DE102021006345A1

DE102021006345A1 - Wasserfahrzeug mit selbsttätiger steuerung und verfahren zur steuerung eines geankerten wasserfahrzeugs

Info

Publication number: DE102021006345A1
Application number: DE102021006345.7A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-12-27
Filing date: 2021-12-27
Publication date: 2023-06-29
Also published as: WO2023126034A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug (1) mit selbsttätiger Steuerung bei dem selbsttätig eine Kraft, insbesondere Zugkraft an einem Befestigungsseil gemessen wird und eine Ansteuerung des Antriebs und/oder einer Steuerung vorgesehen ist, um der Kraft entgegenzuwirken oder auch z. B. sie zu begrenzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug mit einer selbsttätigen Steuerung sowie ein Verfahren zur Steuerung eines geankerten Wasserfahrzeugs. Das Wasserfahrzeug kann z. B. ein Boot oder ein Schiff, insbesondere auch ein Katamaran sein.
Beim Ankern wird ein Schiffsanker über ein Befestigungsseil, das insbesondere eine Ankerkette sein kann, am Meeresboden bzw. Gewässerboden befestigt. Hierzu wird die Ankerkette aus einem als Aufnahme dienenden Ankerwinsch über eine am Boot vorgesehene Ankerführung herabgelassen und auf eine geeignete Länge eingestellt. Der Anker verhakt sich durch die Zugkräfte selbstständig im Meeresgrund bzw. Gewässergrund. Nachfolgend wird das geankerte Schiff durch z. B. Wind und Wellen etwas abgetrieben, wodurch die Ankerkette gespannt und der Anker bei geeigneter Länge der Ankerkette auf eine einwirkende Zugkraft belastet wird, wobei bereits durch das Eigengewicht der Ankerkette ein Teil der Zugkraft ausgebildet wird.
Das Schiff somit kann entsprechend der Länge des Befestigungsseils um den Anker herum getrieben werden; bei größeren Kräften kann der Anker aber auch nachgeben, d. h. slippen, wobei im Allgemeinen die Eingrabtiefe und Nachgiebigkeit des Ankers nicht genau bekannt sind.
Die Position des Schiffes und die Belastung des Ankers können sich z. B. in Abhängigkeit des Tidenhubs, der Strömung und einwirkender Winde ändern, wobei auch die Form und Länge des Schiffes, z. B. die Kiellänge, relevant ist.
So können sich Schiffe z. B. quer zum Wind legen und nachfolgend wieder eine Längsausrichtung zur Kette einnehmen. Liegt das Schiff an langer Ankerkette, ist eine Messung seiner Position im Allgemeinen ungenau.
Um ein Slippen des Ankers zu bemerken, sind Ankerwächter bekannt, bei denen ein sicherer Bereich um den Anker herum festgelegt und die Position des Schiffes z. B. über GPS ermittelt wird. Wird der sichere Bereich überschritten, wird ein Alarm angezeigt. Weiterhin sind Systeme bekannt, bei denen die Belastung von Ankerschäkeln und anderen Teilen der Ankeraufnahme gemessen wird. Die DE 10 90 130 A betrifft eine Vorrichtung zum Festsetzen von Ankerketten auf Schiffen und Schiffbauwerken, bei der ein unbeabsichtigtes Fallen des Ankers ermittelt und die Ankerwinde entlastet werden soll. Die DE 3 810 084 A1 betrifft eine Einrichtung zur Anzeige der Gefahr eines Vertreibens vor Anker liegender Wasserfahrzeuge. Zur Messung des Slippens ist ein auf dem Grund aufliegendes Rad vorgesehen, das über einen Arm mit dem Anker verbunden ist. Weiterhin kann ein flexibles Element an den Anker angehängt oder in den Anker integriert werden.
Die DE 19 716 684 A1 betrifft eine Anker- oder Ankerketten-Überwachungsvorrichtung für vor Anker liegende Schwimmeinrichtungen, wobei ein Sensor eine einwirkende Kraft ermittelt und eine Alarmausgabeeinrichtung das Signal bewertet und ggf. einen Alarm ausgibt. Die DE 20 200 601 5829 U1 betrifft ein Messgerät, mit dem eine Kraft, die auf ein Zugmittel, z. B. eine Kette oder Seile in Bauwerken, oder auf ein ankerndes Schiff einwirkt, gemessen werden kann. Die DE 10 2012 013 294 A1 betrifft ein Anker-Überwachungs-Gerät mit einer zentralen, an Bord installierten Kontroll-Steuerung und mehreren dezentral installierten Überwachungsorganen, wobei eine Zugspannung von Ankerketten überwacht und die Kontroll-Steuerung eine geografische Position des Ankers mittels GPS ermittelt. Mittels eines elektronischen Kompasses kann eine Längsachsenausrichtung des Fahrzeugs, sowie mittels Echolot eine Wassertiefe ermittelt werden. Hierdurch kann eine Lockerung der Verbindung oder eine Veränderung der Ankerposition ermittelt werden, wobei auch die Windkraft und Strömungsgeschwindigkeit und z. B. die Ausrichtung der Ankerkette ermittelt werden kann.
Weiterhin sind Vorrichtungen zur Entlastung von Ankerwinden bekannt. In der DE 10 2012 013 294 A1 können in Abhängigkeit der Messsignale Alarmeinrichtungen und Aktoren zur Ansteuerung der Zugwinsch angesteuert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines geankerten Wasserfahrzeugs und ein Wasserfahrzeug mit selbsttätiger Steuerung zu schaffen, die mit relativ geringem Aufwand eine hohe Sicherheit des geankerten Wasserfahrzeugs gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein Wasserfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Wasserfahrzeug durchgeführt werden.
Somit ist ein Wasserfahrzeug mit einem Bootskörper, einer Antriebs- und Lenkeinrichtung, einer Steuereinrichtung und einem über ein Befestigungsseil aufgenommenen Anker vorgesehen, wobei von einer an einer Befestigungsseilaufnahme vorgesehene Messeinrichtung eine Messgröße an dem Befestigungsseil gemessen wird. Diese Messgröße kann insbesondere sein:

- eine auf das Befestigungsseil wirkende Zugkraft,
- eine auf das Befestigungsseil wirkende Seitenkraft, und/oder
- eine Position des Befestigungsseils relativ zu der Befestigungsseilaufnahme.

Dadurch kann die auf dem Wasserfahrzeug und auf der Ankerkette liegende Kraft und Kraftrichtung lokalisiert und gemessen und dann entsprechend automatisiert entgegengewirkt werden. Dadurch kann der Anker und die Kette entlastet und ein Slippen vermieden werden.
Das Befestigungsseil ist vorzugsweise eine Ankerkette, kann aber z. B. auch als flexibles Kunststoffseil ausgebildet sein.
Der Befestigungspunkt ist insbesondere ein Anker; weiterhin kann aber auch eine Befestigung z. B. am Hafen, einer Boje oder einem anderen Wasserfahrzeug vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß wird somit insbesondere der Vorteil erreicht, dass der Aufwand gering ist, da insbesondere eine bereits im Boot vorgesehene Antriebseinrichtung und Lenkeinrichtung, z. B. ein Ruder, verwendet werden kann, und anders als bei den eingangs beschriebenen Systemen des Standes der Technik nicht nur eine Detektion der Probleme erfolgt, sondern aktiv eine Korrektur vorgenommen werden kann, insbesondere zur Erhöhung der Sicherheit. Eine solche aktive Korrektur kann gemäß einem Aspekt der Erfindung durch eine aktive automatische Zugentlastung des Ankers bzw. Befestigungsseiles erfolgen, ohne dabei den Umkreis des um den Anker drehenden Bootes und damit den Gefahrenbereich zu vergrößern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung wird es ermöglicht, das Boot gegenüber den Kräften, insbesondere Wellen und Wind, strömungsgünstig und stabil auszurichten, insbesondere in Windrichtung und/oder Wellenrichtung, um bereits hierdurch ein Rollen zu vermeiden oder zu verringern und/oder die Angriffsfläche zu verringern.
Die Befestigungsseilaufnahme kann insbesondere einen Ankerwinsch und eine Befestigungsseilführung umfassen, die das in der Ankerwinsch aufgenommene Befestigungsseil weiterführt, insbesondere zum Bug weiterführt. Die Messgröße kann insbesondere an der Befestigungsseilführung, aber auch z. B. am Befestigungsseil oder dem Anker gemessen werden.
Erfindungsgemäß ist eine selbsttätige Steuerung des Wasserfahrzeugs vorgesehen, die sich auf die Ausrichtung bzw. Positionierung des Wasserfahrzeugs gegenüber Anker und/oder Befestigungsseil bezieht. Diese Ausrichtung und/oder Positionierung des Wasserfahrzeugs kann insbesondere eine oder mehrere der folgenden Größen sein:

- eine Begrenzung einer Zugkraft des Befestigungsseils,
- eine Einstellung einer minimalen Zugkraft an dem Befestigungsseil.
- eine Einstellung eines Schrägstellwinkel des Bootskörpers, insbesondere der Bootsachse, relativ zu dem Befestigungsseil, d.h. insbesondere dem Ankerseil.
- eine Einstellung einer Position des Wasserfahrzeugs relativ zu dem Anker.

