DE102013100544A1 - Wasserfahrzeug mit Flutungsraum - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug mit einem Rumpf, der einen Strömungskanal aufweist, wobei dem Strömungskanal eine motorbetriebene Wasser-Beschleunigungsanordnung zugeordnet ist. Um bei einem solchen Wasserfahrzeug eine dynamische Fahrweise, insbesondere einen schnellen Wechsel zwischen der Überwasserfahrt und der Tauchfahrt zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Rumpf einen Flutungsraum aufweist, der über Wassereintritts- und Wasseraustrittsöffnungen mit der Umgebung in Verbindung steht.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug mit einem Rumpf, der einen Strömungskanal aufweist oder dem ein Strömungskanal zugeordnet ist, wobei dem Strömungskanal eine motorbetriebene Wasser-Beschleunigungsanordnung, insbesondere ein Propeller zugeordnet ist.
- Ein derartiges Wasserfahrzeug ist aus der
DE 10 2004 049 615 A1 bekannt. Solche Wasserfahrzeuge werden insbesondere als Tauchschlitten eingesetzt. Sie weisen eine Griffanordnung auf, an der sich ein Benutzer festhalten kann, während er mit einem Teilbereich seines Oberkörpers oberseitig auf dem Rumpf des Wasserfahrzeuges aufliegt. Innerhalb des Rumpfes ist ein Strömungskanal angeordnet, in dem ein Propeller untergebracht ist. Der Propeller wird von einem Elektromotor angetrieben der über einen Akkumulator mit Strom versorgt. Während des Betriebseinsatzes erzeugen der Akkumulator und auch der Motor Abwärme, die in die Umgebung abgetauscht werden muss um einen zuverlässigen Dauerbetrieb aufrechterhalten zu können. Zu diesem Zweck sind die Akkumulatoren in ein Aluminiumgehäuse eingesetzt, wobei die Akkumulatoren mit dem Aluminiumgehäuse in wärmeleitendem Kontakt stehen. Der Rumpf weist eine unterseitige Aufnahme auf, in die das Aluminiumgehäuse eingesetzt und hierin verriegelt werden kann. Auf diese Weise steht das Aluminiumgehäuse unterseitig mit dem strömenden Wasser in Verbindung und es kann hier ein Wärmeabtausch erfolgen. - Der Elektromotor ist zum Zwecke der Kühlung innerhalb des Strömungskanals angeordnet. Das durch den Strömungskanal geführte Wasser wird um ein Gehäuse des Elektromotors geleitet, wodurch eine effektive Motorkühlung möglich wird. Der Elektromotor schränkt den freien Strömungsquerschnitt im Strömungskanal ein. Der Strömungskanal muss daher ausreichend groß dimensioniert werden um die Abschattung, die durch den Elektromotor bewirkt wird, zu kompensieren. Hierdurch wird die Baugröße des Wasserfahrzeuges beeinflusst.
- Um mit den bekannten Wasserfahrzeugen sowohl einen Fahrbetrieb unter Wasser als auch auf dem Wasser durchführen zu können, ist eine genaue Gewichtstarierung erforderlich. Dementsprechend sollte das Wasserfahrzeug so viel Auftrieb entwickeln, dass es ausreichend schwimmfähig ist und mithin nicht untergehen kann. Der Auftrieb sollte allerdings nicht zu stark sein, sodass ein schneller Wechsel von der Überwasserfahrt auf die Tauchfahrt möglich ist. Aufgrund des Eigengewichts der elektrischen Einbauten muss das Wasserfahrzeug im Rumpf einen ausreichend großen Auftriebskörper aufweisen, der die Baugröße und damit die Fahrdynamik des Wasserfahrzeuges beeinflusst.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Wasserfahrzeug der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, das mit ausreichender Betriebssicherheit eine hohe Fahrdynamik bietet.
- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Rumpf einen Flutungsraum aufweist, der über Wasserdurchtrittsöffnungen, insbesondere Wassereintritts- und Wasseraustrittsöffnungen mit der Umgebung in Verbindung steht.
