Gleitflächenboot

Das Gleitflächenboot Zisch wurde von Felix Wankel konstruiert – eine erste Studie zum Spaltgleitkufenboot Zisch 42 stammt aus dem Jahr 1942. Die Tragflächen sahen denen von Tragflügelbooten ähnlich, waren jedoch so ausgelegt, das die Oberseite des Profils bei voller Fahrt außerhalb des Wasser liegt. Durch die Anstellung des Profiles wurde nur Kompressionsauftrieb genutzt. Man verhinderte so auch Kavitationsprobleme am Profil. Das Fahrverhalten war jedoch sehr unangenehm, durch die große geführte Länge und die Stabilität der verwendeten Tragflächen. Beim so ausgeführten Zisch-68 kamen Stabilitätsprobleme in Kurven hinzu. Bei der Weiterentwicklung, dem Zisch-74 wurden sogenenannte Spaltgleitkufen verwendet, die elastischer waren. Sie ähnelten mehreren nebeneinander montierten Wasserski.

Weblinks

- http://der-wankelmotor.de/Wasserfahrzeuge/TES/Zisch-74/zisch-74.html
- http://der-wankelmotor.de/Wasserfahrzeuge/TES/tes.html
- [http://www.rx-7club.ch/pictures/DSC01259.JPG Instruktives Foto des Zisch-74] Kategorie:Bootstyp

