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Antrieb für Wasser- und Luftfahrzeuge mittels Strahles. Die Erfindung
betrifft einen Antrieb von Schiffen, Luftfahrzeugen u. dgl.,_ bei welchem zwei Strahlen
konvergierender Richtung beiderseitig zwischen denn Mittelpunkt und dem Umfang eines
Gehäuses eintreten und sich innenhalb -zu einem einzigen Strahl vermischen, der
das Gehäuse am Umfang verläßt. Durch die erzwungene Strahlführung und durch die
Anbringung besonderer Stromlinienkörper zur Verminderung des Widerstandes bei Bewegung
des betreffenden Fahrzeuges ist es möglich, einen den praktischen Bedürfnissen genügenden
Wirkungsgrad zu erzielen. Dem Prinzip nach arbeitet die Antriebsvorrichtung gemäß
der Erfindung folgendermaßen. Es wird ein Kreiswirbel erzeugt, dessen Achse rechtwinklig
zur Bahn des Fahrzeuges liegt. Dieser Wirbel, den z. B. das Schiff bei seiner Bewegung
mit sich nimmt, besitzt mit dem Schiff eine Relativbewegung gegenüber der Flüssigkeit,
durch die das Schiff fährt. Der Wirbel besteht aus Flüssigkeitsteilchen, die Kreisbahnen
verschiedener Größe um eine gemeinsame Achse ausführen, und wird durch zwei zu beiden
Seiten liegende Flüssigkeitsströme gespeist, die an einem Punkt zwischen Achse und
Umfang des Wirbels sich zu einem schließlich als Abflußstrom austretenden Strom
vereinigen, der zwischen den beiden Zuströmen und in gleicher Richtung abfließt.
Die beiden Zuführungsströmungen tragen durch ihr dauerndes Fließen zur Trennung
des Abstromes von der umlaufenden Masse bei. Sie bilden sonach in der Wirkung einen
Ausströmkanal, durch den der abfließende Strom hindurchgetrieben wird. Der Gegendruck,
den die Zuströme während ihrer Berührung mit dem Abstrome erfahren, liegt in der
Umlaufrichtung.
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Der Austritt erfolgt in einer Richtung, die in einer der Ebene der
Zuströme parallelen Ebene und parallel zur Schiffsbahn liegt. Da die Flüssigkeit
bei dem Kreislauf von Kreisen geringeren zu solchen größeren Durchmessers übergeht,
so erfährt sie bei ihrem Lauf vom Eintritt zum Austritt eine allmähliche Beschleunigung.
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Dar Rückdruck des Abstromes des Wirbels bewirkt als Reaktionsdruck
den Vortrieb des Schiffcs.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt. Abb. i zeigt schematisch das Prinzip des Antriebes, Abb. ia einen Längsschnitt
durch eine hydraulische Triebvorrichtung, die in die Schiffshaut nahe dem Boden
eingebaut ist. Abb. 2 ist dazu eine Ansicht von unten. Abb. 3 zeigt ein Paar hydraulischer
Triebvorrichtungen in die beiden Seiten eines, Schiffshecks eingebaut. Abb. q. zeigt
die Vorrichtung nach Abb. ia in der Einstellung für Rückwärtsgang.
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Im folgenden soll eine Antriebseinheit mit Bezug auf Abb. i und ia
erläutert werden. Eine Trommel B aus beliebigem Stoff mit rechteckigem oder etwas
elliptischem Querschnitt enthält z. B. ein Rad A, mittels dessen ein Wirbel erzeugt
und erhalten werden kann und dessen Achse mit der Trommelachse zusammenfällt. Ein
Teil des Umfanges der Trommel ist entfernt, so daß eine Öffnung C entsteht, die
den Einlaß und Auslaß bildet. D und E. sind die beiden einfließenden Ströme, F ist
der Ausstoßstrom, der im Querschnitt, wie bei F1 dargestellt, erscheint. Das Triebrad
wird in Richtung der Pfeile x, y gedreht. Die Trommel wird im Schiff so angebracht,
daß der die Öffnung enthaltende Teil durch die Seiten oder den Boden des Schiffskörpers
hindurchragt, so daß die Flüssigkeit in die Trommel an einem Punkte zwischen Umfang
und Achse einfließt. Die Höchstbreite der Trommel, die noch mit einem guten Wirkungsgrad
vereinbar ist, beträgt etwa eine Durchmesserlänge, während sich die wirksamsten
Verhältnisse ergeben,
wenn die Breite gleich dem halben Durchmesser
Ist.
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Um den Flüssigkeitszustrom in die Trommel bei hohen Schiffsgeschwindigkeiten
zu unterstützen und zugleich den Widerstand zu vermindern, den die über den Schiffskörper
vortretenden Trommelteile bieten, wird ein Stromlinienkörper so, angebracht, daß
die Stelle positiven Drucks am Heck mit derjenigen Öffnung der Trommel zusammenfällt,
die den Einlaß bildet. Daher wird die Flüssigkeit veranlaßt, dem Einlaß der Öffnung
zuzufließen.
