DE202014003766U1

DE202014003766U1 - Wasserfahrzeug mit elektrischem Antrieb

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Publication number: DE202014003766U1
Application number: DE201420003766
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2024-05-01
Also published as: DE102015004898A1

Abstract

Wasserfahrzeug, umfassend einen Fahrzeugkörper, der geeignet ist, auf einer Wasseroberfläche zu schwimmen, mindestens einen Elektromotor zum Antrieb des Wasserfahrzeugs, und mindestens einen Energiespeicher zur Versorgung des mindestens einen Elektromotors mit elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Energiespeicher in mindestens einem Torpedo angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Wasserfahrzeuge mit elektrischem Antrieb, insbesondere Wasserfahrzeuge mit elektrischem Antrieb, die zum Transport von Personen geeignet sind.
Hintergrund der Erfindung
Im Stand der Technik sind verschiedenste Wasserfahrzeuge mit elektrischem Antrieb bekannt. So sind Elektroboote bekannt, die einen Verdrängerrumpf mit einer Länge von üblicherweise 5 m bis 8 m und einen Elektromotor mit einer Leistung von 400 bis 8000 Watt haben. Derartige Elektroboot sind meist mit Bleibatterien oder AGM-Batterien (= Absorbent-Glas-Mat-Batterien) ausgestattet, die jedoch ein sehr hohes Gewicht haben. Eine typische AGM-Batterie mit 12 V und 260 Ah wiegt etwa 75 kg, und für einen Elektromotor mit 5000 Watt Leistungsaufnahme werden üblicherweise 4 Batterien in Reihe geschaltet, um eine Betriebsspannung von 48 V zu erreichen. Damit haben alleine die Batterien ein Gewicht von 300 kg, so dass das Boot, das für 4 bis 10 Personen geeignet ist insgesamt ein Gewicht von etwa 500 bis 800 kg hat. Die maximal erreichbare Geschwindigkeit ist bei Verdrängerbooten durch die sogenannte Rumpfgeschwindigkeit v begrenzt, die abhängig von der Länge der Wasserlinie l_w1 des Bootes ist, entsprechend der folgenden Formel:
Die Rumpfgeschwindigkeit beträgt daher für einen Rumpf mit einer Länge der Konstruktionswasserlinie von 10 Meter etwa 7,7 Knoten = 14,2 km/h. Bei kürzeren Booten ist die Rumpfgeschwindigkeit entsprechend langsamer.
Es sind auch Elektroboot mit Gleiter- oder Halbgleiterrümpfen bekannt, die mit Elektromotoren mit einer Leistung von 8000 W bis zu 100 kW ausgestattet sind. Zur Energieversorgung sind jedoch Lithium-Ionen-Batterien erforderlich, die zwar im Gegensatz zu AGM-Batterien ein viel geringeres Gewicht haben, jedoch auch um ein Vielfaches teurer sind. Außerdem bringen manche Lithium-Ionen-Batterien aufgrund der hohen Energiedichte auch eine Brandgefahr mit sich. Bei derartigen Elektrobooten ist die Gesamtkonzeption für Kunden entscheidend, wobei meist ein Kompromiss gefunden werden muss zwischen verschiedenen Faktoren, insbesondere der Länge des Bootes, dessen Gesamtgewicht, dessen Nutzlast, dessen maximal erreichbarer Geschwindigkeit, dessen Batteriekapazität und schließlich den Gesamtkosten.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorlegenden Erfindung, ein Wasserfahrzeug mit elektrischem Antrieb zu schaffen, das möglichst energieeffizient ist, und das gleichzeitig eine relativ hohe Geschwindigkeit erreichen kann. Diese Aufgabe wird durch ein Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug, umfasst einen Fahrzeugkörper bzw. einen Fahrzeugrumpf, der geeignet ist, auf einer Wasseroberfläche zu schwimmen, mindestens einen Elektromotor zum Antrieb des Wasserfahrzeugs, und mindestens einen Energiespeicher zur Versorgung des mindestens einen Elektromotors mit elektrischer Energie. Der mindestens eine Energiespeicher ist in mindestens einem Torpedo angeordnet. Auf diese Weise können relativ schwere Batterien als Energiespeicher verwendet werden, die im Torpedo angeordnet sind, wobei der Auftrieb des Torpedos das relativ hohe Gewicht der Batterien teilweise oder vollständig kompensieren kann. Damit ist es auch möglich, schwerere und technisch weniger aufwändigere AGM-Batterien zu verwenden, wobei die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien nach der vorliegenden Erfindung ebenfalls möglich ist.
