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Die Erfindung betrifft eine Querstrahlsteuereinrichtung für ein Schiff, welche über ein von einer Öffnung im Deck zu einer Öffnung in der Schiffswandung unterhalb der Wasserlinie reichendes, gekrümmt verlaufendes und von Luft durchströmbares Rohr verfügt. Sie besitzt eine höhere Effektivität als bekannte Querstrahlsteuereinrichtungen.
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Querstrahlsteuereinrichtungen sind im Allgemeinen bekannt. Dieses sind die auf Schiffen unterhalb der Wasserlinie quer zur eigentlichen Fahrtrichtung eingebaute Antriebe, die dem besseren Manövrieren, z.B. zum Verringern des Wendekreises dienen.
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Die Einrichtung besteht in der Regel aus mindestens einem rohrförmigen Durchgang durch die gesamte Schiffsbreite im vorderen Zehntel eines Schiffes. Quer eingesetzt in dieses Rohr ist ein Propeller, welcher es ermöglicht, den Bug des Schiffs nach Backbord oder Steuerbord zu bewegen. Dies geschieht durch Änderung der Drehrichtung des Propellers oder Verstellen der Propellerblätter. Angetrieben wird der Propeller durch einen im Schiff installierten Elektro- oder Hydraulikmotor. Das Bugstrahlruder kann aufgrund von hydrodynamischen Effekten nur bis zu einer Fahrtgeschwindigkeit von fünf Knoten eingesetzt werden. Bei höheren Geschwindigkeiten ist es nahezu wirkungslos.
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So ist aus der Schrift
DE 83 33 041 U1 ein Querstromruder für Schiffe bekannt, das einen unterhalb der Wasserlinie verlaufenden Kanal quer zur Schiffsachse umfasst, der einen in diesem Kanal eine Strömung erzeugenden Läufer aufweist, welcher seinerseits auf einer Achse quer zum Kanal angeordnet ist. Durch Antrieb des Läufers wird im Kanal eine Strömung erzeugt, die eine Seitwärtsbewegung des Schiffes ermöglicht.
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Die Schrift
DE 201 20 232 U1 betrifft ein Querstrahlruder, insbesondere Bugstrahlruder, für Schiffe, welches zwei in einem Tunnelrohr angeordnete Propeller aufweist, die über einen Antriebsmotor angetrieben werden können. Dieser ist ebenfalls außerhalb des Tunnelrohrs angeordnet.
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Diese Erfindungen werden beispielhaft genannt und teilen mit weiteren Dokumenten nach dem Stand der Technik den Umstand, dass zur Erreichung des Querantriebs des Schiffes Wasser mit Hilfe der Querstrahlsteuereinrichtung durch den Tunnel oder Kanal gepumpt wird. Neben der erhöhten Anfälligkeit der Einrichtungen, bei denen die Propeller oder Läufer durch im Wasser schwimmende Teile beschädigt oder in ihrer Leistung beeinträchtigt werden können, zeigen sie den Mangel, dass sie einen nur geringen Wirkungsgrad aufweisen. Zur Erreichung eines Querversatzes des Schiffs ist eine hohe Leistung erforderlich, das Schiff spricht trotzdem sehr langsam auf die Querstrahlsteuereinrichtung an. Zudem kommt es bei den herkömmlichen Querstrahlsteuereinrichtungen lediglich zu einer Bewegung von Wasser von einer Seite auf die andere Seite des Schiffes.
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Gemäß der Schriften
GB 1 424 357 A und
US 2 754 791 A sind Einrichtungen bekannt, die mit Luft betrieben werden. Dazu sind in den Schiffskörpern Kompressoren vorgesehen. Während nach der
US 2 754 791 A mit der seitlich aus dem Schiff abgegebenen Luft der Vortrieb verbessert und bei gezielter Abgabe der Luft über nur eine Seite des Schiffes nachrangig die Richtung beeinflusst werden soll, wird in der Schrift
GB 1 424 357 A das Schiff durchströmendes Wasser mit in den Kompressoren erzeugter Pressluft versetzt und beschleunigt. In beiden Fällen ist die jeweilige Vorrichtung durch einen hohen Platzbedarf gekennzeichnet. Der Effekt auf die Veränderung des Kurses dürfte aber als gering erachtet werden.
