DE807366C

DE807366C - Windantrieb fuer Wasserfahrzeuge mittels Windmotor

Info

Publication number: DE807366C
Application number: DESCH225A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Schatz
Original assignee: DIETRICH SCHATZ
Current assignee: DIETRICH SCHATZ
Priority date: 1949-10-28
Filing date: 1949-10-28
Publication date: 1951-06-28

Description

Windantrieb für Wasserfahrzeuge mittels Windmotor Die Erfindung betrifft einen Windantrieb für Wasserfahrzeuge. Es ist bereits vorgeschlagen worden, sich eines Windmotors, z. B. einer Luftschraube, zum Antrieb von Wasserfahrzeugen zu bedienen, und zwar auch in der Weise, daß die von dem Windmotor gelieferte Energie unmittelbar, gegebenenfalls unter Verwendung von Zwischengliedern, zum Antrieb von Wasserschrauben herangezogen wurde.
Der Erfindung gemäß wird bei einem derartigen Antrieb das Verhältnis der Wirkflächen von Windmotor und Wassertriebmittel derart gewählt, daß die Schubkraft des Wassertriebmittels ausreicht, den Wasser- und Luftwiderstand bei Fahrt gegen den Wind zu überwinden. Ausgehend von einer bestimmten Wirkfläche des Wassertriebmittels und der größtmöglichen Leistungsabgabe des aus der Berechnung sich ergebenden Windmotors, erzielt bei =/3 Winddurchlässigkeit desselben, wird das Maximum der Vortriebskraft erzielt bei und der obere Grenzwert liegt bei Der Wasser- und Luftwiderstand des Bootskörpers mit Aufbauten, jedoch finit Ausnahme der Wirkfläche des Windmotors, ist dabei so klein wie möglich zu halten, jedenfalls darf er nicht größer sein als der Luftwiderstand einer kreisförmigen Vergleichsscheibe von einer Fläche Hierbei bedeutet fi die vom Windmotor bestrichetie Fläche, f,, die vom Wassertriebmittel bestrichene Fläche, z den Gesamtwirkungsgrad von Windmotor, Zwischengetriebe und Wassertriebmittel, ;,". die Dichte des Wassers und :1 die Dichte der Luft, fb die Fläche der kreisförmigen VergleiChsseheil>e, cb den Widerstandsbeiwert der Kreisfläche. Für .o kommen bei dem heutigen Stand der Technik für Großausführungen Werte von 0,3 bis o,; in Frage. Als Durchschnittswert von z", kann 102 und von 5l o,Z32 angenommen werden. cb kann mit 1,12 in Rechnung gestellt werden. Unter Einsetzung dieser Werte ergibt sich je nach der im Sonderfall gegebenen Größe von z für das Maximum der Vorschubkraft fi = etwa 4o fN, bis etwa 225 fw, für den oberen Grenzwert fl = etwa 1,40 f", bis etwa 76o fw und für die kreisförmige Vergleichsfläche fb = etwa 33 fw bis etwa i8o f,y.
Da bei dein häufig, insbesondere bei kleineren _@usführungsformen gegebenen kleinen Gesamtwirkungsgrad, z. B. ü = o, i 5, die aus obiger Formel sich ergebende Fläche des Windmotors sehr klein wird und sich dann, z. B. bei Fahrt quer zum Wind, eine verhältnismäßig geringe Leistung ergibt, ist es zweckmäßig, den \@'indmotor mit einer Luftdurchlässigkeit arbeiten zu lassen, die größer als 2/s ist. Das Maximum der Vortriebsleistung bei Fahrt gegen den Wind ergibt sich aus der Formel