Gemäß einer Ausbildung ist vorgesehen, eine über das Befestigungsseil einwirkende Zugkraft zu messen und in Abhängigkeit der Messung zumindest einen Antrieb des Wasserfahrzeugs derartig anzusteuern, dass die Zugkraft begrenzt wird; der Antrieb kann insbesondere derartig angesteuert werden, dass er den Zugkräften entgegenwirkt. Hierdurch wird bereits der Vorteil erreicht, dass einer stärkeren Belastung des Ankers entgegengewirkt und somit eine Lockerung oder ein Slippen des Ankers verhindert werden kann. Somit wird auch einer Veränderung der Position des Wasserfahrzeugs entgegengewirkt. Weiterhin werden die auf das Wasserfahrzeug einwirkenden Kräfte gering gehalten.
Weiterhin wird der Vorteil erreicht, dass auch der Grund bzw. Gewässergrund, d.h. die Unterwasserwelt, vor einem slippenden oder sich bewegenden Anker geschont wird.
Auf den Bootskörper wirkt somit im Allgemeinen eine Zugkraft ein, die parallel oder auch schräg zur Bootsachse bzw. Längsachse des Bootes stehen kann. Durch Ansteuerung des Antriebs und/oder der Lenkeinrichtung wird eine Gegenkraft ausgebildet, die der Zugkraft entgegengesetzt ist, wobei die Gegenkraftentsprechen parallel oder schräg zu einer Bootsachse) ausbildbar ist. Die Gegenkraft kann durch Kombination von Antrieb und Lenkreinrichtung, insbesondere bei unsymmetrischer Ansteuerung einer geeigneten Antriebseinrichtung, z. B. bei einem Katamaran, aber auch z. B. durch einen am Bootskörper vorgesehenen, um eine Hochachse drehbaren Antrieb, z. B. Gondelantrieb, ausgebildet werden, wie er als solcher z. B. bei Schleppern zum Schleppen in einem Hafen vorgesehen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung werden zusätzlich oder ergänzend über das Befestigungsseil einwirkende Seitenkräfte gemessen, insbesondere eine seitlich einwirkende Kraft bzw. ein Giermoment um die Hochachse bzw. Gierachse, insbesondere der Befestigungsseilführung. Die Seitenkraft kann sich insbesondere durch einen Schrägstellwinkel des Wasserfahrzeugs gegenüber dem Befestigungsseil ergeben, der sich insbesondere durch Wind und einwirkende Strömung bzw. Wellen ergeben kann, wenn das Wasserfahrzeug sich schräg zur Befestigungsseilführung, z. B. quer zum Wind legt. Die detektierten seitlichen Kräfte bzw. Scherkräfte können zur Ansteuerung der Antriebs- und Lenkeinrichtung eingesetzt werden, um die Schrägstellung des Bootes zu kompensieren. Somit können z. B. Ruder und Antrieb derartig geregelt werden, dass sowohl die einwirkende Zugkraft als auch die seitlichen Kräfte kompensiert werden können.
Die Befestigungsseilführung ist vorzugsweise am vorderen Ende des Wasserfahrzeugs vorgesehen und leitet das z. B. im Ankerwinsch aufgenommene Befestigungsseil nach vorne und unten weiter, im Allgemeinen auch zur Seite, solange das Wasserfahrzeug nicht ausgerichtet ist. Durch die Befestigungsseilführung ist eine definierte Position der Messeinrichtung gegeben, bei definiertem Verlauf des Befestigungsseils, wobei die Messung der ein oder mehreren Messgrößen mit geringem Aufwand möglich ist.
Die Erfassung der Zugkraft kann durch unterschiedliche Messeinrichtungen erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform ist als Befestigungsseilführung eine in Richtung des Befestigungsseils bzw. nach vorne und/oder unten schwenkbaren oder kippbaren Seilwippe vorgesehen. Das auf Zug belastete Befestigungsseil schwenkt die Seilwippe, d.h. die Seilwippe gibt nach, so dass zum einen das Befestigungsseil nicht so stark durch Reibung belastet wird und weiterhin eine genauere Messung der Zugkraft an der Seilwippe ermöglicht wird als bei einer starren Ankerführung bzw. Seilführung. Die Seilwippe kann insbesondere derartig am vorderen Ende des Wasserfahrzeugs vorgesehen sein, dass die Seilwippe am vorderen Ende des Wasserfahrzeugs nach unten schwenken kann, um dem nach unten verlaufenden Befestigungsseil zu folgen.
Die Seilwippe kann um einen vertikalen Drehpunkt, d.h. eine Gierachse oder Hochachse dreh- oder schwenkbar angeordnet sein und somit die Messung der seitlich einwirkenden Kräfte ermöglichen. Bei dieser vorteilhaften Ausbildung kann somit durch eine in zwei Freiheitsgraden verstellbare Seilwippe eine Messung sowohl der Längskräfte als auch seitlicher Kräfte erfolgen und weiterhin eine sichere Führung des Befestigungsseils gewährleistet sein.
Weiterhin kann ein Neigungswinkel der schwenkbaren Seilwippe nach oben und unten bzw. nach vorne gemessen werden, d.h. insbesondere die Schwenkbewegung um eine horizontale Schwenkachse, und zur Steuerung bzw. Regelung mit herangezogen werden. Der Neigungswinkel gibt insbesondere weitere Informationen über den Verlauf des Befestigungsseils von dem Wasserfahrzeug zum Anker. Statt oder ergänzend zu dem Neigungswinkel kann auch eine auf die Seilwippe bei der Schwenkbewegung einwirkende Kraft gemessen werden.
Das Befestigungsseil kann insbesondere verriegelt sein, z. B. in einer zusätzlichen Ankerkralle. Bei der Ausführungsform mit Seilwippe kann die Verriegelung in der Seilwippe selbst erfolgen und z. B. in Längsrichtung verstellbar sein, z. B. durch einen die Ankerkette aufnehmenden Verriegelungsbolzen, der in einem Langloch geführt ist. Somit wird eine sichere Messung der Zugkraft ermöglicht.
Eine weitere Ausführungsform einer Befestigungsseilführung wird durch zwei seitliche Rollen gebildet, zwischen denen das Befestigungsseil aufgenommen ist, insbesondere mit vertikal stehenden seitlichen Rollen und/oder einer horizontal bzw. in Querrichtung stehenden Rolle, wobei seitliche Kräfte an den seitlichen Rollen gemessen werden können und eine Zugkraft an der horizontalen Rolle.
Weitere Ausführungsformen werden durch ein am Bug vorgesehenes horizontal verlaufendes Führungsmittel gebildet, das z. B. einen Führungsring und/oder eine Führungsplatte aufweist, wobei das Befestigungsseil auf dem Führungsmittel in horizontaler Richtung bzw. in zwei Dimensionen verstellbar aufgenommen ist, so dass es insbesondere auf dem Führungsmittel in horizontaler Ebene gleiten und z. B. um einen Außenbereich oder Außenumfang des Führungsmittels nach unten verlaufen. Hierbei werden unterschiedliche Bereiche des Führungsmittels belastet, was als Kraft oder Druck gemessen werden kann, z. B. über Piezosensoren, und/oder durch eine Detektion der Position des Befestigungsseils, was z. B. kapazitiv und/oder induktiv erfolgen kann.
Derartige Ausbildungen mit einer flachen horizontalen Ebene, in der das Befestigungsseil in die horizontalen Richtungen verstellbar ist, ermöglicht eine genaue Bestimmung der Position und/oder Kraft, ohne dass starke Kräfte auf der Befestigungsseilführung auf das Befestigungsseil ausgeübt werden. Auch ist der Verschleiß bei derartigen Ankerführungen geringer als bei z. B. Rollen und Wippen.
Die Ansteuerung der Antriebs- und Lenkeinrichtung erfolgt über eine Steuereinrichtung, die entsprechend die Messsignale aufnimmt und auswertet, beispielsweise über eine in der Steuereinrichtung implementierte Künstliche Intelligenz. Dazu können Messignale ausgewertet und die dadurch bewirkten Auswirkungen erfasst und daraufhin eine Leistungskurve zur Ansteuerung der Antriebs- und Lenkeinrichtung intelligent angepasst werden.
Die Steuereinrichtung kann zusätzlich noch weitere Messsignale bzw. extern ermittelte Datensignale aufnehmen, insbesondere einen oder mehrere der folgenden Werte, die aktuell oder auch mit zeitlichem Verlauf bzw. für die Zukunft ermittelt werden:

eine Windgeschwindigkeit und/oder Windrichtung, eine Strömungsrichtung und/oder Strömungsgeschwindigkeit und/oder ein Wellengang bzw. eine Wellenhöhe, einen Tidenhub, eine Wassertiefe, eine Position, z. B. in einem GPS-System.

