DE19523350A1 - Anordnung zum Steuern eines Wasserfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Steuern eines Wasserfahrzeuges unter Benutzung einer einen gerichteten Wasserstrahl erzeugenden Vorrichtung, die um eine senkrechte Achse aus der Längsrichtung des Wasserfahrzeuges schwenkbar gelagert ist.

Eine solche Anordnung ist z. B. aus der DE 11 13 383 bekannt und weist in einer Öffnung im Bug einen Hilfspropeller auf, der einen gerichteten Wasserstrahl erzeugt, durch den ein gewünschtes Steuermoment auf das Wasserfahrzeug ausgeübt werden kann, auch wenn es ohne Fahrt ist.

Aus der DE 32 46 730 ist es ferner bekannt, einen ummantelten Propeller mit der Rudernabe eines Wasserfahrzeuges zu verbinden, um gleichzeitig über den Propeller Vortriebs- und beim Schwenken der Rudernabe Steuerkräfte zu liefern.

Schließlich ist es bekannt, der Austrittsdüse eines Wasserstrahlantriebes einen sog. Leitapparat zuzuordnen, bei dessen Verschwenken infolge der dabei erzielten Ablenkung des aus der Düse austretenden Wasserstrahles auf das Wasserfahrzeug wirkende Steuermomente erzeugt werden; vgl. US 4 252 075.

Die eingangs genannten, als sog. Bugstrahlruder bekannten Anordnungen haben den Nachteil, daß sie zu träge sind, d. h. daß die Umschaltzeiten von Backbord­ auf Steuerbord-Manöver bis zu deren Wirksamwerden zu lang sind. Der Grund hierfür liegt im Beharrungsvermögen der durchfließenden Wassermenge und der Propellermasse, die mit ihren Geschwindigkeits­ potentialen zuerst auf Null reduziert und dann erneut beschleunigt werden müssen. Hierdurch wird ein schnelles und gleichzeitig feinfühliges Manövrieren erschwert, wenn nicht gar ausgeschlossen.

Diese Eigenart ist auch den bekannten, mit Leitapparaten versehenen Wasserstrahlantrieben zu eigen, ganz abgesehen davon, daß mit verstellbaren Leitapparaten am Heck eines Wasserfahrzeuges Anlegemanöver auf engstem Raum nur schwer oder gar nicht durchführbar sind.

Sollen solche Bugstrahlruder bei Segelbooten eingesetzt werden, treten weitere Schwierigkeiten auf, da aufwendige Konstruktionen, z. B. für das Ein- und Aus fahren solcher Bugstrahlruder infolge deren Raumbedarf und der dort herrschenden Gewichtsbe­ schränkungen nicht möglich sind; zudem soll die Boots­ haut wenig oder gar keine Störstellen aufweisen, um die Segelfahrt des Segelbootes nicht zu behindern. Andererseits wäre aber gerade bei Segelbooten und -jachten für das Einlaufen in Buchten und Häfen ein solches Bugstrahlruder von großem Vorteil, was auch für Ablegemanöver, insbesondere bei auflandigem Wind gilt.

Hier abzuhelfen durch eine neue, wenig aufwendige und zuverlässig arbeitende Ausbildung einer Anordnung zum Steuern von Wasserfahrzeugen ist Aufgabe der Erfindung.

Ausgehend von einer Anordnung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der einen gerichteten Wasserstrahl erzeugenden Vorrichtung zwei in Abstand zur Schwenkachse angeordnete symmetrisch ausgebildete, feste Leitflächen zwecks Ablenkens des beschleunigten Wasserstrahl es zugeordnet sind.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die einen gerichteten Wasserstrahl erzeugende Vorrichtung ein Wasserstrahlantrieb oder aber ein ummantelter Propeller.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die einen gerichteten Wasserstrahl erzeugende Vorrichtung innerhalb einer den Bug des Wasserfahrzeuges quer zu seiner Längsrichtung durchsetzenden Öffnung angeordnet und sind die Leitflächen als von der Längsachse des Wasserfahrzeuges ausgehende parabelförmige und dessen Bug benachbarte Wandungsteile der Öffnung ausgebildet.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung einer für das Heck eines Wasserfahrzeuges geeigneten Anordnung sind erfindungsgemäß die Leitflächen aus einer Ruhelage in eine Wirklage schwenkbar gelagerte Schilde, die in ihrer Ruhelage in Aussparungen im Rumpf des Wasserfahrzeuges einschwenkbar sind.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können diese Schilde in eine weitere die Wassereintritts- und -austrittsöffnungen der den Wasserstrahl erzeugenden Vorrichtung verschließende Lage schwenkbar gelagert sein.

