DE1781269A1

DE1781269A1 - Kombinierte Stuetz- und Vortriebsvorrichtung fuer Wasserfahrzeuge

Info

Publication number: DE1781269A1
Application number: DE19681781269
Authority: DE
Inventors: Eywin Scharffenberg-Kahlke
Original assignee: SIXTEN ENGLESSON TEKNISK KONSULT AB
Current assignee: SIXTEN ENGLESSON TEKNISK KONSULT AB
Priority date: 1967-09-26
Filing date: 1968-09-19
Publication date: 1970-12-23
Also published as: US3594096A; SE300366B

Description

19* Sept. 19ÖÜ Az.: S 11j - B/Bl.

Sixten Engle^son Teknisk Konsult AB, 171 20 Solna (Schweden)

Kombinierte Stütz- und Vortriebsvorrichtung i'Ur Wasserfahrzeuge

Die Erfindung betrifft eiiE kombinierte Stütz- und Vortriebsvorriühtung für Wasserfahrzeuge.

Die bekannten Wasserfahrzeuge, wie Boote und Fahrzeuge verschiedenen Typs weisen stets in bekannter Weise verschiedene Einrichtungen zur Erzeugung ihrer Schwimmfähigkeit und ihres Antriebes oder Vortriebes auf. Das gebräuchliche Boot ist mit einem schwimmfähigen Bootskörper und mit einem speziellen Antrieb mit Propeller oder Schraube und einem Antriebsmaschinenaggregat versehen. Im Laufe der Jahre wurde ein Stützsystem entwickelt, das während der Fahrzeugbewegung eine Schwimmoder Auftriebskraft für die Fahrzeuge erzeugt. Eine besondere Antriebsmaschinenanlage wird aber auch hier verwendet.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Stützelementes für Wasserfahrzeuge, dessen Stützglied gleichzeitig als Antriebs- oder Vortriebselemente und Steuerungselemente arbeiten. Diese Vortriebsglieder oder -elemente werden als

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treibende Verdrängungsräder oder "stützende Schaufelruder" ausgebildet, wie sie im Nachfolgenden beschrieben weraeu. Bei Benutzung einer solchen Anordnung wird der grüße '/urteil einer wesentlichen Verminderung der Reibungsverluste bei der Bewegung des Fahrzeugen durch ua_ Wasser erzielt,. Dies tritt infolge der Vermeidung irgend eines statischen stützenden Boots- oder Verdrängungskörper0, Fortfall eines Ruders auf, das mit Reibung oder durch Propellerantrieu durch das Wasser getrieben werden muß.

Erreicht wird dies dadurch, daß bei einer kombinierten Stütz- und Vortriebsvon!chtung für Wasserfahrzeuge eine Anzahl von um eine Habe herum in gleichen Abständen angeordnete, eine Stütz- und Schwimm- oder Auftriebskraft erzeugende Schaufeln oder Blatt er-Schaufelräder oder Schaufeltro:.jneln bilden, die an dem Wasserfahrzeug drehbar angeordnet sind ' und gleichzeitig sowohl eine Schwimm- oder Auftriebskraft

als auch eine Vortriebskraft für das auf ihnen ruhende Fahrzeug erzeugen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind in der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert,

In der Zeichnung sind einige Ausftihrungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt;

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Fit.. 1 eine AusfUhrungsforni eines mit Flügel oder Schaufeln versehenen Stiltzraaes im Querschnitt nach eier Linie 1-1 uer Fiü· 2>

Fiß. ti aas gleiche Schaufelrad in Draufsicht,

Fig. j eine Ausführun&jfori.i einer eri'indun^ssemüßen Schaufeltrotnniel für höhere Drehzahlen als das Schaufelrad nach FiG. 1 und 2 in perspektivischer Ansicht.

üus öiUtzravi 10 in Fi^. 1 und 2 ist als eine halbwet;., lange IUlIe oder i.'ulze uusfcbildet und bei dem AusfUhrungsbc-ispiel ...it acht, L. hrau:;enli.\ienfü'rmig verlaufenden Schaufeln \2. versehen, die vor. einer llsue 14 ausgehen. Die Schaufeln Yd Können i.oi.l sein .aid aiu uürinen, innen entsprechend verstärkten Metallblech beziehen und als Blechkörper ausgeführt sein oder sie küimen aus ge^pritztemPlastitenaterial, oeispielsweise aus rolyestersolu.ui.; bestehen und mit einem entsprechendem überzug, ..ic uei spielsweise Glasfaser ^t- we be, versehen sein. Derartige jjcl;aufeln haben eine gewisse Schwii^a- oder auftrieus-fähigkeit. Wenn eine _t;.e-.;isse Zahl solcher Schaufelräder oder -rollen an der Unterseite eines Bootes oder eines Fahrzeuges angeordnet werden, können die Fahrzeuge auf diesen Schaufelrädern oder besser auf den Schaufeln dieser Schaufelräder schwimmend oder schwebend gehalten werden. Zu diesem Zwecke muß dieses Schaufelrollensystem so dimmensioniert werden, daß die Eintauchtiefe nicht die radiale Ausdehnung zwischen

