DE2758557C3 - Antrieb für Wasserfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für schnelle Wasserfahrzeuge der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. Ein derartiger Antrieb ist aus der US-PS 47 324 bekannt.

Bei diesem Antrieb wird das von einer Pumpe geförderte Treibwasser einer Entspannungsdüse innerhalb eines Strömungsgehäuses, und zwar unterhalb des Bootsbodens zugeführt, welches das durch einen Strömungskanal zufließende Wasser beschleunigt. Beide Wassermengen strömen dann gemeinsam durch rückwärts angeordnete, düsenartige Verengungen in eine Schubdüse, der eine weitere Zusatzwassermenge von außen zugeführt wird. Die, infolge Staudruck, dem Wasserstrahlenantrieb auf diese Weise zugeführten großen Wassermengen gestatten eine vergleichsweise große Schubkraft, ermöglichen aber nur eine sehr geringe Vortriebsgeschwindigkeit, weil die freien Zulaufquerschnitte für das Zusatzwasser sowohl am Eintritt des Strömungskanals als auch am Eintritt der Schubdüse in Fahrtrichtung gesehen mit einem Winkel von 90° zueinander stehen, und es wirkt der volle Staudruck durch die freien Zulaufquerschnitte direkt auf den Strömungskanal und auf das Innere der Schubdüse derart, daß der für das erforderliche hydraulische Druckverhältnis notwendige Unterdruck nicht entstehen kann und die Zusatzwassermenge wird schon bei einer sehr kleinen Vortriebsgeschwindigkeit so groß, daß die Strömungsenergie am Austritt der Entspannungsdüse nicht mehr ausreicht, um dieses zu beschleunigen. Nachteilig ist auch die Untcrwasserlage des Wasserstrahlenantriebs, weil sich leicht Tauwerk und Pflanzen daran verfangen können.

Ferner ist aus der US-PS 27 30 065 ein Wasserstrahlantrieb für Schiffe bekannt, welcher aus zwei gleichen und wasserseitig parallel geschalteten Wasserstrahlantrieben besteht, und zwar jeder mit einer im Rumpf des Wasserfahrzeugs installierten von einer Antriebsmaschine angetriebenen Pumpe, die eine verhältnismäßig kleine Wassermenge als Treibwasser ansaugt, und einer Entspannungsdüse, welche das Treibwasser "o in Strömungsenergie umwandelt, daß infolge Injektorwir kung durch einen Sekundärzulauf eine verhältnismäßig große Zusatzwassermenge angesaugt und durch ein anschließendes Schubrohr, mit einem sich in Ströniungsrichtung kontinuierlich erweiternden Querschnitt, mit dem Treibwasser geführt wird.

Dieser Wasserstrahlantrieb ermöglicht infolge Injektorwirkung das Ansaugen-einer verhältnismäßig großen Zusatzwassermenge und die erzeugte Schubkraft ist vergleichsweise hoch. Bei Wasserstrahlenantrieben mit Injektorwirkung herrscht in der Saugkammer, in die die Zusatzwassermenge einströmt, ein Unterdruck, der für ein bestimmtes hydraulisches Druckverhältnis mit einem dazugehörigen hydraulischen Wirkungsgrad notwendig ist. Variable Trimmlagen des Wasserfahrzeugs sowie der Einfluß durch Wellenbewegungen und Fahrwasserströmungen üben einen mehr oder weniger großen Staudruck auf die Ansaugöffnungen im Bootsboden aus und bei dem genannten Wasserstrahlantrieb wirken diese Einflüsse direkt durch die freien Querschnitte der

ίο Strömungskanäle ruckartig auf den Unterdruck in der Saugkammer und einhergehend damit schwankt in gleicher Weise die Zusatzwassermenge und die Folge davon ist ein ruckartiger Fahrbetrieb und bei besonders ungünstigen Wellenbewegungen, Fahrwasserströmun-

J5 gen und Trimmlagen kann durch die freien Strömungsquerschnittc das Druckverhältnis und damit der hydraulische Wirkungsgrad so ungünstig beeinflußt werden, daß die Zusatzwassermenge stark ansteigt und die Strömungsenergie des Trcibwasicrstrahls reicht nicht mehr aus, um diese durch das Schubrohr hindurchzuführen, und das Wasserfahrzeug kommt zum Stillstand.