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Die in die Trommel tretende Flüssigkeit muß den Wirbel speisen, so
daß ein ununterbrochener Ausfluß stattfindet, und den Abstrom von der umlaufenden
Masse trennen. Damit diese letztere Wirkung stattfinden kann, wird der Öffnung eine
große Fläche gegeben, so daß dieser Vorgang ohne unerwünschte Störung durch Festkörper
eintreten kann, zu denen die Flüssigkeit eine Relativgeschwindigkeit besitzt.
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Bei der vorzugsweise zur Anwendung gelangenden Bauausführung wird
die Trommel aus zwei Hälften gefertigt; die wagerecht zusammengefügt sind, so daß
der obere Teil mit dem Triebrad und der Welle entfernt werden kann, ohne daß der
untere, mit dem Schiffskörper, wasserdicht verbundene Teil bewegt wird.
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Bei rechteckigem Querschnitt der Trommel wird das Triebrad vorzugsweise
wie folgt gebaut. Eine Scheibe wird auf der Triebwelle befestigt. In Nuten des Umfanges
sind Schaufeln eingefügt, die gegenüber der Trommel einen beträchtlichen Spielraum
haben. Die Schaufeln in beliebiger Zahl sind so gekrümmt, daß sie in der Drehrichtung
eine Hohlfläche bieten, können aber auch beliebig anders gekrümmt werden. Wird die
Trommel elliptisch gestaltet, so kann das Triebrad wie beschrieben ausgeführt werden,
kann aber auch mit flachen oder schwach gewölbten Schaufeln mit parallelen Seiten
ausgeführt werden, wobei jede eine Breite hat, die etwa der Breite der Trommelöffnung
im Umfange entspricht.
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Wird die Welle angetrieben, so beginnt die Triebvorrichtung aus der
Richtung vor dem Schiff Flüssigkeit einzuziehen, sie während eines Kreislaufs durch
den Wirbel zu beschleunigen und nach hinten mit erhöhter Geschwindigkeit auszustoßen,
wobei sich der Gegendruck durch das Triebrad in einem wagerechten Schub auf die
Lager geltend macht. Eine unmittelbare Umkehrung ist zu erreichen durch Umkehren
der Wellendrehrichtung oder bei gleichbleibender Drehrichtung der Welle dadurch,
daß eine zweite Trommel oder ein Trommelteil angeordnet ist, der gleichachsig in
die erste Trommel drehbar eingepaßt ist. Diese zweite Trommel hängt in seitwärts
nach außen vorstehenden Zapfen und kann durch sie um einen beliebigen Winkel gedreht
werden. Die Innentrommel weist eine größere Öffnung auf als die äußere, so daß,
wenn sich die Öffnungen in beiden decken, sich die der inneren Trommel über einen
größeren Bogen erstreckt als der Ausschnitt in der Außentrommel. Wird die Innentrommel
gedreht, so läßt sie die Wirkung eintreten, daß durch Verschiebung der gegenseitigen
Lage der Trommelöffnungen das Fahrzeug unter Entlastung der Kraftmaschine zum Stillstand
kommen kann. Wenn aber die Öffnung der Innentrommel über den Umkehrkanal gelangt,
so bleibt der verlängerte Ausschnitt der Innentrommel noch in Überdeckung mit dem
Einlaß in der Außentrommel; demnach tritt eine Umkehr der Bewegungsrichtung durch
die Flüssigkeit ein, die dann durch den Umkehrkanal nach vorn ausströmt. Did Innentrommelöffnung
deckt bei weiterer Verschiebung sowohl die Öffnung in der Außentrommel als auch
ihre Umkehröffnung, so daß sich gleicher Gegendruck nach vorn und nach hinten ergibt.
Da so die Schübe im Gleichgewicht sind, bleibt das Fahrzeug bei vollbelasteter Kraftmaschine
stehen.
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Durch Drehen der Innentrommel kann also jeder dieser Zustände sowie
auch jeder Zwischenzustand erreicht werden, so daß z. B. bei Vorhandensein von zwei
Antriebsvorrichtungen zu beiden Seiten des Schiffskörpers, die durch eine gemeinsame,
nur in einer Richtung drehbare Welle getrieben werden, bei jeder Geschwindigkeit
eine völlige Manövrierfähigkeit wie bei einem Doppelschraubenantrieb erreichbar
ist. Bei Seichtwasser kann eine Vertiefung im Schiffskörper angebracht und die Triebvorrichtung
hineinverlegt werden. In solchen Fällen kann die Umkehr entweder in der beschriebenen
Weise oder durch einen unter dem Trommelauslaß angebrachten dreikantigen Klotz bewirkt
werden, der wagrecht so verschieblich ist, daß er den Abstrom nach vorn oder nach
hinten umlenken kann. Für die Verwendung in verkrauteten Gewässern können abnehmbare
Roste über die Einlaßöffnungen gelegt werden.
