-
Die Erfindung betrifft die Anordnung einer Impuls-Schubeinheit (ISE) zum Antrieb und zur Steuerung von Wasserfahrzeugen, gekennzeichnet dadurch, dass diese Impuls-Schubeinheit vorzugsweise separat an bestehende oder im Neubau befindliche Wasserfahrzeuge angedockt werden kann und die Antriebsanlage enthält. Dabei besteht die Antriebsanlage vorzugsweise aus Aggregaten der Wälzkolben-Technik, z. B. nach Pat.-Anmeldung 10 2008 051 736.4 als Schubstrahltriebwerk (SST), nach 10 2011 102 136.5 aus Wälzkolbenaggregaten (WK-Aggregaten) oder nach 10 2012 017 663.5 als Sternantrieb mit Rückstromsperre (SAS) mit optionalen Anordnungen nach 10 2009 049.857.5 als Power Dive Unit (DPU). Die Schub-Einheit wird dabei starr oder elastisch an den Schiffskörper angedockt. Der Andock-Vorgang kann dabei vorzugsweise im Nassdock/Schwimmdock erfolgen und gleichartig wieder vom Rumpf des Wasserfahrzeuges gelöst werden. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren, vermittels dessen grundsätzlich eine Neubau-Antriebs-Anlage einem Wasserfahrzeug zugeordnet wird oder optional eine bestehende Antriebsanlage durch zusätzliche Zuführung von Antriebsleistung in ihrem Wirkungsgrad wesentlich verbessert und auf spezifische Transport- bzw. See-/Wasserverhältnisse abgestimmt werden kann. Sie übernimmt aufgrund ihrer technischen Möglichkeiten gleichzeitig die Steuerung des Wasserfahrzeuges und den Antrieb sowie die Steuerung eines sich im Onshore-Modus befindlichen Wasserfahrzeugs. Der Vortriebsimpuls der Antriebsanlage kann dabei zum einen hydro-mechanisch, also vorzugsweise mittels Schiffsschraube oder Wasserstrahl, erzeugt werden. Er kann ebenfalls auch hydro-pneumatisch erzeugt werden, wie dies in vorgenannten Pat.-Anmeldung Schubstrahlantrieb (SST) oder Sternantrieb (SAS) beschrieben ist. Darüber hinaus ist die Zuschaltung eines Fahrzeug-Antriebes möglich auf der Basis von Fahrzeugrädern oder Antriebsketten, wie sie beispielsweise für Geländefahrzeuge eingesetzt werden für den Fall einer Onshore-Operation des Wasserfahrzeuges, wie sie bei Luftkissenfahrzeugen üblich ist.
-
Bekannt sind bisher separate Schubeinheiten, bei denen ein maschinengetriebenes Schubschiff eine definierte Anzahl antriebsfreier Schiffskörper in sogenannten Schubverbänden vor allem im Bereich der Binnenschifffahrt befördert. Technische Lösungen nach der erfindungsgemäßen Beschreibung existieren nicht.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, durch eine Trennung von Schiffskörper und Antriebsanlage bei Schweren Seegehenden Schiffen eine deutliche Vergrößerung des Lade-/Transportraumes zu ermöglichen. Gleichzeitig können vorzugsweise bei dieser Schiffskategorie immer mehrere optimierte leistungsfähige Maschineneinheiten auf der Basis von Walzkolben-Antrieben/Schubstrahlantrieben (SST) an der Peripherie des Schiffskörpers angeordnet werden. Dabei wird der traditionelle Maschinenraum frei. Außenpropeller und Propellerwellen entfallen. Die Standhaftigkeit von Marine-Fahrzeugen erhöht sich infolge der Mehrzahl separater Antriebseinheiten.
-
Bei kleineren und mittleren Schiffen des Sportboot,- Tourismus- und Fischereisektors, von Fähreinheiten und Arbeits-Fahrzeugen sowie Patrouillen- und Rettungsfahrzeugen ist zudem bedarfsweise eine deutliche Erhöhung der Reise- und/oder Manövergeschwindigkeit möglich durch die vorzugsweise heckseitige Anordnung von speziellen Schubeinheiten (Thrust-Units – TU). Diese können als separate schwimmfähige Einheiten oder teilintegrierte Ergänzungs-Sektionen konzipiert werden. Für den hauptsächlichen Anwendungsfall sollen sie die Maschineneinheiten, Treibstoffbehälter, Druckluftspeicher und Steuereinheiten tragen. Die Wasserverdrängung der Druckluftbehälter soll grundsätzlich den Auftrieb der Schubeinheiten sowie einen erheblichen Anteil für den Schiffskörper darstellen, so dass sie eine weitgehende Unsinkbarkeit der Fahrzeugeinheit gewährleisten. Die Schubeinheiten können optional mit aktiven Hydrofoils versehen werden, so dass sie im Zusammenwirken mit vorhandenen oder nachgerüsteten Hydrofoils des Schiffskörpers eine hohe Marschgeschwindigkeit erlauben. Dies Hydrofoils werden nach dem Prinzip der PDU angetrieben.
