DE19725170A1 - Scherkörper zur Erzeugung großer hydrodynamischer Kräfte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Scherkörper zur Erzeugung großer hydrodynamischer Kräfte auf den Gebieten der Meerestechnik, bei denen an Kabeln, Leinen oder Trossen geschleppte, tragflügelförmige Körper zur Erzeugung von Antriebs- oder Scherkräfte im Wasser angewendet werden. Die Erfindung ist insbesondere für den Einsatz in der Schleppnetz­ fischerei oder auch für militärische Zwecke (Räumen von Seeminenfelder bestimmt.

Charakteristik der bekannten Lösungen

Für zahlreiche technische Anwendungen im Bereich der Meerestechnik, im Flugzeugbau, im Schiffbau und im Strömungsmaschinenbau hat es stets Bestrebungen gegeben, Möglichkeiten zur Erhöhung des Auftriebes zu entwickeln. Im Bereich der Meeres- und Fischereitechnik sind solche technischen Lösungen für den Bereich der Scherkörper bekannt, wie z. B. die Verkleinerung des Seitenverhältnisses, die Optimierung der Profilwölbung, der Einsatz von Vorflügeln oder die Anwendung des Doppeldeckerprinzips. Häufig sind diese Bemühungen aber mit einem spürbaren Anstieg des hydrodynamischen Widerstandes verbunden oder nur für den Einsatz solcher Scherkörper geeignet, bei denen Saug- und Druckseite von einander konstruktiv festgelegt sind. Zur Erhöhung des maximalen Anstellwinkels von Scherkörpern ist es bereits bekannt, Rotoren einzusetzen (1, 2, 3).

• 1) El-Dandoush, s.: Puls, D.
  Strömungsuntersuchungen an Profilen mit und ohne Rotor
  Wiss. Zeitschriften der WPU Rostock, 31 (1982) 8., S 11-16
• 2) Puls, D.
  Theorie und Modellexperiment bei der Voraussage gesteuerter Schiffsbewegungen
  Dissertation (B), vorgelegt dem wiss. Rat der Wilhelm Pieck Universität Rostock, Rostock, 1977
• 3) Smith, K.E.; Stubbs, H.E.
  Rotor device for controlling depth of towed fishing Trawls
  III. FAO Fanggerätekongress Reykjavik, 1970 Paper No. 41.

Der Einsatz von Rotoren bei Scherkörpern für die Schleppnetzfischerei sind in anderen Patenten beschrieben. Ein Teil der bisher bekanntgewordenen Konstruktionen mit Rotor ist nur dann funktionsfähig, wenn dem Rotor des Scherbrettes Fremdenergie zugeführt wird. Andere Konstruktionen lassen eine optimale Nutzung der dem Rotor zugeführten Bewegungs­ energie des Wassers nicht zu.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt, den zur Erhöhung des Auftriebs notwendigen Energieaufwand ohne Erhöhung der Schleppgeschwindigkeit und ohne Vergrößerung des Scherkörpers zu erzielen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Scherkörper mit Rotor zu schaffen, bei dem ohne Zuführung von Fremdenergie für die Erzielung des zusätzlichen Auftriebes die Dreh­ bewegung (Drehzahl und Drehrichtung) des Rotors über einen weiten Bereich der Schlepp­ geschwindigkeit gewährleistet wird, wobei die Größe des zusätzlich durch den Rotor erzielten Auftriebs variiert werden kann. Erfindungsgemäß ist vor dem senkrecht im oder am Scherkörper angeordneten Rotor ein mit einer Leitvorrichtung versehener Düsenkasten angeordnet, wobei das Schaufelrad des Düsenkastens fest mit Achse des Rotors verbunden und der Rotor selbst an der Ober- oder der Unterseite des Scherkörpers befestigt ist. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch den vorgeschlagenen Scherkörper ein erhöhter steuerbarer Auftrieb erzeugt wird. Durch die hierbei mögliche geringere Schlepp­ geschwindigkeit wird Dieselkraftstoff während des Fangprozesses eingespart. Außerdem wird durch die Vergrößerung der Auftriebskraft des Scherkörpers eine größere Scherbreite und damit eine größere Netzöffnungsfläche erreicht. Andererseits werden große Schleppnetze mit dem erfindungsgemäßen Scherkörper hinreichend aufgespreizt, was zu einer Erhöhung der Fangmenge führen kann (erhöhtes durchschlepptes Wasservolumen). Der Verlauf des Auftriebsbeiwertes ist über einen größeren Anstellwinkelbereich linear ansteigend, wodurch sich eine bessere Eignung des Scherkörpers für den praktischen Einsatz ergibt. Durch die Verstellbarkeit der Leitvorrichtung am Düsenkasten und die dadurch bedingte Änderung der Beaufschlagung des Schaufelrades mit Wasser, kann der durch den Rotor erzielte Auftrieb variiert werden. Diese Variation erlaubt Änderungen der Scherbreite ohne Änderung der Scherbrettfesselung.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen bedeuten:

Fig. 1 der erfindungsgemäße Scherkörper in der Seitenansicht,

Fig. 2 der Düsenkasten,

Fig. 3 und 4 zwei Beispiele für die Anbringung des Düsenkastens am Scherkörper.

