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Schiffsantrieb Der Erfindungsgegenstand bezieht sich auf eine Einrichtung
zum Antrieb von kleinen und großen Schiffen und besteht im wesentlichen darin. daß
Wasser mittels einer Bordpumpe durch ein oder mehrere nach vorn und abwärts gerichtete
Sangrohre mit unter dem Wasserspiegel liegenden Ansaugöffnungen, die einen wesentlich
größeren Querschnitt als die ihnen zugehörigen Saugrohre haben und derartig in der
Ebene des Schiffsbodens oder der Bordwände angeordnet sind. daß das Wasser entgegen
der Fahrtrichtung des Schiffes durch die Saug- und Druckrohre strömt. angesaugt
wird und durch (vorzugsweise unmittelbar) über dem Wasserspiegel liegende Austrittsöffnungen
ausgestoßen wird. Diese Einrichtung bezweckt, den durch die geförderte Wassermenge
entstehenden Rückstoß für die Fortbewegung des Schiffes auszunutzen und insbesondere
dabei die durch den Sog am Heck des Schiffes und durch Wirbelströmungen im Kielwasser
des Schiffes entstehenden Verlust zu vermindern.
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Zur Verwirklichung des allgemeinen Erfindungsgedankens sind verchiederie
Ausführungsformen möglich, so z. B. eine Ausführungsform, in welcher eine Propellerpumpe
in dem Saug- und Druckrohr angeordnet ist, welche direkt mit der Welle eines Außenbordmotors
gekuppelt ist, wie er für kleinere Boote oft Verwendung findet. Die Steuerung kann
durch Drehen des gesamten Antriebsaggregates erfolgen. Die Motorwelle ist in diesem
Fall schräg nach vorn in der Richtung zum Bug des Schiffes gelagert.
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In einer anderen Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit einem Innenbordmotor kombiniert, wie er für Schiffe und Boote mittlerer Grüße
verwendet wird. In diesem Fall ist die I'ropellerpurnpe vorzugsweise in dem waagerechten
"Feil des Satig- und Druckrohres gelagert.
Die Austrittsöffnung
des Saug- und Druckrohres kann fest am Heck des Schiffes gelagert sein. Die Steurung
erfolgt dann durch Anwendung einer zu beiden Seiten der Austrittsöffnung angeordneten
besonderen Steuereinrichtung.
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Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung in großen Schiffen
wird die Propellerpumpe in dem waagerechten Teil der Saug- und Druckrohre gelagert.
Die Steuerung kann bei dieser Ausführung durch besondere Ventile, welche am Heck
angeordnet sind, erfolgen. Mit Hilfe dieser Steuerung kann der austretende Wasserstrahl
nach Belieben Achteraus, nach den Seiten oder zu beiden Seiten eles Schiffes schräg
nach vorn gelenkt werden.
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Bei Schiffen mit Dampfturbinenantrieb kann die Erfindung in Verbindung
mit der Kühlwasserpumpe für den Kondensator verwendet werden. wodurch eine erhebliche
Erhöhung der Antriebskraft für die Fortbewegung des Schiffes erreicht wird.
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Die gegenüber Bekanntem durch den Erfindungsgegenstand erreichten
Vorteile sind folgende: I. Erhöhung der effektiven Antriebskraft aus folgenden Gründen:
a) Eine Pumpe hat einen höheren Wirkungsgrad als ein Propeller.
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b) Bei Booten, insbesondere großen Schiffen, mit Propellerantrieb,
welche ein entsprechend gestaltetes Heck haben, ergibt sich ein bedeutender Sog
im Kielwasser des Schiffes, welcher der vorwärts gerichteten Triebkraft entgegenwirkt.
Diese Sogwirkung im Kielwasser des Schiffes wird durch den Erfindungsgegenstand
dadurch vollständig beseitigt, daß die Austrittsöffnung des Saug- und Druckrohres,
durch welches das Wasser mittels einer Pumpe gefördert wird; über dem Wasserspiegel
liegt.
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c) Die Anordnung der Ansaugöffnung zur Pumpe in der Fahrtrichtung
des Schiffes erzeugt eine zusätzliche Kraft für seine Fortbewegung.
