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Die Erfindung betrifft eine Trimmvorrichtung, insbesondere für ein Wasserfahrzeug, beispielsweise ein Boot, Floß oder Schiff, aber auch eine im Wasser befindliche, zumindest zeitweise mit dem Boden nicht fest verbundene, Plattform.
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Wasserfahrzeuge dienen den Menschen bereits seit Urzeiten zur Fortbewegung über die Gewässer. In dieser langen Zeit hat sich die Seefahrt beginnend mit Einbäumen oder Flößen von muskelbetriebenen Fahrzeugen über Wind getriebene Fahrzeuge bis hin zu maschinengetriebenen Wasserfahrzeugen mehrfach grundlegend gewandelt.
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Schon immer war es dabei von erheblicher Bedeutung, Lasten, d.h. Personen und/oder Güter gleichmäßig in bzw. auf dem Wasserfahrzeug zu verteilen. Eine ungleiche Verteilung von Lasten führt zu einer Schieflage im Wasser, welche das Wasserfahrzeug instabil werden lässt, insbesondere beim Auftreffen von Wellen und/oder Windböen, die ein geneigtes Wasserfahrzeug eher zum Kentern bringen können, als dies bei einem gleichmäßig beladenen Wasserfahrzeug der Fall wäre.
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War es früher nicht möglich, die Lasten gleichmäßig zu verteilen, so wurden zusätzliche Gewichte an Bord genommen, um eine Normallage im Wasser zu erreichen, ein Vorgang, der als Trimmung bezeichnet wird. Dies führt jedoch dazu, dass zusätzliches, bis auf den oben genannten Zweck, häufig überflüssiges Gewicht, befördert werden muss, was den Tiefgang des Wasserfahrzeugs erhöht, wodurch sich der Wasserwiderstand vergrößert. Dieser Effekt wird noch verstärkt durch das zusätzliche zu bewegende Gewicht.
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Insbesondere bei den immer größer werdenden Personenschiffen, Frachtschiffen und Plattformen der heutigen Zeit ist die Trimmung besonders wichtig. Bei Personenschiffen liegt dies insbesondere daran, dass diese aufgrund ihrer hohen Aufbauten einen vergleichsweise hohen Schwerpunkt haben und somit ohnehin schon eine verminderte Stabilität gegenüber flachen Wasserfahrzeugen aufweisen. Bei Frachtschiffen, insbesondere Containerschiffen, welche heutzutage häufig Platz für mehrere zehntausend Container bieten, ist eine gleichmäßige Beladung ein essentielles Kriterium. Dies gilt beispielsweise auch im Hafen bei Be- und Entladevorgängen, bei denen regelmäßig auf eine gleichmäßige Entladung geachtet werden muss, um Schäden an der Schiffsstruktur, welche bis zu einem Bruch des Rumpfes reichen können, zu vermeiden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Trimmvorrichtung bereitzustellen, welche dem Anwender hinsichtlich der Austarierung eines Wasserfahrzeugs im Wasser Anpassungsmöglichkeiten bereitstellt.
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Eine Trimmvorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung, insbesondere für ein Wasserfahrzeug, weist auf:
- (a) ein Gehäuse mit einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen Ende, welches dafür eingerichtet ist, außerhalb, insbesondere wenigstens im Wesentlichen unterhalb, des Wasserfahrzeugs angeordnet zu werden;
- (b) wenigstens einen Auftriebskörper, welcher zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und eine steuerbare Auftriebskraft bereitstellt;
- (c) wenigstens eine Verbindungseinrichtung, welche dafür eingerichtet ist, das Gehäuse beabstandet von einem Wasserfahrzeugrumpf des Wasserfahrzeugs mit diesem zumindest mechanisch zu verbinden; und
- (d) einer Steuerungseinrichtung, welche dafür eingerichtet ist, die Lage des Wasserfahrzeugs relativ zur Wasseroberfläche zu steuern, wobei
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die Steuerungseinrichtung dafür eingerichtet ist, die von dem Auftriebskörper bereitgestellte Auftriebskraft zu steuern, insbesondere zu regeln; und/oder die Steuerungseinrichtung dafür eingerichtet ist, einen von der Verbindungseinrichtung bereitgestellten Abstand zwischen dem Wasserfahrzeugrumpf und dem Gehäuse zu steuern, insbesondere zu regeln; und wobei das Gehäuse gegenüber dem Wasserfahrzeug beweglich, insbesondere um eine Hochachse und/oder wenigstens um eine andere Achse schwenkbar, ist.
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Die Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es, die Auftriebskraft eines Auftriebskörpers, der außerhalb eines Wasserfahrzeugs angeordnet ist, zu verändern, um dadurch die Lage des Wasserfahrzeugs im Wasser zu beeinflussen. Dies erfolgt erfindungsgemäß entweder durch eine Anpassung der vom Auftriebskörper bereitgestellten Auftriebskraft, insbesondere bei wenigstens im Wesentlichen gleichbleibendem Abstand des Gehäuses vom Grundkörper, und/oder durch eine Veränderung des besagten Abstandes.