Ein Torpedo, der sich nicht nur im Ruhezustand, sondern auch im Fahrzustand des Wasserfahrzeugs vollständig unterhalb der Wasseroberfläche befindet, ist in seiner Geschwindigkeit nicht durch eine maximal erreichbare Rumpfgeschwindigkeit begrenzt. Mit der vorliegenden Erfindung sind daher, wie im Folgenden im Einzelnen erläutert wird, verschiedenste Bootskonzepte möglich, um eine hohe Energieeffizient und/oder eine relativ hohe Bootsgeschwindigkeit zu erreichen.
Zur Klarstellung sei ausgeführt, dass ein Torpedo im Sinne der vorliegenden Erfindung eine wasserdichte oder gegenüber Wassereintritt abdichtbare bzw. abgedichtete Einheit bildet. Verbindungsstreben zum Bootsrumpf sollen nicht als Bestandteil des Torpedos betrachtet werden. Ein Torpedo kann einen runden Querschnitt, einen rechteckigen Querschnitt (ggfs. mit abgerundeten Ecken) oder einen ovalen Querschnitt aufweisen.
Vorzugsweise ist der Torpedo mit dem in ihm angeordneten Energiespeicher sowie mit optional vorhandenen Ein- und/oder Anbaueinheiten (wie z. B. Ladegerät, Elektromotor, Tanks, Wasserkühlung, etc.) derart ausgestaltet, dass dessen Eigengewicht durch seinen Auftrieb kompensiert wird.
Insbesondere ist der Torpedo mit dem in ihm angeordneten Energiespeicher sowie mit optional vorhandenen Ein- und/oder Anbaueinheiten derart ausgestaltet, dass die Differenz zwischen dessen Eigengewichtkraft und dessen Auftriebskraft kleiner als 10 Prozent der Eigengewichtskraft des Wasserfahrzeugs insgesamt ist, insbesondere kleiner als 5 Prozent. Alternativ ist der Torpedo mit dem in ihm angeordneten Energiespeicher sowie mit optional vorhandenen Ein- und/oder Anbaueinheiten insbesondere derart ausgestaltet, dass die Differenz zwischen dessen Eigengewichtkraft und dessen Auftriebskraft kleiner 1000 N ist, insbesondere kleiner als 500 N, insbesondere kleiner als 100 N.
Vorzugsweise ist der Elektromotor in oder an dem mindestens einem Torpedo angeordnet. Auf diese Weise kann der gesamte Antriebsstrang im Torpedo vorgesehen werden. Mit dieser Ausgestaltung kann ein Torpedo mit Batterien und Elektromotor standardisiert gefertigt werden, der an eine Vielzahl von verschiedenen Bootstypen über Verbindungsstreben oder Hydrofoils montiert werden kann. Dabei kann auch ein Ladegerät zum Aufladen des Energiespeichers in dem Torpedo angeordnet sein. Elektrische Verbindungsleitungen können die elektrischen Komponenten im Torpedo mit dem Steuerstand im Boot/Wasserfahrzeug verbinden, wobei die Verbindungsleitungen in einer Verbindungsstrebe oder in einem Hydrofoil vom Torpedo zum Bootsrumpf führen. Alternativ kann auch eine Fernsteuerung im Steuerstand vorgesehen sein, wobei in diesem Fall ein Receiver mit einer Steuerungseinheit im Torpedo vorgesehen ist.
Zur Klarstellung sei ausgeführt, dass Hydrofoils (ähnlich wie eine Flugzeugtragflügel) einen länglichen Querschnitt aufweisen mit einer gekrümmten Oberseite und einer flacheren Unterseite sowie eine gerundete Vorderseite und einen scharfe Abrisskante, um durch „Zirkulation” (entsprechend des Auftriebssatzes von Kutta-Joukowsky) Auftrieb zu erzeugen.
Weiter kann vorzugsweise mindestens ein Tank in dem Torpedo vorgesehen sein, um den Auftrieb des Torpedos einzustellen. Insbesondere können zwei Tanks in dem Torpedo vorgesehen sein, wobei ein Tank im Bug des Torpedos angeordnet ist, und wobei ein Tank im Heck des Torpedos angeordnet ist, um den Auftrieb des Torpedos im Bug- und Heckbereich getrennt einzustellen. Damit können die elektrischen Komponenten im Torpedo flexibler angeordnet werden.
