM ein dmdrehungsprograram, z.B.

i = £ + ei, + f (cC) geben, d.h. man kann derp Flügel bei Jeder

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Anstellung eine optimale Drehung im Hinblick auf den Winkel oC und der Polare geben.

Bei der in Abb. 11 gezeigten Ausführung wird der Flügel A durch eine Achse O gehalten, die a"* Bnde eines Radialarmes B drehbar gelagert ist, wobei letzterer kraftschlüssig mit einer Hohlwelle M verbunden ist, die drehbar in Lagern (hier nicht gezeigt) gelagert ist und durch ein ebenfalls hier nicht gezeigtes Getriebe den elektrischen Generator oder eine ardere durch den Iwotor angetriebene Vorrichtung antreibt.

Auf die Welle 10 ist ein Kegelritzel 14 geschrumpft, das mit einem Kegelritzel 15 im Eingriff steht, das mit dem

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Bnde einer Welle 16 parallel zu™ Arm B mittels Keil befestigt iat. Das andere Bnde der Welle 16 trägt ein Kegelritzel 17» das mit einem Kegelritzel 18 in Eingriff steht, dessen Durchmesser gleich der Hälfte des Durchmessers des Kegelritzels 14 ist; dieses Ritzel 18 wird durch eine Welle 19 gehalten, die gleichachsig zur Welle M verläuft und in eine Achsialbohrung der letzteren geht ·

Wenn man die Welle 19 in ihrer Umdrehung feststellt, wird der Winkel des Flügels immer gleich T + -K sein, wobei c-C der Winkel ist, den B mit der Richtung entgegengesetzt zur Strömungsrichtung der Arbeitsflußsigkeit macht·

Um die Gleichheit i - Γ+«*. + £ herzustellen, iat die Welle 19 kraftschlüssig ηίτ einer Kurbel 20 verbunden, die eine Längsschiene 21 hat, in der Bich eine Rolle 22 dreht, die durch eine Kurbel 23 gehalten und letztere durch die Welle 24 angetrieben wird. Die Welle 24 aelbat wird mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Welle L' durch ein Getriebe angetrieben, das in der dargestellten Ausführung, die jedoch vereinfacht werden kann, ein Kettenritzel 25 enthält, das auf der Welle L verkeilt ist, eine Kette 26, ein Getriebe irit zwei Kettenritzeln 27 und eine Kette 28 für den Antrieb eines auf der Welle verkeilten K*ettenritzels 29.

Wenn das Verhältnis r sich ändert, besteht die I'öglich-

keit, die obige Vorrichtung so zu vervollstand igen, dass »an diesen veränderlichen Wert in die Drehung des Flügels A einführen kann. Hierzu gibt es die Rolle 22, die durch einen auf der Kurbel 23 gleitenden Arm 30, z.B. durch eine schwalbenschwanzfcrmige Gleitschiene 31, getragen wird· Der Arm 30 trägt eine Zahnstange 32, die ^it

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einem Ritzel 33 i™ Eingriff steht, das durch eine Welle 34, die gleichachsig zur Welle 24 läuft, gehalten wird. Auf der Welle 24 ist ein Kegelritzel 35 und mit der Welle 34 ein Kegelradkranz 36 verkeilt. Jeder dieser Zahnkränze steht "it einem Kegelritzel mit liegender Welle 37 bezw. 38 in Eingriff. Auf der Welle 39 des Kegelritzels 37 ist ein Ritzel 40 mittels Keil befestigt, dae über ein Zwischenritzel 41 ein Ritzel 42 antreibt, das sich in der gleichen Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Ritzel 40 dreht. Das Ritzel 42 hat einen Wellenstumpf 43, der gleichachsig zur Welle 44 des Kegelritzels 38 läuft. Da die Wellen 43 und 44 in uftgekehrter Richtung drehen müssen, hat man sie durch eine Differentialvorrichtung vereinigt, die aus zwei Kegelritzeln 45 und 46 besteht, die auf den genannten Wellen verkeilt und mit den Planetenrädern 47 in Eingriff stehen. Letztere sind in einem Gehäuse 48 untergebracht,, dessen Umfang zylindrisch und koaxial zu den Wellen 43-44 ist. Sobald das Gehäuse 48 stillsteht, drehen die Ritzel 45 und 46 in umgekehrter Richtung und mit gleicher Geschwindigkeit. Hierdurch werden bei gleicher Geschwindigkeit die Wellen 24 und 34 angetrieben; die Länge des Armes 23-30 bleibt aus diesem Grunde fest. Wenn man jedoch durch ein Schneckengetriebe 49, mit dem der Umfang des Gehäuses 48 versehen ist und durch eine Schnecke 50» die ^mit dem genannten Getriebe im Eingriff steht und durch ein Rad 51 gesteuert wird, das Gehäuse 48 um einen bestimmten Winkel drehen lässt, erhält der Zahnkranz 36 einen bestimmten Vorlauf oder einen bestimmten Nachlauf zum Zahnkranz 35i wodurch sich der Gleitann 30-32 radial zum Arm 23 verschiebt; man ändert also den Winkel ^rf , der durch die 2-kurbelige Vorrichtung 2O-23 gegeben iet.