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Die Anordnung des Gehäuses bzw. der Gehäuse mit dem Auftriebskörper bzw. den Auftriebskörpern außerhalb, insbesondere wenigstens im Wesentlichen unterhalb des Wasserfahrzeugs, ermöglicht eine sehr gute Raumausnutzung in bzw. auf dem Wasserfahrzeug, da der hinzugewonnene Raum zur Unterbringung von Personen und/oder Gütern oder dergleichen vorgesehen werden kann. Alternativ und/oder zusätzlich ist es mit der erfindungsgemäßen Trimmvorrichtung möglich, das Wasserfahrzeug kleinbauend zu realisieren und/oder die im Wasser befindlichen Elemente hinsichtlich der Strömungseigenschaften zu optimieren.
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Durch die Steuerung der Auftriebskraft ist es möglich, die Lage des Wasserfahrzeugs im Wasser zu beeinflussen. Eine hohe bereitgestellte Auftriebskraft sorgt dafür, dass das Wasserfahrzeug höher im Wasser liegt und deshalb bei der Fortbewegung dem Wasser weniger Widerstand entgegensetzt. Eine geringe, bereitgestellte Auftriebskraft sorgt dafür, dass das Wasserfahrzeug tiefer im Wasser liegt, wodurch der Schwerpunkt gegenüber der Wasseroberfläche abgesenkt ist, was eine erhöhte Stabilität des Wasserfahrzeugs gegenüber Seegang und/oder Windböen bedeutet. Auch durch eine Veränderung des Abstandes zwischen dem Grundkörper und dem Gehäuse ist aufgrund des archimedischen Prinzips die Lage des Wasserfahrzeugs im Wasser beeinflussbar.
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Nach einer Ausführung wird mittels des Auftriebskörpers ein derartiger Auftrieb erzeugt, dass die Unterkante des Wasserfahrzeugrumpfes vollständig oberhalb des Glattwasserniveaus, insbesondere oberhalb der Wasseroberfläche, verortet ist. Hierdurch kann der Wasserwiderstand des Wasserfahrzeugs verringert werden und/oder der Tiefgang vermindert werden, um beispielsweise Untiefen zu überwinden. Weiterhin kann der Auftriebskörper dergestalt gesteuert, insbesondere geregelt werden, dass hierdurch eine Anpassung des Höhenniveaus an ein anderes Wasserfahrzeug (nicht dargestellt) oder ein anderes statisch im oder an dem Wasser angeordneten Objekt erreicht werden kann, um beispielsweise ein Übersetzen von Gütern und/oder Personen zu erleichtern.
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Durch die Beweglichkeit des Gehäuses gegenüber dem Wasserfahrzeug, insbesondere gegenüber dem Wasserfahrzeugrumpf wird eine sehr hohe Manövrierfähigkeit des Wasserfahrzeugs erreicht, insbesondere da die Gehäuse gegenüber dem Wasserfahrzeugrumpf in einer Weise ausgerichtet werden können, dass insbesondere bei Richtungsänderungen, der Wasserwiderstand der Trimmeinrichtung gering gehalten werden kann.
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Unter einer „Trimmvorrichtung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Vorrichtung zu verstehen, welche dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist, einen Körper in eine gewünschte Lage auszurichten. Die hierbei erzeugten Trimmkräfte gleichen dabei solche Kräfte aus, welche die Lage des Körpers in ungewünschter Weise verändern. Im Sinne der vorliegenden Erfindung betrifft die Trimmung vorrangig eine statische Trimmung, d.h. die erzeugten Trimmkräfte sind wenigstens im Wesentlichen unabhängig von der Geschwindigkeit eines getrimmten Körpers. Die erfindungsgemäße Trimmvorrichtung verändert dabei einen Parameter aus einer Gruppe, bestehend aus: einem Gierwinkel, d.h. einem Winkel, welcher eine Drehung um die Z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems beschreibt, wobei die Z-Achse ebenfalls als Gier-, Hoch- oder Vertikal-Achse bezeichnet werden kann; einem Nick-Winkel, d.h. einem Winkel, welcher eine Drehung um die Y-Achse des kartesischen Koordinatensystems beschreibt, wobei die Y-Achse auch als Nick- oder Querachse bezeichnet werden kann; einem Rollwinkel, d.h. einem Winkel, welcher eine Drehung um die in Längsrichtung des Körpers verlaufende X-Achse des kartesischen Koordinatensystems beschreibt, wobei die X-Achse auch Roll-, Wank- oder Längsachse genannt werden kann; und einer Ausrichtung des Körpers in der Z-Richtung relativ zur Wasseroberfläche. Die Wasseroberfläche definiert hierbei die X-Y-Ebene, welche von den Achsen des kartesischen Koordinatensystems aufgespannt wird.