-
Grundsätzlich wird für die Impuls-Schubeinheiten ISE eine modulare Lösung analog dem Prinzip der MEKO-Fregatten vorgesehen. Dies trifft insbesondere zu für den Einsatz im Bereich der Marine, des Handels- und Containerverkehrs, des Fährverkehrs sowie bei Reedereiflotten und Arbeitsschiffen in spezifischen Einsätzen, die sich sowohl auf geografische/maritime Einsatzgebiete als auch auf spezifische Arbeits- und Montagevorgänge beziehen können.
-
Gleichzeitig erfolgt für die Kette der einzelnen Antriebs-Sektionen eine Systementwicklung, die es gestattet, ISE zur Bündelung ihrer Potenzen sowohl in Reihe als auch parallel zu schalten und gegebenenfalls zu stapeln. Da die Basisenergie sowohl für den Antrieb der hydro-technischen Anlagen als auch der hydro-pneumatischen Aggregate durch Druckluft generiert wird, ist deren vielseitige Kopplung zur Flexibilisierung von Schubleistung, Schubgeschwindigkeit und Steuerbarkeit variabel einsetzbar. Gleichzeitig sind eine konsequente Nutzung eines modularen Containments sowie die Zuordnung zur Modularität langfristig durchzusetzen.
-
Die Erfindung soll an nachstehenden Beispielen beschrieben werden.
-
Bild 1 zeigt am Beispiel A – Schwere Seegehende Schiffe- die Anordnung der Impuls-Schubeinheiten im Bereich der Schiffs-Außenwandung;
-
Bild 2 zeigt am Beispiel B – Schnelle Schiffe – die Anordnung einer Impuls-Schubeinheit im Heckbereich eines Patrouillenbootes.
-
Die Wirkungsweise soll exemplarisch am Beispiel eines Schweren Seegehenden Schiffes und eines schnellen Schiffes beschrieben werden:
-
Beispiel A – Schwere Seegehende Schiffe:
-
Der Schiffskörper erhält jeweils 2 bugseitige und 2 heckseitige Impuls-Schubeinheiten an der Peripherie des Schiffskörpers dergestalt angeordnet, dass die Impuls-Schubeinheiten in seitlichen Mulden angedockt werden. Die Andockung erfolgt über lösbare Verbindungen, welche in sogenannten Docking Station im freien Wasser ohne Inanspruchnahme von Trockendocks für das An- und Abdocken bedient werden können. Damit kann bei Haltern von Schiffsflotten, z. B. Reedereien, eine Optimierung der Maschineneinsätze entsprechend der Transportaufgaben vorgenommen werden. Eine hochgradig optimierte Wartung und Instandhaltung ist möglich.
-
Die Antriebseinheiten bestehen aus Kopfmaschine, vorzugsweise als Walzkolben-Gasturbine, mit Leistungen bis 25 MW je Einheit sowie dem fußseitigen Hydro-Antrieb als Schubstrahlturbine (SST) oder Sternantrieb (SAS). Die Übertragung des Drehmomentes von Kopfmaschine auf Hydro-Antrieb erfolgt mechanisch, elektrisch oder pneumatisch. Für die Erzeugung der Druckluft kommen vorzugsweise Wälzkolben-Verdichter zum Einsatz. Bei pneumatischer Kraftübertragung kann durch Zuschaltung von Druckluft aus separaten Druckluftspeichern nach dem Prinzip SST oder SAS eine kurzzeitige Leistungserhöhung für Manöver- oder Alarmfahrten realisiert werden.