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d) Bei besonders schnell laufenden Booten, bei welchen die Pumpenpropeller
direkt mit der Motorwelle gekuppelt sind, kann die Motorleistung besser ausgenutzt
werden. Das ermöglicht die Verwendung kleinerer Antriebsaggregate für die erforderliche
Leistung. Dadurch wird die gesamte Antriebsvorrichtung leichter, billiger und der
Betrieb wirtschaftlicher.
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e) Bei der erfindungsgemäßen Anordnung gibt es außerhalb des Fahrzeuges
keine hervortretenden empfindlichen Teile, Schaufelräder u. dgl., welche zusätzliche
Verluste hervorrufen können.
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Der Erfindungsgegenstand ermöglicht eine große Manövrierfähigkeit
sowohl bei kleinen Booten als auch bei großen Schiffen.
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3. Der Erfindungsgegenstand ist baulich einfach. In der Zeichnung
sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes gezeigt.
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Fig. I veranschaulicht schematisch die Anordnung des Erfindungsgegenstandes
in Verbindung mit einem Außenbordmotor.
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Fig. 2 bis 5 zeigen eine Kombination des Erfindungsgegenstandes in
Verbindung mit einem Innenbordmotorantrieb. Fig. 2 bis 4 veranschaulichen eine Seitenansicht,
eine Draufsicht und eine Rückansicht. Fig. 5 zeigt Einzellheiten in größerem Maßstab.
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Fig.6 bis 14 veranschaulichen den E@findungsgegenstand in Verbindung
mit großen Schiffen in Seitenansicht, Draufsicht und Rückansicht. Fig. 9 zeigt Steuerungsventile
zur Lenkung des Wasserstrahls in verschiedenen Stellungen, teilweise im Schnitt.
Fig. IO ist ein Querschnitt der Verbindung zwischen den Steuerventilen. Fig II bis
I4 zeigen in Draufsicht die verschiedenen Richtungen des austretenden Wasserstrahls
entsprechend den verschiedenen Ventilstellungen. In Fig. I5 bis I8 ist die Anwendung
des Erfindungsgegenstandes in Verbindung mit einem Kondensatorkühlwassersystem in
einem Schift mit Dampfturbinenantrieb gezeigt, welche die Ausnutzung der für die
Kondensatorkühlung benötigten Kraft ermöglicht. In Fig. I5 und I6 sind eine Seitenansicht
und verschiedene Draufsichten dargestellt. In Fig. I7 und I8 sind in etwas größerem
Maßstab die Ansang- und Austrittsöffnungen und das Druckrohr in Verbindung mit Pumpen
und Kondensatoren gezeigt.
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Fig. I9 ist eine Seitenansicht des Erfindungsgegenstandes mit einem
fest angeordneten Außenbordmotor und einer besonderen Steuereinrichtung: Fig.2O
und 2I zeigen diese besondere Steuereinrichtung zum Zwecke der Vorwärts- und Seitwärtsbewegung
des Schiffes in Draufsicht.
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Fig. 22 ist ein Querschnitt der Ansaugöffnung zu Fig. I9, bei welcher
diese Öffnung tropfenförmig gestaltet ist, uni den Wasserwiderstand zu verringern.
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In Fig. I ist ein Boot I dargestellt, dessen Heck 2 mit der Schraubzwinge
I6. den Gelenkhebeln I7, I7' und den Gelenkbolzen I8, I8' versehen ist. Die Gelenkhebel
sind durch ein Verbindungsglied I9 miteinander verbunden, welches mit Trägern 20
versehen ist. Ein Außenbordmotor mit einer Pumpenanordnung 6 bis I2 und einem Verbindungsrohr
5 zwischen Motor und der Pumpeinrichtung ist derart angeordnet, daß mit Hilfe der
Gelenkhebel die Einrichtung gehoben, gesenkt und gedreht werden kann.
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In dieser Einrichtung ist eine Propellerpumpe mit dem Propeller 7
verwendet: Der Propellerschaft 6 ist direkt mit der Motorwelle verbunden. Gekrümmte
Richtschaufeln g sind dicht hinter dem Propeller angeordnet und verwandeln den rotierenden
F lud des Wassers infolge der Propellerwirkung in einen Axialfluß im Druckrohr 4..