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Ein „Wasserfahrzeug“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist explizit breit zu verstehen, so dass hierunter alle Gegenstände zu verstehen sind, welche sich auf, in oder unter der Wasseroberfläche befinden und welche dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet sind, beispielsweise Personen und/oder Güter zu transportieren oder zu tragen. Beispiele für Wasserfahrzeuge im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Boote, Schiffe, U-Boote, Flöße, Plattformen, insbesondere Förderplattformen, und dergleichen.
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Unter einem „Gehäuse“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Hohlkörper zu verstehen, welcher dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist, Gegenstände und/oder Komponenten in sich aufzunehmen, zu einer Einheit zu verbinden und/oder vor Einwirkungen aus der Umgebung, insbesondere mechanischen Einwirkungen, Eindringen von Flüssigkeiten und/oder Gasen oder dergleichen zu schützen. Ein Gehäuse kann hierbei entweder einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Das Gehäuse im Sinne der vorliegenden Erfindung weist zumindest eine stromaufwärtige und eine stromabwärtige Öffnung auf, durch welche jeweils ein Wasservolumenstrom ein- bzw. austreten kann. Nach einer Ausführung ist das Gehäuse so ausgebildet, dass dieser Wasservolumenstrom davon abgehalten wird, in andere Bereiche des Gehäuses, wie beispielsweise einen Technikraum, einzudringen.
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Unter dem Begriff „stromaufwärtig“ bzw. „stromabwärtig“ im Sinne der vorliegenden Erfindung wird die Ausrichtung eines Objekts, beispielsweise des Gehäuses, in Bezug auf eine Wasserströmung beschrieben, wobei „stromaufwärtig“ die Seite des Gehäuses beschreibt, auf welche sich die Wasserströmung zubewegt, während „stromabwärtig“ diejenige Seite des Gehäuses beschreibt, welche sich der vom Wasser angeströmten Seite des Gehäuses entgegengesetzt ist.
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Unter einem „Wasserfahrzeugrumpf“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere derjenige einteilig oder mehrteilig ausgebildete Teil des Wasserfahrzeugs zu verstehen, welche dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist, auf, an oder in sich Maschinen, Güter und/oder Personen aufzunehmen. Der Wasserfahrzeugrumpf ist nach einer Ausführung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet. Der Wasserfahrzeugrumpf stellt zumindest einen Teil der gewünschten Auftriebskraft selbst bereit und/oder ist zumindest mechanisch mit Einrichtungen verbunden, welche einen Auftrieb bereitstellen, beispielsweise Schwimmkörper. Ein Wasserfahrzeugrumpf im Sinne der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise ein klassischer Schiffs- oder Bootsrumpf, die zumindest wenigstens im Wesentlichen ebene Plattform eines Floßes, eine Boots- oder Schiffsschale oder dergleichen. Ein Wasserfahrzeug kann dabei lediglich einen Rumpf aufweisen (z. B. Einrumpfschiff), zwei Rümpfe aufweisen (z. B. Katamaran) oder mehr Rümpfe aufweisen (z. B. Trimaran).
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Unter einem „Auftriebskörper“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, welche wegen ihres Verhältnisses von Volumen und Masse dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist, mit dieser mechanisch verbundene Objekte in ihrer Lage im Wasser zu beeinflussen, insbesondere an und/oder in unmittelbarer Nähe der Wasseroberfläche zu halten. Beispiele für Auftriebskörper im Sinne der vorliegenden Erfindung sind unter anderem mit Gasen, insbesondere Umgebungsluft, gefüllte Hohlkörper aus Metall und/oder Kunststoff und/oder gummiartigem Material, insbesondere Ballons, Schaumstoffkörper oder dergleichen. Auftriebskörper im Sinne der vorliegenden Erfindung können aktive und/oder passive Komponenten aufweisen. Passive Komponenten sind beispielsweise Tanks, Hohlräume, Kanister, Ballons, Schläuche, Rohre und dergleichen. Aktive Komponenten sind beispielsweise Ventile, Pumpen, gasbetriebene Ausblaseinrichtungen, aber auch diejenigen Einrichtungen, welche selbst aktiv und unmittelbar einen Auftrieb erzeugen, wie z. B. Propeller und/oder Schraubenantriebe, Wasser- und/oder Gasdüsen, Brennkrafttriebwerke oder dergleichen.
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Unter einer „Verbindungseinrichtung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, welche eine mechanische Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Wasserfahrzeugrumpf bereitstellt. Dies kann beispielsweise in Form einer an beiden Enden fest verbundenen Stange, einem Hohlköper, beispielsweise einem rohrartigen Hohlkörper. Nach einer Ausführung ist die Verbindungseinrichtung hinsichtlich ihrer Außengeometrie im Hinblick auf seine strömungstechnischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich des Strömungswiderstandes, angepasst gestaltet.