Schließlich ist nach einem weiteren Merkmal der Erfin­ dung die Vorrichtung in einer Öffnung des Wasserfahr­ zeuges ein- und ausfahrbar gelagert, und wobei im eingefahrenen Zustand der Vorrichtung die Schilde und die Öffnung formgetreu und oberflächengleich zur Rumpf­ schale des Wasserfahrzeuges verschließen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung weist viele Vorteile auf, insbesondere wenn hierfür Wasserstrahlantriebe als einen gerichteten Wasserstrahl erzeugende Vorrichtungen benutzt werden. Wird eine solche Vorrichtung in den elliptisch ausgebildeten Durchbruch im Bug des Wasser­ fahrzeuges um die senkrechte Achse um ca. 180° drehbar gelagert und ist der vordere Teil des Durchbruches derart ausgebildet, daß die von der Längskante des Wasserfahrzeuges ausgehenden Leitflächen parabelförmig zur Außenwandung des Bugs des Wasserfahrzeuges geführt sind, so ergibt sich in Bugmitte eine scharfe Trenn­ kante, durch die bei vorwärts gerichtetem Düsenstrahl dieser schubneutral geteilt werden kann, während bei kleinster Drehung der Vorrichtung aus der Längsrichtung des Wasserfahrzeuges heraus der Steuerkräfte erzeugende Düsenstrahl ungleich geteilt wird, um so den Bootsbug äußerst präzis nach Backbord oder Steuerbord zu bewe­ gen. Wird die Vorrichtung aus der Längsrichtung des Wasserfahrzeuges bewegt, so können mit dem Bootsbug auch größere Wege bis zu einer Drehung von 360° erreicht werden. Ist der Düsenstrahl darüber hinaus regelbar, so kann mit großer Wassermenge und kleiner Geschwindigkeit das Anfahren beschleunigt durchgeführt werden, um dann bei kleiner Wassermenge und großer Geschwindigkeit das Manöver Drehung des Bugs um die Bootsachse in kürzester Zeit präzis zu vollenden. Infolge der Drehlagerung der Vorrichtung um mindestens 180° werden Wendegetriebe zur Umkehr der Schubrichtung eingespart. Infolge des geringen Gewichts und der einfachen Ausbildung der Anordnung können nunmehr auch kleine bis mittlere Segeljachten mit solchen Bugstrahlrudern ausgerüstet werden. Bei der Ausbildung der Leitflächen als Schilde sind diese in der Ruhestellung des Bootes als Verschlußdeckel für die Wassereintritts- und -austrittsöffnungen an den gerichteten Wasserstrahl erzeugenden Vorrichtung zu benutzen, so daß auch bei längeren Liegezeiten eines Bootes Muschelbewuchs und Grobverschmutzungen von Düse, Stator, Rotor und Leitschaufeln des Wasserstrahlan­ triebes verhindert werden. Sind diese Leitflächen in ihre Ruhelage geschwenkt, so kann die einen gerichteten Wasserstrahl erzeugende Vorrichtung am Heck angeordnet als sogenanntes Heckstrahlruder auch zur Erzeugung des Vortriebs für das Wasserfahrzeug und damit zum Drehen des Hecks an dem Bug benutzt werden. In ihrer normalen Wirkstellung verhindern die Schilde eine Bodenberührung der Vortrieb erzeugenden Vorrichtung.