- Der Flutungsraum bietet mithin eine variable Massenkomponente mit der das Eigengewicht des Wasserfahrzeuges beeinflusst werden kann. Während des Betriebes füllt sich der Flutungsraum. Beim Abtauchen des Wasserfahrzeuges wird Luft aus dem Flutungsraum verdrängt und das Wasserfahrzeug kann schnell und einfach abtauchen. Wenn das Wasserfahrzeug nach dem Gebrauch aus dem Wasser gehoben wird, so entleert sich die Flutungskammer und beeinflusst nicht das Transportgewicht des Wasserfahrzeuges.
- Gemäß einer bevorzugten Erfindungsvariante kann es vorgesehen sein, dass in dem Flutungsraum wenigstens eine elektrische Baueinheit angeordnet ist. Der Flutungsraum wird mithin zusätzlich zur Kühlung der elektrischen Baueinheit verwendet. Die elektrische Baueinheit kann ihre Verlustwärme an das im Flutungsraum strömende Wasser abgeben. Ein effektiver Wärmetausch ist insbesondere deswegen möglich, da der Flutungsraum sowohl über Wassereintritts- als auch Wasseraustrittsöffnungen mit der Umgebung in Verbindung steht. Mithin ist also eine Strömung im Flutungsraum erzeugbar über die kontinuierlich kühles Wasser nachgeführt wird. Abhängig von der Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeuges kann dann auch die Strömungsgeschwindigkeit im Flutungsraum variieren. Dies hat den Vorteil, dass bei schneller Fahrt, bei der auch eine hohe Verlustwärme erzeugt wird, ein hohes Kühlvolumen zur Verfügung steht.
- Als elektrische Baueinheit können beispielsweise die Steuerelektronik, der die Wasser-Beschleunigungsanordnung antreibende Elektromotor und/oder ein Energiespeicher im Flutungsraum angeordnet sein. Diese Baueinheiten erzeugen relativ hohe Verlustleistungen und eignen sich daher besonders zum Einsatz im Flutungsraum.
- Für das Wasserfahrzeug ergibt sich dann eine einfache Bauweise wenn vorgesehen ist, dass der Rumpf ein Oberteil und ein Unterteil aufweist, zwischen denen der Flutungsraum gebildet ist, und dass das Ober- und/oder das Unterteil zumindest bereichsweise die Außenhülle des Rumpfes bilden.
- Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Unterteil lösbar mit dem Oberteil verbunden ist. Dann kann zum Zwecke der einfachen Wartung der Flutungsraum zugänglich gemacht werden. Wenn beispielsweise Verschmutzungen in den Flutungsraum eingedrungen sind, lassen sich diese wieder einfach entfernen. Falls im Flutungsraum elektrische Baueinheiten angeordnet sind, können diese nach Abnahme des Unterteils einfach gewartet bzw. ausgetauscht werden.
- Eine effektive Durchströmung des Flutungsraumes kann dadurch erreicht werden, dass der Rumpf zumindest eine Eintrittsöffnung im Bereich des Bugs und zumindest eine Austrittsöffnung im Bereich des Hecks bildet.
- Eine bevorzugte Erfindungsvariante ist dergestalt, dass der Strömungskanal zumindest bereichsweise im Bereich des Flutungsraums angeordnet ist und den freien Querschnitt des Flutungsraums verjüngt, und dass im Bereich des verjüngten Querschnitts eine elektrische Baueinheit angeordnet ist. Durch die Querschnittsverjüngung kann die Strömungsgeschwindigkeit im Flutungsraum verändert werden. Dementsprechend erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit bereichsweise im verjüngten Querschnitt, sodass die Kühlleistung hierdurch beeinflusst werden kann.
- Denkbar ist es auch, dass in dem Flutungsraum zwei Teilbereiche baulich gegeneinander abgegrenzt sind, wobei jedem Teilbereich eine Wassereintritts- und/oder Wasseraustrittsöffnung zugeordnet ist. Auch durch diese Maßnahme lässt sich gezielt der Volumenstrom in den einzelnen Teilbereichen und damit die Kühlleistung beeinflussen.
