Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schiffes, insbesondere eines Frachtschiffes, mit wenigstens einem Magnus-Rotor.The present invention relates to a method for operating a ship, in particular a cargo ship, with at least one Magnus rotor.
Magnus-Rotoren werden auch als Flettner-Rotoren oder Segel-Rotoren bezeichnet.Magnus rotors are also referred to as Flettner rotors or sail rotors.
Der Magnus-Effekt beschreibt ein Auftreten einer Querkraft, d. h. senkrecht zur Achse und zur Anströmrichtung, bei einem Zylinder, der um seine Achse rotiert und der senkrecht zur Achse angeströmt wird. Die Strömung um den rotierenden Zylinder lässt sich als eine Überlagerung einer homogenen Strömung und eines Wirbels um den Körper auffassen. Durch die ungleichmäßige Verteilung der Gesamtströmung ergibt sich eine unsymmetrische Druckverteilung am Zylinderumfang. Ein Schiff wird somit mit rotierenden bzw. drehenden Rotoren versehen, welche in der Windströmung eine zur wirksamen, d. h. mit der Höchstgeschwindigkeit korrigierten Windrichtung, senkrechte Kraft erzeugen, welche ähnlich wie beim Segeln zum Vortrieb des Schiffes verwendet werden kann. Die senkrecht stehenden Zylinder rotieren um ihre Achse und von der Seite anströmende Luft fließt dann aufgrund der Oberflächenreibung bevorzugt in Drehrichtung um den Zylinder. Auf der Vorderseite ist deshalb die Strömungsgeschwindigkeit größer und der statische Druck geringer, so dass das Schiff eine Kraft in Vorwärtsrichtung erhält.The Magnus effect describes an occurrence of a lateral force, i. H. perpendicular to the axis and to the direction of flow, with a cylinder rotating about its axis and flowing perpendicular to the axis. The flow around the rotating cylinder can be understood as a superposition of a homogeneous flow and a vortex around the body. Due to the uneven distribution of the total flow results in an asymmetrical pressure distribution at the cylinder circumference. A ship is thus provided with rotating or rotating rotors, which in the wind flow to the effective, d. H. with the maximum speed corrected wind direction, generate vertical force, which can be used for propulsion of the ship similar to sailing. The vertical cylinders rotate about their axis and air flowing in from the side then flows around the cylinder preferably in the direction of rotation due to the surface friction. On the front, therefore, the flow velocity is greater and the static pressure less, so that the ship receives a force in the forward direction.
Ein derartiges Schiff ist bereits aus ”Die Segelmaschine” von Claus Dieter Wagner, Ernst Kabel Verlag GmbH, Hamburg, 1991, S. 156 bekannt. Hier wurde untersucht, ob ein Magnus-Rotor, auch Flettner-Rotor genannt, als Antrieb bzw. Hilfsantrieb für ein Frachtschiff eingesetzt werden kann.Such a ship is already out "The Sailing Machine" by Claus Dieter Wagner, Ernst Kabel Verlag GmbH, Hamburg, 1991, p. 156 known. Here it was examined whether a Magnus rotor, also called Flettner rotor, can be used as a drive or auxiliary drive for a cargo ship.
Derartigen Schiffen ist gemeinsam, dass der Magnus-Effekt lediglich zur Erzeugung einer Vortriebskraft des Schiffes verwendet wird.Such ships have in common that the Magnus effect is used only to generate a propulsion force of the ship.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Schiffes, insbesondere eines Frachtschiffes, mit wenigstens einem Magnus-Rotor vorzusehen, welches den Magnus-Effekt zu weiteren Zwecken als zur ausschließlichen Erzeugung einer Vortriebskraft des Schiffes nutzt.The invention has for its object to provide a method for operating a ship, in particular a cargo ship, with at least one Magnus rotor, which uses the Magnus effect for purposes other than for the exclusive generation of a propulsive force of the ship.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines Schiffes, insbesondere Frachtschiffes, mit wenigstens einem Magnus-Rotor nach den Ansprüchen 1, 2 und 3 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a method for operating a ship, in particular a cargo ship, with at least one Magnus rotor according to claims 1, 2 and 3.
Somit wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben eines Schiffes, insbesondere Frachtschiffes, mit wenigstens einem Magnus-Rotor vorgesehen, welches einen Schritt zum Erfassen der Windrichtung eines Windes aufweist. Ferner ist das Betreiben des wenigstens einen Magnus-Rotors mit einer Umdrehungsrichtung vorgesehen, so dass durch die Wirkung zwischen Wind und Magnus-Rotor eine Kraft erzeugt wird, die im Wesentlichen entgegengesetzt der Vorwärtsrichtung des Schiffes gerichtet ist.Thus, the invention provides a method for operating a ship, in particular a cargo ship, with at least one Magnus rotor, which has a step for detecting the wind direction of a wind. Further, the operation of the at least one Magnus rotor is provided with a direction of rotation, so that by the action between wind and Magnus rotor, a force is generated, which is directed substantially opposite to the forward direction of the ship.
Hierdurch ist es möglich, durch den Magnus-Effekt eine rückwärtsgerichtete Kraft zu erzeugen, um einerseits das Schiff rückwärts zu bewegen und um andererseits eine Abbremsung des Schiffes aus einer Vorwärtsbewegung zu erzeugen. Dabei ist gerade Letzteres vorteilhaft, da ein Schiff über keine Bremse im eigentlichen Sinne verfügt, sondern seine Vorwärtsbewegung nur durch eine entgegengerichtete Rückwärtsbewegung abbremsen kann. Die Erzeugung einer derartigen Rückwärtsbewegung ist jedoch bei klassischen Segelschiffen durch die Segelstellung überhaupt nicht physikalisch möglich und kann bei Schiffen, die über einen Schraubenantrieb verfügen, nur über diesen erzeugt werden. Die Erzeugung einer rückwärtsgerichteten Schraubenkraft erzeugt jedoch unerwünschte seitliche Auslenkungen des Schiffes, die den Kurs verändern und bei einer starken Abbremsung, d. h. einer Erzeugung einer rückwärtsgerichteten Schraubenkraft mit voller Kraft, so stark ausfallen können, dass diese seitlichen Ablenkungen nicht mehr durch die Ruderanlage ausgeglichen werden können.This makes it possible to generate a backward force by the Magnus effect, on the one hand to move the ship backwards and on the other hand to generate a deceleration of the ship from a forward movement. The latter is particularly advantageous because a ship has no brake in the true sense, but can slow down its forward movement only by an opposite backward movement. However, the generation of such a backward movement is not physically possible in classical sailing ships by feathering and can only be generated by these with ships that have a screw drive. However, the creation of a backward helical force creates undesirable lateral deflections of the ship which alter the course and, in the event of severe deceleration, i.e., a high speed brake, can be applied. H. producing a full force rearward bolt force can be so strong that these lateral deflections can no longer be balanced by the rudder system.
Daher ist es vorteilhaft, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels des Magnus-Effekts eine rückwärtsgerichtete Kraft zu erzeugen, um hierdurch das Schiff ohne den Einsatz einer Schraube und der durch diese hervorgerufenen seitlichen Auslenkung rückwärts zu manövrieren oder abzubremsen oder die rückwärtsgerichtete Schraubenkraft durch den Magnus-Effekt zu unterstützen und hierdurch das Manövrieren oder Abbremsen schneller oder durch weniger Schraubeneinsatz zu erreichen.Therefore, according to the method of the present invention, it is advantageous to generate a backward force by means of the Magnus effect, thereby maneuvering or decelerating the ship backwards without the use of a screw and the lateral deflection caused thereby, or the reverse screw force by the Magnus effect assist and thereby achieve maneuvering or braking faster or by less use of screws.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben eines Schiffes, insbesondere Frachtschiffes, mit wenigstens zwei Magnus-Rotoren, wobei wenigstens ein Magnus-Rotor auf der Backbord-Seite des Schiffes und wenigstens ein Magnus-Rotor auf der Steuerbord-Seite des Schiffes vorgesehen ist. Das Verfahren weist einen Schritt des Erfassens der Windrichtung eines Windes auf. Das Verfahren weist ferner einen Schritt des Betreibens des wenigstens einen Magnus-Rotors auf der Backbord-Seite des Schiffes mit einer Umdrehungsrichtung auf, so dass durch die Wirkung zwischen Wind und dem wenigstens einen Magnus-Rotor auf der Backbord-Seite des Schiffes eine Kraft erzeugt wird, die im Wesentlichen in Richtung der Vorwärtsrichtung oder der Rückwärtsbewegung des Schiffes gerichtet ist. Gleichzeitig wird der wenigstens eine Magnus-Rotor auf der Steuerbord-Seite des Schiffes mit der Umdrehungsrichtung betrieben, die der Umdrehungsrichtung des wenigstens einen Magnus-Rotors auf der Backbord-Seite des Schiffes entgegengesetzt ist, so dass durch die Wirkung zwischen Wind und dem wenigstens einen Magnus-Rotor auf der Steuerbord-Seite des Schiffes eine Kraft erzeugt wird, die im Wesentlichen entgegengesetzt der Richtung der Kraft des wenigstens einen Magnus-Rotors auf der Backbord-Seite des Schiffes gerichtet ist.The invention also relates to a method for operating a ship, in particular a cargo ship, with at least two Magnus rotors, wherein at least one Magnus rotor is provided on the port side of the ship and at least one Magnus rotor on the starboard side of the ship. The method comprises a step of detecting the wind direction of a wind. The method further includes a step of operating the at least one Magnus rotor on the port side of the vessel in a rotational direction such that force is generated by the action between the wind and the at least one Magnus rotor on the port side of the vessel which is directed substantially in the direction of forward or backward movement of the ship. At the same time, the at least one Magnus rotor on the starboard side of the ship with the Directed rotation direction, which is opposite to the direction of rotation of the at least one Magnus rotor on the port side of the ship, so that by the action between wind and the at least one Magnus rotor on the starboard side of the ship, a force is generated in the Essentially opposite to the direction of the force of the at least one Magnus rotor is directed on the port side of the ship.