Die Tanks sind vorzugsweise mit Wasser befüllbar und können insbesondere während der Fahrt des Wasserfahrzeug befüllt und/oder entleert werden. Hierzu kann eine Pumpe vorgesehen sein, wobei die Befüllung und/oder die Entleerung des mindestens einen Tanks über eine Leitungsverbindung zum Gewässer, welches das Wasserfahrzeug umgibt, erfolgen kann.
Nach einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann der Torpedo gegenüber dem Rumpf des Wasserfahrzeugs höhenverstellbar ausgebildet sein. Das hat den Vorteil, dass der Tiefgang des Wasserfahrzeugs insbesondere bei flacherem Gewässer eingestellt werden kann. Außerdem ist so das Slippen den Bootes bei hochgefahrenem Torpedo erleichtert.
Nach einer möglichen Ausgestaltung ist genau ein Torpedo vorgesehen ist, der zentrisch unterhalb des Wasserfahrzeugs angeordnet ist. Es können aber auch zwei Torpedos vorgesehen sein, die seitlich unter dem Wasserfahrzeug angeordnet sind, insbesondere je ein Torpedo backbord bzw. steuerbord von der vertikalen Mittelebene des Wasserfahrzeugs. Alternativ können auch drei Torpedos vorgesehen sein, wobei ein Torpedo zentrisch unterhalb des Wasserfahrzeugs angeordnet ist, und wobei zwei Torpedos seitlich, unter dem Wasserfahrzeug angeordnet sind.
Nach einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist in dem Torpedo eine Wasserkühlung zur Kühlung des mindestens einen Energiespeichers und/oder des mindestens einen Elektromotors vorgesehen. Damit kann die Lebensdauer der Batterien gesteigert werden, da die viele Batterietypen sehr temperaturempfindlich sind. Die Wasserkühlung kann dabei Wasserleitungen umfassen, die mit dem Gewässer, welches das Wasserfahrzeug umgibt, in Verbindung steht. Dabei kann Wasser aus dem umgebenden Gewässer durch die Wasserleitungen der Wasserkühlung strömen, wenn das Wasserfahrzeug im Fahrzustand befindet, insbesondere unter Ausnutzung des Wasserdruckes im Bugbereich des mindestens einen Torpedos.
Zur Verbindung des Wasserfahrzeugs mit dem Torpedo können – wie ausgeführt – Hydrofoils vorgesehen sein, die derart konstruiert sind, dass das Wasserfahrzeug während der Fahrt teilweise oder vollständig über die Wasseroberfläche des umgebenden Gewässers herausgehoben wird. Da die Batterien und der Elektromotor im Torpedo angeordnet sind, kann das restliche Gewicht des Wasserfahrzeugs relativ gering gehalten werden. Das Gewicht des Torpedos ist durch dessen Auftrieb teilweise oder vollständig kompensiert. Daher kann sich das Wasserfahrzeug durch die Wirkung der Hydrofoils bereits bei relativ geringer Geschwindigkeit aus dem Wasser gehoben werden. Die Geschwindigkeit, bei welcher das Wasserfahrzeug in diesem Sinne ins Gleiten kommt, kann konstruktiv eingestellt werden oder über Trimmklappen gesteuert werden.
Beispielsweise kann Wasserfahrzeug mit einem Verdrängerrumpf mit einem Torpedo kombiniert werden, so dass das Wasserfahrzeug in einer energiesparenden Verdrängerfahrt fahren kann (z. B. bis 10 km/h), dann aber – wenn gewünscht – relativ leicht über die Hydrofoils in Gleitfahrt kommen kann (z. B. bei Geschwindigkeiten über 10 km/h). Mit Gleitfahrt ist dabei gemeint, dass der Rumpf des Wasserfahrzeugs teilweise oder vollständig aus dem Wasser gehoben wird, wobei der Torpedo vollständig unterhalb der Wasseroberfläche verbleit, und wobei die Hydrofoils – je nach Geschwindigkeit – teils unter der Wasseroberfläche und teils oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet sind.
