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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der Priorität der vorläufigen
US-Patentanmeldung Nr. 63/244,381 , die am 15. September 2021 eingereicht wurde, sowie der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr.
63/182,016 , die am 30. April 2021 eingereicht wurde, wobei die Offenbarung jeder dieser Anmeldungen durch Bezugnahme hierin in ihrer jeweiligen Gesamtheit enthalten ist.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Wasserfahrzeuge und insbesondere auf ein Manövrier-Strahlrudersystem und ein Verfahren für Wasserfahrzeuge mit geringem Tiefgang.
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HINTERGRUND
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Bei der seitlichen Bootssteuerung von V-Rümpfen mit geringer oder ohne Geschwindigkeit wird häufig ein Bug- und/oder Heckstrahlruder verwendet. Ein Strahlruder ist ein kleiner, in einem Kanal angeordneter und von einem Elektromotor angetriebener Propeller. Strahlruder sind fest im Bug des Bootes in der Nähe des Kiels (unter Wasser) montiert. Mit Hilfe von Strahlrudern kann der Bediener die Position des Wasserfahrzeugs steuern, indem er den Bug nach links und rechts schwenkt, während es im Hafen liegt oder in jeder anderen Situation, die eine Manövrierfähigkeit bei niedriger Geschwindigkeit erfordert. Diese Bewegung erfolgt senkrecht zur Bewegungsachse, die durch die Antriebseinheiten geboten ist, da Strahlruder nicht für den Vorwärtsantrieb verwendet werden.
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Derzeit werden Strahlruder hergestellt, die jedoch aufgrund der geringen Verdrängung der Rümpfe nicht in Booten mit geringem Tiefgang (z. B. Ponton, Lastkahn, Luftkissenboot usw.) verwendet werden können. So kann der Bug eines V-Rumpfes etwa 12 Zoll unter Wasser liegen, während der Bug eines Pontonbootes nur 2 Zoll unter Wasser liegen kann. Die Montage eines normalen Strahlruders auf einem Pontonboot würde den Kanalpropeller in der Luft platzieren und ihn somit unbrauchbar machen.
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Die Manövrierfähigkeit von Pontonbooten in der Nähe von Docks kann durch die Verwendung einer Konstruktion erreicht werden, die zwei Elektromotoren mit Propellern erfordert. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um elektrische Schleppmotoren mit verkürzten Wellen und Antriebssteuerung. Einer befindet sich am Heck und einer am Bug. Während der Fahrt werden die Motoren unter dem Deck des Bootes aus dem Wasser geklappt. Wenn sie im Hafen liegen, werden sie ins Wasser gelassen und mit einem Joystick am Steuerstand gesteuert. Dies ermöglicht dem Bootsführer eine bessere Steuerung über das Boot im Dock.
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Die elektrischen Schleppmotoren leiden unter verschiedenen Unzulänglichkeiten. Erstens sind solche Motoren anfällig, da die dünnen Motorwellen leicht beschädigt werden können, wenn sie von Gegenständen getroffen werden. Die Motoren sind komplex, da zum Ausfahren und zur Steuerung des Geräts Aktoren erforderlich sind. Die Motoren sind unansehnlich, da sie sehr klobig sind. Schließlich sind die Motoren einfach aufgeschraubt, was keine saubere, ästhetisch ansprechende Lösung ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfasst ein Strahlrudersystem für ein Wasserfahrzeug einen Elektromotor mit