Diese externen Daten können mit geringem Aufwand, gegebenenfalls über Datenübertragung bzw. Internet, ermittelt werden und für vorzugsweise für eine Plausibilisierung der Daten herangezogen werden.
Neben der Begrenzung der Zugkraft kann eine minimale Zugkraft an dem Befestigungsseil geregelt werden, zur Straffung des Befestigungsseils bzw. Einstellen einer definierten Spannung, und zur Verhinderung eines Abtreibens des Wasserfahrzeugs oder eines Überfahrens des Ankers. Insbesondere ein Überfahren des Ankers kann zu einer Verstellung und einem nachfolgenden Slippen des Ankers führen. Weiterhin kann eine Position des Wasserfahrzeugs relativ zu dem Anker eingestellt bzw. geregelt werden, und/oder der Schrägstellwinkel des Bootskörpers relativ zu dem Befestigungsseil oder der Befestigungsseilführung. Die Regelung des Schrägstellwinkels auf einen Wert ungleich null ermöglicht die Einbeziehung der einwirkenden Seitenkräfte durch Wind, Wellen, Strömung, was somit gegenüber einem Rollen des Bootes in einer Welle aufgrund vorteilhaft ist.
Der Antrieb des Schiffes kann insbesondere in Vorwärtsrichtung erfolgen, insbesondere mit variabler Drehzahl. Gemäß einer bevorzugten Ausbildung ist weiterhin auch eine Ansteuerung in Rückwärtsrichtung vorgesehen, z. B. um die zu geringe Seilspannung und ein Überqueren des Ankers zu vermeiden. Diese Ausbildung ist insbesondere bei elektrischen Antrieben vorteilhaft, bei denen die Schiffsschraube mit variabler Drehzahl und insbesondere auch in Rückwärtsrichtung angesteuert werden kann.
Gemäß weiterer Ausbildungen können auch Signale von dem Anker aufgenommen werden, insbesondere Messsignale über die einwirkenden Kräften oder einer Slipbewegung des Ankers. Die Signalübertragung von dem Anker zu dem Wasserfahrzeug kann über das Befestigungsseil erfolgen, wobei der Anker zum einen als passiver Transponder, d. h. ohne Energiequelle, ausgebildet sein kann, oder auch eine Energiegewinnung in Abhängigkeit der einwirkenden Kräfte und Bewegungen ermöglichen, um aktiv Signale auszugeben.
Die erfindungsgemäße Steuerung bzw. Regelung ist insbesondere bei einem Katamaran als Wasserfahrzeug vorteilhaft, da Katamarane bei einer Schrägstellung mit ihren Schwimmkörpern an das Befestigungsseil gelangen können. Der Katamaran ist hierbei vorzugsweise nicht nur über ein einfaches Befestigungsseil, sondern über einen Y-Anschluss mit zwei Zugentlastungen am Befestigungsseil angebunden, wobei an beiden Befestigungsseilführungen jeweils ein Zugkraftaufnehmer, insbesondere eine Seilwippe, vorgesehen ist und die Mess-Signale an die gemeinsame Steuereinrichtung ausgegeben werden.
Zusätzlich zu der selbsttätigen Steuerung bzw. Regelung kann die Ausgabe eines Überwachungssignals, insbesondere Alarmsignals, vorgesehen sein, durch das ein Benutzer über eine Verstellung des Wasserfahrzeugs und/oder hohe einwirkende Kräfte informiert werden kann.
Als Lenkeinrichtung kann eines oder mehrere der folgenden Elemente vorgesehen sein:

- ein Ruder am Heck, z. B. ein Becker-Ruder.
- eine unsymmetrische Ansteuerung von seitlichen Antriebseinrichtungen, z. B. bei einem Katamaran, ein Querstrahlruder, insbesondere Bugstrahlruder oder Heckstrahlruder, das z. B. in Querrichtung durch das Schiff verläuft, durch das insbesondere eine Ausrichtung und/oder Positionierung des Wasserfahrzeugs relativ zu dem Befestigungsseil ohne allzu relevante Längsverstellung möglich ist, oder
- einen um eine Hochachse drehbaren Antrieb, z. B. Gondelantrieb oder einen Wasserstrahlantrieb.

Bei der Auswertung der Messsignale kann insbesondere berücksichtigt werden, dass bei einer seitlichen Position des Befestigungsseils relativ zur Bootsachse bzw. bei einer Schrägstellung des Befestigungsseils relativ zur Bootsachse eine scheinbar hohe Längskraft gemessen werden kann, da sich hier entsprechende Kraftkomponente als Vektoren addieren. Somit wird vorteilhafterweise die Richtung der Kraft mit berücksichtigt, um die relevante Richtung und Kraft in diese Richtung zu ermitteln. Auch ist das Eigengewicht des Befestigungsseils, insbesondere einer Ankerkette, zu berücksichtigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich ohne aktive GPS-Ortung erfolgen, da die selbsttätige Regelung eine Kompensation ermöglicht. Ergänzend können GPS-Daten jedoch aufgenommen und verwertet werden.
Vorteilhaft ist auch eine Ermittlung der Ausrichtung des Ankers, insbesondere als Ausrichtung des Ankerstiels des Ankers, da der Ankerstiel vorzugsweise in Längsrichtung belastet werden soll, damit der Anker nicht in seiner Auflageposition gedreht wird. Hierzu kann der Ankerstiel z. B. einen elektronischen Kompass aufweisen, der ein Signal ausgibt, dass dann mit der Ausrichtung des Bootes, die z. B. wiederum mittels eines elektronischen Kompass ermittelt wird, verglichen werden kann.
Die Steuereinrichtung kann separat oder auch softwaremäßig in einer zentralen Fahrzeug-Steuereinrichtung ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung wird die Sicherheit erhöht, indem Gefahren, die von einer selbsttätigen Ansteuerung von Antrieb und/oder Lenkeinrichtung ausgehen, minimiert werden. Hierzu kann insbesondere eine Personenerfassung vorgesehen sein, um eine Ansteuerung zu unterdrücken, wenn Personen in Gefahr geraten können; somit kann das erfindungsgemäße Verfahren z. B. mit einer Abbruchbedingung und/oder Haltebedingung ausgebildet werden, die bei Erfassung von Personen und/oder neu erfassten Objekten eine Ansteuerung von Antrieb und/oder Lenkreinrichtung verhindert. Ergänzend kann auch eine Positionsüberwachung des Wasserfahrzeuges per GPS durchgeführt werden. Sobald das Wasserfahrzeug einen festgelegten Sicherheitsradius verlässt, wird eine selbsttätige Ansteuerung von Antrieb und/oder Lenkreinrichtung verhindert.
Als weitere oder alternative Sicherheitsvorrichtung kann der angesteuerte Antrieb geschützt sein, z. B. durch einen Käfig, so dass ein direkter Kontakt mit dem Antrieb verhindert wird.
Als weitere oder alternative Sicherheitsvorrichtung kann eine Einrichtung zur Tiefenerfassung vorgesehen sein, die eine Tiefe und/oder Tiefenprofil erfasst und das Verfahren z. B. auf eine Minimaltiefe begrenzt, d.h. eine Verstellung in einen Bereich mit zu geringer Wassertiefe verhindert; die Einrichtung zur Tiefenerfassung kann z. B. ein Sonar sein, bzw. eine ohnehin vorhandene Messeinrichtung, die hier mit einbezogen wird.
Gemäß einer Weiterbildung kann eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Befestigungsseils, d.h. insbesondere einer Ankerkette, vorgesehen sein. Das Befestigungsseil bzw. die Ankerkette kann z. B. optisch, z. B. mit Kamera, LIDAR und/oder Radar und/oder basierend auf Laserstrahlung, aber z.B. auch mit Ultraschall oder über integrierte Transponder, z.B. Bluetooth, erfasst werden. Hierbei kann insbesondere der dreidimensionale Verlauf des Befestigungsseils erfasst werden, so dass die Richtung des Befestigungsseils, insbesondere in der horizontalen Ebene (z. B. als Winkel gegenüber der Bootsachse), als auch vorzugsweise in der vertikalen Richtung ermittelt werden kann. Somit kann aus der Bestimmung des Verlaufs des Befestigungsseils und der gemessenen Zugkraft auf die auszuübende Gegenkraft geschlossen werden. Hierbei kann aus dem Verlauf des Befestigungsseils auch z. B. direkt die Kettenspannung ermittelt werden, was somit eine Messung der Zugkraft, oder eine weitere Messung der Zugkraft ermöglicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung wird ein Kompasskurs ermittelt, d.h. ein Kurs bzw. eine Ausrichtung des Wasserfahrzeugs mittels Kompass und/oder in einem geodätischen System, z. B. auch einem GPS. Somit wird eine Ausrichtung des Wasserfahrzeugs eingestellt, die nicht auf die Seilrichtung bezogen ist. Nachfolgend wird der Kurs bzw. die Ausrichtung eingehalten, indem einwirkende Kräfte, d.h. insbesondere Wind und Wellen bzw. Strömung berücksichtigt werden. Hierbei kann insbesondere eine Ausrichtung des Wasserfahrzeugs mittels der Antriebs- und Lenkeinrichtung mit einem veränderlichen Schrägstellwinkel der Bootsachse zum Befestigungsseil durchgeführt werden, d.h. das Wasserfahrzeug hält seinen Kompasskurs oder einen geeigneten Winkelbereich um den Kompasskurs unter Berücksichtigung zum einen der einwirkenden Kräfte, und weiterhin unter Einstellung einer minimalen Zugkraft und Begrenzung der Zugkraft.
Der Winkelbereich um den Kompasskurs kann z. B. bei festem Schrägstellwinkel, d.h. insbesondere geradliniger Ausrichtung, festgelegt werden in Abhängigkeit einer äußeren Umgebung, z. B. einer Bucht, die lediglich eine begrenzte Verstellung des Wasserfahrzeugs zulässt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein geankertes Wasserfahrzeug;
2 eine perspektivische Detailansicht der Ankerkettenbefestigung an der Kettenführung am Bug des Wasserfahrzeugs;
3 ein vergrößerter Ausschnitt aus 2;
4 eine Aufsicht auf den Bugbereich des Wasserfahrzeugs mit der Ankerführung;
5 eine Ausführungsform mit einem Katamaran als Wasserfahrzeug;
6 eine Ausführungsform mit einer Ankerführung mit Rollen;
7 eine Ausführungsform mit einer Ankerführung in einer horizontalen Führungsebene mit Schlitten und mechanischer Ansteuerung;
8 eine Ausführungsform, bei der ergänzend zu 7 eine aktive Führung oder Winkelmessung der Ankerkette vorgesehen ist.
9 eine Ausführungsform mit einer Führungsscheibe zur Ermittlung von Position und/oder Kraft des Befestigungsseils;
10 eine Ausführungsform mit einem Führungsring zur Ermittlung von Position und/oder Kraft des Befestigungsseils;
11 eine weitere Ausführungsform mit einer Ankerführung zur Messung von Zug- und Seitenkräften;
12 eine Darstellung des Wasserfahrzeugs mit Ankerseil und Anker;
13 das Wasserfahrzeug in einem Verstellbereich um den Anker
14 eine weitere Darstellung des Wasserfahrzeugs zur Verdeutlichung der einwirkenden Kräfte.