Zu bemerken ist, dass eine einzige Differentialvorrich-

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tung gehügt, um alle Antriebe der einzelnen Flügel zu regeln. Hierzu genügt es, eine Anzahl von Vorrichtungen zur Verwirklichung des Winkels *f zu verteilen, die aus der Welle 191 einem zusammenschiebbarη Radialarm 23-30, einer Gleitvorrichtung 32-33-34 und einer Achse 24 in beliebiger räumlicher Anordnung bestehen, und alle Wellen kraftschlüssig durch ein Kettengetriebe oder eine analoge Vorrichtung drehbar zu verbinden, ferner eine einzelne Vorrichtung vorzusehen, die aus dem oben beschriebenen Differentialantrieb besteht. Die Achsen 19 der einzelnen Vorrichtungen werden dann an die einzelnen gleichachsigen Wellen für den Antrieb der einzelnen Kegelritzel 18 über Kettengetriebe oder ähnliche Vorrichtungen angeschlossen.

Zur Vereinfachung dieser mechanischen Vorrichtung ist es möglich, einen hydraulischen Antrieb für die Umdrehung des Flügels anzuwenden. Da das Ritzel 14 durch eine hydraulische Pumpe mit konstantem Volumen angetrieben wird, die auf Grund der möglichen Untersetzungen von kleiner Leistung sein kann, wobei Jede Pumpe durch eine mit einem Drehgelenk versehene Leitung an eine Pumpe mit veränderlicher Leistung angeschlossen ist, deren exzentrische Verstellung oder deren Schräge der Walae im Falle einer Walzenpumpe so eingestellt ist, dass eine Leistung erzielt wird, die als Funktion der Zeit aus der Summe oL + <f oder cK- + f ( <=* ) abgeleitet ist, sobald man die Polare des Flügels berücksichtigen will, wobei die Änderung der Leistung sehr leicht durch einen Nocken gesteuert werden kann·

Zu bemerken ist, dass die Schwenk- oder Drehvorrichtung des Flügels nur eine geringe Leistung erfordert, falle der Flügel richtig ausgewuohtet ist, wobei das Antriebemoment am Leiatungsaustritt des Motors bald ein Wider-

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atandsmoment, bald ein Drehmoment ist.

Die oben als Beispiel angegebene Ausführungsforaen können zahlreiche Änderungen erhalten, ohne dass dabei der Rahmen der Erfindung überschritten wird. Somit ist es
auch klar» dass man statt der obigen hydraulischen Steuerungsvorrichtungen elektrische Steuerungsvorrichtungen verwenden kann·