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Nach einer Ausführung weist die Verbindungseinrichtung auf der Seite des Wasserfahrzeugrumpfes und/oder auf der Seite des Gehäuses eine Dreh- und/oder Verschwenkeinrichtung auf, über welche das Gehäuse um eine Drehachse drehbar ist.
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Nach einer Ausführung ist die Verbindungseinrichtung selbst hinsichtlich ihrer strömungstechnischen Eigenschaften, insbesondere bezüglich ihrer Außengeometrie optimiert. Nach einer Ausführung übernimmt die Verbindungseinrichtung neben der Bereitstellung einer mechanischen Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Wasserfahrzeugrumpf weitere Aufgaben, wie z. B. die Bereitstellung von elektrischer Energie und/oder flüssigen oder gasförmigen Treibstoffen und/oder insbesondere gasförmige, Treibmedien, insbesondere zum Ausblasen von Schwimmkörpern, wie es unten weiter im Detail beschrieben werden wird, oder eine Übertragung von Steuersignalen elektrischer, elektronischer und/oder mechanischer Art von Komponenten in bzw. auf dem Wasserfahrzeugrumpf an Komponenten innerhalb des Gehäuses.
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Die Höhe der Verbindungseinrichtung wird konstruktiv auf einen benötigen Tiefgang des Wasserfahrzeugs ausgelegt. Nach einer bevorzugten Ausführung wird der Abstand von Gehäuse und Wasserfahrzeugrumpf, insbesondere durch eine teleskopartige Konstruktion der Verbindungseinrichtung, variierbar gehalten.
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Unter einer „Steuerungseinrichtung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, welche Daten empfängt, verarbeitet, hieraus ein Ansteuerungssignal für wenigstens eine andere Komponente der Trimmvorrichtung erzeugt und an diese überträgt. Die Steuerungseinrichtung weist hierfür beispielsweise eine Prozessoreinrichtung und eine Speichereinrichtung auf sowie wenigstens eine Sensoreinrichtung auf, welche wenigstens ein Messsignal aufnimmt und an die Prozessoreinrichtung überträgt. Sensoreinrichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise Positions- und/oder Lagesensoren, Antennen zum Empfang externer Steuerungsbefehle, GPS-Empfänger, DGPS-Empfänger (DGPS: Differential Global Positioning System) oder dergleichen. Auf Grundlage solcher Messungen kann eine kontrollierte Lage des Wasserfahrzeugs im Wasser erreicht werden. Entsprechend dieser Messungen und der Trimmungsvorgaben wird wenigstens eine Komponente der Trimmvorrichtung angesteuert, um die gewünschte Lage und/oder den gewünschten Tiefgang des Wasserfahrzeugs einzustellen. Nach einer bevorzugten Ausführung ist der Auftriebskörper dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ausschließlich mit Gas, insbesondere Luft, oder vollständig mit Fluid, insbesondere Wasser, gefüllt zu werden oder insbesondere wenigstens im Wesentlichen jeden beliebigen, zwischen diesen beiden Extremen befindlichen, Füllgrad an Gas bzw. Fluid anzunehmen.
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Für bestimmte Anwendungen, wie z. B. Beladevorgänge, kann der Auftrieb so gewählt werden, dass eine Referenzebene des Wasserfahrzeugs relativ zur Wasseroberfläche absinkt bzw. aufsteigt.
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Nach einer bevorzugten Ausführung weist der Auftriebskörper eine Mehrzahl an, insbesondere durch wenigstens eine Trennwand, getrennte Volumenbereiche auf. Hierdurch ist es möglich, einzelne Volumenabschnitte des Auftriebskörpers unabhängig von den anderen, hinsichtlich der durch ihn bereitgestellten Auftriebskraft einzustellen. Eine solche Trennung erfolgt bevorzugt durch eine Trennwand und/oder ein Schott.
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Nach einer bevorzugten Ausführung weist der wenigstens eine steuerbare, insbesondere regelbare, Auftriebskörper auf:
- a) eine Ventileinrichtung mit wenigstens einer Schließstellung und einer Durchlassstellung, welche dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist, einen Fluidzustrom in den Auftriebskörper zu steuern, insbesondere zu regeln; und/oder
- b) eine Entleerungseinrichtung, insbesondere aufweisend eine Pumpeneinrichtung und/oder eine Anblaseinrichtung, welche dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist, einen Fluidabfluss aus dem Auftriebskörper zu steuern, insbesondere zu regeln.
