DE202006010782U1

DE202006010782U1 - Außenbord-Wasserstrahltriebwerk

Info

Publication number: DE202006010782U1
Application number: DE200620010782
Authority: DE
Original assignee: American Hydro Jet Corp
Current assignee: Apex Hydro Jet LLC
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2016-07-13

Abstract

Außenbordwasserstrahlantriebssystem für ein Wasserfahrzeug, das einen Boden und einen Heckspiegel mit einem oberen Rand hat, enthaltend:
– einen Einlasskanal mit Gitterstäben;
– einen Motor;
– ein Laufrad mit einer Laufradnabe, das von dem Motor angetrieben ist;
– eine Steuerablenkplatte; und
– einen Diffusor mit einer Diffusornabe, die fest an den Einlasskanal angebracht ist und die Steuerablenkplatte trägt;
wodurch das Antriebssystem außerhalb des Wasserfahrzeugs an dem Heckspiegel angeordnet ist und das Steuern des Wasserfahrzeugs durch Verschwenken der Steuerablenkplatte erreicht wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf mit Wasserstrahltriebwerken betriebene Wasserfahrzeuge und insbesondere auf Außenbord-Wasserstrahlantriebssysteme für solche Wasserfahrzeuge.
Hintergrund der Erfindung
Wasserstrahl-Schiffstriebwerke haben viele Vorteile beim Antrieb von Wasserfahrzeugen, wie beispielsweise höhere Sicherheit, geringer Tiefgang und hervorragende Manövrierbarkeit. Ein Nachteil konventioneller Wasserstrahlsysteme ist jedoch der große Platzbedarf des Motors und des Getriebes, die typischerweise vor dem Wasserstrahltriebwerk innerhalb des Schiffs angeordnet sind. Der Motor treibt das Wasserstrahltriebwerk über ein Getriebe an, das die Drehzahl des Motors an die des Wasserstrahltriebwerks anpasst. Eine Antriebswelle mit flexiblen Kupplungselementen an jedem Ende, ein Wellenrohr und eine Wasserdichtung verbinden das Getriebe mit dem Laufrad des Wasserstrahltriebwerks. Die Welle und das Wellenrohr laufen durch den Einlasskanal des Wasserstrahltriebwerks, was die Wasserströmung im Einlasskanal zum Laufrad behindert, wodurch der Wirkungsgrad des Wasserstrahltriebwerks herabgesetzt wird. Das US-Patent 5 421 753 zeigt eine solche Antriebsanordnung. Die Platzierung des Einlasskanals innerhalb des Schiffs nahe dem Heckspiegel erfordert Spezialwerkzeuge und Fachkenntnisse auf Seiten des Wasserstrahltriebwerksherstellers, des Schiffbauers oder des Nachrüsters. Bei konventionellen Wasserstrahltriebwerkssystemen ist das Reinigen des Einlassgitters, das das Wasserstrahltriebwerk gegen angesaugten Schmutz schützt, häufig eine extrem beschwerliche Arbeit, einfach weil es schwierig ist, das Einlassgitter zu erreichen, wenn das Wasserstrahltriebwerk sich in seiner dauerhaft installierten Position im Schiff befindet.
Konventionelle Außenbordmotore sind im Allgemeinen schwer, laut und teuer. Ein Großteil der Kosten ist durch die Kraftübertragungsverbindung zwischen dem Antriebskopf und dem Propeller bedingt, und die Komponenten dieser Verbindung bestehen notwendigerweise aus Metall.
Häufig kaufen Benutzer konventioneller Außenbordmotore auch einen Elektromotor für Schleichfahrt sowohl aus Gründen der Annehmlichkeit als auch für die eigentliche Schleich fahrt. Diese Kombination, die von den meisten Fischern als Notwendigkeit angesehen wird, belastet den Benutzer mit weiteren Kosten.
In den letzten Jahren hat sich die Batterietechnologie schnell bis zu dem Punkt entwickelt, bei dem die gespeicherten Energiedichten gewisser Batterien einen elektrischen Antrieb von Wasserfahrzeugen möglich gemacht haben. Weiterhin ermöglichen die Fortschritte in der Halbleiterschaltungstechnologie zahlreiche Elektromotorentwicklungen, die in der Vergangenheit nicht möglich gewesen wären.
Aufgaben der Erfindung
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Wasserstrahlantriebssystem zur Verwendung bei allen Wasserfahrzeugen anzugeben, die gegenwärtig durch konventionelle Außenbordmotore angetrieben werden können.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, den Wirkungsgrad von Außenbord-Schiffsantriebseinheiten zu steigern.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Außenbordantriebssystem anzugeben, das sicherer ist, als konventionelle Außenbordmotore.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Außenbordantriebssystem anzugeben, das leichter und kompakter als konventionelle Außenbordmotore ist.
Eine noch weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Außenbord-Wasserstrahltriebwerk für Wasserfahrzeuge anzugeben, das von elektrischem Strom angetrieben ist.