einer Abtriebswelle. Das Strahlrudersystem umfasst auch ein Gehäuse mit einer ersten Gehäuseöffnung und einer zweiten Gehäuseöffnung, wobei die erste Gehäuseöffnung einen Wassereinlass definiert und die zweite Gehäuseöffnung einen Wasserauslass definiert. Das Strahlrudersystem umfasst ferner ein drehbares Element, das funktional mit der Abtriebswelle des Elektromotors gekoppelt ist und von dieser angetrieben wird, wobei die Drehung des drehbaren Elements dazu führt, dass Wasser durch die erste Gehäuseöffnung in das Gehäuse eingebracht und durch die zweite Gehäuseöffnung ausgestoßen wird, um eine Schubkraft in einer Richtung zu erzeugen, die größer als 45 Grad relativ zu einer Propellerrichtung des Wasserfahrzeugs ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung umfasst ein Pontonboot einen ersten Ponton. Zu dem Pontonboot gehört auch ein zweiter Ponton. Das Pontonboot umfasst ferner ein erstes Strahlrudersystem, das an dem ersten Ponton angebracht ist, wobei das erste Strahlrudersystem eine erste elektrisch angetriebene Pumpe umfasst, die einen Einlass an einem unteren Abschnitt davon und eine Auslassöffnung an einer Seite des Pumpengehäuses aufweist, wobei der Betrieb der elektrisch angetriebenen Pumpe dazu führt, dass Wasser durch den Einlass in das Pumpengehäuse gebracht und durch die Auslassöffnung ausgestoßen wird, um eine Schubkraft in einer ersten Schubrichtung zu verursachen. Das Pontonboot umfasst ferner ein zweites Strahlrudersystem, das an dem zweiten Ponton angebracht ist, wobei das zweite Strahlruder eine zweite elektrisch angetriebene Pumpe umfasst, die einen Einlass an einem unteren Abschnitt davon und eine Auslassöffnung an einer Seite des Pumpengehäuses aufweist, wobei der Betrieb der elektrisch angetriebenen Pumpe dazu führt, dass Wasser durch den Einlass in das Pumpengehäuse gebracht und durch die Auslassöffnung ausgestoßen wird, um eine Schubkraft in einer zweiten Schubrichtung zu erzeugen, die der ersten Schubrichtung entgegengesetzt ist, wobei die erste Schubrichtung und die zweite Schubrichtung jeweils senkrecht zu einer Propellerrichtung des Pontonboots sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung umfasst ein Strahlrudersystem für ein Wasserfahrzeug einen Elektromotor in der Nähe eines Pontons und mit einer Abtriebswelle mit einer Riemenscheibe, wobei die Abtriebswelle so konfiguriert ist, dass sie sich zumindest im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn dreht. Das Strahlrudersystem umfasst auch einen Riemen, der entlang eines Außenumfangs des Pontons angeordnet und mit der Riemenscheibe gekoppelt ist, wobei der Riemen so konfiguriert ist, dass er sich zumindest im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt, wenn sich die Abtriebswelle zumindest im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Das Strahlrudersystem umfasst ferner eine Vielzahl von Paddeln bzw. Schaufeln, die mit dem Riemen gekoppelt sind, wobei sich die Vielzahl von Schaufeln im Allgemeinen von der äußeren Peripherie des Pontons nach außen erstreckt und wobei die Vielzahl von Schaufeln so konfiguriert ist, dass sie aktiv mit dem Wasser in Kontakt kommt, wenn sich der Riemen zumindest im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt.
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Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung genommen mit den Zeichnungen deutlicher.