Ein Wasserfahrzeug 1 weist einen Bootskörper 2, einen Antrieb 3 und ein Ruder 4 auf. Der Antrieb 3 weist einen Motor, hier einen angedeuteten Elektromotor 5 einschließlich Abtriebswelle, und eine Schraube 6, sowie hier nicht gezeigte, weitere Komponenten auf. Der Elektromotor 5 wird von einer zentralen Steuereinrichtung 10 eines Steuerungssystems 12 über erste Steuerungssignale S1; und entsprechend das Ruder 4 über zweite Steuerungssignale S2 angesteuert. Die Steuereinrichtung 10 nimmt wiederum Messsignale von verschiedenen Messeinrichtungen auf, wie nachfolgend beschrieben wird.
Das Wasserfahrzeug 1 ist in 1 im geankerten Zustand gezeigt, d. h. ein an einer Ankerkette 14 befestigter Anker 15 wurde auf dem Meeresgrund 16 abgelassen und hat sich teilweise in den Meeresgrund 16 eingegraben. Bei alternativen Ausführungsformen kann auch ein anderes Befestigungsseil statt der Ankerkette vorgesehen sein, und weiterhin kann auch eine Befestigung z. B. am Ufer erfolgen. Die Ankerkette 14 ist an ihrem unteren Ende am Anker 15 befestigt und an ihrem anderen Ende in einer Ankerwinsch 18 aufgenommen, die in üblicher Weise an den Bootskörper 2, insbesondere am Bug 20, vorgesehen ist und aufgewickelt wird. Die Ankerkette 14 ist von der Ankerwinsch 18 über eine nachfolgend detaillierter beschriebene Seilwippe 24 geführt.
Die Seilwippe 24 ist am vorderen Ende 20a des Bugs 20 in zwei Freiheitsgraden verstellbar vorgesehen. Hierbei ist die Seilwippe 24 um eine horizontale Drehachse 26 verstellbar, d. h. nach vorne schwenkbar oder kippbar, was somit einer Nick-Bewegung relativ zum Bootskörper 2 entspricht. Weiterhin ist die Seilwippe 24 in einem - hier angedeuteten - Drehlager 28 um eine Gier-Achse 29 bzw. Vertikalachse drehbar, d. h. im Wesentlichen in der horizontalen Ebene drehbar. Die Seilwippe 24 leitet die Ankerkette 14 von der Ankerwinsch 18 kommend nach vorne über das vordere Ende 20a des Bugs 20 und führt die Ankerkette 14 nachfolgend nach unten, so dass die Ankerkette 14 in üblicher Weise von dem Bug 20 aufgrund ihres Eigengewichtes durch das Wasser 17 zu dem Anker 15 verläuft. Auf das Wasserfahrzeug 1 wirken Kräfte der Umgebung ein, insbesondere Wind, Wellen und eine Strömung, durch die das Wasserfahrzeug 1 mit einer zeitlich veränderlichen Kraft beaufschlagt wird. Der Bootskörper 2 erfährt somit eine Zugkraft ZF, die in 1 den Bootskörper 2 nach links zieht und wegtreiben würde; über die Ankerkette 14 und den Anker 15 wird eine entsprechende Gegenkraft GF ausgebildet, wobei die Ankerkette 14 bereits aufgrund ihres Eigengewichtes und ihres Verlaufs entsprechend das Wasserfahrzeug 1 nach vorne bzw. in 1 nach rechts zieht.
Kipp-Bewegungen der Seilwippe 24 um die horizontale Drehachse 26 werden gemäß der hier gezeigten Ausführungsform über einen Winkelmesser 30 erfasst; alternativ hierzu kann auch ein Kraftmesser vorgesehen sein, und/oder eine Feder-Gegenspannung ausgebildet werden, die die Seilwippe 24 in die Grundstellung vorspannt. Grundsätzlich ist die Ausbildung einer Feder-Gegenspannung jedoch nicht erforderlich. Auf die Seilwippe 24 um die Gier-Achse 29 einwirkende Momente bzw. Kräfte werden von einem Steuerbord-Kraftaufnehmer 32 und einem Backbord-Kraftaufnehmer 34 erfasst. Die Ankerkette 14 weist einzelne Kettenglieder 114 auf, von denen ein Kettenglied 114 von einer Verriegelung 36 erfasst ist, die insbesondere durch das Kettenglied 114 gesetzt ist, wobei die Verriegelung 36 in Langlöchern 40 der Seilwippe 24 geführt ist. Ein Kraftaufnehmer 42 misst den Ankerzug, d. h. die auf die Ankerkette 14 einwirkende Zugkraft ZF, und gibt ein erstes Messsignal F3 aus. Die seitlichen Kraftaufnehmer 32, 34 geben entsprechend ein zweites Messsignal F2, und der Winkelmesser 30 ein drittes Messsignal bzw. Winkel-Messsignal F1 aus.
Statt oder ergänzend zu einem Winkelmesser 30 kann z. B. auch eine Kraftmessung unter Messung der Richtung vorgesehen sein.
Zusätzlich zu den Messsignalen F1, F2 und F3, können Messwerte z. B. eines GPS und/oder eines Windmessers aufgenommen werden. Weiterhin können insbesondere zur Plausibilisierung externe, durch Datenübertragung aufgenommenen Messsignalen der Strömung, Windrichtung und weiterer Einflüsse, einbezogen werden.
Die Steuereinrichtung 10 ermittelt die relative Stellung des Wasserfahrzeugs 1 zum Anker 15 und eine geeignete Ansteuerung des Antriebs 3 und des Ruders 4. Das Wasserfahrzeug 1 wird somit derartig angesteuert, dass die Ankerkette 14 mit einer geeigneten Zugkraft bzw. einem geeigneten Ankerzug belastet ist, wobei insbesondere die Zugkraft nicht zu hoch ist, um die Belastung am Anker 15 zu bremsen, jedoch weiterhin vorteilhafterweise auch eine zu geringe Zugkraft und gegebenenfalls ein Überfahren des Ankers 15 und somit ein nachfolgenden Richtungswechsel der einwirkenden Zugkraft verhindert wird. Weiterhin kann der Schrägstellwinkel α der Längsachse des Wasserfahrzeugs 1 relativ zur Ankerkette 14 bzw. zur Verbindungslinie zwischen dem Bug 20 und dem Anker 15 erkannt und auf einen geeigneten Wert eingestellt werden, z. B. auf α = 0. Bei z. B. stärkeren, seitlich einwirkenden Kräften kann auch ein Schrägstell-Winkel α ≠ 0 eingestellt werden, um ein Kräftegleichgewicht auszubilden.
Der Anker 15 kann zum einen in üblicher Weise der Befestigung dienen, gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Anker 15 jedoch mit SensorFunktion ausgebildet sein. So kann der Anker 15 einen elektronischen Kompass aufweisen, so dass seine Lage bzw. Orientierung im Meeresgrund 16 gemessen werden kann, so dass sie insbesondere mit der Position bzw. Ausrichtung des Bootskörpers abgeglichen werden kann. Hierbei kann eine Datenübertragung mit dem Wasserfahrzeug 1 über die Ankerkette 14 vorgesehen sein, wobei hier vorteilhafterweise das Befestigungsseil zwischen dem Wasserfahrzeug 1 und dem Anker 15 nicht als Ankerkette mit einzelnen Kettengliedern 114, sondern durch ein Befestigungsseil mit Datenleitungen gebildet ist.
Grundsätzlich kann auch die Ankerkette als Antenne für eine Datenübertragung zu einer Kommunikationseinrichtung am Bootskörper des Wasserfahrzeugs dienen. Hierbei ist insbesondere die Ausrichtung und Orientierung des Ankers 15 durch Messsignale erfassbar, so dass hierzu eine geeignete Zugbelastung an dem Anker 15 ausgebildet werden kann, die insbesondere in Längsrichtung des Ankers 15 wirkt. Weiterhin kann am Anker 15 eine Zugkraft-Sensorik ausgebildet sein, die somit die direkt auf den Anker 15 einwirkende Zugkraft detektiert und zu dem Wasserfahrzeug 1 und somit zur Steuereinrichtung 10 des Steuerungssystems 12 ausgibt.