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Als Pumpeneinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung kommen sämtliche Pumpenkonzepte in Frage, welche dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet sind, den erforderlichen Gasab- bzw. Gasaufluss bzw. Fluidab- bzw. Fluidzufluss zu bewirken. Beispiele für Pumpeneinrichtungen sind unter anderem Verdrängerpumpen, insbesondere Membranpumpen, Rotationskolbenpumpen, Exzenterschneckenpumpen, Impellerpumpen, Kettenpumpen, Kolbenpumpen, Ringkolbenpumpen und dergleichen sowie Strömungspumpen, insbesondere Axialpumpen, Diagonalpumpen oder Radialpumpen. Eine Anblaseinrichtung nach einer bevorzugten Ausführung weist auf: eine Gasventileinrichtung mit wenigstens einer Schließstellung und einer Durchlassstellung, eine Druckbereitstellungseinrichtung, insbesondere einen Drucktank und/oder einen Kompressor, sowie eine durch die Ventileinrichtung freigebbare gasführende Verbindung zwischen Druckbereitstellungseinrichtung und dem Schwimmkörper.
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Nach einer bevorzugten Ausführung weist die Verbindungseinrichtung auf:
- a) wenigstens zwei Elemente, welche teleskopartig ineinander verschieblich sind; und/oder
- b) Mittel, welche dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet, sind, die Verbindungseinrichtung zumindest teilweise durch einen Wasserfahrzeugrumpf hindurchzuführen und zumindest teilweise innerhalb des Wasserfahrzeugrumpfes einzufahren.
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Nach einer Ausführung weist die Verbindungseinrichtung wenigstens zwei, insbesondere zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr, Elemente auf, welche teleskopartig ineinander verschieblich sind. So kann die Veränderung des bereitgestellten Abstands zwischen dem Grundkörper und dem Gehäuse in einer Weise gesteuert werden, dass wenigstens im Wesentlichen keine Komponenten der Verbindungseinrichtung in den Wasserfahrzeugrumpf eintreten. Mit anderen Worten: die Verbindungseinrichtung ist an der Außenseite des Wasserfahrzeugrumpfes befestigt und ist nicht dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet, zumindest teilweise in das Innere des Wasserfahrzeugrumpfes eingezogen zu werden. Hierdurch muss hinsichtlich der Anordnung von Gütern und/oder Personen in bzw. auf dem Wasserfahrzeug wenigstens im Wesentlichen wenigstens im Wesentlichen keine Rücksicht auf die Verbindungseinrichtungen genommen werden.
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Alternativ und/oder optional können die Verbindungseinrichtungen zumindest teilweise in den Wasserfahrzeugrumpf eingefahren werden. Hierdurch ist eine sehr einfache konstruktive Realisierung der Verbindungseinrichtung möglich.
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Nach einer bevorzugten Ausführung ist die Verbindungseinrichtung dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet, zumindest teilweise über ein Deck des Wasserfahrzeugs hinauszuragen. Auf diese Weise ist eine sehr einfache konstruktive Realisierung auch verhältnismäßig großer Abstände zwischen dem Wasserfahrzeugrumpf und dem Gehäuse realisierbar.
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Nach einer bevorzugten Ausführung weist die Trimmvorrichtung weiterhin auf:
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- a) wenigstens eine Vorschubeinrichtung, welche zumindest teilweise, insbesondere vollständig, unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist; und
- b) wenigstens eine Antriebseinrichtung, welche dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist, die Vorschubeinrichtung mit einem Drehmoment zu beaufschlagen.
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Nach dieser Ausführung werden die originären Eigenschaften einer Trimmvorrichtung, wie oben beschrieben, ergänzt um die Fähigkeit des Wasserfahrzeugs zusätzlich in X- bzw. Y-Richtung, d.h. auf der Wasseroberfläche in eine gewünschte Position zu manövrieren.
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Unter einer „Vorschubeinrichtung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, welche mechanische Arbeit aufnimmt und diese in Form von Strömungsenergie an das umgebende Medium abgibt. Vorschubeinrichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise ein Jetantrieb, ein Düsenringpropeller, ein Propeller an einer Welle oder ein Propeller in einem Außenringläufer.
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Unter einer „Antriebseinrichtung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine konstruktive Einrichtung zu verstehen, die mittels Energieumformung Bewegungsenergie, insbesondere in Form einer Kraft oder eines Drehmoments, bereitstellt. Antriebseinrichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise Elektroantriebe, Verbrennungskraftantriebe, pneumatische Antriebe, Atomenergieantriebe, Hydraulikantriebe oder dergleichen.
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Durch eine entsprechend ausgebildete Trimmvorrichtung wird eine sehr gute Wendigkeit und Positionstreue bereitgestellt, wie dies z. B. bei Versorgern im Offshore-Bereich gefordert wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführung weist das Gehäuse im dem stromaufwärtigen Ende und dem stromabwärtigen Ende jeweils zumindest eine Öffnung auf, welche durch einen im Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung, zumindest teilweise geschlossenen Kanal, miteinander verbunden sind; und wobei die Vorschubeinrichtung zumindest teilweise innerhalb, insbesondere vollständig, innerhalb des Kanals angeordnet ist. Die Grundidee dieser Ausführungen ist es, die Vorschubeinrichtung dergestalt zumindest teilweise innerhalb des Kanals und damit verbunden innerhalb des Gehäuses anzuordnen, dass das Letztgenannte die Vorschubeinrichtung vor Beschädigungen, beispielsweise bei einem Auf-Grund-Laufen, zumindest teilweise schützt.
