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Motorschiff.
Die Erfindung betrifft ein Motorschiff von hoher Eigengeschwindigkeit. Bei den Landund Luftfahrzeugen war eine Steigerung der Eigengeschwindigkeit verhältnismässig leicht zu erreichen. In der Schiffbautechnik versuchte man bis vor kurzem höhere Geschwindigkeit in der Hauptsache durch Vergrösserung der Kraftanlage und durch Verwendung mehrerer Wasserschrauben zu erzielen. Doch mit Ausnahme der Gleitboote, die zu hohe Betriebsstoffkosten und zu unruhigen Gang aufweisen, erreichen bis jetzt Wasserfahrzeuge trotz aller Bestrebungen der Konstrukteure durchschnittlich keine grössere Stundengeschwindigkeit als 40 Kilometer, weil der ungeheure Widerstand des durch den Körper des Fahrzeuges verdrängten Wassers, welcher mit dem Quadrat der Geschwindigkeit wächst, diesen Bestrebungen Grenzen setzt.
Die zur Überwindung des Wasserwiderstandes erforderlichen Leistungen der Antriebseinrichtungen, wie Räder, Wasserschrauben oder Luftpropeller u. dgl., vergrössern sich bei zunehmender Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges bis zu unwirtschaftlichen Werten. Motorboote bisheriger Bauart haben infolge ihres Tiefganges erheblichen Wasserwiderstand und erzeugen daher während der Fahrt riesige Wasserbewegungen mit weitauslaufendem Wellenschlag, der im Binnenschiffsverkehr Schleppzüge und am Ufer verankerte schwimmende Objekte gefährdet und die Uferbauten stark beschädigt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Motorschiff, das eine hohe Eigengeschwindigkeit mit einem wirtschaftlichen Antrieb im wesentlichen dadurch erzielt, dass das Schiff seitlich mit zwangsläufig angetriebenen Rotationskörpern, z. B. mit Rädern, Trommeln, Schwimmern od. dgl., mit zum Schiffskörper querliegender, waagerechter Rotationsachse versehen ist, die bei geringem Kraftaufwande grosses Umdrehungsvermögen besitzen bzw. sehr schnell rotieren und ausserdem am Schiffskörper so angeordnet sind, dass sie nur teilweise ins Wasser eintauchen und den Schiffsboden nach unten zweckmässig überragen ;
ferner sind diese Rotationskörper entgegen den bekannten gegenüber dem Schiffskörper so klein dimensioniert, dass sie im ruhenden Zustande des Fahrzeuges den Schiffskörper nicht tragen und dieser daher durch seinen eigenen statischen Auftrieb schwimmt, während bei der Fahrt die Rotationskörper einen dynamischen Auftrieb erzeugen, der den Schiffskörper teilweise oder ganz aus dem Wasser hebt. Die Rotationskörper dienen somit der Hauptsache nach zur Hebung des Schiffskörpers und nur nebensächlich der Vorwärtsbewegung des Schiffes.
Es ist zwar bekannt, Wasserfahrzeuge mit rollenden Schwimmkörpern zu versehen, welche das Fahrzeug durch ihren statischen Auftrieb schwimmend erhalten, wie auch mit solchen, welche eine Vorwärtsbewegung des Fahrzeuges herbeiführen sollen. Doch sind diese Körper in erster Linie immer nur zum Tragen des Schiffes, manche sogar zum Tragen desselben über Wasser bestimmt und daher sind sie durchwegs mächtig dimensioniert und nur langsam laufend. Das sich vor den sich langsam drehenden voluminösen Rollkörpern stauende Bugwasser bildet einen grösseren Widerstand als der Fahrtwiderstand von schlank gebauten Schiffen, bzw. erzeugt einen derart hohen Anfangswiderstand, wie solchen normal gebaute Schiffe erst bei grossen Schiffsgeschwindigkeiten aufweisen.
