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Drehschieber zur Regelung des austretenden Strahls eines Wasserreaktionsantriebes
für ein Wasserfahrzeug Die Erfindung betrifft einen Drehschieber zur Regelung des
austretenden Strahls eines Wasserreaktionsantriebes für eine Wasserfahrzeug, der
nach hinten, nach vorn und zur Seite gerichtete Ausstoßöffnungen besitzt, die wahlweise
durch Betätigung des Drehschiebers beaufschlagbar sind.
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Bei einem bekannten Drehschieber dieser Art sind in der Druckleitung,
die von der im Boden des Wasserfahrzeuges befindliche Ansaugöffnung zur Ausstoßöffnung
führt, zwei getrennte, um senkrechte Achsen drehbare Schieber angeordnet, von denen
der eine zur Rückwärtsfahrt und der andere zur Steuerung dient. Der für die Rückwärtsfahrt
dienende Schieber ist mit drehbaren, durch ein Hebelsystem betätigbaren Elementen
in Form von Kreissegmenten ausgestattet, welche den Wasserstrom zu nach vorn gerichteten
Rohren leiten. In ähnlicher Weise ist der Steuerschieber mit segmentförmigen Elementen
versehen, die den Wasserstrom zur Seite lenken.
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Diese bekannten Mehrwegedrehschieber haben den Nachteil eines großen
Raumbedarfs, da die Rückwärtsfahrt und die Steuerung des Wasserfahrzeuges durch
zwei getrennte Vorrichtungen bewerkstelligt werden.
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Mit der Erfindung soll eine für einen Reaktionsantrieb von Booten
bestimmte sehr kompakt gebaute Drehschieberanordnung geschaffen werden, die unter
Aufrechterhaltung einer höchsten Vorschub- oder Vortriebsleistung bei Änderungen
der Motordrehzahl und der Bootsbelastung mit baulich einfachen Mitteln eine Einstellung
auf Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt und ferner eine Steuerung durch Reaktionswirkung
in beiden Fahrtrichtungen und bei jeder Geschwindigkeit sowie schließlich auch eine
Steuerung bei einem sogenannten Neutralzustand ermöglicht, bei dein der Druckstrahlantrieb
unterbrochen ist und das Boot nur noch unter der Wirkung seines Trägheitsrnoinents
fährt.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Drehschieber einen
Drehschieberkörper in Form eines seitlich offenen Kreiszylindersegments mit einem
Zentriwinkel von über 90° aufweist, der aus einer konzentrisch zu einer zylindrischen
Schiebergehäusewand angeordneten zylindrischen Wand und zwei die Enden dieser zylindrischen
Wand mit seiner Nabe verbindenden, in Radialebenen des Segments liegenden Wänden
besteht, von denen die eine Wand eine durchgehende Wand ist und die andere eine
den Eintritt von für Wende- bzw. Rückwärtsbewegungen benötigten Strahlwassers in
den Drehschieberkörper gestattende Öffnung aufweist, daß die die seitlichen Begrenzungsebenen
des Drehschieberkörpers bildenden Schiebergehäusewände Öffnungen haben, daß die
Nabe des Drehschieberkörpers auf einer Hohlwelle sitzt und um eine in dieser gelagerte,
querschiffs in einer in einer im wesentlichen waagerechten Stellung liegenden Wandung
des Ausstoßkanals angeordneten Welle von zwei zur seitlichen Steuerung des Wasserfahrzeuges
dienenden Schiebern derart drehbar ist, daß der Drehschieberkörper in seiner Stellung
für Vorwärtsfahrt mit seiner dann in einer etwa waagerechten Ebene liegenden durchgehenden
Wand einen sich von der Hohlwelle nach hinten erstreckenden Teil der Wandung des
Ausstoßkanals bildet, während seine andere, mit der Öffnung versehene und in einer
