DE10002655A1 - Motorischer Schiffsantrieb - Google Patents

Motorischer Schiffsantrieb

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Abstract

Es wird ein motorischer Schiffsantrieb, insbesondere für ein Segelboot, mit bei Nichtgebrauch aus dem Wasser zu hebenden Vortriebselement beschrieben. Um zu erreichen, daß das Vortriebselement bei Einsatz einen maximalen Wirkungsgrad hat, aber bei Nichtgebrauch einen minimalen Wasserwiderstand ausübt sowie zugleich zum Lenken oder Rangieren des Schiffs einsetzbar ist, wird im Schiffsboden ein unten offenes und bis über die Höhe der Wasserlinie reichender Schacht zur Aufnahme einer Reserveposition des Vortriebselements vorgesehen. Der Schacht soll Hebemittel zum Absenken des Vortriebselements in dessen Aktivposition in das Wasser sowie zum Anheben des Vortriebselements in die Reserveposition innerhalb des Schachts aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen motorischen Schiffsantrieb, insbesondere für ein Segel­ boot, mit bei Nichtgebrauch aus dem Wasser zu hebenden Vortriebselement, wie Schraube oder Turbine.
Da Schraubenantriebe bei Segelbooten während des Segelbetriebs einen beträcht­ lichen Wasserwiderstand bilden, werden die Vortriebselemente beim Segeln entwe­ der aus dem Wasser genommen oder so verstellt, daß ihr Wasserwiderstand mög­ lichst gering wird. Bei größeren Segelbooten, bei denen Außenbordmotoren nicht einsetzbar sind, kommt bisher nur die letztere Möglichkeit in Frage. Gegebenenfalls werden die Schraubenflügel im Sinne einer Verminderung des Wasserwiderstandes gedreht. Der Hauptteil des Schiffsantriebs bleibt jedoch im Wasser und stellt nach wie vor einen erheblichen Wasserwiderstand dar.
In EP 0 452 538 B1 wird ein Strahlantrieb für ein Schiff beschrieben, der innerhalb des Schiffskörpers fest positioniert ist. Der Strahlantrieb saugt Wasser durch ein Loch im Schiffsboden an und stößt es auf der Rückseite des Schiffs durch eine Schubdüse aus. Zum Steuern des Schiffs kann dieser Strahltrieb nicht benutzt wer­ den.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen auch bei größeren Segelbooten einsetzbaren Schiffsantrieb zu schaffen, der bei Nichtgebrauch, das heißt bei Se­ gelbetrieb, keinen Wasserwiderstand mehr ausübt.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht für einen motorischen Schiffsantrieb ein­ gangs genannter Art mit bei Nichtgebrauch aus dem Wasser zu hebendem Vor­ triebselement darin, daß im Schiffsboden ein unten offener und bis deutlich über die Höhe der Wasserlinie reichender Schacht mit geschlossenen Wänden zur Aufnah­ me des Vortriebselements vorgesehen ist und daß der Schacht Hebemittel zum Ab­ senken des Vortriebselements in das Wasser in den Bereich unter dem Schiffsbo­ den und zum Anheben des Vortriebselements in den Schacht in den Bereich ober­ halb des Schiffsbodens aufweist. Einige Verbesserungen und weitere Ausgestaltun­ gen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß das Vortriebselement während der Zeit, in der es das Schiff antreiben soll, mit maximalem Wirkungsgrad unterhalb des Schiffsbodens arbeiten kann, aber während der Zeit, in der es nicht gebraucht wird, in den Schacht und damit in das Innere des Schiffsrumpfs hineinzuziehen ist, so daß dann überhaupt kein Wasserwiderstand durch das Vortriebselement ausgeübt wird. Vorzugsweise wird die Öffnung des Schachts am Schiffsboden (Bodenöff­ nung) mit Schließmitteln ausgestattet, die es gestatten, den Schiffsboden nach dem Einziehen des Vortriebselements so abzuschließen, daß auch von der Bodenöff­ nung selbst ein Wasserwiderstand nicht ausgeht. Der Schacht kann einen beliebi­ gen, überall gleichen (horizontalen) Querschnitt besitzen. Der Querschnitt kann also rechtwinklig bzw. quadratisch aber auch rund bzw. kreisförmig sein.
Im Grundsatz ist es möglich, das Antriebsmittel des vertikal beweglich im Schacht positionierten Vortriebselements fest in den Schiffsrumpf einzubauen und die Kraft­ übertragung über eine Kupplung vorzunehmen, die es gestattet, das Vortriebs­ element - jedenfalls in der Arbeitsstellung - unterhalb des Schiffsbodens anzutrei­ ben. Im Rahmen der Erfindung wird es jedoch bevorzugt, als Antriebsmittel einen Elektromotor vorzusehen, der fest mit dem Vortriebselement verbunden und zu­ sammen mit diesem anhebbar oder absenkbar ist.