Mit Hilfe der Absperrklappen 19 werden die Querschnitte einzelner oder mehrerer Strömungskanälu zürn Zwecke des Manöverierens nur abgesperrt oder freigegeben.

Ein weiterer Nachteil dieses Wasserstrahlantriebs ist, daß dieser aus zwei gleichen und wasserseitig parallel geschalteten Wasserstrahlantrieben besteht, wodurch ein großer Bauaufwand an Strömungskanälen, Absperrklappen und doppelte maschinelle Einrichtungen notwendig sind und die Manöverierfähigkeit des Wasserfahrzeugs gestaltet sich durch aufwendige Betätigungseinrichtungen für die mindestens 6 Absperr klappen mit großen Strömungsquerschnitten umständ lich und schwerfällig.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Wasserstrahlantrieb für schnelle V/asserfahrzeuge der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß er im

6Q Vergleich zu allen bisher bekannten Antrieben einen besseren Wirkungsgrad aufweist, d. h. wahlweise mit wesentlich geringeren Betriebskosten bei gleicher Vortriebsleistung auskommt oder daß bei gleichen Betriebskosten an das Wasserfahrzeug jine wesentlich höhere Vortriebsleistung übertragen wird, sowie insbesondere im Vergleich zu den bisher bekannten Wasserstrahlantrieben dem Wasserfahrzeug gute Manöverierfähigkeiten und Fahreigenschaften verleiht und

einen geringerer» Bauaufwand ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Antrieb für schnelle Wasserfahrzeuge der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der gemäß der Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist

Die erfindungsgemäße Lösung bringt den Vorteil, daß sich der, infolge variabler Trimmlage des Wasserfahrzeugs, sowie durcii den Einfluß der Wellenbewegungen und Fahrwasserströmungen, auf die Ansaugöffnung für das Zusatzwasser im Bootsboden anstehende Staudruck durch den federnd gelagerten Strömungskegel sofort, durch Axialverschiebung und Anpassung des Einströmquerschnitts in die Saugkammer, auf den in der Saugkammer herrschenden Unterdruck entspannt und das Zusatzwasser strömt mit einer größeren Geschwindigkeit in die Saugkammer und damit bleiben das hydraulische Druckverhältnis und der hydraulische Wirkungsgrad über den gesamten Geschwindigkeitsbereich mit dem Schubrohr konstant und bis zu 80% der Motorwellenieistung werden kontinuierlich an das Wasserfahrzeug als Vortriebsleistung übertragen. Der Vorteil einer besseren Manöverierfähigkeit, insbesondere im Vergleich zu den bisher bekannten Wasserstrahlantrieben, wird dadurch ermöglicht, daß der schuberzeugende Wasserstrahl mit dem in der Druckleitung installierten Treibwasserschwenkgelenk in die gewünschte Richtung horizontal geschwenkt wird und in verlängerter Achsrichtung aus dem Schubrohr strömt, so daß die Vortriebsenergie der Schubwassermenge am Austritt des Schubrohres voll zur Wirkung kommt und das Wasserfahrzeug hat über den gesamten Geschwindigkeitsbereich, insbesondere aber auch bei langsamer Vorausfahrt, ein richtungsstabiles Fahrverhalten und damit sehr gute Manöveriereigensch;iften — darüber hinaus kann der Schubwasserstrahl auch um einen bestimmten Winkel vertikal nach beiden Richtungen hin geschwenkt werden, um die Trimmlage des Wasserfahrzeugs richtig einzustellen.

