DE19739445A1

DE19739445A1 - Anordnung zur Erzeugung eines Schiffsvortriebs

Info

Publication number: DE19739445A1
Application number: DE19739445A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Ing Heinig; Peter Nenninger
Original assignee: Individual
Current assignee: HEINIG, JUERGEN, DR.-ING., 03046 COTTBUS, DE
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 1999-03-11

Description

Die Erfindung betrifft die veränderte Gestaltung eines Schiffskörpers und sei nes Antriebs, wie er für motorisierte Boote, Fluß- und Seeschiffe Verwendung finden kann.

Im Normalfall haben Schiffskörper im Schnitt quer zur Längsrichtung eine keil förmige Form und verfügen über eine wie auch immer angetriebene Schiffs schraube. Das hat regelmäßig zur Folge, daß ein derartig angetriebener Körper durch das Wasser geschoben wird und eine bestimmte Wassermenge vor sich herschiebt. Um die Geschwindigkeit zu erhöhen, erfordert das eine Steigerung der Antriebsleistung, die sich zwar in höhere Geschwindigkeit umsetzen soll, bei der aber dafür gesorgt ist, daß mit zunehmender Geschwindigkeit auch die Wassermenge steigt und der angestrebte Effekt zu einem nicht unerheblichen Teil durch eben diesen wachsenden Widerstand dieser Wassermenge kompen siert wird. Die durch die Schiffsschraube hervorgerufenen Turbulenzen führen zusätzlich zu Energieverlusten.

Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, die konstruktive Konzeption eines Schiffskörpers zu verändern. So soll der Wulstbug als Detail des Schiffsrum pfes für eine Verringerung der Antriebsleistung sorgen, indem der Wasserwi derstand verringert wird.

Bei schnellen Schiffen, insbesondere im militärischen Bereich, ist es üblich ge worden, den Schiffsrumpf mit Tragflügelelementen auszurüsten ("Schnelle An griffsboote", Autor Chant; erschienen im Motorbuch Verlag Stuttgart, 1. Auflage, 1994, Seiten 70, 86, ff.). Die Vorteile einer derartigen Rumpfkonstruktion kom men nur dann zum Tragen, wenn ein derartig gestalteter Schiffsrumpf an Boo ten mit höherer Geschwindigkeit eingesetzt wird.

Nach der bereits genannten Veröffentlichung wird als Antriebseinheit für derar tige Schiffe vorzugsweise der Wasserstrahlantrieb eingesetzt. Hier wird Wasser eingesaugt und wieder ausgestoßen. Dieser Antrieb ist auf Grund notwendiger Mindestgeschwindigkeiten wirtschaftlich nur für höhere Geschwindigkeiten geeignet.

Eine in der DE-OS 19 12 480 vorgesehene Trennschicht sieht den Aufbau einer Gasumhüllung vor, indem über den Schiffsrumpf verteilt Düsen zum Aus tritt von Luft vorgesehen sind. Eine weitere Präzisierung sieht den Austritt der Abgase der Antriebsmaschine unter einem flachen Boot über eine querliegende Schlitzdüse vor, um so ein Gaspolster unter dem Schiffskörper aufzubauen. Diese Lösung wird durch eine nach der DE-OS 28 31 357 zweckentsprechende Gestaltung des Unterbodens eines Schiffes unterstützt.

Weitere Lösungen befassen sich mit Veränderungen der Antriebstechnik. Auf den reinen Wasserstrahlantrieb wurde bereits hingewiesen. Des weiteren sieht eine in der DE-OS 23 06 287 vorgesehene Lösung vor, daß ein im Flugzeug bau übliches Strahltriebwerk über ein Flügelrad den Vortrieb eines Schiffes er zeugt.

Andere relevante Lösungen sind in den DE-EB 833 165 und 889 124 beschrie ben. Bei beiden Lösungen befinden sich unter einem Schiffskörper Treibkanäle, in denen durch die Beaufschlagung des darin befindlichen Wassers mit Gas Vortrieb erzeugt wird. Hier hat sich gezeigt, daß die ungenügende Effizienz die ser Antriebseinheit, insbesondere durch ihre Dimensionen, einem praktischen wirtschaftlichen Einsatz hinderlich entgegensteht.

Eine Weiterentwicklung dieser konstruktiven Prinzipien wird in der DE-PS 10 23 691 vorgestellt. Hier werden Wassermengen durch Druckbeaufschlagung in Richtung des Hecks des vorwärts zu bewegenden Schiffes verdrängt und Vor trieb erzeugt.