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Nabe und äußeren Umfang der Schaufeln Überschreitet, siehe Fig. 1, wo die größte Eintauchtiefe mit der Linie a-a angedeutet ist.

Die Querschnittsform der Schaufeln oder deren Profil ist so gestaltet, daß den hydrostatischen und hydrodynamischen Bedingungen in Bezug auf die gewünschte Geschwindigkeit ψ des in Frage kommenden Fahrzeuges der Wasserverdrängung, der Nutzung etc. Rechnung getragen wird. Besondere Aufmerksamkeit muß der Ausbildung der Schaufeln und deren Profil unter notwendiger Berücksichtigung der Wasserströmung über die in Bewegung befindlichen Schaufelprofile gewidmet werden. Die Profile selbst sind jedoch ein hydrodynamisches Problem, das außerhalb des Bereiches der Erfindung liegt und deshalb nicht näher zu erörtern ist. Bezüglich der in Fig. 1 gezeigten Profilform ist es empfehlenswert, die Längsschaufelräder oder -rollen mit solchen Profilen zu versehen, daß der größte Volumenteil der Schaufeln nahe dem Umfang des Schaufelprofils vorgesehen ist, so daß jede Schaufel selbst bei kleiner Eintauchtiefe eine halbwegs große Auftriebs- oder Schwimmkraft hat und die Wasserverdrängung der Schaufelräder so groß wie möglich gemacht wird. Wie aus den Figuren der Zeichnung ersichtlich, sind die Schaufeln 12 nach außen sich erweiternd mit einem Winkel gestaltet, während der Zwischenraum 14 zwischen

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benachbarten Schaufeln sich nach außen mit einem Winkel ß erweitert, so daß jede Schaufel 12 am äußeren Ende Klxkfc mit einem halbwegs großen Volumen und demzufolge eine größere Schwimm- oder Auftriebskraft besitzt. In manchen Fällen können die Schaufeln 12 auch abgerundete oder zugespitzte Form erhalten, zumal die Erfindung nicht auf eine bestimmte Profilform der Schaufeln begrenzt ist.

Wie bereits erwähnt und aus Fig. 2 ersichtlich, verlaufen die Schaufeln in Längsrichtung schraubenlinienförmig. Hierbei kommt es in erster Linie darauf an, daß für das Schaufelrad über seine ganze Länge im wesentlichen eine gleiche Schwimm- oder Auftriebskraft erzielt wird· Zu diesem Zweck muß die Steigung nur so sein, daß die Profile benachbarter Schaufeln und die Enden der Schaufelräder sich gegenseitig überlappen, d. h. der in Drehrichtung vorderste Punkt einer Schaufel 12 an dem einen Ende, wie er in Fig. 2 mit "x" bezeichnet ist, muß vor dem mit "y" bezeichneten Punkt am anderen Ende der Schaufel 12 liegen.

Aus der schraubenlinienförmig gestalteten Schaufelform nach Fig. 2 ist ersichtlich, daß jedes Schaufelrad 10 zwei Hälften 1Or und 10 1 mit zwei entgegengesetzten Steigungswinkeln haben muß. Der Grund hierfür ist, daß sonst das Schaufelrad 10 bei Drehung versuchen würde, eine Bewegung und Kraft nach der Seite und nicht in Vorwärtsrichtung

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auszuüben. So erfordert ein erfinduribSgemäSes Schaufelrad eine fischgrätenmusterartige Form in solcher Weise, daß die mit "x" in Fig. 2 bezeichneten, in Drehrichtung vorn liegenden Punkte in der Mitte des Schaufelrades, an deren Enden oder an Endwänden liegen, was je nach den Umständen zu entscheiden ist. Im ersteren Fall wird der in der Mitte des Schaufelrades 10 liegende Teil des Zwischenraums 14 " zwischen benachbarten Schaufeln 12 zuerst von Wasser beaufschlagt, wenn das Schaufelrad 10 sich dreht.