Mit anderen Worten können so die Vorteile eines Verdrängerrumpfes genutzt werden, wobei das Wasserfahrzeug ebenfalls zu einer energieeffizienten Gleitfahrt in der Lage ist. Die Gleitfahrt ist deswegen sehr effizient, da nicht das gesamte Gewicht des Wasserfahrzeuges durch die Auftriebswirkung der Hydrofoils angehoben werden muss. Es ist eine erhöhte maximale Geschwindigkeit möglich, da ein Torpedo einen geringeren Widerstand hat. Dabei kann das Torpedo einen möglichst kleinen Querschnitt (quer zur Fahrtrichtung) haben, um die benetze Wasseroberfläche zu minimieren. Außerdem kann der Torpedo länger sein als Bootsrumpf des Wasserfahrzeugs.
Am Bug und/oder am Heck des Torpedos können Trimmklappen vorgesehen sein, welche während der Fahrt des Wasserfahrzeugs Auf- und/oder Abtrieb erzeugen können. Es können auch Seitenführungsklappen vorgesehen sein, insbesondere zum Lenken des Wasserfahrzeugs und evtl. zum Ausgleichen des Drehmoments der Antriebswelle des Elektromotors. Vorzugsweise ist eine Steuerung vorgesehen, die beim Lenken des Wasserfahrzeugs in Gleitfahrt sowohl die Trimmklappen und die Seitenführungsklappen ansteuert, um eine stabile Kurvenfahrt zu ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Wasserfahrzeuge, die Gesamtgewicht von mindestens 100 kg, insbesondere mindestens 500 kg, insbesondere mindestens 800 kg aufweisen, und die eine Länge von mindestens 3 m, insbesondere eine Länge von mindestens 5 m haben. Der Elektromotor kann nur 2000 Watt Leistung haben, insbesondere mindestens 5000 Watt. Bevorzugt ist allerdings ein Elektromotor mit einer Leistung im Bereich von 10 kW bis 30 kW.
Kurzbeschreibung der Figuren
1a und 1b zeigen die Seiten- und Vorderansicht ein Wasserfahrzeug nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2a und 2b zeigen die Seiten- und Vorderansicht ein Wasserfahrzeug nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3a und 3b zeigen die Seiten- und Vorderansicht ein Wasserfahrzeug nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detailierte Beschreibung der Erfindung
1a und 1b zeigen die Seiten- und Vorderansicht ein Wasserfahrzeug nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug 1 umfasst einen Fahrzeugkörper bzw. einen Fahrzeugrumpf 2, der geeignet ist, auf einer Wasseroberfläche zu schwimmen, einen Elektromotor 3 zum Antrieb des Wasserfahrzeugs, und vier Energiespeicher 4 zur Versorgung des Elektromotors 3 mit elektrischer Energie. Die Energiespeicher 4 sind in einem Torpedo 5 angeordnet. Auf diese Weise können relativ schwere Batterien als Energiespeicher verwendet werden, die im Torpedo 5 angeordnet sind, wobei der Auftrieb des Torpedos das relativ hohe Gewicht der Batterien teilweise oder vollständig kompensieren kann. Damit ist es auch möglich, schwerere und technisch weniger aufwändigere AGM-Batterien zu verwenden, wobei die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien nach der vorliegenden Erfindung ebenfalls möglich ist.
Ein Torpedo, der sich nicht nur im Ruhezustand, sondern auch im Fahrzustand des Wasserfahrzeugs vollständig unterhalb der Wasseroberfläche befindet, ist in seiner Geschwindigkeit nicht durch eine maximal erreichbare Rumpfgeschwindigkeit begrenzt. Mit der vorliegenden Erfindung werden daher eine hohe Energieeffizient und eine relativ hohe Bootsgeschwindigkeit bei relativ geringer Antriebsleistung erreicht.
In den 1a und 1b ist der Torpedo schematisch etwas vergrößert dargestellt. In der Praxis ist der Querschnitt so klein wie möglich, um die mit Wasser benetzten Oberflächen und den Wasserwiderstand so gering wie möglich zu halten. Ein Querschnitt mit einem Innendurchmesser von etwa 40 cm ist in der Praxis ausreichend. Außerdem ist die Länge variabel; es sind auch Torpedolängen möglich, die länger als der Bootsrumpf sind.
