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Nach dem Hauptpatent sind Gondeln mit außen und innen überfluteten, wasserfest ausgebildeten
Drehstrommotoren mit Kurzschlußläufern als Antriebsmotoren für Schiffspropeller
vorgesehen. Zur Verbesserung de Wirkungsgrades ist es erwünscht, einmal die Proportionen
dieser Gondeln strömungstechnisch günstig zu gestalten und zum anderen diese Gondeln
in strömungstechnischer Hinsicht günstiger am Schiffskörper anzubringen. Günstige
Strömungsverhältnisse bedingen z. B. einen möglichst kleinen Durchmesser des Motors,
der dann aber infolge seiner Ausbildung als Kurzschlußläufermotor hohe Drehzahlen
aufweist. Der Propeller dagegen verlangt bei bestem Wirkungsgrad im allgemeinen
kleinere.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Durchmesser
des Propellers nicht größer als das 2,5fache des Motordurchmessers bemessen wird.
Würde der Propeller einen größeren Durchmesser haben, so würde bei den den Motordrehzahlen
entsprechenden hohen Umfangsgeschwindigkeiten die Steigung des Flügelblattes zu
klein und damit das Verhältnis vom Auftrieb zum Widerstand des Flügelblattes zu
ungünstig werden. Hat dagegen der Propeller entsprechend der durch die Erfindung
gegebenen Lehre keinen größeren Durchmesser als das 2,5fache des Motordurchmessers,
so liegt seine Umfangsgeschwindigkeit auch bei den normalerweise in Betracht kommenden
hohen Motordrehzahlen innerhalb der zulässigen Grenzen, so daß er einen guten Wirkungsgrad
erhält.
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Um bei diesen Verhältnissen noch eine möglichst dünne Propellernabe
erzielen zu können, wird in
weiterer Ausgestaltung der Erfindung
das Motorgehäuse in langgestreckter Form ausgebildet. Aus elektrisch-konstruktiven
Gründen ist zur Unterbringung der Blechpakete, der Wicklung und der Lagerung ein
bestimmter Mindestdurchmesser des Motorgehäuses erforderlich. Die Länge des Motorgehäuses
beträgt dann mindestens das Vierfache seines Durchmessers. In dieser Weise ausgebildete
Antriebsmotoren ergeben einen sehr geringen Strömungswiderstand.
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Die mit derartigen schlanken Antriebsmötoren ausgerüsteten Gondeln
werden vorteilhaft zur Anpassung an die Schiffsform und an die Strömungsverhältnisse
des Schiffes etwa parallel zu den Wasserlinien des Schiffes angeordnet. Eine derartige
Anordnung der Gondeln etwa parallel zu den Schiffswandungen hat nach durchgeführten
praktischere Versuchen bei gleicher Antriebsleistung und -drehzahl eine Geschwindigkeitsverbesserung
des Schiffes von etwa 5% ergeben. Da die Propellerachsen zu der im Schiffsinnern
aufgestellten Antriebsmaschine wie bei dem bisher üblichen Propellerantrieb mittels
fester Wellen nicht ausgerichtet zu werden brauchen, können die Gondeln unter einem
beliebigen Winkel zur Schiffsachse so angeordnet werden, daß die besten Strömungsverhältnisse
erzielt werden.
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Der Propulsionswirkungsgrad eine Schiffes wächst mit dem Gesamtareal
der Antriebspropeller. Die bisherige Bauweise von Ein- öder Zweischraubenschiffen
kann bei Verwendung der gemäß der Erfindung ausgebildeten Antriebsgondeln dahin
abgeändert werden, daß das Gesamtareal in mehrere Propeller unterteilt wird, von
denen jeder einen entsprechenden kleineren Durchmesser haben kann.
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Verbunden mit der schlanken Bauweise können nunmehr derartige Gondeln
auch dort angebracht werden, wo für sperrige Propeller oder dicke Gondeln kein Platz
mehr vorhanden war, z. B. bei schnittigen Schiffen am Heck, weiter nach vorn vorgezogen
oder mittschiffs in Nischen. Es ergeben sich auf diese Weise anomale Schiffslinienrisse;
die weitere Aufnahmefähigkeit von Gondeln in strömungstechnisch günstiger Art bieten.
Hier ist auch an Tunnelhecks oder Zweikielschiffe gedacht.
