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Die Erfindung betrifft ein Antriebsmittel für Schiffe, das über einen Kaltluftimpeller verfügt, welcher in ähnlicher Form bei Wasserstrahlantrieben von Jachten, Jetskis etc. bekannt ist.
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Stand der Technik
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Schiffsantriebe nach dem Stand der Technik verfügen über Verbrennungsmotoren, die dazu genutzt werden, eine Schiffsschraube direkt über eine Welle oder indirekt über Podantriebe (Diesel/Elektro) anzutreiben. Dabei befindet sich die Schiffsschraube im Wasser. So wird die Motorkraft in eine Vorwärtsbewegung des Schiffes umgewandelt. Insbesondere sehr große Schiffe sind in Notfällen kaum zu bremsen, da aufgrund der Geometrie der Schiffsschraube das Wasser optimal vom Heck in rückwärtiger Richtung befördert wird. Zum Bremsen wird die Antriebsrichtung der Schraube geändert, wobei die Bremskraft auch durch die Geometrie der Schraube geringer als die Antriebskraft ausfällt. Zudem muss die rotierende Masse der Schraube und gegebenenfalls auch die der Welle umgedreht werden, weshalb dieser Vorgang insbesondere im Notfall zu lange dauert.
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Konventionelle Schiffsantriebe sind dazu sehr laut und umweltschädigend, bringen neben der Lärmbelästigung für die Menschen auch einen negativen Einfluss auf tierische Meeresbewohner mit sich, u. a. durch Druckwellen, die im ungünstigsten Fall durch eine hervorgerufene Desorientierung zu Tode kommen können. Bei Unfällen kann die außen liegende Schiffsschraube Menschen oder Tiere verletzen, den Boden aufwühlen und dadurch am Boden lebende Meeresgetier und dessen Brut zerstören kann.
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Daher wurden Schiffsantriebe entwickelt, die eine schnelle Bremsfähigkeit aufweisen und gleichzeitig so gestaltet sind, dass mit ihnen weder Menschen oder Tiere bei Unfällen verletzt werden können, noch im normalen Betrieb eine Beeinträchtigung der Umwelt erfolgt. So ist mit der Schrift
US 3259097A ein Wasserfahrzeug beschrieben worden, bei dem im Bereich des Bugs durch ein Gitter Luft in den Bootsrumpf eingesogen wird, dort mit Hilfe eines Propellers, der über einen Motor angetrieben wird, eine Rückstoßkraft erzeugt wird und die Luft sodann durch oberhalb der Wasseroberfläche befindliche Öffnungen im Rumpf abgegeben wird. Der Antrieb des Wasserfahrzeuges befindet sich somit außerhalb des Wassers und kann Schwimmer oder Tiere nicht mehr gefährden. In Abhängigkeit vom verwendeten Motor können auch die Geräuschemissionen reduziert werden. Es besteht allerdings das Problem, die Bremskraft zu erhöhen, da eine geeignete Schubumkehr bei der genannten Offenbarung nicht vorgesehen ist.
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Nach der japanischen Offenbarung
JP 2000168683 A sind im Schiffsrumpf mehrere Schraubenpropeller vorgesehen. Mit einem Schraubenpropeller wird Wasser vom Bug zum Heck geleitet und der Rückstoß des mit der Schraubenkraft beaufschlagten Wassers zum Vortrieb genutzt. Zugleich wird über einen Lufteintritt Luft eingesogen, komprimiert und entweder über einen Schraubenpropeller unterhalb der Wasseroberfläche oder durch einen weiteren Schraubenpropeller oberhalb der Wasseroberfläche abgegeben. Auch wenn der Vorschub unter Eindämmung der Gefahren für Mensch und Tier geräuscharmer erfolgen kann, fehlt es dieser Erfindung an einer geeigneten Nutzung aller Vortriebseinrichtungen für den Bremsvorgang. Letztlich kann nach der Erfindung lediglich mit dem unterhalb der Wasseroberfläche liegenden Propeller gebremst werden.
