-
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Wasserfahrzeug umfassend einen Unterwasserpropeller und eine mit dem Unterwasserpropeller wirkverbundene erste elektrische Rotationsmaschine.
-
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Wasserfahrzeug mit einer entsprechenden Antriebseinrichtung.
-
Wasserfahrzeuge wie Schiffe oder Boote sind allgemein bekannt. Heute üblich sind verbrennungsmotorische Schiffsantriebe, bei denen unter Einsatz von meist fossilen Brennstoffen eine Schiffsschraube angetrieben wird. Dies kann mechanisch oder elektrisch erfolgen.
-
Zur Einsparung von Brennstoffen gibt es außerdem vielfältige Bemühungen, die früher zum Antreiben von Schiffen genutzte Windkraft einzubinden. Viele dieser Bemühungen, beispielsweise die Verwendung von Hilfssegeln oder Flettnerrotoren, erfordern erheblichen Platz an Bord der Schiffe, wodurch diese Ansätze wirtschaftlich nicht tragfähig sind.
-
Ein weiteres Konzept basiert auf einem Drachen, der vor dem Schiff fliegt und eine zusätzliche Zugkraft in Fahrtrichtung ausübt. Hierbei wird zwar nur minimaler Platz an Bord beansprucht, die Effizienz des Systems ist jedoch stark von Wind- und Fahrtrichtung abhängig und kann beispielsweise bei Gegenwind überhaupt nicht eingesetzt werden.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Windkraft zum Antreiben eines Schiffes nutzbar zu machen, wobei insbesondere Effizienz und Verfügbarkeit gegenüber bekannten Ansätzen erhöht werden soll.
-
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebseinrichtung für ein Wasserfahrzeug umfassend einen Unterwasserpropeller und eine mit dem Unterwasserpropeller wirkverbundene erste elektrische Rotationsmaschine, wobei die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung dadurch weitergebildet ist, dass die Antriebseinrichtung ferner umfasst ein Flugwindkraftwerk mit einem Fluggerät, mit einer Leine zum Verankern des Fluggeräts am Wasserfahrzeug sowie mit einer zweiten elektrischen Rotationsmaschine zum Wandeln von mittels des Fluggeräts einer Luftströmung entzogenen Strömungsleistung in elektrische Leistung, wobei die erste elektrische Rotationsmaschine und die zweite elektrische Rotationsmaschine zur Übertragung elektrischer Leistung miteinander verbindbar oder verbunden sind.
-
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, einer Luftströmung (gemeinhin als Wind bezeichnet) eine Strömungsleistung zu entziehen und diese zu nutzen, um eine elektrische Leistung zu erzeugen, die dann wiederum zum Betreiben eines Unterwasserpropellers zur Verfügung steht. Mit anderen Worten ist mittels der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung Windenergie umwandelbar in Vortrieb für ein Wasserfahrzeug mittels eines Unterwasserpropellers.
-
Erfindungsgemäß sind die erste elektrische Rotationsmaschine und die zweite elektrische Rotationsmaschine zur Übertragung einer elektrischen Leistung miteinander verbindbar oder verbunden. Hierbei ist bei der Erfindung sowohl an eine direkte elektrische Verbindung, beispielsweise eine schaltbare elektrische Leitung, als auch an eine indirekte elektrische Verbindung mit einem elektrischen Pufferspeicher gedacht. Eine mittels des Flugwindkraftwerkes bereitgestellte elektrische Leistung kann somit insbesondere unmittelbar zum Antreiben des Unterwasserpropellers eingesetzt werden oder zunächst in einem Pufferspeicher für eine spätere Verwendung zwischengespeichert werden.
-
Ausdrücklich von der Erfindung umfasst sind auch Ausführungsformen von zuvor beschriebenen Antriebseinrichtungen, die mehr als einen Unterwasserpropeller aufweisen, wobei mindestens einer der vorhandenen Unterwasserpropeller mit einer ersten elektrischen Rotationsmaschine wirkverbunden ist. Etwaige weitere Unterwassserpropeller einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung können durch dieselbe erste elektrische Rotationsmaschine, durch weitere erste elektrische Rotationsmaschinen oder durch andere geeignete Antriebsagregate wie beispielsweise Verbrennungsmotoren angetrieben werden.
-
Es ist insbesondere ein Vorteil der Erfindung, dass durch Einsatz oder Verwendung eines Fluggeräts für diesen Zweck nur sehr wenig Platz an Bord des Wasserfahrzeugs benötigt wird, wodurch ein wirtschaftlicher Betrieb des Wasserfahrzeugs, beispielsweise als Frachtschiff, gewährleistet wird.
-
Im Rahmen der Erfindung wird unter einem Fluggerät insbesondere ein durch Ausnutzung von Wind flugfähiges Objekt verstanden. Dabei sollen ausdrücklich sowohl Objekte umfasst sein, die eine geringere mittlere Dichte als Luft haben, beispielsweise Ballons, als auch Objekte, die eine höhere mittlere Dichte als Luft haben, beispielsweise Drachen oder Flugzeuge. Objekte mit einer höheren mittleren Dichte als Luft erfordern zum Fliegen eine Umströmung durch Luft, weisen in der Regel aber einen vergleichsweise geringen Luftwiderstand oder Widerstandsbeiwert auf und versprechen dadurch eine vergleichsweise effiziente Ausnutzung der im Wind vorhandenen Strömungsenergie.
-
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei beliebigen Windrichtungen, insbesondere auch bei Gegenwind, elektrische Leistung aus Strömungsleistung erzeugt und nutzbar gemacht werden kann. Insbesondere im Vergleich zu Segeln oder Zugdrachen wird somit über einen wesentlich weiteren Bereich an möglichen Windbedingungen eine Nutzung von Windenergie erschlossen. Außerdem steigt bei vergleichbaren Windbedingungen die Effizienz der Nutzung von Windenergie, weil nicht nur diejenige Komponente des Windes in Bewegungsrichtung des Wasserfahrzeugs nutzbar gemacht wird.
-
Zudem ermöglicht die Erfindung im Gegensatz zu bekannten Zugdrachen mit Vorteil, dass sich das Fluggerät im Flug mit einer anderen Geschwindigkeit relativ zum Wind bewegt als das Wasserfahrzeug. Dadurch kann eine Flugbewegung des Fluggeräts beispielsweise dahingehend optimiert werden, das einer vorhandenen Luftströmung ein möglichst maximaler Anteil an Strömungsleistung entzogen wird, die dann wie beschrieben nutzbar gemacht werden kann.
