DE1250292B - Antriebseinrichtung fur Wasserfahrzeuge - Google Patents

Description

DEUTSCHES ^ff^ PATENTAMT AUSLEGESCHRIFT DeutscheKJ.: 65f3-6

Nummer: 1250 292

Aktenzeichen: H 54149 XI/65 f3

1 250 292 Anmeldetag: 27.Oktober 1964

Auslegetag: 14. September 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für Wasserfahrzeuge mit mindestens einer Antriebsschraube und einer ihr vorgelagerten, den Fahrzeugboden etwa abschließenden und den Schraubenzustrom berührenden umlaufenden Fläche, die die Leistung der Antriebsschraube unterstützt.

Es ist ein Antrieb für Motorboote, insbesondere Schnellboote, bekannt, bei dem die Antriebsschraube frei in das Wasser hineinragt und die in das Wasser eintauchende umlaufende Fläche als endloses Band ausgebildet ist, das dazu dient, den besonders bei schnellfahrendem Boot vor dem hinteren BootsteU entstehenden Wasserstauhügel nach hinten abzuleiten und hierdurch die Vertrimmung des Bootes durch Senken des Hecks zu verhindern. Die umlaufende Fläche bildet dabei im wesentlichen einen zusätzlichen Antrieb zu einer nicht in einem Antriebskanal angeordneten Antriebsschraube.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung für Wasserfahrzeuge nach Art eines an sich bekannten Strahltriebes zu schaffen, bei dem eine Antriebsschraube in einem Antriebs- bzw. Strahlenantriebskanal angeordnet ist, der aber im Gegensatz zu den bekannten Strahlantrieben für Wasserfahrzeuge keine aus dem Fahrzeugkörper hervortretenden und den Widerstand erhöhenden TeUe aufweist und bei dem trotzdem die Turbulenz am Einlaß des Antriebskanals verringert und insbesondere das Ablösen des Wasserstromes von der Kanalwandung vermieden ist. Dabei soll durch Verbesserung des Zuflusses zur Antriebsschraube erreicht werden, daß das Wasser im wesentlichen ohne Strömungswiderstände in den Antriebskanal eingeleitet wird.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Wasserfahrzeug, das, wie eingangs angegeben, außer mindestens einer Antriebsschraube eine in das Wasser eintauchende umlaufende Fläche aufweist, gemäß der Erfindung darin, daß die Antriebsschraube, wie an sich bekannt, in einem beim Betrieb des Fahrzeuges mit seiner Einlaßöffnung unter der Wasseroberfläche liegenden Antriebskanal angeordnet ist und die umlaufende Fläche mindestens teilweise den in der Fahrtrichtung vorderen Rand der Einlaßöffnung des Antriebskanals bildet.

Bei einer auf diese Weise ausgebildeten Antriebseinrichtung wird zunächst der Vorteil erreicht, daß die in dem Kanal angeordnete Antriebsschraube im Gegensatz zu einer offenen Antriebsschraube keinerlei Spitzen- und Berührungsverluste erfährt. Außerdem muß bei Antriebseinrichtungen mit offener Antriebsschraube diese in dem Wasserwirbel eines

Antriebseinrichtung für Wasserfahrzeuge

Anmelder:

Hovercraft Development Limited, London
Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Paap, Dipl.-Ing. Η. Mitscherlich
ίο und Dipl.-Ing. Κ. Gunschmann, Patentanwälte,
München 22, Mariannenplatz 4

Als Erfinder benannt:
Edward Gunsten Tattersall, Southampton;
Anthony Grahame Loriston-Clarke, .
Brockenhurst, Hampshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität: Größbritannien vom 28. Oktober 1963 (42 461)

die Schraubenwelle tragenden Stütz- oder Auslegerarmes rotieren. Wenn die Schraubenflügel durch diesen Wasserwirbel hindurchgehen, so ändern sich hierbei die auf die Schraubenflügel ausgeübten hydrodynamischen Kräfte, so daß die Antriebsschraube periodischen Störkräften ausgesetzt wird. Diese führen zu Schwingungen der Antriebsschraube, die in unerwünschter Weise auf den Fahrzeugrumpf übertragen werden können. Alle diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Teillängsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 eine etwas abgeänderte Ausführungsform, ebenfalls im senkrechten TeUlängsschnitt,

F i g. 3 die Ausfühmngsform nach F i g. 1 in Uirer Anwendung bei einem Gaskissenfahrzeug, wobei der untere Teil des Fahrzeugs im Längsschnitt dargestellt ist,

Fig. 4 und 5 eine andere Ausführungsform der Erfindung im senkrechten Teillängsschnitt bei einem Gaskissenfahrzeug,
F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 4,

Fig. 7 eine Abwandlung der Ausführungsform nach F i g. 4 und 5.