Des weiteren ist es allgemein bekannt, Katamarane oder katamaranartige Bootskörper zu verwenden, wie einer beispielhaft in der DE-OS 39 25 387 dar gestellt ist. Ein zweckmäßiges Verfahren zur praktischen Umsetzung der Vor teile eines Katamaranaufbaus ist in der DE-OS 28 31 357 beschrieben, bei dem auf einen Vortrieb durch Luft oder Wasser, das auch Luft mitreißen kann, hingewiesen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Schiffskörper zu schaffen, der über einen zweckmäßigen Mischantrieb verfügt und eine diese Bedingungen begün stigende zweckmäßige Ausbildung des Schiffskörpers im Unterwasserbereich aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst, indem zunächst ein unterhalb des Wasserspiegels entlang seiner Unterwasserlinie flacher Schiffskörper links und rechts in seiner Längsrichtung regelmäßig tiefer als der andere Unterschiffsbereich über seine gesamte Länge bekannte und im wesentlichen parallelverlaufende rippenför mige Aufwölbungen aufweist, so daß in Längsrichtung ein entstehender Raum so eingefaßt ist, daß ein darunter befindlicher gasförmiger Körper seitlich nicht entweichen kann. Derartige Lösungen sind bekannt, jedoch können erfindungs gemäß in diese Aufwölbungen Trimmkörper integriert sein, so daß die Lage des Schiffskörpers um eine Achse quer zu seiner Längsrichtung beeinflußbar ist.

Zweckmäßigerweise ist die Lage des Schiffskörpers durch einen steuerbaren unterschiedlichen Füllungsgrad dieser Trimmkörper so beeinflußbar, daß der Schiffskörper entgegen der Fahrtrichtung leicht nach hinten neigbar ist.

Des weiteren weist ein derartiger Schiffskörper zur Erzeugung des Vortriebs wenigstens eine Antriebseinheit auf, in der als wesentliches Element eine in Längsrichtung axial zentrierte mehrstufige Hochdruckkreiselpumpe angeordnet ist, die in Längsrichtung eines Leitrohres und vorzugsweise zentrisch in diesem liegt und durch einen mit ihr gekoppelten Elektromotor angetrieben ist. Der An triebseinheit wird des weiteren in einer Mischkammer im Bereich des austre tenden Druckwassers Druckluft zugeführt, die zunächst vom erzeugten Druck wasser mitgerissen wird und im weiteren sich vom Druckwasser trennt. Da Druckwasser und Druckluft seitlich nicht entweichen können, bildet sich durch das Aufschwimmen der Druckluft unter dem Schiffskörper ein den Vortrieb er leichterndes Gaspolster und der Schiffsboden trennt sich vom Wasser. Dieser Prozeß kann zusätzlich durch die Veränderung des Füllungsgrades der Trimm körper unterstützt werden. Entsprechend der erreichten Geschwindigkeit wird der Füllungsgrad der in die Aufwölbungen integrierten Trimmkörper so verän dert, daß der Schiffskörper sich vorn geringfügig anhebt. Dieses geringfügige Anheben äußert sich in einem Abweichen von der Waagerechten im einstelli gen Winkelgradbereich und erhöht die Effizienz des Schiffsantriebs erheblich.

Ist nur ein Antriebselement vorhanden und der voranzutreibende Schiffskörper ist relativ kleiner Dimension, so ist dieses regelmäßig mittig am Schiffskörper angeordnet. Eine Lage im Bereich des vorderen Teil des Schiffskörpers ist hier von Vorteil. Sind mehr als eine Antriebseinheit vorhanden, ist eine Lage im Be reich der Aufwölbungen und mit den Trimmkörpern fluchtend zweckmäßig. Bei größeren Schiffskörpern ist es ebenso möglich, mehrere Antriebseinheiten in Längsrichtung anzuordnen, die in Abhängigkeit von der Länge des Schiffs körpers und ihrer eigenen durch die Leistungsauslegung bestimmten Größe schwenkbar angeordnet sind. Alternativ können bei einem Schiffskörper mittle rer Tonnage im Vorschiffsbereich schwenkbare Antriebseinheiten ebenso wie im Heckschiffsbereich angeordnet sein. Durch ein entsprechend einer notwen digen zu fahrenden Kurve vorgewähltes erfolgendes Schwenken einer An triebseinheit (oder mehrerer Antriebseinheiten bei deren entsprechender zweckmäßiger Anordnung) wird der Schiffskörper durch den Vortrieb steuerbar. Damit können auch übliche Querstrahlruder entfallen. Auch die Ruderanlage kann bei derartigen Einheiten entfallen. Bei einem Schwenken um 180 Winkel grad kann die Antriebseinheit die bisherige Fahrt eines derartig ausgerüsteten Schiffskörpers abbremsen. Letzteres kann aber ebenso erfolgen, indem auf ein Verschwenken der Antriebseinheit verzichtet und der die Kreiselpumpe antrei bende E-Motor kurzerhand abgebremst und umgepolt weiterbetrieben wird.

