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Nichtschlingernder Schwimmkörper Bekannt ist, daß das Schlingern bzw.
Rollen eines schwimmenden Körpers, z. B. eines Schiffes, durch den Einbau von Stabilisationskreiseln
bzw. von Schlingertanks einschränkbar ist, bei welch letzteren das Gewicht mitgeführter
Wasserballastmengen in besonderen Räumen hin und her schwanken und hierdurch eine
gewisse Hemmung der durch die Wogen erzeugten Gleichgewichtsstörungen des Schwimmkörpers
herbeiführen soll. Beide Vorrichtungen zeitigen indessen in der Praxis, auch bei
gemeinsamem Einsatz, keine befriedigende Beseitigung des Schlingerns; ihre Wirkungen
sind im Verhältnis zu den aufgewendeten Mitteln so schwach, daß ihre Anwendung nicht
lohnend erscheint.
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Gegenstand der Erfindung sind neue Einrichtungen und Verfahren zum
Zwecke, Schwimmkörper aller Art auf Grund des neuen Prinzips ohne Verbrauch von
Betriebsstoff und ohne Benutzung von Stabilisierungskreiseln oder Schlingertanks
bekannter Bauart fast vollkommen schlingerfrei zu machen. Die Erfindung kann als
neues Konstruktionselement dienen für schwimmende Inseln, Flugzeugschwimmer, Wasserschier,
Brückenpontons, Rettungsfahrzeuge und -geräte, schwimmende Sanatorien, Flugzeugmutterschiffe,
Schiffe jeder Art, Schwimmdocks, Sturmschleusen, schwimmende Häfen, Sport- und sonstige
geeignete Wasserfahrzeuge u. dgl.
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Ein Nebenzweck der Erfindung ist die Bekämpfung der Seekrankheit.
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Die Erfindung braucht das Äußere der betreffenden Schiffe usw. nicht
unbedingt zu verändern, wenngleich auch völlig neue, andersartige Formen
der
Fahrzeuge durch sie ermöglicht werden, manchmal sie sogar erzwingen, und sie tritt
erst dann in Erscheinung und Wirksamkeit, wenn die Schlinger- und Rollbewegungen
der Fahrzeuge infolge Seegangs unangenehm bzw. gefährlich zu werden beginnen. Bei
schnellfahrenden Fahrzeugen wird die Erfindung nur dann eingeschaltet, wenn für
den Schiffsführer nur die Wahl zwischen Schnelligkeit oder Sicherheit bleibt; denn
vom Augenblick der Einschaltung an erfolgt eine gewisse Verminderung der Fahrtgeschwindigkeit
zugunsten der Sicherheit und Behaglichkeit. Diese Abbremsung wird allerdings zum
Teil durch die wesentlich ruhigeren Bewegungen des Fahrzeuges wieder ausgeglichen.
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Die Erfindung ist in verschiedenen Ausführungsformen möglich. Es genügt,
hier das neue Prinzip in einigen einfachen Formen darzustellen.
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Zur Verhinderung des Schlingerns bzw. Rollens ist es zweckmäßig, sich
den zur Verfügung stehenden wasserverdrängenden Innenraum des betreffenden Schwimmkörpers
(Wasserfahrzeug usw.) insgesamt in zwei Arten zerlegt zu denken, und zwar erstens
in solche Hohlräume, die Luft enthalten, welche im Sinne der Erfindung unbewegt
bleibt, und zweitens in solche Hohlräume, in denen Preßluft durch die Erfindung
während ihrer Inbetriebnahme in beständiger Ortsveränderung erhalten wird. Die letzteren
sind das Mittel zur Verhinderung des Anhubs, die erstgenannten Hohlräume hingegen
dasjenige zur Verhinderung des Absinkens, beide zusammen aber dienen gemeinschaftlich
dem Ausgleich zwischen Hub und Fall.
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Die Hohlräume nach der ersten Art können in Form besonderer Behälter,
Kessel, Kammern o. dgl. vorhanden sein oder auch nur aus jenem zusammenhängenden
Hohlraum bestehen, der im Innern von Schiffen durch die Außenwände gebildet wird
und nach Abzug der Hohlräume nach der zweiten Art verbleibt.