-
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Flugbewegung des Fluggeräts im Wesentlichen eine Flugbewegung quer zum Wind ist. Hierdurch sind am Fluggerät erheblich höhere Strömungsgeschwindigkeiten als die tatsächliche Windgeschwindigkeit erreichbar, wodurch in der Regel eine höhere Effizienz bei der Leistungsaufnahme aus der im Wind vorhandenen Strömungsenergie erreichbar ist als bei niedrigeren Anströmgeschwindigkeiten.
-
Besonders vorteilhaft sind zudem periodische Flugbewegungen entlang einer geschlossenen Flugbahn, beispielsweise einer im Wesentlichen kreis- oder achtförmigen Flugbahn. Hierdurch wird ein insbesondere automatisierter Betrieb des Fluggeräts wesentlich vereinfacht.
-
Eine besonders effiziente und wirkungsvolle Nutzung von Strömungsenergie aus Wind wird im Rahmen der Erfindung dadurch erreicht, dass das Fluggerät ein aerodynamisches Auftriebsprofil aufweist, mittels dessen der Luftströmung die Strömungsleistung entziehbar ist. Strömungsprofile, die beispielsweise bei Flugzeugtragflächen, Propellern und Windkraftrotoren zum Einsatz kommen, bieten insbesondere den Vorteil eines geringen aerodynamischen Widerstandsbeiwertes und gleichzeitig eines hohen Auftriebsbeiwertes. Damit sind Strömungsprofile sehr effizient bei der Entnahme von Strömungsleistung aus einer Luftströmung.
-
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird elektrische Leistung an Bord des Fluggeräts erzeugt. Hierfür ist das Auftriebsprofil vorteilhaft an einem mit der zweiten elektrischen Rotationsmaschine wirkverbundenen Rotor angeordnet.
-
Diese Bauform eines erfindungsgemäß vorgesehenen Flugwindkraftwerks ist grundsätzlich bekannt und wird oft als „flying generator” bezeichnet. Diese Bezeichnung geht drauf zurück, dass in der Regel neben dem Rotor mit dem aerodynamischen Profil auch die zweite elektrische Rotationsmaschine an Bord des Fluggerätes angeordnet ist. Die Übertragung der gewonnenen elektrischen Leistung zum Wasserfahrzeug bzw. zur ersten elektrischen Rotationsmaschine erfolgt dabei beispielsweise mittels eines elektrischen Leiters in, an oder parallel zu der Leine, die das Fluggerät am Wasserfahrzeug verankert.
-
Die beschriebene Bauform hat den Vorteil, dass bei windangetriebener Rotation des Rotors kontinuierlich elektrische Leistung abgegeben wird, wofür allerdings ein ausreichend großes und entsprechend sperriges und schweres Fluggerät vorgesehen werden muss, um insbesondere den Rotor und die zweite elektrische Rotationsmaschine im Flug tragen zu können.
-
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Auftriebsprofil an einer Tragfläche des Fluggeräts angeordnet und mittels der Leine mit der zweiten elektrischen Rotationsmaschine wirkverbunden. Die zweite elektrische Rotationsmaschine ist somit an Bord des Wasserfahrzeugs angeordnet.
-
Bei dieser Bauform eines erfindungsgemäß vorgesehenen Flugwindkraftwerks wird beispielsweise die Leine mittels einer bei Umströmung des Auftriebsprofils wirkenden Auftriebskraft von einer rotierbaren Trommel abgerollt, wobei insbesondere die Trommel mit einer Welle der zweiten elektrischen Rotationsmaschine gekoppelt ist und somit eine Rotationsbewegung der Trommel zur Erzeugung von elektrischer Energie bereitgestellt wird. Hierbei muss jedoch periodisch ein Teil der gewonnenen Energie wieder aufgewendet werden, um die Leine wieder einzuholen. Hierfür wird vorteilhafterweise die Auftriebskraft verringert, beispielsweise durch Veränderung des Anstellwinkels des aerodynamischen Auftriebsprofils relativ zur anströmenden Luft. Auch diese Bauform eines erfindungsgemäß vorgesehenen Flugwindkraftwerks ist bereits grundsätzlich bekannt und wird oft als „pumping kite” bezeichnet.
-
Die Trommel kann dabei als Speichertrommel für die Leine ausgebildet sein, auf der sämtliche überschüssige Länge der Leine aufgewickelt ist oder wird. Die Leine kann jedoch auch ohne Einschränkung der technischen Funktionsweise lediglich an der Trommel vorbeigeführt werden oder über eine feste Anzahl von Windungen um die Trommel geschwungen sein, so dass überschüssige Länge der Leine hinter der Trommel zum liegen kommt, wobei die an der Trommel vorbeilaufende Leine die Trommel ebenfalls wie beschrieben in Rotation versetzt bzw. mittels der Trommel eingezogen werden kann.
-
Die Vorteile der „pumping kite”-Bauform im Rahmen der Erfindung sind vielfältig. Das Fluggerät kann sehr einfach und leicht konstruiert sein und beispielsweise lediglich in Art eines Stoffdrachens ausgeführt sein. Zudem wird es ermöglicht, die zweite elektrische Rotationsmaschine und weitere mechanische und elektrische Komponenten witterungs- und seewassergeschützt unter Deck des Wasserfahrzeugs anzuordnen. Außerdem kann, bedingt durch das geringere Gewicht des Fluggeräts und den Entfall der Notwendigkeit eines elektrischen Leiters im Vergleich zu der „flying generator”-Bauform eine sehr viel dünnere Leine mit entsprechend vorteilhaften mechanischen und aerodynamischen Eigenschaften eingesetzt werden.
-
Unabhängig von der Bauform des Flugwindkraftwerkes wird bedingt durch die Verankerung des fliegende Fluggeräts am Wasserfahrzeug eine Zugkraft über die Leine auf das Wasserfahrzeug übertragen, deren Stärke und Richtung abhängt von verschiedenen Betriebsbedingungen und -zuständen wie beispielsweise Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Flugbewegung oder erzeugter Leistung. In der Regel hat diese Zugkraft neben einer Transversalkomponente quer zur Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs auch eine Longitudinalkomponente, die entlang der Fahrtrichtung wirkt.
-
Die Transversalkomponente der Zugkraft kann dabei, wie von Segelschiffen her bekannt ist, durch den Lateralplan des Wasserfahrzeugs abgestützt und damit im Wesentlichen neutralisiert werden, so dass kein nennenswerter Einfluss auf die Fortbewegung des Wasserfahrzeugs verbleibt. Insbesondere verhindert der Lateralplan im Wesentlichen ein Abdriften des Wasserfahrzeuges unter Einwirkung der Zugkraft.