Dadurch werden die Reibungsverluste vermindert. Die Schaufeln ig dienen ferner zur
Lagerung der Propellerwelle.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die Propellerwelle in einem
spitzen Winkel nach vorn geneigt. Der Winkel beträgt ungefähr 6o°, während die Mittellinie
des Saugrohres eine 1Teigung von etwa .I5° gegenüber dem `Wasserspiegel hat.
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Der die Austrittsöffnung 12 verlassende Wasserstrahl ist parallel
zum Z@rasserspiegel gerichtet. Die
Eintrittsöffnung IO des Saugrohres
4 liegt im wesentlichen in der Ebene des Schiffsbodens. Der Querschnitt der Eintrittsöffnung
ist wesentlich größer als der des Saug- und Druckrohres, um die Reibungsverluste
in der Eintrittsöffnung zu verringern. Die Eintrittsöffnung kann beispielsweise
doppelt so groß sein wie die Austrittsöffnung I2. Der Sog findet hierbei in der
Richtung nach vorn und abwärts geneigt statt, wodurch eine zusätzliche Wirkung des
Schiffsantriebs erreicht wird. Die Eintrittsöffnung hat an der vorderen Kante II
Stromlinienform und kann mit einer Tragfläche I3 versehen sein.
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Der Zweck der Tragfläche I3 ist, den ganzen Außenbordmotor zu heben,
wenn das Boot vorausfährt. Das ist durch die Gelenkhebel I7, I7' ermöglicht.
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Die Gelenkhebel I7, I7' sind von verschiedener Länge und derartig
befestigt, daß, wenn der Motor angehoben wird, die Tragfläche I3 eine andere Winkellage
zum Wasserspiegel erhält. Die Geschwindigkeit der Tragfläche und ihr Winkel zum
Wasserspiegel stehen in solcher Abhängigkeit voneinander, daß, je höher die Geschwindigkeit
der Tragfläche ist, desto kleiner der Winkel wird. Die Gelenkhebel I7 und I7' können
in der Länge aus zwei Teilen bestehen, die beispielsweise durch Bolzen miteinander
verbunden sind. Diese einzelnen Teile können mit einer Mehrzahl von Löchern versehen
sein, durch welche ein Bolzen gesteckt werden kann. Dadurch ist man in der Lage,
den Gelenkpunkt so zu wählen, daß die wirksamste Länge der Gelenkhebel erhalten
wird.
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Durch Einstellung der Länge der Gelenkhebel kann der Außenbordmotor
3 zum Heckspiegel mit verschiedenen Neigungen eingestellt werden. Ebenso kann die
Tragfläche I3 eine verschiedene Neigung zum Wasserspiegel erhalten. Auf diese Weise
wird die Projektion der Tragfläche I3 und des Saugrohres 4 unter dem Wasserspiegel
auf eine Vertikalebene verkleinert. Es ist wünschenswert, diese Fläche so klein
wie möglich zu halten, weil dadurch der Wasserwiderstand bei der Vorausfahrt des
Bootes im Verhältnis der projektierten Fläche vermindert wird.
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Die strichpunktierte Linie I5 veranschaulicht die Lage des Wasserspiegels
mit Bezug auf den Außenbordmotor 4 und die Tragfläche I3, wenn das Boot mit normaler
Geschwindigkeit fährt. Die Linie I4 veranschaulicht den Wasserspiegel mit Bezug
auf die Lage des Motors und der Tragfläche, wenn das Boot in Ruhe ist.
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Die Geschwindigkeit des aus dem Auslauf I2 heraustretenden Wasserstrahls
kann vorzugsweise ungefähr zweimal größer sein als die des Bootes.