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In der Schrift
GB 1 242 137 A ist eine Vorrichtung offenbart worden, die ebenfalls zur Verbesserung des Vortriebes vorgesehen sind. Eine Vielzahl von Öffnungen ist unterhalb der Wasserlinie über den Schiffskörper verteilt. Ausströmende Luft verbessert das Gleiten durch das Wasser und senkt so die Betriebskosten. Es ist aber auch vorgesehen, ausströmende Luft zur Richtungsänderung des Schiffes zu benutzen, indem nur einseitig Luft aus einer einzelnen oder einigen wenigen Öffnungen geblasen wird. Das Ausblasen erfolgt mit Hilfe eines Kompressors, der im Schiffsinnern angeordnet ist. Der Druck des Kompressors soll erfindungsgemäß niedrig sein, nur bei Eisbrechern ist ein großes Luftvolumen notwendig. Damit ist die Manövrierfähigkeit von größeren Schiffen mit dieser Einrichtung allerdings auch wieder begrenzt, da eine ausreichende Kraft für eine Richtungsänderung nicht bereitgestellt werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Querstrahlsteuereinrichtung für Schiffe bereitzustellen, die einen höheren Wirkungsgrad als Querstrahlsteuereinrichtungen nach dem Stand der Technik aufweist und dabei weniger anfällig ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine eingangs genannte Querstrahlsteuereinrichtung mit einem in dem Rohr angeordneten Hauptbeschleuniger und einem nahe des Decks im Rohr angeordneten Vorverdichter. Die seitliche Bewegung des Schiffes wird durch das Einblasen von Luft in das Wasser erzeugt. Innerhalb des Rohres wird dazu diese Luft zunächst von einem Vorverdichter beschleunigt. Ein Hauptbeschleuniger erhöht die Geschwindigkeit der Luft zusätzlich, bevor die Luft beschleunigt aus dem Rohr ins Wasser austreten lässt. Dabei ist der Hauptbeschleuniger so im Rohr angeordnet, dass er sich oberhalb der Wasseroberfläche befindet. Bei kleineren Schiffen ist es denkbar, dass das Rohr über im Bereich zwischen Hauptbeschleuniger und Wasserlinie einen Teiler aufweist, mit dessen Hilfe die beschleunigte Luft entweder zur Steuerbordseite oder zur Backbordseite ausgestoßen wird. Bei größeren Schiffen ist die Nutzung von zwei unabhängigen antrieben für die beiden Schiffsseiten in zwei voneinander getrennten Rohren sinnvoll.
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Hauptbeschleuniger und Vorverdichter werden vorzugsweise elektrisch angetrieben, um eine geringe Geräuschemission zu erreichen.
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Das Rohr ist an der Ansaugseite mittels eines Gitters, Käfigs oder Netzes gegen ein Hereinfallen von Gegenständen oder Personen geschützt. Auch aus optischen Gründen wird eine kuppelförmige Gestaltung bevorzugt. Der Schutz kann für Wartungsarbeiten abgenommen oder geöffnet werden. Der Vorverdichter könnte direkt unterhalb dieses Schutzes angeordnet werden. Für schwere See oder Wettereinflüsse kann ein Verschlussschott vorgesehen sein, das das Rohr an der Absaugseite verschließt.
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Der Hauptbeschleuniger umfasst zwei Impellerrotoren, vorzugsweise zwei gegenläufigen Rotoren. Er ist durch eine Welle mit einem Antrieb verbunden, wobei die Welle die Wandung des Rohrs durchstößt und an dieser Durchstoßstelle gegen Wasser aber auch Luft abgedichtet ist. Der Hauptbeschleuniger sorgt für eine Beschleunigung des Luftstrahls, der beim Austreten aus der Drucköffnung auf das Wasser wirkt und das Schiff seitlich bewegt.
