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Hydraulischer Strahlantrieb für Wasserfahrzeuge Die Erfindung bezieht
sich auf einem Strahlantrieb für Wasserfahrzeuge, bei dem durch einen Freikolbenmotor
eine Kolbenpumpe betätigt wird, die das Wasser nach hinten ausstößt. Bei. den bekanntgewordenen
spezifischen Wasserstrahltriebwerken sind die Pumpenkolben durchwegs als Scheibenkolben
ausgebildet. Dadurch ergeben sich strömungstechnisch ungünstige Wasserführungen
mit der Notwendigkeit komplizierter Ventilanordnungen. Außerdem sind derartige Pumpen
nur einfach wirkende. Infolgedessen haben solche Wasserstrahlantriebe keine praktische
Bedeutung erlangen können. Anderseits ist ein Luftstrahlantrieb mit düsenförmig
ausgebildeten doppelt wirkenden Pumpenkolben bekannt, bei dem die oben angeführten
Nachteile vermieden sind. Als Antrieb des Pumpenteiles dient bei dieser bekannten
Anordnung ein einfach wirkender Freikolbenmotor, der beim Arbeitshub nur einen Teil
seiner Energie an die Pumpe abgibt und den anderen Teil in einer Feder für den Rückhub
speichert. Abgesehen davon, daß die richtige Bemessung der Feder und damit eine
einigermaßen gleiche Leistungsverteilung auf die beiden Hübe schwierig ist, ist
die Leistungsaufnahme begrenzt.
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Aufgabe der Erfindung, die einen Strahlantrieb der genannten Art mit
einer doppelt wirkenden Kolbenpumpe mit düsenförmig ausgebildeten Kolben
betrifft,
ist es, einen Strahlantrieb mit hohen Leistungen und Wirkungsgraden bei gleichmäßigem
Lauf zu schaffen, bei dem keine zusätzlichen Einrichtungen für die Rückbewegung
der Kolben notwendig sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Freikolbenmotor
als doppelt wirkender Motor mit zwei gegenläufigen Kolben ausgebildet ist und daß
auch die Kolbenpumpe gegenläufige Kolben besitzt, von denen die eine Hälfte mit
dem einen Antriebskolben, die andere Hälfte mit dem anderen Antriebskolben starr
verbunden ist, so daß zwei gegenläufige Schwingkolbensysteme entstehen.
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Die Erfindung wird an Hand der schematischen Darstellungen an mehreren
Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es bedeutet Fig. I einen Längsschnitt durch
den Strahlantrieb mit doppelt wirkendem Zweitaktverbrennungskolbenmotor in Gegenlaufkolbenbauart
und zwei Kolbenverdichtern für die Verbrennungsluft bei hinter dem Motor angeordneter
Wasserpumpe, Fig. 2 einen Längsschnitt bei Anordnung einer Wasserpumpe vor und hinter
dem Motorenteil je mit mehreren Pumpenkolben, Fig. 3 wie Fig. I, jedoch mit vorgeschalteter
Druckluttkammer, Fig. 4 einen Schnitt durch das Ausgleichsgetriebe mit mechanischem
Notantrieb.
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Die Wirkungsweise des Strahlantriebes, der im wesentlichen aus dem
Motorteil, der Wasserpumpe und im gezeichneten Ausführungsbeispiel aus einer Verdichteranlage
für die Verbrennungsluft des Motors besteht, ist folgende. Dem aus den beiden Motorkolben
I, 2 gebildeten mittleren Verbrennungsraum 3 wird durch die Anlaßvorrichtung 5 Druckluft
zugeführt, welche die beiden Motorkolben auseinander in Richtung ihrer beiden äußeren
Totpunktlagen bewegt, wobei die Einlaßschlitze 6 und die Auslaßschlitze 7 geschlossen
sind. Mit den. Motorkolben wirken in bekannter Weise die Kolbenverdichter I4 zusammen,
welche die von außen durch die Einlaßstutzen I3 angesaugte Frischluft vorverdichten.
Die Pumpenkolben 15, 16 sind mittels Rippen I9 an den Kolbenstangen 8, 9 befestigt
und damit mit den Motorkolben I, 2 zu zwei Schwingkolbensystemen verbunden. Die
Kolbenstange 9 ist rohrförmig ausgebildet, so daß die Kolbenstange 8 in ihr gleiten
kann. Die beiden Pumpenkolben 15, 16 bilden zusammen den inneren Pumpenzylinderraum
17 und mit den Seitenwänden 2o des Pumpenzylinders die beiden äußeren Pumpenzylinderräume
18. Bei der Bewegung der Motorkolben in Richtung der äußeren Totpunktlage werden
daher die Pumpenkolben 15, 16 in Richtung ihrer mittleren Totpunktlage bewegt, wobei
das in dem mittleren Pumpenzylinderraum 17 befindliche Wasser als Treibstrahl durch
die Düse des Pumpenkolbens ausgestoßen wird. Gleichzeitig tritt in die äußeren Zylinderräume
18 das bei 23 eingeströmte Wasser über den Ringkanal 22 durch die entsprechenden
Einlaßvorrichtungen 2I ein. Die Einlaßvorrichtung 2I des mittleren Zylinderraumes
17 ist dabei geschlossen. Bevor die Motorkolben I, 2 die äußere Totpunktlage erreichen,
wird durch Einspritzung von Kraftstoff mittels der beiden äußeren Einspritzdüsen
Io in die äußeren Verbrennungsräume 4 ein zündfähiges Gemisch gebildet und sodann
durch Eigen- oder Fremdzündung zur Verbrennung gebracht. Nach Erreichen der äußerem
Totpunktlage werden durch die in den beiden äußeren Motorzylinderräumen 4 auftretenden
Verbrennungsdrücke die Motorkolben in Richtung ihrer mittleren Totpunktlage beschleunigt.
