,,, Eine Wasserschraube mit äußerem Zylinderrohr, Zentralrohr und zwischen den beiden Rohren fixierter Schnecke ist aus der US-Patentschrift 13 87 416 (09. Au- gust 1921) bekannt. Die Schnecke besitzt im Wasser eine nur geringe Förderlei- stung.

Ein anderer Bootsantrieb mit Strahlrohr wird beschrieben in EP 04 52 538 B1. Bei dem bekannten Strahlantrieb besitzt der Strahlrotor kein Zentralrohr, vielmehr en- den die an der Innenfläche des Außenrohrs fixierten Wasserschaufeln ohne ge- genseitige Verbindung mit Abstand von der Rotorachse. Die Fläche der einzelnen Wasserschaufeln verjüngt sich in Richtung auf die Rotorachse bis zu einer Spitze.

Die Stärke der einzelnen Wasserschaufeln jedoch-gemessen senkrecht zur Schaufelfläche-ist im Bekannten im Wesentlichen überall gleich. Der Erfinder baute versuchsweise in dem bekannten Strahlrotor ein Zentralrohr ein, das an den Flügelspitzen der Wasserschaufeln fixiert war und die Schaufeln dadurch gegen- einander abstützte. Auch bei dieser Lösung war die Antriebsleistung unbefriedi- gend.

In der US-PS 38 26 591 wird eine Wasserschraube beschrieben, deren Wasser- schaufeln abgewinkelt geformt sind und von der Innenfläche eines Außenrohrs bis zur Schraubenwelle reichen. Hierbei fehlt jedoch der bei dem beispielsweise aus EP 04 52 538 B1 bekannten Strahlantrieb für die Antriebsleistung wesentliche zen- trale Kanal, der durch die freien Spitzen der Wasserschaufeln definiert wird, ganz weg. Der Wirkungsgrad der Wasserschaufeln nimmt von der äußeren Zylinder- wand in Richtung Rotorachse ab und geht in der Nähe der Achse gegen Null. Eine massive Rohrwelle ist aber wegen ihres Strömungswiderstandes bei einem Boots- antrieb betreffend den Wirkungsgrad der Wasserschaufeln nachteilig.

Der erfindungsgemäße Bootsantrieb kann, beispielsweise wie ein üblicher Außen- bordmotor, ein sog. Z-Getriebe mit zentraler, mechanisch beaufschlagter Welle besitzen. Alternativ kommt auch ein unmittelbarer elektrischer Antrieb in Frage, wobei das Außenrohr im Prinzip den Rotor eines Elektromotors bilden kann. Ein solcher Antrieb wird beschrieben in DE 100 02 657 A1. Gegebenenfalls kann der Rotor bevorzugt als Kurzschlußläufer eines Asynchron-Motors ausgebildet werden, gegebenenfalls kann um das Außenrohr ein Läuferblechpaket mit eingesetzten Kupferstäben vorgesehen werden.

Der Rotor für den Bootsantrieb eingangs genannter Art kann in wesentlichen Tei- len als Aluminiumguß hergestellt werden. Dabei kann es schwierig sein, die Masse des Rotors und daher die Wandstärken seiner einzelnen Bereiche, vor allem von Zentralrohr und Außenrohr, gering zu halten und/oder die Innenfläche des Außen- rohrs zu bearbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den mechanischen Wirkungsgrad der bekannten Strahlrohre zu verbessern, ohne deren mechanische Stabilität zu beein- trächtigen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Herstellung des zugehörigen Rotors zu vereinfachen.

Die erfindungsgemäße Lösung für den Bootsantrieb selbst wird im Anspruch 1, diejenige für das Herstellungsverfahren wird in Anspruch 9 angegeben. Einige Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unter- ansprüchen beschrieben.

Für den eingangs angegebenen Bootsantrieb mit einem Strahlrohr mit zur Rotor- achse koaxialem Außenrohr und Zentralrohr besteht die erfindungsgemäße Lö- sung vorzugsweise darin, daß die in Richtung der Rotorachse gemessene Breite der Wasserschaufeln-gesehen in radialer Richtung-überall annähernd gleich ist und daß die Verbindungslinie der jeweiligen Wasserschaufel am Zentralrohr um etwa 10 bis 20° und die Verbindungslinie der jeweils selben Wasserschaufel auf der Innenfläche des Außenrohrs um weitere etwa 30 bis 60° windschief gegenüber der Rotorachse stehen.