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In der
DE 103 38 808 A1 ist ein Antriebsmittel für bewegliche Objekte, insbesondere Schiffe, bereitgestellt, bei dem Luft über Kanäle entlang der Längsachse des Schiffes zum Antriebsmittel geführt wird. Dabei ist vorgesehen, das Antriebsmittel und hintere Ausgänge der Kanäle unterhalb der Wasseroberfläche anzuordnen, so dass angesaugte Luft unterhalb der Wasseroberfläche ausgestoßen wird. In einer weiteren Ausführungsform sollen die Kanäle oberhalb der Wasseroberfläche münden.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Antriebsmittel für Schiffe bereitzustellen, mit dem eine weitere Geschwindigkeitssteigerung erzielt, eine große Treibstoffersparnis, höhere Wendigkeit und erhöhte Bremskräfte erzieht wird, ohne der Gefahr von Kollisionen im Hafenbereich oder bei schmalen Durchfahrten ausgesetzt zu sein.
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Die Aufgabe wird durch das Antriebsmittel für Schiffe nach Anspruch 1 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen besondere Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Lösung.
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Das Antriebsmittel für Schiffe umfasst wenigstens einen mit einem Impellergehäuse umgebenen Impeller und wenigstens einen den Impeller antreibenden Motor. Jeder Impeller weist dabei einen Rotor und zwei Statoren auf, wobei ein erster Stator vor und ein zweiter Stator hinter dem Rotor angeordnet sind. Jedes Impellergehäuse ist im Bereich des jeweiligen Impellers röhrenförmig ausgestaltet und das jeweilige Impellergehäuse ist von der Rumpfseite und/oder vom Schiffsoberdeck zum Heck geführt. Das jeweilige Impellergehäuse befindet sich in einer Ruhelage des Schiffes zum größten Teil unterhalb des Wasserspiegels. Zur Lösung der Aufgabe sind am zum Heck gerichteten Ende der jeweiligen Impellergehäuse auf der Unterseite der jeweiligen Impellergehäuse verschließbare Ausnehmungen vorgesehen sind, wobei diese Ausnehmungen unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet sind. Vor Fahrtbeginn sind die Ausnehmungen geschlossen. Bei Bedarf kann während der Fahrt die Ausnehmungen geöffnet werden so das Wasser in das Impellerrohr hinter dem Propeller durch Unterdruck der strömenden Luft eingesaugt werden kann, so das sich die gesamte beschleunigte nach hinten ausgeworfene Masse enorm erhöht. Luft, gemischt mit Wasser wird dann aus dem zum Heck gerichteten Ende des Impellergehäuses ausgegeben. Zur Geschwindigkeitssteigerung können nun die erfindungsgemäßen Ausnehmungen geöffnet werden, so dass vom vorbeistreichenden Luftstrom Wasser in das zum Heck gerichtete Ende des Impellergehäuses eingesogen und gleich darauf durch die hintere Öffnung des Impellergehäuses ausgeworfen wird. Da der Luftstrom eine hohe Geschwindigkeit hat und Unterdruck an der Wandung erzeugt, trifft das angesogene Wasser mit gleicher Geschwindigkeit auf die hinter der Öffnung des Impellergehäuses befindlichen Wassermassen, so dass das Schiff sich dort mit höherer Kraft abstoßen kann.
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Nach einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebsmittels für Schiffe sind die Ausnehmungen als Schlitze in Fahrtrichtung des Schiffes gestaltet. Dieses gewährleistet einerseits eine leichte Verschließbarkeit, ermöglicht aber trotzdem das Ansaugen einer größeren Wassermenge, die im Luftstrom verwirbelt und über die gesamte hintere Öffnung des Impellergehäuses verteilt ausgeworfen wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Antriebsmittel für Schiffe ist am zum Heck gerichteten Ende des jeweiligen Impellergehäuses ein Mittel vorgesehen, mit dem der aus dem Heck austretende Luftstrom quer zur Fahrrichtung umgeleitet werden kann. Zur Verlangsamung der Fahrt werden zunächst die Ausnehmungen geschlossen, so dass kein Wasser in den Luftstrom mehr aufgenommen wird. Dieses führt schon zu einer Abnahme der Geschwindigkeit. Um ein Abbremsen zu erreichen, wird das Mittel eingesetzt, mit dem der Luftstrom quer zur Fahrtrichtung über die Schiffsseiten hinaus umgelenkt wird. Bei Katamaranen kann der Luftstrom zwischen die beiden Rümpfe gelenkt werden. In einer einfachen Ausführungsform können diese Mittel Leitbleche sein, die in unterschiedlichen Winkelstellungen den Luftstrom aus seiner Richtung ablenken.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebsmittels für Schiffe ist das Mittel zur Ablenkung des Luftstroms segmentiert, wobei die Segmente in einer Ruheposition zusammengeschoben das Ende des Impellergehäuses umfassen und für die Nutzungsposition um eine Drehachse am Impellergehäuse ausgefächert werden. Insbesondere wenn dieses Mittel halbschalenförmig als Viertelkreissegment ausgebildet ist, ist ein geeigneter Effekt erzielbar.
