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Die Erfindung betrifft einen drehbaren schraubenförmigen Schwimm-
und Antriebskörper für Wasserfahrzeuge mit wenigstens einer und normalerweise mehreren
hohlen Windungen, wobei die Achse desselben über der Wasserlinie liegt.
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Bekanntlich rührt die Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit od. dgl.
üblicher Ausbildung im wesentlichen von dem Wasserwiderstand her. Trotz ausgedehnter
Untersuchungen der Profile von schwimmenden Rümpfen erhält man keine wesentliche
Verbesserung, welche mit den manchmal beträchtlichen aufgewandten Antriebsleistungen
in dem richtigen Verhältnis steht.
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Bei der üblichen bekannten Ausbildung von Schiffen und anderen Schwimmkörpern
benutzt man einerseits Einrichtungen und Vorrichtungen in Form von schwimmenden
Rümpfen oder Volumen, welche den Schiffen auf Grund des Archimedischen Prinzips
die Schwimmfähigkeit erteilen, und andererseits Vorrichtungen oder Einrichtungen,
welche den Schiffen oder Schwimmkörpern ihre Bewegung durch Zug oder Schub erteilen.
Im allgemeinen werden Schubschrauben benutzt.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung, welche
gleichzeitig eine Tragschraube und eine Antriebsschraube bildet, zu schaffen, die
eine wesentliche Verbesserung auf dem Gebiet der Schiffahrt, insbesondere durch
die wesentliche Vergrößerung der Fahrgeschwindigkeit ohne hohen Aufwand an Antriebsleistung
mit sich bringt.
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Aus der deutschen Patentschrift 808 327 ist bereits ein Wasserfahrzeug
bekanntgeworden, welches einen oder mehrere in Fahrtrichtung angeordnete spiralspindel-
oder schraubenförmige oder diesen ähnliche Körper aufweist, die als sich drehende
Schwimmkörper zum Tragen der übrigen Fahrzeugteile dienen. Mit dieser Maßnahme wird
angestrebt, einen möglichst günstigen Formwiderstand für das Wasserfahrzeug zu erreichen.
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Aus der französischen Patentschrift 720 848 wurde ein Wasserfahrzeug
mit drehbaren schraubenförmigen Schwimm- und Antriebskörpern bekannt, welche im
wesentlichen darin bestehen, daß auf einem hohlen zigarrenförmigen Grundkörper schraubenförmig
aufgebrachte Lamellen vorgesehen sind.
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Schließlich wurde noch aus der französischen Patentschrift 555 225
ein Antriebssystem für Wasserfahrzeuge bekannt, welches aus zylindrischen hohlen
schraubenförmigen Körpern besteht, die am Unterteil eines Schiffskörpers oder eines
sonstigen Fahrgestelles angeordnet sind und zum größten Teil in das Wasser eintauchen.
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Die vorbekannten spiral-, Spindel- oder schraubenförmigen selbsttragenden
Antriebskörper weisen im allgemeinen eine Ganghöhe auf, die in Bezug zur Antriebsumdrehung
der gewünschten Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges entspricht.
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Der erfindungsgemäße drehbare schraubenförmige Schwimm- und Antriebskörper
weist ebenfalls wenigstens eine, normalerweise mehrere hohle Windungen auf, wobei
die Achse desselben über der Wasserlinie liegt. Er weist jedoch eine besondere,
im Hinblick auf die Verringerung des Wasserwiderstandes und damit Erhöhung der Antriebsgeschwindigkeit
bei gleicher Motorleistung verbesserte Ausbildung auf und ist gekennzeichnet durch
die Kombination folgender Merkmale: a) Sowohl die Schraubenwindungen als auch die
diese tragende Nabe sind hohl, b) die hohlen Windungen weisen in ihren äußeren Teilen
einen stetig zunehmenden Querschnitt auf, c) die Ganghöhe der Windungen beträgt
das Zweibis Dreifache des größten Duichmessers, d) die Windungen weisen in ihrem
Anfangs- und Endabschnitt sowohl hinsichlich der Abmessungen als auch des Volumens
einen sich über die Hälfte bis über die Gesamtheit einer Ganghöhe erstreckenden
stetigen Verlauf auf, e) der Schwimm- und Antriebskörper ist so bemessen, daß er
nur mit sehr geringer Tiefe in das Wasser eintaucht oder auf der Wasseroberfläche
gleitet, wobei sich der allmähliche Eintritt der hohlen Windungen in das Wasser
über etwa eine halbe Ganghöhe und über etwa 180° am Umfang erstreckt, f) das Verhältnis
der Höhe des Querschnitts der Windungen in ihrem vollentwickelten Abschnitt, d.
h. in dem mittleren Abschnitt des Schwimm-und Antriebskörpers, zu dem größten Durchmesser
der Schraube beträgt etwa 1:2,5. Während bei den vorbekannten Schwimm- und Antriebskörpern,
sofern sie zylindrisch ausgebildet sind, keine Verringerung des Wasserwiderstandes
an der Vorderseite des Wasserfahrzeuges auftritt, wird beim Schwimm- und Antriebskörper
gemäß der Erfindung ein »Hinein- und Herausdrehen« sämtlicher bewegter Teile in
das Wasser und aus dem Wasser heraus bewirkt. Dies geschieht durch die besondere
Ausbildung der hohlen Windungen. Dabei ist die bemessene Ganghöhe ebenfalls bekannt.