Dieses Verfahren ist vorteilhaft, da durch die auf der Backbord-Seite des Schiffes und der Steuerbord-Seite des Schiffes entgegengesetzt gerichtet erzeugten Kräfte ein Drehmoment um den Schwerpunkt des Schiffes erzeugt wird. Mittels dieses Drehmoments kann das Schiff in eine gewünschte Richtung gedreht werden, die durch die jeweiligen Umdrehungsrichtungen der backbordseitigen und steuerbordseitigen Magnus-Rotoren vorgegeben werden kann. Erfährt das Schiff dabei keine sonstige vorwärts- oder rückwärtsgerichtete Kraft, erfolgt die Drehung des Schiffes im Wesentlichen auf der Stelle. Wird z. B. durch eine Schraube eine vorwärts- oder rückwärtsgerichtete Kraft erzeugt, so kann das Schiff mittels dieses Drehmoments in die eine oder andere Richtung ausgelenkt werden, ohne hierfür eine Ruderanlage einzusetzen oder um diese bei der Auslenkung zu unterstützen. Der Grad der Auslenkung durch den Magnus-Effekt lässt sich dabei durch die jeweiligen Umdrehungsgeschwindigkeiten der Magnus-Rotoren vorgeben.This method is advantageous in that a torque is generated around the center of gravity of the ship by the forces generated on the port side of the ship and the starboard side of the ship. By means of this torque, the ship can be rotated in a desired direction, which can be specified by the respective directions of rotation of the port and starboard Magnus rotors. If the ship does not experience any other forward or backward directed force, the ship's rotation essentially takes place on the spot. If z. B. generated by a screw forward or backward force, the ship can be deflected by means of this torque in one or the other direction, without using a rudder or to assist in the deflection. The degree of deflection by the Magnus effect can be determined by the respective rotational speeds of the Magnus rotors.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben eines Schiffes, insbesondere Frachtschiffes, mit wenigstens zwei Magnus-Rotoren, wobei wenigstens ein Magnus-Rotor auf der Backbord-Seite des Schiffes und wenigstens ein Magnus-Rotor auf der Steuerbord-Seite des Schiffes vorgesehen ist. Das Verfahren weist einen Schritt des Erfassens der Windrichtung eines Windes auf. Das Verfahren weist ferner einen Schritt des Betreibens des wenigstens einen Magnus-Rotors auf der Backbord-Seite des Schiffes und des wenigstens einen Magnus-Rotors auf der Steuerbord-Seite des Schiffes mit der gleichen Umdrehungsrichtung auf, so dass durch die Wirkung zwischen Wind und den wenigstens zwei Magnus-Rotoren eine Kraft erzeugt wird, die im Wesentlichen in Richtung der Vorwärtsrichtung oder der Rückwärtsbewegung des Schiffes gerichtet ist. Dabei ist die Umdrehungsgeschwindigkeit des wenigstens einen Magnus-Rotors auf der Backbord-Seite des Schiffes unterschiedlich zu der Umdrehungsgeschwindigkeit des wenigstens einen Magnus-Rotors auf der Steuerbord-Seite des Schiffes.The invention also relates to a method for operating a ship, in particular a cargo ship, with at least two Magnus rotors, wherein at least one Magnus rotor is provided on the port side of the ship and at least one Magnus rotor on the starboard side of the ship. The method comprises a step of detecting the wind direction of a wind. The method further comprises a step of operating the at least one Magnus rotor on the port side of the ship and the at least one Magnus rotor on the starboard side of the ship with the same direction of rotation, so that by the action between wind and the At least two Magnus rotors are generated a force which is directed substantially in the direction of forward or backward movement of the ship. The speed of rotation of the at least one Magnus rotor on the port side of the ship is different from the rotational speed of the at least one Magnus rotor on the starboard side of the ship.
Dieses Verfahren ist vorteilhaft, da hierdurch bei einer Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung, die zumindest teilweise durch die Magnus-Rotoren hervorgerufen wird, eine Auslenkung des Schiffes nur oder unterstützend durch die Magnus-Rotoren erfolgen kann. So kann die Auslenkung gemeinsam mit einer Ruderanlage erfolgen, um diese zu unterstützen, oder auch alleinig durch den erfindungsgemäßen Betrieb der Magnus-Rotoren, um die Ruderanlage vollständig zu entlasten.This method is advantageous, since in a forward or backward movement, which is caused at least partially by the Magnus rotors, a deflection of the ship can only take place or supportive by the Magnus rotors. Thus, the deflection can be done together with a rudder to assist them, or even solely by the operation of the invention Magnus rotors to completely relieve the rudder.
Ausführungsbeispiele und Vorteile der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf folgende Figuren näher erläutert:Exemplary embodiments and advantages of the invention are explained in more detail below with reference to the following figures:
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Schiffes mit vier Magnus-Rotoren; 1 shows a perspective view of a ship with four Magnus rotors;
2 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuerung des Schiffes mit vier Magnus-Rotoren; 2 shows a block diagram of a control of the ship with four Magnus rotors;
3 zeigt eine perspektivische Detailansicht des Schiffes mit vier Magnus-Rotoren; 3 shows a perspective detail view of the ship with four Magnus rotors;
4 zeigt eine schematische Draufsicht des Schiffes mit vier Magnus-Rotoren; 4 shows a schematic plan view of the ship with four Magnus rotors;
5 zeigt eine schematische Draufsicht des Schiffes mit vier Magnus-Rotoren zur Erzeugung einer Vortriebskraft; 5 shows a schematic plan view of the ship with four Magnus rotors to produce a propulsive force;
6 zeigt eine schematische Draufsicht des Schiffes mit vier Magnus-Rotoren zur Erzeugung einer Rücktriebskraft; 6 shows a schematic plan view of the ship with four Magnus rotors to generate a recoil force;
7 zeigt eine schematische Draufsicht des Schiffes mit vier Magnus-Rotoren zur Erzeugung eines Moments um den Schiffsschwerpunkt; und 7 shows a schematic plan view of the ship with four Magnus rotors to generate a moment around the ship's center of gravity; and
8 zeigt eine schematische Draufsicht des Schiffes mit vier Magnus-Rotoren zur Erzeugung einer Vortriebskraft und eines Moments um den Schiffsschwerpunkt; 8th shows a schematic plan view of the ship with four Magnus rotors to generate a driving force and a moment around the ship's center of gravity;
9 eine schematische Querschnittsansicht eines Magnus-Rotors gemäß der vorliegenden Erfindung, 9 a schematic cross-sectional view of a Magnus rotor according to the present invention,
10 eine schematische Draufsicht auf einen Magnus-Rotor eines Schiffs, mit einer Rotor-Aufnahme, 10 a schematic plan view of a Magnus rotor of a ship, with a rotor receptacle,
11 die Darstellung aus 10 mit einem Vektordiagramm, 11 the presentation 10 with a vector diagram,
12 die Darstellung aus 10 und 11 mit einem Vektordiagramm, und 12 the presentation 10 and 11 with a vector diagram, and
13 die Darstellung aus 12 mit einem alternativen Vektordiagramm. 13 the presentation 12 with an alternative vector diagram.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Schiffes mit vier Magnus-Rotoren 10. Das Schiff weist dabei einen Rumpf, bestehend aus einem Unterwasserbereich 16 und einem Überwasserbereich 15 auf. Ferner weist das Schiff vier Magnus-Rotoren 10 auf, welche an den vier Ecken des Rumpfes angeordnet und vorzugsweise zylindrisch ausgestaltet sind. Die vier Magnus-Rotoren 10 stellen hierbei windbetriebene Antriebe für das erfindungsgemäße Schiff dar. Das Schiff weist eine im Vorschiff angeordnete Brücke 30 auf. Das Schiff weist unter Wasser eine Schraube 50 bzw. einen Propeller 50 sowie eine Ruderanlage 60 oder ein Ruder 60 auf. Für eine verbesserte Manövrierfähigkeit kann das Schiff ebenfalls Querstrahlruder aufweisen, wobei vorzugsweise eines am Heck und eines bis zwei Querstrahlruder am Bug vorgesehen sind (nicht dargestellt). Vorzugsweise sind diese Querstrahlruder elektrisch angetrieben. Hierbei weisen die Brücke 30 sowie alle Aufbauten oberhalb des Wetterdecks 14 eine aerodynamische Formgebung auf, um den Windwiderstand zu reduzieren. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass scharfe Kanten und scharfkantige Anbauteile im Wesentlichen vermieden werden. Um den Windwiderstand zu minimieren und eine aerodynamische Formgebung zu erreichen, werden möglichst wenige Aufbauten vorgesehen. 1 shows a perspective view of a ship with four Magnus rotors 10 , The ship has a hull, consisting of an underwater area 16 and one Above water 15 on. Furthermore, the ship has four Magnus rotors 10 on, which are arranged at the four corners of the hull and preferably cylindrical. The four Magnus rotors 10 in this case represent wind-driven drives for the ship according to the invention. The ship has a bridge arranged in the forecastle 30 on. The ship has a screw underwater 50 or a propeller 50 as well as a steering gear 60 or a rudder 60 on. For improved maneuverability, the ship may also have transverse thrusters, preferably one at the stern and one to two transverse thrusters at the bow (not shown). Preferably, these transverse thrusters are electrically driven. Here are the bridge 30 as well as all superstructures above the weather deck 14 an aerodynamic shape to reduce the wind resistance. This is achieved in particular by substantially avoiding sharp edges and sharp-edged attachments. In order to minimize the wind resistance and to achieve an aerodynamic shaping, as few superstructures are provided.