Die Breite der erfindungsgemäßen Wasserschaufeln soll überall, das heißt von der Innenwand des Außenrohrs bis zur Außenwand des Zentral-bzw. Innenrohrs an- nähernd gleich sein. Eine solche Wasserschaufel hat, wenn man ihre Fläche in eine Ebene legt, annähernd die Form eines Rechtecks. Dabei soll die Rechteck- länge vorzugsweise etwa gleich dem radialen Abstand von Zentralrohr und Außen- rohr sein. Das soll insbesondere für eine etwa in der Mitte der axial (in Richtung parallel zur Achse) gemessenen Breite der Schaufel gedachte radiale Mittellinie gelten.

Gemäß weiterer Erfindung werden die beiden Verbindungslinien (an Zentralrohr und Außenrohr) jeder Schaufel-durch Verwindung der Schaufel in sich-um die vorgenannte radiale Mittellinie als Achse gegeneinander um etwa 10 bis 50° ver- dreht bzw. verwunden. Durch eine solche Verformung der einzelnen Schaufel kann erreicht werden, daß die Verbindungslinie der jeweiligen Wasserschaufel am Zen- tralrohr um etwa 10 bis 20° und diejenige derselben Wasserschaufel auf der Innen- fläche des Außenrohrs um etwa 30 bis 60° windschief gegenüber der Rohrachse zu plazieren und zu fixieren sind.

Gemäß weiterer Erfindung kann es günstig sein, die Wasserschaufeln nicht nur in sich um die genannte radiale Mittellinie verwunden sondern auch in Richtung des bei Betrieb vorbeiströmenden Wassers (annähernd parallel zur Richtung der Ro- torachse) mit etwa wie die Tragflächen eines Überschallflugzeugs zu-und wieder abnehmender, also variierender, Materialstärke auszustatten. Die senkrecht zur Fläche der Wasserschaufeln gemessene Materialstärke nimmt dann also begin- nend an der dem anströmenden Wasser zugewandten Vorderkante zunächst zu und im Anschluß an den Bereich der vorgenannten als Verdrehachse der Wasser- schaufel gedachten Mittellinie in der Nähe der entsprechenden Schaufel- Hinterkante wieder ab. Der entsprechende Querschnitt jeder Wasserschaufel hat ungefähr die Form einer flachen Linse mit S-Querschnitt, also mit einem Wende- punkt im Querschnitt auf beiden Flächen. Bevorzugt wird auch eine alternative fla- che Linsenform des Querschnitts ohne Wendepunkt auf den Flächen, wobei je- doch die eine Fläche konvex und die andere Fläche konkav (mit größerem Krüm- mungsradius als auf der konvexen Fläche) sein kann.

Durch die erfindungsgemäße Form der Wasserflügel-und gegebenenfalls deren in Strömungsrichtung variierender Materialstärke (Flügeldicke)-wird ein gegen- über dem einschlägigen Stand der Technik wesentlich verbesserter Wirkungsgrad erreicht. Dieser Vorteil wird insbesondere darauf zurückgeführt, daß die Wasser- schaufeln die beschriebene annähernde Rechteck-Grundform besitzen, um eine zentrale Mittellinie verwunden sind sowie am Zentralrohr und am Außenrohr wind- schief in Bezug auf die Rotorachse fixiert sind. Die Verbindungslinie am Zentralrohr kann vorzugsweise größenordnungsmäßig um 15° und diejenige an der Innenflä- che des Außenrohrs um größenordnungsmäßig 45° (in derselben Richtung) ge- genüber der Rotorachse windschief gestellt sein.

Gemäß weiterer Erfindung kann es außerdem für diesen Erfolg günstig sein, wenn die oben genannte Schaufelbreite deutlich kleiner als die Schaufellänge, das heißt kleiner als der Abstand zwischen Zentralrohr und Außenrohr ist. An derartige in ihrer oben definierten Breite relativ schmale Wasserschaufeln werden stabil im er- findungsgemäßen Strahlrohr gehalten, weil sie an ihren beiden schmaleren Recht- eckseiten jeweils auf der ganzen Seitenkante (am Zentralrohr einerseits und am Außenrohr andererseits) fixiert sind.