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Die Hohlräume nach der zweiten Art, deren Gesamtinhalt dem der Hohlräume
nach der ersten Art möglichst gleich sein soll, wenn eine iooo/oige Wirkung der
Erfindung erwünscht ist, dürfen erfindungsgemäß niemals zu einem einzigen Raum vereinigt
sein, sondern sind zweckmäßig in eine Anzahl von möglichst senkrecht stehenden,
hohen, länglichen Hohlräumen gegliedert, die gleichmäßig über den betreffenden Schwimmkörper
verteilt sind. Das Verhältnis der Breite zur Höhe der Hohlräume nach der zweiten
Art sollte zweckmäßig mindestens i :3 sein. Für diese Hohlräume werden z. B. die
Doppelwandungen des Schiffes o. dgl. benutzt.
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Jeder Hohlraum nach der zweiten Art ist als Niederdruckpreßluftkessel
eingerichtet, dessen ganzer Boden mittels einer praktischen öffnungsvorrichtung
bekannter Bauart maschinell oder von Hand zweckmäßig nach innen geöffnet werden
kann, so daß unten eine freie Öffnung entsteht, die so groß ist wie der Durchmesser
des betr. Preßluftbehälters. Die Länge dieser Hohlräume von oben bis unten richtet
sich nach der Höhe der höchsten Wogen, die normalerweise entstehen können. Da die
größte Ozeanwoge mit etwa 1a m beobachtet worden ist, würde für die Ozeane demnach
eine Höhe der Hohlräume nach der zweiten Art von 12 bis 15 m ausreichend sein, für
andere Verhältnisse entsprechend weniger. Gewöhnlich enden die Hohlräume nach der
zweiten Art unten mit dem Boden des betreffenden Fahrzeugs, und ihre Wände brauchen
nicht durchaus senkrecht zu stehen und müssen auch nicht unbedingt gerade oder parallele
Linien innehalten, können sich vielmehr unter Umständen den Konturen. ihrer Umgebung
anpassen; doch ist es vorteilhafter, ihre Wände möglichst parallel verlaufen zu
lassen. Oben, kesselartig abgeschlossen, tragen die nach der zweiten Art gebildeten
Hohlräume verschiedene Luftleitungen mit Absperrhähnen, und zwar je eine für Niederdruckpreßluft,
eine zweite für den Einlaß von Hochdruckpreßluft und eine dritte für das Ablassen
der Preßluft an die Außenluft bzw. zur Verwertung der Preßluft im Betriebe des betreffenden
Schwimmkörpers. Die N iederdruckpreßluftleitung verbindet, nachdem sie von hier
aus zwecks erhöhter Sicherheit in eine Höhe emporgeführt wurde, die vor Überflutung
auf jeden Fall gesichert ist, wieder abwärts steigend den nächsten Hohlraum nach
der zweiten Art mit dem erstgenannten und dann in gleicher Weise alle Hohlräume
miteinander, soweit sie nicht, zu größerer Sicherheit, in einzelne Schottabteilungen
unterteilt sind. Ist dies aber der Fall, dann «-erden alle Hohlräume nach der zweiten
Art derselben Schottabteilung durch je eine Niederdruckpreßluftleitung miteinander
verbunden. Die Hochdruckpreßluftleitung verbindet alle diese Hohlräume mit einer
Hochdruckpreßlufterzeugungsanlage (Erzeuger und Sammelbehälter). Absperrhähne regeln
den Zu-bzw. Abfluß. Die Einrichtungen für den Ablaß der Preßluft aus den Hohlräumen
an die Außenluft bzw. in den Betrieb sind in bekannter Weise vorgesehen.
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Von dem Gesamthohlraum nach der ersten Art können beliebig viele Einzelhohlräume
abgezweigt sein, die ebenfalls über den ganzen Schwimmkörper U
-m' ßig als Sichereichmäßig verteilt sind. zwecl, heitsschwimmbojen, die
den SchNvimmkörper unter allen Umständen schwimmfähig erhalten. Diese Einzelhohlräume
können, entsprechend eingerichtet, außerdem noch als Hoclidruckpreßluftvorratslieliälter
dienen; sie werden zweckmäßig immer etwas höher angeordnet als die Hohlräume nach
der zweiten Art, da bei letzteren der `-'Wasserdruck von unten zunächst erst einmal
die Luft zusammendrücken muß, bevor sie zu einem tragenden Faktor erfindungsgemäß
«=erden kann, und dementsprechend sollen auch die Hohlräume nach der ersten Art
erst von dieser Grenze ab wirksam werden können; ihr Boden befindet sich daher etwas
oberhalb der Bodenkante der Hohlräume nach der zweiten Art.