Auch die Form der bekannten Rollkörper ist eine solche, dass selbst wenn sie rascher angetrieben werden, ein mechanischer
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Auftrieb des Schiffskörpers z. B. durch Abwärtsschwenken von Tragarmen erforderlich ist, um das Schiff im Wasser emporzuheben bzw. seinen Tiefgang zu verringern. Diese bekannte Type von Schiffen auf rollenden und zugleich statisch tragenden Elementen verliert überdies das bei normalen Schiffen ausgenutzte Deplacement in den totliegenden Räumen der rollenden Elemente, über welchen der nutzbare Raum aufgebaut werden muss, so dass diese Schiffe bei gleichem Nutzraum ungefähr das doppelte Konstruktionsgewicht der normalen Schiffe, also auch das doppelte Tauchvolumen aufweisen.
Die Geschwindigkeit der rollenden Elemente wurde bisher so klein gewählt, dass diese Elemente, soweit sie am Schiffsantrieb überhaupt teilnehmen, im Wasser nur eine im wesentlichen waagerechte Reaktionskraft hervorrufen,
Zur Aufklärung des Unterschiedes zwischen den bisherigen Wasserfahrzeugen und dem Motorschiff mit hoher Eigengeschwindigkeit gemäss der Erfindung wird auf das in Fig. 5 der Zeichnung angedeutete Diagramm verwiesen. In diesem Diagramm ist auf der Abszissenachse die Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges aufgetragen, während auf der Ordinatenachse bei den Kurven Kl und K2 der Widerstand des Wassers gegen die Bewegung des Wasserfahr-
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tragen ist.
Die Kurve Kl stellt den Wasserwiderstand gegen die Bewegung des Wasserfahrzeuges bei bekannten Antrieben dar. Aus dieser Kurve geht hervor, dass bei zunehmender Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges sich der Wasserwiderstand unverhältnismässig schnell vergrössert.
Diese Kurve erklärt es ohne weiteres, warum es bisher unmöglich war, hohe Geschwindigkeiten von Wasserfahrzeugen mit einem wirtschaftlichen Antrieb zu erzielen. Die Kurve K2 zeigt, wie sich der Wasserwiderstand mit zunehmender Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges bei einem Antrieb nach der Erfindung vergrössert. Diese Kurve zeigt ferner, dass bei kleinen Geschwindigkeiten bei einem Schiff nach der Erfindung der Wasserwiderstand grösser ist als bei einem Schiff mit einem üblichen Antrieb. Dies ist durch den grösseren Widerstand erklärlich, welchen bei einer geringen Geschwindigkeit und bei der bedeutenden Tauchung des Schiffes der Fortbewegung desselben das vor die Rotationskörper herausgestossene Wasser entgegengesetzt.
Bei höheren Geschwindigkeiten entspricht aber einer unverhältnismässig grösseren Zunahme der Geschwindigkeit nur eine geringe Erhöhung des Wasserwiderstandes, da bei einer geringeren Tauchung und grösserer Beschleunigung das Wasser durch die Läufer nach unten gedrängt wird. Eine Erklärung dieser Erscheinung geht aus der Kurve K3 hervor. Diese Kurve zeigt, wie bei zunehmender Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges die Tauchung der Rotationskörper und daher auch die Tauchung des Wasserfahrzeuges ins Wasser abnimmt, so dass sich proportional auch der Widerstand der in das Wasser tauchenden Teile vermindert.
Durch die Verkleinerung der untertauchenden Flächen des Wasserfahrzeuges nimmt der Gesamtwiderstand desselben, welcher bei gleichbleibender Tauchung mit zweiter oder sogar dritter Potenz wächst, in einem viel geringeren Masse zu. Durch eine geeignete Konstruktion des Wasserfahrzeuges und erhöhte Geschwindigkeit der Rotationskörper kann sogar eine Umkehr der Kurve K2 nach unten zu nach Erreichung eines bestimmten Höhepunktes erzielt werden, derart, dass sodann der Gesamtwiderstand des Wassers nach Überschreitung einer bestimmten Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges abnimmt.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in Seitenansicht und Stirnansicht ein auf dem Wasser aufruhendes Wasserfahrzeug und die Fig. 3 und 4 in denselben Ansichten dasselbe Wasserfahrzeug während der Fahrt. Fig. 5 stellt das bereits erwähnte Diagramm dar. Fig. 6 zeigt verschiedene Querschnittsformen der Umfänge von Rotationskörpern, Fig. 7 verschiedene Profile von Bechern und Fig. 8 verschiedene Formen von am Umfang der Rotationskörper angeordneten Schaufeln.
