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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein Wasserfahrzeug mit wenigstens einem durch ein Rohrgehäuse begrenzten Wasserströmungskanal, wobei das Rohrgehäuse an jedem Endbereich wenigstens eine Öffnung des Wasserströmungskanals aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Wasserfahrzeug mit einer entsprechenden Vorrichtung.
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Mit derartigen in oder an Wasserfahrzeugen, insbesondere Schiffen, vorgesehenen Wasserströmungskanälen sollen Vor- und Antrieb der Wasserfahrzeuge verbessert werden, in dem deren Verdrängung reduziert ist. Diese Wasserströmungskanäle werden bevorzugt mit Antrieben beziehungsweise Hilfsantrieben der Wasserfahrzeuge kombiniert, um durch die Wasserströmungskanäle hindurchströmendes Wasser zusätzlich zum Vortrieb des Schiffes zu nutzen. Dazu werden in den Wasserströmungskanälen Propeller, Turbinen oder dergleichen vorgesehen, die hindurchströmendes Wasser beschleunigen. Neben einem besonders effektiven Antrieb wird aufgrund gestiegener Energie- und Treibstoffpreise jedoch zunehmend auch auf einen energieeffizienten beziehungsweise allgemein verbrauchsarmen Betrieb von Wasserfahrzeugen geachtet, um anfallende Betriebskosten möglichst gering zu halten.
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Ausgehend von den Wasserströmungskanälen und dem damit verbesserten Antrieb, ist es Aufgabe der Erfindung, einen besonders energieeffizienten Betrieb eines Wasserfahrzeugs mit möglichst geringem Energieeinsatz zu ermöglichen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung für ein Wasserfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Wasserströmungskanal wenigstens ein Energiewandler angeordnet ist. Während ein die Vorrichtung aufweisendes Wasserfahrzeug auf beziehungsweise in dem Wasser fährt, strömt ein Teil des von dem Wasserfahrzeug verdrängten Wassers in den Wasserströmungskanal und treibt den Energiewandler an. Über den Energiewandler kann dann durch die Wasserströmungskanäle hindurch strömendes Wasser auf einfache Weise zur Energiegewinnung genutzt werden, wobei gleichzeitig der Vortrieb und der Antrieb des Wasserfahrzeugs verbessert wird.
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Der Energiewandler ist dabei vorteilhafterweise als Wasserrad oder dergleichen ausgebildet. Anstatt eines Wasserrades können beispielsweise auch ein Schaufelrad, eine Schraube oder eine Turbine vorgesehen sein. Das in dem Wasserströmungskanal fließende Wasser drückt dann gegen wenigstens eine Anströmfläche des Energiewandlers und versetzt diesen in Drehung. Die mit dem Energiewandler erzeugbare Leistung ist daher von der Menge des durchströmenden Wassers und vor allem dessen Fließgeschwindigkeit abhängig.
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Weiter ist dem Energiewandler eine Generatoreinheit zugeordnet, die vorzugsweise über eine Welle kraftübertragend mit dem Energiewandler verbunden ist. Der so erzeugte Strom kann beispielsweise für Beleuchtung, Kühlung und/oder andere Energie- beziehungsweise Stromverbraucher des Wasserfahrzeugs verwendet werden.
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Nach einer Weiterbildung ist zudem vorgesehen, dass dem Wasserströmungskanal wenigstens ein Hilfsantrieb eines Wasserfahrzeugs zugeordnet ist, wobei dessen Propeller in dem Wasserströmungskanal angeordnet ist. Mit dem in dem Wasserströmungskanal angeordneten Propeller kann aus dem Wasserströmungskanal ausströmendes Wasser zu einem Wasserstrahl beschleunigt werden, so dass ein besonders effektiver Vortrieb des mit der Vorrichtung ausgerüsteten Wasserfahrzeugs gewährleistet ist. Über den Propeller wird dann auch ein Sog bei in den Wasserströmungskanal einströmendem Wasser erzeugt, durch den eine, insbesondere bei schneller Fahrt, entstehende, das Wasserfahrzeug bremsende Bugwelle zusätzlich verkleinert wird. Die verkleinerte Bugwelle führt dabei zu einer nochmals geringeren Verdrängung des Wasserfahrzeugs. Zudem ist in Kombination mit dem Hilfsantrieb und dem dann schneller strömenden Wasser mehr Leistung mit dem Energiewandler erreichbar, so dass insgesamt mehr Energie beziehungsweise Strom für eine weitere Nutzung bereitgestellt werden kann.
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Eine optimierte Strömung des Wassers in dem Wasserströmungskanal wird zudem dadurch erreicht, dass dieser einen sich gegenüber seinen Endbereichen zum Propeller hin verengenden Querschnitt aufweist. Der Wasserströmungskanal ist dabei bevorzugt von beiden Endbereichen ausgehend konisch ausgebildet, wobei der Querschnitt der an den Endbereichen vorgesehenen Öffnungen bevorzugt circa 110% und 105% des Querschnitts am Propeller beträgt.