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Nach einer besonderen Ausgestaltung des Mittels zur Ablenkung ist ein Antrieb zum Ausfächern der Segmente vorgesehen. Diese fast zwingende Einrichtung ist nötig, um die Segmente in den Luftstrom einführen zu können, ohne den Propeller zuvor erheblich drosseln zu müssen. Dann wird durch einen seitlichen Ausstoß einer großen Luftmenge eine höhere Bremswirkung durch Zusammenprall von Luftstrom und Fahrtwind erreicht.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Antriebsmittels für Schiffe sind am ersten Stator Leitschaufeln vorgesehen, wobei die ersten Leitschaufeln derart gestaltet sind, dass sie den Luftstrom in Rotation um die Längsachse der Rotorwelle versetzen. Darüber hinaus sind am zweiten Stator Leitbleche vorgesehen, welche die erzeugte Rotation wieder auflösen und gleichrichten. Dieses hat den Vorteil, dass der bereits in Rotation gesetzte Luftstrom „vorgedreht” auf den Rotor trifft, so dass für den Antrieb eine geringere Energiemenge nötig ist. Durch das Aufheben der Rotation mittels der Gleichrichterleitbleche wird ein gleichmäßiger gerader Luftstrom gebildet, welcher erheblich zur Erfüllung der erfindungsgemäßen Aufgabe, der Geschwindigkeitssteigerung beiträgt. Der austretende Luftstrom trifft durch das Auflösen der Luftstrahlrotation erheblich effizienter gerade auf das Wasser. Mit einer Luftrotation würde es hinter dem Antreibspropeller zu Verwirbelungen kommen, die den Vortrieb abschwächen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Antriebsmittels für Schiffe ist vorgesehen, bei der Verwendung von zwei Impellern die Rotationsrichtungen der Rotoren und der Leitbleche entgegengesetzt einzurichten und die Düsen möglich eng aneinander zu bauen. Dieses hat insbesondere für die Fahrstabilität des Schiffes erhebliche Vorteile und wirkt sich so wiederum auf die Geschwindigkeit des Schiffes aus.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Antriebsmittels für Schiffe ist das Mittel zur Ablenkung des Luftstroms eine schwenkbare Düse. Hierdurch wird erreicht, dass mit einem einfachen Mittel, das darüber hinaus robust und einfach zu steuern ist, eine Ableitung des Luftstrahls in eine beliebige Richtung, also horizontal, vertikal und vertikal gegeneinnander, so auch in einem kleineren als dem rechten Winkel zur Bootsachse abgelenkt werden kann.
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Nach einer weiteren Vorteilhaften Ausgestaltung des Antriebsmittels für Schiffe sind am Bootsrumpf an der Öffnung des Impellergehäuses Schalen vorgesehen, welche klappbar ausgestaltet sind. Insbesondere die Ausgestaltung in Form von Schalensegmenten macht diese Einrichtung einfach handhabbar. Die zusammengeklappte Schale verschwindet elegant im Bootsrumpf, ohne dass dort besonderer Platz vorgehalten werden muss. Die Schalen erleichtern die Zuleitung von Luft in das Impellergehäuse.