anderen Radialebene liegenden Wand eine nach unten und vorn gerichtete Stellung
einnimmt und seine zylindrische Wand eine hinter ihm angeordnete Öffnung des Schiebergehäuses
abdeckt, durch welche die Strahlumlenkvorrichtung für Rückwärtsfahrt bei entsprechender
Stellung des Drehschieberkörpers beaufschlagbar ist, und in seiner Stellung für
Rückwärtsfahrt den Ausstoßkanal für Vorwärtsfahrt verschließt und die hintere Öffnung
dafür freigibt; und daß auf den Enden der inneren bzw. Schieberwelle mit Öffnungen
versehene Schieberplatten angeordnet sind, deren Öffnungen so gegeneinander versetzt
sind, daß bei Drehung der Schieberwelle in der einen Richtung die Öffnung der backbordseitigen
Schieberplatte mit der Öffnung der backbordseitigen Gehäusewand
und
bei Drehung der Schieberwelle in der anderen Richtung die Öffnung der steuerbordseitigen
Schieberplatte mit der Öffnung der steuerbordseitigen Gehäusewand in abgestufter
Weise zur Ermöglichung eines seitlichen Strahldurchtritts in Deckung gebracht werden
kann.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung folgt die Steuerung
der Schieberplatten und des Drehschieberkörpers dadurch, daß außerhalb der steuerbordseitigen
Wand des Schiebergehäuses auf dem Ende der Schieberwelle ein Zahnrad angeordnet
ist, in das eine über einen Hebelarm hin und her bewegliche Zahnstange einer Welle
eingreift, welche die Drehung der Schieberwelle und der Schieberplatten bewirkt,
und daß auf dem die backbordseitige Wand des Schiebergehäuses durchdringenden Ende
der den Drehschieber bewegenden Hohlwelle ein Zahnrad angeordnet ist, in das eine
über einen Hebelarm hin und her bewegliche Zahnstange einer Welle eingreift, welche
die Drehung der Hohlwelle und des an ihr befestigten Drehschieberkörpers bewirkt.
In der Zeichnung ist F i g. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht des Reaktionsantriebes,
F i g. 2 ein vergrößerter Schnitt nach den Linien 2-2 der F i g. 3 und 4 durch den
zur Strahlregelung des in F i g. 1 dargestellten Reaktionsantriebes dienenden Drehschieber,
F i g. 3 ein Schnitt nach Linie 3-3 der F i g. 2, F i g. 4 ein Schnitt nach Linie
4-4 der F i g. 2 und F i g. 5 eine schematisch dargestellte, auseinandergezogene
Ansicht, die das Zusammenwirken der mit seitlichen Steueröffnungen versehenen Teile
des Drehschiebers zeigt.
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F i g.1 zeigt einen Teil eines üblichen Bootes 10 mit einem Boden
11 und einem Heckspiegel 12. Auf dem Boden 11 ist nahe dem Heckspiegel 12 ein Pumpengehäuse
13 befestigt, das den Wasseransaugstutzen 14 enthält, der mit einer im Boden 11
vorhandenen Saugöffnung 15 in Verbindung steht. Auf einer Welle 17 sitzt die den
Druck des Wassers erhöhende Pumpe 16. Die Welle 17 ist an ihrem vorderen Ende im
Pumpengehäuse 13 gelagert und wird über eine Welle 18 von einer (nicht dargestellten)
Antriebsmaschine angetrieben. Das hintere Ende der Welle 17 ist im Gehäuse 13 in
einem Lagerbock 19 gelagert, der durch hinter dem Pumpenrad angeordnete Leitschaufeln
20 getragen wird. Der Ausstoß aus der Pumpe 16 erfolgt über einen konvergierenden
Durchlaß 21, der teilweise noch im Gehäuse 13 und teilweise schon innerhalb eines
Drehschiebers 22 angeordnet ist, der wahlweise die Vorwärtsfahrt, die Rückwärtsfahrt
und die Drehbewegungen des Bootes ermöglicht und auch den Druckstrahlausstoß absperren
kann. Alle Bewegungen des Bootes werden mit höchster Vorschubleistung oder Vorschubwirkung
ausgeführt.