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Hierdurch kann ein vorgeschriebener Mindestabstand zwischen Vorschubeinrichtung und Untergrund klein gewählt werden, da die Antriebsvorrichtung selbst bei leichtem Grundkontakt geschützt ist.
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Durch die zumindest teilweise innerhalb des Kanals vorgesehene Anordnung der Vorschubeinrichtung ist eine sehr freie Gestaltung der Gehäuseaußenseite möglich, da Anforderungen der Vorschubeinrichtung bei der Gestaltung der Gehäuseaußenseite – außer hinsichtlich der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Öffnungen – zumindest von untergeordneter Bedeutung sind, insbesondere wenigstens im Wesentlichen nicht relevant sind.
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Der im Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung zumindest teilweise geschlossene Kanal stellt wenigstens im Wesentlichen definierte Strömungseigenschaften des hindurchtretenden des hindurchtretenden Mediums, insbesondere Süß- oder Salzwasser, bereit. Durch eine geeignete Gestaltung des zumindest teilweise geschlossenen Kanals kann die Energieeffizienz besonders vorteilhaft ausgebildet sein.
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Unter einem „Kanal“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine zumindest teilweise hinsichtlich eines Querschnitts, welcher wenigstens im Wesentlichen senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Kanals betrachtet wird, geschlossene Ausnehmung in einem Grundkörper zu verstehen. Das heißt, ein Kanal im Sinne der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise eine Nut oder Rinne sein, welche in das Grundobjekt eingeformt ist (hier liegt ein teilweise geschlossener Querschnitt vor) oder kann in Form eines Durchgangs bzw. Tunnels vorliegen (in diesem Zusammenhang wird von einem geschlossenen Querschnitt gesprochen).
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Nach einer bevorzugten Ausführung ist der Kanal als röhrenförmiger Tunnel mit geschlossenem Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung ausgebildet und/oder die Vorschubeinrichtung von dem Gehäuse in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung vollständig umschlossen.
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Nach dieser Ausführung muss der Kanal nicht über die gesamte Länge als röhrenförmiger Tunnel senkrecht zur Strömungsrichtung mit einem geschlossenen Querschnitt ausgebildet sein, sondern kann beispielsweise auch einen rinnenartigen Zu- und/oder Ablauf aufweisen, so dass nur ein dazwischen angeordneter Bereich in Form eines röhrenförmigen Tunnels mit geschlossenem Querschnitt ausgebildet ist, wobei sich die Vorschubeinrichtung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, innerhalb dieses dazwischen angeordneten rohrförmigen Abschnitts befindet.
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Durch die Kombination der Trimmvorrichtung mit Elementen einer Antriebsvorrichtung ist es auch möglich, es zu verhindern, dass Teile der Vorschubeinrichtung, insbesondere der Blattspitzen, aus dem Wasser austauchen. Ein Austauchen von Blattspitzen aus dem Wasser, sogar bereits eine kritische Annäherung an die Wasseroberfläche, führt neben einem Absinken des Vorschubgütegrades auch zu einer verstärkten Ungleichmäßigkeit in der Schuberzeugung, erhöhten Geräuschen und Kavitationseffekten. Ebenfalls kann auf diese Weise vermieden werden, dass das dynamische Positionieren eines Wasserfahrzeugs aufgrund von unerwünschten Bewegungen, welche durch ein Austauchen von Propellerblattspitzen initiiert wird, erschwert ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführung ist die Vorschubeinrichtung ausgewählt, aus einer Gruppe, aufweisend: einen Jetantrieb, einen Düsenringpropeller, einen Propeller an einer Welle oder einen Propeller in einem Außenringläufer.
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Nach einer bevorzugten Ausführung weist wenigstens die eine Öffnung in dem stromaufwärtigen Ende des Gehäuses eine Schutzeinrichtung auf, welche dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist, die Wahrscheinlichkeit eines Eindringens von Festkörpern in den Kanal wenigstens zu senken. Nach einer Ausführung weist die Schutzeinrichtung eine Struktur aus zumindest wenigstens im Wesentlichen parallel biegeschlaffen oder festen Körpern auf (sogenannter Grill) und/oder ein aus Metall, Kunststoff oder anderen biegeschlaffen Material gebildeten Gitter oder Netz und/oder eine andere geeignete Filterstruktur auf.
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Ein erfindungsgemäßes Wasserfahrzeug weist eine Trimmvorrichtung nach einer der oben beschriebenen Ausführungen auf.
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Für die Vorteile eines auf diese Weise ausgestatteten Wasserfahrzeugs wird auf die obigen Ausführungen zur Trimmvorrichtung verwiesen, welche für das Wasserfahrzeug in gleicher Weise gelten.
