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Verfahren zur Herabsetzung des Reibungswiderstandes bei Nasserfahrzeugen
Die Zirfindurg betrifft ein Verfahren zur Herabsetzun""l des ,leibtinr#-swiderstan(les
bei Nasserfahrzeugen, bei dem durch IZ) Öffnungen in der Aussenwan:dung des Fahrzeugs
ein den Widerstand herabsetzendes und sich im Wasser entlang der Wandung ausbreitendes
Additiv ausgestoßen wird.
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Für die Überwindung des Reibungsw1derstandes eines Wasserzeuges wird
eine relativ große Energie benötigt. Es i 'ahrz ..
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.gind Jaher Versuche angestellt worden, diesen Relbungs-,4i(le--(#stan(1
zu vermindern, um mit weniger leistungsstarken Antriebßaggregaten auszukommen bzw.
um höhere Geschwindig-C> keiten zu erreichen. So hat man den unterhalb der Wasserlinie
befindlichen Teil eines Schiffsrumpfes mit schuppenarti!', Ube2eInandergreifenden
Platten vgrkleidet und von i("r InnenseIte dieser Schuppenwand ein Schmiermittel
durch (1,le ftberl,---inpungsfugen der einzelnen ?latten austreten um
die Schuppenwand mit einer Gleitschicht zu überziehen, welche ein leichteres
Gleiten des ich-I.Cfes durch
| das erfaöglIchen Ptoll. Abgeselien von dem sehr großen |
| techril-'-,chen Aufwaril macht ilio rauhe Oberflk-elit-, der
Schuppen-. |
| w2nd 1,-ii Vei,-leich zur glatten Fldche einor normalen Schiffs- |
| wandung eIrten Tel-1 arq#estrebten Erfolges wletl,3r |
| qi CD |
| Aulerd#im werdey- Zum Eiiiiitlll(iii SchlErsruiapfes |
mit der Gleitschicht so erhebliche Schrilierstoffpiengen benötigt,
daß eine praktische Ausführung dieses Ydrschlags allein aus wirtschaftlichen G.ründen
Illusorisch ist, zumal die Gleitschicht vom Salzwasser sehr schnell abgewaschen
wÜrde tuid daher laufend agänzt werden mUßte. Eln weiterer starker Nacä±eil bestellt
in der Ölverneuchun- des Wassers, durch welche das infolge der zunehmenden Technisierung
der Schi.ffahrt ohneh.In schon
beeinträciitigte biologische Gleichgewielit noch mehr gestört würde.
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Ein weiterer Versuch, den StrMmungswiderstand eines Schiffes herabzusetzen,
besteht in der Anordnunj von nach hinten gerichteten Düsen am Boden des Schiffes,
durch welche Wasserstrahlen und Pressluft austreten. Hierdurch .soll das Schiff
praktisch durch eine Schaumschicht oder Zuftschicht vom Wasser getrennt werden,
die einen geringeren ReibungswIderstand bietet. Der technische Aufwand ebenso wie
der Znergieaufwand hierfür ist jedoc h ganz beträchtlich, so daß auch diese Versuche
in der Praxis keine Bedeutung erlangt haben.
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lean hat weiterhin reibungewiderstands;aindernde Additive am Schiffsbug
in das Wasser eingespritzt, welche sich dann läncs des Schifferumpfes irgendwie
veeteilen und ihre C> C>
Wirkung entfalten sollten. Wenn eine nennenswerte
Wirkung 0
erreicht werden soll, ist auch hierbei der.Verbr-auch*der Additive
so groß, daß wirtschaftliche Gründe gegen dieses Verfahren sprechen.
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Die Aufgabe der Erfindung bestellt nun darin, ein Verfahren
C> zu schaffen, bei welchem der Verbrauch derfUr die Verringerung des Reibungswiderstandes
verwendeten Additive so gering wie nur möglich gehalten wird.
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Wenn man dafUr sorgt, daß das Additiv sich in einer lamiriaro.ii.