Das Schiff weist eine Längsachse 3 auf, die parallel zu der Kiellinie und horizontal verlaufend angeordnet ist. Die Längsachse 3 entspricht somit bei gerader Fahrt (und ohne den Betrieb von Querstrahlrudern) der Fahrtrichtung des Schiffes.The ship has a longitudinal axis 3 on, which is arranged parallel to the keel line and extending horizontally. The longitudinal axis 3 thus corresponds in straight travel (and without the operation of Querstrahlrudern) the direction of travel of the ship.
2 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuerung des Schiffes mit vier Magnus-Rotoren. Jeder der vier Magnus-Rotoren 10 weist einen eigenen Motor M sowie einen separaten Umrichter U auf. Die Umrichter U sind mit einer zentralen Steuereinheit SE verbunden. Ein Dieselantrieb DA ist mit einem Generator G verbunden, um elektrische Energie zu erzeugen. Dabei kann statt eines Dieselantriebs DA auch ein Verbund von mehreren einzelnen Dieselantrieben DA mit dem Generator G oder einer entsprechenden Anzahl von einzelnen Generatoren G verbunden sein, die jeweils als Ganzes betrachtet nach außen die gleiche Leistung zur Verfügung stellen wie ein entsprechend einzelner großer Dieselantrieb DA oder Generator G. Die jeweiligen Umrichter U sind mit dem Generator G verbunden. Ferner ist ein Hauptantrieb HA gezeigt, welcher ebenfalls mit einem Elektromotor M verbunden ist, welcher wiederum mit einem separaten Frequenzumrichter U sowohl mit der Steuereinheit SE als auch mit dem Generator G verbunden ist. Die vier Magnus-Rotoren 10 können hierbei sowohl einzeln als auch unabhängig voneinander gesteuert werden. 2 shows a block diagram of a control of the ship with four Magnus rotors. Each of the four Magnus rotors 10 has its own motor M and a separate inverter U on. The inverters U are connected to a central control unit SE. A diesel engine DA is connected to a generator G to generate electrical energy. In this case, instead of a diesel drive DA, a group of several individual diesel drives DA can also be connected to the generator G or a corresponding number of individual generators G which, viewed as a whole, provide the same output to the outside as a correspondingly large single diesel engine DA or Generator G. The respective inverter U are connected to the generator G. Further, a main drive HA is shown, which is also connected to an electric motor M, which in turn is connected to a separate frequency converter U with both the control unit SE and with the generator G. The four Magnus rotors 10 can be controlled both individually and independently.
Die Steuerung der Magnus-Rotoren 10 sowie des Hauptantriebes HA erfolgt durch die Steuereinheit SE, welche aus den aktuellen Windmessungen (Windgeschwindigkeit, Windrichtung) E1, E2 sowie anhand der Informationen zu Soll- und Ist-Fahrtgeschwindigkeit E3 (sowie optional anhand von Navigationsinformationen von einer Navigationseinheit NE) die entsprechende Drehzahl und Drehrichtung für den einzelnen Magnus-Rotor 10 sowie des Hauptantriebes HA bestimmt, um eine gewünschte Vortriebskraft zu erreichen. Die Steuereinheit SE regelt in Abhängigkeit der Schubkraft der vier Magnus-Rotoren 10 sowie der aktuellen Schiffsgeschwindigkeit und dem Sollwert der Geschwindigkeit die Hauptantriebsanlage HA stufenlos herunter, soweit dies erforderlich ist. So kann die Windenergieleistung unmittelbar und automatisch in eine Kraftstoffersparnis umgesetzt werden. Durch die unabhängige Steuerung der Magnus-Rotoren 10 kann das Schiff auch ohne Hauptantrieb HA gesteuert werden. Insbesondere kann durch entsprechende Steuerung der jeweiligen Magnus-Rotoren 10 eine Stabilisierung des Schiffs bei einem starken Seegang erreicht werden.The control of the Magnus rotors 10 and the main drive HA is performed by the control unit SE, which from the current wind measurements (wind speed, wind direction) E1, E2 and based on the information on target and actual speed E3 (and optionally on the basis of navigation information from a navigation unit NE) the corresponding speed and Direction of rotation for the single Magnus rotor 10 and the main drive HA determined to achieve a desired driving force. The control unit SE regulates depending on the thrust of the four Magnus rotors 10 as well as the current ship speed and the setpoint of the speed, the main propulsion system HA down steplessly, as far as necessary. Thus, the wind energy performance can be converted directly and automatically into a fuel economy. Due to the independent control of the Magnus rotors 10 the ship can also be controlled without the main engine HA. In particular, by appropriate control of the respective Magnus rotors 10 a stabilization of the ship can be achieved in a strong sea state.
Ferner können ein oder mehrere Querstrahlruder QSA vorgesehen werden, um die Manövrierbarkeit des Schiffes zu verbessern. Hierbei können ein Querstrahlruder QSA hinten sowie ein bis zwei Querstrahlruder QSA vorne am Schiff vorgesehen sein. Jedem Querstrahlruder QSA sind ein Motor M zum Antrieb sowie ein Umrichter U zugeordnet. Der Umrichter U ist wiederum mit der zentralen Steuereinheit SE und dem Generator G verbunden. Somit können die Querstrahlruder (lediglich eins ist in der 2 gezeigt) ebenfalls zum Steuern des Schiffes verwendet werden, da sie mit der zentralen Steuereinheit SE (über den Umrichter U) verbunden sind. Die Querstrahlruder QSA können jeweils einzeln hinsichtlich ihrer Drehzahl und Drehrichtung von der zentralen Steuereinheit SE angesteuert werden. Die Steuerung kann dabei wie oben beschrieben erfolgen.Furthermore, one or more transverse thrusters QSA may be provided to enhance the maneuverability of the ship. Here, a transverse thruster QSA rear and one to two transverse thrusters QSA front of the ship may be provided. Each transverse thruster QSA is assigned a motor M to the drive and a converter U. The inverter U is in turn connected to the central control unit SE and the generator G. Thus, the transverse thrusters (only one is in the 2 also shown) are used to control the ship since they are connected to the central control unit SE (via the inverter U). The transverse thrusters QSA can each be individually controlled in terms of their speed and direction of rotation of the central control unit SE. The control can be carried out as described above.
3 zeigt eine perspektivische Detailansicht des Schiffes mit vier Magnus-Rotoren 10. Dargestellt ist die Steuerung eines einzelnen der vier Magnus-Rotoren 10. Dabei sind dargestellt die Steuereinheit SE zur Ansteuerung des Dieselantriebs DA, des Generators G und des Umrichters U des einen Magnus-Rotors 10. Der Dieselantrieb DA dient dazu, den Generator G anzutreiben, der dann wiederum elektrische Energie erzeugt und diese u. a. in den dargestellten Umrichter U einspeist. Der Umrichter U führt diese elektrische Energie gemäß seiner Ansteuerung durch die Steuereinheit SE dem Motor M zu, um diesen hinsichtlich Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit gemäß der Vorgabe der Steuereinheit SE zu betreiben. Dabei kann der Generator G seine elektrische Energie auch weiteren Verbrauchern, wie den Umrichtern U der weiteren drei Magnus-Rotoren 10 der 1 oder auch dem Bordnetz oder Querstrahlrudern und dergleichen zuführen. Auch kann der Umrichter U aus anderen Quellen elektrische Energie erhalten. 3 shows a perspective detail view of the ship with four Magnus rotors 10 , Shown is the control of a single one of the four Magnus rotors 10 , In this case, the control unit SE for controlling the diesel engine DA, the generator G and the inverter U of a Magnus rotor are shown 10 , The diesel drive DA serves to drive the generator G, which in turn generates electrical energy and feeds it, inter alia, into the illustrated converter U. The converter U supplies this electrical energy to the motor M in accordance with its control by the control unit SE in order to operate it in terms of the direction of rotation and rotational speed in accordance with the specification of the control unit SE. In this case, the generator G its electrical energy and other consumers, such as the inverters U of the other three Magnus rotors 10 of the 1 or to the electrical system or Querstrahlrudern and the like out. Also, the inverter U can receive electrical energy from other sources.
Die Steuereinheit SE ist mit einer Bedieneinheit BE verbunden, die z. B. auf der Brücke des Schiffes angeordnet sein kann. Über diese Bedieneinheit BE können Eingaben durch das Personal des Schiffes an die Steuereinheit SE getätigt werden. Die Bedieneinheit BE kann Eingabemöglichkeiten, wie eine Tastatur oder ein Touchscreen-Display, aufweisen. Ebenso können Knöpfe zum Drücken oder Drehen, Taster, Schalter, Hebel oder dergleichen als Eingabemittel vorgesehen sein. Diese können physisch ausgeprägt und bzw. oder z. B. auf einem Touchscreen-Display virtuell dargestellt sein. Auch ist es möglich, Eingaben an die Steuereinheit SE mittels Spracheingabe, z. B. über ein Mikrophon, zu tätigen. Ferner können mittels der Bedieneinheit BE auch Informationen und Meldungen der Steuereinheit SE angezeigt und ausgegeben werden, z. B. optisch auf Anzeigeelementen wie Displays oder Monitoren, akustisch über Lautsprecher etc. als Signal- oder Warntöne oder gesprochene Mitteilung oder auch mittels Drucker oder Plotter als Ausdruck auf Papier oder dergleichen.The control unit SE is connected to an operating unit BE, the z. B. on the bridge of Ship can be arranged. About this control unit BE inputs can be made by the staff of the ship to the control unit SE. The operating unit BE can have input options, such as a keyboard or a touchscreen display. Likewise, buttons for pressing or turning, buttons, switches, levers or the like may be provided as input means. These can be physically pronounced and / or z. B. be displayed virtually on a touchscreen display. It is also possible inputs to the control unit SE by means of voice input, z. B. via a microphone to make. Furthermore, by means of the operating unit BE, information and messages of the control unit SE can be displayed and output, for. B. optically on display elements such as displays or monitors, acoustically via speakers, etc. as a signal or warning tones or spoken message or by means of printer or plotter as an expression on paper or the like.