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Der Propulsionswirkungsgrad des einzelnen Propellers ist sehr stark
von den Anströmverhältnissen zum Propeller abhängig. Die günstigste Anströmung ist
die achsensymmetrische. Dies ist aber bei der üblichen normalen Bauweise des Schiffsantriebes
nur unvollkommen zu erreichen. Die Propeller müssen stets zum Teil im Mitstromwasser,
zum Teil im freien Fahrwasser arbeiten, was Achsenunsymmetrie bedeutet. Die gemäß
der Erfindung ausgebildeten, anpassungsfähigen schlanken Gondeln können so angeordnet
werden, daß der Propeller entweder ganz im Mitstromwasser oder ganz im freien Fahrwasser
arbeitet, somit also achsensymmetrisch beaufschlagt wird; dies um so mehr, je kleiner
der einzelne Propeller bei einer Vielzahl der Propeller werden kann. Die Gondeln
können z. B. einen größeren Abstand von der Schiffswand erhalten, um ganz im freien
Fahrwasser zu liegen. Sie können auch tiefer unter die Wasseroberfläche eintauchen
und infolgedessen kavitationsfreier arbeiten, so daß sie bei geringem Tiefgang des
Schiffes mit den Propellerflügelspitzen noch genügend unter der Wasseroberfläche
liegen. Die Gondeln können aber auch vollkommen ins Mitstromwasser gesetzt werden,
denn es ist für den Gesamtwiderstand des geschleppten Schiffes von Vorteil, das
Mitstromwasser durch die Propeller kräftig abzusaugen.
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Zweckmäßig wird die Lage sämtlicher Gondeln so gewählt, daß diese
innerhalb des Schiffsprofils liegen, also beim Anlegen des Schiffes keine Beschädigungen
als herausstehende Körper erleiden.
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Die schlanken Gondeln können bei der vorgeschlagenen Bauweise mittels
Tragarmen fest mit dem Schiffskörper verbunden oder auch nachträglich eingebaut
werden. So können beispielsweise im Fall einer Havarie eines mit normalem Schraubenantrieb
versehenen Schiffes eine oder mehrere Gondeln als Hilfsaggregat eingebaut werden;
so daß das Schiff wieder betriebsfähig wird, ohne daß es abgeschleppt werden muß.
Dies ist besonders für Frachtschiffe von Bedeutung, die beim Ausfallen des normalen
Schraubenantriebes mit Hilfe der Gondeln noch eine ausreichende Fahrgeschwindigkeit
erhalten können und auch genügend manövrierfähig bleiben. Diese als Hilfsantrieb
dienenden Gondeln werden vorzugsweise lösbar am Schiffskörper befestigt und nach
Erfüllung ihrer Aufgabe wieder ausgebaut, was sich ohne große Schwierigkeiten durchführen
läßt, da die überfluteten Drehstrommotoren wegen ihrer guten Kühlung und der dadurch
bedingten hohen Ausnutzung verhältnismäßig klein ausgeführt werden können und ein
entsprechend geringes Gewicht haben.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in vereinfachter
Form in verschiedenen Anordnungen dargestellt. Es zeigt Fig. I den Aufriß und die
Fig. 2, 3 und 4 den Grundriß eines Achterschiffes, wobei zum Vergleich mit der Erfindung
in der linken Hälfte der Fig. 2 der bisher übliche Propellerantrieb von einer im
Schiffsinnern aufgestellten Kraftmaschine mittels fester Welle dargestellt ist.
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Bei der in Fig. I und der rechten Hälfte der Fig. 2 beispielsweise
dargestellten Ausführungsform sind am Heck I des Schiffskörpers die beiden Antriebsgondeln
2 durch Tragarme 6 paarweise und symmetrisch zueinander befestigt. Die Gondeln 2
enthalten einen außen und innen überfluteten Drehstrommotor mit Kurzschlußläufer
und wasserfester Ständerwicklung von schlanker Bauart. Die Motoren der einzelnen
Gondeln werden über wasserfeste Kabel 5 von einem innerhalb des Schiffskörpers angeordneten
Drehstromerzeuger, der durch eine Brennkraftmaschine, z. B. einen Dieselmotor, angetrieben
ist, mit Drehstrom von einer in Kraftanlagen üblichen Spannung und Frequenz gespeist
und treiben den am hinteren Ende der Gondel .2 angeordneten Propeller 3 an, dessen
Nabe 4 die Fortsetzung des Motorgehäuses
bildet. Der Durchmesser
b des Propellers 3 beträgt etwa das 2,5fache des Außendurchmessers a des Motors
bzw. der Gondel 2, während die Länge l des Motorgehäuses etwa das Vierfache seines
Durchmessers a ist.
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Die beiden Gondeln 2 sind, wie die rechte Hälfte der Fig. 2 erkennen,
läßt, so am Schiffskörper angeordnet, daß ihre Achsen mit der Schiffsachse bzw.
mit der Fahrtrichtung einen spitzen Winkel einschließen, dabei etwa parallel zu
den Wasserlinien verlaufen. Eine derartige Anordnung der Gondeln hat sich auf die
Geschwindigkeit des Schiffes sehr günstig ausgewirkt, wie Versuche gezeigt haben.