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Ausführung der Erfindung
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Das Prinzip der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. Dabei zeigen
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1 eine Seitenansicht eines Schiffshecks mit dem erfindungsgemäßen Antriebsmittel in einer ersten Ausführungsform,
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2 eine Seitenansicht eines Schiffshecks mit dem erfindungsgemäßen Antriebsmittel in einer zweiten Ausführungsform,
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3 eine Darstellung der verschließbaren Ausnehmungen zur Geschwindigkeitssteigerung in geöffneter Position,
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4 eine Darstellung der verschließbaren Ausnehmungen zur Geschwindigkeitssteigerung in geschlossener Position,
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5 eine Ansicht eines Lufteinlasses mit eingeklappter Schale zur Luftführung, 6 eine Ansicht eines Lufteinlasses mit ausgeklappter Schale zur Luftführung,
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7 eine Draufsicht eines Lufteinlasses mit ausgeklappter Schale zur Luftführung und
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8 eine Darstellung des hinteren Impellergehäuses im Detail.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Schiffshecks mit dem erfindungsgemäßen Antriebsmittel in einer ersten Ausführungsform. Dabei ist am Schiff eine Luftführung 1 vorgesehen, die vom Oberdeck bis auf Höhe der Wasserlinie 2 geführt ist. Die Luftführung 1 besitzt einen Lufteinlass 3 der in Fahrtrichtung des Schiffes gerichtet ist. Die Luftführung 1 geht stufenlos in ein Impellergehäuse 4 über, welches zu einem Teil unterhalb der Wasserlinie 2 angeordnet ist. Das Impellergehäuse 4 dient zur Aufnahme eines Impellers 5, welcher seinerseits einen ersten Stator 6, einen Rotor 7 und einen zweiten Stator 8 umfasst, wobei der erste Stator 6 in Richtung des Bugs und der zweite Stator 8 in Richtung des Hecks zeigt. Der Rotor 7 ist zwischen den Statoren 6, 8 angeordnet. Statoren 6,8 und Rotor 7 sind auf einer Antriebswelle 9 angeordnet, die durch das Impellergehäuse 4 verläuft und dieses über eine Durchführung 10 in einen Generatorenraum verlässt. Auf der Unterseite des Impellergehäuses 4 sind Ausnehmungen 11 angeordnet, welche im geöffneten Zustand zur Erhöhung der Geschwindigkeit dienen.
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In einer zweiten Ausführungsform nach 2 ist der Lufteinlass 3 nicht auf dem Oberdeck sondern in der Bootswandung oberhalb der Wasserlinie 2 eingelassen. Eintretende Luft wird über die Luftführung 1 in das Impellergehäuse 4 geleitet. Dort sind wiederum ein erster Stator 6, ein Rotor 7 und ein zweiter Stator 8 wie unter 1 beschrieben angeordnet. Der Rotor wird über die Antriebswelle 9 durch einen Elektromotor 12 angetrieben, der in besonders bevorzugter Ausgestaltung ein wartungsarmer Brushless-Motor ist. Der Elektromotor wird über Kabel 13 mit Strom von einem Generator 14 versorgt. Dieser wiederum wird über eine Welle 15 durch einen Motor 16 angeregt, wobei dieser Motor 16 in bevorzugter Ausgestaltung ein Diesel-Aggregat ist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist in der Luftführung 1 eine Durchführung 10 für die Antriebswelle 9 vorgesehen. Natürlich weist auch diese Ausführungsform die erfindungsgemäßen Ausnehmungen 11 an der Unterseite des Impellergehäuses 4 auf.
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In 3 sind diese Ausnehmungen 4 näher dargestellt. Zur Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit des Schiffes werden Verschlusselemente 17 von den in Fahrtrichtung des Schiffes angeordneten Ausnehmungen 11 entfernt und auf der Unterseite des Impellergehäuses 4, im Innern des Impellergehäuses 4 oder innerhalb der Wandung des Impellergehäuses 4 für das spätere Verschließen der Ausnehmungen gelagert. Zum Entfernen der Verschlusselemente 17 können dazu Führungen 18 vorgesehen sein, welche in Querrichtung zu den Verschlusselementen 17 angeordnet sind.
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Zur Geschwindigkeitsreduzierung werden – wie in 4 gezeigt – die Verschlusselemente 17 mit Hilfe der Führungen 18 in die Ausnehmungen 11 in der Unterseite des Impellergehäuses 4 überführt. Dadurch werden die Ausnehmungen 11 geschlossen, wobei Verschlusselemente 17 und die Außenwandung des Impellergehäuses 4 im geschlossenen Zustand vorzugsweise eine glatte Fläche ergeben.
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Nach 5 kann für die zweite Ausgestaltung nach 2 am Lufteinlass 3 eine Schale 19 vorgesehen sein, die zur verbesserten Luftableitung in die Luftführung 1 ausgeklappt werden kann. Wie dargestellt ist die Schale 19 im Bootsrumpf 21 verborgen, bei der Darstellung handelt es sich daher um eine Ruheposition. Die Schale 19 ist über zwei Drehpunkte 20 am Lufteinlass 3 befestigt, wobei diese Drehpunkte 20 in bevorzugter Ausführungsform auf gegenüberliegenden Seiten des Lufteinlasses 3 senkrecht übereinander angeordnet sind.
