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Schaufelradantrieb mit ganz oder teilweise in das Medium eingetauchtem
Schaufelrad. Als Mittel zur Vorwärtsbewegung von Schiffen oder -Flugzeugen werden
heute fast ausschließlich Propeller verwandt. Der Wirkungsgrad dieser Propeller
ist in erster Linie davon abhängig, wie groß die Menge des Mediums ist, die aus
der Ruhe in Bewegung versetzt wird, wobei die Richtung geradlinig unmittelbar entgegengesetzt
der Richtung des Propellers sein muß. Es kommt also nicht darauf an, wenig Wasser
oder Luft in große Beschleunigung zu versetzen, sondern möglichst große Mengen wenig
zu bewegen. Praktisch ist die Größe der Propeller jedoch natürlich durch verschiedene
Momente begrenzt, vor allem durch die Reibung und Wirbelung der Wassermassen und
den sich bei den Propellern bildenden unvermeidlichen Sog, wodurch der Wirkungsgrad
herabgedrückt wird.
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Gegenstand der Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung zu schaffen,
durch die möglichst große Wasserrnassen möglichst geradlinig ohne Wirbelbildung
und unter Vermeidung des Soges so bewegt werden, daß die hierdurch erzeugte Reaktion
so günstig wie möglich für die Fortbewegung des Fahrzeuges ausgenutzt wird.
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Abb. t stellt ein Schaufelrad dar, das gegenüber den bekannten Schaufelrädern
den Vorteil hat, daß durch Schaufelform und Stellung der Schaufeln an den einzelnen
Punkten des Bewegungskreises die größtmögliche Wassermenge geradlinig in der gewünschten
Richtung ohne Wirbel- und Sobildung bewegt wird.
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Untersucht man zu diesem Zweck den Bewegungskreis mit den nach den
Parallelogrammen der Kräfte eingetragenen Schaufelstellungen, wobei die Umfangsgeschwindigkeit
des Schaufelrades doppelt so groß angenommen ist wie die Vorwärtsbewegung des ganzen
Aggregates, so stellt sich heraus, daß der Bewegungskreis in vier Hauptteile eingeteilt
werden kann, die etwa von I-II, II-III, III-IV und IV-I reichen.
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Während die Schaufeln von Punkt II-III einen Weg durchlaufen, bei
dem der Schaufeldruck das Aggregat unmittelbar nach der Widerstandswirkung in die
gewünschte Bewegungsrichtung treibt, haben sie von I-II und von III-IV eine Stellung,
die schräg zu der beabsichtigten Bewegungsrichtung eingestellt ist; sie wirken hier
also nach dem Tragflächenprinzip. Hierbei ist nach bekannten Gesetzen die .günstigste
Schaufelform, durch die die Wassermassen geradlinig befördert werden, die gekrümmte
Schaufelform. Die Stärke der Krümmung ist natürlich abhängig von dem günstigsten
Geschwindigkeitsverhältnis der Vorwärtsbewegung des ganzen Aggregates zur Drehbewegung
des Schaufelrades. Da die Bewegungsrichtung
der Schaufeln von Punkt
I-II zur Vorwärtsbewegung des ganzen Aggregates die gleiche ist wie von Punkt III-IV,
so muß die Krümmung der Schaufeln für diese Bewegungsabschnitte auch gleich sein.
Von Punkt II-III können die Schaufeln, ohne an Wirkung zu verlieren, ebenfalls diese
gleiche Krümmung haben.
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Vergleicht man die Schaufelstellung in Punkt IV mit der von Punkt
I, so stellt man fest, daß die Schaufel eine vollständige Drehung durchgemacht hat.
Die Schaufeldrehung kann links- oder auch rechtsherum erfolgen. Nimmt man an, daß
die Schaufel in der eingezeichneten Art rechtsherum gedreht wird, so zeigt sich,
daß die Schaufel sich mit ihrer Krümmung dem Bewegungskreis der Schaufeln anpaßt
(Punkt V) und so ohne Wirbelbildung nach Punkt I zurückkehrt. Eine gerade Schaufelform
wäre ungünstig, weil sie infolge ihrer mehr oder weniger seitlichen Einstellung
zum Bewegungskreis Wirbelbildungen hervorruft.
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Es hat sich nun gezeigt, daß für die Abschnitte I-II, III-IV und IV-I
eine Schaufelkrümmung am günstigsten ist, die ungefähr der Krümmung des Bewegungskreises
entspricht, während der Grad der Krümmung von Punkt II-III für die Größe der Wirkung
von keiner großen Bedeutung ist.