-
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daran gedacht, die Leine im Bereich der Mitte eines Lateralplans des Wasserfahrzeugs am Wasserfahrzeug zu verankern. Auf diese Weise wird verhindert, dass beim Ableiten von Querkomponenten der Zugkraft durch den Lateralplan nennenswerte Momente quer zur Fahrtrichtung auf das Wasserfahrzeug wirken, die ansonsten eine ungewünschte Kursänderung des Wasserfahrzeuges bewirken könnten.
-
Im Gegensatz dazu wirkt die Longitudinalkomponente der Zugkraft entlang der Fahrtrichtung des Wasserfahrzeug, und zwar entweder mit der Fahrtrichtung oder entgegen der Fahrtrichtung.
-
Der Fall, dass die Longitudinalkomponente mit der Fahrtrichtung auf das Wasserfahrzeug wirkt, tritt typischerweise bei Rückenwind auf. Hierbei steht durch die Erfindung vorteilhafterweise neben der dem Wind entzogenen Leistung auch die Zugkraft und insbesondere deren Longitudinalkomponente zur Verfügung, um das Wasserfahrzeug anzutreiben.
-
Auch wenn die Longitudinalkomponente der Zugkraft entgegen der Fahrtrichtung und somit bremsend auf das Wasserfahrzeug wirkt, ermöglicht es die Erfindung, dem Wind eine Strömungsleistung zu entziehen und zum Antrieb des Wasserfahrzeugs zur Verfügung zu stellen. Insbesondere bei Fahrtrichtungen schräg gegen den Wind beträgt die Longitudinalkomponente der Zugkraft in der Regel nur einen Bruchteil der gesamten Zugkraft, so dass die Antriebswirkung der dem Wind entzogenen Strömungsleistung die Bremswirkung der Zugkraft übersteigen kann. Somit ermöglicht es die Erfindung, auch bei derartigen Bedingungen Windkraft zum Antreiben des Wasserfahrzeugs zu nutzen.
-
Bei gegebenen Windbedingungen gibt es eine leistungsmaximierte Flugbewegung des Fluggeräts relativ zum Wind, bei der dem Wind eine maximale Strömungsleistung entnommen wird. Diese leistungsmaximierte Flugbewegung hängt in der Regel von dem jeweiligen Fluggerät und den jeweiligen Windbedingungen ab, während der Einfluss durch die Fahrtbewegung des Wasserfahrzeugs in der Regel vernachlässigt werden kann. Demgegenüber hängt die auf das Wasserfahrzeug wirkende Zugkraft sehr wohl neben weiteren Faktoren auch von der Fahrtbewegung des Wasserfahrzeugs ab.
-
Eine optimale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Wind- oder Strömungsbedingungen durch eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung wird somit in der Regel erreicht, wenn bei der Vorgabe einer Flugbahn für das Fluggerät neben der Entnahme von Strömungsleistung aus dem Wind auch die dabei auf das Wasserfahrzeug wirkende Zugkraft, insbesondere deren Longitudinalkomponente, berücksichtigt wird. In Einzelfällen kann es dabei vorteilhaft sein, dem Wind weniger als die maximal mögliche Strömungsleistung zu entnehmen, um die Bremswirkung der Zugkraft gering zu halten oder durch einen günstigeren Winkel zwischen Zugkraft und Fahrtvektor die für den Vortrieb des Wasserfahrzeugs relevante Longitudinalkomponente der Zugkraft zu optimieren.
-
Denkbar sind jedoch auch Kostellationen von Wind bzw. Luftströmung einerseits und Fahrtbewegung des Wasserfahrzeugs andererseits, bei denen für alle verfügbaren Flugbewegungen des Fluggeräts keine positive Leistungsbilanz der vom Flugwindkraftwerk zum Antrieb bereitgestellten elektrischer Leistung abzüglich Bremsleistung durch Zugkräfte erreichbar ist. Beispielsweise bei schneller Vorwindfahrt mit Fahrtgeschwindigkeiten über der Windgeschwindigkeit kann es vorkommen, dass sich das Fluggerät für eine effiziente Leistungsentnahme aus der am Fluggerät vorhandenen Luftströmung gegen die Fahrtrichtung bewegen müsste und die Bremswirkung der Zugkraft für alle denkbaren Flugbewegungen die erzeugte elektrische Leistung übersteigt.
-
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auch bei diesen Bedingungen dem Wind bzw. der Luftströmung Leistung entnehmbar ist, wenn die zweite elektrische Rotationsmaschine motorisch betrieben wird, um unter Einsatz einer elektrischen Leistung eine Flugbewegung des Fluggeräts, insbesondere eine leistungsmaximierte Flugbewegung, zu bewirken. Hierbei wirken entsprechend hohe Zugkräfte vom Fluggerät auf das Wasserfahrzeug, so dass eine durch die Zugkräfte auf das Wasserfahrzeug wirkende Beschleunigungsleistung die eingesetzte elektrische Leistung übersteigen kann.
-
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Bereitstellung der einzusetzenden elektrischen Leistung dadurch ermöglicht, dass die Antriebseinrichtung eine Leistungsentnahmevorrichtung umfasst, die ausgebildet und eingerichtet ist, einer Wasserströmung eine Strömungsleistung zu entziehen und diese Strömungsleistung in eine elektrische Leistung umzuwandeln, wobei insbesondere unter Einsatz dieser elektrischen Leistung mittels des Flugwindkraftwerks eine Zugkraft des fliegenden Fluggeräts auf das Wasserfahrzeug ausübbar ist. Hierdurch wird eine Antriebseinrichtung bereitgestellt, die autark und insbesondere ohne zusätzliche Leistungsquelle die Nutzung von Windenergie zum Antrieb eines Wasserfahrzeugs bereitstellt.
-
Eine besonders einfach konstruierte und damit bevorzugte Realisierung einer Leistungsentnahmevorrichtung ist ermöglicht, wenn der Unterwasserpropeller und die erste elektrische Rotationsmaschine Bestandteil der Leistungsentnahmevorrichtung sind, wobei die Strömungsleistung der Wasserströmung mittels des Unterwasserpropellers entziehbar und mittels der ersten elektrischen Rotationsmaschine in die elektrische Leistung umwandelbar ist.
-
Hierfür ist vorzugsweise der Unterwasserpropeller an einer schwenkbaren Gondel angeordnet, um jeweils optimale Anströmverhältnisse des Unterwasserpropellers für den Antrieb des Wasserfahrzeugs einerseits und für die Leistungsentnahme von Strömungsleistung aus dem Wasser andererseits schaffen zu können.