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Der Hauptzweck der Ilohlräunie nach der ersten Art besteht darin,
gewissermaßen als Auftriebsersatz für die Hohlräume nach der zweiten Art zu dienen,
was weiter unten näher erläutert wird.
Die Böden der Hohlräume nach
der zweiten Art sind hei Ausschaltung der Erfindung, also bei ruhiger See, luftdicht
geschlossen und wasserentleert; es sei denn, es handle sich beispielsweise um eine
schwimmende Insel, die etwa als Flugzeugstützpunkt an einem Punkte des Ozeans verbleibt,
oder um ein Feuerschiff, das längere Zeit bis zu seiner Überholung an einem Punkte
des Meeres verankert liegt. Iii solchen oder ähnlichen Fällen und überhaupt dann,
wenn der Schwimmkörper nicht als Fortbewegungsmittel dient, können die Böden dauernd
offen bleiben, und sie werden nur geschlossen, wenn der Schwimmkörper als Fortbewegungsmittel
dienen soll. Sobald die Böden geschlossen sind, bieten die Hohlräume nach der zweiten
Art während der Fahrt dem Wasser keinen Stirnwiderstand.
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Der Erfindungsgedanke zeitigte folgende überlegungen: Das Schlingern
eines Schwimmkörpers, beispielsweise eines Schiffes, entsteht durch Gleichgewichtsstörungen.
Zur Erleichterung des Verständnisses für diese im Sinne der Erfindung wird hier
die Einteilung des Schiffes in zweimal zwei Gleichgewichtshälften vorgenommen, nämlich
i. in die Bughälfte vor der Gleichgewichtsquermittellinie, 2. in die Heckhälfte
hinter derselben, 3. in die Backbordhälfte, backbordseitig der Längsmittellinie,
4. in die Steuerbordhälfte, steuerbordseitig derselben.
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Eine das Schlingern verursachende, z. B. quer von Backbord nach Steuerbord
laufende Woge erzeugt zuerst ein Plus an Wasserverdrängung und damit Auftrieb auf
Nr. 3 und erst später, nach dem Passieren der Längsmittellinie, auf Nr. 4: das Schiff
schlingert. Beim Stampfen hebt die Woge beispielsweise zuerst Nr. i, dann, nach
dem Unterlaufen der Quermittellinie, Nr. 2. Nun wird aber das Schlingern und Stampfen
nicht immer nur durch eine einzelne Woge hervorgerufen; auch dann, wenn mehrere
Wellenberge und Wellentäler unter jeder Gleichewichtshälfte sich befinden und die
Summen der' Wellenberge oder Wellentäler unter beiden korrespondierenden Gleichgewichtshälften
ungleichen Wert haben, so daß ein Plus an Wellenbergen oderWellentälern auf der
einen Seite entsteht, wird Schlingern bzw. Stampfen hervorgerufen.
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Diese Erkenntnis führte zur Schaffung und Entwicklung neuer Einrichtungen
und Verfahren, welche geeignet sind, jenes schädliche Plus auszuschalten bzw. abzuleiten,
um das durch Hubkräfte der Wogen erzeugte Schlingern zu verhindern.
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Zur Erreichung die%es Zieles läßt die Erfindung die Auftriebskraft
des Schwimmkörpers nicht mehr, wie (lies bisher allgemein der Fall war, ausschließlich
durch die Wasserverdrängung mittels wasserseitig abgeschlossener, gewöhnliche unbewegte
Luft enthaltender Hohlräume, z. B. eines Schiffes, entstehen, sondern in vollem
Gegensatz hierzu teilweise mittels beständig platzwechselnder Preßluft in unten
ottenen Hohlräumen.
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Die Arbeitsweise der Erfindung sei an einem einfachen Beispiel erläutert.
Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungsformen, teilweise in schematischer,
perspektivischer und der Deutlichkeit wegen unsymmetrischer Darstellung.
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Fig. i ist ein einfaches Ausführungsbeispiel in Seitenansicht, Fig.