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Die bisher beschriebene und vor dem Heckspiegel 12 in F i g.1 liegende
Pumpenanordnung ist bekannt. Der Drehschieber 22 (F i g. 2 und 3) weist ein Gehäuse
23 auf, das an seinem Vorderende einen Flansch 24 zur Befestigung am Heckspiegel
12 hat. Das Gehäuse hat ferner eine Deckenwand 25, die den oberen Teil des Durchlasses
21 begrenzt, eine etwa halbzylindrische Bodenwand 26, eine Backbord-Seitenwand 27
sowie eine Steuerbordseitenwand 28. Die die Wände 25 und 26 miteinander verbindenden
Seitenwände 27 und 28 haben in ihren unteren Abschnitten Wasserdurchtrittsöffnungen
29 und 30, deren genauerer Zweck später beschrieben wird. Diese Öffnungen haben
im Ausführungsbeispiel eine trapezartige Form, können jedoch auch eine andere Form
haben.
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Durch die Seitenwände 28 und 27 erstreckt sich eine Welle 31, deren
Enden über diese Wände hinausragen. Außerhalb der Seitenwand 28 (F i g. 3) ist auf
dieser Welle 31 ein Zahnrad 32 aufgekeilt, in das die Zahnstange einer Welle 33
eingreift, die in einem an der Seitenwand 28 befestigten Gehäuse 34 (F i g. 4) gleitet
und gegen Drehung von einem Zapfen 35 gehalten wird. Dieser Zapfen 35 wird von dem
Gehäuse 34 getragen und greift in eine im oberen Abschnitt der Welle 33 vorhandene
lange Nut 36 ein. Die Hin- und Herbewegung der Zahnstangenwelle 33 und infolgedessen
die Drehung der Welle 31 erfolgt über einen Hebelarm 37.
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Auf den Enden der Welle 31 sind lagerschildartige Bauteile 38 und
39 von flacher halbzylindrischer Form mit einem Außenflansch an ihrer zylindrischen
Wand (F i g.1 und 3) durch Keile befestigt, die jeweils mit der an der Backbordseite
bzw. der Steuerbordseite des Drehschiebergehäuses angeordneten Schieberplatte 40
bzw. 41 über diesen Flansch verbunden sind, so daß diese sich bei einer Drehung
der Bauteile relativ zu den Seitenwänden 27 und 28 des Gehäuses bewegen. Die Bauteile
38 und 39 (F i g.1 und 5) haben kreissektorartige Öffnungen 42 und 43, die von den
Umfangsflächen dieser Bauteile zwischen den Enden dieser in F i g. 5 schematisch
gezeigten Flächen ausgehen und die Achse der Welle 31 zum Mittelpunkt haben. Der
Bauteil 39 ist wie der Bauteil 38 geformt, nimmt jedoch die umgekehrte Stellung
ein. Die Hin- und Herbewegung der Zahnstangenwelle 33 bewirkt über die Welle 31
und die Bauteile 38 und 39 eine Drehbewegung der Schieberplatten 40 bzw. 41. Die
Schieberplatten 40 und 41 (F i g.1, 2 und 5) haben Öffnungen 44 bzw. 45, die mit
den sektorartigen Öffnungen 42 bzw. 43 fluchten. Die paarweise fluchtenden Öffnungen
42, 44 und 43, 45 liegen aber nicht in der gleichen Flucht, sondern sind umfangsmäßig
versetzt zueinander angeordnet, um eine Steuerung nach Backbord und Steuerbord zu
ermöglichen, wie dies im folgenden noch näher beschrieben wird.