-
Wenn dabei die erste elektrische Rotationsmaschine innerhalb der Gondel angeordnet ist, wird zudem eine besonders einfache mechanische Verbindung oder Kopplung zwischen Unterwasserpropeller und erster elektrischer Rotationsmaschine mittels einer einfachen Welle ermöglicht.
-
Wenn eine Welle zwischen Unterwasserpropeller und der ersten elektrischen Rotationsmaschine koaxial zu einer Schwenkachse der Gondel angeordnet ist, kann die erste elektrische Rotationsmaschine optional auch stationär angeordnet werden, so dass die Gondel entsprechend kleiner ausgeführt werden kann. Dabei können Getriebe oder andere geeignete Mittel zum Einsatz kommen, falls die Schwenkachse der Gondel einerseits und eine Rotationsachse des Unterwasserpropellers anderseits nicht koaxial zueinander liegen.
-
Die Effizienz des Unterwasserpropellers für den Antrieb des Wasserfahrzeugs (Propellerbetrieb) oder für die Entnahme von Strömungsleistung aus dem den Unterwasserpropeller umströmenden Wasser (Turbinenbetrieb) ist vorteilhafterweise ermöglicht, wenn der Unterwasserpropeller mehrere Flügel mit einem Strömungsprofil aufweist.
-
Wenn die Flügel dabei drehbar am Unterwasserpropeller angeordnet sind, um einen Anströmwinkel einer Wasserströmung auf das Strömungsprofil vorzugeben, wird ermöglicht, sowohl den Propellerbetrieb als auch den Turbinenbetrieb besonders effizient zu gestalten.
-
Für kommerzielle Wasserfahrzeuge sind Routen und Fahrpläne in der Regel aus ökonomischen Beweggründen vorgegeben. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, umfasst eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung vorteilhafterweise ferner eine Verbrennungskraftmaschine, um auch dann einen Antrieb des Wasserfahrzeugs zu gewährleisten, wenn kein oder nicht ausrechend Wind weht.
-
Dabei ist die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise mit dem Unterwasserpropeller und/oder mit der ersten elektrischen Rotationsmaschine und/oder mit einem Generator zur Bereitstellung von elektrischer Leistung für die erste elektrische Rotationsmaschine und/oder die zweite elektrische Rotationsmaschine wirkverbindbar oder wirkverbunden.
-
Unter wirkverbindbar wird in dieserm Zusammenhang insbesondere verstanden, dass eine Wirkverbindung je nach Bedarf herstellbar und trennbar ist, beispielsweise mittels einer Wellenkupplung.
-
Wirkverbindungen zwischen der Verbrennungskraftmaschine und mehreren der genannten Komponenten sind dabei beispielsweise mittel wenigstens eines Getriebes realisierbar.
-
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Wasserfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung.
-
Eine Verankerung der Leine des Flugwindkraftwerks am Bug des Wasserfahrzeugs ist im Rahmen der Erfindung zwar grundsätzlich möglich, birgt jedoch die Gefahr, dass bei Flugbewegungen gegen die Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs die Leine von Aufbauten und/oder Ladung des Wasserfahrzeugs behindert wird. Eine Behinderung der zwischen Wasserfahrzeug und Fluggerät freien Leine ist jedoch, nicht zuletzt aus Sicherheitsgründen, unbedingt zu vermeiden. Flugbewegungen, bei denen derartiges Risiko besteht, stehen somit in der Praxis regelmäßig nicht zur Verfügung.
-
Bevorzugt weist das Wasserfahrzeug daher eine Verankerungsvorrichtung zum Befestigen der Leine des Flugwindkraftwerks auf, wobei die Verankerungsvorrichtung erhöht am Wasserfahrzeug angeordnet ist und/oder wobei die Verankerungsvorrichtung mit einem verschiebbaren Anschlag für die Leine ausgebildet ist. Dadurch wird ermöglicht, dass das Fluggerät ohne Behinderung der Leine durch Aufbauten und/oder Ladung in einer Vielzahl von Richtungen zum Wasserfahrzeug fliegen kann. Somit wird die Anzahl verfügbarer Flugbewegungen und somit die Flexibilität bei der Nutzung von Windenergie zum Antrieb des erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs erhöht.
-
Im Rahmen der Erfindung ist auch daran gedacht, dass bereits vorhandene Komponenten des Flugwindkraftwerks als Verankerungsvorrichtung ausgebildet sind. Ein beweglicher Anschlag kann dabei insbesondere dadurch realisiert sein, dass die als Verankerungsvorrichtung ausgebildete Komponente oder Komponenten des Flugwindkraftwerks verschiebbar am Wasserfahrezeug befestigt ist bzw. sind. Beispielsweise kann die zweite elektrische Rotationsmaschine bei einem nach dem „pumping-kite”-Prinzip konstruierten Flugwindkraftwerk gleichzeitig als Verankerungsvorrichtung dienen, wobei die zweite elektrische Rotationsmaschine geeignet ortsfest oder verschiebbar am Wasserfahrzeug befestigt ist.
-
Bei einer erhöhten Anordnung der Verankerungsvorrichtung, beispielsweise im Bereich der höchsten Aufbauten des Wasserfahrzeugs, wird dies dadurch erreicht, dass die beim Flug des Fluggeräts in der Regel schräg nach oben laufende Leine oberhalb von Ladung und sonstigen Aufbauten bleibt.
-
Allerdings sind die Aufbauten bei modernen Großschiffen wie beispielsweise Containerfrachtern, Frachtern für Flüssiggas bzw. verflüssigtes Erdgas oder Tankschiffen oftmals sehr hoch, was ungünstig für die Zugänglichkeit von derart hoch angeordneten Verankerungsvorrichtungen sein kann. Auch bedarf es einer entsprechend stabilen Ausführung der Aufbauten, um die über die Verankerungsvorrichtung wirkenden Zugkräfte abzuleiten, beispielsweise an einen viel weiter unten liegenden Rumpf des Wasserfahrzeugs.