2 dasselbe von oben gesehen, Fig. 3 eine kleine schwimmende Insel in Seitenansicht,
Fig. 4 dieselbe in Frontansicht.
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Das einfache Erläuterungsbeispiel besteht aus drei in einem gleichseitigen
Dreieck angeordneten gleich großen Doppelpreßluftbehältern a, a1 und a2, die zu
einem Schwimmkörper starr verbunden sind. Die Dreiecksform wurde für die Erklärung
nur deswegen gewählt, weil sie in der Praxis ohne die Erfindung am stärksten dem
Schlingern unterworfen sein würde. Die Hohlräume b, b1 und b2 jedes Doppelbehälters
a entsprechen dem mehrfach erwähnten Hohlraum nach i, und einer von ihnen, b1, dient
hier .gleichzeitig als HochdruckpreßluftbehäIter, der mit einer Preßluftleitung
c und einem Absperrhahn d versehen ist.
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Die zweiten gleich großen Hohlräume e, ei und e2 jedes Doppelbehältersa
entsprechen dem Hohlraum der zweiten Art und sind untereinander durch die Niederdruckpreßluftleitung
f verbunden, die an jedem der drei Hohlräume e je einen Absperrhahn trägt. Jeder
Hohlraum e hat unten einen die öffnungen 1a luftdicht verschließenden, abnehmbaren
oder sonstwie zu öffnenden Boden i und besitzt ferner ' oben einen Ablaßhahn k.
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Setzt man diesen dreieckigen, in sich mittels der Streben l versteiften
Schwimmkörper bei geschlossenen Böden i auf stark bewegtes Wasser, so schlingert
er heftiger als irgend sonst ein Schwimmkörper, da er nur auf drei Punkten ruht.
Öffnet man nun alle Absperrhähne g und entfernt die Böden i, so sinkt der Schwimmkörper
zwar etwas ein, aber keineswegs unter; sein Schlingern wird nicht geringer. Öffnet
man nun alle Ablaßhähne k, so entweicht die in den Hohlräumen e enthaltene Niederdruckpreßluft
ins Freie, und der Schwimmkörper ruht jetzt, noch weiter eintauchend, nur noch auf
den Hohlräumen b. Belastet man nun den gesamten Schwimmkörper so viel, daß er sich
zu '/a unter Wasser befindet, so schlingert er immer noch weiter. Schließt man nun
die Ablaßhähne k und öffnet die Absperrhähne d und g, so strömt Hochdruckpreßluft
aus dem Hohlraum b1 durch die Preßluftleitung c in den Hohlraum ei und von diesem
durch die Preßluftleitungen f auch in die Hohlräume e und e2, sie mit Niederdruckpreßluft
füllend und dabei das darin befindliche Wasser nach unten verdrängend. Ist dies
so weit geschehen, daß die Preßluft anfängt, unten aus den Hohlräumen e nach außen
zu entweichen un(d in Blasen aufzusteigen, wird der Absperrhahn d wieder geschlossen,
während die Absperrhähne g geöffnet bleiben. Mit dem Augenblick, da das Wasser aus
den Hohlräumen e verdrängt ist, der nun wieder stärker auftauchende Schwimmkörper
also nicht mehr nur auf den Hohlräumen b allein, sondern auch, und zwar
etwa
zur Hälfte, auf der Niederdruckpreßluft in den Hohlräumen e schwimmt, hört das Schlingern
sofort auf; denn nun ist der Schwimmkörper für die einzelnen Hohlräume b zu schwer,
um von ihnen allein angehoben zu werden; die ihn für gewöhnlich mittragende Preßluft
in den Hohlräumen e aber weicht der aufsteigenden Woge aus und wandert unter ihrem
Druck durch die Preßluftleitung f in einen der anderen Hohlräume e, wo in demselben
Augenblick ein Wellental bereits versuchte, ein schwaches Vakuum zu bilden. Wären
in solchem Falle nur Hohlräume e vorhanden, so würde der Hohlraum e beim Entweichen
der Preßluft für sich allein absinken, der dreieckige Schwimmkörper also kentern;
aber im gleichen Maße und zu gleicher Zeit, wie dieser Hohlraum e seine Auftriebskraft
verliert, gewinnt der mit ihm fest und eng verbundene, gleich große und in entsprechend
gleicher Auftriebsebene gelagerte Hohlraum b genau ebensoviel durch das Steigen
des Wassers an Auftrieb, und umgekehrt, wenn der Wellenberg unter dem Hohlraum e
einem Wellental Platz macht und die Preßluft in ihn zurückkehrt, gewinnt er genau
ebensoviel an Auftrieb zurück, wie der Hohlraum b davon verliert, weil er nicht
mehr so tief eintaucht. Es genügt, die Hohlräume e praktisch so lang zu machen bzw.