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Bei allen dargestellten Ausführungsformen weist die Antriebseinrichtung nach der Erfindung mindestens eine in einem Antriebskanal angeordnete Antriebsschraube sowie eine umlaufende Fläche auf, die mindestens teilweise den in der Fahrtrichtung S vorderen Rand der Einlaßöffnung des Antriebskanales bildet. Die Anordnung ist bei allen in der Zeichnung gezeigten Wasserfahrzeugen derart, daß die Einlaßöffnung des Antriebskanals beim Betrieb des jeweiligen Fahrzeuges unter Wasser liegt.

Gemäß F i g. 1 ist die als übliche Schiffsschraube ausgebildete Antriebsschraube 2 in einem Antriebskanal 3 von kreisrundem Querschnitt angeordnet, dessen hinteres Ende in einen Antriebsauslaß 4 übergeht und dessen am vorderen Ende angeordnete Einlaßöffnung 6 mit der Bodenfläche 5 des Bootskörpers 1 bündig liegt. Von der Einlaßöffnung 6 aus steigt der Antriebskanal 3 im vorderen Teil 7 zunächst an und fällt dann nach hinten zum Auslaß 4 hin wieder ab. Die Einlaßöffnung 6 ist dabei in ao einer Ebene angeordnet, die im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Wassers verläuft, das an dem Fahrzeug 1 im Bereich der Einlaßöffnung 6 vorbeiströmt. Die Antriebsschraube 2 bewirkt, daß Wasser durch die Einlaßöffnung 6 hindurch ange- »5 saugt und durch den Auslaß 4 als Antriebsstrahl ausgestoßen wird.

Derartige Strahlantriebseinrichtungen sind an sich bekannt, haben aber den Nachteil, daß der Strom des durch die Einlaßöffnung eintretenden Wassers von der vorderen Wand des Kanalteiles 7 abreißt, so daß eine turbulente Strömung entsteht, die zu einer erheblichen Verringerung des Wirkungsgrades der Antriebseinrichtung führt.

Um dies zu verhindern, ist gemäß der Erfindung an dem vorderen Querrand der Einlaßöffnung 6 die umlaufende Fläche angeordnet, die bei der Ausführungsform nach F i g. 1 durch einen Teil der Umfangsfläche eines drehbaren Zylinders 10 gebildet wird, der in waagerechter Lage so angeordnet ist, daß seine Achse quer zur Längsachse des Pahrzeugs, d. h. rechtwinklig zur Strömungsrichtung des Wassers, verläuft, das relativ zu dem Fahrzeug 1 an diesem vorbeiströmt. Der Zylinder 10 kann durch das in den Antriebskanal 3 einströmende Wasser in Drehbewegung versetzt werden. Vorzugsweise wird der Zylinder 10 jedoch z. B. über ein Getriebe 11 durch einen Motor 12 angetrieben, der auch die Schraube 2 antreiben kann. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Zylinders 10 kann verschieden so sein, wird aber mit Vorteil so gewählt, daß die Umfangsgeschwindigkeit des Zylinders gleich der Geschwindigkeit des Bootskörpers gegenüber dem Wasser oder etwas höher als diese Geschwindigkeit ist.

Die Einlaßöffnung 6 hat normalerweise eine quadratische oder rechteckige Grundrißform und geht im vorderen Teil 7 des Antriebskanals 3 nach dessen Scheitel zu allmählich in den kreisrunden Querschnitt über. Im Bereich des Auslasses 4 können an dem Bootskörper 1 ein oder mehrere Ruder 13 im Strömungsweg des aus dem Auslaß austretenden Wassers angeordnet sein. Auch kann der Auslaß 4 in bekannter Weise gegenüber dem Bootskörper 1 bewegbar angeordnet sein.