Eine noch weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Schleichfunktion mit der Antriebsfunktion in einem Außenbord-Wasserstrahlantriebssystem zu kombinieren.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Außenbord-Antriebssystem anzugeben, das leiser als übliche Außenbordmotore ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Außenbordantriebssystem anzugeben, das von der Bedienperson leicht gereinigt werden kann. Eine noch weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Wasserstrahlantriebssystem anzugeben, das jegliches Durchdringen des Schiffsrumpfes durch einen Einlasskanal vermeidet.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung gehen aus den folgenden Beschreibungen und aus den Zeichnungen hervor.
Übersicht über die Erfindung
Die Erfindung ist ein Außenbordwasserstrahlantriebssystem für ein Wasserfahrzeug, das einen Boden und einen Heckspiegel mit einem oberen Rand hat, wobei das Antriebssystem enthält: einen Ansaugkanal mit Gitterstäben; einen Motor; ein Laufrad mit einer Laufradnabe, das durch den Motor angetrieben ist; eine Steuerablenkplatte; und einen Diffusor mit einer Diffusornabe, die fest an dem Einlasskanal angebracht ist und die Steuerablenkplatte trägt. Das Antriebssystem ist außerhalb des Schiffs am Heckspiegel angeordnet, und das Steuern des Schiffs wird durch Verschwenken der Steuerablenkplatte erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Außenbordwasserstrahlantriebssystem weiterhin eine Heckspiegelklemme und einen Montagebügel zum schwenkbaren Anbringen des Wasserstrahlantriebssystems an der Heckspiegelklemme um eine horizontale Achse nahe dem oberen Rand des Heckspiegels.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Außenbordwasserstrahlantriebssystem weiterhin: ein unteres Schwenklager parallel zu einer horizontalen Achse, das den Einlasskanal schwenkbar hält; einen Trimmeinsteller, der den Einlasskanal mit dem Montagebügel verbindet; und einen Höheneinsteller zum vertikalen Bewegen des unteren Schwenklagers. Die vertikale Position des Antriebssystems wird eingestellt und der Trimmwinkel des Antriebssystems um das untere Schwenklager wird eingestellt.
In einer hoch bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Außenbordwasserstrahlantriebssystem auch einen Heckspiegeladapter, der an dem Einlasskanal befestigt ist. Der Heckspiegeladapter ist im Wesentlichen mit dem Boden bündig und schafft eine glatte, laminare Strömung zwischen dem Boden am Heckspiegel und dem Einlasskanal.
In einer weiteren hoch bevorzugten Ausführungsform enthält der Heckspiegeladapter die Einlassgitterstäbe und ist schwenkbar am Einlasskanal um eine horizontale Achse angebracht.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Motor innerhalb des Außenbordwasserstrahlantriebssystems eine Maschine mit innerer Verbrennung. Diese Ausführungsform der Erfindung enthält weiterhin eine Antriebswelle zum Übertragen der Ausgangsleistung der Maschine durch den Diffusor und eine 90°-Kegelradgetriebeanordnung, die durch die Antriebswelle angetrieben ist und das Laufrad mit einer Laufradwelle innerhalb der Diffusornarbe und/oder der Laufradnarbe trägt. Die Kegelradgetriebeanordnung enthält wenigstens zwei Kegelzahnräder und wenigstens zwei Lager, die die Laufradwelle abstützen.
In einer hoch bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Motor des Außenbordwasserstrahlantriebssystems ein Elektromotor. Bei manchen Ausführungsformen befindet sich der Elektromotor innerhalb der Diffusornabe und/oder der Laufradnabe.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Teilschnittansicht eines Wasserfahrzeugs mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Außenbordwasserstrahltriebwerks. Das Wasserstrahltriebwerk wird durch einen inneren Elektromotor angetrieben.
2 ist eine Teilschnittansicht des Schiffs und des Wasserstrahltriebwerks von 1, mit dem Wasserstrahltriebwerk in angehobener Stellung.
3a bis 3f zeigen zwei Ausführungsformen eines Heckspiegeladapters.
4 ist eine Rückansicht von drei Wasserstrahltriebwerkseinheiten mit Heckspiegeladaptern, an einem Schiffsheckspiegel installiert.
5 ist eine Teilschnittansicht einer zweiten Ausführungsform des Erfindungsgemäßen Wasserstrahltriebwerkssystems mit einem externen Motor und der entsprechenden Kraftübertragungseinrichtung.
Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Es wird auf 1 Bezug genommen. Ein Wasserfahrzeug 1 mit einem Heckspiegel 2 und einem Boden 3 ist mit einem am Heckspiegel 2 montierten Außenbord-Wasserstrahlantriebssystem 10 dargestellt. Das System 10 ist an dem Heckspiegel 2 mit einer Heckspiegelklemme 4 und einem Montagebügel 5 montiert. Der Montagebügel 5 ist an der Heckspiegelklemme 4 über ein Schwenklager 6 schwenkbar angebracht, um ein Herausschwenken des Systems 10 aus dem Wasser zu ermöglichen, wenn es nicht in Gebrauch ist, wie in 2 dargestellt.