Durch die Ermöglichung der Fahrt gegen den Wind ergeben sich erhebliche navigatorische Vorteile und damit erst die volle Gebrauchsfähigkeit des Windantriebs. Es ist z. B. möglich, das bei Seglern und auch bei den bekannten mit Windantrieb versehenen Fahrzeugen erforderliche Kreuzen bei der Fahrt gegen den Wind zu vermeiden, so <iaß die Fahrt in engen Gewässern möglich wird und bei Begegnung von windgetriebenen Fahrzeugen mit durch andere Energie, z. B. Dampf, betriebenen Fahrzeugen den windgetriebenen Fahrzeugen nicht mehr eine Vorzugsbehandlung bezüglich Einhaltung der Fahrtrichtung eingeräumt werden muß.
In der Zeichnung ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar in der Ausbildung des Erfindungsgegenstandes als Spielzeugschiff.
Fig. i zeigt eine Seitenansicht des Schiffes, Fig. 2 eine Rückansicht und F l". 3 eine Draufsicht auf dasselbe.
Der Schiffskörper i ist mit einem Schwert 2 mit darauf angeordnetem Belastungsgewicht 3 versehen. Wie üblich besitzt er ein Steuer 4. Auf dem Schiffskörper i ist eine senkrechte Säule 5 montiert, die um 36o" schwenkbar das Lager 6 für die Achse 7 der Luftschraube 8 trägt. An die Luftschraubenachse 7 schließen sich unter Zwischenschaltung von Kugelgelenken 9 die Wellen i o, i i, 12 und 13 an. Die Welle 13 trägt die Wasserschraube 14 und ist in den Lagern 15 am Schiffsrumpf gelagert. Die Welle 13 ist schräg zur Längsachse des Schiffskörpers gerichtet, um das Drehmoment um die die Luftschraube tragende senkrechte Achse auszugleichen, ohne daß zum Ausgleich dieses Drehinomentes ein ständiges Gegensteuern erforderlich w;ire.
Wie aus den Fig. i und 3 hervorgeht, kragt die Luftschraubenwelle 7 quer zur senkrechten Welle i i aus. Hierdurch wird erreicht, daß die Luftschraube sich selbsttätig ohne Verwendung von Windfahnen, Verstellpropellern oder sonstigen Hilfsmitteln in die Windrichtung einstellt, so daß im Betriebe die Auskragung in Richtung des Windes verläuft.
Bei einer seitlich auskragenden Anordnung der Luftschraube ist die Anordnung eines Gegengewichtes erforderlich, das das vom Luftschraubengewicht erzeugte Moment ausgleicht. Dieses Ausgleichsgewicht 16 ist durch den Arm 17 mit dem Lager 6 der Luftschraube verbunden. Dieses Ausgleichsgewicht kann auch zum Ausgleichen von durch den Wind um die Kippachse des Schiffes erzeugten Momenten dienen. Zu diesem Zweck kann die Länge des Armes 17 verstellbar gemacht werden. Um die Zeichnung nicht zu komplizieren, sind die zur Verstellung der Länge des Armes dienenden Mittel nicht dargestellt.
Zum Ausgleich des durch die Luftschraube 8 um die sie tragende senkrechte Achse i i erzeugten Drehmomentes ist, wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, die Luftschraubenwelle 7 derart angeordnet, daß sie die Verlängerung der Welle i i nicht schneidet, sondern seitlich von dieser Verlängerung verläuft. Sie kragt also in bezug auf die Welle i i nach zwei Richtungen aus, und zwar im Betriebe in Richtung des `'indes und quer zu dieser Windrichtung. Die Größe dieser Auskragung quer zur Windrichtung kann gegebenenfalls zur Anpassung an verschiedene Drehmomente veränderlich gemacht werden. ZwischenLuftschraube undWasserschraube können Über- oder Untersetzungen, am besten in Form von Wechselgetrieben, eingeschaltet werden, um der Luftschraube einerseits und der Wasserschraube andererseits günstige Umdrehungsgeschwindigkeiten geben zu können in Anpassung an die jeweils vorliegenden Verhältnisse. Weiter ist es vorteilhaft, ein Wendegetriebe einzuschalten, um auch die Rückwärtsfahrt zu ermöglichen. Bei Ausführungen der Erfindung in Gebrauchsgröße, im Gegensatz zu der dargestellten Spielzeuggröße, ist es vorteilhaft, eine einschaltbare Vorrichtung zur Einstellung der Richtung der Luftschraubenachse in bezug auf die Windrichtung vorzusehen. Dieses willkürliche Verschwenken kann z. B. zur Regelung der Fahrtgeschwindigkeit dienen, indem die Luftschraube mehr oder weniger aus der Windrichtung herausgeschwenkt wird, ferner zur Beseitigung von Gefahrmomenten bei besonders großen Windgeschwindigkeiten oder zum Ausgleich des Einflusses, welchen plötzliche Belastungsänderungen auf die selbsttätige Einstellung der Luftschraubenrichtung ausüben. Derartige Belastungsänderungen erzeugen zusätzliche Drehmomente um die die Luftschraube tragende senkrechte Achse und können daher ein-Verschwenken der Schraube um diese senkrechte Achse bewirken.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Windantrieb für Wasserfahrzeuge mittels Windmotor, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Wirkflächen von Windmotor und Wassertriebmittel derart gewählt ist, daß die Schubkraft des Wassertriebmittels ausreicht, den Wasser- und Luftwiderstand bei der Fahrt gegen den Wind zu überwinden, wobei, ausgehend von einer bestimmten Wirkfläche des Wassertriebmittels und der größtmöglichen Leistungsabgabe des aus der Berechnung sich ergebenden Windmotors, erzielt bei 2/s Winddurchlässigkeit desselben, das Maximum der Vortriebskraft erzielt wird bei und der obere Grenzwert bei und daß der Wasser- und Luftwiderstand des Bootskörpers mit Aufbauten mit Ausnahme der Wirkfläche des Windmotors so klein wie möglich gehalten ist, jedenfalls geringer als der Luftwiderstand einer kreisförmigen Vergleichs-Scheibe von der Fläche
2. Windantrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das 'Maximum der Vortriebsleistung bestimmt wird nach der Formel
3. Windantrieb nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftschraubenachse (7) in bezug auf die senkrechte sie tragende Säule (5) in Windrichtung, also wetterfahnenartig, ausgekragt ist, zwecks selbsttätiger Einstellung in die Windrichtung.
4. Windantrieb nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftschraubenachse (7) derart in bezug auf die senkrechte sie tragende Säule (5) angeordnet ist, daß ihre Achsenrichtung die senkrechte Achsenrichtung nicht schneidet, sondern seitlich an ihr vorbeiläuft zwecks Ausgleichs des durch die Luftschraube um die senkrechte Achse erzeugten Drehmomentes.
5. Windantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Auskragung veränderlich ist.
6. Windantrieb nach Anspruch i oder 2, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zur Aufhebung der Wirkung von durch die Luftschraube auf das Fahrzeug ausgeübten Drehmomenten.
7. Windantrieb nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein das vom Luftschraubengewicht erzeugte Moment ausgleichendes Gegengewicht (16). B. Windantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Hebelarmes (i7) des Gegengewichtes (16) verstellbar ist zum Zwecke eines Ausgleichs des durch den Wind erzeugten Kippmomentes. g. Windantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Ausgleichs der Wirkung des durch die Antriebsmittel erzeugten Drehmomentes um die die Luftschraube tragende senkrechte Achse (5) die Wasserschraubenwelle (13) schräg zur Schiffslängsachse eingebaut ist. io. Windantrieb nach Anspruch i oder 2, gekennzeichnet durch eine einschaltbare Vorrichtung zur Einstellung der Richtung der Luftschraubenachse zur Windrichtung.