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"Wasserfahrzeug mit mindestens zwei drehbar angetriebenen trommelförmigen
als Propeller dienenden Schwimmkörpern" Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug
mit mindestens zwei drehbar angetriebenen trommelförmigen Schwimmkörpern, die zur
Verwendung als Propeller auf ihren Manteloberflächen eine mindestens eingängige
Schraubenwendel tragen, deren Gänge in der axialen Projektion ihrer eingetauchten
Bereiche eine die eingetauchten trommelartigen Schwimmkörper bis zur die Schwimmkörper
schneidenden Wasserlinie teilweise umgebende Wassersäule begrenzen.
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Der Stand der Technik,von dem die Erfindung ausgeht, ist beispielsweise
in den DT-AS 1.277.697 und 1.296.045 beschrieben.
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Der in der DT-AS 1.581.010 beschriebene drehbare schraubenförmige
Schwimm- und Antriebskbrper unterscheidet sich dadurch von diesem St-and der Technik,
daß hier die Schraubenwendel als hohle Verdrängungskörper ausgebildet sind, um die
trommelförmige Achse nicht in das Wasser eintauchen zu lassen.
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Im konventionellen Schiffs- und Bootsbau ist der Schiffs-bzw. Bootskorper
der eigentliche Schwimmkörper, der durch seine Wasserverdrängung den Auftrieb gibt,
um das Wasserfahrzeug schwimmfähig zu halten. Da derartige konventionelle Schwimmkörper
strömungstechnisch nicht optimal ausgelegt werden können, geht ein großer Teil der
Antriebsleistung durch den Wasserwiderstand verloren. Demgegenüber sollte das Antriebssystem
mit trommelförmigen, mit Schraubenwendel versehenen Schwimmkörpern eine deutliche
Verbesserung versprechen, da die trommelförmigen Schwimmkörper torpedoähnlich, d.h.
strömungsgünstig ausgebildet werden könnten.
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Trotzdem hat dieses Antriebssystem keinen nachhaltigen Eingang in
die Praxis gefunden.
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Es wurde erkannt, daß die Möglichkeiten, die in dem Antriebssystem
mit wendelförmigem Propeller liegen, nicht genutzt wurden.
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Das Mißverhältnis, das beim konventionellen Wasserfahrzeug zwischen
dem Beharrungsvermögen des gesamten Schiffskörpers nebst Zuladung einerseits und
der von der Antriebsschraube bewegten Wassersäule andererseits besteht, ist bei
den bekanntgewordenen Schraubenwendel-Antrieben nicht beseitigt worden. Dies erkennt
man an der geringen radialen Kopfhöhe der Schraubenwendelgänge bei den bisher bekannten
Konstruktionen gemäß den eingangs erstgenannten beiden Auslegeschriften.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, das erwähnte Mißverhältnis
zwischen dem Beharrungsvermögen des Fahrzeuges einerseits und der Wassermasse andererseits,
an der sich der schraubenförmige Propeller abstützen muß, zu beseitigen.
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Dieses Mißverhältnis findet seinen deutlichen Ausdruck in den turbulenten
Wasserbewegungen im Bereich einer Schiffsschraubel wenn ein konventionelles Wasserfahrzeug
Fahrt aufnimmt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die radiale
Kopfhöhe der Schraubenwendelgänge derart groß bemessen ist, daß das Gewicht der
Wassersäule, die über die
Länge der trommelförmigen Schwimmkörper
in der axialen Projektion zwischen den eingetauchten Bereichen der Schraubenwendel
liegt, gleich oder größer als das Gewicht des narmal beladenen Wasserfahrzeuges
ist. Damit wird das Beharrungsvermögen bzw.die Trägheit der als Abstützung für den
Antrieb dienenden Wassersäule gleich oder größer als das Beharrungsvermögen bzw.
die Trägheit der zu bewegenden Masse. Als Endziel ist anzustreben, daß die Schraubenwendelgänge
sich quasi durch eine in Vortriebsrichtung als starr anzusehende Masse bewegen,
so wie sich eine angetriebene Schnecke über eine feststehende Zahnstange bewegen
könnte, d.h. schlupflos und ohne nennenswerte Wasserbewegung im Bereich der Schraubenwendel.