Ein unteres Schwenklager 7 hält einen Einlasskanal 8. Das Schwenklager 7 hängt am Montagebügel 5 über einen Höheneinsteller 9 und einen Trimmeinsteller 11. Der Höheneinstel ler 9 ermöglicht es, die Position des unteren Schwenklagers 7 relativ zum Boden 3 des Schiffs 1 einzustellen. Der Trimmeinsteller 11 ermöglicht es, die Winkelausrichtung des Systems 10 gegenüber dem Heckspiegel 2 einzustellen. Diese Höhen- und Winkeleinstellungen erlauben ein Positionieren und Ausrichten des Systems 10 derart, dass der Boden des Einlasskanals 8 auf den Boden 3 ausgerichtet und mit diesen im Wesentlichen bündig ist. In dieser Position und Ausrichtung ist die Wasserströmung zwischen dem Boden 3 am Heckspiegel 2 nicht turbulent, was ein Zustand ist, der für den effektiven Wasserstrahlbetrieb vorteilhaft ist.
Das System 10 pumpt Wasser durch den Einlasskanal 8 hindurch unter der Wirkung des Laufrades 12, das von einem (nicht gezeigten) innerhalb einer Diffusornabe (Bezugszeichen 14 in 1 dieser Anmeldung) angetrieben ist, wie in der gemeinsam besessenen und gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung in den Vereinigten Staaten, Aktenzeichen ... des Titels „Waterjet with internal drive motor" beschrieben. Das Wasser strömt weiter durch einen Diffusor 13 und tritt durch eine Steuerablenkplatte 15 aus, wodurch sowohl Vortrieb als auch Steuerung des Schiffs bewirkt werden.
Wieder Bezug nehmend auf 1 ist ein Heckspiegeladapter 16 schwenkbar durch das untere Schwenklager 7 am Einlasskanal 8 angebracht. Am Heckspiegeladapter 16 sind Einlassgitterstäbe 17 befestigt. Die Gitterstäbe 17 verhindern das Ansaugen von Schmutz in das System 10. In der in 2 gezeigten angehobenen Stellung ist der Heckspiegeladapter 16 frei, um das untere Schwenklager 7 zu schwenken, wodurch es der Bedienperson möglich ist, Schmutz von den Gitterstäben 17 zu lösen und diese zu reinigen.
Das untere Schwenklager 7 kann einen lösbaren Zapfen am Heckspiegeladapter 7 verwenden, der einfach auszutauschen ist, um bei Beschädigung ersetzt zu werden oder um das System 10 an ein Wasserfahrzeug unterschiedlicher Bodengeometrie anzupassen. Der Heckspiegeladapter 7 kann zum Zwecke dieser Anpassung in zahlreichen unterschiedlichen Geometrien ausgebildet sein. Wie in den 3a bis 3f gezeigt, sind zwei solcher unterschiedlicher Geometrien des Heckspiegeladapters 7 dargestellt. 3a bis 3c zeigen einen Heckspiegeladapter 16a, der für ein Antriebssystem 10 bestimmt ist, das in der Mittenlinie des Schiffs 1 angebracht ist. Die 3d bis 3f zeigen einen Heckspiegeladapter 16b, der für ein Antriebssystem 10 bestimmt ist, das (nach vorn gesehen) links von der Schiffsmittenlinie angebracht ist. In allen Fällen sind die Heckspiegeladapter in der Lage, so positioniert und ausgerichtet zu werden, dass die gewünschte nicht-turbulente Einströmung in den Einlasskanal 8 erreicht wird.
4 zeigt eine Rückansicht, wie die zwei unterschiedlichen Geometrien von Heckspiegeladaptern 16a und 16b an die Gestalt des Bodens 3 des Schiffs 1 angepasst sind. Zahlreiche Heckspiegeladapter können hergestellt werden, um zu Wasserfahrzeugen aller Typen zu passen, die auf dem Markt verfügbar sind.
Es wird nun auf 5 Bezug genommen, die eine Teilschnittansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserstrahlantriebssystems ist, das von einem äußeren Motor über ein Kraftübertragungssystem angetrieben ist. Das Antriebssystem 50 enthält einen äußeren Motor 51, der eine Maschine mit innerer Verbrennung, ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor sein kann. Der äußere Motor 51 treibt das Laufrad 12 über eine Kegelradgetriebeanordnung 52, die in einer Diffusornabe 14 angeordnet ist, über eine Antriebswelle 53. Die Antriebswelle 53 läuft durch eine Seite des Diffusors 13 und treibt eine Laufradwelle 54 an, die das Laufrad 12 trägt.
Die Kegelradgetriebeanordnung 52 enthält 4 Kegelzahnräder (zwei Kegelzahnritzel 56a und 56b und zwei Kegelzahnräder 55a und 55b), um Kraft über einen rechten Winkel zu übertragen, um die Welle 53 anzutreiben. Auf der Laufradwelle 54 ist mittels eines Vielkeils eine Kupplung 57 angebracht, um eines der Kegelräder 55a oder 55b mit der Laufradwelle 54 in Eingriff zu bringen, um Vorwärts- oder Rückwärtsströmung auszuwählen. Das Kegelzahnritzel 56a ist ein angetriebenes Zahnrad, und das Kegelzahnritzel 56b ist ein leerlaufendes Zahnrad. Rückwärtsströmung dient zum Rückspülen des Einlasskanals 8 und des Einlassgitters 17.
Während die Prinzipien dieser Erfindung im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsformen beschrieben worden sind, sollte doch eindeutig verstanden werden, dass diese Beschreibungen nur beispielhaft gegeben sind und den Schutzbereich der Erfindung nicht beschränken sollen.