Strömung eii-blatig Jer Schiffswandung ausbreitet, wird die S j
der
Erfindung rla(lurel) gelMst, (laß das Additiv, ii"cl,(1#"m es lur-a der 'Taii(lunfj
in lpTuin#3rer Form Geströmt -ist, zum groQeii Teil am Heckbereich wieder aufgefangen
urd im Kreislauf erneut ausgestoßen wird.
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Der -"rfincluii.,r lie-t zuntlchst (ler Gedanke zugrunde, daß inan
Turbulenzerscheinungen, welche die Bewegung des Sch.iffes jia Uasser hemmen zua-
Einsparung von Antriebsleintung oder zur Emirhöhung (ler Geschwindtgkeit unterbinden
muß, 0;#- eine 1,ii.qi-ncni,e Strömung des Wassers Ungs des 'Dcliifrqruia-,)fes
dessen Fortbewegung einen wesei)tÜch entgegensetzt. Hat man durcii entnprechende
Maßn,-#Iimen, wie z.B. eine geeitnete Anordnung und Ausrichtung der die Adclitive
ausstoßenden -Dilsen, eine solche laminare S;römung des Wassers entlang d#-gn 1-ianduni;e-n
entlang des 'fasser:Cahrzeuges erreicht, dann lnßt'sich durch das erfindungsjemäße
Verfahren eine ganz erhebliche liliii.q-narunG an Add.i.t-'#.ven erreichen, da die
Additive, welche iii#-olje der Strömung praktisch kauai durch (3,3,9 Uasser verdInnt
worden si nd, nachdem sie Ihre W--'-rlcuii-- Ungs der Schiff.-wandung erfüllt haben,
nicht in-. 7,lasser verbleiben und damit verlorengehen, sondern am IT-eckbereich
zu einetil großen Anteil wieder aufgefangen werden._ Dieser aufge#Piigege Anteil
wird dann wiederum den Düsen zu-,-oleitet und erneut verwendet.
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Geeignete Additive sind im Handel erhältLich und besitzen -folgende
Eigensc118ften. Sie sind viskoelastische, wasserlösliche Po13nnere, die stark polar
sind, im allgemeinen eirr hohes Holekulargewicht aufweisen, eine starke Fähigkeit
zur lifasserstoffbrückenbildung besitzen und linear sind, d.h. ihre länge ist groß
gegenüber ihrem Durchmesser und sie besitzen nur sehr beringe Verzweigungen. Die
Viakoelastizität (Fließverhalten) und die Wasserlöslichkeit sind wesentlich zur
Erzielung einer geeigneten Additivlösung und zur schnellen Beeinflussung der Wasserschichten
im Sinne
einer beträchtlichen Herabsetzung des Widerstandes. Die
Länge des MolekUls, die sich in seiner Einearität und hohen Polarität ausdrückt,
scheint die Ausbildung eines linearen Stromes der Additive imd die Vermeidung voll
Turbulenz und turbulenoverursachenden Störungen zu unterstützen. Einige Beispiele
für Additive, die sich als besonders geeignet erwiesen haben ujid diese Anforderungen
erfüllen, sind Guar Gum (Guaran), Locust Bean Gum (aus der Frucht des Johany)isbeerbaumes
gewonnenes Gummi), Kara, gen oder isländisches Moos, Karaya,-Gummi, Hydroxyäthylzellulose,
Na-Lri.um-Karbow.ymethylzellulose,«Polyätlivlenoxvd" polyacrylamid und. Polyviilylpyrrolidon.