Gemäß noch weiterer Erfindung kann es auch vorteilhaft sein, das Zentralrohr in Strömungsrichtung des Wassers bzw. in Richtung der Rotorachse konisch auszu- bilden. Vorzugsweise soll der Zentralrohrdurchmesser in der Strömungsrichtung abnehmen. Statt dessen kann der Durchmesser in Strömungsrichtung auch zu- nehmen. Die Zu-oder Abnahme des Rohrdurchmessers soll in der Größenordnung von 2 bis 30° liegen, aber relativ gering sein. Vorzugsweise soll die Wandstärke des Zentralrohrs überall gleich sein, so daß die Zu-und Abnahme des Rohrdurch- messers auf der Außen-und Innenseite des Zentralrohrs etwa gleich wird. Die Form des Zentralrohrs beeinflußt den an diesem bei Betrieb des Strahlrotors sich ausbildenden Venturi-Effekt (vergl. Lexikon der Physik, Franckh'sche Verlagshand- lung Stuttgart, 1952, Band II, Seite 1365).

Der Querschnitt der Wasserschaufeln kann in Bezug auf die oben definierte Mittel- linie annähernd symmetrisch sein. Gegebenenfalls ist die Form der einzelnen Wasserschaufel auf deren der ankommenden Strömung zugewandten Vorderkante ebenso wie auf der von der Vorderkante abgewandten Hinterkante. Im Rahmen der Erfindung kann es jedoch bevorzugt werden, die Linsenform auf Vorder-und Rückseite unterschiedlich zu gestalten. Im Extremfall kann die Vorderseite des Linsenquerschnitts konvex und die Rückseite konkav ausgebildet werden.

Wie eingangs gesagt, kann der erfindungsgemäße Bootsantrieb unmittelbar, ge- wissermaßen als Rotor eines Elektromotors, oder, zum Beispiel wie ein Außen- bordmotor, wie ein mechanisches Getriebe über eine materiell Welle angetrieben werden. Gegebenenfalls wird die Welle in das Zentralrohr eingesetzt und mit die- sem über im Wesentlichen radial verlaufenden Speichen, zum Beispiel drei Spei- chen, verbunden. Die Anordnung soll im Rahmen der Erfindung so getroffen wer- den, daß zwischen der Welle und der Innenfläche des Zentralrohrs ein bis auf die Speichen offener Zylinderring mit ringförmigem Wasserdurchlauf verbleibt.

Bei einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bootsan- triebs wird das Außenrohr-nicht aber das Zentralrohr-in der Schubrichtung der im Strahlrohr erzeugten Strömung verlängert. An seiner Innenfläche werden zu- sätzliche axialfördernde Wasserschaufeln fixiert, die sich in Richtung der Rotor- achse erstrecken, aber mit Abstand von der Achse frei enden. Der Abstand von der Rotorachse soll etwa gleich dem Durchmesser des Zentralrohrs ein. Bei Ver- suchen hat sich diese Kombination vermutlich deshalb bewährt, weil ein durch den in der Vorausfahrt-Richtung vorangehenden, zwischen Zentral-und Außenrohr be- findlichen Propeller an der Innenwand des Außenrohrs aufgebauter Staudruck durch die nur an der Innenwand des Außenrohrs fixierten Schaufeln wieder abge- baut wird.

Für das oben angegebene Verfahren zum Herstellen des Rotors für den Bootsan- trieb mit im Zylinderringraum zwischen dem Außenrohr und einem hohlen koaxia- len Zentralrohr fixierten bzw. aufgespannten Wasserschaufeln besteht die Erfin- dung bevorzugt darin, daß das Außenrohr einerseits und das Zentralrohr ein- schließlich der daran angeformten Wasserschaufeln andererseits unabhängig von- einander hergestellt werden und daß das fertige Zentralrohr mit den Wasserschau- feln an der vorbereiteten Innenfläche des Außenrohrs fixiert wird. Hiernach läßt sich der Rotor auf einfache Weise im Wesentlichen durch Gießen herstellen, wenn man das Zentralrohr einschließlich angeformter Wasserschaufeln getrennt vom Außenrohr erzeugt und die Teile erst nach Bearbeitung zusammenfügt. í Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird zunächst erreicht, daß die In- nenfläche des Außenrohrs durch Bearbeiten auf der Drehbank vorbereitet werden kann. Außerdem ist die Gußform gegenüber dem Fall beim einteiligen Gießen er- heblich vereinfacht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum zweiteiligen Herstellen, vorzugsweise Gießen aus Aluminium, soll allerdings das Zentralrohr einschließlich der angeform- ten Wasserschaufeln, bevorzugt werden drei um je 120° versetzte Schaufeln, ein- teilig entstehen. Da die Wandstärke des Zentralrohrs-zur Verminderung des Wasserwiderstands-möglichst klein, vorzugsweise kleiner als durch Gießen nor- maler Weise erreichbar, sein soll, wird gemäß weiterer Erfindung vorgesehen, das Zentralrohr massiv zu gießen und erst später (nach dem Erhärten) auszubohren.