4 zeigt eine schematische Draufsicht des Schiffes mit vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d. Dabei sind die vier Magnus-Rotoren 10 der 1 als Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d dargestellt. Die Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d werden jeweils von den vier Motoren Ma, Mb, Mc und Md angetrieben, die ihrerseits jeweils von den vier Umrichtern Ua, Ub, Uc und Ud gespeist und angesteuert werden. Die vier Umrichter Ua, Ub, Uc und Ud werden von der Steuereinheit SE angesteuert, die ihre Eingaben über die Bedieneinheit BE erhält. Dabei müssen die in der 4 dargestellten Positionen der Motoren Ma, Mb, Mc und Md und Umrichter Ua, Ub, Uc und Ud nicht der realen Anordnung entsprechen, da in dieser schematischen Draufsicht lediglich der prinzipielle Zusammenhang der Steuerung der Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d dargestellt werden soll. 4 shows a schematic plan view of the ship with four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d , Here are the four Magnus rotors 10 of the 1 as Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d shown. The Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d are each driven by the four motors Ma, Mb, Mc and Md, which in turn are each fed and controlled by the four inverters Ua, Ub, Uc and Ud. The four inverters Ua, Ub, Uc and Ud are controlled by the control unit SE, which receives its inputs via the operating unit BE. The must in the 4 shown positions of the motors Ma, Mb, Mc and Md and inverter Ua, Ub, Uc and Ud do not correspond to the real arrangement, since in this schematic plan view only the basic context of the control of the Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d should be displayed.
Erfindungsgemäß können somit die Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d jeder individuell durch die Steuereinheit SE mittels der Umrichter Ua, Ub, Uc und Ud angesteuert werden. Somit ist es möglich, jedem Magnus-Rotor 10a, 10b, 10c und 10d eine eigene Drehgeschwindigkeit und eine eigene Drehrichtung von zwei möglichen Drehrichtungen zu geben. Dabei können diese Vorgaben einerseits durch die Bedieneinheit BE vorgenommen werden, d. h. über die Bedieneinheit BE können direkt Vorgaben für jeden einzelnen der vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d getätigt werden, die dann von der Steuereinheit SE in entsprechende Steuerungssignale für die Umrichter Ua, Ub, Uc und Ud umgesetzt werden. Andererseits können durch die Bedieneinheiten BE auch Verhaltensweisen des Schiffes vorgegeben werden, die dann von der Steuereinheit weiterverarbeitet werden, um jeden einzelnen Magnus-Rotor 10a, 10b, 10c und 10d derart anzusteuern, dass das Zusammenwirken aller vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d das vorgegebene Schiffsverhalten bewirkt.According to the invention thus the Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d each individually controlled by the control unit SE by means of the inverter Ua, Ub, Uc and Ud. Thus it is possible to use any Magnus rotor 10a . 10b . 10c and 10d to give its own rotational speed and its own direction of rotation of two possible directions of rotation. These specifications can be made on the one hand by the control unit BE, ie on the control unit BE can directly specifications for each of the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d are made, which are then implemented by the control unit SE in corresponding control signals for the inverter Ua, Ub, Uc and Ud. On the other hand, behaviors of the ship can also be predetermined by the operating units BE, which are then further processed by the control unit to each individual Magnus rotor 10a . 10b . 10c and 10d such that the interaction of all four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d the prescribed ship behavior causes.
Die Möglichkeiten, die sich aus dieser individuellen Ansteuerung der vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d für das erfindungsgemäße Schiff ergeben, sollen im Folgenden dargestellt werden.The possibilities resulting from this individual control of the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d for the ship according to the invention, will be shown below.
5 zeigt eine schematische Draufsicht des Schiffes mit vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d zur Erzeugung einer Vortriebskraft. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit sind in dieser Darstellung die vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d ohne die Motoren Ma, Mb, Mc und Md, Umrichter Ua, Ub, Uc und Ud, Steuereinheit SE und Bedieneinheit BE der 4 gezeigt. In dieser Darstellung wirkt von links, d. h. von Backbord, ein Wind W auf das Schiff bzw. die Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d. Um gemäß dem Magnus-Effekt eine Vortriebskraft zu erzeugen, werden die Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d daher so von der Steuereinheit SE angesteuert, dass sie sich rechtsherum, d. h. im Uhrzeigersinn, drehen. Um ferner durch alle vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d die jeweils gleiche Vortriebskraft zu erzeugen, werden diese auch mit der gleichen Umdrehungsgeschwindigkeit betrieben. Dabei wird zur Vereinfachung unterstellt, dass die Windgeschwindigkeit, auf die die Umdrehungsgeschwindigkeit der Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d abgestimmt wird, für alle vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d als gleich angenommen werden kann. Nichtsdestotrotz ist es jedoch auch möglich, für jeden einzelnen Magnus-Rotor 10a, 10b, 10c und 10d eine eigene Windgeschwindigkeit zu bestimmen und die Umdrehungsgeschwindigkeit eines jeden einzelnen Magnus-Rotors 10a, 10b, 10c und 10d dieser anzupassen, um für jeden einzelnen Magnus-Rotor 10a, 10b, 10c und 10d die gleiche Vortriebskraft zu erzielen. 5 shows a schematic plan view of the ship with four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d for generating a driving force. To improve the clarity in this illustration, the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d without the motors Ma, Mb, Mc and Md, inverters Ua, Ub, Uc and Ud, control unit SE and control unit BE of the 4 shown. In this illustration, a wind W acts on the ship or the Magnus rotors from the left, ie from port 10a . 10b . 10c and 10d , To create a propulsive force according to the Magnus effect, the Magnus rotors become 10a . 10b . 10c and 10d Therefore, so controlled by the control unit SE that they turn clockwise, ie clockwise. To further through all four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d to produce the same driving force, they are also operated at the same rotational speed. It is assumed for simplicity that the wind speed to which the rotational speed of the Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d is tuned for all four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d can be assumed to be the same. Nonetheless, it is possible for every single Magnus rotor 10a . 10b . 10c and 10d determine your own wind speed and the rotational speed of each individual Magnus rotor 10a . 10b . 10c and 10d this adapt to every single Magnus rotor 10a . 10b . 10c and 10d to achieve the same driving force.
Werden die Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d derart angesteuert, dass jeder von ihnen die gleiche Vortriebskraft Fvor erzeugt, so addieren sich die vier Vortriebskräfte Fvor,1, Fvor,2, Fvor,3 und Fvor,4 zu einer Gesamtvortriebskraft gesamt des Schiffes, die diese durch die Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d erfährt. Gleichzeitig treten idealerweise keinerlei seitliche Kräfte oder ein Moment um den Schwerpunkt des Schiffes auf.Will the Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d controlled so that each of them produces the same driving force F before , so add the four propulsive forces F before, 1 , F before, 2 , F before, 3 and F before, 4 to a total propulsion force total of the ship, this by the Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d experiences. At the same time, ideally no lateral forces or a moment occur around the center of gravity of the ship.
6 zeigt eine schematische Draufsicht des Schiffes mit vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d zur Erzeugung einer Rücktriebskraft. Hierzu werden die vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d bei gleichen Windverhältnissen, wie in der 5 angenommen, mit der entgegengesetzten Umdrehungsrichtung angesteuert, wie sie in der 5 zur Erzeugung der Vortriebskraft verwendet wurde. Dies bedeutet in dem in der 6 dargestellten Fall eines Windes W von Backbord, dass die vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d zur Erzeugung einer Rücktriebskraft linksherum, d. h. gegen den Uhrzeigersinn, gedreht angetrieben werden. Dabei können auch in diesem Fall die vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d mit unterschiedlichen Umdrehungsdrehzahlen angetrieben werden, um jeweils die gleiche Rücktriebskraft Frück je Magnus-Rotor 10a, 10b, 10c und 10d zu erreichen. Diese vier einzelnen Rücktriebskräfte Frück,1, Frück,2, Frück,3 und Frück,4 addieren sich zu einer Gesamtrücktriebskraft Frück,gesamt. Gleichzeitig treten idealerweise keinerlei seitliche Kräfte oder ein Moment um den Schwerpunkt des Schiffes auf. 6 shows a schematic plan view of the ship with four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d for generating a return force. To do this, the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d in the same wind conditions as in the 5 assumed to be driven in the opposite direction of rotation, as in the 5 was used to generate the driving force. This means in the in the 6 portrayed case of a wind W of port that the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d to generate a return force to the left, that is, driven counterclockwise, rotated. Here, too, in this case, the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d are driven at different rotation speeds to each have the same rear driving force F reset each Magnus rotor 10a . 10b . 10c and 10d to reach. These four individual return forces F back, 1 , F back, 2 , F back, 3 and F return 4 add up to a total return force F back, total . At the same time, ideally no lateral forces or a moment occur around the center of gravity of the ship.