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Durch die besondere Ausbildung des erfindungsgemäßen Schwimm- und
Antriebskörpers wird aber der Wasserwiderstand weitgehend vermindert, und die Antriebsgeschwindigkeiten
werden bei gleicher Leistung des Antriebsmotors wesentlich erhöht.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beispielshalber erläutert.
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F i g. 1 ist eine schematische Gesamtansicht, welche beispielshalber
eine Ausführungsform und gewisse Merkmale einer Schraubenvorrichtung in bezug auf
den Wasserspiegel, auf welchem die Vorrichtung schwimmt, zeigt; F i g. 2 ist eine
axial geschnittene Teilansicht der in F i g. 1 dargestellten Schraubenvorrichtung;
F i g. 3 ist eine Teilansicht des Vorderendes der Schraubenvorrichtung, welche weitere
wesentliche erfindungsgemäße Merkmale zeigt; F i g. 4 ist eine in Richtung der Linie
4-4 der F i g. 3 gesehene Ansicht auf ein Ende; F i g. 5 zeigt mehrere in Richtung
der Linien 5-5 der F i g. 3 gesehene allmählich zunehmende Querschnitte eines Gewindeganges;
F i g. 6 ist eine abgewickelte Ansicht des Anfangsabschnitts eines Gewindegangs
mit allmählich zunehmendem Querschnitt; F i g. 7 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs mit zwei parallel angeordneten Schrauben.
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Insbesondere in F i g. 1 und 3 ist ein im ganzen mit 6 bezeichneter
Schwimm- und Antriebskörper dargestellt. Dieser als Schraube dienende Körper besitzt
z. B. zwei Gewindegänge 6 a, 6 b. Entsprechend
den obigen Ausführungen
sind diese Gewindegänge entweder an einer an der Welle 8 befestigten Hülse 7 oder
unmittelbar an der Welle 8 befestigt. Die Welle ist in Lagern gelagert, welche von
dem schematisch bei 10 dargestellten Oberbau des Schiffes oder Wasserfahrzeugs getragen
werden. Bei 11 sind beispielshalber ein an der Welle 8 befestigtes Kettenrad und
eine Antriebskette dargestellt.
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Die Merkmale der Schraube und insbesondere der Gewindegänge sind folgende:
Die Gewindegänge 6 a, 6b, sind um die mittlere Nabe der Schraube so aufgewickelt,
daß eine vollkommene lange allmähliche Änderung sowohl ihrer Querschnittsabmessungen
als auch ihres Volumens erzielt wird, und zwar von dem dem Durchmesser der Hülse
oder Nabe 7 entsprechenden Ausgangspunkt 6 a des Gewindeganges bis zu dem größten
Durchmesser D der vollen Entwicklung. In entsprechender Weise nimmt der Querschnitt
der Gewindegänge von dem größten Durchmesser D bis zu dem Endpunkt 6 d auf der Hülse
7 allmählich ab.
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Die Ganghöhe P der Gewindegänge beträgt das Zwei- bis Dreifache des
größten Durchmessers D der vollen Entwicklung.
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Die allmähliche Änderung des zunehmenden bzw. abnehmenden Querschnitts
des Anfangsabschnitts oder Eintrittsabschnitts bzw. des Endabschnitts reicht über
die Strecken m bzw. n, welche wenigstens einer halben Ganghöhe P entsprechen
und gewöhnlich etwa gleich einer Ganghöhe P sind.
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Gemäß den insbesondere in F i g. 3 und 4 dargestellten Merkmalen entsprechen
die Strecken m und n etwa einer Ganghöhe P, und die allmähliche Änderung findet
so statt, daß zwischen dem Punkt 6g, an welchem der Gewindegang mit dem flüssigen
Element in Berübrung kommt, und dem Punkt 6 j der vollen Durchmesserentwicklung
und größten Eindringtiefe in das Wasser in axialer Richtung eine Entfernung o besteht,
welche etwa der Länge einer halben Ganghöhe der Gewindegänge entspricht, während
winkelmäßig die Punkte 6g und 6j durch einen Zwischenraum von etwa 180° getrennt
sind.