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Figurenliste
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Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, wird in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders herausgestellt und im Einzelnen beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen deutlich werden, in denen:
- 1A eine schematische Frontansicht eines Strahlrudersystems für ein Wasserfahrzeug ist;
- 1 B eine schematische Darstellung des Strahlrudersystems in Seitendraufsicht ist;
- 2 eine schematische Darstellung eines Zweipontonbootes mit vier Strahlrudersystemen ist und die Schubrichtung jedes Strahlrudersystems zeigt;
- 3A ein Schaubild ist, das einen ersten Betriebszustand der vier Strahlrudersysteme zeigt;
- 3B e in Schaubild ist, das einen zweiten Betriebszustand der vier Strahlrudersysteme zeigt;
- 3C ein Schaubild ist, das einen dritten Betriebszustand der vier Strahlrudersysteme zeigt;
- 3D ein Schaubild ist, das einen vierten Betriebszustand der vier Strahlrudersysteme zeigt;
- 4 eine schematische Darstellung eines Dreipontonbootes ist, die die Schubrichtungen mehrerer Strahlrudersysteme zeigt;
- 5A eine perspektivische Ansicht des Strahlrudersystems gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist;
- 5B eine Draufsicht auf das Strahlrudersystem von 5A mit dem Umriss eines Pontonrohrs ist;
- 6A eine perspektivische Ansicht des Strahlrudersystems gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung ist;
- 6B eine Draufsicht auf das Strahlrudersystem von 6A mit dem Umriss eines Pontonrohrs ist;
- 7 eine Querschnittsansicht des Strahlrudersystems ist;
- 8 eine perspektivische Ansicht eines Flansches des Strahlrudersystems ist;
- 9A eine perspektivische Ansicht des Strahlrudersystems gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung ist;
- 9B eine Draufsicht auf das Strahlrudersystem von 9A mit dem Umriss eines Pontonrohrs ist;
- 10A ein Schaubild eines Teils eines bidirektionalen Strahlrudersystems ist, das in einem ersten Rotationszustand arbeitet;
- 10B ein Schaubild des Teils des bidirektionalen Strahlrudersystems ist, der in einem zweiten Rotationszustand arbeitet;
- 11 eine perspektivische Ansicht des Strahlrudersystems mit einer Stufentasche an einem äußeren Abschnitt eines Pontons ist;
- 12 eine schematische Darstellung eines bidirektionalen Strahlrudersystems gemäß einem Beispiel ist; und
- 13 eine schematische Darstellung eines Strahlrudersystems mit einem Riemen mit einer Vielzahl von Schaufeln entlang des Umfangs eines Pontons gemäß einem Beispiel ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben ist, ohne diese einzuschränken, sind beispielhafte Ausführungsformen eines Manövrierstrahlrudersystems und - verfahrens für Wasserfahrzeuge mit geringem Tiefgang dargestellt.
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Unter Bezugnahme auf 1A und 1B ist schematisch ein Strahlrudersystem für ein Wasserfahrzeug dargestellt. Das Strahlrudersystem ist allgemein mit Bezugszeichen 10 bezeichnet. Bei dem Wasserfahrzeug kann es sich um jede Art von Wasserfahrzeug mit geringem Tiefgang handeln, z. B. um ein Pontonboot. Ein Teil eines Pontons 12 ist in 1A und 1B dargestellt. Insbesondere wird die allgemeine Lage und Ausrichtung des Strahlrudersystems 10 in Bezug auf den Ponton 12 gezeigt. In 1A erfolgt die Ansicht von einem Ende des Pontons 12 aus, so dass der Blick auf die Seite im Wesentlichen mit einer Längsbewegungsrichtung übereinstimmt, die von einem Hauptpropeller des Wasserfahrzeugs vorgegeben wird (d. h. in Längsrichtung von vorne nach hinten). In 1B ist die Ansicht von einer Seite des Pontons 12. Wie gezeigt, dringt der Ponton 12 nicht sehr tief in die Wasseroberfläche ein. Die hier beschriebenen Ausführungsformen des Strahlrudersystems 10 bieten dem Bediener die Steuerung über Manöver, die an oder in der Nähe eines Docks oder in anderen Situationen mit niedriger Geschwindigkeit erwünscht sind. Solche Manöver können eine Bewegung von Seite zu Seite beinhalten, die im Wesentlichen senkrecht zur Propellerrichtung des Wasserfahrzeuges verläuft. Darüber hinaus lässt sich mit dem Strahlrudersystem 10 auch die Drehung des Wasserfahrzeuges mit kleinem Radius steuern. Diese Vorteile werden geboten, während gleichzeitig die Herausforderungen bewältigt werden, die sich aus der oben erwähnten geringen Tiefe ergeben, die verfügbar ist.