Wie in Fig. 1 angedeutet ist, kann der hintere Querrand der Einlaßöffnung 6 ebenfalls durch einen Teil der Umfangsfläche eines drehbaren Zylinders 14 gebildet werden. Eine solche umlaufende Fläche ver-292

ringert bei langsam laufendem Fahrzeug die Bildung einer turbulenten Strömung, die sonst beim Einströmen von Wasser in die Einlaßöffnung (5 entstehen und den Wirkungsgrad der Antriebseinrichtung beeinträchtigen könnte. Der Zylinder 14 kann ebenfalls über das Getriebell angetrieben werden, aber im allgemeinen nur bei der Inbetriebsetzung des Fahrzeugs und bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten, wobei dann die Drehbewegung des Zylinders 14 eine Verringerung der Turbulenz bewirkt. Wenn das Fahrzeug dagegen mit größerer Geschwindigkeit läuft, wird der Zylinder 14 normalerweise nicht angetrieben.

Die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsform entspricht derjenigen nach F i g. 1 bis auf den Unterschied, daß die umlaufende Fläche am vorderen Rand der Einlaßöffnung 6 durch einen Teil der Außenfläche eines endlosen Gurtes 20 gebildet ist, der über Rollen 21 geführt ist. Dabei können eine oder mehrere dieser Rollen über das Getriebe 11 angetrieben werden. Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 ist im übrigen an dem hinteren Rand der Einlaßöffnung 6 keine umlaufende Fläche angeordnet.

Gemäß F i g. 3 ist eine der F i g. 1 entsprechende Ausführungsform der Erfindung bei einem Gaskissenfahrzeug 25 gezeigt, das beim Betrieb über der Wasseroberfläche 24 durch ein oder mehrere Druckgas- bzw. Druckluftkissen im schwebenden Zustand gehalten wird. Das oder die Druckgaskissen sind dabei durch in der Längsrichtung des Fahrzeuges verlaufende Seitenwände 26 seitlich begrenzt, die vom Fahrzeugboden nach unten vorstehen und teilweise in das Wasser eintauchen, während am vorderen und hinteren Ende des Fahrzeugs zur Begrenzung des oder der Gaskissen Strömungsmittelvorhänge 32 gebildet werden. Als Strömungsmittel für die Vorhänge kann Druckluft dienen, die über Einlässe33 durch Verdichter 34 angesaugt wird. Die Verdichter 34 werden durch Motoren 35 angetrieben und führen die erzeugte Druckluft über Kanäle 36 den zum Ausstoßen der Vorhänge dienenden Düsen zu. Die Seitenwände 26 können als sich nach unten verjüngende Hohlwände ausgebildet sein, die den am vorderen und hinteren Fahrzeugende angeordneten Antriebskanäle und Schrauben 27 genügend Raum zur Unterbringung bieten. Die Schrauben 27 werden vorzugsweise an möglichst hoch gelegenen Stellen der Antriebskanäle angeordnet, damit sie leichter mit den Antriebsmotoren 28 verbunden werden können. Dagegen ist es erforderlich, die mit der Bodenfläche des Fahrzeugs bündig liegenden Einlaßöffnungen 29 so tief wie möglich anzuordnen, da der Wasserspiegel innerhalb der in das Wasser eintauchenden Seitenwände tiefer als auf deren Außenseite liegt. Wenn sich das Fahrzeug über Wellen hinweg bewegt, ändert sich außerdem die Eintauchtiefe der Seitenwände 26.

Bei dem Fahrzeug nach F i g. 3 wird der vordere Rand der Einlaßöffnungen 29 jeweils durch Teile der Umfangsfläche der hier mit 30 bezeichneten Zylinder gebildet. Die Antriebsmittel für die Schrauben 27 können gegebenenfalls an beiden Enden des Fahrzeugs vorgesehen werden. Wenn Ruder in Form von in die Auslässe 31 eingebauten beweglichen Organen verwendet oder die Auslässe 31 so angeordnet werden, daß sie gegenüber der jeweiligen Seitenwand 26 verstellt werden können, ist es möglich, Kräfte zum Manövrieren des Fahrzeugs zu erzeugen und das

Claims (9)