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In Fig. 2 bis 5 ist eine Anordnung der Saug- und Druckrohre 22-2I-23
gezeigt, bei welcher eine Ansaugöffnung 22 am Schiffsboden 3o angeordnet ist. Es
könnte auch je eine Ansaugöffnung zu beiden Seiten des Kiels vorgesehen sein. Die
Ansaugöffnung kann mit Rippen in der Längsrichtung des Bootes versehen sein, um
im Wasser befindliche Gegenstände am Eintritt in das Saugrohr zu hindern, welche
die Pumpe zerstören könnten. Die Welle 26 der Propellerpumpe ist im Ausführungsbeispiel
horizontal angeordnet. Im übrigen entspricht die Vorrichtung ungefähr derselben
Anordnung wie für Schiffe mit Außenbordmotor.
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Der Propeller 25 ist in dem waagerechten Teil 24 des Saug- und Druckrohres
angeordnet. In diesem sind schaufelartig gestaltete Rippen 27 vorgesehen, welche
gleichzeitig die Lagerung für die Propellerwelle 26 bilden. Die Propellerwelle ist
durch ein Stopfbuchsenlager in der Saugrohrwandung zum Motor geführt.
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Der obere Teil der Ansaugöffnung 22 kann beispielsweise um I5°, das
Saugrohr unter dem Propeller um 3O° zum Schiffsboden und das Druckrohr 2I um 45°
zur horizontalen Ebene geneigt sein. Die Austrittsöffnung 23 ist über dem Wasserspiegel
3I angeordnet.
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In Fig.6 bis I4, welche sich auf große Fahrzeuge beziehen, ist die
Eintrittsöffnung 22 im Schiffsboden vorgesehen, da hier in der Regel ein Kiel fehlt.
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Die Propellerwelle 26 ist waagerecht gelagert. Eine geneigte Rohrleitung
24 führt zu einem Ventil 62 für den Rückwärtsgang und einem Steuerventil 63. Jedes
Ventil ist um eine senkrechte Achse drehbar. Das Steuerventil 63 ist mit zwei Elementen
64 fest verbunden, z.B. durch zwei Dichtungsringe, der eine oben, der andere unten.
Bei Vorausfahrt des Schiffes sollen die Ventile die in Fig. 9 gezeigte Stellung
haben.
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Von dem Ventil 63 zweigen Rohre 7I und 72 ab. Sie sind auf jeder Seite
des Ventils angeordnet und dienen der Steuerung und der seitlichen Bewegung des
Hecks.
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Das Ventil 62 mit den Rohren 73 und 75, die möglichst weit nach vorn
gerichtet sind, dient für den Rückwärtsgang und die Steuerung. Die Ventile können
den Wasserstrom entweder direkt zu einem einzigen Rohr oder zu zwei Rohren gleichzeitig
leiten, wie es beispielsweise in Fig. II bis I4. gezeigt ist. Das Ventil 62 ist
mit zwei drehbaren Elementen 65 und 66 ausgestattet, welche durch ein Hebelsystem
oder durch Zahnradantrieb in gleicher Weise betätigt werden können wie ein Ruder
mit mehreren Steuerblättern.
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Fig. 12 und 14 veranschaulichen die Lage der Steuerelemente 65, 66,
um den Wasserstrahl nach einer oder der anderen Seite oder nach beiden Seiten durch
die Austrittsöffnungen 73, 75 für den Rückwärtsgang einzustellen.
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Die Eintrittsöffnung der Rohrleitung im Schiffsboden, die Propellerpumpe
und die Schaufeln sind in derselben Weise, wie oben für kleine Boote mit Innenbordmotor
beschrieben, ausgeführt.
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Die Rohre 73 und 75 enden in beiden öffnungen 74. und 76, so daß die
Mundstücke etwa im rechten Winkel zum Wasserstrahl angeordnet sind, damit eine bessere
Strahlausbildung erreicht werden kann. Der kürzeste und möglichst direkte Weg vom
Eintritt zum Austritt sollte immer angestrebt werden, um die Verluste in der Rohrleitung
soweit als möglich zu vermindern.
In Fig. I5 bis I8, die sich auf
Schiffe mit Turbinenantrieb beziehen, sind zwei Kondensatoren 85 und 86 für je eine
Dampfturbine 83 und 84 vorgesehen, wobei die Turbinenkühlwasserpumpen mit Ansaugöffnungen
8I und 82 im Schiffsboden antreiben.