In der Ausführungsform nach 1a/1b sind im Torpedo weitere Ein- und/oder Anbaueinheiten vorhanden, nämlich eine Steuereinheit 6 für den Elektromotor mit Ladegerät sowie Tanks 7, B. Das Gesamtgewicht des Torpedos wird in etwa durch seinen Auftrieb kompensiert. Auf diese Weise hat der Rumpf 2 des Wasserfahrzeugs einen äußerst geringen Tiefgang. Vorzugsweise ist die Differenz zwischen dessen Eigengewichtkraft und dessen Auftriebskraft kleiner als 10 Prozent der Eigengewichtskraft des Wasserfahrzeugs insgesamt ist, insbesondere kleiner als 5 Prozent. Alternativ ist der Torpedo mit dem in ihm angeordneten Energiespeicher sowie mit optional vorhandenen Ein- und/oder Anbaueinheiten insbesondere derart ausgestaltet, dass die Differenz zwischen dessen Eigengewichtkraft und dessen Auftriebskraft kleiner 1000 N ist, insbesondere kleiner als 500 N, insbesondere kleiner als 100 N.
Vorzugsweise ist der Elektromotor 3 im Torpedo 5 angeordnet. Auf diese Weise kann der gesamte Antriebsstrang im Torpedo vorgesehen werden. Mit dieser Ausgestaltung kann ein Torpedo mit Batterien und Elektromotor standardisiert gefertigt werden, der an eine Vielzahl von verschiedenen Bootstypen über Verbindungsstreben 9, 10 montiert werden kann. Wie später im Zusammenhang mit den 2a und 2b erläutert wird, können statt Verbindungsstreben auch Hydrofoils zur Verbindung zwischen dem Bootsrumpf und dem Torpedo verwendet werden.
Das Ladegerät zum Aufladen der Energiespeicher 4 kann in dem Torpedo angeordnet sein. Elektrische Verbindungsleitungen 11 können die elektrischen Komponenten im Torpedo mit dem Steuerstand im Boot/Wasserfahrzeug verbinden, wobei die Verbindungsleitungen 11 in einer Verbindungsstrebe oder in einem Hydrofoil vom Torpedo zum Bootsrumpf führen. Alternativ kann auch eine Fernsteuerung im Steuerstand vorgesehen sein, wobei in diesem Fall ein Receiver mit einer Steuerungseinheit im Torpedo vorgesehen ist.
Weiter kann vorzugsweise zwei Tanks 7, 8 in dem Torpedo vorgesehen sein, wobei ein Tank 8 im Bug des Torpedos angeordnet ist, und wobei ein Tank 7 im Heck des Torpedos angeordnet ist, um den Auftrieb des Torpedos im Bug- und Heckbereich getrennt einzustellen. Damit können die elektrischen Komponenten im Torpedo flexibler angeordnet werden. Denn durch die Befüllung der Tanks kann der Schwebezustand des Torpedos knapp unterhalb der Wasseroberfläche 12 austariert werden.
Die Tanks 7, 8 sind mit Wasser befüllbar und können vorzugsweise während der Fahrt des Wasserfahrzeug befüllt und/oder entleert werden. Hierzu kann eine Pumpe vorgesehen sein, wobei die Befüllung und/oder die Entleerung der Tanks über eine Leitungsverbindung zum Gewässer, welches das Wasserfahrzeug umgibt, erfolgen kann.
Am Bug und/oder am Heck des Torpedos können Trimmklappen 15, 16, 17 (siehe 2a und 2b) vorgesehen sein, welche während der Fahrt des Wasserfahrzeugs Auf- und/oder Abtrieb erzeugen können. Es können auch Seitenführungsklappen 18, 19 vorgesehen sein, insbesondere zum Lenken des Wasserfahrzeugs und evtl. zum Ausgleichen des Drehmoments der Antriebswelle des Elektromotors. Vorzugsweise ist eine Steuerung vorgesehen, die beim Lenken des Wasserfahrzeugs in Gleitfahrt sowohl die Trimmklappen und die Seitenführungsklappen ansteuert, um eine stabile Kurvenfahrt zu ermöglichen.
Nach der in den 1a und 1b gezeigten Ausführungsform ist genau ein Torpedo vorgesehen ist, der zentrisch unterhalb des Wasserfahrzeugs angeordnet ist. Es können aber auch zwei Torpedos vorgesehen sein, die seitlich unter dem Wasserfahrzeug angeordnet sind, insbesondere je ein Torpedo backbord bzw. steuerbord von der vertikalen Mittelebene des Wasserfahrzeugs. Alternativ können auch drei Torpedos vorgesehen sein, wobei ein Torpedo zentrisch unterhalb des Wasserfahrzeugs angeordnet ist, und wobei zwei Torpedos seitlich, unter dem Wasserfahrzeug angeordnet sind.