-
Gerade bei vergleichsweise großen Wasserfahrzeugen ist es daher vorteilhaft, die Verankerungsvorrichtung näher an der Wasserlinie anzuordnet und eine Behinderung der Leine durch Aufbauten und/oder Ladung dadurch zu vermeiden, dass die Verankerungsvorrichtung mit einem verschiebbaren Anschlag für die Leine ausgebildet ist. Bevorzugt wird der Anschlag dabei jeweils an die Seite des Wasserfahrzeugs verschoben, zu der das Fluggerät relativ zum Wasserfahrzeug fliegt. Im Rahmen der Erfindung wird unter einem Anschlag dabei insbesondere ein Bauteil oder eine Baugruppe verstanden, die eine Kraftübertragung von der Leine auf das Wasserfahrzeug ermöglicht. Hierbei kann es sich sowohl um eine Befestigung für ein Ende der Leine als auch um ein bewegliches Bauteil, wie beispielsweise eine Umlenkrolle oder eine Speichertrommel für die Leine, handeln.
-
Die beschriebenen Vorteile werden auch ermöglicht, wenn die Antriebseinrichtung mindestens zwei jeweils mittels einer Leine am Wasserfahreug verankerte Fluggeräte aufweist, wobei insbesondere für jede der Leinen jeweils eine Verankerungsvorrichtung zum Befestigen der jeweiligen Leine am Wasserfahrzeug vorgesehen sind, wobei die Verankerungsvorrichtungen jeweils an unterschiedlichen Seiten des Wasserfahrzeugs angeordnet sind.
-
Im Rahmen der Erfindung wird unter einer Seite eines Wasserfahrzeugs insbesondere mit Bezug auf die Fahrtrichtung die linke Seite (Backbord) oder die rechte Seite (Steuerbord) oder die Vorderseite (Bug) oder die Rückseite (Heck) verstanden.
-
So ist bei der Erfindung beispielsweise daran gedacht, an der Backbord- und an der Steuerbordseite des Wasserfahrzeugs jeweils ein Fluggerät zu verankern, die beispielsweise bei Seitenwind einzeln und bei Gegen- bzw. Rückenwind zusammen einsetzbar sind. Auch jeweils ein Fluggerät mit Verankerungsvorrichtungen im Bereich von Bug und Heck des Wasserfahrzeugs sind von der Erfindung umfasst.
-
Die Verankerungsvorrichtungen können dabei entsprechend der vorgehenden Beschreibung jeweils ortsfest oder verschiebbar sein. Auch andere beschriebene Details einer erfindungsgemäß vorgesehenen Verankerungsvorrichtung sind ohne Einschränkung vorteilhaft einsetzbar, wenn mehrere Fluggeräte und Verankerungsvorrichtungen vorgesehen sind.
-
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedanken anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 schematisch ein Wasserfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
-
2a schematisch eine beispielhafte Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung;
-
2b schematisch eine weitere beispielhafte Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung;
-
3a schematisch eine weitere beispielhafte Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung;
-
3b schematisch eine weitere beispielhafte Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung;
-
4 schematisch eine weitere beispielhafte Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung;
-
5a schematisch eine Draufsicht des Wasserfahrzeugs aus 1;
-
5b schematisch ein weiteres beispielhaftes Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung;
-
5c schematisch ein weiteres beispielhaftes Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung;
-
5d schematisch ein weiteres beispielhaftes Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung;
-
5e schematisch ein weiteres beispielhaftes Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung;
-
5f schematisch ein weiteres beispielhaftes Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung;
-
5g schematisch ein weiteres beispielhaftes Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung;
-
6a–d schematisch den Betrieb gemäß der Erfindung eines erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs bei verschiedenen exemplarischen Windbedingungen.
-
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
-
1 zeigt schematisch ein beispielshaft als Containerschiff 1 ausgebildetes Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung, das sehr allgemein einen Rumpf 10 mit Aufbauten 12 sowie Platz für Ladung 14 hat. Bei dem schwimmenden Containerschiff 1 befindet sich der Rumpf 10 teilweise unterhalb und teilweise oberhalb der Wasserlinie 4. Unterhalb der Wasserlinie 4 befindet sich am Rumpf 10 ein Unterwasserpropeller 20 zum Antrieb des Containerschiffs 1 gegen das Wasser. Das Unterwasserschiff, d. h. der Teil des Rumpfes 10 unterhalb der Wasserlinie 4, wird zumindest bei Fahrt von einer Wasserströmung 8 umströmt, die sich aus einer etwaigen Eigenströmung des Wassers sowie der Fahrtbewegung des Containerschiffs 1 ergibt.
-
Das beispielhaft gezeigte erfindungsgemäße Containerschiff 1 trägt ferner ein Flugwindkraftwerk 30 mit einem mittels einer Leine 34 am Containerfahrzeug 1, in diesem Beispiel am Bug des Rumpfes 10, verankerten Fluggerät 32. Das Fluggerät 32 ist eingerichtet und ausgerichtet dazu, in einer Luftströmung 6, gemeinhin einem Wind, zu fliegen. Hierzu erforderliche Bestandteile des Fluggerätes 32 sind in 1 im Interesse einer übersichtlichen und einfachen Darstellung der Erfindung nicht im Detail gezeigt.
-
Der Unterwaserpropeller 20 sowie das Flugwindkraftwerk 30 mit dem Fluggerät 32 und der Leine 34 sind Bestandteil einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung 2 des erfindungsgemäßen Containerschiffs 1.
-
In 2a ist schematisch eine erste beispielhafte Antriebseinrichtung 2 gemäß der Erfindung zum Antreiben eines Wasserfahrzeugs 1 gezeigt. Das Wasserfahrzeug 1 ist dabei aus Gründen der Einfachheit lediglich als gestrichelter Kasten angedeutet, um zu verdeutlichen, welche Komponenten der Antriebseinrichtung 2 bestimmungsgemäß an Bord des Wasserfahrzeugs 1 angeordnet sind.
-
Die Antriebseinrichtung 2 umfasst einen Unterwasserpropeller 20, der mittels eines Elektromotors 22 angetrieben wird. Dargestellt ist schematisch eine einfache mechanische Wirkverbindung zwischen Elektromotor 22 und Unterwasserpropeller 20 mittels einer Welle, es können im Rahmen der Erfindung jedoch auch weitere Elemente wie beispielsweise Getriebe und/oder Kupplungen vorgesehen sein.
-
Die Antriebseinrichtung 2 umfasst ferner ein Flugwindkraftwerk 30, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach dem Konstruktionsprinzip des sogenannten „flying generator” oder fliegenden Generators ausgebildet ist.
-
Das Flugwindkraftwerk 30 umfasst ein Fluggerät 32, das einen Generator 36 trägt, der wiederum mit einem Rotor 38 wirkverbunden ist. Auch diese Wirkverbindung kann im Rahmen der Erfindung nicht dargestellte geeignete weitere Elemente wie beispielsweise Getriebe und/oder Kupplungen aufweisen. Die Flügel des Rotors 38 weisen jeweils ein aerodynamisches Auftriebsprofil 39 auf.