Die Steuereinrichtung 10 kann im Bereich der Seilwippe 14, aber insbesondere auch zentral im Wasserfahrzeug 1 vorgesehen sein. Hierbei kann die Steuereinrichtung 10 auch rein softwaremäßig in einer Antriebs-Steuereinrichtung vorgesehen sein, die allgemein zum Antrieb des Elektromotors 5 und des Ruders 4 dient.
Gemäß 5, 6 ist als Wasserfahrzeug 1 ein Katamaran vorgesehen, der somit zwei Schwimmkörper 112, 113, und einen die Schwimmkörper 112, 113 verbindenden Schiffskörper 116 aufweist. Da ein Katamaran eine stärkere Neigung zur Schrägstellung besitzt und insbesondere die Schwimmkörper 112, 113 bei einer Schrägstellung gegen die Ankerkette 14 gelangen können, ist die Ankerkette 14 mit einer Y-Verbindung 120 mit zwei Zugentlastungen 120a, 120b an dem Schiffskörper 116 des Katamarans 101 befestigt. Die Regelung kann auch bei dieser Ausführungsform wie oben beschrieben über die Seilwippen 24 unter Messung der einwirkenden Kräfte erfolgen.
Eine Y-Verbindung kann nicht nur bei Katamaranen, sondern auch bei anderen Schiffen eingesetzt werden.
Bei dem Katamaran 101 kann eine Steuerung insbesondere auch durch die beiden seitlichen Antriebe an den Schwimmkörpern 112, 113 alleine erfolgen, indem diese mit unterschiedlichen Drehzahlen bzw. auch gegenläufig angetrieben werden.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der eine Ankerführung mit seitlichen Rollen 140 vorgesehen ist, wobei die Ankerkette 14 zwischen den seitlichen Rollen 140 nach vorne geführt wird, wobei die seitlichen Rollen 140 vorteilhafterweise vertikale Drehachsen aufweisen. Sie können die Ankerkette 14 z. B. mit einer Klemmung aufnehmen und somit elastisch vorgespannt sein; eine derartige elastische Vorspannung ist grundsätzlich aber nicht erforderlich. Wenn der Anker 15 gegenüber der Bootsachse A seitlich versetzt ist wie in 6 gezeigt, wird somit die Ankerkette 14 von den seitlichen Rollen 140 in eine Richtung abgelenkt. In 6 zieht somit - in Richtung des Wasserfahrzeugs 1 - die Ankerkette 14 nach links und belastet somit die linke Rolle 140 mit einer entsprechenden Querkraft, die durch einen Kraftaufnehmer an den seitlichen Rollen 140 ermittelt werden kann. Somit kann durch die Kraftmessung wiederum der Verlauf der Ankerkette gemessen werden, um die oben beschriebenen Steuerungen oder Regelungen durchzuführen. Ergänzend ist vorzugsweise eine sich in Querrichtung erstreckende untere Roller unterhalb des Befestigungsseils vorgesehen, die somit zur indirekten Ermittlung der Zugkraft dienen kann, wobei hier die Kräfteausbildung durch Zugkraft und Gegenkraft der Ankerwinsch zu berücksichtigen ist, die als Kräfte-Dreieck auf die untere Rolle einwirken.
Die Ausführungen 7 bis 10 zeigen Ankerführungen mit einem in einer horizontalen Ebene vorgesehenen, als Befestigungsseilführung dienenden Führungsmittel, das eine Verstellung bzw. ein Gleiten oder Verrutschen der Ankerkette 14 in der horizontalen Ebene ermöglicht, um durch den Verlauf der Ankerkette 14 deren Position und/oder Kraft bzw. Druck zu messen. In diesen Figuren verläuft die Ankerkette 14 von der Ankerwinsch 18 ausgehend nach vorne und ist z. B. in einer Ankerklaue 145 fixiert, von der aus die Ankerkette 14 weiter nach vorne über das jeweilige Führungsmittel 124, 224 verläuft.
Gemäß der Ausführungsform der 9 verläuft die Ankerkette 14 nach vorne über eine Führungsplatte 224, in der die Ankerkette 14 in der horizontalen Ebene frei verstellbar ist bzw. gleitet. Je nach relativer Position des Ankers 15 gegenüber der Bootsachse A bzw. dem Wasserfahrzeug 1 stellt sich somit ein anderer Verlauf der Ankerkette 14 ein, bei der somit andere Bereiche der Führungsplatte 224 von der Ankerkette 14 belastet werden. Die Führungsplatte 224 kann zum einen die Kraft bzw. den Druck der Ankerkette 14 messen, insbesondere am äußeren Randbereich 224a, an dem die Ankerkette 14 nach unten abknickt, was eine Kraftmessung in zwei Dimensionen ermöglicht. Ergänzend oder alternativ hierzu kann auch die Position der Ankerkette 14 auf der Führungsplatte 224 ermittelt werden, z. B. mittels einer hier angedeuteten Messeinrichtung 225, die induktive und/oder kapazitive Sensoren aufweist, z. B. als Sensorfeld, das somit keine mechanische Verstellung der Führungsplatte 224 erfordert.
Die in 9 gezeigte Ausführungsform ermöglicht somit eine Kraftmessung in der horizontalen Ebene bzw. in zwei Dimensionen ohne mechanische Führung mit Führungsrollen, Schwenklagern usw.
Bei der Ausführungsform der 7 verläuft die Ankerkette 14 von der Ankerklaue 145 nach vorne in der horizontalen Ebene über einen Führungsring 124; wobei der Ausführungsform der 7 ist ergänzend wiederum eine Führungsplatte 224 vorgesehen ist, die allerdings nicht an ihren Randbereichen belastet ist. Der Führungsring 124 kann insbesondere direkt als Kraftaufnehmer dienen, sodass die von der Ankerkette 14 ausgeübte Kraft von einem Kraftsensor 125 am Führungsring 124 gemessen wird, d.h. insbesondere als nach unten wirkende Kraft.
In der Ausführungsform der 7 wird die Ankerkette 14 auf dem Führungsring 124 in einem Schlitten 150 geführt, der auf dem Führungsring 124 gleitend bzw. verstellbar aufgenommen ist. Hierdurch wird die Belastung des Führungsrings 124 verringert und die Gleitbewegung bzw. das Abgleiten der Ankerkette 14 verbessert. Somit kann die Position der Ankerkette über die Ermittlung der Position des Schlittens 150 ermittelt werden.
Bei der Ausführungsform der 8 ist gegenüber der Ausführungsform der 7 ergänzend ein Umlenkhebel 160 vorgesehen, der in der Schwenkachse bzw. Symmetrieachse des Führungsrings 124, d. h. insbesondere einer vertikal verlaufenden Schwenkachse 161, gelagert ist und den Führungsschlitten 150 aufnimmt. Der Umlenkhebel 160 kann gemäß einer Ausführungsform mechanisch von einem Ruder bzw. drehbaren Antrieb angesteuert werden. Gemäß einer hierzu alternativen Ausbildung kann hierdurch ein Winkelmesser ausgebildet werden, d.h. die Position des Umlenkhebels 160 kann einen Winkel als Abweichung gegenüber der Bootsachse A messen.
Bei den Ausführungsformen der 7 bis 10 kann jeweils eine Ausbildung mit der Ankerklaue 145, oder auch ohne Ankerklaue 145, vorliegen, wobei ohne die Ankerklaue 145 die Ankerkette 14 z. B. direkt von der Ankerwinsch 18 kommen kann.