Felix Wankel

Dr. Felix Heinrich Wankel (
- 13. August 1902 in Lahr; † 9. Oktober 1988 in Heidelberg) war ein deutscher Maschinenbauer und der Erfinder des Wankelmotors. Felix Wankel wird als einziger Sohn von Gerty Wankel und dem Forstassessor Rudolf Wankel geboren. Der Vater fällt 1914 im Ersten Weltkrieg. Im Jahr darauf zieht die Familie nach Heidelberg um. Felix Wankel besucht Gymnasien in Donaueschingen, Heidelberg und Weinheim, die er ohne Abschluss 1921 verlässt. Er beginnt zunächst eine Lehre als Verlagskaufmann. Begabt von Kindheit an mit einem genialen räumlichen Vorstellungsvermögen, begeistert sich der Autodidakt und Nichtmathematiker („bei den vier Grundrechenarten hört es bei mir auf“) für die Welt der Maschinen, besonders für Verbrennungsmotoren. An einem 1924 mit Freunden in der Firma Paki gebauten Dreiradfahrzeug mit einem 2-Zylinder-V-Motor stört ihn das „Schütteln“ (die freien Massenkräfte) so sehr, dass der Gedanke an Rotationskolben-Verbrennungsmotoren für ihn zur fixen Idee wird. Er beginnt mit der Suche nach einer geeigneten Bauform. Eine solche muss einen Zweitakt-, besser noch einen Viertakt-Verbrennungsprozess ermöglichen und „abdichtbar“ sein. Eine weitere, äußerst schwierige Hürde waren die Abdichtung gegen die Verbrennungsgase und die Verteilung der Schmierstoffe zwischen aufeinandergleitenden Flächen bei hohen Temperaturen und Geschwindigkeiten. Wankel vertiefte daraufhin seine Experimente mit Drehschiebersteuerungen. Zu diesem Zweck zog er nach Lahr, um im Haus seiner Mutter in einer Versuchswerkstatt die Theorie dieser Steuerteile in die Praxis umzusetzen. Dort entstand die Idee für den DKM 32, einen Drehkolbenmotor, welcher 1933 patentiert wurde. Der Motor ist thermisch nicht in den Griff zu bekommen, eignet sich aber hervorragend als Kompressor. Diese Kenntnisse führen zu einem Forschungsvertrag mit BMW in München zu Drehschiebersteuerungen für herkömmliche Benzinmotoren. Ab 1936 sucht Wankel die Partnerschaft mit bedeutenden Unternehmen der Motorenindustrie. Zu diesem Zweck gründet er die Wankel-Versuchs-Werkstatt (WVW) in Lindau am Bodensee. So führte er z. B. für die Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt (DVL) Berlin eine alternative Gaswechselsteuerung zu den bekannten Ventilen, die sogenannte Drehschiebersteuerung für Flugmotoren, zur praktischen Einsatzfähigkeit. Es folgen weitere Entwicklungen zum Rotationskolbenmotor, die jedoch alle nicht die Erwartungen erfüllten. Wankel heiratete im Dezember 1936 Mi Kirn, die bis zu ihrem Tode 1975 an seiner Seite blieb. Nach dem Zweiten Weltkrieg wird seine Werkstatt 1945 von den Franzosen zerstört und Wankel wegen seiner NSDAP-Zugehörigkeit inhaftiert. Mit Geldern der Firma Goetze AG in Burscheid richtet Wankel 1951 die Technischen Entwicklungsstelle (TES) in Lindau ein. Es kommt zu ersten Kontakten mit NSU über die Entwicklung eines Rotationsladers. NSU Schließlich gelingt ihm im April 1954 die grundlegende Erfindung für den Bewegungsablauf des einzigen bisher in Serie hergestellten Rotationskolbenmotors, des Wankelmotors. Der Kompressor hingegen wird von NSU im Jahre 1956 für Weltrekordfahrten eingesetzt. Zunächst als Drehkolbenmotor (DKM54) entwickelt, wobei sowohl der Kolben als auch das Gehäuse jeweils um die eigene Achse drehten, erfolgten vielversprechende Prüfstandläufe 1957. Im Jahr darauf wurde der Motor zum Kreiskolbenmotor umgestaltet (feststehendes Gehäuse mit kombinierter Öl/Wasserkühlung; dies allerdings nicht durch Felix Wankel, sondern durch den NSU-Ingenieur Hans-Dieter Paschke. Wankel und Paschke hatten seit diesem Zeitpunkt immer Differenzen). 1960 wurde mit dem KKM250 der erste verwendbare Kreiskolbenmotor in einem umgebauten NSU Prinz vorgeführt. 1963 präsentiert Wankel mit dem NSU Spider das erste mit einem Wankelmotor produzierte Personenfahrzeug. Größtes Aufsehen erzielte er mit dem 2-Scheiben-Aggregat im NSU Ro 80. Der geschäftliche Erfolg Wankels schien durch etliche Lizenzverträge in der ganzen Welt gesichert. 1969 wurde er zum Ehrendoktor der Technischen Universität München ernannt und erhielt 1970 das Bundesverdienstkreuz. Im selben Jahr gründet Wankel die Felix-Wankel-Stiftung. Er war ein Tierfreund, und so vergibt die Stiftung auch heute noch Preise für außergewöhnliche Leistungen im Tierschutz. Bald zeigten sich Probleme mit dem Ro80-Motor. Durch einen Konstruktionsfehler schieben sich die dreiteiligen Ro80-Dichtleisten zusammen, anstatt gegen die Seitenteilen ab zu dichten. Trotz eilig geänderter Materialpaarung und Rückkehr zur bewährten Spiderteilung, verbrennt NSU hier mit den Markt in Deutschland. Durch Serieneinführung des Mazda Cosmo Sports, mit dem ersten Serien-Zweischeiben-Wankelmotor, war man bei NSU in Zugzwang geraten und mußte den Ro80 verfrüht auf der IAA 1967 in Frankfurt vorstellen. Ab 1974 mit der Einführung der Ferrotic-Dichtleisten und der ursprünglichen Dichtleisten-Teilung ist die Lebensdauer kein Thema mehr beim Ro80-Motor. Jedoch waren die Lizenznehmer vorsichtig geworden. Dazu kam durch die Ölkrise ein Hauptkritikpunkt am Wankelmotor in das Visier der Öffentlichkeit: der hohe Verbrauch. Auch die in den USA eingeführte neuen Abgaslimits brachten einen erhöhten Entwicklungsaufwand mit sich. Viele Lizenznehmer nutzten ihre Lizenzen nicht, und Mercedes baute nur Prototypen. Lediglich Mazda baut heute noch Autos mit Wankelmotoren und hatte damit nie Dichtleistenprobleme. UAV-Engines und Diamond Engines stellen auf der Basis des Norton Wankelmotors Motoren für Drohnen und Kleinflugzeugen her. Ab 1986 kooperiert Felix Wankels Institut mit der Daimler Benz AG. Daimler Benz übernimmt die laufenden Kosten und erhält dafür die Rechte an den Ergebnissen. Wankel erlag im Jahre 1988 einer langen, schweren Krankheit. Nach seinem Tod verkauft die Felix-Wankel-Stiftung die Liegenschaften an die Volkswagen AG. Sein Grab befindet sich auf dem Bergfriedhof in Heidelberg.