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Selbstverständlich kann das Wasser nicht als eine starre oder teigige
Masse betrachtet werden. Es ist aber durch Versuche erwiesen, daß beim langsamen
Anfahren von eingetauchten Schraubenwendeln, die gemäß der Erfindung gestaltet sind,
der Fahrzeugkörper mit Aufbauten sich fast proportional zu der vorgesehenen Steigung
der Schraubenwendel bewegt, d.h.
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wenn die Steigung zwei Meter beträgt, hat sich das Fahrzeug bei einer
Umdrehung der trommelförmigen Schwimmkörper um ca. zwei Meter vorwärtsbewegt.Entsprechend
läßt sich das Fahrzeug auch durch geregelte Zurücknahme der Drehzahl der Schwimmkörper
bis zum Stand anhalten. Dies alles ist nicht erreichbar, wenn man der radialen Kopfhöhe
der Schraubenwendelgänge keine Beachtung schenkt, wie es bisher geschehen ist.
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In diesem Zusammenhang ist auf die DT-AS 1.581.010 zurückzukommen.
Hier erkennt man eine extrem große radiale Kopfhöhe der Schraubenwendelgänge, wie
sich' aus dem Vergleich des Durchmessers D der Gewindegänge und dem kleinen Durchmesser
der Achse 7 ergibt. Diese große radiale Kopfhöhe der Gewindegänge ist aber nicht
im Sinne der Erfindung ausgenutzt, da die Gewinde gänge selbst als Hohlkörper den
zum Tragen des Fahrzeuges erforderlichen Auftrieb hervorrufen sollen und demgemäß
nur
wenig in das Wasser eintauchen. Ihnen steht daher keine optimale Wassersäule in
der axialen Projektion nach Abb. 4 gegenüber, zumal diese Wassersäule durch die
axiale Ausdehnung der als Hohlkörper ausgeführten Gewindegänge weiterhin vermindert
wird. Daher muß bei der Erfindung der trommelförmige Tragkörper für die Gewindegänge
zumindest im Ruhezustand des Fahrzeuges als Schwimmkörper mit herangezogen werden,
um die axiale Ausdehnung der Gewinde gänge von ihrer Aufgabe, als Verdrängungskörper
zu wirken, zu befreien.
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Zwar soll die Ausführung der Schraubenwendelgänge im Rahmen der Erfindung
als Hohlkörper nicht ausgeschlossen sein, beispielsweise zur Versteifung der Schraubenwendelgänge
selbst, jedoch müßte in jedem Falle die zentrale Trommel die Aufgabe eines den erforderlichen
Auftrieb hervorrufenden Schwimmkörpers überwiegend erfüllen.
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Vorzugsweise bestehen die Schraubenwendelgänge in bekannter Weise
aus Blech, um ihnen die geringstmögliche axiale Abmessung zu geben und das Gewicht
der stützenden Wassersäule optimal zu machen. Wenn dabei die Schraubenwendelgänge
mit der Oberfläche der Schwimmkörper einen Winkel von unter 900 bilden, dessen Scheitelpunkt
in Fahrtrichtung weist, und wenn darüberhinaus der äußere Bereich der Gänge gleichsinnig
zu einem inneren Bereich gegenüber der Schwimmkörper-Oberfläche weiter abgewinkelt
verläuft, so kann ein Fahrverhalten des Wasserfahrzeuges gemäß der Erfindung eingestellt
werden, das demjenigen der sog. Gleitboote gleichkommt.
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Bei sich entwickelnder Geschwindigkeit wird nämlich durch die dergestalt
abgewinkiten Schraubengänge das Fahrzeug aus dem Wasser hervorgehoben so weit, daß
schließlich die trommelförmigen Schwimmkörper über die Wasserlinie zu liegen kommen.