11 zeigt eine Ausführungsform, bei der als Befestigungsseilführung als Führungskörper 180 ausgebildet ist, der um ein oder mehrere Achsen schwenkbar ist. Der Führungskörper kann insbesondere um mehrere Freiheitsgrade verstellbar sein, d.h. eine Rotation bzw. Schwenkbarkeit um eine verikal verlaufende Hochachse 180a und weiterhin zwei Schwenkfreiheitsgrade gegenüber der Ebene senkrecht zur Hochachse 180a. Der Führungskörper 180 kann somit z. B. in verschiedenen Kippstellungen jeweils noch um die geschwenkte Hochachse 180a geschwenkt werden.
Insbesondere kann der Führungskörper 180 eine Lagerung wie ein Joystick aufweisen, z. B. in einem Kugelgelenk und/oder mit mehreren Achsen.
Hierbei können z. B. Messeinrichtungen 182 z. B. den Drehwinkel des Führungskörpers 180 und vorzugsweise Kippwinkel gegenüber der Hochachse, sowie vorzugsweise auch eine Kraft messen, d.h. insbesondere eine Zugkraft bzw. Längskraft und die Richtung der Zugkraft bzw. Längskraft
12 zeigt die Ausrichtung des Bootskörpers 2, der gegenüber dem Befestigungsseil 14 schräg gestellt ist. Der Bootskörper 2 ist relativ zu einem Kompasskurs ausgerichtet, der durch einen Kompass und/oder GPS ermittelt wird. Die Ausrichtung kann insbesondere auch unter einem Winkel zum Kompasskurs K vorgesehen sein. Das Wasserfahrzeug 1 weist hier ein oder mehrere von der Steuereinrichtung steuerbare Querstrahlruder 170, 175, hier ein Bugstrahlruder 170 und/oder Heckstrahlruder 175 auf, die eine bessere Manövrierfähigkeit ermöglichen, insbesondere eine Ausrichtung ohne den Längsantrieb oder zusätzlich zu dem Längsantrieb durch die Schraube 3.
In 12 ist zum einen eine Ausführungsform ausbildbar, bei der einwirkende Kräfte berücksichtigt werden, insbesondere durch Wellen, hier als Wellenrichtung W1 bezeichnet, sowie Wind, hier als Windrichtung W2 bezeichnet. Die Steuereinrichtung steuert somit z. B. die Querstrahlruder 170, 175 derartig an, dass unter Berücksichtigung der einwirkenden seitlichen Zugkraft und unter Einstellung der vorgesehenen minimalen Zugkraft die Position gehalten wird. Somit kann insbesondere auch eine Ausrichtung eingestellt werden, bei der die Bootsachse gegenüber dem Kompasskurs um einen Winkel verstellt ist. Hierbei wird erkannt, dass eine geeignete Ausrichtung, die insbesondere auch nicht entlang der Seil-Ausrichtung vorgesehen ist, d.h. gegenüber dem Ankerseil abgewinkelt, vorteilhaft sein kann, um hierdurch diese Kräfte geeignet abzufangen. Es kann somit ein Gleichgewicht der Kräfte eingestellt werden.
Wenn sich der Bootskörper 2 durch z. B. Verwirbelungen am Rumpf dreht, und z. B. die in 12 eingezeichnete Windrichtung W2 und Strömungsrichtung W3 auf den Bootskörper 2 einwirkt, ergibt sich somit aus W2 und W3 eine resultierende Gegenkraft W5, zu der hier die gewünschte Ausrichtrichtung W6 eingezeichnet ist, die dem Steuerkurs entspricht, wobei die Ausrichtrichtung W6 durch die Steuereinrichtung einzustellen ist.
13 zeigt, dass an z. B. der Ankerwippe 24 oder seitlichen Rollen 140 eine Seitenkraft SK gemessen werden kann, die zusätzlich zu einer in Längsrichtung der Bootsachse gemessenen Kraft, d.h. einer „scheinbaren Kraft“, herangezogen werden kann, um eine tatsächlich benötigte Kraft (um den Anker bzw. die Kette zu entlasten) in Längsrichtung, d.h. in Richtung der Bootsachse A, zu berechnen. Die Seitenkraft SK wirkt zusätzlich zu der in Richtung A aufgebrachten Kraft, so dass sich diese Kräfte als Vektoren addieren und zusammen eine Gesamtkraft ausbilden. Dies kann somit durch Messung der Seitenkraft ermittelt werden.
13 zeigt eine Ausbildung, bei der der Bootskörper 2 geradlinig - oder allgemein unter einem festen Winkel - gegenüber dem Ankerseil 14 ausgerichtet ist. Ein Schwenkbereich 350 um den Anker 15 - oder allgemein einen Befestigungspunkt 15 - ist hier begrenzt, z. B. aufgrund geringer Wassertiefe oder z. B. einem Ufer an den Seiten, z. B. in einer Bucht. Hier ist zur Vereinfachung ein Schwenkbereich 350 von 90° eingezeichnet, es kann aber auch ein anderer Wert sein. Das Wasserfahrzeug 2 kann in jeder Position eine Kompass-Ausrichtung K bzw. einen Kompasskurs K messen, so dass und dem Winkel des Ankerseils 14 - bzw. auch der Bootsachse A - zu dem Kompasskurs K sich direkt auch die Winkelposition des Ankerseils 14 in dem Schwenkbereich 350 ergibt. Bei z. B. einem Winkel von 45 ° zwischen dem Ankerseil 14 und dem Kompasskurs K wird eine Winkelposition von 45° des Ankerseils 14 in dem Schwenkbereich 350 eingenommen.
Somit kann der Schwenkbereich 350 begrenzt werden, d.h. mit lediglich Einstellung der geradlinigen Ausrichtung und der Messung des Winkels zum Kompasskurs K, bei entsprechender Ansteuerung der Antriebs- und Lenkeinrichtung.
Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße System in Wasserfahrzeugen nachgerüstet werden.
Hierbei kann z. B. ein Bootsantrieb des Wasserfahrzeugs mit Motor und Getriebe sowie Propellerwelle aufgerüstet oder umgerüstet werden, indem eine elektromotorische Antriebseinrichtung, oder z. B. auch elektrisch-hydraulische Antriebseinrichtung an die durch das Getriebe ausgekuppelte Propellerwelle angeschlossen wird, z. B. über einen Riementrieb. Somit ist zunächst das Getriebe auszukuppeln, um die erfindungsgemäße Lösung zu aktivieren.
Vorteilhafterweise sind redundante Einrichtungen zur Übertragung der Signale S1, S2 sowie F1, F2, 3, vorgesehen.
Vorteilhafterweise kann durch ein Gegenfahren gegen die Zugkräfte eine Gegenwirkung ermittelt werden, d.h. um welchen Wert die Zugkraft sich verringert.
Vorteilhafterweise können Werte einer Wellenhöhe bzw. eines Wellenganges und Wellenkraft abgeglichen werden; wenn ein Wert zu hoch ist, kann eine Störung angezeigt werden und der plausiblere und/oder sicherere Wert verwendet werden.
Vorteilhafterweise kann überwacht werden, ob ein um den Befestigungspunkt anzusetzender Kreis entsprechend der relevanten Länge der Ankerkette überschritten wird, um gegebenenfalls eine Störung anzuzeigen.
Vorteilhafterweise ist eine Fernüberwachung vorgesehen, durch die überprüft werden kann, dass das Wasserfahrzeug bzw. der Betriebszustand des Systems aktiv ist, weiterhin ein Warnsignal empfangen werden kann, z. B. auch eine aktuelle Seilspannung abgerufen werden kann, oder andere der oben beschriebenen Werte und Zustände übermittelt werden.
Vorteilhafterweise ist für das System ein autarker Stromkreis vorgesehen, insbesondere auch mit Notfallversorgung
Bezugszeichenliste