-
Im Flug wird der Rotor 38 bzw. das Auftriebsprofil 39 an den Flügeln von einer Luftströmung 6 umströmt, wodurch der Rotor 38 den Generator 36 angetreibt. So wird aus einer der Luftströmung 6 entnommenen Strömungsleistung eine elektrische Leistung gewonnen. Die Luftströmung 6 ergibt sich dabei insbesondere aus einem vorhandenen Wind sowie aus der Flugbewegung des Fluggeräts 32.
-
Der mit dem Unterwasserpropeller 20 wirkverbundene Elektromotor 22 und der Generator 36 des Fluggeräts 32 sind über eine elektrisch leitfähige Leine 34 sowie eine elektrische Verbindung 24 an Bord des Wasserfahrzeugs 1 miteinander verbunden, so dass die mittels des Generators gewonnene elektrische Leistung zum Antreiben des Unterwasserpropellers 20 zur Verfügung gestellt werden kann.
-
Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung 2 ist in 2b gezeigt, das sich insbesondere in Aufbau und Funktionsweise des Flugwindkraftwerks 30 von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel unterscheidet. Konkret ist das Flugwindkraftwerk 30 der in 2b gezeigten beispielhaften Antriebseinrichtung 2 gemäß der Erfindung gemäß dem Konstruktionsprinzip des sogenannten „pumping kite” aufgebaut.
-
Auch hierbei weist das Flugwindkraftwerk 30 einen Generator 36 auf, der jedoch bestimmungsgemäß an Bord des Wasserfahrzeugs 1 angeordnet ist. Der Generator 36 ist, beispielsweise über eine einfache Welle oder über nicht gezeigte weitere Komponenten wie Getriebe und/oder Kupplungen, mit einer drehbaren Trommel 35 wirkverbunden.
-
Die Trommel 35 dient als Speichertrommel für eine Leine 34, die ein als Flugdrachen ausgebildetes Fluggerät 32 am Wasserfahrzeug 1 verankert, wobei die Leine 34 zumindest teilweise auf der Trommel 35 aufgerollt ist.
-
Durch die Anordneung des Generators 36 an Bord des Wasserfahrzeugs kann das Fluggerät 32 bei diesem Konstruktionsprinzip eines Flugwindkraftwerks 30 extrem einfach ausgeführt sein und beispielsweise aus einem Flugdrachen oder einem leichten Segelflugzeug bestehen.
-
Bei Anströmung eines Auftriebsprofils 39 am Fluggerät 32 wirken dynamische Auftriebskräfte, die nicht nur das Fluggerät im Flug halten, sondern auch die Leine 34 von der Trommel 35 ziehen und dadurch den Generator 36 antreiben, wodurch aus einer der Luftströmung 6 entnommenen Strömungsleistung eine elektrische Leistung erzeugt wird.
-
In periodischen Abständen muss die Leine 34 unter Aufwendung einer geringen elektrischen Leistung wieder aufgerollt werden, indem der Generator 36 als Elektromotor betrieben wird. Die hierfür erforderliche elektrische Leistung wird beispielsweise durch einen nicht gezeigten elektrischen Speicher oder eine nicht gezeigte elektrische Leistungsquelle zur Verfügung gestellt.
-
In 3a und 3b sind weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Antriebseinrichtungen dargestellt, die als weitere Leistungsquelle jeweils eine Verbrennungskraftmaschine 40 aufweisen.
-
In der in 3a gezeigten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung treibt die Verbrennungskraftmaschine 40 einen Generator 42 an, so dass zusätzlich elektrische Leistung erzeugt werden kann. Der Generator 42 ist dabei angeschlossen an die elektrische Verbindung 24 zwischen einem Elektromotor 22 zum Antrieb eines Unterwasserpropellers 22 und einem Generator 36 eines Flugwindkraftwerks 30. Die mittels des Verbrennungsmotors 40 und des Generators 42 bereitgestellte elektrische Leistung steht somit sowohl zum Antreiben des Unterwasserpropellers 22 als auch für das Flugwindkraftwerk 30 zur Verfügung.
-
In 3a sind dabei Details des Flugwindkraftwerks nicht gezeigt. Dargestellt ist lediglich schematisch eine Welle 37 am Generator 36 des Flugwindkraftwerks, an der beispielsweise gemäß der beschriebenen Ausführungsformen von Flugwindkraftwerken 30 im Rahmen der Erfindung ein Rotor 38 oder eine Trommel 35 angebunden werden können.
-
Eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung 2 mit Verbrennungskraftmaschine 40 ist in 3b gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Koppelgetriebe 44 vorgesehen, das den Unterwasserpropeller 20, den Elektromotor 22 sowie eine Verbrennungskraftmaschine 40 wechselseitig miteinander in Wirkverbindung bringt.
-
Dadurch ist ermöglicht, mittels der Verbrennungskraftmaschine 40 alternativ oder ergänzend zum Elektromotor 22 direkt den Unterwasserpropeller 20 anzutreiben. Auch ist ermöglicht, mittels der Verbrennungskraftmaschine 40 alleine oder parallel zu dem Unterwasserpropeller 20 auch den Elektromotor 22 anzutreiben, so dass dieser als Generator betrieben werden kann, um eine elektrische Leistung für das Flugwindkraftwerk 30 bereitzustellen.
-
Auch eine ein Wasserfahrzeug 1 umströmende Wasserströmung 8 kann im Rahmen der Erfindung vorteilhaft als Quelle elektrischer Leistung genutzt werden. Beispielsweise ist denkbar, einen von der Wasserströmung 8 umströmten Unterwasserpropeller 20 als von der Wasserströmung angetriebenen Rotor und einen mit dem Unterwasserpropeller 20 wirkverbundenen Elektromotor 22 als Generator einzusetzen. Hierdurch ist bei allen bisher vorgestellten Ausführungsformen der Erfindung ermöglicht, den jeweiligen Flugwindkraftwerken 30 eine elektrische Leistung bereitzustellen.
-
4 zeigt eine weitere beispielhafte erfindungsgemäße Antriebseinrichtung 2, bei der neben einem Unterwasserpropeller 20 mit wirkverbundenem Elektromotor 22 eine Unterwasserturbine 50 mit wirkverbundenem Generator 52 vorgesehen ist. Dadurch kann das Wasserfahrzeug 1 mittels des Unterwasserpropellers 20 angetrieben und parallel elektrische Leistung aus der Wasserströmung für das Flugwindkraftwerk 30 gewonnen werden.