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Auf der entgegengesetzten Seite des Gehäuses 23 (F i g. 3 und 4) ist
ein dem Gehäuse 34 ähnliches Gehäuse 46 an der Seitenwand 27 befestigt. Das Gehäuse
46 trägt einen Zapfen 47, der in eine Längsnut 48 eingreift, die sich in der oberen
Fläche einer Welle für eine Zahnstange 49 befindet. Die Zahnstange 49 steht im Eingriff
mit einem Zahnrad 50. Die Hin- und Herbewegung der Zahnstangenwelle 49 wird mittels
eines Hebelarms 51 bewirkt.
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Axialbewegungen der Schieberplatten 40 und 41 (F i g. 3) werden dadurch
verhütet, daß die nach der Drehachse der Welle 31 zu gelegenen Teile dieser Schieberplatten
zwischen dem Gehäuse 46 für den Zahnstangentrieb 49, 50 und der Seitenwand 27 bzw.
zwischen dem Gehäuse 34 für den Zahnstangentrieb 32, 33 und der Seitenwand 28 geführt
sind.
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Das Zahnrad 50 ist an einer Hohlwelle 52 befestigt, die die Welle
31 umgibt und die sich zwischen den Seitenwänden 27 und 28 erstreckt sowie in diesen
Seitenwänden gelagert ist. Auf der Hohlwelle 52 ist zwischen den Seitenwänden 27
und 28 und in Paßsitz zu diesen. Seitenwänden 27 und 28 ein
druckstrahlregelnder
Drehschieberkörper53 angeordnet. Der Drehschieberkörper 53 (F i g. 2) hat eine teilzylindrische
Wand 54, die konzentrisch zur Gehäpsewand 26 verläuft und zu ihr viel Spiel hat,
ausgenommen an den in Abstand zueinander parallelliegenden Ansätzen 55 und 56, die
sich auf der Wand J'6 befinden und eine Öffnung 66 nach hinten umgeben, auf denen
die Wand 54 mit nur so viel Spiel läuft, daß eine reibungslose Drehung des Drehschieberkörpers
möglich ist.
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Das eine Ende der Wand 54 ist über eine in einer gadialpbene, in welcher
auch die Drehachse des Schieberkörpers 53 liegt, gelegene Wand 57 mit einer Nabe
58 verbunden, die auf die Hohlwelle 52 aufgeklemmt ist. An der Nabe 58 ist in Verlängerung
der Radialwand 57 eine Nase 59 angeordnet, die in der in F i g. 2 gezeigten Vorwärtsstellung
des Drehschiebers in Richtung auf eine aus der Wand 26 an ihrer oberen vorderen
Begrenzungskante nach hinten vorstehenden Nase 60 vorsteht. Es ist also zwischen
den beiden Nasen 59 und 60 ein an der Unterseite des Ausstoßkanals 64 liegender
Durchlaß 61 vorhanden, dessen Zweck später beschrieben wird. Das ändere Ende der
teilzylindrischen Wand 54 ist durch eipp ebenfalls in einer Radialebene liegende
Wand 62, die eine Öffnung enthält, deren Größe dem Durchlaß Cl entspricht, mit der
Nabe 58 verbunden, die in der in F i g. 2 dargestellten Stellung des Drehschieberkörpers
53 unterhalb des Durchlasses 61 liegt. Der Drehsehieberkörper 53 ist an seinen beiden
Stirnseiten offen und wird an diesen offenen Seiten von den Wänden 27 und
28 des Drebschiebergehäuses 23
abgedeckt. Durch Hin- und Herbewegen
der Zahnstange 49 werden unabhängig von den Bewegungen der $cbieberplatten
40 und 41 Drehbewegungen des Sehieberkörpers 53 erzeugt, die den durch
den Durchlaß 21 strömenden Druckwasserstrom regeln bzw. umlenken.