Die Rückwärtsbewegung sowie eine wesentlich höhere Vortriebsgeschwindigkeit als mit dem Schubrohr werden durch die Rückfahrdüse bzw. durch die Hochgeschwindigkeitsdüse und mit den dazugehörigen Steuerkegeln durch Umschaltung ermöglicht und ebenfalls mit dem Vorteil, daß der Schubwasserstrahl in verlängerter Achsrichtung ins Freie strömt, so daß die Vortriebsenergie voll zur Wirkung kommt. Die kleinen Strömungsquerschnitte in den Düsen und der Strömungskegel ermöglichen kleine Abmessungen, d. h. einen vergleichsweise geringen Bauaufwand und reaktionsschnelle Umschaitmöglichkeiten.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Der Verbrennungsmotor 1 treibt eine Kreiselpumpe 2 an und durch den Primärzulauf 3 wird etwa V₇ der gesamten schuberzeugenden Wassermenge als Treibwasser auf einen vergleichsweise hohen Druck gefördert und am Austritt der Pumpe 2 strömt das Treibwasser durch die Druckleitung 4 in eine Steuerhauptkammer 5 zur Entspannungsdüse 6. Die potentielle Energie des Treibwassers wird in der Entspannungsdüse 6 in Strömungsenergie umgewandelt und durch Injektorwirkung strömt eine Zusatzwassermenge, und zwar die restlichen etwa ⁶A der gesamten schuberzeugenden Wassermenge durch den Sekundärzulauf 7 in die Saugkammer 8.

Im Schubrohr 9 wird die Zusatzwassermenge vom Treibwasser hindurchgeführt und beschleunigt, so daß beide Wassermengen als gemeinsame Schubwassermenge am Austritt des Schubrohres 9 ins Freie strömen. Der Sekundärzulauf 7 mündet in die Saugkammer 8 und ist mit einem Strömungskegel 10 versehen. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine nicht näher erläuterte Halterung für den Strömungskegel 10, der in einer Federungseinrichtung 12 so gelagert ist, daß er den anstehenden Staudruck sofort, infolge Axialverschiebung und Anpassung des Strömungsquerschnittes am Ende des Sekundärzulaufs 7, auf den in der Saugkammer

8 herrschenden Unterdruck entspannt Von der Steuerhauptkammer 5 oder von der Druckleitung 4 zweigt eine Drucknebenleitung 13 ab, an die eine kombinierte Steuernebenkammer 14 angeschlossen ist, mit einer Hochgeschwindigkeitsüse 15 an der einen Seite und an der anderen Seite mit einer Rückfahrdüse 16. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Halterung für die kombinierte Steuernebenkammer 14. Die Teile mit den Bezugszeichen 18, 19 u. 20 sind iVr-cuerkegel, mit denen die Austrittsöffnungen der Entspann jngsriüse 6, der Hochgeschwindigkeitsdüse 15 und der Rückfahrdüse 16 vom Fahrer des Wasserfahrzeugs je nach Bedarf geschlossen oder geöffnet werden können. Die Bezugszeichen 21,22 u. 23 sind Halterungen mit Betätigungshebel für die Steuerkegel 18, 19 u. 20. Soll das Wasserfahrzeug z. B in Vorausfahrt mit dem Schubrohr