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Der Hilfsantrieb weist vorteilhafterweise einen Dieselmotor und/oder einen Elektromotor auf, wobei je nach Größe des Wasserfahrzeugs, für das die Vorrichtung vorgesehen ist, eine angepasste Motorenkombination beziehungsweise eine angepasste Betriebsweise der Motoren möglich ist. Insbesondere kann dabei auch vorgesehen sein, dass der Elektromotor teilweise über den Energiewandler mit Strom versorgbar ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wasserströmungskanal innenliegend in einen Rumpf eines Wasserfahrzeugs integriert. Das damit ausgerüstete Wasserfahrzeug, insbesondere Schiff, weist dann auch mit dem Wasserströmungskanal eine strömungstechnisch vorteilhafte Rumpfform auf, wobei der Wasserströmungskanal mit den Öffnungen aus dem Rumpf unterhalb von dessen Wasserlinie nach außen geführt ist. Die Öffnungen für durch den Wasserströmungskanal hindurch strömendes Wasser sind somit von außen sichtbar beziehungsweise zugänglich. Bei einer entsprechenden Anordnung in einem Rumpf können die Generatoreinheit und/oder der Dieselmotor beziehungsweise der Elektromotor zudem unmittelbar an das Rohrgehäuse des Wasserströmungskanals angesetzt werden, so dass eine einfache Kraftübertragung beispielsweise zwischen Generatoreinheit und Energiewandler erreicht ist.
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Um Nachteile bezüglich eines dann beispielsweise verringerten Laderaumvolumens eines Frachtschiffes zu vermeiden, ist nach einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung vorgesehen, dass der Wasserströmungskanal außenseitig an dem Wasserfahrzeug unterhalb von dessen Wasserlinie angeordnet ist. Generatoreinheit und/oder Motor sind dann entweder in beziehungsweise auf dem Schiff positioniert und über Wellen mit dem Energiewandler beziehungsweise dem Propeller verbunden. Werden Generatoreinheit und Diesel- beziehungsweise Elektromotor direkt am unterhalb der Wasserlinie betriebenen Wasserströmungskanal angeordnet, müssen diese aufwendig abgedichtet werden und deren Zugänglichkeit, beispielsweise für Wartungsarbeiten und Reparaturen, ist unnötig erschwert.
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Insbesondere kann der Wasserströmungskanal auch in einer Einbuchtung eines Rumpfes des Wasserfahrzeugs angeordnet sein, um einen möglichst geringen Strömungswiderstand zu bieten. Weiterhin kann das Rohrgehäuse des Wasserströmungskanals mit wenigstens einem verschwenkbaren Hebelarm verbunden sein, über den der Wasserströmungskanal an ein Wasserfahrzeug anlenkbar ist, so dass die Wasserströmungskanäle in bestimmten Fahrsituationen hochklappbar sind. Entsprechende Fahrsituationen bestehen beispielsweise in Schleusen oder beim Anlegen, insbesondere, wenn das Gehäuse des Wasserströmungskanals seitlich von dem Rumpf absteht. Beim Anlegen kann alternativ auch ein entsprechender Fender vorgesehen werden, der einen zwischen Schiff und Kaimauer benötigten Abstand sicherstellt, so dass der seitlich zu dem Rumpf angeordnete Wasserströmungskanal vor Beschädigungen geschützt ist.
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Um ein Eindringen von Luft in die Wasserströmungskanäle beispielsweise bei stürmischer See bzw. bei Vorliegen von Eisschollen im Wasser zu verhindern, ist vorgesehen, dass die Öffnungen des Wasserströmungskanals verschließbar sind. Durch Luft verursachte Kavitation kann somit in den Wasserströmungskanälen weitestgehend vermieden werden. Auch ist ein Schutz gegen Fremdkörper durch mit Gittern oder dergleichen versehene Öffnungen möglich.
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Die Erfindung betrifft weiterhin auch ein Wasserfahrzeug mit einer vorbezeichneten Vorrichtung. Dabei ist der Wasserströmungskanal vorteilhafterweise unterhalb von dessen Wasserlinie angeordnet und führt in Längsrichtung des Wasserfahrzeugs von dessen Bug zu dessen Heck.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
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1: eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Wasserströmungskanal;
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2: einen Längsschnitt durch den Wasserströmungskanal der Vorrichtung gemäß 1;
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3: ein erstes Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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4: eine erste Ansicht eines zweiten Anwendungsbeispiels der Vorrichtung;
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5: eine zweite Ansicht des zweiten Anwendungsbeispiels gemäß 4; und
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6: ein drittes Anwendungsbeispiel der Vorrichtung.