so tief eintauchen zu lassen, daß auch das tiefste Wellental, das auf dem betreffenden
Gewässer möglich, ist, die Preßluft nicht nach außen entweichen lassen kann.
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Durch Schottei»teilung bei Vorhandensein einer größeren Anzahl der
Hohlräume e und ihrer Preßluftleitungen f wird die Sicherheit des Schwimmkörpers
noch vermehrt. Denn beim Undichtwerden eines Hohlkörpers e oder einer Preßluftleitung
f fällt nur für die kurze Zeit der Reparatur die betreffende Schottabteilung aus.
Jeder Hohlraurii e kann durch Schließen der Absperrhähne vom allgemeinen Luftumlauf
abgeschaltet werden. Er kann auch dann, sofern er unbeschädigt ist, durch Einlaß
von Hochdruckpreßluft und Verdrängung des Wassers nach unten zu einem zusätzlichen
Auftriebshohlraum, wie b, gemacht werden und dies noch mehr, wenn man seinen Boden
i schließt und dann mittels Hochdruckpreßluft das Wasser in bekannter Siphonart
gänzlich herausdrückt.
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Die Hohlräume b und e, soweit es sich bei b um Einzelhohlräume handelt,
können sämtlich so in Rahmen einsetzbar gemacht werden, daß jeder einzelne im Falle
seiner Beschädigung leicht mit einem unbeschädigten ausgewechselt werden kann.
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Nachdem an Hand eines einfachen Modells das Prinzip der Erfindung
klargestellt worden ist, sollen auch noch als Ausführungsbeispiele einige größere
Formen erwähnt werden.
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Die erste dieser Ausführungsformen als schwiminende Insel ist gekennzeichnet
durch eine große Anzahl neben- bzw. hintereinander angeordneter oder ineinandergeschachtelter
Hohlräume a und e,
die in Form hoher Kästen zusammengefaßt sind, die
durch senkrechte oder schräge Wände in die einzelnen Hohlräume b und e unterteilt
und in Schottabteilungen gegliedert sind, von denen jede ihre eigenen Preßluftleitungen
hat, die das ganze Fahrzeug durchziehen. Von diesen Kisten sind zwei oder mehrere
vorhanden, die in Abstand nebeneinander gelagert und durch zwei Plattformen brückenartig
starr miteinander verbunden sind; von den Kästen sehen je zwei benachbarte ungefähr
so aus wie ein umgekehrtes Schwimmdock, dessen doppelter Boden sich nunmehr oben
befindet. Innerhalb der beiden Plattformen befinden sich, teils durch Außenfenster,
teils durch Oberlichter erhellt, die Kommandobrücke, die Passagier-, 1lannschafts-,
Wirtschafts-, Maschinen- und Werkstatträume usw., und die obere Plattform bildet
einen freien Platz, auf welchem Flugzeuge und Luftschiffe selbst bei schwerem Seegang
sicher niedergehen können. Für Luftschiffe kann ein versenkbarer oder unilegbarer
Ankermast, für den Start von Flugzeugen ein Katapult vorgesehen sein.
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Die Fortbewegungsorgane (Schiffsschrauben, Schaufelräder usw.) liegen
zwischen den Kästen vollkommen geschützt. Die Kästen sind vorn und hinten stromlinienförmig
verlaufend, um während der Fahrt geringen @\'iderstand zu bieten.
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Windmotoren, die zusatninen mit den Wogenmotoren die Preßluft erzeugen,
können ebenfalls auf der oberen Plattform oder außerhalb derselben auf Auslegern
montiert werden, um die ganze Plattform frei zu halten. Die Wogenmotoren können
sowohl zwischen den Kästen, durch die das Wasser und damit die Wogen frei hindurchlaufen
können, angeordnet sein, als auch innerhalb der Hohlräume e arbeiten.
