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Antriebsvorrichtung für Wasserfahrzeuge.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Wasserrahrzeuge,
die nach dem Prinzlp der Erzeugung der Antrlebskraft durch Wasserrückstoß arbeitet
und die dazu dient, einem hunter Wasser fahrenden, auf dem Wasser schwlmmenden oder
auf oder in geringer Entfernung über der Wasseroberfläche gleitenden Wasserfahrzeug
die zur Fahrbewegung erforderliche Vortriebskraft zu verleihen.
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Die hier vorgeschlagene Antriebsvorrichtung get dabei von dem Stande
der Technik aus, bei dem der Rückstoß durch rotierende Flügel-, Räder- oder Propellerelemente
erzeugt wird, die durch einen Motor angetrieben werden.
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Im einzelnen geht die Erfindung von propellerartigen, rotierenden
Elementen aus, deren Drehachse in Fahrtrichtung
oder schwach geneigt
zu dieser ausgerichtet ist und die eine Wasser- Rückstoßströmung in dieser Achsrichtung
erzeugen. Die bekannten Antriebevorrichtungen dieser Art haben gegenüber den rotierenden
Elementen in Räderform den prinzipiellen Vorteil der konstruktiven Einfachheit.
So sind zwei- oder mehrblättrige Propeller bekannt, die am hinteren Ende des Wasserrahrzeuges
angebracht sind und die in das Wasser eintauchen.
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Infolge dieser bekannten Ausführungen des frei in das Wasser eintauchenden
Propellers ergibt sich Jedoch bekanntlich ein sehr schlechter Wirkungsgrad, der
durch Wirbelverluste und durch radiale Anteile der Propeller strömung entsteht,
die für die Schubströmung verloren ist.
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Es wurde zwar versucht, die Strömung durch den Propellerquerschrlltt
günstiger zu gestalten, indem man einen relativ schmalen Ring um den frei im Wasser
drehenden Propeller anordnete, doch war die Verbesserung des Wirkungsgrades, die
man hierdurch erzielte, nicht sehr groß.
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Um die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, macht es sich
deshalb die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, eine Antriebsvorrichtung für Wasserfahrzeuge
zu schaffen, die nach dem Prinzip der Erzeugung der Antriebskraft durch Wasserrückstoß
arbeitet und die in der Lage ist, einen besonders großen Wirkungsgrad bezüglich
der
Schuberzeugung zu erzielen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebsvorrichtung
für Wasserfahrzeuge gelöst, die nach dem Prinzip der Erzeugung der Antriebskraft
durch Wasserrückstoß einem unter Wasser fahrenden, auf dem Wasser schwimmenden oder
auf oder in geringer Entfernung über der Wasseroberfläche gleitenden Wasserfahrzeug
die zur Fahrbewegung erforderliche Vortriebskraft verleiht, und die dadurch gekennzeichnet
ist, daß sie ein, am Wasserfahrzeug befestigtes und ins Wasser vollständig eingetauchtes
Schubrohr, dessen Längsachse in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeuges ausgerichtet
ist und das im wesentlichen aus einem zylindrischen oder entgegen der Fahrtrichtung
verjüngt zulaufenden Mantel besteht, an dessen vorderem Ende eine mit einem Sieb
versehene Einlaufmündung und am hinteren Ende eine Austrittsmündung angeordnet ist,
eine Proywellerwelle, deren Drehachse mit der Längsachse des Schubrohres indentisch
ist, mehrere, in Abständen auf der Propellerwelle befestigte Propeller bzw. Propeller
flügel, mehrere, in Abständen angeordnete und an der Innenfläche des Schubrohres
befestigte und radial ausgerichtete Leitschaufeln und eine, mit der Propellerwelle
gekoppelte Antriebsmaschine aufweist.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung wird anhand von Zeichnungen erläutert,
die ein Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung zeigen. Es zeigt:
Fig.
1 ein auf dem Wasser schwimmendes Wassertahr, zeug, an dem die vorgeschlagene Antriebsvorrichtung
angebracht ist, Fig. 2 einen Teillängsschnitt des Schubrohres in v.r.
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größerter Darstellung, Fig. 3 einen Schnitt I - I nach Fig. 2 und
Fig. 4 einen Schnitt II - II nach Fig. 2.
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Das Schubrohr 7 ist unten an dem Wasserfahrzeug 1 mit Befestigungselementen
8 befestigt. Das Wasserfahrzeug schwimmt auf dar Wasseroberfläche 6. Das Schubrohr
7 ist somit völlig ins Wasser eingetraucht. In Richtung des Pfeiles 5 strömt das
Wasser mit großer Geschwindigkeit aus der Austrittsmündung 7c des Schubrohres und
erzeugt dadurch einen Schub, der das Wasserfahrzeug in Richtung des Pfeiles 3 vorwärtsbewegt.