-
In 5a ist schematisch eine Draufsicht auf das Containerschiff 1 aus 1 gezeigt. Es wird deutlich, dass die Leine 24 bei der gezeigten Verankerung 62 am Bug nur in bestimmte Richtungen vom Containerschiff 1 weg verlaufen kann, ohne durch die Ladung 14 oder die Aufbauten 12 behindert zu werden. Entsprechend ergibt sich ein eingeschränkter Winkelbereich für die zulässige Flugrichtung 60 des Fluggeräts 32.
-
5b zeigt schematisch eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs 1. Bei diesem Wasserfahrzeug 1 ist ein variabler Anschlag 64 für die Verankerung 62 der Leine 34 am Wasserfahrzeug vorgesehen. Für eine vorgegebene Flugrichtung kann somit jeweils die Verankerung 62 geeignet verschoben oder versetzt werden, wodurch ein wesentlich größerer Winkelbereich für zulässige Flugrichtungen 60 zur Verfügung steht.
-
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit variablem Anschlag 64 ist schematisch in 5c gezeigt. Hierbei ist der variable Anschlag 64 beispielsweise etwa mittschiffs angeordnet, wobei eine Verankerung 62 an der Backbordseite und eine Verankerung 62' an der Steuerbordseite des Wasserfahrzeugs ermöglicht wird. Dadurch ergeben sich zwei Bereiche zulässiger Flugrichtungen 60 und 60', die sich nahezu zu 360° ergänzen. Ist darüber hinaus ein nicht gezeigter Ausleger vorgesehen, um die Verankerungen 62, 62' noch weiter nach außen zu verlegen, so können auch letzte verbleibende unzulässige Flugrichtungen eliminiert werden.
-
Für den variablen Anschlag 64 sind im Rahmen der Erfindung verschiedene Ausführungen denkbar. Beispielhaft und nicht einschränkend seien genannt eine Schiene, entlang derer die Verankerung 62 verschiebbar befestigt ist oder ein schwenkbarer Auslegearm, an dessem freien Ende die Verankerung 62 angeordnet ist, oder eine Mehrzahl von verteilten Anschlagspunkten, wobei die Verankerung 62 an einem geeigneten Anschlagspunkt befestigt ist und bei Bedarf auf einen anderen Anschlagspunkt umgesetzt werden kann.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs 1, das in 5d schematisch dargestellt ist, sind zwei Fluggeräte 32, 32' vorgesehen, die jeweils mittels einer Leine 34, 34' am Wasserfahrzeug 1 verankert sind. Jedes der Fluggeräte 32, 32' ist jeweils für gewisse zulässige Flugrichtungen 60, 60' uneingeschränkt einsetztbar.
-
Indem die Verankerungen 62, 62' für die Leinen 34, 34' an unterschiedlichen Stellen am Wasserfahrzeug 1 angeordnet sind, wird sichergestellt, dass die zulässigen Flugrichtungen 60 des Fluggeräts 32 sowie die zulässigen Flugrichtungen 60' des Fluggeräts 32' sich derart überlagern und ergänzen, dass für beliebige Flugrichtungen zumindest eines der Fluggeräte 32, 32' flugfähig ist.
-
Besonders vorteilhaft ist die in 5e gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs 1. Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind zwei Fluggeräte 32, 32' vorgesehen, von denen eines am Bug und eines am Heck des Wasserfahrzeugs 1 angeordnet ist. Beide Fluggeräte 32, 32' sind jeweils mittels einer Leine 34, 34' am Wasserfahrzeug 1 verankert, wobei jeweils eine Verankerung 62, 62' mit verschiebbarem Anschlag 64, 64' vorgesehen ist. Dadurch wird ermöglicht, dass sich für beide Fluggeräte 32, 32' zulässige Fliugrichtungen 60, 60' über volle 360° ergeben. Dies wird auch dadurch begünstigt, dass die verschiebbarem Anschläge 64, 64' teilweise über die Bordwand des Wasserfahrzeugs 1 hinausragen und die Leinen 34, 34' so auch parallel zur seitlichen Bordwand des Wasserfahrzeugs 1 geführt werden können.
-
Ein weiterer Vorteil des in 5e gezeigten Wasserfahrzeugs 1 besteht darin, dass stets beide Fluggeräte 32, 32' gleichzeitig betrieben werden können. Dadurch wirken am Bug und am Heck vergleichbare Kräfte auf das Wasserfahrzeug 1, so dass Querkomponenten dieser Zugkräfte im Wesentlichen momentfrei durch den Lateralplan des Wasserfahrzeugs abgestützt werden können.
-
Bei den bisherigen Betrachtungen ist jeweils davon ausgegangen worden, dass ein Fluggerät 32, 32' für zulässige Flugrichtungen 60, 60' unter beliebigen Inklinationswinkeln zum Schiff fliegen kann. Unter Inklinationswinkel wird in diesem Zusammenhang beispielsweise der Winkel zwischen einer Horizontalen und der gespannten Leine zwischen dem Fluggerät 32, 32' und dem Wasserfahrzeug 1 verstanden.
-
In der Regel sind jedoch sehr flache Inklinationswinkel, beispielsweise kleiner als 15° oder kleiner als 10°, kaum von praktischer Bedeutung. Der Bereich zulässiger Flugrichtungen 60, 60' kann somit im Rahmen der Erfindung beispielsweise dadurch erweitert werden, dass die Verankerung 62, 62' der Leine 34, 34' an erhöhter Stelle am Wasserfahrzeug erfolgt. Dies kann beispielsweise, wie in 5f gezeigt, mittels eines Mastes 66 realisiert werden. Ebenso ist im Rahmen der Erfindung daran gedacht, die Verankerung 62, 62' an einer anderen geeigneten, hochgelegenen Stelle am Wasserfahrzeug, beispielsweise im oberen Bereich der Aufbauten 12, anzuordnet, wie in 5g schematisch gezeigt ist.
-
Die Erfindung ermöglicht eine Nutzung von Wind zum Antreiben eines Schiffs 1 oder Wasserfahrzeugs 1 unter einer Vielzahl von denkbaren Windbedingungen. Einigige davon sind exemplarisch in den 6a bis 6d dargestellt. Gezeigt ist dabei jeweils ein Schiff 1 mit einem Unterwasserpropeller 20 sowie mit einem mittels einer Leine 34 am Schiff 1 verankerten Fluggerät 32. Ein Wind 6 bzw. eine am Fluggerät 32 vorhandene Luftströmung 6 sind jeweils durch Pfeile dargestellt.
