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Die Erfindung betrifft ein Querstrahlruder für ein Wasserfahrzeug, insbesondere für eine Yacht, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Zum Manövrieren weisen Wasserfahrzeuge neben ihrem heckseitigen Hauptantrieb zusätzlich Querstrahlruder auf. Diese Querstrahlruder befinden sich überwiegend im Bugbereich an den Längsseiten des Rumpfs des Wasserfahrzeugs unter der Wasserlinie. Die Querstrahlruder weisen in der Regel einen Querkanal bzw. ein Tunnelrohr auf, der sich von einer Längsseite des Rumpfs zu der anderen erstreckt und in dessen Inneren sich ein Strömungserzeuger befindet. Zum Manövrieren des Wasserfahrzeuges wird von den Querstrahlrudern ein entsprechender Seitwärtsschub erzeugt.
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Die freien Öffnungen der Stirnseiten eines derartigen Querkanals können bei größeren Wasserfahrzeugen, insbesondere Megayachten, einen Durchmesser von 1 m bis 2 m betragen.
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Die Querstrahlruder dienen vor allem im Hafenbereich bzw. an Ankerplätzen bei geringer Fahrt zum Manövrieren. Bei normalen bzw. hohen Geschwindigkeiten bilden sich an den freien Öffnungen des Querkanals Wasserwirbel, die den Wasserwiderstand des Schiffs erhöhen und somit bremsend wirken. Zusätzlich erzeugen diese Verwirbelungen besonders bei Yachten unerwünschte Geräusche, die im Inneren des Rumpfs hörbar sind.
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Es sind Drehklappen bekannt, die sich im Inneren der Öffnungen der Stirnseiten eines Querkanals befinden. Diese Drehklappen im Inneren des Querkanals können so verdreht werden, dass sie die Öffnung verschließen bzw. teilweise freigeben. Allerdings verbleiben die Drehklappen auch im den Querkanal teilweise freigebenden Zustand im Querkanal, so dass die Querschnittsfläche der Öffnung minimiert ist und somit die Seitwärtsschubleistung reduziert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Querstrahlruder zu schaffen, wobei das Tunnelrohr bzw. der Querkanal komplett freigebbar ist.
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Eine Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Demnach ist ein Schließelement zum Freigeben einer offenen Stirnseite eines Tunnelrohrs aus dem Bereich des Tunnelrohrs herausbewegbar. Das Tunnelrohr bzw. der Querkanal des Querstrahlruders kann eine oder zwei offene Stirnseiten aufweisen. Diese offenen Stirnseiten befinden sich an gegenüberliegenden Längsseiten des Rumpfs unterhalb der Wasserlinie. Die Tunnelrohre können jede Position im Rumpf des Schiffs einnehmen, so dass auch die offenen Stirnseiten beispielsweise im Heckbereich des Rumpfs liegen. Je nach Art und Bauweise des Schiffs kann es sich bei dem Tunnelrohr um einen sich durch den gesamten Rumpf des Schiffs erstreckenden Kanal oder ein nur an einer Stirnseite offenes Tunnelrohr handeln. Jede offene Stirnseite eines Tunnelrohrs weist jeweils ein eigenes, von den Schließelementen anderer offener Stirnseiten unabhängiges Schließelement, auf. Durch die Schließelemente lassen sich die offenen Stirnseiten der Tunnelrohre sowohl öffnen als auch wieder verschließen.
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Bevorzugt ist außerdem vorgesehen, dass das Schließelement zum Öffnen und Schließen der offenen Stirnseite aus und in den Bereich des Tunnelrohrs verschwenkbar ist und dabei vorzugsweise um eine Achse parallel oder etwas schräg zu einer Tunnelrohrlängsachse bewegbar ist. Das Schließelement wird bei der Schwenkbewegung derart bewegt, dass die offene Stirnseite des Tunnelrohrs komplett freigegeben wird. Durch dieses vollständige Freigeben der Öffnung kann das Querstrahlruder seine komplette Schubwirkung entwickeln.