Wankel und die NSDAP

Felix Wankel trat 1921 in die NSDAP ein. Er war zu diesem Zeitpunkt überzeugter Anhänger der Ideale der Partei. Er war Gründer der Großdeutschen Jugendwehr und Jugendführer bei verschiedenen Organisationen. Höhepunkt seiner Parteimitgliedschaft war ein Treffen mit Adolf Hitler 1928. 1932 wurde Felix Wankel aus der Partei ausgeschlossen. Er hatte schwere Korruptionsvorwürfe gegen ein anderes Parteimitglied erhoben. 1933 wurde er deswegen auf Veranlassung eines Gauleiters für sechs Monate inhaftiert.

Weblinks

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- [http://dpma.de/infos/galerie/erfindergalerie/bio_wankel.html Kurzbio beim DPMA mit PDF der Patentschrift]
- http://www.der-wankelmotor.de/Felix_Wankel/felix_wankel.html
- http://www.nortonmotors.co.uk
- http://www.aktuell-online.info/srv/wankel/deutsch/
- http://www.ro80club.de/index1.html
- [http://www.uavenginesltd.co.uk/ UAV ENGINES LTD aktiver Hersteller (englisch)] Wankel, Felix Wankel, Felix Wankel, Felix Wankel, Felix Wankel, Felix Wankel, Felix Wankel, Felix ja:フェリクス・ヴァンケル

Tragflügelboot

Ein Tragflächenboot ist ein Wasserfahrzeug, das bei steigender Geschwindigkeit mittels unter Wasser liegender Tragflächen während der Fahrt angehoben wird. Dadurch berührt der Rumpf nicht mehr das Wasser. Da lediglich ein begrenzter Teil (Tragflächen und Propeller) während der Fahrt unterhalb der Wasseroberfläche befinden, wird der Reibungswiderstand drastisch reduziert. Tragflächenboote erreichen dadurch bis zu 90 km/h (25 m/s, 48 Knoten). Ein Tragflächenboot wird hauptsächlich für die Personenbeförderung, meist zum Transfer zwischen Insel-Gruppen, eingesetzt. Es findet sich auch vereinzelt auf Binnengewässern. Der Erfinder Felix Wankel hat seine Tragflügelboote und sein Gleitflächenboot von seinem Lindauer Entwicklungszentrum aus zeitweilig auf dem Bodensee getestet. Es existieren sogar Tragflügelboote mit Segelantrieb, wobei als Grundlage ein Trimaran dient, um überhaupt die nötige Anfangsgeschwindigkeit zum Herausheben des Schiffs aus dem Wasser zu erreichen. Unter diesem Aspekt ist das Verhalten prinzipiell vergleichbar zu einer Jolle die sich bei Gleitfahrt aus dem Wasser hebt. Gleitfahrt