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Eine erfindungsgemäße Verwendung einer Trimmvorrichtung besteht in der Trimmung eines Wasserfahrzeugs.
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Auch hier wird hinsichtlich der Vorzüge auf die obigen Ausführungen verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Eine bevorzugte Verwendung sieht vor, die Trimmvorrichtung als Nachrüstvorrichtung nachträglich an und/oder in dem Wasserfahrzeug anzubringen.
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Hierdurch ist es möglich, Wasserfahrzeuge, welche beispielsweise aufgrund eines Motorschadens liegengeblieben sind, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung wieder manövrierfähig zu machen und/oder Wasserfahrzeuge, wie z. B. Plattformen, zu ihrer Montageposition zu bewegen und die Vorrichtungen danach wieder zu entfernen, da diese zumindest für die Dauer der stationären Befestigung am Meeresgrund nicht benötigt werden.
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Hierfür weist die Verbindungseinrichtung nach einer bevorzugten Ausführung flexible, lösbare Fixierungen auf, um die Antriebsvorrichtung an dem Wasserfahrzeug zu befestigen.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen. Hierzu zeigt:
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1 eine schematisierte Ansicht eines Wasserfahrzeugs mit einer Mehrzahl von Trimmvorrichtungen mit Vorschubfunktion nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematisierte Ansicht eines Wasserfahrzeugs mit einer Kombination aus einer Trimmvorrichtungen mit und ohne Vorschubfunktion nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
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3 eine schematisierte Ansicht einer Trimmvorrichtung mit zusätzlicher Vorschubfunktion nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung an einem Wasserfahrzeug.
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1 zeigt ein Wasserfahrzeug 1, aufweisend einen Wasserfahrzeugrumpf 1a sowie drei Trimmvorrichtungen 100‘ mit zusätzlicher Vorschubfunktion nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Trimmvorrichtungen 100‘ weisen auf: ein Gehäuse 110, eine Vorschubeinrichtung 120, einen Auftriebskörper 140 sowie eine Verbindungseinrichtung 150. In der Abbildung der 1 sind die in den Gehäusen 110 angeordneten Auftriebskörper 140 über stabförmige Verbindungseinrichtungen 150 mit dem Wasserfahrzeugrumpf 1a des Wasserfahrzeugs 1 verbunden. Die einzelnen Gehäuse sind weiterhin mit jeweils einer Vorschubeinrichtung 120 versehen, welche jeweils über eine Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) angetrieben werden. Vorschubeinrichtung und Auftriebskörper sind in Bezug zur Wasseroberfläche W so angeordnet, dass hydrostatischer Auftrieb und Schuberzeugung außerhalb des Haupteinflussbereiches der Wellen erfolgen, d.h. unterhalb des tiefsten zulässigen Wellentals für ruhiges Seegangverhalten WT. Bei ruhiger See wird das Wasserfahrzeug durch die erfindungsgemäßen Trimmvorrichtungen bevorzugt in eine Position gebracht, so dass der Wasserfahrzeugrumpf 1a vollständig aus dem Wasser aufgetaucht ist, d.h. die Unterkante 1b des Wasserfahrzeugrumpfes 1a oberhalb der Höhe des höchsten zulässigen Wellenberges für ruhiges Seegangverhalten WH angeordnet ist. Die in der Ebene des Glattwasserniveaus horizontal ausgerichtete Ebene entspricht der im dargestellten kartesischen Koordinatensystem durch die X- und Y-Achsen aufgespannten Ebene.
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Um auch die Anforderungen eines sicheren Transports zu gewährleisten, ist nach einer bevorzugten Ausführung die Schwerpunktlage des gesamten Wasserfahrzeugs 1 in Bezug auf das Metazentrum M so tief zu wählen, dass eine stabile Schwimmlage auch bei einem während des Transports denkbaren Seegangs gewährleistet ist. Oberhalb des Schiffsrumpfs 1a können sich Deckaufbauten sowie die zu transportierenden Personen und/oder Materialien befinden. Des Weiteren können sich hier auch mögliche Aufbauten und technische Versorgungssysteme befinden.
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Die Trimmvorrichtungen 100‘ sind jeweils um eine Achse A herum drehbar. Zusätzlich können eine oder mehrere der Trimmvorrichtungen 100‘ dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet, sein, um eine weitere Achse, insbesondere eine Achse senkrecht zur Drehachse A, verschwenkt zu werden. Hierdurch ist es möglich, den bereitgestellten Auftrieb der Trimmvorrichtung auf eine weitere Weise aktiv zu steuern. Auch Trimmvorrichtungen 100 ohne Vorschubfunktion können dafür vorgesehen, insbesondere eingerichtet, sein, um eine Hochachse A herum gedreht zu werden, insbesondere um den Strömungswiderstand beispielsweise während einer Wende anzupassen.