Die Antriebselemente können im Bereich der Rückstoßdüse ebenfalls mit be kannten Leiteinrichtungen zur Ab- und Umlenkung des Druckwasser-Druckluft- Gemisches versehen sein, die steuerbar ausgebildet sind. Damit könnten eben falls die Bereiche Vorderschiff und Hinterschiff strömungsmäßig identisch aus geführt werden, wenn die Voraussetzungen zur Bedienung das gestatten, da die Antriebseinheiten bei Bedarf um 180 Winkelgrad geschwenkt werden kön nen und eine Rückwärtsfahrt mit technisch gleicher Geschwindigkeit wie die Vorwärtsfahrt erfolgen könnte.

Da Wasser inkompressibles Medium ist, ist der Querschnitt der Rückstoßdüse der Antriebseinheit nicht geringer als deren Ansaugstutzen ausgeführt.

Der Elektromotor wird durch eine mitgeführte Batterie oder durch einen auf dem Schiffskörper befindlichen Generator gespeist.

Diese Gestaltung des Schiffskörpers in Verbindung mit dem erfindungsgemä ßen Antriebskonzept verbessert die Effizienz bisher bekannter Prinzipien eines Boots- beziehungsweise Schiffsantriebs. Des weiteren ist das erfindungsge mäße Antriebsprinzip insoweit vorteilhaft einsetzbar, weil auch unter sensiblen Umweltbedingungen ein Schiffs- oder Bootsverkehr möglich ist, wenn ein erfin dungsgemäß zweckentsprechend ausgestalteter Schiffskörper eingesetzt wird.

Die Erfindung soll im folgenden an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Ausbildung eines Bootskör pers für ein kleineres Flußfahrgastschiff mit einer An triebseinheit gemäß Ausführungsbeispiel 1,

Fig. 2 den Querschnitt A-A' der Fig. 1,

Fig. 3 den Querschnitt durch eine erfindungsgemäß aufge bautes Antriebseinheit, wie sie in einem Flußfahr gastschiff gemäß Fig. 1/2 eingebaut ist.

Fig. 4 die Seitenansicht eines erfindungsgemäß gestalteten Schiffskörpers relativer Größe gemäß Ausführungsbei spiel 2,

Fig. 5 den Schnitt B-B' der Fig. 4.

Ausführungsbeispiel 1

Ein Schiffskörper 1 weist in seinem Unterschiffsbereich über die Längsausdeh nung in seiner Längsrichtung parallelverlaufend links und rechts nach unten Aufwölbungen 2 auf, die in Längsrichtung in der Breite des Schiffsbodens zu einander beabstandet sind. Des weiteren sind in diese Aufwölbungen 2 Trimm körper 3 integriert, die mit Luft gefüllt sind und deren Füllungsgrad sich vom Schiffskörper 1 aus steuern läßt.

Weiterhin ist unter dem Schiffskörper 1 eine Antriebseinheit 4 angeordnet, die aus einem Leitrohr für die Wasserführung 7 besteht, indem in einer Aggregate halterung 8 eine dreistufige Hochdruckkreiselpumpe 5 befestigt ist, die von einem Elektromotor 9 angetrieben ist. Eintretendes Wasser wird mit hohem Druck der Mischkammer 10 zugeführt. Über eine Druckluftzuleitung 13 tritt Druckluft hinzu, deren Druck wesentlich über dem Druck der Atmosphäre liegt. In der Mischkammer 10 entsteht ein Wasser-Luft-Gemisch, das mit Druck über die Rückstoßdüse 11 nach hinten austritt. Der Lufteintritt befindet sich kurz hin ter der dreistufig ausgeführten Hochdruckkreiselpumpe 5, da dort der Wasser druck am höchsten ist.

Im weiteren trennen sich Wasser und Luft voneinander. Während die Luft auf schwimmt und für die Entstehung einer einen Vortrieb begünstigenden Trenn schicht zwischen Schiffsboden und Wasseroberfläche sorgt, entsteht durch das mit erheblichem Druck aus der Rückstoßdüse 11 austretende Wasser ein Vor trieb für den Schiffskörper 1.