2a und 2b zeigen die Seiten- und Vorderansicht ein Wasserfahrzeug nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Alle Merkmale des Wasserfahrzeugs, das im Zusammenhang mit den 1a und 1b erläutert wurden, können auch bei der Ausführungsform nach den 2a und 2b vorgesehen sein.
Bei der Ausführungsform nach den 2a und 2b ist der Torpedo 5 mit dem Fahrzeugkörper bzw. Fahrzeugrumpf 2 über Hydrofoils 13, 14 verbunden, die derart konstruiert sind, dass das Wasserfahrzeug 1 während der Fahrt teilweise oder vollständig über die Wasseroberfläche 12 des umgebenden Gewässers herausgehoben wird. Die Hydrofoils 13, 14 sind vorzugsweise im Bug- und Heckbereich des Wasserfahrzeugs angeordnet. Da die Batterien und der Elektromotor im Torpedo angeordnet sind, kann das restliche Gewicht des Wasserfahrzeugs relativ gering gehalten werden. Das Gewicht des Torpedos ist durch dessen Auftrieb teilweise oder vollständig kompensiert. Daher kann sich das Wasserfahrzeug durch die Wirkung der Hydrofoils bereits bei relativ geringer Geschwindigkeit aus dem Wasser gehoben werden. Die Geschwindigkeit, bei welcher das Wasserfahrzeug in diesem Sinne ins Gleiten kommt, kann konstruktiv eingestellt werden oder über Trimmklappen gesteuert werden.
In den 2a und 2b ist das Wasserfahrzeug 1 im Fahrzustand zu sehen, wobei der Fahrzeugrumpf 2 durch den Auftrieb der Hydrofoils 13, 14 vollständig oberhalb der Wasseroberfläche 12 angehoben ist. Die Hydrofoils 13, 14 sind vorzugsweise V- bzw. U-förmig in Bezug auf die Vorderansicht (siehe 2b) ausgestaltet. Auf diese Weise ist die Auftriebswirkung der Hydrofoils selbstregelnd, da bei steigender Geschwindigkeit das Wasserfahrzeug zwar etwas weiter angehoben wird, jedoch auch die Angriffsfläche der Hydrofoils reduziert wird, da ein größerer Teil der Hydrofoils sich außerhalb des Wassers befindet.
Zur Steuerung der Höhenlage von Bug und Heck des Rumpfes sind vorzugsweise auch Trimmklappen 15, 16, 17 vorgesehen, die zusätzlich zu den Hydrofoils Auftrieb erzeugen können. Durch die Trimmklappen kann das Wasserfahrzeug schneller in Gleitfahrt gelangen. Außerdem können die Trimmklappen bei einer Gefahrensituation Abtrieb erzeugen, damit der Bootsrumpf schneller wieder abgesenkt werden kann.
Es können – wie ausgeführt – auch Seitenführungsklappen 18, 19 vorgesehen sein, insbesondere zum Lenken des Wasserfahrzeugs und evtl. zum Ausgleichen des Drehmoments der Antriebswelle des Elektromotors. In 2a sind die Seitenführungsklappen 18, 19 hinter dem Antriebpropeller 20 angeordnet. Es können aber auch Seitenführungsklappen ober- und unterhalb des Torpedos (in dessen Bug- und/oder Heckbereich) angeordnet sein.
Bei der Ausführungsform nach den 2a und 2b kann das Wasserfahrzeug mit einem Verdrängerrumpf mit einem Torpedo kombiniert werden, so dass das Wasserfahrzeug in einer energiesparenden Verdrängerfahrt fahren kann (z. B. bis 10 km/h), dann aber – wenn gewünscht – relativ leicht über die Hydrofoils in Gleitfahrt kommen kann (z. B. bei Geschwindigkeiten über 10 km/h). Mit anderen Worten können so die Vorteile eines Verdrängerrumpfes genutzt werden, wobei das Wasserfahrzeug ebenfalls zu einer energieeffizienten Gleitfahrt in der Lage ist. Die Gleitfahrt ist deswegen sehr effizient, da nicht das gesamte Gewicht des Wasserfahrzeuges durch die Auftriebswirkung der Hydrofoils angehoben werden muss. Es ist eine erhöhte maximale Geschwindigkeit möglich, da ein Torpedo einen geringeren Widerstand hat. Dabei kann das Torpedo einen möglichst kleinen Querschnitt (quer zur Fahrtrichtung) haben, um die benetze Wasseroberfläche zu minimieren. Außerdem kann der Torpedo länger sein als Bootsrumpf des Wasserfahrzeugs.