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Zusätzlich ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Schließelement linear bewegbar ist, und zwar entlang einer Längsachse des Tunnelrohrs und/oder parallel zur Rumpfwandung. Durch die Linearbewegung des Schließelements bezüglich der Längsachse des Tunnelrohrs lässt sich die offene Stirnseite des Tunnelrohrs öffnen, aber auch wieder verschließen. Die Bewegung entlang der Längsachse des Tunnelrohrs erfolgt derart, dass sich das Schließelement parallel oder nahezu parallel zur Rumpfwandung bewegt.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin, dass das Schließelement eine Platte ist, die in ihrer Form mit der offenen Stirnseite des Tunnelrohrs bzw. einer von der offenen Stirnseite gebildeten oder zugeordneten Öffnung in der Rumpfwandung korrespondiert. Die Platte ist gleichermaßen konkav und/oder konvex gewölbt wie die Rumpfwandung. Dadurch, dass die Platte mit der offenen Stirnseite des Tunnelrohrs bzw. der offenen Stirnseite oder der Öffnung in der Rumpfwandung korrespondiert und die gleiche Wölbung wie die Rumpfwandung aufweist, lässt sich die Öffnung passgenau verschließen. Durch dieses passgenaue Verschließen der Öffnung wird eine Wirbelbildung in der Öffnung der Tunnelrohrstirnseite während der Fahrt des Schiffs unterbunden. Die oben beschriebene Bremswirkung der Wirbel tritt somit nicht auf. Auch eine Geräuschentwicklung durch die Wirbelbildung wird unterbunden.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung sieht es vor, dass die rumpfseitige Öffnung des Tunnelrohrs durch die Schwenk- und Linearbewegung des Schließelements wasserdicht verschließbar und freigebbar ist. Zum Öffnen der rumpfseitigen Öffnung des Tunnelrohrs erfolgt zunächst eine Linearbewegung, bei der das Schließelement von der Öffnung wegbewegbar ist, und zwar in eine dem Rumpf entgegengesetzte Richtung. Sobald der Abstand zwischen der rumpfseitigen Öffnung und dem Schließelement ausreichend groß ist, erfolgt die Schwenkbewegung, durch die die Öffnung vollkommen freigegeben wird. Zum Schließen der Öffnung erfolgt ein entgegengesetzes Verschwenken des Schließelements mit anschließender Linearbewegung in Richtung des Rumpfs. Durch diesen Öffnungs- bzw. Schließvorgang in zwei Schritten wird die Öffnung komplett freigegeben bzw. komplett abgedichtet. Somit kann sowohl das Querstrahlruder mit uneingeschränktem Schub betrieben werden als auch die störende Wirbelbildung während der Fahrt des Wasserfahrzeuges vermieden werden.
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Außerdem ist es vorgesehen, dass die offene Stirnseite des Tunnelrohrs und/oder die Öffnung in der Rumpfwandung Dichtmittel aufweisen, die mit dem Schließmittel korrespondieren. Es ist auch denkbar, dass die Schließmittel das Dichtmittel aufweisen. Bei den Dichtmitteln kann es sich um herkömmliche Kunststoff- oder Metalldichtungen handeln. Durch das Dichtmittel wird ein Wassereintritt in das Tunnelrohr im geschlossenen Zustand vermieden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Platte in der Schließstellung mit der Rumpfwandung abschließt. Durch das bündige Abschließen der Platte mit der äußeren Rumpfwandung werden Wirbelbildungen, die sich während der Fahrt ergeben können und bremsend wirken, vermieden.
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Außerdem ist es vorgesehen, dass das Schließelement bzw. die Platte mittels einen neben dem Tunnelrohr angeordneten Hub- oder Drehzylinders bewegbar ist. Dieser Hub- oder Drehzylinder ist über einen Hubkolben bzw. Achse mit dem Schließelement bzw. mit der Platte fest verbunden. Durch den Zylinder ist eine Hub- und/oder eine Drehbewegung der Platte durchführbar. So kann zum Öffnen der Stirnseite des Tunnelrohres zunächst die Platte vom Rumpf wegbewegt und dann in einer anschließenden Bewegung durch den Zylinder weggedreht werden. Zum Schließen der Stirnseite erfolgt der Öffnungsvorgang in umgekehrter Reihenfolge.
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Weiter ist es vorgesehen, dass die Achse des Hub- und Drehzylinders parallel oder leicht schräg zu der Längsachse des Tunnelrohrs ausgerichtet ist. Da sich die Wölbung der Rumpfwandung vom Heck bis zum Bug und vom Deck bis zur Kiel stetig ändert, variiert auch die relative Orientierung der Tunnelrohrachse und der Achse des Hub- und Drehzylinders mit der Position am Rumpf. Dadurch wird gewährleistet, dass die Platte die freie Öffnung der Tunnelrohrstirnseite trotz unterschiedlicher Wölbungsradien bündig schließt.