Antriebseinheiten 4 sind regelmäßig so angeordnet, daß die Symmetrie, bezo gen auf den Schiffskörper 1, gewahrt bleibt. Also ist eine einzige Antriebsein heit mittig unter dem Schiffskörper angeordnet, während beispielhaft 3 Stück zum Zweck der Steuerbarkeit des Schiffskörpers 1 jeweils mittschiffs, ein wei teres im Bereich des Vorderschiffes und das 3. im Hinterschiffsbereich ange ordnet sind mit gleichen Abständen zu den Aufwölbungen 2.

Ausführungsbeispiel 2

Ein Schiffskörper 1 eines Schiffes mittlerer Tonnage verfügt im Bereich jeder der Aufwölbungen 2 über 2 × 4 Stück in Reihe befindliche Trimmkörper 3, die im Wechsel mit 2 × 5 Stück Antriebseinheiten 4 von je 5400 KW und mit diesen fluchtend angeordnet sind.

Im Bereich des Mittelschiffes sind paarweise nebeneinander angeordnete An triebseinheiten 4a starr befestigt. Diese verfügen über starre Ablenkungsein richtungen für den Austritt des Druckwasser-Druckluftgemisches, damit die zu geleitete Druckluft sich insbesondere unter dem Schiffsboden befindet.

Die Antriebseinheiten 4b, die in der Reihung dem Heck- beziehungsweise Bug bereich folgend am nächsten liegend angeordnet sind, weisen verstellbare Ab lenkungseinrichtungen für den Austritt des Druckwasser-Druckluftgemisches auf, so daß die Strahlrichtung veränderbar zum Einleiten einer Veränderung der Fahrtrichtung genutzt werden kann.

Die im Bereich der Enden des Schiffskörpers 1 angeordneten Antriebseinheiten 4c sind schwenkbar ausgebildet, so daß einerseits eine eingeleitete Änderung der Fahrtrichtung weitergehend unterstützend bewirkt wird, andererseits das Schiff bei Wendemanövern auf engstem Raum manövrierfähig ist.

Bezugszeichenliste

1

Schiffskörper

2

Aufwölbungen

3

Trimmkörper

4

Antriebseinheit

5

Hochdruckkreiselpumpe, mehrstufig

6

Ansaugstutzen

7

Leitrohr für Wasserführung

8

Aggregatehalterung

9

Elektro-Motor

10

Mischkammer

11

Rückstoßdüse

12

Elektrozuleitung

13

Druckluftzuleitung

Claims

1. Anordnung zur Erzeugung eines Schiffsvortriebs, bei dem ein Schiffs körper (1) mit flachem Schiffsboden unterhalb seiner Unterwasserlinie nach unten gerichtete Aufwölbungen (2) aufweist und der Vortrieb über Druckwasser erzeugt wird, bei dem

- die Aufwölbungen (2) über die Längsseiten des Schiffsbodens zueinander beabstandet und parallel ausgeführt sind,
- in diese Aufwölbungen (2) hinsichtlich ihres Füllungsgrades steuerbar beaufschlagbare Trimmkörper integriert sind,
- wenigstens eine Antriebseinheit (4) vorhanden ist, die über eine einem Ansaugstutzen nachgelagerte mehrstufige Hochdruckkrei selpumpe (5) mit elektrischem Antrieb verfügt,
- dem Austritt der mehrstufigen Hochdruckkreiselpumpe (5) eine Mischkammer (10) nachgeordnet ist, in die Druckluft eingeführt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der

- mehrere Trimmkörper (3) auf die Längsausdehnung des Schiffs körpers (1) bezogen einen unterschiedlichen Füllungsgrad auf weisen.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der

- die mehrstufige Hochdruckkreiselpumpe (5) umpolbar ausgeführt ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der

- die Antriebseinheiten (4) um eine Vertikale horizontal schwenkbar ausgeführt sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der

- mehrere Trimmkörper (3) sowohl auf den Vorder- und Hinter schiffsbereich als auch auf die Breite des Schiffskörpers (1) be zogen symmetrisch verteilt sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der

- die Antriebseinheiten (4) jeweils paarweise in die Aufwölbungen (2) und mit diesen fluchtend integriert sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der

- die Antriebseinheiten (4) bezogen auf die Fahrtrichtung im Vor derschiffsbereich angeordnet sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der

- die Antriebseinheiten (4) bekannte Leiteinrichtungen zur Ablen kung des aus der Rückstoßdüse (11) austretenden Druckwasser- Druckluft-Gemisches haben.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der

- der Querschnitt der Rückstoßdüse (11) nicht geringer als der Querschnitt des Ansaugstutzens (6) ist.