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Zur verbesserten Luftaufnahme in die Luftleitung 1 wird die Schale 20 – wie in 6 in einer Betriebsstellung gezeigt – aus dem Bootsrumpf 21 heraus geklappt. Dabei besteht die Schale 20 aus mehreren Schalenelementen, um einerseits ein im Wesentlichen Viertelkreisähnliche Form zu realisieren, andererseits eine platzsparende Lagerung im Bootsrumpf 21 zu ermöglichen. Vorzugsweise handelt es sich um Vierundzwanzigstel-Schalenelemente.
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Auch in 7 ist eine Betriebsstellung diesmal in der Draufsicht dargestellt. Aus dem Bootsrumpf 21 ist um die Drehachse durch den Drehpunkt 20 die Schale 19 mit ihren Schalenelementen herausgeklappt und bildet nun einen halbkreisförmigen Trichter, der in Fahrtrichtung 29 geöffnet ist. Am Bootsrumpf 21 entlangströmende Luft wird durch die Schale 19 aufgenommen und durch den Lufteinlass 3 in die Luftführung 1 geleitet. In Richtung der Klapprichtung 22 kann dabei die Schale 19 aus Schalenelementen aus dem Bootsrumpf 21 heraus geklappt und wieder eingeklappt werden.
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In 8 wird das Impellergehäuse 4 mit integriertem Impeller 5 näher betrachtet. Innerhalb des Impellergehäuses 4 sind erster Stator 6, Rotor 7 und zweiter Stator 8 in der oben beschriebenen Reihenfolge angeordnet. Der Rotor 7 ist dabei fest mit der Antriebswelle 9 verbunden. Diese wiederum ist in einem Kugellager 23 gelagert, welches mit den beiden Statoren 6, 8 verbunden ist. Der erste Stator 6 weist Leitschaufeln 24 auf. Im gezeigten Beispiel sind zwei Leitschaufeln 24 horizontal und zwei weitere Leitschaufeln 24 vertikal angeordnet. Dabei ist die horizontalen und die vertikalen Leitschaufeln 24 jeweils gegeneinander verschränkt, wobei alle vier Leitschaufeln derart gestaltet sind, dass sie die heran strömende Luft in eine Rotation versetzen. Am zweiten Stator 8 sind Leitbleche 25 vorgesehen, die vertikal bzw. horizontal zur Wasserlinie 2 angeordnet sind. Sie lösen die Rotation der Luft, die durch die Leitschaufeln 24 erzeugt und den Rotor 7 noch verstärkt wurde, wieder auf. Am hinteren Ende des Impellergehäuses 4 ist eine schwenkbare Düse 26 vorgesehen, welche über ein Gelenk 27 verschwenkt werden kann. So kann die Richtung des Luftaustritts 28 gesteuert werden.
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Da es sich bei der vorhergehenden, detailliert beschriebenen Antriebsmitteln für Schiffe um ein Ausführungsbeispiel handelt, können diese in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann die Ausgestaltung der Leitschaufeln und der Leitbleche variiert werden und folglich die Ausgestaltung des Antriebsmittels in anderer Form als in der hier beschriebenen erfolgen. Ebenso kann die Ausgestaltung der Impellergehäuse in einer anderen Form vorgenommen werden, wenn dies aus Gründen der Schiffsgestaltung oder aus Sicherheitsgründen notwendig erscheint. Weiter schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach bzw. mehrmals vorhanden sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftführung
- 2
- Wasserlinie
- 3
- Lufteinlass
- 4
- Impellergehäuse
- 5
- Impeller
- 6
- erster Stator
- 7
- Rotor
- 8
- zweiter Stator
- 9
- Antriebswelle
- 10
- Durchführung
- 11
- Ausnehmungen
- 12
- Elektromotor
- 13
- Kabel
- 14
- Generator
- 15
- Welle
- 16
- Motor
- 17
- Verschlusselemente
- 18
- Führung
- 19
- Schale
- 20
- Drehpunkt
- 21
- Bootsrumpf
- 22
- Klapprichtung
- 23
- Kugellager
- 24
- Leitschaufel
- 25
- Leitblech
- 26
- schwenkbare Düse
- 27
- Gelenk
- 28
- Luftaustritt
- 29
- Fahrtrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3259097 A [0004]
- JP 2000168683 A [0005]
- DE 10338808 A1 [0006]