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Das Strahlrudersystem 10 umfasst einen Motor, der ein Elektromotor 14 ist, eine Antriebswelle 16, die von dem Elektromotor 14 angetrieben wird, und ein drehbares Element 18, das von der Antriebswelle 16 angetrieben wird. In einigen Ausführungsformen kann der Motor 14 ein hydraulischer, ein pneumatischer oder ein anderer Motortyp sein, solange der Motor 14 die Antriebswelle 16 antreiben kann. Das drehbare Element 18 befindet sich in einem Pumpengehäuse 20. Das Pumpengehäuse 20 umfasst eine Ansaugöffnung 22, die sich in einem unteren Teil des Pumpengehäuses 20 befindet. Durch die Anordnung der Ansaugöffnung 22 am unteren Teil des Pumpengehäuses 20 wird das Eindringen von Wasser aus geringer Tiefe verhindert, da das Wasser während der Drehung des drehbaren Elements 18 vertikal nach oben in das Pumpengehäuse 20 geleitet wird. Das Pumpengehäuse 20 umfasst auch eine Auslassöffnung 24, die sich an einem Seitenabschnitt des Pumpengehäuses 20 befindet. Das Ausstoßen von Wasser durch die Auslassöffnung 24 während des Betriebs des drehbaren Elements 18 erzeugt eine Schubkraft, die im Wesentlichen in einer seitlichen Richtung relativ zur Propellerrichtung des Wasserfahrzeugs verläuft. In einigen Ausführungsformen ist der Winkel der Schubrichtung größer als 45 Grad relativ zur Propellerrichtung, während in anderen Ausführungsformen die Schubrichtung größer als 80 Grad relativ zur Propellerrichtung ist und in anderen Ausführungsformen die Schubrichtung im Wesentlichen rechtwinklig zur Propellerrichtung verläuft.
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Das gesamte Strahlrudersystem 10 kann an jedem geeigneten Abschnitt des Wasserfahrzeugrumpfes, wie z. B. dem Ponton 12 in den dargestellten Ausführungsformen, befestigt werden. Wie in den Figuren dargestellt, kann das Strahlrudersystem 10 in einer Strahlruderkammer des Pontons 12 untergebracht sein. Alternativ kann das Strahlrudersystem 10 auch an einer Seite des Pontons 12 angebracht sein. Unabhängig von der genauen Position des Strahlrudersystems 10 ist es fest montiert und erfordert keine wiederholte Manipulation, um es für den Betrieb in Position zu bringen. Daher schwenkt oder verschiebt sich das Strahlrudersystem 10 nicht im und aus dem Wasser, um die hier offenbarten Manöver durchzuführen.
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In 2 ist eine Wasserfahrzeugkonfiguration mit zwei Pontons dargestellt. Im Einzelnen sind ein erster Ponton 30 und ein zweiter Ponton 32 vorgesehen. In der dargestellten Ausführungsform umfasst jeder Ponton 30, 32 ein Paar von Strahlrudersystemen, wobei das Paar, das dem ersten Strahlruder 30 zugeordnet ist, mit 10A und das Paar, das dem zweiten Strahlruder zugeordnet ist, mit 10B bezeichnet wird. Jedes Paar 10A, 10B ist in Längsrichtung entlang des Pontons 30, 32 voneinander beabstandet, aber die Auslassöffnungen 24 jedes Paares sind im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet, so dass jedes Strahlrudersystem 10 in der Lage ist, einen seitwärts gerichteten Schub zu erzeugen, d. h., im Wesentlichen rechtwinklig zur Schubrichtung des Hauptpropellers. Es versteht sich von selbst, dass auch Ausführungsformen mit nicht rechtwinklig gerichteter Schubkraft in Betracht kommen.