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Die Gewindegänge 6a, 6b besitzen am Umfang bei 6a (Fig.5) eine flache
Form, insbesondere in ihrem Abschnitt der vollen Durchmesserentwicklung D, wobei
diese flache Form bei 6 e' entsprechend einer abgewickelt in F i g. 6 dargestellten
langen dreieckigen verjüngten Form in dem Anfangs- und Endabschnitt der Gewindegänge
abnimmt. Diese Form erleichtert das Gleiten, verbessert die Schwimmfähigkeit und
verringert den Tiefgang. Die Ecken längs der Ränder des flachen Abschnitts 6e sind
abgerundet.
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Die Gewindegänge 6 a, 6 b besitzen einen trapezförmigen oder
etwa trapezförmigen Querschnitt, insbesondere in ihrem Abschnitt der vollen Durchmesserentwicklung,
während dieser Querschnitt an den Enden abnimmt (F i g. 5).
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Der Querschnitt der Gewindegänge ist verhältnismäßig groß, wofür für
den Abschnitt der vollen Durchmesserentwicklung eine Höhe h des Querschnitts vorgesehen
wird, welche der Breite der flachen Umfangsfläche oder kleinen Grundseite b entspricht,
wobei die gleichen Abmessungen h und b z. B. zu dem Durchmesser D in dem Verhältnis
1: 2,5 stehen. Die große Grundseite B des Querschnitts ist z. B. gleich der Hälfte
des Durchmessers D.
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Durch die obige Ausbildung erhält man eine Schraube, welche die beste
Schwimmfähigkeit bei dem geringsten Tiefgang und somit bei geringster dynamischer
Wasserverdrängung gewährleistet.
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Es ist zu bemerken, daß, wie aus der Ansicht des Vorderendes der Schraube
der F i g. 4 hervorgeht, das eingetauchte Volumen eines jeden Gewindegangs in genau
bestimmter Weise entsprechend der geringsten Wasserverdrängung und des geringsten
Widerstandes zunimmt. Der Berührungspunkt 6 g des Anfangsabschnitts eines jeden
Gewindegangs mit dem Wasserspiegel liegt in einer gewissen Entfernung von dem Ausgangspunkt
6c, wobei diese Entfernung einer Drehung der Schraube um etwa eine halbe Umdrehung
entspricht.
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Infolge des geringen Tiefgangs kann angenommen werden, daß die Schraube
sozusagen auf dem Wasser oder in einer sehr geringen Wassertiefe rollt. Es liegt
also eine Schraube vor, welche ihrer Schwimm- und Antriebsaufgabe vollständig angepaßt
ist, so daß sie als eine vollkommene Schraube angesehen werden kann.
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Der von dem Wasser herrührende Fahrwiderstand wird daher beträchtlich
verringert, so daß eine Fahrt mit interessanten Geschwindigkeiten mit verhältnismäßig
kleinen Antriebsleistungen erzielt werden kann. Hierfür kann der Antrieb von mit
erfindungsgemäßen Schrauben versehenen Schiffen von zwei bis sechs Plätzen durch
die in der Kraftfahrzeugindustrie übliche Technik erfolgen, wobei die wesentlichen
Teile, wie Motor, Kupplung, Getriebekasten usw., mit geringen Änderungen oder auch
ohne jede Änderung verwendbar sind. In diesem Sinn ist in F i g. 7 beispielshalber
die Vorderansicht eines Bootes mit zwei parallelen erfindungsgemäßen Schrauben mit
entgegengesetzten Steigungen dargestellt.
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Die flachen Umfangsflächen 6 e der Gewindegänge können auf ihrer ganzen
abgewickelten Länge oder einem Teil derselben und vorzugsweise in dem mittleren
Abschnitt ihrer Breite eine Kante 6 j mit Dreieckquerschnitt aufweisen, wie gestrichelt
in F i g. 2 dargestellt, um das Eintreten in das Wasser und das Gleiten in demselben
zu verbessern.
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Die Drehzahl der Schraube ist verhältnismäßig gering und beträgt z.
B. größenordnungsmäßig 400 bis 700 Umdrehungen in der Minute. Diese Drehzahl wird
in jedem Fall unter Berücksichtigung der großen Ganghöhe der Gewindegänge fesgelegt;
um nicht einen zu großen Wert des von den Gewindegänger. angetroffenen Wasserwiderstands
zu erreichen. Die Lagerung der Schrauben an den beiden Enden verhindert Schwingungen.
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Eine oder mehrere Bremsen 12 können auf die Welle 8 oder die Hülse
7 wirken. Bei einem Fahrzeug mit zwei parallelen Schrauben kann durch mehr oder
weniger starke Bremsung einer Schraube gegenüber der anderen eine Steuerwirkung
erzielt werden.