Diese Gesamtrücktriebskraft Frück,gesamt kann zum einen verwendet werden, um das erfindungsgemäße Schiff in die Rückwärtsrichtung anzutreiben, ebenso wie die Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt das erfindungsgemäße Schiff in die Vorwärtsrichtung antreiben kann. Dabei kann die jeweilige Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt oder Gesamtrücktriebskraft Frück,gesamt der vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d alleinig zum Antrieb des erfindungsgemäßen Schiffes verwendet werden, d. h. dass bei einer reinen Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt oder Gesamtrücktriebskraft Frück,gesamt keine seitlichen Kräfte oder Momente auftreten und das Schiff gradlinig vorwärts bzw. rückwärts fährt.This total return force F return, total can be used on the one hand to propel the ship according to the invention in the reverse direction, as well as the total driving force F before, the entire ship according to the invention can drive in the forward direction. In this case, the respective total propulsion force F before, total or total return force F back, total of the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d used solely for propulsion of the ship according to the invention, ie that in a pure total propulsion force F before, total or total return force F back, no lateral forces or moments occur and the ship moves straight forward or backward.
Hierbei ist zu beachten, dass aufgrund der Bewegung des Schiffes in dem sich selbst bewegenden Medium Wasser jederzeit Strömungen und Wellen an dem Unterwasserbereich 16 des Schiffes angreifen und über die Kräfte die Bewegungsrichtung, d. h. den Kurs des Schiffes, beeinflussen. Ebenso bewirkt der Wind W nicht nur den Magnus-Effekt, sondern greift an dem Überwasserbereich 15 des Schiffes an und bewirkt damit ebenfalls eine Auslenkung des Schiffes von seiner gewünschten Bewegungsrichtung sowie einen Versatz des Schiffes in die Richtung des Schiffes, in die der Wind weht, d. h. nach Lee. Diese See- und Windeinflüsse können bei der Navigation zu beachten sein, so dass eine ideale reine Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung eines Schiffes nur selten auftreten wird, sondern sich vielmehr die erzeugte Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt oder Gesamtrücktriebskraft Frück,gesamt der vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d mit den angreifenden Naturkräften zu einer realen Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung des Schiffes überlagern.It should be noted that due to the movement of the vessel in the self-moving medium water at any time currents and waves at the underwater area 16 attack the ship and the forces on the direction of movement, ie the course of the ship, influence. Similarly, the wind W not only causes the Magnus effect, but engages the overwater area 15 the ship and thus also causes a deflection of the ship from its desired direction of movement and a displacement of the ship in the direction of the ship, in which the wind blows, ie to the lee. These nautical and wind influences can be observed in the navigation, so that an ideal pure forward or backward movement of a ship will occur only rarely, but rather the total propulsive force F produced before, total or total return force F back, total of four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d overlap with the attacking forces of nature to a real forward or backward movement of the ship.
Ferner können zusätzlich sowohl in die Vorwärtsrichtung als auch in die Rückwärtsrichtung noch weitere Antriebe des Schiffes wirken. So kann Vorwärtsfahrt oder Rückwärtsfahrt des Schiffes durch eine Vortriebskraft Fvor,Schraube bzw. Rücktriebskraft Frück,Schraube einer Schiffsschraube 50 oder dergleichen unterstützt werden. Ferner können auch bei der Vorwärtsfahrt oder Rückwärtsfahrt des Schiffes seitliche Kräfte z. B. durch Querstrahlruder eingeleitet werden, um das Schiff seitlich auszulenken. Ebenso können über die Ruderanlage 60 seitliche Kräfte zur Auslenkung des Schiffes ausgeübt werden. Alle diese Kräfte addieren sich zu einer gesamten Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung des Schiffes.Furthermore, additional drives of the ship may additionally act both in the forward direction and in the reverse direction. Thus, forward driving or reverse driving of the ship by a driving force F before, screw or return force F back, screw a ship's propeller 50 or the like. Furthermore, lateral forces z., For example, during forward travel or reverse travel of the ship. B. be initiated by transverse thruster to deflect the ship sideways. Likewise, over the steering gear 60 lateral forces are exerted to deflect the ship. All these forces add up to a total forward or backward movement of the ship.
Des Weiteren kann die Gesamtrücktriebskraft Frück,gesamt gesamt der vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d auch dazu verwendet werden, ein sich in Vorwärtsfahrt befindliches Schiff abzubremsen, um einerseits die Vorwärtsfahrt zu verringern oder andererseits seine Vorwärtsbewegung vollständig aufzuheben. Dieser Fall kann dann auftreten, falls sich das Schiff in der Vorwärtsbewegung befindet und dann die Gesamtrücktriebskraft Frück,gesamt der vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d eingeleitet wird.Furthermore, the total return force F back, total of the total four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d also be used to decelerate a ship in forward motion, on the one hand to reduce the forward travel or on the other hand to completely cancel its forward movement. This case can then occur if the ship is in forward motion and then the total return force F return, total of the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d is initiated.
Dabei kann die Vorwärtsbewegung durch die Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt der vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d und bzw. oder durch die Vortriebskraft Fvor,Schraube einer Schiffsschraube 50 oder dergleichen hervorgerufen sein. Wird die Vorwärtsbewegung des Schiffes, zumindest teilweise, durch die Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt der vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d erzeugt, so sind die vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d hinsichtlich ihrer Umdrehungsgeschwindigkeit bis zu ihrem Stillstand zu verringern. Dann ist die Umdrehungsrichtung umzukehren und die Umdrehungsgeschwindigkeit zu erreichen, mit der die Gesamtrücktriebskraft Frück,gesamt der vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d erreicht werden soll. Dabei ist das Abbremsen der vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d und das Umkehren und Beschleunigen in die entgegengesetzte Umdrehungsrichtung zwischen den vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d durch die Steuereinheit SE derart zu koordinieren, dass in jedem Zeitpunkt der Umkehr von Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt auf Gesamtrücktriebskraft Frück,gesamt möglichst nur Kräfte in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung wirken, um seitliche Kräfte und Momente durch die vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d zu vermeiden. Wird das Schiff durch andere Antriebskräfte wie die Vortriebskraft Fvor,Schraube einer Schiffsschraube 50 oder dergleichen vorwärtsgetrieben, d. h. die vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d befinden sich im Stillstand, dann sind diese zur Einleitung einer Abbremsung durch den Magnus-Effekt in die entsprechende Umdrehungsrichtung auf die erforderliche Umdrehungsgeschwindigkeit ebenso hochzufahren, wie für den Fall der Kraftumkehr zuvor beschrieben.In this case, the forward movement by the total driving force F before, total of the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d and / or by the driving force F before, screw a ship's propeller 50 or the like. Is the forward movement of the ship, at least in part, by the total propulsion force F before, total of the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d generated, so are the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d in terms of their rotational speed to a standstill. Then, reverse the direction of rotation and reach the rotational speed with which the total return force F recovers, the total of the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d should be achieved. Here is the braking of the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d and reversing and accelerating in the opposite direction of rotation between the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d to be coordinated by the control unit SE so that at any time of the reversal of total propulsion force F back , total on total return force F back, as far as possible only act forces in the forward or reverse direction to lateral forces and moments by the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d to avoid. If the ship is propelled by other driving forces, such as the propulsive force F , the propeller of a ship's propeller 50 or the like, that is, the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d are at a standstill, then these are to raise the initiation of deceleration by the Magnus effect in the appropriate direction of rotation to the required rotational speed as well as in the case of force reversal previously described.
Dabei ist das Abbremsen eines Schiffes von besonderer Bedeutung, da sich dieses im Medium Wasser schwimmend bewegt und keinen festen Untergrund, wie z. B. ein Kraftfahrzeug, besitzt, gegenüber dem eine Bremskraft aufgebracht werden kann. So werden Schiffe bislang dadurch abgebremst, dass die Drehrichtung der Schraube 50 umgedreht wird und hierdurch eine der Vorwärtsbewegung entgegengesetzte Kraft im Wasser erzeugt wird. Diese Abbremsung wirkt jedoch nur sehr langsam aufgrund der enormen Trägheit der meist sehr großen Schiffe, insbesondere Frachtschiffe, so dass eine Abbremsung bereits lange Zeit vor dem Zeitpunkt des Erreichens des Stillstands des Schiffes eingeleitet werden muss. Hierdurch kann ein Schiff, insbesondere Frachtschiff, kaum eine Bremsung durchführen, um z. B. eine Kollision mit einem anderen Schiff oder dergleichen zu vermeiden. Ferner führt die Erzeugung einer Rückwärtskraft der Schraube 50 zur Abbremsung des Schiffes im Wasser auch zu einer seitlichen Kraft, die das Schiff von seinem eigentlichen Kurs ablenkt und durch die Ruderanlage 60 ausgeglichen werden muss. Wird gar eine Abbremsung mit voller Rückwärtskraft der Schraube 50 durchgeführt, kann diese seitliche Kraft sogar derart stark werden, dass sie durch die Ruderanlage 60 nicht mehr kompensiert werden kann und das Schiff aus dem Kurs läuft.Here, the deceleration of a ship is of particular importance, since this moves floating in the medium of water and no solid ground, such. As a motor vehicle, has, against which a braking force can be applied. So far ships are braked by the fact that the direction of rotation of the screw 50 is turned around and thereby a forward force in the opposite direction of the water is generated. However, this deceleration acts only very slowly due to the enormous inertia of the usually very large ships, especially cargo ships, so that a deceleration must be initiated long before the time of reaching the stoppage of the ship. As a result, a ship, especially cargo ship, hardly perform a stunt to z. B. to avoid a collision with another ship or the like. Furthermore, the generation of a reverse force of the screw 50 to decelerate the ship in the water also to a lateral force, which deflects the ship from its actual course and the rudder 60 must be compensated. Will even a deceleration with full backward force of the screw 50 This lateral force can even become so strong that it is driven by the steering gear 60 can not be compensated and the ship is running out of course.