Fahrzeug 25 mittels dieser Kräfte zu steuern. Das Fahrzeug kann dabei um seine senkrechte Mittelachse gedreht oder quer zu seiner Längsachse bewegt werden. Gegebenenfalls können auch bei dieser Ausführungsform die hinteren Ränder der Einlaßöffnungen durch umlaufende Flächen gebildet werden. Wenn Zylinder 30 oder andere umlaufende Flächen an jedem Ende jeder Seitenwand 26 angeordnet werden, ist es auch möglich, die unteren Teile der Seiten- to wände 26 aus flexiblem Werkstoff herzustellen. In diesem Falle können die Zylinder als Räder verwendet werden, so daß das Fahrzeug in einem gewissen Ausmaß als Amphibien-Fahrzeug betrieben werden kann, insbesondere beim Anlegen od. dgl. Gemäß Fig. 4 bis 6 ist die Antriebseinrichtung nach der Erfindung an einem Gaskissenfahrzeug angeordnet, das nicht nur als Wasserfahrzeug, sondern im Bedarfsfalle auch an Land betrieben werden kann. ao Beim Betrieb auf dem Wasser wird das Fahrzeug 50 auf der Wasserfläche 51 durch ein Druckgas- bzw. Druckluftkissen 52 in Schwebe gehalten, das auf beiden Seiten des Fahrzeugs durch die in der Längsrichtung verlaufenden Seitenwände 53 begrenzt wird, die as vom Fahrzeugrumpf 54 nach unten vorstehen und in das Wasser eintauchen, während am vorderen und hinteren Ende des Fahrzeugs zur Begrenzung des oder der Gaskissen wiederum Luftvorhänge 55 gebildet werden. Die Luft zum Erzeugen der Vorhänge 55 wird den Düsen 56 von Verdichtern 57 geliefert, die durch Motoren 58 angetrieben werden und die Luft über Einlasse 74 aus der Atmosphäre ansaugen. Das Fahrzeug 50 wird bei der Wasserfahrt durch die Wasserstrahl-Antriebseinrichtungen 59 angetrieben, die am vorderen und hinteren Fahrzeugende in den Seitenwänden 53 untergebracht sind. Diese Antriebseinrichtungen weisen wiederum Schrauben 60 auf, die in den mit den Einlaßöffnungen 62 versehenen Antriebskanälen 61 angeordnet sind. Die Strahlauslässe sind hier mit 63 bezeichnet. Der vordere Rand jeder Einlaßöffnung 62 wird durch einen Teil des Umfangs von zwei Rädern 64 gebildet, die mit Luftreifen 65 versehen sind. Die Reifen 65 tragen V-förmige Stollen, die so angeordnet sind, daß ihre Scheitelpunkte in eine Richtung weisen, die der Drehrichtung der Reifen bei der Vorwärtsfahrt entgegengesetzt ist. Die Einlaßöffnung 62 liegt wiederum tiefer als die Wasserlinie des Fahrzeugs und in einer Ebene, die im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Wassers verläuft, das im Bereich der Einlaßöffnung relativ an dem Fahrzeug 50 vorbeiströmt. Die Räder 64 können sich ständig in der gleichen Richtung drehen, in der das Wasser an dem Fahrzeug vorbeiströmt, so daß die anderenfalls auftretende Turbulenz verringert wird. Das Einlaßende jedes Antriebskanals 61 ist so ausgeschnitten, daß die paarweise angeordneten Räder 64 untergebracht werden können. Die Räder jedes Paares sitzen auf einer gemeinsamen Welle 66, die von einem Motor 67 aus über ein damit gekuppeltes Getriebe 68 und eine Welle 69 angetrieben wird, die gemäß F i g. 6 zwischen den Rädern 64 mit einem geringen Spielraum angeordnet ist, so daß die während des Betriebs umlaufende Welle 69 als Abdichtung wirkt und verhindert, daß Wasser zwischen den Rädern 64 nach oben strömt. Auch die Schraube 60 wird von der Welle 69 angetrieben, und zwar unter Vermittlung eines weiteren Getriebes 70 und einer Zwischenwelle 71. Die Welle 69 ist gegenüber der Seitenwand 53 durch eine flexible Dichtung 75 abgedichtet. Die Enden der Wellen 66 sind an zwei Stoßdämpfern 72 gelagert, die an den Seitenwänden 53 befestigt sind und zusammen mit hinteren Stoßdämpfern 73 auch die jeweilige Antriebseinrichtung 59 tragen. Je zwei Räder 64 und die Antriebseinrichtung 59 sind durch Seitenplatten 74 so miteinander verbunden, daß sich gemäß Fig. S die Räder64 mit den Antriebseinrichtungen 59 nach oben und unten bewegen können, wenn sich das Fahrzeug 50 außerhalb des Wassers in unregelmäßigem Gelände bewegt. Beim Betrieb an Land wird das FahrzeugSO mit Hilfe der Räder 64 angetrieben. Die Getriebe 68 und 70 sind so ausgebildet, daß sie auf bekannte Weise senkrechte Relativbewegungen zwischen dem Motor 67 und den Rädern 64 sowie zwischen den Rädern und den Antriebskanälen 61 zulassen. Drehen sich die Räder im Wasser, so tragen die Reifen 65 durch die Hebewirkung der V-förmigen Stollen dazu bei, Wasser in die Einlaßöffnung 62 der betreffenden Antriebseinrichtung 59 zu fördern. Diese Wirkung der Reifenstollen kann dadurch verbessert werden, daß die Höhe der Stollen vergrößert wird. Durch diese Hilfswirkung der Reifen wird der Wirkungsgrad der Antriebseinrichtungen 59 erhöht. Ferner ist es hierbei möglich, die Schraube der Antriebseinrichtung in einer solchen Höbe anzuordnen, daß die Schraube nicht durch auf der Wasseroberfläche vorhandenes Treibgut beschädigt werden kann. Diese hochliegende Anordnung der Antriebseinrichtung erweist sich insbesondere bei Amphibienfahrzeugen als vorteilhaft, da zwischen den unteren Teilen der Antriebsaggregate und der Erdoberfläche ein freier Raum verbleibt, wenn das Fahrzeug an Land betrieben wird. Fig. 7 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, bei der die Schraube 80 der Antriebseinrichtung 59 unabhängig von den Rädern 64 über ein waagerecht angeordnetes Getriebe und eine Welle 81 angetrieben wird. Alle Merkmale dieser Beschreibung der Ausführungsbeispiele, auf welche keine Ansprüche gerichtet sind, sollen keinen Schutz genießen. Patentansprüche:

1. Antriebseinrichtung für Wasserfahrzeuge mit mindestens einer Antriebsschraube und einer ihr vorgelagerten, den Fahrzeugboden etwa abschließenden und den Schraubenzustrom berührenden umlaufenden Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsschraube (2, 27, 60, 80), wie an sich bekannt, in einem beim Betrieb des Fahrzeuges mit seiner Einlaßöffnung (6, 29, 62) unter der Wasseroberfläche liegenden Antriebskanal (3, 102) angeordnet ist und daß die umlaufende Fläche (10, 20, 65,104) mindestens teilweise den in der Fahrtrichtung vorderen Rand der Einlaßöffnung des Antriebskanals bildet.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Fläche (10, 20, 65, 104) in an sich bekannter Weise durch einen Motor (12, 35, 67) vorzugsweise mit einer etwas größeren Umfangs-

geschwindigkeit als der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges im Wasser antreibbar ist.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Fläche (10, 20, 65, 104) in an sich bekannter Weise durch die Relativbewegung zwischen Fahrzeug und Wasser antreibbar ist.

4. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Fläche durch die Umfangsfläche eines Zylinders (10) oder eines Luftreifens (65, 104) oder in an sich bekannter Weise durch die Außenfläche eines endlosen Bandes (20) gebildet ist.

5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, bei x$ dem die umlaufende Fläche durch einen Luftreifen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftreifen (65, 104) auf der Felge eines Rades angeordnet ist, das zum Betrieb des Fahrzeuges über Land mindestens einen Teil des Fahrzeug- ao gewichtes aufnimmt.

6. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene in der Einlaß-

öffnung (6, 29, 62) liegt und in bekannter Weise im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Wassers verläuft.

7. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Fläche (65) zusammen mit dem Schraubenantrieb (60, 61,73) gegenüber dem Fahrzeug höhenverstellbar angeordnet ist.

8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Fläche (65) zusammen mit dem Schraubenantrieb (60, 61, 73) gegenüber dem Fahrzeug (50) nachgiebig gelagert ist.

9. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch der hintere Rand der Einlaßöffnung (6, 29, 62) als umlaufende Fläche (14) ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 547 603, 902229;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1762425;
französische Patentschrift Nr. 1251 865.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 647/43 9.67 θ Buadcsdnickerel Berlin