Das Wasserfahrzeug nach der Erfindung besteht aus einem Rumpf a, welcher in jeder beliebigen bekannten Weise, gegebenenfalls auch als ein Schiff von üblicher Form ausgebildet werden kann. Zu beiden Seiten des Rumpfes a sind in bekannter Weise vorne und hinten auf waagerechten Querachsen angetriebene Rotationskörper b angeordnet, die die Form von Scheiben, Trommeln, Voll-oder Hohlrädern mit ihre Laufflächen überragenden radialen Wänden oder überhaupt jede beliebige geeignete Form haben können die jedoch im Gegensatz zu den bekannten Rollkörpern klein dimensioniert und daher leicht sind und bei rascher Rotation grosse Umfangsgeschwindigkeiten erlangen können, sowie nur teilweise in das Wasser eintauchen. Zweckmässig wird am Umfang der Körper b oder an ihren Seiten ein an sich bekanntes System von im Kreise angeordneten Bechern, Schaufeln od. dgl.
angeordnet und grundsätzlich so ausgebildet, dass durch eine schnelle Rotation der Körper b, die unter dem Schiffsrumpf a vorragen, diese dás Wasser unter sich treiben, um eine lotrechte Komponente der Reaktion im Wasser entstehen zu lassen, durch welche der Rumpf a samt den Körpern b aus dem Wasser emporgehoben wird. Hiebei kann durch entsprechende Dimensionierung der
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Ränder des Körpers b die Menge des verdrängten Wassers ohne Vergrösserung der Körper bedeutend erhöht werden. Bei einer entsprechend raschen Bewegung des Wasserfahrzeuges tritt dann kein Pflügen des Wassers durch den Schiffskörper ein, sondern die Körper b laufen auf das Wasser auf und rollen auf dem Wasser fort.
Gleichzeitig kann durch eine geeignete Form der Körper b und der Becher bzw. der Schaufeln am Umfang derselben eine Fortbewegung des Wasserfahrzeuges erreicht werden, in ähnlicher Weise, wie Schaufelradschi ! fe mit Hilfe von seitlichen Schaufelrädern angetrieben werden, im letzteren Falle wohl ohne ein Emporheben des Schiffes aus dem Wasser zu bewirken.
In der Ruhe schwimmt das Schiff am Wasser durch seinen eigenen Auftrieb. Der Antrieb der Körper b kann auf irgendeine bekannte Art von einer Dampfmaschine, einem Verbrennungmotor, einem Elektromotor od. dgl. aus erfolgen.
Die resultierende Geschwindigkeit des Schiffes hängt von der Umfangsgeschwindigkeit der Rotationskörper b sowie von der Form der Becher ab und ist theoretisch eine unbeschränkte.
Erst bei grossen Umfangsgeschwindigkeiten von klein dimensionierten. dabei aber schnell rotierenden und zielbewusst geformten und hinsichtlich Radius und Material gewählten Rollelementen (s. Fig. 6) gemäss der Erfindung wird das verdrängte Wasser nach unten getrieben und der Rotationskörper einen Auftrieb erhalten.
Da das Gewicht des Wasserfahrzeuges einen konstanten Wert hat und die Summe des verdrängten Wassers bzw. die Reaktion dieses Wassers im Sinne des oben Gesagten in entgegengesetzter Richtung als das Gewicht des Wasserfahrzeuges wirkt, so wird das Wasserfahrzeug bzw. werden die Läufer desselben bei einer erhöhten Geschwindigkeit um so weniger in das Wasser eintauchen, je grösser die Drehungsgeschwindigkeit der Läufer und daher auch die Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges sein wird (Kurve K3 in Fig. 5). Bei einer fast unendlichen theoretischen Geschwindigkeit würden die Körper b am Wasserspiegel laufen, fast ohne im Wasser einzutauchen.
Eine Bedingung für die Erreichung der Kurve K2 nach Fig. 5 ist die, dass die Körper b bei ihrer Rotation das Wasser möglichst lotrecht unter sich drängen. Dies kann durch eine hinreichend grosse Umfangsgeschwindigkeit und eine Anordnung der Becher am Umfang der Läufer b erzielt werden, wie sie z. B. in Fig. 6 dargestellt ist. Nach dieser Abbildung besitzen die Läufer radiale Flanschen, zwischen welchen Becher verschiedener Form angeordnet werden können. Die Querwände dieser Becher können gemäss Fig. 7 gekröpft, abgerundet bzw. mehrfach gekröpft oder abgerundet oder auch gewellt sein. In Fig. 7 ist die Drehrichtung des Körpers b bei der dargestellten Becherform durch einen Pfeil angedeutet.