Bauarten

Man unterscheidet drei Hauptbauarten von Tragflächenbooten, bei denen die Auftriebsregelung auf verschiedenen Prinzipien beruht. Beim Leitertyp sind Reihen von waagerechten Tragflächen zwischen senkrechten, am Rumpf befestigten Holmen eingezogen. Bei zunehmender Geschwindigkeit hebt sich eine Fläche nach der anderen aus dem Wasser, der Auftrieb wird sozusagen in Stufen geregelt. Beim teileingetauchten Typ, auch U-Typ oder V-Typ, sind einfach oder mehrfach geknickte Tragflächen (also in V- oder U-Form) mit senkrechten oder radialen Streben am Rumpf befestigt. Der Auftrieb ändert sich stufenlos mit dem Ein- oder Austauchen der Flächen. Beim voll eingetauchten Typ, auch T-Typ, sind waagerechte Flächen mit verstellbarem Anstellwinkel an ein oder mehreren senkrechten Holmen montiert. Die Winkel werden permanent aktiv nachgeregelt, so dass die Flächen immer voll eingetaucht bleiben und eine konstante Tiefe halten. Dies erfolgt computergesteuert; die Messwertgeber sind beispielsweise Ultraschall-Lote im Bug. Der Leitertyp hat sich nie durchgesetzt. Die teileingetauchte Bauweise, nach der beispielsweise viele hundert sowjetische Fähr- und Militärfahrzeuge gebaut wurden, wird allmählich von der aufwendigeren, aber effizienteren voll eingetauchten Bauweise verdrängt.

Weblinks

- http://www.hydrofoils.org/
- http://freaksport.com/
- http://foxxaero.homestead.com/indfoil.html
- http://www.sail2fly.de/index2.html
- http://www.stevproj.com/Carz/XBoats2.html Kategorie:Schiffstyp ja:水中翼船

Kavitation

Die Kavitation ist die Bildung von Dampfblasen in Flüssigkeiten bei niedrigem Druck. Der Siedepunkt einer Flüssigkeit hängt vom Druck ab. Je höher der Druck, desto höher der Siedepunkt (siehe Schnellkochtopf) und umgekehrt. Bei entsprechend niedrigem Druck kann der Siedepunkt zum Beispiel von Wasser auch soweit absinken, dass er unterhalb der Wassertemperatur liegt. Dann entstehen spontan Dampfblasen. Steigt der Druck wieder an, so implodieren (zerfallen) diese Blasen wieder, wobei ein leiser Knall entsteht.

Ursachen

Die häufigste Ursache für Kavitation sind schnell bewegte Objekte im Wasser wie zum Beispiel Laufräder von Kreiselpumpen, Wasserturbinen oder Propeller. Nach dem Gesetz von Bernoulli ist der Druck in einer Flüssigkeit umso geringer, je höher die Geschwindigkeit ist. Falls die Geschwindigkeit so hoch ist, dass der Druck unter den Verdampfungsdruck der Flüssigkeit fällt, geht diese in den gasförmigen Zustand über, und es entsteht Kavitation. Starke Druckschwankungen, die Kavitation auslösen, können auch durch Ultraschall erzeugt werden. Bei entsprechend starker Anregung entstehen durch die Kavitation Lichtblitze. Dieser Effekt wird Sonolumineszenz genannt und ist bislang von der Wissenschaft noch nicht vollkommen verstanden.