1: Wasserfahrzeug
2: Bootskörper
3: Antrieb des Wasserfahrzeugs
4: Ruder
5: Elektromotor
6: Schraube
7: Antriebs- und Lenkeinrichtung, insbesondere aus Schraube 3 und Ruder 4
10: Steuereinrichtung des Steuerungssystems 12
12: Steuerungssystem
14: Ankerkette
15: Anker
16: Meeresgrund
18: Ankerwinsch
20: Bug
20a: vorderes Ende
22: Heck
24: Seilwippe
26: horizontale Drehachse
28: Drehlager
29: Gier-Achse
30: Winkelmesser
32: Steuerbord-Kraftaufnehmer
34: Backbord-Kraftaufnehmer
36: Verriegelung
40: Langloch
42: Kraftaufnehmer zur Messung einer Zugkraft F an der Ankerkette 14
101: Katamaran
112, 113: Schwimmkörper
114: Kettenglieder der Ankerkette 14
115: Festmacher, z. B. am Ufer oder Hafen vorgesehener Poller
116: Schiffskörper des Katamarans
120: Y-Verbindung
120a, 120b: Zugentlastung (120a) der Y-Verbindung 120
124: Führungsring
125: Kraftsensor am Führungsring 124
140: seitliche Rollen
160: Umlenkhebel
161: vertikal verlaufende Schwenkachse des Umlenkhebels 160
170: Bugstrahlruder
175: Heckstrahlruder
180: Führungskörper
180a: Hochachse
182: Messeinrichtung
224: Führungsplatte
224a: Randbereich der Führungsplatte
225: Messeinrichtungen an Führungsring, Führungsplatte
350: Schwenkbereich
A: Bootsachse, Längsachse des Bootes
α: Schrägstell-Winkel der Bootsachse A des Wasserfahrzeugs relativ zur Ankerkette 14
K: Kompasskurs
S1: erste Steuerungssignale
S2: zweite Steuerungssignale
S3 bis S5: Messsignale
F1, F2, F3: Messsignale
ZF: Zugkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1090130 A [0006]
DE 3810084 A1 [0006]
DE 19716684 A1 [0007]
DE 202006015829 U1 [0007]
DE 102012013294 A1 [0007, 0008]