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Zwischen Vorverdichter und Hauptbeschleuniger sind Leitbleche vorgesehen, die die Luft in eine Vorrotation versetzen. So kann der Hauptverdichter mit einer höheren Effizienz betrieben werden. Zudem sind in der Wandung des Rohr Wartungsschotts eingelassen, die den Zugang zu dem Hauptverdichter oder aber auch zu anderen Einrichtungen der Querstrahlsteuereinrichtung ermöglichen.
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Um die Masse der austretenden Luftströmung noch zu erhöhen, kann an der Druckseite des Rohrs eine Einspritzung vorgesehen sein, mit der Wasser in den Luftstrom eingespritzt wird. Dieses Wasser kann dabei aus dem Meer entnommen werden, die Einspritzung kann aber auch durch einen Tank gespeist werden. Vorzugsweise ist eine Einspritzung vorgesehen, die ringförmig um die Öffnung an der Druckseite des Rohrs angeordnet ist.
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Die unter der Wasseroberfläche angeordnete Öffnung der Druckseite verfügt über eine Klappe oder einen anderen Verschluss, der einerseits die Querstrahlsteuereinrichtung gegen ein Eindringen von Wasser in das Rohr, bei schwerer See sogar in den Bereich des Hauptbeschleunigers verhindert und andererseits diese Öffnung derart abschließt, dass sie die Fahreigenschaften des Schiffes nicht beeinträchtigt. Zudem kann ein Notverschluss für plötzlich auftretende Umstände vorgesehen sein. Der Bereich um die benannte Klappe und die Einspritzung kann zusätzlich mit Lenzpumpen ausgestatte sein, um nach dem Verschluss der Wandung des Schiffes im Innern befindliches Wasser zu entfernen.
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Denkbar ist auch, dass der Verschluss dahingehend verändert wird, dass er auch während der Fahrt zum Einsatz kommt, sobald die Luft gerichtet aus der Öffnung austritt. Hierfür bietet sich ein System aus Lamellen an. Bei Ausrichtung der Lamellen zum Heck des Schiffes kann die Fahrgeschwindigkeit erhöht werden, ein Ausrichten des austretenden Strahls in Richtung des Bugs führt zu einer Bremswirkung. Mit senkrecht zur Wasserlinie nach unten gerichtetem Strahl können Stampfen, Rollen und Gieren des Schiffes gedämpft werden. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass bei der Betätigung während der Fahrt keine Beschädigung durch das Abreißen durch entgegen strömendes Wasser erfolgen darf, so dass der Betrieb erst aufgenommen werden muss, bevor eine Ausrichtung in Fahrtrichtung oder senkrecht zur Wasserlinie erfolgen kann.
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Vereinfachte Drehungen des Schiffs, z.B. im Hafen, können dann erreicht werden. wenn neben einer erfindungsgemäßen Querstrahlsteuereinrichtung am Bug des Schiffes, eine weitere erfindungsgemäße Einrichtung am Heck vorgesehen ist, wobei beide entgegengesetzt arbeiten.
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Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt dabei einen Schnitt durch ein Schiff mit einer erfindungsgemäßen Querstrahlsteuereinrichtung.
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Im Deck 14 des Schiffs 15 ist eine Öffnung vorgesehen, die durch einen Käfig gegen das Hineinfallen von Menschen oder Gegenständen gesichert ist. Der Käfig ist z.B. klappbar ausgestaltet oder besitzt einen Zugang 2 zu einem unterhalb der Öffnung beginnenden Rohr 3. Nahe am Käfig ist im Rohr 3 ein Vorverdichter 4 angeordnet, der Luft durch den Käfig aus der Schiffsumgebung ansaugt und durch das Rohr 3 drückt. Gegen das Eindringen von größeren Wassermassen von oben in das Rohr 3, z.B. bei rauer See, ist ein Verschlussschott 17 vorgesehen, das das Rohr 3 vollständig nach oben abschottet. Das Rohr 3 verläuft leicht geschwungen vom Deck 14 zu einer Öffnung in der Wandung des Schiffs 15, die unterhalb der Wasserlinie 16 liegt. In der Figur besitzt das Rohr 3 die Form eines auf den Kopf gestellten Fragezeichens, in Abhängigkeit der Vorgaben durch die Schiffskonstruktion kann das Rohr 3 aber auch einen anderen Verlauf nehmen, wobei zu beachten ist, dass durch die Form nicht die Funktionalität der Vorrichtung beeinträchtigt wird.