Es gibt im Handel Elektromotoren, deren Welle unmittelbar oder über ein Getriebe auf eine Schiffsschraube geschaltet ist. In EP 0 452 538 B1 wird ein anderer geeigneter Antrieb für Wasserfahrzeuge, nämlich ein Strahlantrieb, beschrieben. Der Strahlantrieb ist selbst als Elektromotor mit hohlem Rotor und an dessen Innenwand fixiertem Antriebspropeller ausgebildet. Der Antriebspropeller kann die Form einer Schnecke besitzen. Bei Ausbildung des Antriebs des Vortriebselements als Elek­ tromotor, werden keine vom Schiffsinnern her wirkende Antriebswellen, sondern nur elektrische Zuleitungen, zu einem Stromlieferanten benötigt. Als Spannungsquelle kann beispielsweise eine Batterie, eine Brennstoffzelle oder ein Generator mit Ver­ brennungsmotor dienen. - Umgekehrt kann ein solcher Strahlantrieb gemäß weiterer Erfindung bei einem auf andere Weise angetriebenen Schiff, z. B. bei Se­ gelbetrieb, als Stromerzeuger bzw. Generator verwendet werden.
Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist der beschriebene Schacht. Vorzugsweise soll der Schacht so ausgebildet und ausgestattet werden, daß das Vortriebselement gesichert gegen Kippen um die (im wesentlichen vertikale) Schachtachse gehalten wird. Zu diesem Zweck kann das Vortriebselement an einer Stützplatte fixiert werden, die an den Schachtwänden bzw. an im Schacht vorgese­ henen Schienen zu führen ist und an einer Schwenk- bzw. Tragsäule hängt. Zum Anheben oder Absenken des Vortriebselements bzw. der Stützplatte kann im Schacht ein - z. B. an der Tragsäule angreifender - Spindelantrieb vorgesehen wer­ den. Der (zur Tragsäule im allgemeinen koaxiale) Spindelantrieb soll normalerweise motorisch betätigt werden, aber, z. B. bei Stromausfall, hilfsweise von Hand betätigt werden können.
Vorzugsweise soll der Schacht auch Mittel enthalten, mit deren Hilfe das in das Wasser unterhalb des Schiffsbodens tauchende Vortriebselement um eine etwa vertikale Tragsäule schwenkbar ist. Durch Schwenken des Vortriebselements kann dann das Schiff gesteuert oder - je nach Wunsch - vorwärts, rückwärts oder zur Seite rangiert werden.
Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Vortriebselement durch Drehen der Tragsäule um deren Achse (fortlaufend) um 360° schwenkbar ist. Die Rundumschwenkbarkeit macht es möglich, ein Boot in Sekundenschnelle umzulen­ ken und sogar zu stoppen. Ein Notstop wird durch Drehung der Tragsäule und damit des Vortriebselements um 180°, also gewissermaßen durch Schubumkehr, er­ reicht. Die Schubumkehr (und jede andere Umkehrung) ist besonders einfach reali­ sierbar, wenn als Vortriebselement ein ringförmiger Strahlantrieb der in EP 0 452 56 8 A1 beschriebenen Art eingesetzt wird.
Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Trag-, Hebe- und Schwenkmechanik im Schacht rein mechanisch - also ohne hydraulische Antriebe - ausbildbar ist. Das macht die Vorrichtung nicht nur störunanfällig, sondern auch (und vor allem) umweltschonend, es kann nämlich (nicht vorhandenes) Hydrauliköl nicht austreten.
Schließlich sollen Schacht und die darin vorgesehenen Tragmittel des Vortriebs­ elements bevorzugt auch so ausgebildet werden, daß man das Vortriebselement insgesamt - z. B. für Wartungsarbeiten - nach oben aus dem Schacht herausheben kann. Gegebenenfalls ist es also möglich, den gesamten bei Aktivierung des ins Wasser tauchenden Antrieb zu demontieren, ohne das Schiff selbst aufs Trockene bringen zu müssen.
Anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels werden einige Einzelheiten der Erfindung erläutert.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird auf den Boden 1 eines symbolisch darge­ stellten Schiffs 2 über einer Bodenöffnung 3 ein Schacht 4 vorgesehen, dessen oberes Ende 5 deutlich über die Wasserlinie 6 reicht. Die Wände des Schachts 4 sollen im Bereich unterhalb der Wasserlinie 6 bis herunter zur Verbindungslinie 7 (zwischen Schiffsboden 1 und Schacht 4) wasserdicht sein. Vorzugsweise soll die Bodenöffnung 3, wenn kein Hindernis im Wege ist, insbesondere längs der Ebene bzw. in der Fläche des Schiffsbodens 1, flächig verschließbar sein. Hierzu wird im Ausführungsbeispiel eine Jalousie 8 vorgesehen, deren Jalousiekasten 9 ebenfalls - zum Schiffsinneren 10 hin - abgedichtet werden soll.
Der erfindungsgemäße Schacht 4 besitzt im gezeichneten Ausführungsbeispiel im wesentlichen zwei Etagen, nämlich eine untere Etage 11, in die das insgesamt mit 12 bezeichnete Vortriebselement anhebbar ist, und eine obere Etage 13, in der die Mittel zum Anheben und Lenken des Vortriebselements 12 positioniert werden.
Im Ausführungsbeispiel wird als Vortriebselement 12 ein im Rahmen der Erfindung bevorzugter Strahlantrieb dargestellt, der aus einem Rotor 14 mit an dessen Innen­ wänden befestigter Antriebsschnecke 15 und aus einem Stator 16 besteht. Das Vor­ triebselement 12 ist also selbst als Elektromotor ausgebildet. Der Stator 16 enthält eine an eine Wechselstromversorgung im Schiff anzuschließende Statorwicklung 17 auf einem Blechpaket. Wenn Wechselstrom nicht zur Verfügung steht, können ein Wechselrichter oder ein Kommutator eingeschaltet werden. Der Rotor 14 wird - wie im wesentlichen auch der Stator 16 - als hohles Rohr ausgebildet. Er enthält ein Rotorblechpaket mit Rotorwicklung 18 bzw. Kurzschlußstäben. Um den Wasserwi­ derstand des Vortriebselements 12 möglichst gering zu halten, soll die Gesamtdicke von Stator- und Rotorring - gemessen radial in Bezug auf die Antriebsachse 19 möglichst gering sein. Aus diesem Grund wird bevorzugt eine hochpolige, insbe­ sondere 24-polige, Statorwicklung (mit 72 Nuten) in Stern-Dreieck-Schaltung bevor­ zugt.
Das Vortriebselement 12 kann an einer Tragsäule 20 befestigt werden. Die Trag­ säule 20 kann mit Hilfe einer Schraubspindel 21 und eines die Schraubspindel 21 betätigenden Hubmotors 22 angehoben oder abgesenkt werden. Dadurch kann das Vortriebselement 12 wahlweise in die gestrichelt dargestellte Reserveposition 23 innerhalb der unteren Etage 11 des Schachts 4 oder in die Aktivposition 24 (ge­ zeichnet in Voll-Linien) unterhalb des Schiffsbodens 1 gebracht werden. Wenn das Vortriebselement 12 in der Reserveposition 23 steht, kann die Öffnung 3 des Schiffsbodens mit Hilfe der Jalousie 8 oder dergleichen in der Bodenfläche verlau­ fenden Mitteln verschlossen werden.
Im gezeichneten Ausführungsbeispiel des Schachts 4 wird außer dem Hebemittel mit Tragsäule 20, Schraubspindel 21 und Hubmotor 22 auch ein Lenkmittel darge­ stellt. Dieses besteht aus einem mit der Tragsäule 20 und damit zugleich mit dem Vortriebselement 12 gekoppeltes Zahnrad 25 und aus einer Zahnradstange 26, die mit Hilfe eines Lenkmotors 27 um die vertikale Stangenachse 28 gedreht werden kann. Durch gezieltes Drehen der Zahnradstange 26 läßt sich das Vortriebselement 12 über das Zahnrad 25 und die Tragsäule 20 um eine etwa vertikale Achse 29 schwenken, so daß der mit Hilfe der rotierenden Antriebsschnecke erzielbare Schub 30 aus der Zeichnungsebene, also der Schiffs-Längsrichtung heraus, um 360° schwenkbar, d. h. in beliebiger Weise auszurichten ist. Die Zahnradstange 26 soll sich zumindest über den Höhenbereich erstrecken, in den das über das Zahnrad 25 angekoppelte Vortriebselement 12 in das Wasser taucht.