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Die Hohlräume e haben nach innen zu öffnende Böden i, die von oben
mittels durch Stopfbuchsen geführter Stangen, Hebel, Leitspindeln o. dgl. bedient
werden.
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Aus aneinandergereihten Plattformen nach der Erfindung lassen sich
auch schlingerfreie schwimmende Brücken herstellen.
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Eine weitere Möglichkeit sieht den Einbau der Erfindung in bereits
vorhandene Schiffe vor, um ihr Schlingern zu vermindern, so <laß es nicht mehr
als unangenehm empfunden, geschweige denn gefährlich werden kann. Soll die Erfindung
in vorhandene Fahrzeuge nachträglich eingebaut werden, so ist nur eine ausreichende
Anzahl von Hohlräumen e einzubauen. Als Hohlraum b dient dann der verbleibende Gesamtinnenraum
des Schiffsrumpfes. Je mehr die Summe der Hohlräume e dem verbleibenden Hohlraum
b hinsichtlich Größe sich nähert, um so weniger wird das Fahrzeug nach Einschaltung
der Erfindung schlingern.
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Schließlich soll noch die 2Ausfülirungsform Rettungsfahrzeuge, -geräte
und -einrichtungen erwähnt werden. Hierzu kann auch der nichtschlingernde Schwinuner
für Wasser- und Landflugzeuge nach der Erfindung gerechnet werden. Der Rettungsschwimmer
für Wasserflugzeuge sieht äußerlich im Ruhezustand fast wie ein gewöhnlicher Wasserflugzeugschwininier
aus. Er ist aber aus einer beliebigen Anzahl von @ierkantröhren zusammengesetzt,
die in der Längsrichtung des Schwimmers, also waagerecht gelagert sind und
durch
Nürnberger Scheren, die unter Federdruck stehen, verbunden sind. Der Federdruck
ist auf Ausspreizung eingestellt und wird durch Sperrklinken gehemmt. Die zunächst
noch liegenden Vierkantröhren sind vorn mittels Luftschläuchen verbunden und enthalten
je zwei oder vier Hohlräume b und e im Sinn der Erfindung. Die Ausklinkung des Federdrucks
der Nürnberger Scheren erfolgt beim Aufsetzen des Flugzeugs auf das Wasser selbsttätig.
Der Widerstandsdruck des Wassers klinkt die Nürnberger Scheren aus, oder sie werden
von Bord aus .erst ausgeklinkt, wenn das Flugzeug zum Stillstand gekommen ist. Die
Nürnberger Scheren spreizen sich dann selbsttätig und zwangsläufig so aus, daß die
Vierkantröhren sich voneinander entfernen und zugleich senkrecht sich aufrichten
mit dem Vorderteil oben. Beide Schwimmer bilden nunmehr weit ausgebreitete Schwimmkörper
im Sinn der Erfindung, auf denen das Flugzeug sicher ruht, auch wenn starker Seegang
herrscht. Die Schwimmer werden vom #Motor her oder mittels Handpumpen mit Preßluft
versorgt, und das Flugzeug liegt ruhig. Beim erneuten Startlegen sich die aufrecht
stehenden Vierkantröhren von selbst wieder flach nieder, und die Nürnberger Scheren
werden von Bord aus wieder verengt und eingeklinkt, und es entstehen wieder die
beiden Schwimmer, die wie gewöhnlich aussehen. Die erfindungsgemäßen Schwimmer für
Landflugzeuge, die also keine eigentlichen Schwimmer, wie sie bei Wasserflugzeugen
stets vorhanden sein müssen, aufweisen dürfen, da sich an ihrer Stelle das Fahrgestell
befindet, lassen sich dadurch herstellen, daß von den unteren Flächen der Tragdecksenden
und vom Leitwerk je ein aus Hohlräumen b und e bestehender Teil herunterklapp-
und feststellbar eingerichtet wird, von denen jeder erfindungsgemäß ausgestattet
ist und die alle miteinander mittels Preßluftleitungen verbunden sind. Ein mit solchen
Schwimmern ausgestattetes Flugzeug schlingert ebensowenig wie der ebenfalls auf
drei Punkten ruhende obenerwähnte Dreieckskörper.