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Zur Durchführung des 1-.rfi.nduiigsgemgß.en Verfehreiis sieht man
am Heckbereich des Uasserfahrzeugs vorziiGsweise eine verstellbare Auffangvorrichtung
fUr das Additiv vor. DI.e Auffangvorrichtung kann dp.nn bei. verschiedenen
Uasserströriungsrichtungen jeweils so eingestellt werden, daß eine möglichst große
Menge des Additivs wieder aufgefangen wird. Die Verstellunx, der Auffangvorrichtung
wird hiersu zwechirAßigerweise durch einen Fühler gesteuert, welcher Clen Winkel
zwischen Fahrtrichtung und #Te,sserstr3r-iun',griclitiiil"-erfa-sst. Die Steuerorgane
und die Auffangvorrichtung sind dhbei so ausgebildet, daß die Einstellung iii eine
neue Lq4,r" sehrell erfolgt, damit bei wechselnden Strömungsrichtungen die Auffangvorrichtung
den Steuerbefehlen des Fühlers itiZif.-lichst schnell nacldcomTat.
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Die Erfindung ist iin folgenden anhand der Darstellungen eines Ausführungsbeispieles
im einzelnen erläutert. Es teigt Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Schiff
längs der Linie. II von Fig.2 Fig. 2 das Schiff in Seitenansicht.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen als Beiapiel rtr ein Wasnerfahrig
eir
Oh# L N' 51, (Ias mit einer Eins-pri tze tarichtun 5-) in #v-orn von i),*1,9(-,ii
urrl cler #ufP;#inG- und _II.Ickfuhr-ungseinrt(-,'!iL-LLnc- # j -,-tzplqß der Erfindun-
C> al-is,-,Erii"3tet ti ist. Das Schi-ff 51 we,i-gt rohrrörmige Einspritzdüsen
53 puf, die blibdi.w#,- in (ler C> 59 Jes Schif£es 51 enden und iiahe
am Schiffsbuc- sind. Die Ditser. 53 sind so geneit, r,!" ci ZJ -Idcl-lLt*;-v
j1Rtt urid gleioluuäßi,e 71ber di-,1 52 d.es b 7 f
1 nbf,-nber-. 231.n VorratsbehMIter '0 Ist zwischen
geschaltet, aus denen (1,--is beirlAyi ---#.ohre 57 de-r Dil#gen
53 ti A(lilL-1,iv #)113--espritzt Wird. Das JIMItiv wird dabei gUnstigerweise
so r,-elenk-t, daß es in die Err(--iuigszentren von Turbuuad diese -Ll!i
- vor Jer Form (les Orl, ihrer :Untstehung unter-AM also der DUsen
53, ist eine-, ji-Lifi."tri-e.1.-nricht-Lui-' 54 angeordnet, die, ka.pp-,nf(irl,iic.-4..)
f#J Ist und. dar vorn Additiv auffängt. Die' LLIL-Letir 54 sind iuLLLel,-,
Roh.ren oder sonsti-er 56 mit einer am Schiff angeordneten PU:,IIPP
58 verdie wiedeewil über eln Rückleitungsrohr 64 mit dein CD
60
verbunden ist.
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.1210 Itiv wird ralso vom Behälter 60 aus ilber die Yisen
53
der Schif#Coseiten 52 yelenict, und ein wesentlicher Tetl des Ad.diti,vs
wird dann durch die Auffan,.,einrLchLunr-en 54.
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Cj #.i u r- 4-) --? und Ubpr das Hohr 56, (Iie Pumpe 58 und die 64.
zurlIck. zum BehUlter 60 gefUhrt, um erneut vervierjAct züi worden. Die Auffenc-einrichtungen
54 könneil anstatt ran 11.inLeron Ende dos Schiffes 51 auch er.rorderlIchenfalls
lu einein 1)Pträchtli(-hpn Abstand vom SchiffL an(jeordnet werflen. In diesem`Tall
sind sip durch Streben mit (lojii ir,-liLE-r verburiden. Pertier könfian entlang
'Jede#r Schif-Csiin,ILP- mehrere Auff"iiigeinrichtungen nngeordnet werden.Und zwar
bei 7"iochselii(lori Strötaungen des '.,lassers, und bei langen' r# Lungen wird
durch SchIrfen. Die Zähl der AuffangeJriri(,li
Uirtschaftlichkeitsüberlegun,-en
hinsichtlich des Bestrebens, einen möglichst großen Anteil d-es l#ddit ivs aufzufangen
und wieder zu verwenden,bestimit.