3a und 3b zeigen die Seiten- und Vorderansicht ein Wasserfahrzeug nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Alle Merkmale der Wasserfahrzeuge, die im Zusammenhang mit den 1a bis 2b erläutert wurden, können auch bei der Ausführungsform nach den 3a und 3b vorgesehen sein.
Die Ausführungsform nach den 3a und 3b ist vom Grundprinzip als Pontonboot ausgestaltet mit einer etwa rechteckigen Plattform, die oberhalb von zwei Schwimmkörpern 21 (sogenannten Pontons) angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Schwimmkörper mit Plattform als Fahrzeugkörper bzw. Fahrzeugrumpf anzusehen. Auf der Plattform können eine umlaufende Reling mit Türen sowie Sitzgelegenheiten montiert werden. Erfindungsgemäß ist ein Torpedo vorgesehen, in dem die Batterien als Energiespeicher angeordnet sind. Auf diese Weise haben die Schwimmkörper 21 des Pontonbootes einen sehr geringen Tiefgang (z. B. nur etwa 10 bis 15 cm). Der Torpedo 5 ist dagegen vollständig unterhalb der Wasseroberfläche 12.
Durch den erfindungsgemäßen Torpedo 5 kann eine relativ hohe Geschwindigkeit erreicht werden derart, dass die Schwimmkörper 21 ins Gleiten kommen können. Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften können seitlich an den Schwimmkörpern 21 vorzugsweise entlang der gesamten Länge der Schwimmkörper und auf beiden Seiten der Schwimmkörper schräg angeordnete Finnen 22 angebracht sein. Bei der Ausführungsform nach den 3a und 3b wird also die Tauchfahrt des Torpedos mit der Gleitfahrt der Schwimmkörper kombiniert.
Nach einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann der Torpedo 5 gegenüber dem Rumpf des Wasserfahrzeugs höhenverstellbar ausgebildet sein. Das hat den Vorteil, dass der Tiefgang des Wasserfahrzeugs insbesondere bei flacherem Gewässer eingestellt werden kann. Außerdem ist so das Slippen den Bootes bei hochgefahrenem Torpedo erleichtert. Insbesondere bei der Ausführungsform nach den 3a und 3b kann der Torpedo über Schienen (vorzugsweise mit daran angeordneten Zahnstangen) derart angehoben werden, dass der Torpedo zwischen den Schwimmkörpern 21 angeordnet werden kann.
Nach einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist in dem Torpedo 5 eine Wasserkühlung zur Kühlung des mindestens einen Energiespeichers und/oder des mindestens einen Elektromotors vorgesehen. Damit kann die Lebensdauer der Batterien gesteigert werden, da die viele Batterietypen sehr temperaturempfindlich sind. Die Wasserkühlung kann dabei Wasserleitungen umfassen, die mit dem Gewässer, welches das Wasserfahrzeug umgibt, in Verbindung steht. Dabei kann Wasser aus dem umgebenden Gewässer durch die Wasserleitungen der Wasserkühlung strömen, wenn das Wasserfahrzeug im Fahrzustand befindet, insbesondere unter Ausnutzung des Wasserdruckes im Bugbereich des mindestens einen Torpedos.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Wasserfahrzeuge, die Gesamtgewicht von mindestens 100 kg, insbesondere mindestens 500 kg, insbesondere mindestens 800 kg aufweisen, und die eine Länge von mindestens 3 m, insbesondere eine Länge von mindestens 5 m haben. Der Elektromotor kann nur 2000 Watt Leistung haben, insbesondere mindestens 5000 Watt. Bevorzugt ist allerdings ein Elektromotor mit einer Leistung im Bereich von 10 kW bis 30 kW.