Schließlich genügt die Erfindung auch den Forderungen bei Regatta-Segelyachten, aber auch modernen Großraum- Frachtseglern, daß bei Fahrt unter Segel das Unterwas­ serschiff ungestört und strömungsgünstig ist. Dort wirken alle Arten von Schiffspropellern oder anderen Vortriebseinheiten als Wasserbremse und behindern die Fahrt des Schiffes. Die erfindungsgemäße Ausbildung bringt einer Segelyacht, bei sonst gleicher Quali­ fikation, den sicheren Regattasieg, und ein Frachten­ segler spart bei der Atlantiküberquerung Tonnen an Treibstoff.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von drei in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer als Wasserstrahlantrieb ausgebil­ deten Ausführungsform der Erfindung mit einer axial verschiebbar gelagerten Düse,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht von der Düsenseite auf den Wasserstrahlantrieb nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Anordnung zur Steuerung eines Wasserfahrzeuges gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 4 eine Ansicht von vorn auf eine Anordnung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Ausführungs­ form der Erfindung nach Fig. 4 und

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Ein in den Fig. 1 und 2 allgemein mit der Bezugszif­ fer 10 bezeichneter Wasserstrahlantrieb umfaßt in einem Gehäuse 11 eine Pumpe 12 mit einem in einer Nabe 13 drehbar gelagerten Rotor 14, dem je ein von dem Gehäuse gehaltener Stator 15 und 16 vor- und nachgeschaltet ist, dessen entsprechend gekrümmte Statorschaufeln 18 die starre Verbindung zwischen dem Gehäuse 11 und der Nabe 13 - wie insbes. Fig. 2 zeigt - bilden.

Ferner umfaßt der Wasserstrahlantrieb eine am Gehäuse 11 aus einer minimalen in eine maximale Offenstellung (strichpunktiert in Fig. 1 dargestellt) axial ver­ schieblich gelagerte, kegelmantelförmig ausgebildete Düse 20, wozu paarweise zwischen Gehäuse und Düse an­ geordnete Hydraulikzylinder 23 und 24 dienen; vgl. Fig. 2.

Da das Gehäuse 11 jeweils in Bereiche der vom Rotor 14 abgewandten Seite nach außen axial erweitert ist, wie dies insbesondere die Fig. 1 und 3 zeigen, wird dort beim Verschieben der Düse 20 in die strichpunktierte Stellung ein zusätzlicher Ringkanal 25 gebildet, und zwar zwischen der Innenwandung des Gehäuses 11 und der Außenmantelfläche der Düse 20. Dieser Ringkanal dient druckseitig als Zusatzdüse für die Fahrtbeschleunigung aus dem Stand des Wasserstrahlantriebes.

Dem Antrieb des Rotors 14 dient, wie insbesondere Fig. 2 zeigt, ein im Stator gelagertes sogenanntes Hohlrad 30, das mittels eines Zwischenrads 33 über ein Kegelradgetriebe 36 angetrieben wird. Eine Königswelle 39 dient der getrieblichen Verbindung mit einer Antriebswelle 40, die mit einer hier nicht darge­ stellten Antriebsmaschine des nur teilweise darge­ stellten Wasserfahrzeuges in Antriebsverbindung steht. Über das Hohlrad 30 wird der Rotor 14 angetrieben. Die Schaufelblätter des Rotors 14 sind derart ausgelegt, daß sie den größten Wirkungsgrad für die Vorwärtsfahrt des Wasserfahrzeuges aufweisen.

Der vorstehend beschriebene Wasserstrahlantrieb ist in an sich bekannter Weise um die eine Drehlagerung für den Wasserstrahlantrieb bildende Königswelle 39 um jeweils ± 180° in Richtung des Pfeiles 41 schwenkbar am nur teilweise dargestellten Wasserfahrzeug gelagert.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung ist, wie Fig. 3 zeigt, in einer elliptischen Öffnung 50 um eine senk­ rechte Achse 51 gegenüber der Längsachse 53 des nur angedeuteten Wasserfahrzeuges WF um mindestens ± 180° schwenkbar gelagert. Die Öffnung 50 liegt quer zur Längsachse 53 im Bug 54 des Wasserfahrzeuges WF, wie es bei bekannten Bugstrahlrudern ebenfalls der Fall ist.