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Ein die Angriffsrichtung erfassender Fühler 12 ist im Schiffsbug neben
den Einspritzditsen. 53 lind (lem Vorratsbehälter 60 angeordnet un
d mit den Auffangeinrichtungen 54 gekoppelt, so daß diese automatisch derart
eingestellt werden, daß sie möglichst viel von dem ausgespritzten Additiv wieder
auffangen. Ein solcher Fühler besteht -aus einer einfachen rohrförmigen Durchflußanordnung,
die'drei am Schlffsbug angeordnete Einlaßkanäle umfaßt, von denen ei.ner
61 in'der Längsachse des Schi-Ces liegt und die beiden anderen 62 und
63 in einem Winkel hierzu stehen. Uenn das !ichiff Kurven fährt, wird durch
einen der seitlichen 7-giille, 62 oder 63 mehr Wasser aufgenoiiimen
als durch den anderen, so da,ß.die Vergleichselnrichtung 65, z.B. ein Rechner,
die Hichtun- des Schiffes anzeigt. Der Fühler 12 Ist Uber me-#U chanische oder hydraulische
Steuerorgan#e mit den Auffan,-einrichtungen 54 derart verbunden, daß sich diese
näher hin oder weiter weg vom Schiff bewegen oder daß die Richtur- der vorderen
EinlaßöffnunG. 55 so orientiert wirJ., daß eine iiia"r.1-male Men-e an Additiv
aufgefan-en wird. EbenTalls können 0.1.e U Ki DUsen 53 und die Aüfangeinrichtungen
54 derart mit dem 1117hler 12 verbunden s.ein, daß die optimale leistung der Kombination
erhalten wird. Die Zeichnung zeigt zwar jeweils nur eine einzelne Pwee
58 und einen einzelnen Vorrq.tabeh,,ilte*r 060, ,aber selbstverständlich
lr*L*)iineii auch für die beiden Soll!-EfE;-seiten jeweils eine besondere »Punipe
und ein besonderer Behälter vorgesehen werden.
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Im Betrieb wird bei der Fahrt des Schiffes das im Behnlter
60 gespeicherte Mditiv iaLttels einer «Ptunpe oder der#gl. Uber geeignete
Zeitungen zu d.Pii. Düsen 53 geführt, welche das Add.Itiv außen länäs der
Seiten 52 des Schiffes 51 verteilen. Das Additiv wird vorzugsweise
im Behälter 60 ertweder durch Zugabe von Wasser vor oder während der Verwendung
mit Wasser gemischt. Der Fühler 12 ist mit den Dttfien 53
vt--rl)U-,1(1(-ji
InG diese ni, r#;j#iiiicl ihrer Aiisri chl ang rIte #Tr-,i.sA derart Un--s (]er
1,1110,11e11 52 verteilf#n, laß die --#usbi-ldu-rlL; ehier laminarer Grellz-S
r olii-Usseiten unterstfitzt wird, damit f7tr)i-ce,)(le Tiz2,1)ul(-,nzerse.'tieli-iunc-,tzii
vpi#mied(-,ii werden.
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4-) die #--elist vorlierfenden Additive in den j flul eii-j-gespritzt
sind, sie im wesentliclien 14.ngs C>
'er i PUchen - 15,#i des i Ces
51 oder zumindest nahe diesex# so daG iie# von den Einriclitvii""'911 54 aufsei#incen
werden können. Die 54 können in beeinstellbar sein; z.B. ktinnen die Gr(it.3e
ihrer vorderpii 55 oder ihre LaGe senkrecht zurl Schiff sein,
Ader er, ka--rin qot;ar ihre dtiv Sti#öjiiitpL,; einstellbar In Allen Mlen #qerdnn
diese Einstellungen voia 2iihle2, 112 dn?l eine Nenge an Adclitiv wiederwird. Dpr
Eilliler 12 ist insbesondere, während Uende,-iiiitz"1.i(#lig da hierbei die Richtung
des Schiffes dprart berilelc,-,--)'(-ht!Gt wirdt &,ß die Dilsen
53 und die Auff,-#II,11-54 IT-r cire maximale ##Tie(I("rixewinnunG#
Additivs ?.usg(-"ric.Ii-L(-t werden.