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Es zeigt sich also, daß ein Schaufelrad der oben beschriebenen Art
in allen Punkten des Bewegungskreises die Bedingungen erfüllt, Wasser geradlinig
ohne Wirbel- und Sogbildung so zu bewegen, daß die Stärke des Schubes oder das Geschwindigkeitsbestreben
der einzelnen Schaufeln an allen Punkten gleich groß ist, und daß während der Bewegung
von Punkt IV zu Punkt I kein Verlust eintritt. Ein Verlust tritt jedoch ein bei
der Drehung der Schaufel, beginnend bei Punkt IV; denn hier bekommt die Schaufel
während der Drehung einmal den Druck aus Richtung a und einmal aus Richtung
b. Diese Drücke wirken natürlich entweder hemmend auf die Vorwärtsbewegung
des ganzen Aggregates im Medium oder auf die Bewegung der Schaufeln in dem Bewegungskreis.
Diese Hemmungen kann man jedoch dadurch vermeiden, daß man zum Beispiel die Schaufeln
nicht fest mit der Schaufelwelle d verbindet, sondern daß man sie scharnierartig,
wie in Abb. 2, befestigt. Die Welle d mit dem Arm e und dem Scharnierbolzen f sind
mit dem Anschlag g aus einem Stück gefertigt. Die Schaufel h ist lose drehbar über
den Bolzen f gestreift, so daß die Schaufel sich, ähnlich wie eine Tür, um das Scharnier
drehen kann. Durch das Anschlagstück g wird die Schaufeldrehung begrenzt.
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Von Punkt I bis Punkt IV wird bei einer solchen Schaufel die Schaufelfläche
durch den Wasserdruck gegen denBegrenzungsanschlagg gedrückt und übt auf das Wasser
dieselbe Wirkung aus, wie wenn Schaufel und Schaufelwelle aus einem Stück wären.
Dreht man die -Schaufel in Punkt IV in Pfeilrichtung, so drückt das Wasser aus Richtung
a auf die Rückseite der Schaufel, und diese kann sich jetzt, da keine Begrenzungen
in dieser Richtung vorhanden sind, ganz frei, dem Stromfluß entsprechend, einstellen.
Bei der Weiterdrehung der Welle d um sich selbst kommt der Bolzen f nach vorn und
die Schaufel kann sich, wie aus Abb. 2 ersichtlich, bei Punkt I wieder gegen das
Anschlagstück g legen und den Weg von I über II und III nach IV zurücklegen, wie
wenn Schaufel und Schaufelwelle aus einem Stück wären.
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Man kann das gleiche natürlich auch erreichen durch jalousieartige
Unterteilung der Schaufel, wobei die Jalousien selbsttätig infolge der Strömung
oder mechanisch gesteuert werden können (s. Abb. 2).
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Untersucht man den Lauf der Schaufeln, so stellt man fest, daß diese
in Abb. 2 keinen Kreis beschreiben, wie in Abb. i, sondern daß der Lauf eine Kurve
darstellt, weil die Schaufel an dem Hebel e in f befestigt ist und nicht, wie in
Abb. i, unmittelbar an der Welle d.
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Abb. 3 zeigt das gleiche Bild wie Abb. 2. Hierbei ist der Hebel e
jedoch verlängert. (Daß die Befestigung der Schaufel anders gezeigt wird, ist ohne
Belang.) Man erkennt hier ganz . deutlich, daß der Schubweg der Schaufel sehr lang
geworden ist.
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Die Wirkung des Hebels e mit der Schaufel ist ruderartig geworden.
Der Kreislauf der Schaufeln, wie in Abb. i, ist hier vollständig verlassen, während
die Wirkung eine bedeutend größere ist. Die Krümmung der Schaufel ist hier natürlich
flacher, weil die Bewegung der Schaufeln während des Schubes auf einer größeren,
flacheren Kurve erfolgt.
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Alle drei Darstellungen haben gemein, daß während eines möglichst
langen Schaufelweges in der Schubperiode die Schaufeln in Schrägstellung nach dem
Tragflächenprinzip von Punkt I-II und II-IV und senkrecht oder annähernd senkrecht
nach dem Widerstandsprinzip von Punkt II-III arbeiten, während sie von Punkt IV-I
gedreht werden, so daß die Schaufel bei Punkt I wieder in Arbeitsstellung ist, und
daß die Schaufelform gekrümmt ist.
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Bei Abb. 2 und 3 kommt noch hinzu, daß die Schaufeln sich während
der Drehung von Punkt IV-I auf den kleinsten Widerstand einstellen. Durch die Gegenläufigkeit
der Schaufeln in den Schrägstellungen wird die Wirkung
erhöht,
weil Abweichungen des Wassers aus der geradlinigen Bewegung hierdurch wieder geregelt
werden.