Das Schubrohr selbst ist zylindrisch oder entgegen der Fahrtrichtung verjüngt zulaufend
ausgebildet. Seine Längsachse ist indentisch mit der des Wasserfahrzeuges. Der Mantel
7b des Schubrohres weist am vorderen Ende eine Einlaufmündung 7a und am hinteren
Ende eine Austrittsmündung 7c auf. Im Bereich der Einlaufmündung kann ein Sieb 9
angebracht sein, um größere Gegenstände daran zu hindern, in das Schubrohr zu gelangen.
Im Innern des Schubrohres ist eine Propellerwelle 10 angeordnet, deren Drehachse
mit der Längsachse des Schubrohres indentisch ist, Auf dieser Propellerwelle sind
mehrere Propeller iibzw. Propellerflügel iia
in Abständen befestigt,
deren Flügel Anstellwinkel von etwas 30 bis 40 Grad aufweisen. Die Propellerwelle
ist in Propellerlagern 12 drehbar gelagert, die in bekannter Weise an dem Mantel
7b des Schubrohres befestigt sind. Diese Propellerwellenlager können jedoch auch
auf zweckmäßige Weise an den einen Enden der Leitschaufeln 13 befestigt werden,
die ihrerseits am Mantel 7b angebracht sind. Die Leitschaufeln 13 sind ebenfalls
in axialen Abständen angeordnet. Die Ebenen, in denen sie angeordnet sind, sind
in einer vom Fachmann bestimmbaren Weise entsprechend der Schubrohrströmung ausgerichtet.
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Die Leitschaufeln dienen zur Umlenkung der radialen Strömungsanteile
in axiale Richtung, Ein solcher radialer Strömungsanteil ist hinter jedem Propeller,
bzw. Propellerflügel vorhanden.
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Bekanntlich bildet sich hinter einem rotierenden Propeller bzw. Propellerflügel
eine Strömung aus, deren einzelne Stromfäden schraubenartig verlaufen, wobei dieser
Verlauf im einzelnen von der Propellerform, dem Propellerdurchmesser, der Propellerdnohzahl
und der Anströmungsgeschwindigkeit abhängt. Deshalb kann vom Fachmann bei Anwendung
der geltenden Strömungsaund Propellertheorie ftir jeden möglichen Betriebsfall die
Formen der Propeller flügel und der Leitschaufeln, sowie deren Abstäsde woneinander
leicht bestlmmt werden. Im übrigen sliul Lein.
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apparate zur Umlenkung radialer Strömungsantelle in azials Richtung
z.B, bei Axialpumpen and Axialturbiaen seit langem bekannt.
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Die Propellerwelle ist mit einer Antriebsmaschne 2 gekoppelt, wobei
je nach Durchmesser des Schubrohrs und Drehzahl der Propellerwelle die verschiedensten
Kopplungselemente verwendet werden können. In Fig. 4 und Fig. 2 z.B. ist die Propellerwelle
im Bereich der Einlaufmündung 7a über ein Kegelradgetriebe mit der Antriebe.
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maschine 2 verbunden. Es ist aber auch z.B. möglich, die Propellerwelle
mit der Welle eines Hydraulikmotors zu koppeln, dessen Längsachse mit der Drehachse
der Propellerwelle zusammenfällt und der am vorderen oder hinteren Ende des Schubrohres
mittels radialer Arme an diesem befestigt ist. Der Durchmesser solcher ölbetriebener
Hydraulikmotoren ist bekanntlich relativ klein, so daß ein solcher Motor, strömungstechnisch
verkleidet, sehr günstig im Schubrohr angebracht werden kann. Die beiden Ölleitungen,
die am tlydraulikmotor angeschlossen sind, können sehr bequem verlegt werden, ohne
den Strömungsquerschnitt des Schubrohres wesentlich zu verringern. Der wesentliche
Vorteil des hier vorgeschlagenden Antriebsvorrichtung besteht demnach darin, daß
eine viel größere Schubwirkung als mit herkömmlichen Vorrichtungen der eingangs
erwähnten Art erzielt werden kann. Das in die Einlaufmündung 7a eintretende Wasser
wird zunächst vom ersten Propeller in Rizhtilng des Pfeiles 3 beschleunigt.