-
Die Hydro-Antriebe werden in drehbaren Gondeln analog den POD-Antrieben gelagert, so dass sie gleichzeitig Steuerfunktionen übernehmen. Das Ansaugen des Impuls-Wasserstrahls erfolgt vorzugsweise im Bereich der Seitenwand des Schiffes über geschützte Einläufe, so dass weitgehend das Ansaugen bodenliegender Feststoffe vermieden wird. Diese Gefahr kann weiterhin drastisch dadurch reduziert werden, dass Druckluft zum Vortrieb eingesetzt wird, was den erforderlichen Wasserstrom auf etwa ein Fünftel der üblichen Impulsmassen reduziert, wobei dieser Strom nochmals infolge des Mehrfacheinsatzes von SST/SAS (4 Stück an Bug und Heck) auf jeweils ein Viertel reduziert wird. Damit kann theoretisch der Wasserdurchsatz für eine Antriebseinheit mathematisch-physikalisch auf 5% der Masse reduziert werden, die für einen gleich leistungsstarken Gesamt-Propeller erforderlich wäre. Um den gleichen Betrag reduziert sich die Förderleistung für den Einzel-Wasserstrom. Durch die Zuschaltung von Walzkolben-ORC-Turbinen unter Nutzung des heißen Abgasstromes der Kopfmaschinen vermittels Wärmetauscher/Dampferzeuger und den Einsatz der SST/SAS-Antriebe wird eine Erhöhung der System-Effizienz des gesamten Antriebes von mehr als 20% erzielt. Dieser Effekt kann noch dadurch erhöht werden, dass bei Einsatz von Druckluft zur Drehmomenten-Übertragung die dabei auftretende Kompressionshitze ebenfalls diesem Dampferzeuger zugeführt wird.
-
Beispiel B – Schnelle Schiffe
-
Ergänzend oder ersatzweise wird eine Schubeinheit an das Heck des Schiffes gekoppelt. Dafür kann entweder eine separate Einheit starr oder elastisch an den ebenfalls separaten Schiffskörper an eine dafür vorgesehene Vorrichtung angedockt werden. Optional kann eine Adapter-Sektion zwischen ISE und Heckbereich eingefügt werden. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, eine solche Einheit ergänzend in einen bestehenden Schiffskörper kraft- und formschlüssig einzupassen und so die vorhandene Antriebsmaschine zu ersetzen bei gleichzeitiger Aufwertung der Nutzungs-, Fahrt- und Reiseparameter. Die Schubeinheit arbeitet vorzugsweise nach dem Prinzip SAS. Demzufolge bildet Druckluft die Basis-Energie für den Antrieb, welche mittels Wälzkolben-Turbine oder ersatzweise traditioneller Hubkolben-Maschine und gekuppeltem WK-Verdichter erzeugt und in Druckluftbehältern gespeichert wird. Die Übertragung der Antriebsenergie erfolgt vermittels dieser Druckluft auf eine WK-Expansionsmaschine (Druckluft-Motor), welche wiederum den Sternantrieb SAS treibt.
-
Die Antriebs-Druckluft erzeugt gleichzeitig einen hohen Schubimpuls im Power Dive Unit PDU. Er kann bedarfsweise noch für die Erzeugung einer Luft-Umhüllung von unterwasserseitig angeströmten Trägerprofilen bis zur Superkavitation genutzt werden. Die Steuerung erfolgt ebenfalls nach dem Prinzip SAS/PDU. Die Rumpfform der Schubeinheit soll vorzugsweise als Twin Hull ausgebildet sein, wobei die Druckluftspeicher gleichzeitig die Funktion der KAT-Träger übernehmen. Ebenfalls können diese Druckluftspeicher als Träger für bedarfsweise schwenkbar einzustellende Vortriebs-Aggregate genutzt werden, also PDU oder Steuer-Fin oder Landfahrwerk. Die Schaltung kann mit Druckluft erfolgen. Für hohe Geschwindigkeiten können die Schubeinheiten mit Hydrofoils ausgestattet werden, welche optional schwenkbar bzw. einziehbar angeordnet werden. In diesen werden die PDU integriert. Der Haupt-Schiffskörper kann ebenfalls mit Hydrofoils flexibel oder starr nachgerüstet werden. Durch Anheben des gesamten Schiffskörpers wird der bekannte Effekt durch signifikante Reduzierung des Schiffs-Widerstandes erzielt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wasserfahrzeug
- 2
- Impuls-Schubeinheit
- 3
- Kopfmaschine
- 4
- Hydro-Antrieb als Sternantrieb mit Rückstromsperre
- 5
- Wasserzustrom
- 6
- Druckluft-Einspeisung
- 7
- Impuls-Abstrom
- 8
- Adapter-Sektion
- 9
- Druckluftspeicher