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Befindet sich der Drehschieberkörper 53 in der in F i g. 2 dargestellten
Stellung, dann verläuft seine Wand 57 im wesentlichen parallel zu einer Wand 63,
die eine Fortsetzung der Wand 25 ist. Der zwischen den Wänden 57 und 63 vorhandene
Kanal 64 verbindet also den konvergierenden Durchlaß 21 für das Druckwasser der
Ausstoßöffnung 65. Die Durchlässe 21 und der Kanal 64 bilden den Düsendurchlaß des
Reaktionsantriebes für Vorwärtsfahrt. Fließt Druckwasser über den Durchlaß 21 und
den Kanal 64 zur Ausstoßöffnung 65, dann gelangt Druckwasser auch über den
Durchlaß 61 in den Innenraum des Drehschieberkörpers 53, um gegebenenfalls bei Vorwärtsfahrt
des Bootes erforderliche Wendebewegungen des Bootes bewirken zu können, wie dies
später noch beschrieben wird.
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Die gekrümmte Gehäusewand 26 (F i g. 2 und 4) ist zwischen ihren Ansätzen
55 und 56 zur Bildung der vorerwähnten Öffnung 66 unterbrochen, die
mit einer Kammer 67 in Verbindung steht, die sich in Querrichtung erstreckt und
die in nach vorn weisende Ausstoßöffnungen 68-68 (F i g. 1) endet, die sich auf
entgegengesetzten Seiten des Gehäuses 23 befinden.
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Für Vorwärtsfahrten des Bootes bestimmt die in F i g. 2 dargestellte
Stellung des Drelaschieberkörpers 53 die Mindestgeschwindigkeit des Bootes. Wird
der Drehschieberkörper so eingestellt, daß seine Wand .57 auf der Linie 69 liegt,
dann entsteht in der Düse ein Strömungszustand, bei dem die Höchstgeschwindigkeit
des Bootes erzielt wird. Wird der Drehschieberkörper 53 in eine Stellung gebracht,
in der seine Wand 57 auf der Linie 70 liegt, dann ist der Durchlaß
64 vollkommen abgesperrt. Der Reaktionsdruck kann dann verwendet werden, um die
Ansaugöffnung 15 von angesammelten Verunreinigungen zu säubern. Es kann an den Durchlaß
auch ein Schlauch (nicht dargestellt) angeschlossen werden, um das Deck zu säubern
oder Feuer zu bekämpfen.
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Die seitliche Steuerung des Bootes erfolgt durch Betätigen der Schieberplatten
40 und 41 in der nachstehend beschriebenen Weise.
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Für die Geradeausfahrt sind die Stellungen der Sc1lieberplatten
40 und 41 schematisch in F i g. 5 dargestellt. Die F i g. 5 zeigt
jedoch nur die Funktionsbeziehungen an, nicht aber die axialen Relativabstände.
Bei Betrachtung der F i g. 5 in Verbindung mit F i g. 3 ist offensichtlich, daß
in dem dargestellten Zustand die Öffnung 44 und die Öffnung 45 gegenüber
den Öffnungen 29 bzw. 30 in Drehrichtung versetzt und durch die Seitenwände 27 bzw.
28 und daß die Öffnungen 29 bzw. 30 durch die Wände der Schieberplatten 40 bzw.
41 abgedeckt sind, so daß der gesamte Ausstoßstrahl über die Ausstoßöffnung 65 fließt.
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Es sei nun eine Wendung nach Backbord betrachtet. Zu diesem Zweck
wird die Welle 31 im Uhrzeigersinn gedreht, gesehen in den F i g. 2 und 5, um die
Öffnungen 44 und 29 in fluchtende Stellung zu bringen. Die Schieberplatte
41 bleibt in Abdeckstellung in bezug ,auf die Öffnung 30. Der Druckstrahl
teilt sich dann, wobei ein Teil des Druckstrahls über die Ausstoßöffnung 65 strömt,
um die Vorwärtsfahrt des Bootes für jede gewählte Stellung des Drehschieberkörpers
53 aufrechtzuhalten, während der andere Teil über den Durchlaß 61 (F i g. 2) zum
Innenraum des Drehschieberkörpers 53 strömt, um über die vollständig oder teilweise
fluchtenden Öffnungen 44 und 29 abzufließen. Der Reaktionsdruck für eine Backbordwendung
erfolgt dann gegen die Wand 28 und den vollwandigen Teil der Schieberplatte 41.