Die auf diese Weise erzielbaren geringen Wandstärken kämen beim (Hohl-) Gießen schon deshalb nicht in Frage, weil dann ein sauberer Guß der Wasserschaufeln, deren Formen durch die Form des Zentralrohrs hindurch mit flüssigem Aluminium oder dergleichen zu versorgen sind, nicht zu garantieren wäre. Im übrigen wird bei Massivguß der Zentralrohrs ein entsprechender Kern eingespart.

Bei Versuchen im Rahmen der Erfindung hat sich ein 3-Flügel-Motor mit Zentral- rohr-Rotor drei gegeneinander je um 120° versetzen mit der Wasserschaufeln- besonders bewährt, bei dem das Verhältnis von Außenrohr-Innendurchmesser D zu Zentralrohr- (Außen-) Durchmesser d den Wert D : d von etwa 10 : 1 bis 8 : 1 nicht unterschreitet. Bei Rotoren mit größerem Durchmesser kann das vorgenann- te Verhältnis deutlich größer als 10 : 1 sein. Der Zentralrohrdurchmesser d soll zwar relativ klein, aber doch so groß sein, daß sich innerhalb des Zentralrohrs eine volumenmäßig erhebliche Strömung ausbilden kann.

Anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels werden Ein- zelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bootsantriebs ; und Fig. 2 eine Ansicht in Pfeilrichtung A von Fig. 1.

Fig. 3 eine flach gelegte Wasserschaufel ; und Fig. 4 und 5 verschiedene Flügelquerschnittsformen.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Außenbordmotors erfindungsgemäßer Art.

Der Motor gemäß Ausführungsbeispiel wird mechanisch über einen sogenannten Z-Antrieb beaufschlagt. Hierzu gehört eine etwa vertikale Antriebswelle 1, die am oberen, nicht gezeichneten Ende an einen Motor mit horizontaler Abtriebswelle angeschlossen sein kann. In einem Getriebe 2 treibt die Antriebswelle 1 eine (an- nähernd horizontale) Rotorwelle 3 mit Rotorachse 4 an. Nach Fig. 2 werden auf der Rotorwelle 3 drei Speichen 5 fixiert, die mit radialem Abstand von der (materi- ellen) Rotorwelle 3 ein Zentralrohr 6 in koaxialer Position gegenüber der Rotorach- se 4 tragen. Auf der Außenfläche 7 des Zentralrohrs 6 werden sechs Wasser- schaufeln 8 längs je einer Verbindungslinie 9 fixiert. Die Wasserschaufeln 8 rei- chen-im Wesentlichen in voller Breite-bis zu einem Außenrohr 10, das ebenfalls koaxial zur Rotorachse 4 positioniert wird. Auf der Innenfläche 11 des Außenrohrs 10 werden die Wasserschaufeln 8 längs je einer Verbindungslinie 12 fixiert.

Fig. 1 und 2 zeigen außerdem zwischen dem Zentralrohr 6 und dem Außenrohr 10 eingespannten Wasserschaufeln 8 zusätzliche Wasserschaufeln 25, die auf der Innenfläche 26 einer Rohrverlängerung 27 fixiert sind und sich in Richtung auf die Rotorachse 4 erstrecken, aber nicht bis zur Achse 4 reichen sondern mit Abstand davon enden. Der Abstand kann etwa in der Größenordnung des Durchmessers des Zentralrohrs 7 sein. Die Rohrverlängerung 27 und die an dessen Innenfläche 26 fixierten Wasserschaufeln 25, deren sich in Richtung Achse erstreckenden frei- en Längsenden nicht miteinander verbunden sind, bilden eine alternativ mögliche und vorteilhafte Ergänzung des erfindungsgemäßen Propellers mit den zwischen Zentralrohr und Außenrohr-im Gegensatz zu den freitragenden Wasserschaufeln 25-beiderseits eingespannten Wasserschaufeln 8.