Bezugszeichenliste
1
Schiffsboden
2
Schiff
3
Öffnung (
1
)
4
Schacht
5
oberes Ende (
4
)
6
Wasserlinie
7
Verbindungslinie (
1
,
4
)
8
Jalousie
9
Jalousiekasten
10
Schiffsinneres
11
untere Etage (
4
)
12
Vortriebselement
13
obere Etage (
4
)
14
Rotor
15
Antriebsschnecke
16
Stator
17
Statorwicklung
18
Rotorwicklung
19
Antriebsachse
20
Tragsäule
21
Zahnradstange
22
Hubmotor
23
Reserveposition (
12
)
24
Aktivposition (
12
)
25
Zahnrad
26
Zahnradstange
27
Lenkmotor
28
Stangenachse (
26
)
29
vertikale Achse
30
Schub
31
Stützplatte
32
Schachtinnenwand

Claims (14)

1. Motorischer Schiffsantrieb, insbesondere für ein Segelboot, mit bei Nichtge­ brauch aus dem Wasser zu hebendem Vortriebselement (12), wie Schraube oder Turbine, dadurch gekennzeichnet, daß im Schiffsboden (1) ein unten offener und bis über der Höhe der Wasserlinie (6) reichender Schacht (4) mit geschlossenen Wänden zur Aufnahme des Vortriebselements (12) vorgesehen ist und daß der Schacht (4) Hebemittel (20, 21, 22) mit einer Tragsäule (20) zum Absenken des Vortriebselements (12) in das Wasser in den Bereich unter dem Schiffsboden (1) und zum Anheben des Vortriebselements (12) in den Schacht (4) in den Bereich oberhalb des Schiffsbodens (1) aufweist.
2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schachtöffnung (3) im Schiffsboden (1) ein der Form des Bodens flächig im we­ sentlichen folgendes Schließmittel (8) zugeordnet ist.
3. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem Elektromotor quasi einteilig verbundenes und zusammen mit dem Mo­ tor anhebbares und absenkbares Vortriebselement (12) vorgesehen ist.
4. Schiffsantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Vor­ triebselement (12) ein Strahlantrieb, bestehend aus einem ringförmigen Stator (16) und einem darin gelagerten, ringförmig hohlen Rotor (14) vorgesehen ist und daß auf der Rotor-Innenfläche eine Antriebsschnecke (15) zum Beschleuni­ gen des in den Rotor (14) einströmenden Wassers entgegen (30) der beabsich­ tigten Vortriebsrichtung befestigt ist.
5. Schiffsantrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Vortriebselement (12) über eine Stützplatte (31), eine Tragsäule (20) und eine Schraubspindel (21) mit Hilfe eines Hubmotors (22) hö­ henverstellbar gelagert ist.
6. Schiffsantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz­ platte (31) an den Innenwänden (32) oder auf daran vorgesehenen Schienen gegen ein Kippen - quer zur vertikalen Schachtachse (29) - gesichert ist.
7. Schiffsantrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Hebemittel des Vortriebselements (12), insbesonde­ re seiner Tragsäule (20), ein Schwenkmittel zum - vorzugsweise fortlaufenden - Drehen des Vortriebselements (12) um die im wesentlichen vertikale Schacht­ achse (29) und damit auch zum Lenken bzw. Bremsen des Schiffs (2) zugeord­ net ist.
8. Schiffsantrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zum Heben und Senken sowie zum Schwenken der Tragsäule (20) bzw. des daran hängenden Vortriebselements (12) rein mechanische - d. h. von Hydrauliköl freie - Antriebe (21, 22, 25, 26) vorgesehen sind.
9. Schiffsantrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Tragsäule (20) für eine Schubum­ kehr um 180° schwenkbar ist.
10. Schiffsantrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schwenkantrieb aus einem mit einer das Vortriebs­ element (12) aufnehmenden Tragsäule (20) verbundenen Zahnrad (25) und ei­ ner gesteuert um ihre Stangenachse (28) drehbaren Zahnradstange (26) be­ steht, mit der das Zahnrad (25) zumindest in allen Positionen kämmt, in denen das Vortriebselement (12) in das Wasser unterhalb des Schiffsbodens (1) taucht.
11. Schiffsantrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schacht (4) eine untere Etage (11) zur Aufnahme des Vortriebselements (12) in seiner Reserveposition (23) und eine obere Etage (13) für die Hebe- und Lenkmittel besitzt.
12. Schiffsantrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Vortriebselement (12) - gegebenenfalls zusammen mit allen Hebe- und Lenkmitteln - insgesamt nach oben aus dem Schacht (4) herausziehbar lösbar in diesem angeordnet ist.
13. Schiffsantrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schacht (4) auf seiner ganzen (vertikalen) Länge ei­ nen überall gleichen, eckigen, insbesondere quadratischen, oder runden Quer­ schnitt besitzt.
14. Verwendung des Strahlantriebs nach Anspruch 4 als Stromerzeuger bei Antrieb des Schiffs auf andere Weise, z. B. bei Segelbetrieb.
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