Wirkungen der Kavitation

Kavitationsschäden

Kollabiert die Kavitationsblase an der Oberfläche fester Körper (wie zum Beispiel eines Schiffspropellers), wird durch die extreme Energiedichte punktförmig Material geschmolzen und gleichzeitig ausgewaschen. Kleine Krater entstehen; man spricht von Kavitationsschäden. Bei Geräten wie Propellern und Pumpen ist Kavitation ein schädlicher Effekt. Zum einen reduziert sie den Wirkungsgrad, zum anderen führt sie zu Beschädigungen, denn beim Implodieren der Hohlräume treten kurzzeitig enorm hohe Beschleunigungen, Temperaturen und Drücke auf, denen bisher kein Material gewachsen ist. Damit Kavitation in Pumpen verhindert wird, muss darauf geachtet werden, dass die Temperatur des Mediums in der Pumpe nicht zu hoch wird bzw. der Ansaugdruck der Pumpe nicht zu niedrig wird. Hohe Temperaturen entstehen dann, wenn die Pumpe läuft, ohne dass Flüssigkeit entnommen wird. In so einem Fall sollte die Flüssigkeit im Kreis gepumpt (z.B. in einer Rückspülleitung) oder die Pumpe abgeschaltet werden. Kavitationsschäden treten z. B. bei Feuerwehrkreiselpumpen auf, wenn die Pumpe eingeschaltet ist, um den Druck in der Leitung aufrechtzuerhalten und trotzdem kein Löschwasser entnommen wird. Bei Flüssigkeitsringvakuumpumpen darf das Verhältnis von Druck und Temperatur im Pumpenraum einen bauartabhängigen Wert nicht unterschreiten um Schäden zu vermeiden. Drücke Das beim Implodieren auftretende Geräusch (Knall, Knattern) zerstörte früher die Tarnung von U-Booten; zum Orten wurde passives Sonar verwendet. Seit kavitationsfreie Propeller entwickelt wurden, spielt die Kavitation für die U-Boot-Ortung bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit der U-Boote keine Rolle mehr. Man erkennt kavitationsfreie Propeller an den langgezogenen Enden; sie gleiten sanfter und wesentlich leiser durchs Wasser. Bei hohen Geschwindigkeiten der U-Boote sind (sonst) kavitationsfreie Propeller wirkungslos. Kavitationsgeräusche an Pumpen oder in Rohrleitungen, zum Beispiel in Heizungssystemen, werden oft als störender Lärm empfunden. Viel häufiger als durch Kavitation, werden diese Geräusche jedoch durch schlechte Entlüftung oder das strömende Medium selbst verursacht. Das weltweit wohl bekannteste Kavitationsgeräusch ist das knackende Blubbern, welches eine Kafeemaschine von sich gibt, kurz bevor der Kaffee fertig ist.

Entstehung und Implosion der Kavitationsblasen

Wasser verdampft bei einem Luftdruck von 1013,25 hPa bei 100 °C. Bei einem höheren Luftdruck ist die Verdampfungstemperatur höher, bei einem geringeren Luftdruck niedriger. So verdampft Wasser bei einem Druck von nur 23,37 hPa bereits bei einer Temperatur von 20 °C. Beim Verdampfen entstehen im Wasser Blasen, da der Wasserdampf bei 20 °C einen um das 1300-fache größeren Raum als das flüssige Wasser benötigt. Sofern der Wasserdruck wieder ansteigt, hört der Verdampfungsvorgang wieder auf, der in der Kavitationsblase entstandene Wasserdampf kondensiert an der Außenwand der Dampfblase und die bereits gebildeten Dampfblasen fallen schlagartig in sich zusammen. Der vorher eingenommene Raum wird wieder um das 1300-fache verkleinert. Das Wasser muss diesen Raum wieder ausfüllen und strömt implosionsartig mit einer enormen Gewalt zurück, wodurch im Wasser stärkste - wenn auch kurzzeitige - Druckstöße entstehen, die Größenordnungen von mehreren tausend bar annehmen können. Bei diesem Vorgang entstehen Druckwellen mit hohen Druckspitzen. Befinden sich die Dampfblasen in der Nähe oder direkt an einer festen Wand, z.B. den Laufradschaufeln, so entsteht bei der Implosion ein Flüssigkeitsstrahl ("Mikrojet") der mit hoher Geschwindigkeit auf die Wand bzw. Laufradschaufel auftrifft und diese durch die schlagartige Druckbelastung hoch beansprucht. Dies erklärt die kraterförmigen Materialabtragungen bei voll ausgebildeter Kavitation. Die Ursache von Kavitation sind insbesondere bei Kreiselpumpen die örtlichen Druckabsenkungen im Schaufelkanaleintritt des Laufrades, die unvermeidlich mit der Umströmung der Schaufeleintrittskanten und der Energieübertragung von den Laufradschaufeln auf die Förderflüssigkeit verbunden sind. Kavitation kann aber auch an anderen Stellen der Pumpe, an denen der Druck örtlich absinkt wie z.B. an den Eintrittskanten von Leitradschaufeln, Gehäusezungen, Spaltringen usw. auftreten. Weitere Ursachen sind entweder das Ansteigen der Temperatur der Förderflüssigkeit, das Absinken des Druckes auf der Eintrittsseite der Pumpe, die Vergrößerung der geodätischen Saughöhe oder die Verkleinerung der Zulaufhöhe.