Daher ist es besonders vorteilhaft, durch die vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d das Abbremsen eines Schiffes zu unterstützen oder alleinig durchzuführen. Hierdurch kann eine höhere Rücktriebskraft als nur durch die Schraube 50 alleine erzeugt werden, so dass gerade bei einer Bremsung mit voller Kraft zur Vermeidung einer Kollision eine schnellere Bremsung bis zum Stillstand erreicht werden kann. Ferner kann auch bei der alleinigen Abbremsung mittels Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d die seitlich wirkende Kraft durch die Schraube 50 vermieden und das Schiff auch beim Abbremsen durch die Ruderanlage 60 oder dergleichen sicher auf Kurs gehalten werden.Therefore, it is particularly advantageous through the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d to assist the deceleration of a ship or to perform it alone. This allows a higher return force than just by the screw 50 can be generated alone, so that especially when braking with full force to avoid a collision faster braking can be achieved to a standstill. Furthermore, even with the sole braking by means of Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d the lateral force through the screw 50 avoided and the ship also when braking by the rudder 60 or the like, are kept safely on course.
7 zeigt eine schematische Draufsicht des Schiffes mit vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d zur Erzeugung eines Moments um den Schiffsschwerpunkt. Hierzu wird der gleiche von Backbord angreifende Wind W wie in den 5 und 6 angenommen. Die vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d werden dabei von der Steuereinheit SE derart angesteuert, dass sich die beiden Magnus-Rotoren 10a und 10c so drehen, dass sie sich zu einer Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt addieren, und dass sich die beiden Magnus-Rotoren 10b und 10d so drehen, dass sie sich zu einer Gesamtrücktriebskraft Frück,gesamt addieren. Dies bedeutet in dem in der 7 dargestellten Fall, dass sich die beiden Magnus-Rotoren 10a und 10c rechtsherum, d. h. im Uhrzeigersinn, und die beiden Magnus-Rotoren 10b und 10d linksherum, d. h. gegen den Uhrzeigersinn drehen. 7 shows a schematic plan view of the ship with four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d for generating a moment around the ship's center of gravity. For this purpose, the same of port tacking wind W as in the 5 and 6 accepted. The four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d are controlled by the control unit SE such that the two Magnus rotors 10a and 10c turn so that they add up to a total driving force F before, total , and that the two Magnus rotors 10b and 10d turn so that they add up to a total return force F back, total . This means in the in the 7 illustrated case that the two Magnus rotors 10a and 10c clockwise, ie clockwise, and the two Magnus rotors 10b and 10d turn to the left, ie counterclockwise.
Somit wird durch die derart angesteuerten vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d auf der Backbord-Seite des Schiffes eine Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt und auf der Steuerbord-Seite des Schiffes eine Gesamtrücktriebskraft Frück,gesamt erzeugt. Da das Schiff jedoch als Ganzes ausgestaltet ist, d. h. die beiden Seiten des Schiffes miteinander verbunden sind, resultiert aus dieser Überlagerung von backbordseitiger Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt und steuerbordseitiger Gesamtrücktriebskraft Frück,gesamt ein Drehmoment Mm um den Schwerpunkt S des Schiffes. Dabei können die vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d mit der gleichen oder auch teilweise oder jeweils unterschiedlichen Umdrehungsgeschwindigkeiten betrieben werden.Thus, by the thus controlled four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d On the port side of the ship, a total propulsion force F before, total and on the starboard side of the ship a total return force F back, total generated. However, since the ship is configured as a whole, ie, the two sides of the ship are connected, results from this superposition of port overall driving force F , total and starboard side total return force F back, a total torque Mm to the center of gravity S of the ship. Here are the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d be operated with the same or even partially or in each case different rotational speeds.
Dieses Moment Mm bewirkt in dem in der 7 dargestellten Fall eine Drehung des Schiffes um seinen Schwerpunkt S rechtsherum, d. h. im Uhrzeigersinn. Durch eine Umkehrung der Umdrehungsrichtungen aller vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d kann jedoch auch ein Drehmoment Mm erzeugt werden, welches in die entgegengesetzte Richtung, d. h. linksherum, d. h. gegen den Uhrzeigersinn, wirkt.This moment Mm effects in the in the 7 illustrated case, a rotation of the ship about its center of gravity S rechtsherum, ie clockwise. By reversing the directions of rotation of all four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d However, a torque Mm can be generated, which acts in the opposite direction, ie anti-clockwise, ie anti-clockwise.
Dieses Drehmoment Mm kann zur Drehung des Schiffes auf der Stelle eingesetzt werden, um das Schiff hierdurch zu manövrieren. Dabei kann ein Drehmoment Mm in die eine Drehrichtung eingesetzt werden, um eine Drehung des Schiffes in diese Richtung einzuleiten. Ferner kann das entgegengesetzte Drehmoment Mm durch die Umkehr der Umdrehungsrichtung zum Abbremsen der Drehung des Schiffes verwendet werden. Dabei gelten diesbezüglich die gleichen Überlegungen wie beim Abbremsen des Schiffes nach 6.This torque Mm can be used to rotate the ship in place to maneuver the ship therethrough. In this case, a torque Mm can be used in the one direction of rotation to initiate a rotation of the ship in this direction. Further, the reverse torque Mm may be used by reversing the direction of rotation to brake the rotation of the ship. In this regard, the same considerations apply as in the braking of the ship 6 ,
Dabei sind die vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d zur Erzeugung eines reinen Drehmomentes um den Schiffsschwerpunkt derart anzusteuern, dass sie aufgrund ihrer Umdrehungsgeschwindigkeiten jeweils eine dem Betrag nach identische Kraft Fvor,1, Frück,2, Fvor,3 und Frück,4 erzeugen und sich die Kräfte Fvor,1 und Fvor,3 von den Kräften Frück,2 und Frück,4 lediglich durch ihr Vorzeichen, d. h. ihre Orientierung in die Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung des Schiffes unterscheiden.Here are the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d to generate a pure torque around the ship's center of gravity in such a way that due to their rotational speeds they generate in each case an identical force F before, 1 , F back, 2 , F , 3, and F return 4 , and the forces F , 1 and F before, 3 of the forces F back, 2 and F back, 4 only by their sign, ie their orientation in the forward or backward direction of the ship differ.
8 zeigt eine schematische Draufsicht des Schiffes mit vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d zur Erzeugung einer Vortriebskraft und eines Moments um den Schiffsschwerpunkt. Hier werden die vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d mit unterschiedlichen Umdrehungsgeschwindigkeiten in die gleichen Umdrehungsrichtungen angetrieben. In dem in der 8 gezeigten Fall greift erneut ein Wind W von Backbord an. Zur Erzeugung einer Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt werden die vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d entsprechend rechtsherum, d. h. im Uhrzeigersinn, angetrieben, vgl. 5. Dabei werden jedoch in dem in der 8 gezeigten Fall die beiden Magnus-Rotoren 10a und 10c an der Backbord-Seite des Schiffes mit einer höheren Umdrehungsdrehzahl angetrieben als die beiden Magnus-Rotoren 10b und 10d auf der Steuerbord-Seite des Schiffes. Hierdurch wird an der Backbord-Seite des Schiffes durch die Kräfte Fvor,1 und Fvor,3 eine höhere Vortriebskraft erzeugt als durch die Kräfte Fvor,2 und Fvor,4 an der Steuerbord-Seite des Schiffes. Dieser Überschuss an backbordseitiger Vortriebskraft gegenüber der steuerbordseitigen Vortriebskraft erzeugt ein Drehmoment Mm um den Schwerpunkt S des Schiffes, in diesem Fall ein Drehmoment Mm, das rechtsherum, d. h. im Uhrzeigersinn, wirkt, vgl. 7. Die Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt und das Drehmoment Mm überlagern sich zu einer Gesamtbewegung des Schiffes, so dass diese einerseits vorwärts und andererseits gleichzeitig nach rechts bewegt wird. 8th shows a schematic plan view of the ship with four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d for generating a driving force and a moment around the ship's center of gravity. Here are the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d driven at different rotational speeds in the same directions of rotation. In the in the 8th Again, a wind W attacks from port. To generate a total propulsion force F, the four Magnus rotors are total 10a . 10b . 10c and 10d accordingly clockwise, ie clockwise, driven, cf. 5 , However, in the in the 8th Case shown the two Magnus rotors 10a and 10c driven on the port side of the ship at a higher rotational speed than the two Magnus rotors 10b and 10d on the starboard side of the ship. As a result, on the port side of the ship by the forces F before, 1 and F before, 3 produces a higher propulsive force than by the forces F before, 2 and F before, 4 on the starboard side of the ship. This excess of port propulsion power relative to the starboard propulsion force produces a torque Mm about the center of gravity S of the vessel, in this case a torque Mm acting clockwise, ie, clockwise, cf. 7 , The total propulsion force F before, total and the torque Mm are superimposed to a total movement of the ship so that it is moved on the one hand on the one hand and on the other hand simultaneously to the right.
Somit ist es durch die unterschiedlichen Umdrehungsgeschwindigkeiten der vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d möglich, das Schiff in der Fahrt auch zu lenken, d. h. den Kurs seitlich zu beeinflussen, in dem in der 8 dargestellten Fall in der Vorwärtsfahrt eine Rechtskurve, d. h. eine Kurve nach Steuerbord, d. h. im Uhrzeigersinn, zu fahren. Werden die Umdrehungsgeschwindigkeiten der vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d derart gewählt, dass die beiden steuerbordseitigen Magnus-Rotoren 10b und 10d höhere Vortriebskräfte Fvor,2 und Fvor,4 erzeugen als die beiden backbordseitigen Magnus-Rotoren 10a und 10c, so erfolgt eine Auslenkung des Schiffes nach links, d. h. nach Backbord, d. h. entgegen dem Uhrzeigersinn.Thus it is due to the different rotational speeds of the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d possible to steer the ship in the journey too, ie to influence the course laterally, in which in the 8th illustrated case in the forward drive a right turn, ie a curve to starboard, ie to drive in a clockwise direction. Are the rotational speeds of the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d chosen so that the two starboard Magnus rotors 10b and 10d higher propulsive forces F before, 2 and F before, 4 generate than the two port-side Magnus rotors 10a and 10c , so a deflection of the ship takes place to the left, ie to port, ie counterclockwise.