Claims

Wasserfahrzeug (1, 101) mit selbsttätiger Steuerung, wobei das Wasserfahrzeug (1, 101) aufweist: einen Bootskörper (2), eine Antriebs- und Lenkeinrichtung (7) zum Antreiben und Lenken des Wasserfahrzeugs (1, 101), eine Steuereinrichtung (10) zur Ausgabe von Steuersignalen (S1, S2) an die Antriebs- und Lenkeinrichtung (7), einen über ein Befestigungsseil (14) aufgenommenen Befestigungspunkt (15), eine zwischen dem Bootskörper (2) und dem Befestigungspunkt (15), einschließlich des Bootskörpers (2) und Befestigungspunkt (15), vorgesehene Messeinrichtung (32, 34, 42, 142), die ausgebildet ist, eine auf den Befestigungspunkt (15) oder das Befestigungsseil (14) einwirkende Messgröße zu messen, wobei die Messeinrichtung (32, 34, 42, 142) mindestens ein Messsignal (F1, F2, F3, F4) ausgibt und die Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist, in Abhängigkeit des mindestens einen Messsignals (F1, F2, F4) durch Ansteuerung sowohl des Antriebs (5) als auch der Lenkeinrichtung (4) eine oder mehrere der folgenden Steuerungen oder Regelungen durchzuführen: - eine Einstellung eines Schrägstellwinkel (alpha) des Bootskörpers (2) relativ zu dem Befestigungsseil (14). - eine Einstellung einer Position des Wasserfahrzeugs (1, 101) relativ zu dem Befestigungspunkt (15), - eine Begrenzung der Zugkraft (ZF), - eine Einstellung einer minimalen Zugkraft (ZF) an dem Befestigungsseil (14), zur Straffung des Befestigungsseils (14) und Verhinderung eines Abtreibens des Wasserfahrzeugs (1, 101) und/oder Überfahrens des Befestigungspunkts (1, 101).
Wasserfahrzeug (1, 101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (32, 34, 42, 142) ausgebildet ist, eine oder mehrere der folgenden Messgrößen zu messen: - eine auf das Befestigungsseil (14) wirkende Zugkraft (ZF) - eine auf das Befestigungsseil (14) wirkende Seitenkraft, - eine Position des Befestigungsseils (14) relativ zu der Befestigungsseilaufnahme (18, 24).
Wasserfahrzeug (1, 101) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist, durch Ansteuerung des Antriebs (5) und/oder der Lenkeinrichtung (4) eine Gegenkraft (GF) auszubilden, die der Zugkraft (ZF) entgegengesetzt ist, wobei die Gegenkraft (GF) parallel oder schräg zu einer Bootsachse (A) ausbildbar ist.
Wasserfahrzeug (1, 101) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (32, 34, 42, 142) zumindest teilweise vorgesehen ist an einem oder mehreren der folgenden Elemente: - am Befestigungsseil (14) - am Befestigungspunkt (15), - einer Ankerwinsch (18) zur Aufnahme des als Anker ausgebildeten Befestigungspunkts (15), - einer am Bootskörper (2) vorgesehenen Befestigungsseilführung (24, 124, 224) zur Führung des Befestigungsseils (14) von der Ankerwinsch (18) zu dem Befestigungspunkt (15), - einer am Bootskörper (2) vorgesehenen Befestigungseinrichtung für das Befestigungsseil, z. B. ein Poller, Klampe, - einer Zugentlastung (120a), die zwischen dem Befestigungsseil und dem Bootskörper vorgesehen ist.
Wasserfahrzeug (1, 101) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Befestigungsseilführung (24) eine Seitenkraft-Messeinrichtung (32, 34) vorgesehen ist, die ausgebildet ist, über das Befestigungsseil (14) einwirkende Seitenkräfte, insbesondere durch einen Schrägstellwinkel (alpha) des Bootskörpers (2), insbesondere einer Bootsachse (A), relativ zu dem Befestigungsseil (14) einwirkende Seitenkräfte zu messen und ein Seitenkraft-Messsignal (F2) auszugeben, wobei die Steuereinrichtung (20) ausgebildet ist, die Antriebs- und Lenkeinrichtung (7) in Abhängigkeit des Seitenkraft-Messsignals (F2) anzusteuern.
Wasserfahrzeug (1, 101) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsseilführung (24, 124, 224) eine am Bug (20) des Wasserfahrzeugs (1) vorgesehene Seilwippe (24) aufweist, die durch das Befestigungsseil (14) verstellbar und zumindest nach vorne und/oder unten schwenkbar oder kippbar ist, wobei an der Seilwippe (24) ein Zugkraftaufnehmer (42) zur Messung einer auf das Befestigungsseil (14) wirkenden Zugkraft (ZF) und Ausgabe eines Zugkraft-Messsignals (F1) vorgesehen ist.
Wasserfahrzeug (1, 101) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsseil (14) als Ankerkette (14) ausgebildet ist und ein Kettenglied (114) der Ankerkette (14) in einer in der Seilwippe vorgesehenen Verriegelung (36) aufgenommen ist, wobei der Zugkraftaufnehmer die Zugkraft (F) an der Verriegelung (36) erfasst.
Wasserfahrzeug (1, 101) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verriegelung (36), z. B. Öse, Schlaufe oder Klemmung, zur Fixierung des Befestigungsseils (14) vorgesehen ist, wobei der Zugkraftaufnehmer die Zugkraft (F) an der Verriegelung (36) erfasst.
Wasserfahrzeug (1, 101) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilwippe (24) durch das Befestigungsseil (14) um eine horizontale Drehachse (26) nach vorne kippbar ist zur Änderung eines Führungswinkels der Ankerkette (24) in vertikaler Richtung, und ein Neigungswinkel-Messer (30) vorgesehen ist, der ausgebildet ist, einen Neigungswinkel der Seilwippe (24), und/oder ein um die Drehachse (26) wirkendes Neigungsmoment und/oder eine Neigungskraft zu messen und ein Neigungs-Messsignal an die Steuereinrichtung (10) auszugeben.
Wasserfahrzeug (1, 101) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilwippe (24) seitlich verstellbar, vorzugsweise um eine Hoch-Achse oder Gier-Achse (29) schwenkbar ist, wobei eine Seitenkraft-Messeinrichtung (32, 34) ein auf die Seilwippe (24) einwirkendes Gier-Moment oder eine auf die Seilwippe (24) einwirkende seitliche Kraft zu messen und ein Seitenkraft-Messsignal (F2) an die Steuereinrichtung (10) auszugeben.
Wasserfahrzeug (1, 101) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsseilführung (124, 224) ein horizontal verlaufendes Führungsmittel (124, 224), z. B. einen Führungsring (124) und/oder eine Führungsplatte (224) aufweist, wobei das Befestigungsseil auf dem Führungsmittel (124, 224) verstellbar aufgenommen ist und in seinen verschiedenen Positionen unterschiedliche Bereiche des Führungsmittels (124, 224) belastet, insbesondere unterschiedliche Randbereiche zur Ablenkung des Befestigungsseils (14) nach unten, wobei die Messeinrichtung (132, 133) an dem Führungsmittel (124, 224) als Messgröße misst: - eine Kraft und/oder einen Druck des Befestigungsseils (14), z. B. über Piezosensoren, - und/oder Position des Befestigungsseils (14), z. B. induktiv und/oder kapazitiv.
Wasserfahrzeug (1, 101) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist, zur Plausibilisierung der Messsignale ein oder mehrere der folgenden externen Datensignal aufzunehmen: Signale über eine Windgeschwindigkeit und/oder Windrichtung, Signale über eine Strömungsrichtung und/oder Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Wellengang, Signale über einen Tidenhub, Signale über eine Wassertiefe, Signale über eine Position und/oder eine Geschwindigkeit, z. B. in einem GPS-System.
Wasserfahrzeug (1, 101) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkeinrichtung (4) durch eines oder mehrere der folgenden Elemente ausgebildet ist: - ein am Heck (22) vorgesehenes Ruder (4), z. B. Becker-Ruder, - als unsymmetrische Ansteuerung von seitlichen Antriebseinrichtungen, - ein Querstrahlruder, insbesondere Bugstrahlruder und/oder Heckstrahlruder, das oder die in Querrichtung durch das Schiff verläuft oder verlaufen, - einen um eine Hochachse drehbaren Antrieb, z. B. Gondelantrieb oder Wasserstrahlantrieb.
Wasserfahrzeug (1, 101) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (5) mindestens einen Elektromotor (5) umfasst, der von der Steuereinrichtung (10) ansteuerbar ist: - in Vorwärtsrichtung mit unterschiedlichen Drehzahlen, sowie - in Rückwärtsrichtung, vorzugsweise mit unterschiedlichen Drehzahlen, insbesondere zur Erhöhung der Seilspannung und/oder bei Detektion einer zu dem Anker (5) führenden Kraft.
Wasserfahrzeug (1, 101) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsseil (14) eine Y-Verbindung (120) mit zwei Zugentlastungen (120a, 120b) aufweist, die seitlich beabstandet an dem Schiffskörper (116) angebunden sind, z. B. über jeweils eine Befestigungsseilführung (24), wobei an beiden Zugentlastungen (120a, 120b) jeweils ein Zugkraftaufnehmer (42) vorgesehen ist und die Mess-Signale (S1, S2, S3) der Zugkraftaufnehmer (42) an die Steuereinrichtung (10) ausgegeben werden.
Wasserfahrzeug (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Katamaran (101) ausgebildet ist, der zwei seitliche, beabstandete Schwimmkörper (112, 113) und einen die Schwimmkörper (112, 113) verbindenden Schiffskörper (116) aufweist.
Wasserfahrzeug (1, 101) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bootsantrieb des Wasserfahrzeugs (1, 101) einen Motor, ein Getriebe und eine Propellerwelle aufweist, wobei die Antriebseinrichtung der Antriebs- und Lenkeinrichtung elektrisch oder elektromotorisch ausgebildet ist und die durch das Getriebe ausgekuppelte Propellerwelle antreibt..
Wasserfahrzeug (1, 101) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, einen Kompasskurs des Wasserfahrzeugs (1, 101) zu ermitteln und die Antriebs- und Lenkeinrichtung derartig anzusteuern, dass ein Winkelbereich um den Kompasskurs eingehalten wird, vorzugsweise unter Berücksichtigung der auf den Bootskörper (2) einwirkenden Kräfte, insbesondere Wind und Wellen, insbesondere unter Einstellung einer minimalen Zugkraft und einer Begrenzung der Zugkraft.
Wasserfahrzeug (1, 101) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, einen Kompasskurs des Wasserfahrzeugs (1, 101) zu ermitteln und die Antriebs- und Lenkeinrichtung derartig anzusteuern, dass der Schrägstellwinkel (alpha) fest ist, vorzugsweise als geradlinige Ausrichtung des Wasserfahrzeugs zum Befestigungsseil, und den Winkelbereich der Bootachse um den Kompasskurs zu begrenzen, wodurch ein Winkelbereich des Befestigungsseils von dem Befestigungspunkt aus gesehen begrenzt wird.
Wasserfahrzeug (1, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Befestigungspunkt (15), insbesondere an einem Ankerstiel eines als Anker ausgeführten Befestigungspunktes (15), ein elektronischer Kompass angeordnet ist, der ausgebildet ist, ein Signal auszugeben, zum Vergleichen einer Ausrichtung des Befestigungspunktes (15), insbesondere des Ankerstiels, mit der Ausrichtung des Wasserfahrzeuges (1, 101), die beispielsweise mittels eines am Wasserfahrzeug (1, 101) angeordneten elektronischen Kompass ermittelt werden kann.
Verfahren zur Steuerung eines geankerten Wasserfahrzeugs (1, 101), bei dem ein Befestigungsseil (14) über eine am Bug (20) des Wasserfahrzeugs (1, 101) vorgesehene Befestigungsseilführung (24) nach vorne geführt und in einem Befestigungspunkt (14) aufgenommen ist, über das Befestigungsseil (14) eine auf die Befestigungsseilführung (24) einwirkende Zugkraft (ZF) und/oder Seitenkraft gemessen wird, und in Abhängigkeit der Zugkraft (ZF) und/oder Seitenkraft Antriebs- und Lenkeinrichtung des Wasserfahrzeugs (1, 101) derartig angesteuert wird, dass die Zugkraft (ZF) und/oder Seitenkraft begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Zugkraft (ZF) und/oder Seitenkraft ein oder mehrere der folgenden Werte oder Signale gemessen und zur Ansteuerung der Antriebs- und Lenkeinrichtung herangezogen werden: - eine durch das Befestigungsseil (14) an einer verstellbaren Befestigung (24) eingestellte Neigung nach vorne und/oder unten, - seitlich über das Befestigungsseil (14) an einer verstellbaren Befestigungsseilführung (24) einwirkende Gier-Momente oder Seitenkräfte, - Messsignale und/oder externe Datensignale über einen oder mehrere der folgenden Werte: eine Windgeschwindigkeit, eine Windrichtung, eine Strömungsrichtung, eine Strömungsgeschwindigkeit, ein Tidenhub, eine Wassertiefe, ein Wellenhöhe, Wellenprofil, eine Position, z. B. in einem GPS-System.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22 dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Position des geankerten Wasserfahrzeugs (1, 101) der Antrieb (3), z. B. eine Schraube (3), und die Lenkeinrichtung (4), z. B. ein Ruder oder eine unsymmetrische Ansteuerung von seitlichen Antriebseinrichtungen, derartig angesteuert werden, dass - bei Ermitteln einer steigenden Zugkraft (ZF) die Antriebsleistung erhöht wird, - bei Ermitteln eines sich vergrößernden Schrägstellwinkels (alpha) des Bootskörpers (2) gegenüber dem Befestigungsseil (14) oder der Befestigungsseilführung eine Ansteuerung der Lenkeinrichtung (4) zur Ausübung eines entgegen gesetzten Giermomentes auf den Bootskörper (2) erfolgt.