- Eine besonders bevorzugte Erfindungsausgestaltung ist derart, dass der Strömungskanal zwei Teilbereiche im Flutungsraum gegeneinander zumindest bereichsweise abgrenzt und dass in jedem der Teilbereiche eine elektrische Baueinheit angeordnet ist. Dadurch, dass der Strömungskanal zur Bereichsabgrenzung herangezogen wird, lässt sich der Teileaufwand verringern.
- Eine mögliche Erfindungsvariante ist dergestalt, dass die elektrische Baueinheit mittels einer Aufhängung befestigt ist, und dass die Aufhängung die elektrische Baueinheit beabstandet zu den Flutungsraum begrenzenden Wandelementen hält. Auf diese Weise kann eine großflächige Umströmung der elektrischen Baueinheit und damit einhergehend eine effektive Wärmeabfuhr erzielt werden.
- Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Wasserfahrzeug bei geflutetem Flutungsraum einen Auftrieb von mindestens 4 Kilogramm aufweist. Hierdurch wird das Wasserfahrzeug auch bei Seegang ausreichend schwimmfähig gehalten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Auftrieb des Wasserfahrzeuges mindestens 7 Kilogramm beträgt. Dann kann im Schadensfall eine ausreichende Auftriebskraft zur Verfügung gestellt werden, die sowohl das Wasserfahrzeug als auch den Benutzer schwimmfähig hält.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1 in perspektivischer Seitenansicht von hinten ein Wasserfahrzeug, -
2 das Wasserfahrzeug gemäß1 in perspektivischer Seitenansicht von unten und mit abgenommenem Unterteil, -
3 einen Vertikalschnitt durch den Heckbereich des Wasserfahrzeuges gemäß der Ansicht nach2 und -
4 das Wasserfahrzeug gemäß2 in Detailansicht von unten. - In
1 ist ein Wasserfahrzeug gezeigt, dass einen Rumpf10 aufweist. Dabei ist der Rumpf10 aus einem Oberteil20 und einem Unterteil30 zusammengesetzt. Das Oberteil ist mit zwei Steuergriffen14 ausgerüstet die beidseitig des Rumpfes10 angeordnet sind. An diesen Steuergriffen14 kann sich ein Benutzer festhalten und das Wasserfahrzeug mit an den Steuergriffen14 angebrachten Bedienelementen steuern. Insbesondere kann hier die Motorleistung des Wasserfahrzeuges variiert werden. Der Benutzer, der sich an den Steuergriffen14 festhält, liegt mit seinem Oberkörper im Bereich hinter einem Display15 bereichsweise auf dem Oberteil20 auf. - Wie
2 erkennen lässt, kann das Unterteil30 vom Oberteil20 demontiert werden. Es ist zu diesem Zwecke an das Oberteil20 angeschraubt.2 zeigt das Wasserfahrzeug bei abgenommenem Unterteil30 . Wie diese Darstellung erkennen lässt, ist mithin zwischen dem Oberteil20 und dem Unterteil30 ein Aufnahmeraum gebildet. Dieser Aufnahmeraum wird zur Oberseite mittels einer Bodenwand22 des Oberteils20 begrenzt. An dieser Bodenwand22 können stabil Komponenten des Wasserfahrzeuges montiert werden. - Wie
2 erkennen lässt, ist im Bereich des Bugs11 des Wasserfahrzeuges eine Steuerelektronik40 montiert. In Richtung zum Heck12 versetzt ist hinter der Steuerelektronik40 ein als Elektromotor50 ausgeführtes Antriebsaggregat geschützt in einem Gehäuse untergebracht. Die Abtriebswelle des Motors50 ist durch ein Hüllrohr51 hindurchgeführt und trägt an seinem freien Ende einen Propeller52 . Der Propeller52 ist in einem Strömungskanal60 angeordnet. Dabei wird der Strömungskanal60 von einem Hohlkörper gebildet, der im Bereich der Unterseite des Wasserfahrzeuges eine Ansaugöffnung61 bildet. Diese Ansaugöffnung61 ist mit einem mittig in der Ansaugöffnung61 angeordneten Leitelement62 stabilisiert. Das Leitelement62 hat zusätzlich zu seiner mechanischen Schutzfunktion die Aufgabe den Fahrbetrieb zu stabilisieren. Es wirkt dabei ähnlich wie das Schwert eines Segelbootes. Weiterhin schützt das Leitelement62 auch den Strömungskanal61 im, Bereich