- Aneprüche -

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Claims

Ansprüche

ι iij Motor mit stehender Welle und verdrehbaren Flügeln, dessen Mittelachse eich auf einer zylindrischen Bahn bewegt und der durch einen Flüssigkeitsstrom angetrieben wird, wobei die Schwenkung der Flügelebene zur Strömungsrichtung der Arbeitsflüssigkeit von der Stellung des Flügels auf dem Bahnzylinder mit vertikaler Achse abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel bo geführt ist, daß die Neigung des Flügels zur NuIlaohse, die in umgekehrter Richtung zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit gedreht ist, in jedem Punkt gleich i » TT +^ ist, wobei φ der Winkel zwischen dem durch den Flügel gehenden Halbmesser und der Nullachse ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel so geführt ist, daß die Neigung des Flügels zur in umgekehrter Richtung gedrehten Nullachse der Strömungsrichtung

ff j j in jedem Punkte im wesentlichen gleich * ^s J ⁺ "J ⁺ ? ^iet» wobei <l· der Winkel zwischen dem durch den Flügel gehenden Halbmesser und der Nullachae ist und ^ der Winkel der resultierenden Geschwindigkeit V_R als Differenz der vektoriell betrachteten Geschwindigkeiten V_f und V_r ist.

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If

3. Motor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des Flügels eine Vorrichtung, bestehend aus einer Rolle und einer Führungsbahn in Form des für einen gegebenen Wert von*f konstruierten Nockens umfaßt.

4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn aus einer U-förmigen Lauffläche gebildet ist,

mit der eine Rolle zusammenwirkt, die durch eine Kurbel gehalten wird, die ihrerseits auf das Ende der Vertikalachse des Flügels aufgeschrumpft ist, die durch das Ende des mit der Zapfwelle kraftschJüssig verbundenen Armes hindurchgeht<

5. Motor nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des Flügels durch eine einzige Führungerolle übernommen wird, die nach zwei sich schneidenden Kurven geführt ist, wo Dei die genannte Führungsrolle abwechselnd bei jeder Umdrehung einer dieser Kurven folgt.

6. Motor nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Führungsrollen vorgesehen sind, die symmetrisch zur Gelenkachse des Flügels angeordnet werden, indem der Nocken einer der beiden Führungskurven entspricnt, wobei jede Führungsrolle abwechselnd die efiektive Führung für die Dauer einer Umdrehung übernimmt.

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ar

7. Motor nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, aaß die Führung des Flügels im Bereiche seines Bahnpunktes ODerhalb oder unterhalD der Motorachse umsteuerbar ist, wobei die Fünrung durch Sektoren uei beiden Pührungskurven zwischen ihrem Schnittpunkt und dem Kippunkt übernommen wird, indem diese beiden Sektoren im Bereiche des Kippunktes angeschlossen werden.

8. Motor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des Flügels durch um seine Achse rotierende Antriebsmittel gewährleistet ist, die der Achse eine Drehung in Abhängigkeit von der Drehung des Haltearmes in bezug auf eine Anfangsrichtung gibt, die entgegengesetzt zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit verläuft.

9o Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation des Flügels durch die Umdrehung einer Welle erzeugt wird, die einen Hebelarm trägt, der durch das Ende eines angelenkten Radialarmea geht, der frei um die Welle rotiert, durch die der Arm gleicher Länge, die die Antriebswelle des Flügels trägt, gehalten und in Umdrehung versetzt wird, wobei der frei drehbare Arm so angeordnet ist, daß er durch das Ende eines zweiten Radialarmes geführt ist, der parallel zum Haltearm der Flügelachse läuft und um eine Welle im 270°-

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Punkt der Bahn der Flügelantriebswelle in Umdrehung versetzt wird, wobei das Längenverhältnis des frei drehenden Radialarmes und des zweiten Radialarmes V ist.

10. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb ein Vorgelege vorgesehen ist, das die Rotation der Flügelhaltewelle mit einer Untersetzung von 1 : 2 zur Umdrehung des Flügelhaltearmes antreibt.

11. Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Axialwelle des Vorgeleges, die als Bezugswelle des Vorgeleges dient, eine Winkelstellung in Abhängigkeit von der Stellung des Flügelhaltearmes hat, die gleich oder 2 f (ck) ist.

12. Motor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für die Flügelwelle durch einen Hydraulikmotor mit einer geeigneten Untersetzung erfolgt, wobei die Durchsatzmenge der Antriebsflüssigkeit durch eine Pumpe gesteuert

dt

wird, deren Förderleistung proportional ist.

13. Motor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Rotation der Achse des Flügels durch eine elektrisch betriebene Vorrichtung erfolgt.

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