Werden die vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d derart betrieben, dass eine Gesamtrücktriebskraft Frück,gesamt erzeugt wird, so kann auch in diesem Fall eine Auslenkung des Schiffes in der Art und Weise nach 8 erfolgen, d. h. auch bei einer Rückwärtsbewegung des Schiffes, sei es zum Abbremsen oder zur Rückwärtsbewegung des Schiffes, kann eine Auslenkung des Schiffes durch unterschiedliche Umdrehungsgeschwindigkeiten der steuerbordseitigen und backbordseitigen Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d bei gleichen Umdrehungsrichtungen erfolgen.Will the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d operated in such a way that a total return force F back, total is generated, so in this case, a deflection of the ship in the manner 8th take place, ie even with a backward movement of the ship, either to slow down or to the rearward movement of the ship, a deflection of the ship by different rotational speeds of the starboard side and port-side Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d done at the same direction of rotation.
In allen diesen Fallen kann entweder die seitliche Auslenkung des Schiffes alleinig durch die unterschiedlichen Umdrehungsgeschwindigkeiten der steuerbordseitigen und backbordseitigen Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d bei gleichen Umdrehungsrichtungen erfolgen oder auch gemeinsam mit der Ruderanlage 60 oder auch von Querstrahlrudern, um deren Wirkungen zu unterstützen.In either of these cases, either the lateral deflection of the ship can be solely due to the different rotational speeds of the starboard and port Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d take place at the same directions of rotation or together with the steering gear 60 or also of transverse thrusters to support their effects.
Im Vergleich zu der Erzeugung einer reinen Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt, wie mit Bezug zur 5 beschrieben, wird bei der Erzeugung einer kombinierten Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt mit einem Drehmoment Mm nach der Beschreibung mit Bezug zur 8 eine geringere Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt erzeugt, da zwei der vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d nicht mit der vollen Leistung, d. h. der maximalen Umdrehungsgeschwindigkeit betrieben werden können, um durch diese Differenz der Umdrehungsgeschwindigkeiten und damit steuerbordseitigen und backbordseitigen Vortriebskräfte das für die Auslenkung des Schiffes erforderliche Drehmoment Mm zu erzeugen. Somit führt die Ausübung eines Drehmomentes Mm zur Auslenkung des Schiffes stets zu einer Verringerung der Gesamtvortriebskraft Fvor,gesamt.Compared to the generation of a pure total propulsion force F before, total , as related to 5 is described in the generation of a combined total propulsion force F , total with a torque Mm as described with reference to 8th a lower total propelling force F before, total generated, since two of the four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d can not be operated at full power, ie the maximum rotational speed, to produce by this difference in the rotational speeds and thus starboard and port propulsion forces required for the deflection of the ship torque Mm. Thus, the exercise of a torque Mm for the deflection of the ship always leads to a reduction in the total propelling force F , total .
Hinsichtlich der vorbeschriebenen Möglichkeiten zur Manövrierung eines Schiffes mit Magnus-Rotoren sei darauf hingewiesen, dass in den 5 bis 8 zwar vier Magnus-Rotoren 10a, 10b, 10c und 10d gezeigt und beschrieben werden, dass jedoch diese Möglichkeiten mit einer Vielzahl von Kombinationen von Magnus-Rotoren möglich sind, solange zumindest für einen Teil dieser Magnus-Rotoren die Umdrehungsrichtung und Umdrehungsgeschwindigkeit so wie beschrieben vorgegeben werden können. Ferner ist für die Erzeugung eines Drehmoments Mm nach den 7 und 8 mindestens erforderlich, dass je ein Magnus-Rotor 10a, 10c auf der Backbord-Seite des Schiffes und ein Magnus-Rotor 10b, 10d auf der Steuerbord-Seite des Schiffes vorgesehen ist.With regard to the above-described possibilities for maneuvering a ship with Magnus rotors it should be noted that in the 5 to 8th although four Magnus rotors 10a . 10b . 10c and 10d be shown and described, however, that these possibilities are possible with a variety of combinations of Magnus rotors, as long as at least for some of these Magnus rotors, the direction of rotation and rotational speed can be specified as described. Furthermore, for the generation of a torque Mm after the 7 and 8th at least required that ever a Magnus rotor 10a . 10c on the port side of the ship and a Magnus rotor 10b . 10d is provided on the starboard side of the ship.
9 zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Magnus-Rotors 10 eines Schiffes. Der Magnus-Rotor 10 weist einen zylindrischen Rotorkörper 8 auf und eine im oberen Bereich angeordnete Endplatte 12. Der Rotor-Körper 8 ist mittels einer Lagerung 6 drehbar an einer Rotor-Aufnahme 4 gelagert. Der Rotor-Körper 8 ist mittels Mitteln zur Kraftübertragung mit einem Antriebsmotor 106 in einem oberen Bereich der Aufnahme 4 verbunden. Die Rotor-Aufnahme 4 weist eine Innenfläche 7 auf. In einem unteren Bereich der Rotor-Aufnahme 4 ist im Bereich der Innenwand 7 eine Messeinrichtung 5 angeordnet. Die Messeinrichtung 5 ist mittels einer Arbeitsbühne 108 erreichbar. 9 shows a sectional view of the inventive Magnus rotor 10 of a ship. The Magnus rotor 10 has a cylindrical rotor body 8th on and an upper end plate arranged 12 , The rotor body 8th is by means of a storage 6 rotatable on a rotor holder 4 stored. The rotor body 8th is by means of power transmission with a drive motor 106 in an upper area of the recording 4 connected. The rotor intake 4 has an inner surface 7 on. In a lower area of the rotor intake 4 is in the area of the inner wall 7 a measuring device 5 arranged. The measuring device 5 is by means of a working platform 108 reachable.
Die Messeinrichtung 5 ist dazu ausgebildet, eine Biegebeanspruchung der Rotor-Aufnahme infolge einer im Wesentlichen radialen Kraftbeanspruchung der Lagerung 6 durch Krafteinwirkung auf den Rotor-Körper 8 zu bestimmen. Die Messeinrichtung weist zwei Dehnungssensoren 9, 11 auf, welche im vorliegenden Beispiel in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.The measuring device 5 is adapted to a bending stress of the rotor seat due to a substantially radial force stress of the bearing 6 by applying force to the rotor body 8th to determine. The measuring device has two strain sensors 9 . 11 on, which are arranged in the present example at an angle of 90 ° to each other.
Die Rotor-Aufnahme 4 ist mittels einer Flanschverbindung 110 mit dem Schiffsdeck verbunden.The rotor intake 4 is by means of a flange connection 110 connected to the ship's deck.
10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch einen Magnus-Rotor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Magnus-Rotor 10 weist innerhalb des Rotor-Körpers 8 die Rotor-Aufnahme 4 auf. An der Innenfläche 7 der Rotor-Aufnahme 4 sind als Teil der Messeinrichtung ein erster Dehnungssensor 9 und ein zweiter Dehnungssensor 11 angeordnet. Der erste Dehnungssensor 9 liegt vom Mittelpunkt der Rotor-Aufnahme 4 aus betrachtet auf einer ersten Achse 13. Die erste Achse 13 verläuft in einem Winkel β zur Längsachse 3 des Schiffs. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Winkel β = 0°. Der zweite Dehnungssensor 11 ist vom Mittelpunkt der Rotor-Aufnahme 4 aus betrachtet entlang einer zweiten Achse 17 an der Innenfläche 7 der Rotor-Aufnahme 4 angeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Winkel zwischen der ersten Achse 13 und der zweiten Achse 17 α = 90°. 10 shows a schematic cross-sectional view through a Magnus rotor 10 according to the present invention. The Magnus rotor 10 points inside the rotor body 8th the rotor admission 4 on. On the inner surface 7 the rotor intake 4 are as part of the measuring device, a first strain sensor 9 and a second strain sensor 11 arranged. The first strain sensor 9 lies from the center of the rotor intake 4 viewed from on a first axis 13 , The first axis 13 runs at an angle β to the longitudinal axis 3 of the ship. In a particularly preferred embodiment, the angle β = 0 °. The second strain sensor 11 is from the center of the rotor intake 4 viewed from along a second axis 17 on the inner surface 7 the rotor intake 4 arranged. In a particularly preferred embodiment, the angle between the first axis 13 and the second axis 17 α = 90 °.
Der erste Dehnungssensor 9 ist mittels einer Signalleitung 19 mit einer Datenverarbeitungsanlage 23 verbunden. Der zweite Dehnungssensor 11 ist mittels einer zweiten Signalleitung 21 mit der Datenverarbeitungsanlage 23 verbunden. Die Datenverarbeitungsanlage 23 ist mittels einer dritten Signalleitung 25 mit einer Anzeigeeinrichtung 27 verbunden. Die Anzeigeeinrichtung 27 ist dazu ausgebildet, Richtung und Betrag der auf die Rotor-Aufnahme 4 wirkenden Vorschubkraft anzuzeigen. Die Datenverarbeitungsanalyse ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.The first strain sensor 9 is by means of a signal line 19 with a data processing system 23 connected. The second strain sensor 11 is by means of a second signal line 21 with the data processing system 23 connected. The data processing system 23 is by means of a third signal line 25 with a display device 27 connected. The display device 27 is designed to direction and amount of the rotor recording 4 to indicate acting feed force. The data processing analysis is set up to carry out the method according to the invention.