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Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass die Ebene der Platte mit der Achse des Hub- und Drehzylinders einen stumpfen, vorzugsweise rechten Winkel bildet. Der Winkel zwischen der Platte und der Achse des Hub- und Drehzylinders bestimmt die relative Bewegung der Platte zum Rumpf des Wasserfahrzeugs.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Hub- und Drehzylinder in einem wasserdichten Gehäuse gelagert ist, welches bevorzugt mit einer Innenseite der Rumpfwandung verbunden ist. Dadurch wird vermieden, dass Wasser in das Innere des Rumpfes eintritt bzw. dass zwischen der Achse des Hub- und Drehzylinders und der Wandung des Rumpfes eine Dichtung notwendig ist. Beim Schließen der offenen Stirnseite des Tunnelrohres ist das wassergefüllte Gehäuse auspumpbar.
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Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Tunnelrohr im von der mindestens einen Platte geschlossenen Zustand lenzbar ist. Dadurch, dass der gesamte Innenraum des Tunnelrohres bei geschlossenen Stirnseiten auspumpbar ist, lassen sich auch während der Fahrt Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten durchführen. Dazu weist das Tunnelrohr im Inneren des Rumpfes zusätzlich einen wasserdicht verschließbaren Zugang auf, durch den das Wartungspersonal Zugriff auf beispielsweise den Strömungserzeuger erlangt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine Ansicht eines Bugbereichs eines Wasserfahrzeugs mit einem Schließelement vor einem Querstrahlruder,
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2 einen Querschnitt durch den Bug eines Rumpfes,
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3 eine Seitenansicht des Bugs mit dem Schließelement im geöffneten Zustand,
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4 eine Sicht auf ein Tunnelrohr eines Querstrahlruders,
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5 einen Querschnitt durch den Rumpf des Wasserfahrzeugs,
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6 einen Schnitt durch den Bugbereich des Rumpfes mit halbgeöffnetem Schließelement,
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7 einen Schnitt durch den Bug des Rumpfes mit vollständig geschlossenem Schließelement,
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8 eine Seitenansicht des Bugbereichs des Rumpfes mit halbgeöffnetem Schließelement,
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9 eine Seitenansicht des Bugbereichs des Rumpfes mit vollständig geschlossenem Schließelement,
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10 eine Sicht auf das Tunnelrohr mit halbgeschlossenem Schließelement,
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11 eine Sicht auf das Tunnelrohr mit vollständig geschlossenem Schließelement,
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12 einen Querschnitt durch den Bugbereich mit halbgeschlossenem Schließelement, und
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13 einen Querschnitt des Bugbereichs mit vollständig geschlossenem Schließelement.
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Größere Wasserfahrzeuge 22 wie Yachten oder auch Kreuzfahrtschiffe weisen im Bugbereich Querstrahlruder 21 auf, um beispielsweise im Hafenbereich manövrieren zu können. Bei derart großen Schiffen kann der Durchmesser der Öffnung 26 1 m bis 2 m betragen. Diese großen freien Öffnungen 26 erzeugen während der Fahrt des Wasserfahrzeugs 22 nicht nur durch Wirbelbildung eine enorme Bremswirkung, sondern auch eine nicht unerhebliche Geräuschbelastung, die insbesondere bei Yachten und Kreuzfahrtschiffen störend für die Insassen ist. Dieses Problem wird, wie in den Zeichnungen gezeigt, dadurch behoben, dass die Öffnungen 26 des Querstrahlruders 21 durch ein Schließelement 20 verschließbar ist (2, 6, 7).
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Wie in 1 dargestellt, befindet sich das Querstrahlruder 21 mit dem Schließelement 20 im Bug 23 des Rumpfes 24 des Wasserfahrzeugs 22. Die bugseitige Positionierung des Querstrahlruders 21 mit dem Schließelement 20 ist jedoch nicht auf diesen Bereich beschränkt, vielmehr kann das Querstrahlruders 21 auch im mittleren Bereich des Rumpfes 24 oder gar im Heck 25 des Rumpfes 24 positioniert sein. Bei größeren Schiffen ist es außerdem durchaus üblich, dass der Rumpf auf jeder seiner Längsseiten mehr als ein Querstrahlruder aufweist.