Kurz vor Erreichen der mittleren Totpunktlage werden durch die Motorkolben die Auslaßschlitze
7 und anschließend die Lufteinlaßschlitze 6 geöffnet, wodurch die expandierten Gase
durch den Abgassammler 12 nach außen gelangen und die vorverdichtete Ladeluft über
den Druckluftsammler II und die Einlaßschlitze 6 in die beiden äußeren Motorzylinderräume
4 einströmt (Spül- und Aufladevorgang). Bei der Bewegung der Motorkolben in Richtung
der mittleren Totpunktlage werden die Pumpenkolben I5, 16 in Richtung ihrer äußeren
Totpunktlage bewegt, wobei die vorher angesaugte Wassermasse aus den äußeren Pumpenzylinderräumen
18 durch die Düsen ausgestoßen wird, die durch die Pumpenkolben 15, 16 und die äußere
seitliche Zylinderwand 2o gebildet werden. Gleichzeitig tritt das unter Staudruck
stehende Frischwasser über den Kanal 22 und die mittlere Einlaßvorrichtung 2I in
den mittleren Pumpenzylinderraum 17 ein. Bei Erreichung der mittleren, Totpunktlage
der Motorkolben wird wieder umgesteuert. Die oben geschilderten Vorgänge wiederholen
sich, nur mit dem Unterschied, daß in den mittleren Motorzylinderraum 3 nunmehr
ebenfalls durch die mittleren Einspritzdüsen Io Kraftstoff eingespritzt und der
Verbrennungsvorgang eingeleitet wird.
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Es ist auch möglich, mehr als einen Pumpenkolben einem Motorkolben
zuzuordnen. In diesem Falle ist die Anordnung der Pumpenkolben im Pumpenzylinder
so, daß jeweils ein mit dem Motorkolben I verbundener Pumpenkolben 15 auf einen
mit dem Motorkolben :2 verbundenen Pumpenkolben 16 folgt. Die beiden Schwingkolbensysteme
sind miteinander durch ein Ausgleichsgetriebe 24 verbunden. Dieses besteht beispielsweise,
wie Fig. 4 zeigt, aus zwei auf den Wellen 29, 30 gelagerten Zahnradpaaren 25, 26,
die miteinander und mit auf den Kolbenstangen 8, 9 angeordneten Verzahnungen 27,
28 im Eingriff stehen. Zweckmäßig wird das Ausgleichsgetriebe über eine Kurbelstange
31 mit einem Kurbeltrieb 32 verbunden., der als Notantrieb oder als Anlaßeinrichtung
dienen kann.
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Eine Anordnung, bei der die Pumpenkolben vor und hinter dem Motor
angeordnet sind, wobei mit jedem Motorkolben zwei Pumpenkolben zusammenarbeiten,
zeigt Fig. 2. Zwischen den beiden Pumpenkolben 15, 16 ist je eine feststehende Zylinderzwischenwand
33 angeordnet. Dadurch entstehen auf beiden Seiten vier Pumpenzylinderräume 17,
18, die bei den hin- und hergehenden Kolbenbe@vegungen abwechselnd zur Wirkung kommen.
Der von den vorn liegenden Düsen beschleunigte
Wasserstrahl wird
um den Motorteil geleitet, wobei er gleichzeitig zur Kühlung dient, und anschließend
als Kreisstrahl durch die hinten liegende Wasserpumpe durchgeführt. Der durch die
hintere Pumpe beschleunigte Wasserstrahl legt sich als konzentrischer Ringstrahl
um den Kreisstrahl der vorderen Pumpe. Zur Betätigung des Ausgleichgetriebes 24,
das an der Wassereintrittseite angeordnet ist, ist der Motorkolben 2 mit einer Steuerstange
versehen, die in der hohlen. Kolbenstange des Motorkolbens I gleitet. An Stelle
des dargestellten Kolbenverdichters 14 kann auch ein anderes Aufladegerät, z. B.
ein Abgasturbolader, vorgesehen werden. Auch kann als Ladeluft hochgespannte Druckluft
verwendet werden, die in einem geeigneten Druckluftbehälter mitgeführt wird, wie
es Fig. 3 zeigt, indem dem Motor eine Verbrennungskammer vorgeschaltet ist. Danach
strömt die Druckluft aus dem Druckluftbehälter 34 über einen Stutzen 35 in die Brennkammer
36 und bildet mit dem aus den Einspritzdüsen Io eingespritzten Kraftstoff ein zündfähiges
Gemisch, das nach dem Gleichdruckverfahren zur Verbrennung gelangt, wobei die hochgespannten
Verbrennungsgase durch den Stutzen II vor oder hinter die Motorkolben 1, 2 gesteuert
werden. Es ist auch möglich, z. B. zum Antrieb von Torpedos, nur die hochgespannte
Druckluft zu verwenden, die durch ein Reduzierventil vom Hochdruckbehälter 34 über
die Kammer 36 und den Stutzen II vor oder hinter die Kolben 1, 2 des nun als Druckluftmotor
arbeitenden Motors gesteuert wird.