Claims

Außenbordwasserstrahlantriebssystem für ein Wasserfahrzeug, das einen Boden und einen Heckspiegel mit einem oberen Rand hat, enthaltend: – einen Einlasskanal mit Gitterstäben; – einen Motor; – ein Laufrad mit einer Laufradnabe, das von dem Motor angetrieben ist; – eine Steuerablenkplatte; und – einen Diffusor mit einer Diffusornabe, die fest an den Einlasskanal angebracht ist und die Steuerablenkplatte trägt; wodurch das Antriebssystem außerhalb des Wasserfahrzeugs an dem Heckspiegel angeordnet ist und das Steuern des Wasserfahrzeugs durch Verschwenken der Steuerablenkplatte erreicht wird.
Außenbordwasserstrahlantriebssystem nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend: – eine Heckspiegelklemme und einen Montagebügel zum schwenkbaren Anbringen des Wasserstrahlantriebssystems an der Heckspiegelklemme um eine horizontale Achse nahe dem oberen Rand des Heckspiegels.
Außenbordwasserstrahlantriebssystem nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend: – ein unteres Schwenklager parallel zu einer horizontalen Achse, das den Einlasskanal schwenkbar hält; – einen Trimmeinsteller, der den Einlasskanal mit dem Montagebügel verbindet; und – einen Höheneinsteller zum vertikalen Bewegen des unteren Schwenklagers, wodurch die vertikale Position des Antriebssystems eingestellt wird und der Trimmwinkel des Antriebssystems um das untere Schwenklager eingestellt wird.
Außenbordwasserstrahlantriebssystem nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend: – einen Heckspiegeladapter, der an dem Einlasskanal angebracht ist, wodurch der Heckspiegeladapter im Wesentlichen bündig mit dem Boden ist und eine glatte laminare Strömung zwischen dem Boden am Heckspiegel und dem Einlasskanal ergibt.
Außenbordwasserstrahlantriebssystem nach Anspruch 4, wobei der Heckspiegeladapter Einlassgitterstäbe enthält.
Außenbordwasserstrahlantriebssystem nach Anspruch 4, bei dem der Heckspiegeladapter um eine horizontale Achse schwenkbar an dem Einlasskanal angebracht ist.
Außenbordwasserstrahlantriebssystem nach Anspruch 1, bei dem der Motor eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung ist.
Außenbordwasserstrahlantriebssystem nach Anspruch 7, weiterhin enthaltend: – eine Antriebswelle zum Übertragen der von der Maschine abgegebenen Kraft durch den Diffusor; und – eine 90°-Kegelradgetriebeanordnung, die von der Antriebswelle angetrieben ist und das Laufrad mit einer Laufradwelle innerhalb der Diffusornabe und/oder der Laufradnabe trägt.
Außenbordwasserstrahlantriebssystem nach Anspruch 8, bei dem die Kegelradgetriebeanordnung enthält: – wenigstens zwei Kegelzahnräder; und – wenigstens zwei Lager, die die Laufradwelle lagern.
Außenbordwasserstrahlantriebssystem nach Anspruch 1, bei dem der Motor ein Elektromotor ist.
Außenbordwasserstrahlantriebssystem nach Anspruch 10, bei dem sich der Elektromotor innerhalb der Diffusornabe und/oder der Laufradnabe befindet.