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Während des Betriebs des Querstrahlruders 21 befindet sich das Schließelement 20 im das Querstrahlruder 21 freigebenden Zustand (2). Das Querstrahlruder 21 wird im Wesentlichen gebildet durch ein Tunnelrohr 27, das sich quer durch den gesamten Rumpf 24 erstreckt und zu den Außenwandungen 28 des Rumpfs 24 an jedem Ende jeweils eine Öffnung 26 aufweist. In der Mitte des Tunnelrohrs 27 ist ein Strömungserzeuger 29 angeordnet (5). Bei diesem Strömungserzeuger 29 kann es sich beispielsweise um einen Propeller 30 oder um einen Jet handeln. Je nach Manöver wird durch den Strömungserzeuger 29 Wasser durch das Tunnelrohr 27 gesogen bzw. ausgestoßen.
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Das Schließelement 20 ist aufgebaut aus einer Platte 31 und einem Dreh- und Hubzylinder 32. Während sich die Platte 31 des Schließelements 20 an der wasserseitigen Seite des Rumpfs 24 befindet, ist der Dreh- und Hubzylinder 32 fest an der Innenwandung 33 des Rumpfs 24 montiert. Verbunden ist die Platte 31 mit dem Dreh- und Hubzylinder 32 über eine Achse 34. Die Platte 31 des Schließelements 20 ist so dimensioniert, dass sie im geschlossenen Zustand die Öffnung 26 des Querstrahlruders 21 komplett abdeckt (7). Im geöffneten Zustand des Schließelements 20 liegt die Öffnung 26 des Querstrahlruders 21 komplett frei (3). Die Platte 31 ist derart ausgestaltet, dass sie mit der Ausnehmung 35, in der auch die Öffnung 26 des Querstrahlruders 21 integriert ist, deckungsgleich ist.
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Der Hub- und Drehzylinder 32 ist in einem Gehäuse 37 im Inneren des Rumpfs 24 angebracht (4). Dieses Gehäuse 37 ist derart ausgebildet, dass beim Öffnen und Schließen des Querstrahlruders 21 kein Wasser in den Rumpf 24 tritt. Die Achse 34 bzw. der nicht dargestellte Hub- und Drehkolben des Dreh- und Hubzylinders 32 erstreckt sich durch eine Dichtung in der Wandung des Rumpfes 24 bis zur Platte 31 außerhalb des Rumpfes 24. Es ist jedoch auch denkbar, dass sich der Hub- und Drehkolben ohne Dichtung durch die Wandung erstreckt. In diesem Fall tritt beim Öffnen des Tunnelrohres 27 Wasser in das Innere des Gehäuses 37. Beim schließen des Tunnelrohres 27 lässt sich das Wasser durch eine nicht dargestellte Pumpe wieder aus dem Gehäuse herauspumpen.
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Das Gehäuse 37 kann außerdem eine verschließbare Öffnung, die ins Innere des Rumpfes 24 weist, aufweisen. Durch diese Öffnung kann bei verschlossenem Tunnelrohr 27 der Dreh- und Hubzylinders 32 während der Fahrt repariert bzw. gewartet werden kann.
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Die Achse 34 des Dreh- und Hubzylinders 32 verläuft in dem dargestellten Ausführungsbeispiel quer zu der Längsachse 38 des Tunnelrohrs 27. Diese relative Querstellung ist der konvexen Form des Rumpfs 24, insbesondere des Wulstbugs (s. 1) geschuldet. Es sind auch Anordnungen des Querstrahlruders 21 und des Schließelements 20 denkbar, bei denen die Achsen 34 und 38 parallel zueinander verlaufen. Während das Tunnelrohr 27 immer parallel zur Wasseroberfläche bzw. senkrecht in Fahrtrichtung ausgerichtet sein muss, ist über die relative Anordnung des Dreh- und Hubzylinders 32 zu dem Tunnelrohr 27 jegliche Krümmung der Außenwandung 28 des Rumpfes 24 ausgleichbar. Wobei der Dreh- und Hubzylinders 32 so positioniert werden muss, dass sich mit optimaler Kraftwirkung die Platte 31 bewegen lässt.
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Die Ausnehmung 35 kann in ihrem umlaufenden Randbereich 39 eine nicht dargestellte Dichtung aufweisen. Durch diese Dichtung lässt sich die Öffnung 26 durch die Platte 31 wasserdicht verschließen. Eine derartige Dichtung kann alternativ auch an der Platte 31 befestigt sein.