11 bis 13 zeigen prinzipiell die gleiche Ansicht wie 10, lediglich die schematisch angedeuteten Signalleitungen und die Datenverarbeitungsanlage sowie die Anzeigeeinrichtung sind weggelassen worden. Anhand der 11 bis 13 wird veranschaulicht, auf welche Weise die auf den Magnus-Rotor 10 einwirkende Kraft interpretiert und mittels der Messeinrichtung bestimmt wird. 11 to 13 show in principle the same view as 10 , only the schematically indicated signal lines and the data processing system and the display device have been omitted. Based on 11 to 13 is illustrated, in which way the on the Magnus rotor 10 acting force is interpreted and determined by means of the measuring device.
Beginnend mit 11 ist festzustellen, dass der Magnus-Rotor 10 eine dem Wind abgewandte Seite sowie eine dem Wind zugewandte Seite 34 aufweist. Die dem Wind zugewandte Seite 34 weist eine Oberfläche auf, welche von Wind angeströmt wird. Die Richtung, aus welcher der Wind den Magnus-Rotor 10 anströmt weicht dabei von der tatsächlichen Windrichtung bei ortsfester Betrachtung ab, da das Schiff in der Regel in Bewegung ist. Wind trifft in Richtung des Pfeils 33 auf den Magnus-Rotor 10 auf, wodurch der Magnus-Rotor 10 in Richtung des Windes mit einer Kraft beaufschlagt wird. Nachfolgend wird diese als Windkraft oder kurz FW bezeichnet. Der Magnus-Rotor 10 rotiert in Richtung des Pfeils 29. Hierdurch entsteht auf Grund des Magnus-Effekts eine Kraft in Richtung eines Pfeils 35, wie in 12 zu sehen ist. Diese Kraft wird nachfolgend als Magnus-Kraft oder kurz FM bezeichnet. Der Vektor FM verläuft orthogonal zu dem Vektor FW.Starting with 11 It should be noted that the Magnus rotor 10 a side facing away from the wind and a windward side 34 having. The windward side 34 has a surface, which is flowed by wind. The direction from which the wind turns the Magnus rotor 10 flows against diverges from the actual wind direction in stationary view, since the ship is usually in motion. Wind hits in the direction of the arrow 33 on the Magnus rotor 10 on, causing the Magnus rotor 10 is applied in the direction of the wind with a force. Hereinafter, this is referred to as wind power or short F W. The Magnus rotor 10 rotates in the direction of the arrow 29 , This creates a force in the direction of an arrow due to the Magnus effect 35 , as in 12 you can see. This force is hereinafter referred to as Magnus force or short F M. The vector F M is orthogonal to the vector F W.
Es wirkt auf die Rotor-Aufnahme 4 also eine Kraft, die sich aus der Windkraft FW einerseits und der Magnus-Kraft FM andererseits zusammensetzt. Die Addition der beiden Vektoren FW und FM resultiert in einem Vektor für die Gesamtkraft, nachfolgend als FG bezeichnet. Der Vektor FG verläuft in Richtung des Pfeils 37.It acts on the rotor intake 4 that is, a force composed of the wind force F W on the one hand and the Magnus force F M on the other hand. The addition of the two vectors F W and F M results in a vector for the total force, hereinafter referred to as F G. The vector F G runs in the direction of the arrow 37 ,
13 entspricht den 11 und 12, und auch 10 mit der Ausnahme, dass die Längsachse 3 und die erste Achse 13, auf welcher der erste Dehnungssensor 9 liegt, in 13 zusammenfallen. Die anhand der 11 und 12 bereits hergeleitete Gesamtkraft FG in Richtung des Pfeils 37 lässt sich bei vektorieller Betrachtung in eine Summe zweier zueinander rechtwinkliger Vektoren interpretieren. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind der erste Dehnungssensor 9 und der zweite Dehnungssensor 11 zueinander rechtwinklig angeordnet. In der Ausführungsform gemäß 13 ist der erste Dehnungssensor in Fahrtrichtung und somit in Richtung der Längsachse 3 des Schiffs an der Innenseite der Rotor-Aufnahme 4 angeordnet, während der zweite Dehnungssensor 11 orthogonal hierzu und somit im Wesentlichen exakt in Querrichtung des Schiffs entlang der zweiten Achse 17 angeordnet ist. 13 corresponds to the 11 and 12 , and also 10 with the exception that the longitudinal axis 3 and the first axis 13 on which the first strain sensor 9 located in 13 coincide. The basis of the 11 and 12 already derived total force F G in the direction of the arrow 37 can be interpreted in vectorial view into a sum of two mutually orthogonal vectors. According to a particularly preferred embodiment, the first strain sensor 9 and the second strain sensor 11 arranged at right angles to each other. In the embodiment according to 13 is the first strain sensor in the direction of travel and thus in the direction of the longitudinal axis 3 of the ship on the inside of the rotor intake 4 arranged while the second strain sensor 11 orthogonal thereto and thus substantially exactly in the transverse direction of the ship along the second axis 17 is arranged.
Der Vektor der Gesamtkraft FG lässt sich folglich aufteilen in einen Vektor in Richtung der Längsachse 3 bzw. der ersten Achse 13 und in einen zweiten Vektor in Richtung der zweiten Achse 17. Der Anteil in Richtung der ersten Achse 13 bzw. der Längsachse 3 wird nachfolgend als FV bezeichnet. Der Vektor in Richtung der zweiten Achse 17 wird nachfolgend als FQ bezeichnet. FV steht hierbei für Vorschubkraft und erstreckt sich in Richtung des Pfeils 39, während FQ als Querkraft zu verstehen ist, und sich in Richtung des Pfeils 41 ausbreitet.The vector of the total force F G can be divided, consequently, into a vector in the direction of the longitudinal axis 3 or the first axis 13 and a second vector in the direction of the second axis 17 , The proportion in the direction of the first axis 13 or the longitudinal axis 3 is hereinafter referred to as F V. The vector in the direction of the second axis 17 is hereinafter referred to as F Q. F V stands for feed force and extends in the direction of the arrow 39 while F Q is to be understood as a lateral force, and in the direction of the arrow 41 spreads.
Je nach dem, in welche Richtung der Vektor FG wirkt, unterscheidet sich die von dem ersten Dehnungssensor 9 festgestellte Biegebeanspruchung von der von dem zweiten Dehnungssensor 11 festgestellten Biegebeanspruchung. Das Verhältnis der Biegebeanspruchungen in den Richtungen der Pfeile 39 und 41 zueinander ändert sich mit einem Winkel γ zwischen der Gesamtkraft FG in Richtung des Pfeils 37 und einer der beiden Achsen 13 und 17. Für den Fall, dass die von dem ersten Dehnungssensor und dem zweiten Dehnungssensor 11 erfassten Biegebeanspruchungen gleich groß sind, beträgt der Winkel zwischen der Gesamtkraft FG und der Vorschubkraft FV γ = 45°. Für den Fall, dass beispielsweise die von dem ersten Dehnungssensor 9 festgestellte Biegebeanspruchung doppelt so groß ist wie die von dem zweiten Dehnungssensor 11 festgestellte Biegebeanspruchung, beträgt der Winkel von FG zu FV bzw. zu der ersten Achse 13 γ = 30°.Depending on the direction in which the vector F G acts, that of the first strain sensor differs 9 detected bending stress of that of the second strain sensor 11 determined bending stress. The ratio of the bending stresses in the directions of the arrows 39 and 41 to one another changes with an angle γ between the total force F G in the direction of the arrow 37 and one of the two axes 13 and 17 , In the case that of the first strain sensor and the second strain sensor 11 detected bending stresses are equal, the angle between the total force F G and the feed force F V γ = 45 °. In the event that, for example, that of the first strain sensor 9 determined bending stress is twice as large as that of the second strain sensor 11 determined bending stress is the angle of F G to F V or to the first axis 13 γ = 30 °.
Allgemein formuliert ergibt sich folglich der Winkel γ zwischen FG und FV aus der Beziehung γ = arctan (Signalwert des ersten Dehnungssensors 11/Signalwert des zweiten Dehnungssensors 9).Generally speaking, therefore, the angle γ between F G and F V results from the relationship γ = arctan (signal value of the first strain sensor 11 / Signal value of the second strain sensor 9 ).
Ebenso lässt sich aus den beiden von den einzelnen Dehnungssensoren 9, 11 ermittelten Signalwerten zusätzlich zu dem Winkel der angreifenden Kraft FG deren Betrag im Verhältnis zu wahlweise dem ersten oder zweiten Dehnungssensor-Messwert ermitteln. Der Betrag des Vektors ergibt sich aus der Beziehung FG = Fγ/cos(γ) bzw. Signalwert-Äquivalent = (Signalwert des ersten Dehnungssensors 9)/cosγ).Likewise can be made from the two of the individual strain sensors 9 . 11 determined signal values in addition to the angle of the applied force F G determine their amount in relation to either the first or second strain sensor measured value. The magnitude of the vector results from the relationship F G = F γ / cos (γ) or signal value equivalent = (signal value of the first strain sensor 9 ) / Cosγ).
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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”Die Segelmaschine” von Claus Dieter Wagner, Ernst Kabel Verlag GmbH, Hamburg, 1991, S. 156 [0004] "The Sailing Machine" by Claus Dieter Wagner, Ernst Kabel Verlag GmbH, Hamburg, 1991, p. 156 [0004]