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Die Verbindungseinrichtungen 150 der Trimmvorrichtungen 100‘ können dabei entweder Elemente aufweisen, welche teleskopartig hintereinander verschiebbar sind und/oder Mittel aufweisen, welche dafür vorgesehen, insbesondere dafür eingerichtet sind, die Verbindungseinrichtung 150 durch den Wasserfahrzeugrumpf 1a des Wasserfahrzeugs 1 hindurch zu führen, insbesondere so dass diese zumindest teilweise über ein Deck des Wasserfahrzeugs 1 hinausragen. Das oben Gesagte gilt für die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen der Trimmvorrichtung 100 bzw. 100‘‘ in gleicher Weise.
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2 zeigt das Wasserfahrzeug 1 mit einer Kombination aus Trimmvorrichtungen 100‘ mit Vorschubfunktion, welche bereits in Bezug auf 1 beschrieben wurden, und Trimmvorrichtungen 100 ohne Vorschubfunktion nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 2 dargestellt, können auch verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Trimmvorrichtungen an ein und demselben Wasserfahrzeug angeordnet sein. Es wird explizit darauf hingewiesen, dass sich auch zusätzlich nicht-erfindungsgemäße Rumpfgondeln unterhalb eines erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs angeordnet sein können, insbesondere um einen Vorschub bereitzustellen, wobei wenigstens im Wesentlichen kein Beitrag, insbesondere kein steuerbarer Beitrag zum Auftrieb zu leisten. Nach der Ausführung der 2 stellen die zwei Trimmvorrichtungen 100‘ mit zusätzlicher Vorschubfunktion neben einer Auftriebskraft den für das Wasserfahrzeug 1 benötigten Vorschub bereit. An den Ecken des Wasserfahrzeugrumpfes 1a, beispielsweise einer Plattform, sind jeweils Trimmvorrichtungen 100 ohne eine solche Vorschubfunktion vorgesehen. Diese dienen folglich der Stabilisierung des Wasserfahrzeugs 1 im Wasser und/oder der Austarierung desselben.
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3 zeigt eine schematisierte Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Trimmvorrichtung 100‘‘ mit innenliegender Vorschubeinrichtung 120. Die Trimmvorrichtung 100‘‘ weist im Gegensatz zur Ausführungsform der Trimmvorrichtung 100‘ einen Kanal 130 auf, in welchem die Vorschubeinrichtung 120 zumindest teilweise angeordnet ist. Die Trimmvorrichtung 100‘‘ ist dabei relativ zum Wasserfahrzeug 1 um eine Rotationsachse A dreh- bzw. schwenkbar. Die Vorschubeinrichtung 120 wird von einer Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) angetrieben. Die Antriebseinrichtung kann entweder innerhalb des Kanals 130 vor oder hinter der Vorschubeinrichtung 120 angeordnet sein oder aber innerhalb des Gehäuses 110 angeordnet sein, wobei die Antriebseinrichtung nach einer Ausführung mechanisch, insbesondere über eine Welle, ein Getriebe oder dergleichen mechanisch mit der Vorschubeinrichtung 120 verbunden ist.
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Durch die Antriebseinrichtung
120 wird eine Strömung S erzeugt, wodurch Wasser am stromaufwärtigen Ende des Gehäuses
110 angesaugt und am stromabwärtigen Ende des Gehäuses
110 ausgestoßen wird. Hierdurch wird ein mechanischer Vorschub erzeugt, der über die Verbindungseinrichtung
150 auf das Wasserfahrzeug
1 übertragen wird, wodurch das Wasserfahrzeug
1 in Bewegung versetzt wird. Bezugszeichenliste
| 1 | Wasserfahrzeug |
| 1a | Wasserfahrzeugrumpf |
| 1b | Unterkante des Wasserfahrzeugrumpfes 1a |
| | |
| 100 | Trimmvorrichtung |
| 100‘ | Trimmvorrichtung mit zusätzlicher Vorschubfunktion |
| 100‘‘ | Trimmvorrichtung mit zusätzlicher Vorschubfunktion |
| 110 | Gehäuse |
| 120 | Vorschubeinrichtung |
| 130 | Kanal |
| 140 | Auftriebskörper |
| 150 | Verbindungseinrichtung |
| | |
| A | Drehachse |
| B | Auftriebsschwerpunkt |
| G | Gewichtsschwerpunkt |
| M | Metazentrum |
| OG | Oberkante des Gehäuses 110 |
| OV | Oberkante der Vorschubeinrichtung 120 |
| S | Strömungsrichtung |
| W | Wasseroberfläche |
| WG | Glattwasserniveau |
| WH | höchster zulässiger Wellenberg für ruhiges Seegangsverhalten |
| WT | tiefstes zulässiges Wellental für ruhiges Seegangsverhalten |
| X | Richtung der X-Achse |
| Y | Richtung der Y-Achse |
| Z | Richtung der Z-Achse |