Das Wasser fließt dann fortlaufend von dem Zwischenraum 14 zwischen benachbarten Schaufeln 12 von der Mitte des Schaufelrades 10 nach dessen seitlichen Enden. Im zweiten Fall werden die an den Enden des Schaufelrades 10 liegenden Teile der Zwischenräume 14 zwischen benachbarten Schaufeln 12 zuerst von Wasser beaufschlagt und das Wasser fließt von hier nach . der Mitte des Zwischenraumes in zwei Strömen, die sich in der Mitte treffen.

In diesem Fall ist das Resultat, daß das Schaufelrad 10 ein weniger wirksames Eingreifen in die Wasseroberfläche bewirkt, was in manchen Fällen vorteilhaft sein kann. Schließlich ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, daß die beiden Teile des mit entgegengesetzten Steigungen versehenen Schaufelrades nicht unbedingt miteinander zu einem Stück vereinigt

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sein Müssen, sondern auch ί;·ι Abstand voneinander auf gleicher Wellejeinem Zwischenraum angeordnet werden icönnen.

Wesentlich daüei ist, du.G die von den zwei Teilen des Schaufelrades er zauste u SeiteriKrä'fte ausgeglichen und in eine gemeinsame vorwärts gerichtete Kraft mit Vorwärt srichtung umgewandelt werden. Im Falle der getrennten Anordnung der beiden Teile des Schaufelrades ist es möglich, sie ::.it unterschiedlichen Geschwindigtceiten cinzutreioen und d;-uaivii dteueriCi'ul't r.u erzeugen, die sonst durch ein uder mehrt-n· In einer Hüri^onttilebene angeordnete üchaufelräder ei'lan_{-t va-i'ucn künnen.

Bei den. Auul'Uhrungsbei^piel mit aus uusgeapritztem materiai hei'geatellteriiüchaufeli'ad kann dieses entsprechende LiiHu;Ilen 1b mit einer Breite υ aufweisen, die mit der gewünöchlen schraubenlinieni'örinigen Steigung gestaltet sind und im Querschnitt die gewünschten Schaufelproi'ile aufweisen, von denen je eine Gruppe von Schaufeln mit LiiiKs- und Rechtssteigungen benötigt wird. Demzufolge sind die Lamellen mit einem bestimmten Zwischenraum zwischen ihnen entsprechend der schraubenlinienförmigen Steigung miteinander verschweiüt, wobei das fertige Schaufelrad mit einem Glasfasergewebe oder dgl. überzogen ist.

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Nach diesem Verfahren kann ein Schaufelrad geeigneter Länge von Fall zu Fall hergestellt werden. Als ein AusfUhrungsbeispiel für die erreichbare Schwimm- oder Auftriebskraft, kann ein aus ausgespritztem Plastikmaterial hergestelltes Schaufelrad 10 mit einem Durchmesser von 1 m und mit einem Querschnittsprofil, wie in Fig. 1, versehen werden, das eine maximale Eintauchtiefe entsprechend der Linie a-a in W Fig. 1 und eine Schwimmkraft von etwa 100 kg pro m Länge ergibt.

Es ist von größter Wichtigkeit bei Ausrüstung eines Fahrzeuges mit der erfindungsgemäßen Stütz- und Vortriebsvorrichtung, daß die einzige Berührung mit dem Wasser nur zwischen den Gliedern der Vorrichtung und dem Wasser erfolgt. Jede von dem Wasser benetzte Fläche muß zur Stützung und gleichzeitig für das Vortriebssystem benutzt werden. Deshalb darf kein unnötiger Reibungswiderstand durch Teile erzü^gt werden, die sich durch das Wasser bewegen.

Das bedeutet, daß ein Schaufelrad gemäß der Erfindung, z.B. gemäß Fig. 1 nicht so belastet werden sollte, daß die Eindringtiefe größer als durch die Linie a-a angedeutet sein sollte, so daß der Wasserspiegel nicht über die Nabe des Schaufelrades 10 steigen sollte. Da das Fahrzeug vollständig nur durch bewegliche Glieder in der beschriebenen Weise gestützt wird, die während des gleichzeitigen Vortriebs

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in das Wasser eintauchen, wird das Fahrzeug sich leicht auf dem Wasser bewegen können, d. h. wird der Oberfläche des Wassers mit einem hohen Vortrieb-Effekt "folgen".