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Bei -der Anordnung nach Abb. = bis q. ist eine Trommel b in den Boden
eines Fahrzeuges, z. B. eines Bootes, so eingebaut, daß der größere Teil sich im
Bootsinnern befindet, während der kleinere untere Teil über den Boden hinaus in
das Wasser reicht. Die Trommel (Abb. 3) besitzt gekrümmte Seiten und hat einen etwas
elliptischen Querschnitt. Im Trommelinnern sitzt ein Triebrad aus vier, i an einer
mittleren Nabe l' befestigten Schaufeln m auf der Welle l; diese wird durch
eine Kraftmaschine angetrieben. Ein Teil des Umfanges an der Trommelunterseite ist
in der bei P, P' gezeigten Weise (Abb. i und 2) wegge- i schnitten, so daß die Öffnung
k entsteht. An jeder Trommelseite ist eine Öffnung j von annähernd
elliptischer
Gestalt vorhanden; diese seitlichen Öffnungen bilden die Wassereinlässe und sind
zwischen Umfang und Achse der Trommel angebracht. Die Öffnung k bildet den Auslaß,
wenn das Fahrzeug vorwärts getrieben wird. Läuft das Triebrad um, so fließt das
Wasser ständig als zwei konvergierende Ströme durch die Öffnungen j zu und basclLreibt
gemeinsam den Kreislauf durch das Trommelinnere, um schließlich als einziger mittlerer
Strahl durch die Umfangsöffnung k ausgetrieben zu werden. Nach Wunsch können die
Teile b' (Abb. 3), die die Öffnungen j von der Öffnung k trennen, nach den punktierten
Linien j1, j- weg-
geschnitten werden, so daß von einer Seite zur anderen
eine große zusammenhängende Öffnung entsteht, die sowohl als Wassereinlaß als auch
als Wasserausläß dient. An der Trommelunterseite ist vorn ein Stromlinienkörper
e angebracht und in gleicher Weise hinten ein Stromlinienkörper g; die Gestalt dieser
Körper zeigen die Abb. i und 2. Die Trommel kann aus Hälften oder mehreren Teilen
bestehen, die miteinander verschraubt und vorn zweckmäßig mit einer Absteifungsbeplattung
f ausgestattet werden.
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Wird verlangt, daß das Fahrzeug seine Fahrtrichtung ohne Umsteuerung
der Kraftmaschine umkehrt, so wird die Vorderseite der Trommel mit einer am Austritt
durch einen Rost d abgedeckten Leitung c ausgestattet. Der gekrümmte Fortsatz b4
des Trommelumfanges kann die Oberseite der Leitung c bilden, während der entsprechend
gekrümmte Teil e' des Stromlinienkörpers e den Boden bildet.
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Der Erzielung eines Rückwärtsganges ohne Änderung der Drehrichtung
des Triebrades dient eine in der festen Trommel b gleichachsig angebrachte bewegliche
zweite Trommel h, die sich auf den Lagern s, s' frei drehen kann; sie ist mit einem
durch die Welle v drehbaren Kegelradgetriebe ausgestattet, so daß sie gegen die
feste Trommel b beliebig mehr oder weniger verdreht werden kann. Die bewegliche
Trommel hat im Umfange einen Spalt o, der der Öffnung k der festen Trommel entspricht,
ferner zu beiden Seiten je eine große Öffnung i, von denen sich Teile bei der in
Abb. ia gegebenen Stellung mit den Öffnungen k, j der Außentrommel decken
und so dem Wasser Durchtritt durch beide Trommeln gestatten. Die Abb. ia und 4.
lassen erkennen, daß, während die Öffnungen j einer Ellipse ähneln, die Öffnungen
i damit zwar teilweise zusammenfallen, jedoch beträchtlich länge' sind.
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Wird die Trommel A in eine solche Stellung gedreht, daß die Öffnungen
o, k und i, j sich decken, während der Kanal c geschlossen ist, wie dies in Abb.
ia gezeigt ist, dann ist die Vorrichtung für Vorwärtsgang eingestellt, während bei
Drehung der. Trommel hin die Stellung nach Abb. 4. der Kanal c freigegeben und die
Öffnungen i, j nur in Teildeckung sind; das Werk ist also für Rückwärtsgang eingestellt.
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Bei Stellung der Trommel h nach Abb. ia dienen die Öffnungen i, j
als Wassereinlaß (Pfeil 6), während die Öffnungen o, k als Auslaß nach hinten
(Pfeil 7) dienen; das Fahrzeug wird vorwärts getrieben. Ist die Trommel h aber in
die Stellung nach Abb. 4 verdreht, so strömt das Wasser durch die Teilöffnungen
i, j (Pfeil 8) ein und durch die Öffnung o aus und gelangt durch den Kanal c nach,
vorn (Pfeil g), so daß das Boot rückwärts getrieben wird. Das bloße Drehen der Trommel
h ohne Umsteuerung des weiterlaufenden Triebrades ist somit genügend. Das Triebrad
nach Abb. i bis 4 besteht aus vier geraden Schaufeln m, die an dem Klotz
L' der Welle l angebracht sind.
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Vielfach verdienen zwei hydraulische Antriebsvorrichtungen für ein
Schiff den Vorzug, welche in der in Abb. 3 veranschaulichten Weise 'angeordnet sein
können, wo beide Räder gemeinsam durch eine gemeinsame Welle l getrieben werden;
sie können aber auch durch getrennte Wellen bewegt werden.