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Die 3A-3D zeigen vier verschiedene Betriebszustände in Verbindung mit der Konfiguration aus zwei Pontons und vier Strahlrudersystemen von 2. Insbesondere sind in 3A beide Strahlruder 10A auf dem ersten Ponton 30 eingeschaltet und beide Strahlruder 10B auf dem zweiten Ponton 32 ausgeschaltet. Dieser Betriebszustand führt zu einer erheblichen Translationsbewegung des Wasserfahrzeugs zu einer Seite (in der Orientierung der Figuren nach rechts). 3B zeigt, dass beide Strahlruder 10B auf dem zweiten Ponton 32 eingeschaltet sind und beide Strahlruder 10A auf dem ersten Ponton 30 ausgeschaltet sind. Dieser Betriebszustand führt zu einer erheblichen Translationsbewegung des Wasserfahrzeugs auf die andere Seite (in der Orientierung der Figuren links). 3C zeigt, dass das vordere Strahlruder am ersten Ponton 30 und das hintere Strahlruder am zweiten Ponton 32 eingeschaltet sind, während das hintere Strahlruder am ersten Ponton 30 und das vordere Strahlruder am zweiten Ponton 32 ausgeschaltet sind. Dieser Betriebszustand führt zu einer Rotationsbewegung des Wasserfahrzeuges im Uhrzeigersinn, wie in den Figuren dargestellt. 3D zeigt, dass das vordere Strahlruder auf dem ersten Ponton 30 und das hintere Strahlruder auf dem zweiten Ponton 32 ausgeschaltet sind, während das hintere Strahlruder auf dem ersten Ponton 30 und das vordere Strahlruder auf dem zweiten Ponton 32 eingeschaltet sind. Dieser Betriebszustand führt zu einer Rotationsbewegung des Wasserfahrzeuges gegen den Uhrzeigersinn, wie in den Figuren dargestellt.
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Während die oben beschriebenen Betriebssituationen spezifisch für eine Ausführungsform mit vier Strahlrudern sind, können in anderen Ausführungsformen auch mehr oder weniger Strahlruder 10 eingesetzt werden. Ebenso sind die hier beschriebenen Strahlrudersysteme 10 nicht auf die Verwendung mit einem Zweipontonboot oder gar einem Pontonboot beschränkt. In 4 ist zum Beispiel eine Konfiguration mit drei Pontons dargestellt. In der Drei-Ponton-Konfiguration enthalten die äußeren Pontons, die als erster Ponton 40 und zweiter Ponton 42 bezeichnet werden, jeweils mindestens ein Strahlrudersystem 10 mit jeweiligen Ausstoßrichtungen, die einander entgegengesetzt sind (d. h. vom Wasserfahrzeug nach außen). Der mittlere Ponton 44, der hier als dritter Ponton bezeichnet wird, enthält ein bidirektionales (d. h. umkehrbares) elektrisch angetriebenes Strahlruder 46. In einer anderen Ausführungsform kann der dritte Ponton 44 zwei unidirektionale Strahlruder 10 auf gegenüberliegenden Seiten des dritten Pontons 44 umfassen. Die anderen Strahlruder 10 sind unidirektional, um die Komplexität der Motoren und Komponenten zu vermeiden.
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Die 5A-8 zeigen das Strahlrudersystem 10 im Detail. Das Strahlrudersystem umfasst die Antriebswelle 16, die den Elektromotor 14 funktional mit dem drehbaren Element 18 innerhalb des Pumpengehäuses 20 verbindet, eine Ansaugöffnung 22 am unteren Teil des Gehäuses 20 und eine Auslassöffnung 24 an einer Unterseite des Pumpengehäuses 20. Die Ausführungsformen der 5-8 verwenden ein drehbares Element, das ein Flügelrad 118 umfasst. Wie in den 5-8 gezeigt, umfasst das Strahlrudersystem das Flügelrad 118, das von der Antriebswelle 16 innerhalb des Gehäuses 20 angetrieben wird. Das Gehäuse 20 definiert einen Wasserdurchflussweg 120, der sich von der Einlassöffnung 22 bis zur Auslassöffnung 24 erstreckt. Die Auslassöffnung 24 ist Teil eines Düsenabschnitts 122, der mit dem Gehäuse 20 gekoppelt ist. Der Düsenabschnitt 122 ist mit Befestigungselementen, wie Schrauben oder ähnlichem, mechanisch am Gehäuse 20 befestigt. Alternativ kann der Düsenabschnitt 122 auch einstückig mit dem Gehäuse 20 ausgebildet sein. In einigen Ausführungsformen verringert der Düsenabschnitt 122 die Querschnittsfläche des Wasserströmungswegs 120, um die bereitgestellte Schubkraft zu erhöhen. Der Düsenabschnitt 122 ist außerdem funktional mit einem Flansch 124 verbunden. Der Flansch 124 ist ein im Wesentlichen rechteckiges Bauteil, das in einigen Ausführungsformen gekrümmt ist, wie in 8 dargestellt. Der Flansch 124 ist mechanisch am Gehäuse 20 und am Düsenabschnitt 122 befestigt, aber es ist zu verstehen, dass einige oder alle dieser Komponenten in einigen Ausführungsformen einstückig miteinander ausgebildet sein können.