In der Fig. 1 ist der Scherkörper mit 1 bezeichnet. Am Scherkörper 1 greifen die zum Fangfahrzeug führende Kurrleine 6 und die zum Fangnetz führenden Jager 7 an.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Anwendung des nach seinem Entdecker benannten Magnuseffektes und der dadurch bedingten Veränderung der Scherkörper­ umströmung. Voraussetzung für die Erzielung des Magnuseffektes ist die eigenständige Drehbewegung des Rotors, die durch die Bewegung des Scherkörpers im Wasser erreicht wird, und die lineare Anströmung des Rotors möglichst senkrecht zur Zylinderachse.

Der Rotor ist mit seiner Längsachse vertikal im oder am Scherkörper 1 angeordnet. Vor dem Rotor 2 sind ein oder mehrere Düsenkasten 3 vorgesehen, die aus einer Leitvorrichtung 4 und einem Schaufelrad 5 besteht (Fig. 2).

Die Energie für die Drehbewegung des Rotors 2 wird durch das Schaufelrad 5 unmittelbar am Rotor übertragen und durch Nutzung des vorhandenen Volumenstromes erzeugt.

Es gilt:

V1 = A1.C1 (1)

am Düsenausgang.

Dieser Volumenstrom wird nun einer schwenkbaren Leitvorrichtung 4 zugeführt, die nach hinten verjüngt ist. Demzufolge gilt an dieser Stelle:

V2 = A2.C2 (2)

und es gilt:

C2 » C1 (3)

Hierbei sind:
V1-V2 Volumenstrom [m³/s]
A1-A2 Ein- und Ausgangsfläche der Düse [m²]
C1-C2 Geschwindigkeit [m/s]

Durch die Düsenwirkung wird das Schaufelrad 5 erfindungsgemäß mit einer höheren Geschwindigkeit beaufschlagt (angeströmt). Das Schaufelrad 5 ist fest mit dem Rotor 2 Verbunden und treibt diesen an. Der Rotor 2 ist an der Ober- und Unterseite des Scherkörpers 1 gelagert und verläuft somit parallel zu dessen Hochachse. Der Scherkörper 1 Wird, wie üblich in der Fischerei, annähernd senkrecht stehend gefahren, damit die hydrodynamische Auftriebskraft des Tragflügels und die vom Rotor 2 erzeugte Auftriebskraft in die selbe Richtung zeigen und somit vollständig zur Scherkraftgewinnung genutzt werden.

Durch das Lenken des Volumenstromes infolge Verstellen des Düsenkastens 3 werden die Drehzahl und die Drehrichtung des Rotors geändert und somit auch die Scherbreite, die Netzöffnungsfläche und der hydrodynamische Widerstand und nicht zu letzt der Ganghorizont des Schleppnetzes beeinflußt. Die Figuren (2) und (3) zeigen mögliche Varianten für die Anordnung des Düsenkastens 3 bezüglich des Rotors 2.

Bericht über das Ergebnis der vorläufigen Prüfung der Neuheit und der technischen und ökonomischen Effektivität

Der zugrundeliegende EB-Fonds umfaßt die Länder:
AT, AU, CA, DE, DD, DK, FI, GB, NL, NO, PL, SE, SU, US, WO, EP.

Die Literaturstudie sowie die Patentrecherche wurde mit den mir damals zur Verfügung stehenden Mitteln und Informationsquellen durchgeführt.

Anwendungsgebiete der Erfindung

Die Erfindung kann in den Bereichen der:

• - Meeresforschung
• - Meerestechnik
• - Schleppnetzfischerei/Schleppen großer Fangnetze mit großer Öffnung
• - Marine/Räumen von Seeminenfelder

eingesetzt werden.

Erste Konstruktionshinweise

• - Das Material des Rotors und des Düsenkastens sollte leicht, aber robust genug gewählt werden, um das Gesamtgewicht des Scherkörpers nicht unnötig zu erhöhen.
• - Die Lagerung des Schaufelrades sollte mit sich selbstfettenden Materialien durchgeführt werden, um eine gute, beständige und möglichst reibungsfreie Lagerung zu erreichen.
• - Der Rotor muß im Druckpunkt des Scherkörpers angebracht werden, da sich hier beide hydrodynamische Auftriebskräfte (Rotor und Scherkörper) nach dem Prinzip von d'Alambert addieren (Kräftegleichgewicht). Weiterhin wird dadurch verhindert, daß sich ein negativ wirkendes Drehmoment bildet.
• - Durch Umlenken des Volumenstromes, kann die Drehrichtung des Rotors verändert werden und somit auch die Richtung der hydrodynamischen Auftriebskraft des Rotors umgelenkt werden. Dies führt zu einer Steuerung der Scherbreite
• - Der Rotor und der Düsenkasten können an einem Einprofilscherbrett oder einem Doppeldeckerscherbrett angebracht werden. Die Aufhängung (Lagerung) sollte so erfolgen, daß sich die hydrodynamische Widerstandskraft des Gesamtkörpers möglichst nur unwesentlich erhöht.

Claims (2)

1. Scherkörper zur Erzeugung hydrodynamischer Kräfte unter Verwendung eines Rotors, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem senkrecht im oder am Scherkörper (1) ange­ ordneten Rotor (2) ein mit einer verstellbaren Leitvorrichtung (4) versehener Düsen­ kasten (3) angeordnet ist, wobei das Schaufelrad (5) des Düsenkastens (3) fest mit Achse des Rotors (2) verbunden ist.

2. Scherkörper zur Erzeugung hydrodynamischer Kräfte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) an der Ober- und Unterseite des Scherkörpers (1) befestigt ist.