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Die Additive können viele Hale bei nur berinGer Abnalulie ihrer Wirksamkeit
wiederverwendet werden. Wegen Jer sich eusbildenden laminaren- Grenzschicht ist
die VerteilunG der Additive Uber (Iie gesamte FMehe wesentlich besser als bei ein.pi,
turbulenten Grenzschicht, bei der eine Durchmischung und, V(,i-dilnilw-iG qt":iti-f;3n(le
und daher das Additiv in wesentlich größeren Mengen erforderlich wäre. Die Vorteile
einer laminaren Grenzschicht fUr eine höchst wirksame Weiterleitung -des Additivs
unter Herabsetzung des Widerstandes sind somit leicht zu erkennen. Die laminare
Grenzsellicht dämpft und stabilJslert
die ftbergangsschichten, wodurch die
Widerstandsinindorung vers-UlrIct wird. Hierdurch wird eine gleichmißigere Str(*imung"3srhJclit
und damit eine wirksamere WiderstandsverinInderwig erreicht. Die langen Mol-ekularl#-ett("-n
der
| i,ir#ici -r*ll, einte StrömunL; besser geeignet, da
dier:,#e# |
| i.st ;#,ls eine turbulente Strömung, durch die sie |
| u#PI (Inn hohen #,i-ii'Lretenden Beans-pruchunfjen zerrissen
und |
| so #C!a..f3 sie niellt mehr in vollein Maße |
| #r*LAr die #,'.1(.l#-rstpn(Isiii.Inderung zur Verfügung stehen
wUr(#o!i. |
| und 7.Jiederverwendung der Additive |
| bpj Strö!jitiiify wird die zur Zeit iii der Praxis |
| vorliegr,#i(le Zugabe -von widerstandsmindernrlen A(I.ditiven
ei.ii- |
| -iberw-Liii(len. Derui bei Jer Lrfir.cluiig |
| eirr# hohe, J#"sn#erlöslichk-Pit richt mehr erforderlIrb, |
| J,--: v-!1(-l.e Unillufe macht, bei derjen es ausrMehend |
| r7 't h-U, in einer L;eeigneten Msungszustand überzugehell. |
| Sow0111 -,ils auch bei OberflUchen- |
| #-#.,iin (Ips beschriebene Verfahren zur |
| wercler-. Dei Qbprflächenwarrei.-.f,--lir- |
| ein den unter Nasser |
| Ober:CMethen vorgesehen, wUhrend bei Ur-tei-",ressgr- |
| CD |
| 1.*rin!"r# aller Oberflächen vorgespher w:ft4d. |
loach bei und ähnlichen Fahrzeugen, bei lenen iiui! eine !,-leine Fläche J.iii Wasser
liegt,. kann die Wider-Isw.Indertur-an (Irr unter Wasser liegenden Flächen vorgesehen
wet,den, um (Iie leistunG und /oder die Geschwindigkeit züi erhöhen. Auch OberfUlöhenrauhigkeiten,
die weseiitlich zurii 7"#ii-de:t--,c3tand beitragen, wirken sich bei Verwc-ndunL-,
geeignet einf-egebener Aclditive und Ausbildung; der Grenz-,chicht nicht inehr so
nachteilig aus wie, sonst.
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L!e beschriebene VorrJcIitunJ- ist stabil irn Aufbau und den iinter
IVTasser herrschenden Verhältnissen angepa17,t. Duuch die uiicl 'Tic#derverwenung
den Additi-fe Ist der bei (ler Wl.derstaxidsmin(lerun,& durch Additive 71#'.)ch.,3t(-,n
Plane verbessert.