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9 zeigt eine weitere Ausführungsform des Strahlrudersystems 10. In der dargestellten Ausführungsform ist das drehbare Element ein Turbinenrad 218, das die Wasseraufnahme und den Schub erleichtert. Der Ponton 12 verfügt insbesondere über eine Ansaugöffnung 22, durch die Wasser angesaugt und zur Erzeugung der Schubkraft während der Drehung des vom Motor 14 angetriebenen Turbinenrads 218 verwendet werden kann. Das Turbinenrad 218 stößt das Wasser durch die Auslassöffnung 24 aus.
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10A und 10B zeigen einen Teil des Strahlrudersystems, um die bidirektionale Betriebsfähigkeit zu verdeutlichen, die in einigen Ausführungsformen genutzt werden kann, wie z.B. das in 4 gezeigte bidirektionale Strahlruder 46. Die bidirektionale Fähigkeit kann bei einigen Rumpfkonfigurationen wirksam sein. In solchen Ausführungsformen sind die Öffnungen (z. B. Düsen), die in 10A und 10B als erste Öffnung 48 und zweite Öffnung 49 dargestellt sind, in einem nach unten gerichteten Winkel relativ zur Horizontalen ausgerichtet. Zum Beispiel können die Öffnungen 48, 49 in einigen Ausführungsformen zwischen 5-10 Grad, in einigen Ausführungsformen etwa 7 Grad nach unten geneigt sein. Auf diese Weise konnte die durch den Coanda-Effekt bedingte Verringerung der Schubkraft vermieden werden.
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11 veranschaulicht eine gestufte Rumpftasche 50, die eine saubere Wasserströmung über die Ansaugöffnung 22 bei laufenden Geschwindigkeiten ermöglicht. Durch diese Montagekonfiguration wird sichergestellt, dass der Motor 14 und die elektrischen Komponenten auch bei einem Leck im Gehäuse 20 aus dem Wasser gehalten werden.
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Einige der hier offenbarten Ausführungsformen beruhen auf einer Ausrichtung der Ansaugung von unten und des Ausstoßes zur Seite über die Ausstoßöffnung 24. Das Wasser wird durch die Ansaugöffnung 22 des Bootskörpers (z. B. Ponton 12) vertikal - oder im Wesentlichen - durch den Boden in das Gehäuse 20 hochgezogen und dann wieder nach unten geleitet und im Wesentlichen senkrecht zur Seite des Bootskörpers aus dem Gehäuse 20 abgeleitet. Dieser Wasserstrahl veranlasst das Wasserfahrzeug, sich in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen. Die Auslassöffnung 24 ist tief im Rumpf (z. B. Ponton 12) angebracht und in einigen Ausführungsformen „fächer“-förmig, um einen Unterwasserbetrieb zu gewährleisten. Die Querschnittsfläche der Fächerdüse kann gleich der Querschnittsfläche des drehbaren Elements 18 sein, um die Strömungsbegrenzung zu verringern, oder sie kann auf ein Maß verengt werden, das den Schub durch den Venturi-Effekt maximiert.