Es ist aber auch denkbar, daß die Schraubenwendelgänge die erwähnten Abwinkelungen
nicht haben und andere schrägstellbare Gleitflächen am Wasserfahrzeug vorhanden
sind, die geschwindigkeitsabhängig die trommelförmigen Schwimmkörper
aus
dem Wasser herausheben. In diesem Zustand muß die erfindungsgemäße Bedingung nach
Anspruch 1 nicht mehr vorliegen. Wesentlich ist, daß die erfindungsgemäße Lehre
auf das Wasserfahrzeug im Ruhezustand und bei normaler Beladung zutrifft, da ja
die in Frage stehende Stützwassersäule von der Eintauchtiefe der trommelförmigen
Schwimmkörper mit ihren Schraubenwendelgängen abhängig ist.
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In der Zeichnung. sind ein Wasserfahrzeug und trommelförmige Schwimmkörper
mit Schraubenwendeln als Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigen: Fig.l
eine schaubildliche Darstellung- eines Wasserfahrzeuges für Personenbeförderung,
Fig.2 ein trommelförmiger Schwimmkörper in Seitenansicht, Fig.3 denselben im Querschnitt
und Fig.4 einen-Längsschnitt durch einen Schwimmkörper mit voll abgewinkelten Schraubenwendelgängen.
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In Fig. 1 erkennt man eine langgestreckte Kabine 1 zur Aufnahme der
Nutzlast sowie der Antriebsmotore, die von zwei trommelartigen Schwimmkörpern 2,
3, die teilweise in das Wasser eintauchen, getragen ist. Die Schwimmkörper 2, 3
sind in strömungsgünstig ausgeführten Stützen 4 bis 7 drehbar gelagert, durch die
die Antriebsstränge zum Drehen der Schwimmkörper aus dem Inneren der Kabine 1 hindurchgeführt
sind. Die trommelförmigen Schwimmkörper 2,3 tragen Schraubenwendel 8, 9 mit gegenläufigem
Gewinde, da zur Sicherung der Geradeausfahrt die Schwimmkörper 2, 3 gegenläufig
arbeiten.
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Gesteuert wird das Fahrzeug durch Abbremsen oder Beschleunigen der
einen Sclraubenwendel gegenüber der anderen. Dies alles ist bekannt.
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Die Erfindung wird anhang von Fig. 2 und 3 erläutert.
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In der Annahme, daß die trommelförmigen Schwimmkörper 2, 3 bei normal
beladenem Fahrzeug so weit in das Wasser eintauchen, wie es die Wasserlinie 10 zeigt,
ergibt sich ein senkrecht schraffierter Bereich der Schraubenwendel 8 bzw. 9, der
unterhalb der Wasserlinie 10 liegt. Bezeichnet man den Abstand des ersten und letzten
Ganges der jeweiligen Schraubenwendeln voneinander mit A und die in Fig. 3 schraffierte
Kreisring-Teilfläche mit Q, dann ist die kritische Stützwassersäule im Sinne der
Erfindung A x Q.
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Das Gewicht dieser Wassermasse soll erfindungsgemäß gleich oder größer
sein als das Gewicht des Fahrzeuges selbst.
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Wie aus des Produkt A x Q hervorgeht, kann die Größe der Stützwassermasse
entweder durch die Länge der wirksamen Schraubenwendel A odser durch die in Fig.
3 eingezeichnete radiale Kopfhöhe K der Schraubenwendel 8,9 eingestellt werden.
Da die Länge A weitgehend von der Längenabmessung des Fahrzeuges selbst abhängt,
ist das primäre Mittel, um die Erfindung zu verwirklichen, die Vergrößerung der
radialen Kopfhöhe K der Schrauberwendei.
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Wenn bei schwerbeladenem Wasserfahrzeug die Wasserlinie 11 eingestellt
ist, vergrößert sich zwfingläufig die Fläche Q und damit auch die Stützwassersäule.
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Aus Fig.2 ist ersichtlich, daß der Schraubenwendel 8 einen äußeren
Bereich 8a hat, der entgegen der Fahrtrichtung F abgewinkelt ist. Durch diese Gestaltung
der Schraubenwendel soll sich das Fahrzeug bei hoher Geschwindigkeit wie ein Gleitboot
aus dem Wasser herausheben, wobei sich etwa die Wasserlinie 12 einstellt.
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Fig. 4 zeigt die Gestaltung von Schraubenwendeln gemäß dem Anspruch
2 - Patentansprüche -