Auch können die Körper b am Umfang mit entsprechend ausgebildeten Schaufeln versehen werden, wie Fig. 8 zeigt, in der die Form von solchen Schaufeln für ein genietetes und für ein gegossenes Profil der Läufer b angedeutet ist. Auch können die Schaufeln am Umfang der Läufer b vorteilhaft nach Art eines Peltonrades ausgeführt werden, welches selbstverständlich im entgegengesetzten Sinne zu rotieren hat, als wenn er als Motor arbeitet.
Aus der Fig. 5 geht hervor, dass Bedingung für die Arbeit des Sclnellschiffes nach der Erfindung eine bestimmte, einen bestimmten Mindestwert übersteigende Umfangsgeschwindigkeit der Körper b ist, bei welcher ein mechanischer Auftrieb erreicht wird, der ein Emporsteigen des Wasserfahrzeuges samt den Körpern b aus dem Wasser herbeiführt und auf diese Weise den Widerstand des Wasserfahrzeuges im Wasser herabsetzt.
Die Fortbewegung des Wasserfahrzeuges kann, wie bereits angeführt, durch die Körper b selbst erzielt, oder es können. falls nur glatte Rotationskörper verwendet werden. die keine oder nur eine ungenügende Vorwärtsbewegung des Schiffes herbeiführen, neben den Körpern b bekannte Wasserschrauben oder Luftpropeller, oder es kann jeder beliebige andere Schiffsantrieb angewendet werden. Gegebenenfalls können also die Körper b so ausgeführt werden, dass sie bloss einen mechanischen Auftrieb und ein Emporheben des Wasserfahrzeuges aus dem Wasser bewirken, während der Antrieb des Wasserfahrzeuges zu seiner Fortbewegung in irgendeiner andern Weise erzielt werden kann.
Dabei ist wohl dieser Antrieb so zu wählen. dass die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Wasserfahrzeuges niemals grösser ist als die Umfangsgeschwindigkeit der Körper b.
An Stelle von Bechern oder Schaufeln können am Umfang der Körper b auch geeignete Riffelungen, Nuten od. dgl. angeordnet werden. Die Schaufeln bzw. Riffelung kann auch zu beiden Seiten der Körper b ausgeführt werden.
Die symmetrisch zu den Seiten des Schiffes angeordneten Läufer b dienen zugleich zur Erhöhung der Stabilität des Schiffes während seiner Fortbewegung. Beim Stehenbleiben sinkt das Wasserfahrzeug samt den Körpern b wieder ins Wasser und wird vom Wasser durch den Auftrieb wie ein gewöhnliches Schiff getragen.
Auf der Zeichnung ist bei c ein Motor und d eine Transmission von den vorderen Körpern b auf die hinteren Körper schematisch angedeutet. e ist ein Ruder.
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Das erfindungsgemässe Scimellschiff zeichnet sich auch dadurch aus, dass zum Unterschied von den bisherigen Schiffen sein Antrieb um so wirtschaftlicher arbeitet, je grösser die Geschwindigkeit des Schiffes ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Motorschiff, das zu seinen Seiten Rotationskörper mit zum Schiffskörper querliegender, waagerechter Rotationsachse angeordnet hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationskörper (b), die bei geringem Kraftaufwande grosses Umdrehungsvermögen besitzen, am Schiffskörper (a) so angeordnet sind, dass sie nur teilweise ins Wasser eintauchen, den Schiffsboden nach unten zweckmässig überragen und gegenüber dem Schiffskörper so klein dimensioniert sind, dass sie in ruhendem Zustande des Fahrzeuges den Schiffskörper nicht tragen und dieser daher durch seinen eigenen statischen Auftrieb schwimmt, wogegen in Fahrt die Rotationskörper einen dynamischen Auftrieb erzeugen, der den Schiffskörper teilweise oder ganz aus dem Wasser hebt.