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12 zeigt eine Ausführungsform des Strahlrudersystems 10, bei der der Einlass und der Auslass unterhalb der Wasserlinie liegen. In dieser Ausführungsform kann das Strahlrudersystem 10 ein rohrförmiges Gehäuse, das mit dem Ponton 12 verbunden ist, und mindestens ein drehbares Element 19 umfassen, das innerhalb des rohrförmigen Gehäuses angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen ist das drehbare Element 19 mindestens ein bidirektionales Flügelrad, das in einer Drehrichtung als Flügelrad und in der entgegengesetzten Drehrichtung als Propeller funktioniert. Wie in 12 dargestellt, kann das rohrförmige Gehäuse eine sich nach oben erstreckende Ausnehmung 310 definieren. Die Ausnehmung 310 hat eine Höhe, die in einigen Ausführungsformen größer ist als die Querschnittsbreite des drehbaren Elements 19. Die Ausnehmung 310 kann an verschiedenen Stellen definiert werden, solange sie sich zwischen einer ersten Gehäuseöffnung 48 und einer zweiten Gehäuseöffnung 49 befindet. Beispielsweise kann sich die Ausnehmung 310 in einer allgemein mittleren Position unterhalb des Elektromotors 14 und zwischen der ersten Gehäuseöffnung 48 und der zweiten Gehäuseöffnung 49 befinden, wie in 12 dargestellt. Die Ausnehmung 310 ist so gestaltet, dass sie das mindestens eine drehbare Element 310 aufnimmt. In der Praxis ist die Ausnehmung 310 so gestaltet, dass Luft über die erste Gehäuseöffnung 48 und/oder die zweite Gehäuseöffnung 49 aus dem röhrenförmigen Gehäuse entweichen kann und das Wasser ein Volumen innerhalb des röhrenförmigen Gehäuses und der Ausnehmung 310 füllen kann, so dass das drehbare Element 19 ständig in das Wasser eingetaucht ist. Wie gezeigt ist, kann ein Getriebe 312 den Motorausgang mit dem/den drehbaren Element(en) 19 funktionsfähig verbinden.
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In Bezug auf 13 kann das rohrförmige Gehäuse eine erste Gehäuseöffnung, die sich in der Nähe eines ersten Pontonrands befindet, und eine zweite Gehäuseöffnung aufweisen, die sich in der Nähe eines zweiten Pontonrands befindet. Die Länge des rohrförmigen Gehäuses wird von der ersten Gehäuseöffnung bis zur zweiten Gehäuseöffnung gemessen, wobei die Länge im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsrichtung des Pontons verläuft. In einigen Ausführungsformen können die erste Gehäuseöffnung und die zweite Gehäuseöffnung mindestens eine Düse sein, die in einem nach unten gerichteten Winkel zum Wasserfahrzeug ausgerichtet ist. Beispielsweise können die Öffnungen in einigen Ausführungsformen in einem Winkel von etwa 5-10 Grad und in anderen Ausführungsformen in einem Winkel von etwa 7 Grad angeordnet sein, so dass die durch den Coanda-Effekt bedingte Verringerung der Schubkraft vermieden werden kann. In der Praxis können die erste Gehäuseöffnung und die zweite Gehäuseöffnung je nach Drehung des bidirektionalen Flügelrads als Einlass und/oder Auslass dienen. Es ist generell denkbar, dass das rohrförmige Gehäuse zusätzliche Gehäuseöffnungen, wie eine dritte Gehäuseöffnung und eine vierte Gehäuseöffnung, oder weitere Öffnungen aufweisen kann, solange die Gehäuseöffnungen als Einlass und/oder Auslass dienen können. Durch die Festlegung eines niedrigen Ein- und Auslasses in Verbindung mit dem ständig untergetauchten drehbaren Element kann das Strahlrudersystem Wasser unterhalb der Wasserlinie ein- und auslassen, ohne dass das Wasser wesentlich nach oben zum drehbaren Element gezogen werden muss.
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Wiederum Bezug nehmend auf 12 kann das Strahlrudersystem einen linearen Aktor umfassen. Der lineare Aktor kann mit der Antriebswelle des Motors und mit dem rohrförmigen Gehäuse gekoppelt werden. Im Betrieb kann der lineare Aktor dem rohrförmigen Gehäuse und dem drehbaren Element, das mit der Antriebswelle gekoppelt ist, ermöglichen, aktiv eine Position zu ändern, so dass das drehbare Element kontinuierlich in Wasser eingetaucht ist.