der Ansaugöffnung vor mechanischer Beanspruchung, wenn das Wasserfahrzeug auf Grund läuft oder an Land abgelegt wird. im Bereich zwischen dem Oberteil20 und dem Unterteil30 ist, wie vorstehend erwähnt wurde, unterhalb der Bodenwand22 ein Aufnahmeraum gebildet, in dem die elektrischen Komponenten, nämlich die Steuerelektronik40 , der Motor50 und die Energiespeicher70 (Akkumulatoren) untergebracht sind. Dieser Aufnahmeraum steht über Wasserdurchtrittsöffnungen mit der Umgebung in Verbindung. Dabei sind die Wasserdurchtrittsöffnungen im Unterteil30 ausgebildet. Wie1 erkennen lässt, sind die Wasserdurchtrittsöffnungen im Bereich des Bugs11 als Wassereintrittsöffnungen35 und im Bereich des Hecks12 als Wasseraustrittsöffnungen33 ausgeführt. Der Aufnahmeraum bildet mithin einen Flutungsraum. Dieser wird, sobald das Wasserfahrzeug in das Wasser gesetzt wird mit Wasser geflutet, das durch die Wasserdurchtrittsöffnungen eindringt. Sobald das Wasserfahrzeug in den Fahrbetrieb übergeht, wird im Flutungsraum eine Strömung erzeugt. Dementsprechend tritt Wasser durch die Wassereintrittsöffnungen35 in den Flutungsraum ein. Das Wasser durchströmt den Flutungsraum und umspült dabei die im Flutungsraum gehaltenen elektrischen Baueinheiten. Dabei nimmt das Wasser die Verlustleistung der elektrischen Baueinheiten auf und kühlt diese. Nach Durchströmen des Flutungsraums verlässt das Wasser diesen durch die Wasseraustrittsöffnungen33 , die symmetrisch beidseitig des Strahlaustritts34 angeordnet sind. -
2 lässt weiter erkennen, dass der Strömungskanal60 im Bereich des Flutungsraums verläuft und zwei Teilbereiche im Flutungsraum gegeneinander bereichsweise abgrenzt. In jedem der Teilbereiche ist jeweils ein Energiespeicher (Akkumulator) angeordnet. Jeder der Teilbereiche weist auch eine der beiden Wasseraustrittsöffnungen33 auf. Die elektrischen Baueinheiten sind mittels Aufhängungen an der Bodenwand22 des Oberteils20 angebracht. Dabei ist die Aufhängung so gewählt, dass die elektrischen Baueinheiten an den Bereichen, über die die Verlustwärme abgetauscht wird, beabstandet zu der Bodenwand22 gehalten sind. Damit kann das Wasser im Flutungsraum die Baueinheiten hier effektiv umströmen. Es hat sich gezeigt, dass die Anordnung des Strömungskanals60 im Flutungsraum eine Querschnittsverjüngung des Flutungsraums mit sich bringt. Dadurch wird eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im verjüngten Bereich erzielt. Durch diese Geschwindigkeitsvariation lässt sich abhängig von der zu kühlenden elektrischen Komponente gezielt die Wasserströmung und damit die Kühlwirkung einstellen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Energiespeicher70 im Bereich der verjüngten Querschnitte in den Teilbereichen angeordnet. - An seinem der Ansaugöffnung
61 in Strömungsrichtung abgewandten Ende bildet der Hohlkörper einen Flanschbereich an dem ein in Impellergehäuse63 angeflanscht werden kann. Der Propeller52 ragt in das Impellerghäuse63 . In Strömungsrichtung hinter dem Propeller52 ist ein Strömungsstator53 angeordnet. Während des Betriebs saugt der Propeller52 Wasser durch die Ansaugöffnung61 in den Strömungskanal16 , beschleunigt diese und stößt es durch das Impellergehäuse63 im Bereich eines Strahlaustritts34 aus. Der Stator53 hat dabei die Aufgabe die rotierende Wasserbewegung geradezurichten, sodass zum Zwecke einer Wirkungsgradverbesserung die Strömung am Strahlaustritt möglichst drallfrei austritt. - Wie
1 erkennen lässt, besitzt das Oberteil20 im Bereich der Bodenwand22 Aufnahmen21 . Diese Aufnahmen21 sind beidseitig des Strömungskanals60 angeordnet. -