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Oberhalb der Wasserlinie 16 ist ein Hauptbeschleuniger 5 vorgesehen, der die vom Vorverdichter 4 anströmende Luft beschleunigt und in Richtung der Öffnung in der Schiffswandung abgibt. Der Hauptverdichter wird mittels einer Antriebswelle 12 angetrieben, die an einer Stelle die Wandung des Rohrs 3 durchbricht und mit einem Antrieb 13 verbunden ist. Die Durchbruchstelle durch das Rohr 3 ist gegen Austreten von Luft und/oder Wasser abgedichtet. Zwischen Vorverdichter 4 und Hauptbeschleuniger 5 sind Leitbleche 6 derart angeordnet, dass die das Rohr 3 durchströmende Luft in eine Rotationsbewegung um die Rohrachse versetzt wird. Dieses steigert die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung. Im Rohr 3 sind z.B. auf Höhe des Hauptbeschleunigers 5 Wartungsschotts 18 vorgesehen, durch die Wartungen am Hauptbeschleuniger 5 oder anderen Bauteilen der Einrichtung vorgenommen werden können. Weitere Wartungsschotts 18 können eingefügt werden, wenn dies für den Betrieb oder die Sicherheit zweckmäßig erscheint.
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Eine weitere Leistungssteigerung wird erreicht, indem nahe der Öffnung in der Schiffswandung mindestens eine Einspritzdüse 8 vorgesehen ist, mit der Wasser in das Rohrende eingespritzt wird. Als vorteilhaft hat sich hier eine ringförmige Gruppierung von mehreren Einspritzdüsen gezeigt. In der Figur wird das zur Einspritzung benötigte Wasser mittels eines Wasserrohrs 9 und einer Pumpe 10 aus dem Fahrwasser entnommen und der Einspritzdüse 8 zugeleitet.
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Zum Schutz der Einrichtung bei schwerer See oder gegen Beschädigungen durch schwimmende Körper oder Tiere ist ein Rückschlagventil 7 vorgesehen, das ein Eindringen von zu viel Wasser oder Fremdkörpern verhindert. Zur Steigerung der Fahreigenschaften kann zusätzlich eine Verschlussklappe 11 vorgesehen sein, die bei Verschluss mit der Schiffswandung eine homogene Oberfläche bildet. Um den Raum zwischen Rückschlagventil 7 und Verschlussklappe 11 oder auch das Rohr jenseits des Rückschlagventils 7 von Wasser zu leeren, ist mindestens eine Lenzpumpe 19 vorgesehen, mit der Wasser aus diesen Bereichen zum Schutz des Schiffes abgepumpt werden kann.
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Da es sich bei den vorhergehenden, detailliert beschriebenen Querstrahlsteuereinrichtung um ein Ausführungsbeispiel handelt, kann sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen der Rückschlagventile in anderer Form als in der hier beschriebenen folgen. Ebenso kann der Hauptbeschleuniger in einer anderen Form ausgestaltet werden, wenn dies aus Platzgründen bzw. energetischen Gründen notwendig ist. Weiter schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Käfig
- 2
- Zugang
- 3
- Rohr
- 4
- Vorverdichter
- 5
- Hauptbeschleuniger
- 6
- Leitblech
- 7
- Rückschlagventil
- 8
- Einspritzdüse
- 9
- Wasserrohr
- 10
- Pumpe
- 11
- Verschlussklappe
- 12
- Antriebswelle
- 13
- Antrieb
- 14
- Deck
- 15
- Schiff
- 16
- Wasserlinie
- 17
- Verschlussschott
- 18
- Wartungsschott
- 19
- Lenzpumpe