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13 veranschaulicht eine Ausführungsform des Strahlrudersystems, das ein Schaufelrad 410 umfasst, das entlang eines Außenumfangs des Pontons definiert ist und zumindest teilweise in betriebsfähigem Kontakt mit dem Wasser steht. In einigen Ausführungsformen umfasst das Schaufelrad 410 einen Motor 14 mit einer Abtriebswelle 412 und einem Riemen 414. Der Riemen 414 ist in einigen Ausführungsformen entlang des Außenumfangs des Pontons 12 angeordnet, wobei der Riemen 414 durch den Motor 14 über eine Kupplung mit dem Riemen 414 angetrieben wird und eine Vielzahl von Schaufeln 416 mit einem äußeren Abschnitt des Riemens 414 gekoppelt ist. In dieser Ausführungsform befindet sich ein Abschnitt des Schaufelrads 410 zumindest teilweise unter dem Wasserspiegel, so dass der Gurt 414 und zumindest ein Teil der Schaufeln 416 ständig mit dem Wasser in Kontakt sind, wenn das Boot im Wasser eingesetzt wird. In anderen Konfigurationen kann das Schaufelrad 410 an eine innere Welle gekoppelt sein, die in einem im Ponton definierten Hohlraum angeordnet ist und konzentrisch zum Ponton verläuft. In dieser Konfiguration kann der Riemen 414 mit einem Außenumfang der Innenwelle verbunden sein, die mehreren Schaufeln 416 können mit dem Riemen 414 verbunden sein und sich vom Außenumfang der Innenwelle nach außen und in Richtung einer Innenfläche des Pontons erstrecken, und der Motor 14 kann in dem Hohlraum angeordnet sein. In noch anderen Konfigurationen kann das Schaufelrad 410 in einem Schlitz um die Mittelachse des Pontons montiert werden, wobei der Schlitz eine Tiefe hat, die im Allgemeinen der Höhe mindestens einer Schaufel 416 entspricht. Im Allgemeinen ist vorgesehen, dass eine Vielzahl von Schaufelrädern 410 im gesamten Boot angeordnet werden kann. Zum Beispiel kann ein Schaufelrad an einem vorderen und/oder hinteren Teil eines ersten Pontons und/oder eines zweiten Pontons angeordnet sein.
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In Bezug auf 13 ist das Schaufelrad 410 so konfiguriert, dass es sich in zwei Richtungen bewegt, so dass sich das Schaufelrad 410 im oder gegen den Uhrzeigersinn bewegen kann. Insbesondere ist die Abtriebswelle des Motors 14 so konfiguriert, dass sie sich in zwei Richtungen drehen kann (z. B. im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn), was es wiederum ermöglicht, dass sich der Riemen und die mehreren Schaufeln entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn um den Außenumfang des Pontons bewegen. Diese Bewegung des Schaufelrads 410 bewirkt, dass die Mehrzahl von Schaufeln 416 mit dem Wasser in Berührung kommen und eine Kraft erzeugen, wobei die Kraft das Boot in eine entgegengesetzte Richtung bewegt. Beispielsweise kann das Boot ein erstes Schaufelrad, das am vorderen Teil eines ersten Pontons angeordnet ist, und ein zweites Schaufelrad aufweisen, das am hinteren Teil eines zweiten Pontons angeordnet ist, wobei sich das erste Schaufelrad im Uhrzeigersinn und das zweite Schaufelrad gegen den Uhrzeigersinn dreht, wodurch sich das Boot anschließend dreht, wie in 3C dargestellt.
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Obgleich die Erfindung ausführlich mit nur einer begrenzten Zahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist leicht zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf solche offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist. Vielmehr kann die Erfindung abgewandelt werden, um jede Zahl von Veränderungen, Abänderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen, die bislang nicht beschrieben wurden, die aber in den Schutzumfang der Erfindung fallen, einzuarbeiten. Obgleich zusätzlich verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist es zu verstehen, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 63244381 [0001]
- US 63/182016 [0001]