Die in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeuges vorn liegen­ de, also dem Bug benachbarte Wandung der Öffnung 50 bildet zwei symmetrische Leitflächen 55 und 56, die von der Längsachse 53 ausgehend jeweils parabelförmig nach außen bis zur Schalenwandung des Wasserfahrzeuges auslaufen und eine parallel zur Achse 51 verlaufende Trennkante 58 umfassen.

Befindet sich die Vorrichtung 10 parallel zur Längs­ achse 53, so wird der von der Vorrichtung beschleunigte auf der Wandung auftreffende Wasserstrahl von der Trennkante je hälftig auf die Leitflächen 55 und 56 schubneutral verteilt, so daß sich die dabei auftre­ tenden, auf das Wasserfahrzeug wirkenden Steuermomente gegenseitig aufheben.

Beim Verschwenken der Vorrichtung 10 um den Winkel α erfolgt jedoch eine ungleiche Teilung des Wasserstrahls und es entsteht ein das Wasserfahrzeug nach Backbord drehendes Schubmoment, das umso größer wird, je weiter die Vorrichtung bis in die in Fig. 3 dargestellte Lage - 90° zur Längsachse 53 - geschwenkt wird.

Entsprechendes geschieht, wenn die Vorrichtung 10 um den Winkel α geschwenkt wird.

Auf diese Weise werden Steuermomente erzielt ohne daß die Drehrichtung der Pumpe 12 der Vorrichtung 10 ge­ ändert werden muß. Somit kann das Wasserfahrzeug auf einfache Weise feinfühlig mit dem Bugstrahlruder manövriert und auch am Platz um 360° um seine Hochachse gedreht werden.

Durch Verschieben der Düse 20 - vgl. Fig. 1 - über die Hydraulikzylinder 23 und 24 - vgl. Fig. 2 - in die strichpunktiert gezeigte Stellung kann mit großer Was­ sermenge und kleiner Geschwindigkeit das Anfahren beschleunigt werden bzw. bei eingefahrener Düse mit kleiner Wassermenge und großer Geschwindigkeit das gewünschte Drehmanöver beendet werden.

Die in den Fig. 4 bis 6 dargestellten zweiten und dritten Ausführungsformen der Erfindung zeigen die Anordnung der Vorrichtung 10 am Heck eines Wasserfahr­ zeuges.

Bei dieser Anordnung kann die Vorrichtung 10 auch als Vortrieb erzeugende Vorrichtung benutzt werden.

Die Leitflächen zur Erzeugung feinfühliger Steuermomen­ te sind dort als ebenflächige bzw. leicht gewölbte Schilde 70 und 71 ausgebildet, die mit ihrem einen Ende an der Bootsschale des Wasserfahrzeuges mittels Schwenklager 72 und 73 aus einer Ruhelage 70′ und 71′ in die Wirklage 70 und 71 und in eine die Eintritts- und Austrittsöffnung der Vorrichtung 10 verschließende Endlage 70′′ und 71′′ bewegbar gelagert sind.

Auch bei dieser Ausführungsform erfolgt, sofern die Vorrichtung 10 um die senkrechte Achse 51 in die in Fig. 5 dargestellte parallel zur Achse 75 ausgerich­ tete Lage bewegt ist, eine schubneutrale Aufteilung des aus der Vorrichtung 10 austretenden, gerichteten Was­ serstrahls an der Leitfläche des Schilds 71.

Durch Verschwenken der Vorrichtung 10 um den Winkel α bzw. α′ in der einen oder anderen Schwenkrichtung erfolgt eine ungleiche Aufteilung des Wasserstrahls, so daß unterschiedlich große Steuermomente erzeugt werden, die das Wasserfahrzeug dosiert vorwärts bzw. rückwärts bewegen. Werden hingegen die Schilde 70 und 71 in ihre Ruhelage 70′ und 71′ geschwenkt und die Vorrichtung 10 befindet sich in der in Fig. 4 gezeigten Stellung, so folgt durch den ungehinderten Wasserstrahl eine Drehung des Wasserfahrzeuges nach Backbord oder Steuerbord. Ein solches Heckstrahlruder kann auch zusammen mit einem Bugstrahlruder vorgesehen sein, um eine Seitwärts­ bewegung eines Schiffes zu ermöglichen.