3 lässt erkennen, dass die Aufnahmen21 beidseitig der durch die Mittellängsachse L (siehe2 ) verlaufenden Mittellängsebene des Wasserfahrzeuges angeordnet sind. Die Mittellängsebene verläuft in3 vertikal. Die Zuordnung der beiden Aufnahmen21 zu der Mittellängsebene ist so gewählt, dass sich eine symmetrische Bauweise ergibt. In den Aufnahmen21 können Energiespeicher70 , die vorliegend als elektrische Akkumulatoren ausgebildet sind, angeordnet werden. Aufgrund der symmetrischen Anordnung der Aufnahmen21 sind auch die Energiespeicher70 symmetrisch zur Mittellängsebene angeordnet. -
4 gibt die Anordnung der Energiespeicher70 in den Aufnahmen21 zu erkennen. Wie4 veranschaulicht, ist die Aufnahme21 in Längsrichtung L des Wasserfahrzeuges länger dimensioniert als die Erstreckung des Energiespeichers70 in dieser Richtung. Mithin bietet die Aufnahme21 Platz für den alternativen Einbau eines anderen Energiespeichers70 , der eine entsprechend größere Bauweise aufweist und mithin eine höhere Leistung ermöglicht. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- 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.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004049615 A1 [0002]
Claims (11)
- Wasserfahrzeug mit einem Rumpf (
10 ), der einen Strömungskanal (60 ) aufweist oder dem ein Strömungskanal (60 ) zugeordnet ist, wobei dem Strömungskanal (60 ) eine motorbetriebene Wasser-Beschleunigungsanordnung, insbesondere ein Propeller zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rumpf (10 ) einen Flutungsraum aufweist, der über Wasserdurchtrittsöffnungen (Wassereintritts- und Wasseraustrittsöffnungen (35 ,33 )) mit der Umgebung in Verbindung steht. - Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Flutungsraum wenigstens eine elektrische Baueinheit angeordnet ist.
- Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Baueinheit eine Steuerungselektronik (
40 ) ein Elektro-Motor (50 ) und/oder ein Energiespeicher (70 ) ist. - Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rumpf (
10 ) ein Oberteil (20 ) und ein Unterteil (30 ) aufweist, zwischen denen der Flutungsraum gebildet ist, und dass das Ober- und/oder des Unterteil (20 ,30 ) zumindest bereichsweise die Außenhülle des Rumpfs (10 ) bilden. - Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (
30 ) lösbar mit dem Oberteil (20 ) verbunden ist. - Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rumpf (
10 ) zumindest eine Eintrittsöffnung (35 ) im Bereich des Bugs (11 ) und zumindest eine Austrittsöffnung (33 ) im Bereich des Hecks (12 ) bildet. - Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (
60 ) zumindest bereichsweise im Bereich des Flutungsraums angeordnet ist und den freien Querschnitt des Flutungsraums verjüngt, und dass im Bereich des verjüngten Querschnitts eine elektrische Baueinheit (Energiespeicher (70 )) angeordnet ist. - Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (
60 ) zwei Teilbereiche im Flutungsraum gegeneinander zumindest bereichsweise abgrenzt, und dass in jedem der Teilbereiche eine elektrische Baueinheit (Energiespeicher (70 )) angeordnet ist. - Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Flutungsraum zwei Teilbereiche baulich gegeneinander abgegrenzt sind, wobei jedem Teilbereich eine Wassereintritts- und/oder Wasseraustrittsöffnung (
35 ,33 ) zugeordnet ist. - Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Baueinheit mittels einer Aufhängung befestigt ist, und dass die Aufhängung die elektrische Baueinheit beabstandet zu dem den Flutungsraum begrenzenden Wandelement hält.
- Wasserfahrzeug nach deinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es bei geflutetem Flutungsraum einen Auftrieb von mindestens 4 Kilogramm vorzugsweise 7 Kilogramm aufweist.
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