Bei normalem Schiffsantrieb mit Wellentunnel entsprechend der linken Hälfte der
Fig.2 ist der Winkel zwischen der Wellenachse und der Längsachse des Schiffes +
3°. Bei einem Winkel von - Io° ergab sich nach den Versuchen der Schiffbautechnischen
Versuchsanstalt, Hamburg, eine Verbesserung der Geschwindigkeit bei gleicher Antriebsleistung
und -drehzahl um 5 %.
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Wie die rechte Hälfte der Fig. 2 erkennen läßt, haben die Propeller
3 einen solchen Abstand von der Schiffswand, daß sie gänzlich außerhalb des Totwassers
arbeiten und günstige Wasserzuströmverhältnisse für sie erhalten werden. Die Propeller
3 befinden sich innerhalb des Profils des Schiffsdeckes 7, es sind daher keine über
dieses hinausragenden Teile vorhanden, die die Manövrierfähigkeit des Schiffes beeinträchtigen
könnten.
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Die Antriebsmotoren der Gondeln sind in ihrer Größe so ausgelegt,
daß die zum Antrieb des Schiffes erforderliche Leistung von den beiden nach Fig.
2 vorgesehenen Gondeln erzeugt werden kann. Der Motor einer jeden Gondel ist zweckmäßig
für sich regelbar und umsteuerbar, so daß das Schiff, auch wenn es nur zwei Antriebsgondeln
hat, eine gute Manövrierfähigkeit erhält. Die Gondeln sind vorzugsweise in solcher
Höhe eingebaut, daß die Flügelspitzen der Propeller auch bei unbeladenen Schiffen
völlig in Wasser eintauchen. Da die Motoren infolge ihrer dauernden Überflutung
gut gekühlt werden, können sie hoch belastet werden und verhältnismäßig kleine Abmessungen
erhalten, was den Ein- und Ausbau der Gondeln bedeutend erleichtert, besonders wenn
letztere als Hilfsaggregat verwendet werden.
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Die zum Antrieb des Schiffes nötige Leistung bzw. das Gesamtareal
der Propeller kann besonders bei geringem Tiefgang statt in zwei Gondeln wie bei
der Ausführungsform gemäß Fig. I und 2 auch in eine größere Anzahl von Gondeln aufgeteilt
werden, die dann entsprechend kleinere Abmessungen erhalten. So sind z. B. bei der
in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform am Achterschiff einer flachgehenden Fähre
vier Gondeln vorgesehen, die in grundsätzlich der gleichen Bauweise wie gemäß Fig.
I und 2, aber für entsprechend kleinere Leistungen ausgeführt sind. Die Propeller
dieser vier symmetrisch zur Schiffsachse angeordneten Gondeln arbeiten sämtlich
außerhalb des Mitstromes und haben infolgedessen günstige Anströmverhältnisse. Bei
der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind am Achterschiff drei Gondeln angebracht,
von denen eine in Richtung der Schiffsachse liegt, so daß ihr Propeller völlig innerhalb
des Mitstromes arbeitet, dessen. Grenze durch den gestrichelten Linienzug 8 angedeutet
ist. Die Propeller der beiden übrigen, symmetrisch zur Schiffsachse und gegen diese
geneigt angeordneten Gondeln liegen außerhalb des Mitstromes. Eine derartige Ausbildung
des Schiffsantriebes hat den Vorteil, daß der Propeller der mittleren Gondel ausschließlich
das Mitstromwasser am Heck absaugt, während die beiden äußeren Propeller nur im
freien Fahrwasser arbeiten, so daß sich für jeden Propeller günstige Anströmverhältnisse
ergeben und infolgedessen ein guter Gesamtwirkungsgrad des Antriebes erhalten wird.
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Außer am Achterschiff können die Gondeln am Vorder- oder Mittelschiff
angeordnet werden. Auch in diesen Fällen ermöglicht die wahlfreie Anordnung der
Gondeln unabhängig von der Schiffsachse eine gute Anpassung der Propeller an die
Form des Schiffsrumpfes. Es wirkt sich daher bei dem Einbau der Gondeln an jeder
Stelle der Schiffswand die durch Verwendung von überfluteten wasserfesten Drehstromkurzschlußläufermotoren
ermöglichte schlanke Bauart der Gondeln strömungstechnisch vorteilhaft aus und ergibt
in schiffstechnisch günstiger Weise gute hydraulische Verhältnisse für das Arbeiten
der Propeller.
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Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für Frachtschiffe, beispielsweise
für die Küstenschifffahrt. Auch für die Binnen- und Kanalschiffahrt kann die Erfindung
mit Vorteil Anwendung finden. Es können z. B. auch Frachtkähne nachträglich mit
den Gondeln versehen werden, um dadurch unabhängig von Schleppern zu werden.