In Fig. j5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung viiedergegeben, das die Form eines halbwegs langen Schaufelrades oder einer Schaufeltrournel 20 hat, die mit acht fischgrätenartigen Schaufeln 22 versehen ist, die von einer Nabe 24 mit halbwegs kleinem Durchmesser ausgehen. Die Schaufeltrommel 20 ist so gestaltet, daß sie schneller als das Schaufelrad 10 nach Fig. 1 und 2 rotieren kann. Das Querschnlttsprofil der Schaufeln ist deshalb so geformt, daß es mehr Eindringtiefe hat, aber mit größeren Teilen des Querschnittsprofiles nahe dem Umfang der Trommel ausgerüstet ist. Auf Grund des kleineren Nabendurchmessers hat die Schaufeltrommel 20 eine halbwegs tiefe Eintauchtiefe, wie von dem angedeuteten Wasserspiegel 2b in Fig. J zu ersehen ist, in den die Schaufeln der Trommel 20 eintauchen. Auch in diesem Fall kann die Schaufeltrommel 20 zwischen den Schaufelteilen mit Links- und Rechtssteigung geteilt werden, wobei an dieser Stelle eine zentrale Lagerung mit einer Vortriebskupplung angeordnet werden kann. Bei der praktischen Anwendung können eine Anzahl von Schaufeltrommeln 20 an der Unterseite eines Wasserfahrzeuges über ein Gestell mit diesem verbunden und von einer Kraftquelle im Fahrzeug angetrieben werden.

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Die beacliriebenen Schaufelräder und -trommel« können mit Endacheiben, d. h. mit an den Enden des Rades oder der Trommel rechtwinklig zur Tragwelle befestigten Kreisrunden Scheiben versehen werden, um die Zwischenräume zwischen benachbarten Schaufeln seitlich abzudichten« Dadurch v/ird die in den Zwischenräumen zwischen den Schaufeln uefindliche Luft beim Eintauchen der Trommel in das Wasser nach außen abgeschlossen oder abgedichtet und erhöht die schwimm- oder Auftriebskraft.

Die Schaufelräder oder Schaufeltrommeln unterscheiden sich durch schnelle Beschleunigungumöglichkeit und glatte Bewegung. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann in Anpassung an die jeweiligen Fälle der Praxis in den Einzelheiten zahlreiche Abänderungen erfahren, ohne daß der Bereich der Erfindung k verlassen wird.

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Claims

Patentansprüche :

1. Kombinierte Stütz- und VortrieLüvorriehtun_t'; i"Ur W ranrr.eutje, dadurch geKennzeichnet, daß aus einer Anzahl von um eine IJaLe (14, d^) her αι.. in bleichen A [Ständen angeordneten, eine Stütz- und Schwimm- oder Auftriebsicraft erzeugende .iuhaui'eln oder Blättern (1Ü, 22) ge-Lildete Jehaul elrüder oder -trommeln (10, 2ü) vorgesehen ;,ind, die an uoji. tfauutrfahrzeuu drehbai· angeordnet üind und bei ;:.ror Rotation in day Wasser eintauchen und glciglireiii^ l.wciU eine ü^hv/iinra- oder Auftriemkruft ala auch eine Vorti'ieL^krai't i'Ur das auf ihnen ruhende Fahrzeug erzeugen.

2. Vorrichtuiit: nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aie Schaufeln oder Blätter (12, 22) um die rotierende Nabe einen schraubenlinienförmicen Verlauf aufweisen.

j5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schaufelrad (1o) oder jede Schaufeltrommel (20) zwei gleiche Teile mit schraubenlinienförmiüen Schaufeln (12, 22) entgegengesetzter Steigung aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder >, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsprofile der Schaufeln (12, 22) so

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ausgebildet sind, daß der größte Teil der Schaufeloberfläche nahe der Peripherie des Schaufelrades (10) oder der Schaufeltrommel (20) angeordnet ist.

¹J). Vorrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile des Schaufelrades (10) oder der Schaufeltrommel (2ü) voneinander getrennt und so unabhängig angeordnet sind, daß sie mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten angetrieben werden können.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5* dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (12, 22) aus ausgespritztem Plastikmaterial gefertigt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelrad (10) oder die Schaufel-

) trommel (20) an den Enden mit kreisrunden Scheiben oder Platten rechtwinklig zur Drehachse des Rades (10) oder der Trommel (20) versehen ist, durch welche die Zwischenräume (14) zwischen den benachbarten Schaufeln (12, 22) nach außen abgeschlossen oder abgedichtet sind.

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L e e r s e i ϊ e