9 gefahren werden, so bleiben die Düsen 15 u. 16 mittels Steuerkegel 19 u. 20 geschlossen und die Entspannungsdüse 6 ist geöffnet. Ist die höchstmögliche Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs mit dem Schubrohr 9 erreicht, dann wird die Entspannungsdüse 6 mit dem Steuerkegel 18 verschlossen und die Hochgeschwindigkeitsdüse 15 mit dem Steuerkegei 19 geöffnet das Treibwasser strömt nun durch die Drucknebenleitung 13 zur Hochgeschwindigkeitsdüse 15, und sofort steigt die Vortriebsgeschwindigkeit bis auf die der Hochgeschwindigkeitsdüse 15 zugeordneten maximalen Yortriebsgeschwindigkeit an. In gleicher Weise wird auch für die Rückwärtsfahrt mit der Rückfahrdüse 16 und Steuei kegel 20 verfahren. Werden die Entspannungsdüsen 6, 15 u. 16 mittels ihrer Steuerkegel 18, 19 u. 20 verschlossen, so läuft die Kreiselpumpe 2 entsprechend ihrer Betriebskennlinie im Punkt der Nuüförderung, ohne daß eine Schubkraft auf das Wasserfahrzeug ausgeübt wird. Die Steuerung des Wasserfahrzeugs während der Vorausfahrt erfolgt mit Hilfe des in der Druckleitung 4 installierten Treibwasserschwenkgelenks 25, welches mittels der Tragtraverse 26 gehalten und in Traggelenken 24 im Traggehäuse 30 so gelagert ist, daß der schuberzeugende Wasserstrahl in die gewünschte Richtung horizontal geschwenkt wird und in verlängerter Achsrichtung aus dem Schubrohr 9 mit der bereits erwähnten vorteilhaften Wirkung strömt.

Die Betätigung eier Schwenkeinrichtung erfolgt selbstverständlich durch den Fahrer des Wasserfahrzeugs mittels z. B. einer nicht näher erläuterten Seilzug- und Rolleneinrichtuiig. 27 ist eine Abdichtungsplatte mit Bootsspiegel 32. In der Abdichtungsplatte 27 ist an der

W) einen Seite das Traggehäuse 30 befestigt und an der anderen Seite eine Gelenkeinrichtung 28 für eine schwenkbare Tragverkleidung 29 mit einem Gleitring 31, welcher zur Führung und Lagerung des Schubrohres 9 insbesondere während des Schwenkvorganges dient.

Das Bezugszeichen 34 bezeichnet eine schwingungselastische Abdichtung im Bootsboden 33, und das Bezugszeichen 35 bezeichnet eine schwingungselastische Abdichtung im Traggehäuse 30.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch.

   Antrieb für schnelle Wasserfahrzeuge, mit einer im Rumpf des Wasserfahrzeugs installierten, von einer Antriebsmaschine angetriebenen Pumpe, die eine verhältnismäßig kleine Wassermenge als Treibwasser ansaugt und einer Entspannungsdüse, welche das Treibwasser so in Strömungsenergie umwandelt, daß infolge Injektorwirkung durch einen Sekundärzulauf eine verhältnismäßig große Zusatzwassermenge angesaugt und durch ein anschließendes Schubrohr mit dem Treibwasser geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Sekundärzulaufs (7) ein Strömungskegel (10) mit einer Federungseinrichtung (12) angeordnet und in der Druckleitung (4) ein vom Treibwasser innen durchströmtes kugelähnliches, horizontal und vertikal schwenkbares Treibwasserschwenkgelenk (25) vorgesehen ist, das mittels einer gelenkig am Gehäuse (30) befestigten Tragtraverse (26) gehalten ist, daß am Ende der Druckleitung (4) eine Steuerhauptkammer (S) mit einem ir.nengelagerten Steuerkegel (18) zum öffnen oder Schließen der Entspannungsdüse (6) vorgesehen ist und daß von der Druckleitung (4) eine Drucknebenleitung (13) abzweigt, an die eine kombiniert^ Steuernebenkammer (14) angeschlossen ist und bei der an der einen Seite eine Hochgeschwindigkeitsdüse (15) und an der anderen Seite eine Rückfahrdüse (16) angeschlossen sind, und innerhalb der kombinierten Steuernebenka/nmer (14) ein Steuerkegel (19) zum öffnen oder Schließen Her Horhgeschwindigkeitsdüse (15) und ein Steuerkegel (20) zum öffnen oder Schließen der Rückfahrdüse (ϊ6) vr-rgesehen sind.