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Sowohl die Öffnungen 26 des Querstrahlruders 21 als auch das Schließelement 20 sind jeweils an beiden Längsseiten des Rumpfes 24 an einer Montageplatte 36 befestigt. Dadurch lässt sich ein Wasserfahrzeug 22 einfach mit einem verschließbaren Querstrahlruder 21 nach- bzw. aufrüsten, indem lediglich die Montageplatten 26 mit dem Querstrahlruder 21 und dem Schließelement 20 in den Rumpf 24 des Wasserfahrzeugs 22 integriert werden müssen.
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Zum Schließen der Öffnung 26 des Querstrahlruders 21 wird die Platte 31 des Schließ elements 20 zunächst durch den Dreh- und Hubzylinders 32 möglichst weit entlang der Achse 34 des Dreh- und Hubzylinders 32 bzw. entlang der Längsachse 38 des Tunnelrohres 27 linear in dem Rumpf 24 entgegengesetzter Richtung wegbewegt. Dies ist erreicht, wenn beim Drehen der Platte 31 um die Achse 34 die Platte 31 nicht mit der Außenwandung 28 des Rumpfes 24 kollidiert. Im ausgefahrenen Zustand des Dreh- und Hubzylinders 32 wird die Platte 31 um die Achse 34 gedreht und zwar soweit, bis die Platte 31 mit dem Randbereich 39 der Ausnehmung 35 zusammenfällt. Diese Bewegung wird durch Sensoren am Rumpf 24 und/oder am Schließelement 20 bzw. Dreh- und Hubzylinders 32 gesteuert. In diesem Zustand wird die Platte 31 durch den Dreh- und Hubzylinder 32 in Richtung der Öffnung 26 so weit verfahren, bis die Öffnung 26 durch die Platte 31 wasserdicht verschlossen ist. Die Platte 31 schließt nun bündig mit der Außenwandung 28 des Rumpfs 24 ab (6 bis 13).
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Zum Öffnen der Querstrahlruder 21 erfolgt der eben beschriebene Vorgang in umgekehrter Reihenfolge. Nachdem der Öffnungsvorgang komplett abgeschlossen ist, ist die Öffnung 26 des Tunnelrohres 27 komplett freigegeben. Es befinden sich somit keinerlei Elemente des Schließelements 20 oder sonstige Gegenstände mehr vor der Öffnung 26 des Tunnelrohrs 27 welche die effektive Öffnung 26 verkleinern und somit die Schubwirkung des Querstrahlruders 21 reduzieren könnten. Nachdem die Öffnung 26 des Tunnelrohres 27 von dem Schließelement 20 freigegeben wurde, wird die Platte 31 durch den Dreh- und Hubzylinder 32 weitergedreht und so dicht wie möglich an die Außenwandung 28 des Rumpfes 24 zurückbewegt. Dadurch wird vermieden, dass die Platte 31 während des Manövers gegen irgendwas im Hafenbecken stößt und beschädigt wird.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf ein Tunnelrohr 27 mit zwei Öffnungen 26, sondern kann vielmehr auch einen Tunnel mit nur einer Öffnung aufweisen. Dies kann insbesondere der Fall sein bei Wasserfahrzeugen 22 bei dem die gegenüberliegenden Außenwandungen 28 sehr weit auseinander hegen, oder bei Querstrahlrudern 21, die keinen Propeller 30, sondern einen Jet aufweisen.
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Das Tunnelrohr 27 weist neben dem Strömungserzeuger 29 eine nicht dargestellte Pumpe auf. Mittels dieser Pumpe kann das Tunnelrohr 27 im verschlossenen Zustand leer gepumpt werden. Im leergepumpten Zustand können im Tunnelrohr 27 auch bei Fahrt Wartungs- oder Reparaturarbeiten durchgeführt werden. Mit der gleichen Pumpe lässt sich das Tunnelrohr 27 nach Beendigung der Arbeiten wieder fluten.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- Schließelement
- 21
- Querstrahlruder
- 22
- Wasserfahrzeug
- 23
- Bug
- 24
- Rumpf
- 25
- Heck
- 26
- Öffnung
- 27
- Tunnelrohr
- 28
- Außenwandung
- 29
- Strömungserzeuger
- 30
- Propeller
- 31
- Platte
- 32
- Dreh- und Hubzylinder
- 33
- Innenwandung
- 34
- Achse
- 35
- Ausnehmung
- 36
- Montageplatte
- 37
- Gehäuse
- 38
- Längsachse
- 39
- Randbereich