-
Entlang der Längsrichtung des Wasserfahrzeugs 1, insbesondere mit oder entgegen der Fahrtrichtung, wirken sowohl Zugkräfte 70, die das Fluggerät 32 über die Leine 34 auf das Schiff 1 ausübt, ebenso wie Propellerkräfte 72, die der Unterwasserpropeller gegen umgebendes Wasser auf das Schiff ausübt. Die Zugkräfte 70 sowie die Propellerkräfte 72 sind in den 6a bis 6d ebenfalls durch Pfeile angedeutet. Die Länge der Pfeile für Luftströmung 6 sowie für Zugkräfte 70 und Propellerkräfte 72 illustrieren jeweils die Windstärke bzw. die Größe der wirkenden Kräfte, sind aber ausdrücklich schematisch und insbesondere nicht maßstabsgetreu zu verstehen.
-
In 6a ist eine Situation gezeigt, in der die Luftströmung 6 schräg von vorne gegen die Fahrtrichtung des Schiffs 1 verläuft. Die Leine 34 verläuft entsprechend in Bezug auf die Fahrtrichtung des Schiffes schräg nach hinten zu dem in der Luftströmung 6 fliegenden Fluggerät 32. Dabei wirkt eine gegen die Fahrtrichtung, d. h. bremsende, Zugkraft 70 auf das Schiff 1. Gleichzeitig liefert das Fluggerät 32 bzw. ein nicht im Detail gezeigtes Flugwindkraftwerk 30, zu dem das Fluggerät 32 gehört, eine elektrische Leistung, die wiederum zum Antreiben des Unterwasserpropellers 20 genutzt wird. Der Unterwasserpropeller 20 bewirkt eine beschleunigende, in Fahrtrichtung wirkende Propellerkraft 72 auf das Schiff 1, die in dem gezeigten Beispiel größer ist als die bremsende Zugkraft 70. Die Erfindng erlaubt somit auch bei Gegenwind, d. h. bei einer Luftströmung 6 mit zumindestens einer Strömungskomponente entgegen der Fahrtrichtung des Schiffs 1, eine Nutzung von Wind 6 zum Antreiben des Schiffs 1.
-
Die Erfindung erlaubt sogar die Windangetriebene Fahrt bei fromtalem Gegenwind, wie in 6b schematisch dargestellt ist. Die anhand von seitlichem Gegenwind beschriebenen Zusammenhänge gelten dabei entsprechend.
-
In 6c ist eine Situation gezeigt, in der die Luftströmung 6 schräg von hinten mit der Fahrtrichtung des Schiffs 1 verläuft. Die Leine 34 verläuft entsprechend in Bezug auf die Fahrtrichtung des Schiffes schräg nach vorne zu dem in der Luftströmung 6 fliegenden Fluggerät 32. Dabei wirkt eine mit der Fahrtrichtung, d. h. antreibende oder beschleinigende Zugkraft 70 auf das Schiff 1. Gleichzeitig liefert das Fluggerät 32 bzw. ein nicht im Detail gezeigtes Flugwindkraftwerk 30, zu dem das Fluggerät 32 gehört, eine elektrische Leistung, die wiederum zum Antreiben des Unterwasserpropellers 20 genutzt wird. Der Unterwasserpropeller 20 bewirkt eine beschleunigende, in Fahrtrichtung wirkende Propellerkraft 72 auf das Schiff 1.
-
Zu beachten ist dabei, dass die am Fluggerät 32 vorhandene Luftströmung 6 in der Regel nicht der wahre Wind ist, sondern die Eigenbewegung des Fluggeräts 32 mit zu berücksichtigen ist. Dabei bewegt sich das Fluggerät insbesondere auch zusammen mit dem Schiff 1, an dem es verankert ist, gegenüber dem Wind. Die Stärke der Luftströmung 6, die zur Bereitstellung von elektrischer Leistung mittels des Fluggeräts bzw. mittels des nicht im Detail gezeigten Flugwindkraftwerks 30 zur Verfügung steht, ist somit unter anderem abhängig von Windstärke, Schiffsgeschwindigkeit und dem Winkel zwischen Windrichtung und Fahrtrichtung.
-
6d zeigt ein Beispiel, wo das Schiff 1 vor dem Wind fährt und die Luftströmung 6 entsprechend nur gering ist, so dass eine Erzeugung elektrischer Leistung unter Ausnutzung dieser Luftströmung 6 nicht wirtschaftlich oder unmöglich wäre. Gleichzeitig ist der wahre Wind wesentlich stärker, steht jedoch durch die Fahrtgeschwindigkeit des Schiffs 1 am Fluggerät 32 nicht ohne Weiteres zur Verfügung. In diesem Fall ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass das Fluggerät 32 das Schiff 1 unter Einsatz einer elektrischen Leistung zieht. Bei geeigneter Flugbewegung des Fluggeräts 32 gegen den wahren Wind wird dabei dem wahren Wind eine Strömungsleistung entzogen, die nun als zusätzlicher Beitrag der Zugkräfte 70 auf das Schiff wirkt.
-
Die elektrische Leistung zum entsprechenden Betrieb des Fluggeräts bzw. des Flugwindkraftwerks 30, zu dem das Fluggerät gehört, kann durch beliebige Leistungsquelle, insbesondere den bereits beschrieben, bereitgestellt werden. Beispielsweise wird die elektrische Leistung mittels des Unterwasserpropellers 20 bereitgestellt. Dabei wirken bremsende Propellerkräfte 72 auf das Schiff 1, die jedoch geringer als die antreibenden Zugkräfte 70 sein können.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wasserfahrzeug
- 2
- Antriebseinrichtung
- 4
- Wasserlinie
- 6
- Luftströmung
- 8
- Wasserströmung
- 10
- Rumpf
- 12
- Aufbau
- 14
- Ladung
- 20
- Unterwaserpropeller
- 22
- elektrische Rotationsmaschine
- 24
- elektrische Verbindung
- 30
- Flugwindkraftwerk
- 32, 32'
- Fluggerät
- 34, 34'
- Leine
- 35
- Trommel
- 36
- elektrische Rotationsmaschine
- 37
- Welle
- 38
- Rotor
- 39
- Auftriebsprofil
- 40
- Verbrennungskraftmaschine
- 42
- Generator
- 44
- Koppelgetriebe
- 50
- Unterwasserturbine
- 54
- Generator
- 60, 60'
- zulässige Flugrichtung
- 61
- zulässiger Inklinationswinkel
- 62, 62'
- Verankerung
- 64, 64'
- variabler Anschlag
- 66
- Mast