Fig. 3 zeigt eine in eine Ebene"gepreßte"Wasserschaufel 8. In die Wasserschau- fel 8 ist eine etwa radial (in Bezug auf die Rotorachse 4) verlaufende Mittellinie 13 gestrichelt eingezeichnet. Die Länge dieser Mittellinie 13 soll im Wesentlichen gleich dem radialen Abstand a zwischen Außenfläche 7 des Zentralrohrs 6 und Innenfläche 11 des Außenrohrs 10 sein. Die annähernd parallel zur Richtung der Rotorachse 4 gemessene Breite b der einzelnen Wasserschaufel 8 soll kleiner als die Länge a der Schaufel sein. Bei Versuchen haben sich Verhältnisse a : b 1 : 2 =bis 4 : 5 als vorteilhaft erwiesen.

Wie oben angegeben, wird die einzelne Wasserschaufel 8 als in sich, mit der radialen Mittellinie 13 als Achse, verwunden betrachtet. Außerdem wird die Verbin- dungslinie 9 einer Schaufel 8 am Zentralrohr 7 als um zusätzlich größenord- nungsmäßig 15° und die Verbindungslinie 12 derselben Schaufel als um größen- ordnungsmäßig 45° windschief gegenüber der Rotorachse 4 beschrieben. Die die entsprechenden Winkel definierenden mittleren Winkellinien der Verbindungslinie 9 und 12 werden in Fig. 1 mit 14 und 15 bezeichnet.

Fig. 4 zeigt für ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einen längs der Linie IV-IV von Fig. 1 gewählten Schnitt durch eine Wasserschaufel 8. Die Wasser- schaufel nach Fig. 4 besitzt eine Vorderkante 16 in Richtung der Voraus- Fahrtrichtung 17 und eine entsprechende Hinterkante 18. Zwischen Vorderkante 16 und Hinterkante 18 kann die senkrecht zur Flügelfläche gemessene Stärke s der einzelnen Wasserschaufel 8 zunächst zu-und dann wieder abnehmen. Auf diese Weise kann der Querschnitt nach Fig. 4 die Form einer flachen, einfach (Fig.

5) oder doppelt (Fig. 4) gewölbten Linse erhalten. Die Linse kann auf der Oberseite 20 und Unterseite 21 in Fig. 4 in gleicher Weise an Stärke zu-und abnehmen, so daß eine Figurenform entsteht wie man sie von Hysterese-Kurven kennt. Die Schnitte durch Oberseite 10 und Unterseite 21 verlaufen, wie in Fig. 4 gezeigt, bei- de zum Teil konvex und zum Teil konkav. Es liegt aber nach Fig. 5 auch im Rah- men der Erfindung, die Materialverteilung in dem einzelnen Wasserflügel 8 so vor- zunehmen, daß die eine Seite, z. B. die Oberseite 20, überall konvex ist und die andere Seite, z. B. die Unterseite 21, überall konkav ist. An der Vorderkante 16 und an der Hinterkante 18 soll die einzelne Wasserschaufel 8 annähernd spitz zulau- fen, wie man das von den Tragflächen von Überschallflugzeugen kennt.

Bezugszeichenliste : vertikale Antriebswelle 2 = Getriebe 3 = Rotorwelle 4 = Rotorachse 5 = Speiche 6 = Zentralrohr 7 = Außenfläche (6) <BR> <BR> 8 Wasserschaufel<BR> 9 = Verbindungslinie (7/8) 10 = Außenrohr 11 Innenfläche (10) 12 = Verbindungslinie (8/10) 13 = radiale Mittellinie (8) 14 = Winkellinie (9) 15 = Winkellinie (12) 16 = Vorderkante (8) 17 = Voraus-Fahrtrichtung 18 = Hinterkante (8) 19 Flügelfläche 20 = Oberseite (19) 21 = Unterseite (19) 25 Wasserschaufel, freitragend 26 Innenfläche (27) 27 Rohrverlängerung 28 = freies Längsende (25)