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Erfindungsgemäß soll das Wässer aus den Kondensatoren über dem Wasserspiegel
ausgeworfen werden, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, und nicht unter dem
Wasserspiegel. Im übrigen arbeitet die Anordnung in derselben Weise wie die früher
beschriebenen.
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Beim Dampfturbinenantrieb wird das Seewasser zur Kühlung der Kondensatoren
benutzt. In diesen Fällen kann das Kühlwasser bis zu einer Menge von einigen Kubikmetern
je Minute betragen. Von den Kondensatoren 85 und 86 führen Druckleitungen 87, 88
zu großen Austrittsöffnungen 89 und 9O, welche über dem Wasserspiegel liegen. Der
Schiffsboden ist in der Zeichnung mit 8O bezeichnet, die Propellerpumpenwelle mit
9I, der Propeller mit 2I, und die schaufelförmig gestalteten Rippen sind mit
93 bezeichnet.
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In Fig. I9 bis 22 der Zeichnung ist ein Außenbordmotor I03 dargestellt,
welcher am Heck I02 des Schiffes IOI befestigt ist und mit einer erfindungsgemäßen
Anordnung versehen ist. Der Motor IO3 ist mittels eines Rohres I2O, das teleskopartig
in ein Rohr II7 eingreift, welches zum Saug- und Druckrohr IO4 führt, mit der Einrichtung
verbunden.
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Der Motor kann mit Hilfe einer Klemme II9 in gehobener oder gesenkter
Stellung befestigt werden. Die Neigung des Motors zum Heckspiegel kann mit Hilfe
einer Vorrichtung II6 eingestellt werden. Die Propellerpumpenwelle IO6 mit dem Propeller
IO7 und den schaufelförmigen Rippen IO9, welche gleichzeitig die Lagerung für die
Propellerwelle bilden, ist in dem Saug- und Druckrohr angeordnet. Die Eintrittsöffnung
IIO mit der stromlinienförmig gestalteten Kante III ist ebenfalls stromlinienförmig
und mit einem tropfenförmig gestalteten Teil I38 versehen, um die Verluste der Strömung
herabzusetzen, wenn das Boot Vorausfahrt macht.
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Die Eintrittsöffnung hat einen wesentlich größeren Querschnitt als
der Auslaß. Die Anordnung entspricht etwa derjenigen nach Fig. I, mit der Ausnahme,
daß der Motor in diesem Fall feststeht und die Steuerung durch eine besondere, unten
näher beschriebene Einrichtung erfolgt.
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Die Schraubzwinge am Heck des Bootes trägt ein Lager II8 mit einem
Bolzen I34. Ein Teil jeder halbrohrförmigen Ruderhälfte I2I und I22 ist mit Schubstangen
I25 und I26 verbunden. Ein anderer Teil jedes Rohres ist drehbar auf einem Bolzen,
der am Austritt II2 des Druckrohres gelagert ist.
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Fig. 2O und 2I zeigen eine Draufsicht auf die Anordnung der Rudereinrichtung.
Fig. 2O zeigt die Lage des Ruders bei Vorausfahrt, wobei die Steuerung durch die
Handhabe I35 erfolgt, welche um den Bolzen I34 drehbar ist. Die Schubstangen I25
und I26 lagern drehbar auf den Bolzen I3O und I3I, welche mit einer Stange I27 verbunden
sind, um die die Handhabe I36 in Lagern I28, I29 drehbar ist. Die Schubstangen I25
und I26 halten die Ruder in ihrer Lage fest. Es ist zu beachten, daß die Handhabe
I36 nach vorn gerichtet ist.
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Fig.2I zeigt die Lage des Ruders zur Rückwärtssteuerung. Wenn Achterausfahrt
gewünscht wird, muß man die Handhabe I36 nach rückwärts legen, wodurch die Ruderhälften
aneinandergeklappt werden. Beim Rückwärtsgang werden die Handhaben I35 und I36 in
die in Fig. 2I gezeigte Lage gebracht, mit dem Unterschied, daß die Handhabe I35
nach vorn zu liegen kommt. Die Handhaben I35 und I36 können auch in eine Zwischenstellung
gebracht werden, wenn die in Fig. 2I gezeigte Lage die äußerste ist.