Befindet sich dagegen die Vorrichtung 10 in der in Fig. 5 dargestellten Lage, so wird über die Vorrichtung 10 ausschließlich ein direkter Vortrieb für das Wasserfahrzeug erzielt.

Nach einem in Fig. 6 dargestellten weiteren Ausfüh­ rungsbeispiel ist die den gerichteten Wasserstrahl erzeugende Vorrichtung 10 in einer die Rumpfschale des Wasserfahrzeuges durchdringenden Öffnung 85 ein- und ausfahrbar angeordnet. Hierzu ist die über eine An­ triebswelle 86 mit der Antriebsvorrichtung getrieblich verbundene Königswelle 82 mit einem Keilprofil 83 und mit Hubringen 84 versehen, über die die Vorrichtung in den Bootskörper WF ein- und ausgefahren wird. Über die Schilde 80 und 81 wird bei eingefahrener Vorrichtung 10 die Öffnung 85 oberflächenbündig so verschlossen, daß diese der Strömung keinen Widerstand bietet.

Die Königswelle 82 ist mittels der zwischen einer Büchse 88 und einer Scheibe 89 gelagerten Kegelradbüchse 87 geführt und mit einem Gehäuse 90 verbunden, das als Radial- und Axiallagerung der Königswelle 82 dient.

Beim Anheben der Königswelle über die Hubringe wird das Gehäuse 90 samt der Vorrichtung 10 vollständig in die Öffnung 85 überführt, wobei Antrieb und Drehbarkeit der Vorrichtung 10 beibehalten bleiben.

Wie sich aus dem vorstehenden ergibt, erfolgt bei der Ausbildung der Anordnung als Bugstrahlruder über die Leitflächen 55 und 56, die eine Trennkante 58 bilden, bzw. bei der Ausbildung der Anordnung als ein- und ausfahrbares Heckstrahlruder, das gleichzeitig als Hauptantrieb verwendbar ist, über die Leitflächen der Schilde 70 und 71 die Ablenkung des beschleunigten Wasserstrahles.

Claims (8)

1. Anordnung zum Steuern eines Wasserfahrzeuges unter Benutzung einer einen gerichteten Wasserstrahl erzeugenden Vorrichtung, die um eine senkrechte Achse aus der Längsrichtung des Wasserfahrzeuges schwenkbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrichtung (10) zwei im Abstand zur Schwenkachse (51) angeordnete symmetrisch ausgebildete, feste Leitflächen (55, 56) und (70, 71) zwecks Ablenkens des beschleunigten Wasserstrahles zugeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) eine Wasserstrahlantriebsvorrichtung ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) ein ummantelter Propeller ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) innerhalb einer den Bug (54) des Wasserfahrzeuges (WF) durchsetzenden Öffnung (50) angeordnet ist und die Leitflächen (55, 56) als von der Längsachse (53) des Wasserfahrzeuges (WF) ausgehende parabelförmig ausgebildete dem Bug benachbarte Wandungsteile der Öffnung (50) ausgebildet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) am Heck des Wasserfahrzeuges (WF) angeordnet ist und die Leitflächen als aus einer Ruhelage in eine Wirklage schwenkbar gelagerte Schilde (70, 71) ausgebildet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Schilde (70, 71) in ihrer Ruhelage in Aussparungen der Rumpfschale des Wasserfahrzeuges (WF) einschwenkbar sind.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 5 und 6 dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schilde (70, 71) in eine die Wassereintritts- und -austrittsöffnungen der Vorrichtung (10) verschließende Lage (70′′ und 71′′) schwenkbar gelagert sind.

8. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) in einer Öffnung (85) des Wasserfahrzeuges (WF) ein- und ausfahrbar gelagert ist, und daß im eingefahrenen Zustand der Vorrichtung (10) die Schilde (80) und (81) die Öffnung (85) formgetreu und oberflächengleich zur Rumpfschale des Wasserfahrzeuges (WF) verschließen.