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Der größte Teil der hierbei entstehenden Potentialwirbelströmung wird
an den ersten, feststehenden leitschaufeln 13 in @@iiler Richtung um@e@@nkt, se
laß laf den zweiten
Propeller, bzw, den zweiten Propellerflügel
eine im wesentlichen axiale, bereits beschleunigte Strömung trifft. Der zweite Propeller
bzw, Propellerflügel beschleunigt diese Strömung ebenfalls, wobei an den nachsten
Leitschaufeln ebenfalls der radiale Strömungsanteil in axiale Richtung umgelenkt
wird. Auf diese Weise strömt das Wasser aus der Austrittsmündung 7c mit großer Geschwindigkeit
aus, wobei der austretende Strahl im wesentlichen aus einer Axialströmung besteht.
Die Anstellwinkel der Propellerflügel und der Leitschaufeln und die axialen Abstände
dieser Elemente voreinander richten sich selbstverständlich nach der Fahrgeschwlndigkeit
des Wasserfahrzeuges, dem Durchmesser des Schubrohres und der Drehzahl der Propellerwelle.
Die Flügel der Propeller können auch auf bekannte Weise vers teilbar angeordnet
sein, sodaß bei veränderter Fahrgeschwindigkeit die Strömung im Schubrohr reguliert
werden kann.
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Bekanntlich schnürt sich die Strömung hinter einem Propeller ein,
d.h. der Strömungsquerschnitt wird kleiner.
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In bestimmten Betriebs fällen kann es nun wünschenswert sein, den
durch die Querschnittsverkleinerung der Strömung entstehenden örtlichen Hohlraum
mit Medium aufzufüllen.
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Dies kann z.'B. erforderlich sein, um den infolge der Hohlraumbildung
auf das Schubrohr von außen einwirkenden Überdruck auszugleichen oder um die Strömung
hinter dem Propeller bzw. einzelnen Propellerflügeln über den ganzen
Schubrohrquerschnitt
gleichmäßig verteilt verlaufen zu lassen. Bei relativ kleinen Strömungsgeschwirdiikeiten
und in Fällen, bei denen die Propellerflügel unterhalb des Kavitationsbereiches
arbeiten, könnte der erwähnte Hohlraum mit Luft gefüllt werden, die durch eine nicht
gezeichnete Leitung herangeführt und an das Schubrohr angeschlossen ist. Entsprechend
den herrschenden Drücken kann die Luft auch von einem besonderen Gebläse unter Druck
in das Schubrohr eingeführt werden. Anstelle von Luft kann aber auch Wasser zur
Auffüllung der Hohlräume an den verschiedenen Stellen hinter den Propellerflügel
in das Schubrohr eingeleitet bzw. eingepumpt werden. Für dieses Einpumpen kann eine
besondere Pumpe vorgesehen werden. Es kann aber auch die Energie der Schubrohrströmung
dazu benutzt werden, indem durch eine Leitung an einer vom Fachmann bestimmbaren
Stelle des Schubrohres oder am Schubrohrende ein kleiner Teil der Strömung abgeleitet
und direkt an der Stelle der Hohlraumbildung in das Schubrohr eingeleitet wird,
wobei Jeweils die Stelle der Entnahme der Wassermenge aus dem Schubrohr in Fahrtrichtung
ersehen, hinter der Stelle der Finführung in das Schubrohr angeordnet ist.
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Die aus dem Schubrohr oder am hinteren Ende des Schubrohres entnommene
Strömung kann auch dazu benutzt werden, nach dem Ejektorprinzip Wasser außerhalb
des Schubrohres anzusaugen und ill der erwähnten Weise in das Schubrohr an den betreffenden
Stellen in dieses einzuführen.
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In der Fig. 2, 3, und 4 ist eine Ausführungsform der hier vorgeschlagenen
Antriebsvorrichtung schematisch gezeigt, die im Bereich der Einlaufmündung 7a einen
dreiflügeligen Propeller und gegen das Schubrohrende zu einzelne, auf der Propellerwelle
befestigte Propellerflügel aufweist, die versetzt zueinander angeordnet sind, wobei
sich Jeweils zwei benachbarte Flügel radial gegenüberstehen. Entweder zwischen Jeweils
zwei benachbarten Propellerflügeln oder in größeren axialen Abständen sind die Leitschaufeln
an der Innenfläche des Schubrohres befestigt. Die Anzahl der Propellerflügel und
ihre Anordnung im einzelnen ist abhängig von der Schubkraft, entsprechend den Strömungsverhältnissen
vom Fachmann für Jeden Betriebsfall festlegbar.
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- Patentansprüche -