Anwendungen

Der an sich zerstörerische Prozess kann auch nutzbringend eingesetzt werden, beispielsweise zur Reinigung von Gegenständen in so genannten Ultraschallbädern, bei der durch Kavitation Oberflächenschmutz zerstört und abgetragen wird. Die Kavitation wird meist, wie der Name der Geräte schon sagt, durch Ultraschall erzeugt, wobei der Ultraschall durch hohe Beschleunigungen schon allein Schmutzteilchen ablöst, ohne das Wasser selbst erst zerreißen zu müssen. In der medizinischen Diagnostik werden so genannte Ultraschall-Kontrastmittel eingesetzt, ihr kontrastverstärkender Effekt wird durch gasgefüllte Bläschen erzielt. Im militärischen Bereich werden Torpedos eingesetzt, die sich mit sehr hoher Geschwindigkeit unter Wasser in einer künstlich erzeugten Kavität bewegen. Das Phänomen wurde zuerst von der Russischen Marine zur Anwendungsreife entwickelt und ist unter dem Begriff Superkavitation bekannt geworden.

Kavitation und Kalte Fusion

Kontrovers diskutiert wird, ob die bei Kavitation freigesetzte Energie bis in den atomaren Bereich hineinwirken kann, um eine Kernfusion, in diesem Fall die sogenannte Bläschen-Fusion, auszulösen. Lichtblitze, die bereits 1934 beobachtete Sonolumineszenz, sind ein Indiz dafür, dass Elektronen angeregt wurden. An der Oberfläche kollabierender Bläschen wurden weiterhin Temperaturen von über 10.000 °C gemessen. In den Jahren 2002, 2004 und 2005 soll eine Bläschen-Fusion experimentell nachgewiesen worden sein, andere Wissenschaftler sind, hauptsächlich auf Grund von messtechnischen Fragen, jedoch weiterhin skeptisch.

Weblinks

- [http://www.samson.de/pdf_de/l351de.pdf Theoretischer Hintergrund zu "Kavitation in Stellventilen"] (PDF)
- [http://www.ubka.uni-karlsruhe.de/cgi-bin/psview?document=2001/maschinenbau/10&search=%2f2001%2fmaschinenbau%2f10&format=1&page=1 Numerische Untersuchung kavitierender Strömungen in einer Modellkreiselpumpe] Kategorie:Strömungslehre Kategorie:Schiffbau ja:キャビテーション

Wasserski

Bei der Sportart Wasserski wird man auf schmalen Brettern (Wasserski) stehend über eine Wasseroberfläche gezogen. Der Antrieb erfolgt üblicherweise von einem Motorboot oder einem Wasserskilift über eine Wasserskileine mit einem Haltegriff. Zum Üben wird zum Teil auch eine stabile Haltestange direkt am Boot befestigt, sodass die Übenden neben dem Boot fahren und mit dem Trainer sprechen können. Die Wasserski sind vorne nach oben aufgebogen und haben eine weiche Gummimanschette, in denen die Füße Halt finden. Die Führung der Wasserski wird durch eine kleine Finne hinten auf der Unterseite gewährleistet. Als Variationen können die Wasserski ersetzt werden durch:
- Trickski (breiter, ohne Finne)
- Monoski: Er besteht aus nur einem breiteren Ski, auf dem hinter der Bindung eine einfache Schlaufe für den zweiten Fuß angebracht ist.
- Sprungski: Zwei längere und breitere Ski (mit Finne), zum Weitsprung über eine Schanze.
- Wakeboard (ein breites Brett, auf dem quer gestanden wird)
- Teller: Eine runde Holzscheibe mit zwei Schlaufen
- Unterwasserski

Weblinks

- [http://www.wasserski-online.de/ Offizielle Homepage des Deutschen Wasserskiverbands e.V.]
- [http://www.waterskistars.de/ Informationen zur größten Europäischen Wasserski Show] Kategorie:Wassersport Kategorie:Sport