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1 zeigt einen von einem Rohrgehäuse 1 begrenzten Wasserströmungskanal 2 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. In diesem Wasserströmungskanal 2 sind zwei Energiewandler 3, 3' angeordnet, denen jeweils eine Generatoreinheit 4, 4' zugeordnet ist, wobei die Energiewandler 3, 3' jeweils über eine Welle 5, 5' mit der jeweiligen Generatoreinheit 4, 4' kraftübertragend verbunden sind. Weiter ist dem Wasserströmungskanal 2 ein Hilfsantrieb 6 zugeordnet. Dieser Hilfsantrieb 6 besteht aus einem in dem Wasserströmungskanal 2 angeordneten Propeller 7 sowie einem Dieselmotor 8 und einem Elektromotor 9, die über ein Getriebe 10 miteinander gekoppelt sind. An seinen Endbereichen weist das Rohrgehäuse 1 des Wasserströmungskanals 2 zudem je eine Öffnung 11, 12 auf. Weiter weist der Wasserströmungskanal 2 an den Öffnungen 11, 12 einen Querschnitt auf, der sich jeweils zum Propeller 7 hin konisch verengt.
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Wie insbesondere aus 2 hervorgeht sind die Energiewandler 3, 3' und der Propeller 7 gleichmäßig in dem Wasserströmungskanal 2 über dessen Länge verteilt. Weiter ist zu erkennen, dass die Energiewandler 3, 3' als Wasserräder 13 mit parallel zueinander ausgerichteten Rotationsachsen ausgebildet sind. Jedes der Wasserräder 13 ist dabei mit einer Halbseite in einer Ausbuchtung 14 des Wasserströmungskanals 2 angeordnet, so dass jeweils immer nur eine Halbseite von Wasser anströmbar ist. In dem Wasserströmungskanal 2 ist zudem eine Hauptströmungsrichtung für durchströmendes Wasser vorgegeben, die mit Pfeilen A gekennzeichnet ist, wobei die Energiewandler 3, 3' dem Propeller 7 in Hauptströmungsrichtung vorgeschaltet sind.
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3 zeigt in einem Anwendungsbeispiel zwei in einen Rumpf 15 eines Wasserfahrzeugs 16 integrierte Wasserströmungskanäle 2, 2' entsprechend 1 und 2. Die Wasserströmungskanäle 2, 2' führen in Längsrichtung des Wasserfahrzeugs 16 von dessen Bug 17 zu dessen Heck 18, wobei je Wasserströmungskanal 2, 2' am Bug 17 und am Heck 18 eine Öffnung 11, 12 ausgebildet ist. Dabei sind die Öffnungen 11 am Bug 17 seitlich Richtung Mittschiff versetzt, um eine strömungstechnisch vorteilhafte Anpassung an den Rumpf 15 zu erreichen. Im Bug 17 ist zudem noch ein Querstrahlruder 19 vorgesehen. Am Heck 18 enden die Wasserströmungskanäle 2, 2' mit den Öffnungen 12 auf Höhe eines mittig zwischen den Wasserströmungskanälen 2, 2' angeordneten Hauptantriebs 20 des Wasserfahrzeugs 16. Die Hauptströmungsrichtung des Wassers ist wie in 2 mit Pfeilen A gekennzeichnet und vom Bug 17 zum Heck 18 gerichtet.
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Ein weiteres Anwendungsbeispiel der Vorrichtung ist in 4 und 5 dargestellt. Bei diesem ist der Wasserströmungskanal 2 in 4 außenseitig an dem Wasserfahrzeug 16 unterhalb von dessen Wasserlinie 21 gehalten und verschwenkbar zu dem Wasserfahrzeug 16 an dieses angelenkt. Dazu ist seitlich an dem Wasserfahrzeug 16 ein Hebelarm 22 vorgesehen, der den Wasserströmungskanal 2 mit dem Wasserfahrzeug 16 verbindet. Um Beschädigungen des Wasserströmungskanals 2 der Vorrichtung in beispielsweise Schleusen beziehungsweise an Kaimauern 23 zu vermeiden kann dieser mit dem Hebelarm 22 wie in 5 dargestellt verschwenkt werden, so dass der gesamte Wasserströmungskanal 2 über die Wasserlinie 21 und damit aus dem Wasser gehoben wird. Alternativ kann auch ein Fender 24 gemäß 4 eingesetzt werden.
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6 zeigt in Einbuchtungen 25 eines Rumpfes 15 angeordnete Rohrgehäuse 1 von Wasserströmungskanälen 2, 2'.
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Bei Betrieb sind die Wasserströmungskanäle 2, 2' geflutet, wobei Wasser über die Öffnungen 11 einströmt. Das Wasser wird dabei durch den Propeller 7 angesogen und beschleunigt über die Öffnungen 12 ausgestoßen. Die von dem Wasser angeströmten Energiewandler 3, 3' machen die in dem Wasser enthaltene Energie dann über die Generatoreinheiten 4, 4' als Strom nutzbar.