Die Richtung dieses Druckes verläuft im allgemeinen senkrecht zur Längsachse oder
zur Kiellinie des Bootrumpfes.
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Das Ausmaß der Backbordwendung kann durch das Fluchtungsausmaß der
Öffnungen 44 und 29 geregelt werden. Für eine Steuerbordwendung wird
die Welle 31 entgegen dem Uhrzeigersinn auf vollständiges oder teilweises Fluchten
der Öffnungen 45 und 30 gedreht, wobei die Reaktion auf die Wand 27 und den vollwandigen
Teil der Schieberplatte 40 erfolgt. Die Vorwärtsfahrt des Bootes gegen einen Backstagswind
und gegen die Gezeiten kann durch zweckdienliche Regelung der Steueröffnungen geregelt
werden.
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In allen Stellungen des Drehschieberkörpers 53 zwischen der in F i
g. 2 dargestellten Stellung und der Stellung auf Linie 70 deckt die gekrümmte Schieberwand
54 die Öffnung 66 (F i g. 2) ab, so daß kein Druckstrahl die Ausstoßöffnungen 68-68
für Rückwärtsfahrt erreicht. Für Rückwärtsfahrt des Bootes und für gerade Fahrt
achteraus mit den Schieberplatten 40 und 41 in der in F i g. 5 dargestellten Stellung
wird der Schieberkörper 53 auf die durch die Linie 71 in F i g. 2 angezeigte Stellung
gedreht, in der die Wand 54 die Öffnung 66 freigibt. Der größte Teil des Pumpenausstoßes
wird dann durch die Drehschieberwand 57 zur Innenseite des Drehschieberkörpers
53
abgelenkt und fließt nacheinander über Öffnung 66, Kammer 67 und die Ausstoßöffnungen
68, wobei der Rückwärtsdruck gegen die Kammerwand 72 erfolgt. Die Vorschubleistung
für Achternfahrt kann durch Änderung der Stellung des Drehschieberkörpers geregelt
werden, während Wendebewegungen in der gleichen Weise wie für Vorwärtsfahrt bewirkt
werden.
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Mit der beschriebenen Ausführung ist es daher möglich, höchste Vortriebleistungen
oder Antriebswirkungsgrade bei Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt unter verschiedenen
Belastungs-, Wasser- und Windverhältnissen aufrechtzuerhalten und einen höchsten
Druck bei beiden Fahrtbewegungen mit niedriger Motordrehzahl zu erzielen, was beim
Anlegen und beim Manövrieren mit niedriger Geschwindigkeit vorteilhaft ist.
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Eine gute Steuerung wird auch bei langsamer Fahrt durch den regelbaren
Drehschieberkörper 53 und die Schieberplatten erhalten, da diese Organe so eingestellt
werden können, daß ein großer Teil des Druckstrahls zu den Steueröffnungen strömt,
aber noch ein genügend starker Druckstrahl für die Aufrechterhaltung der Fahrt des
Bootes bleibt. Die Steuerung hängt also nicht davon ab, daß das Boot einen solchen
Drehkreis fährt, wie das bei Booten der Fall ist, die mit den üblichen Steuerrudern
ausgerüstet sind. Für Vorwärtsfahrt mit Druckstrahlregelung wird der Drehschieberkörper
53 in irgendeine Stellung zwischen der in F i g. 2 dargestellten Stellung und einer
Stellung kurz vor der Neutralstellung 70 eingestellt. Fährt das Boot noch, wenn
der Drehschieberkörper 53 auf Neutralstellung 70 eingestellt worden ist, dann ist
doch noch eine sichere Steuerung möglich, da die Steuerungsfähigkeit, wie vorstehend
beschrieben, nicht von der Bootsgeschwindigkeit abhängt.