Claims

Wasserfahrzeug, umfassend einen Fahrzeugkörper, der geeignet ist, auf einer Wasseroberfläche zu schwimmen, mindestens einen Elektromotor zum Antrieb des Wasserfahrzeugs, und mindestens einen Energiespeicher zur Versorgung des mindestens einen Elektromotors mit elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Energiespeicher in mindestens einem Torpedo angeordnet ist.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der mindestens eine Torpedo im Ruhezustand und/oder im Fahrzustand des Wasserfahrzeugs durch das Eigengewicht des Wasserfahrzeugs vollständig unterhalb der Wasseroberfläche befindet.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Torpedo eine wasserdichte oder gegenüber Wassereintritt abdichtbare bzw. abgedichtete Einheit bildet.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Torpedo mit dem in ihm angeordneten Energiespeicher sowie mit optional vorhandenen Ein- und/oder Anbaueinheiten derart ausgestaltet ist, dass dessen Eigengewicht durch seinen Auftrieb kompensiert wird.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Torpedo mit dem in ihm angeordneten Energiespeicher sowie mit optional vorhandenen Ein- und/oder Anbaueinheiten derart ausgestaltet ist, dass die Differenz zwischen dessen Eigengewichtkraft und dessen Auftriebskraft kleiner als 10 Prozent der Eigengewichtskraft des Wasserfahrzeugs insgesamt ist, insbesondere kleiner als 5 Prozent.
Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Torpedo mit dem in ihm angeordneten Energiespeicher sowie mit optional vorhandenen Ein- und/oder Anbaueinheiten derart ausgestaltet ist, dass die Differenz zwischen dessen Eigengewichtkraft und dessen Auftriebskraft kleiner 1000 N ist, insbesondere kleiner als 500 N, insbesondere kleiner als 100 N.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Elektromotor in oder an dem mindestens einem Torpedo angeordnet ist.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ladegerät zum Aufladen des mindestens einen Energiespeichers in dem mindestens einen Torpedo angeordnet ist.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Tank in dem mindesten einen Torpedo vorgesehen ist, um den Auftrieb des Torpedos einzustellen.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Tanks in dem mindestens einen Torpedo vorgesehen sind, wobei ein Tank im Bug des Torpedos angeordnet ist, und wobei ein Tank im Heck des Torpedos angeordnet ist, um den Auftrieb des Torpedos im Bug- und Heckbereich getrennt einzustellen.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Tank vorzugsweise mit Wasser befüllbar ist.
Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Tank während der Fahrt des Wasserfahrzeug befüllbar oder entleerbar ist.
Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Pumpe vorgesehen ist zur Befüllung und/oder die Entleerung des mindestens einen Tanks.
Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Befüllung und/oder die Entleerung des mindestens einen Tanks über eine Leitungsverbindung zum Gewässer, welches das Wasserfahrzeug umgibt, erfolgen kann.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Torpedo gegenüber dem Rumpf des Wasserfahrzeugs höhenverstellbar ist.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Torpedo vorgesehen ist, der zentrisch unterhalb des Wasserfahrzeugs angeordnet ist.
Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Torpedos vorgesehen sind, die seitlich unter dem Wasserfahrzeug angeordnet sind, insbesondere je ein Torpedo backbord bzw. steuerbord von der vertikalen Mittelebene des Wasserfahrzeugs.
Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass drei Torpedos vorgesehen sind, wobei ein Torpedo zentrisch unterhalb des Wasserfahrzeugs angeordnet ist, und wobei zwei Torpedos seitlich, unter dem Wasserfahrzeug angeordnet sind.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen Torpedo eine Wasserkühlung zur Kühlung des mindestens einen Energiespeichers und/oder des mindestens einen Elektromotors vorgesehen ist.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserkühlung Wasserleitungen umfasst, die mit dem Gewässer, welches das Wasserfahrzeug umgibt, in Verbindung steht.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser aus dem umgebenden Gewässer durch die Wasserleitungen der Wasserkühlung strömt, wenn das Wasserfahrzeug im Fahrzustand befindet, insbesondere unter Ausnutzung des Wasserdruckes im Bugbereich des mindestens einen Torpedos.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Torpedo mit dem Wasserfahrzeug über Hydrofoils verbunden ist.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrofoils derart konstruiert sind, dass das Wasserfahrzeug während der Fahrt teilweise oder vollständig über die Wasseroberfläche des umgebenden Gewässers herausgehoben wird.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrofoils derart konstruiert sind, dass der mindestens eine Torpedo während der Fahrt vollständig unterhalb der Wasseroberfläche des umgebenden Gewässers verbleibt.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Bug und/oder am Heck des mindestens einen Torpedos Trimmklappen vorgesehen sind, welche während der Fahrt des Wasserfahrzeugs Auf- und/oder Abtrieb erzeugen können.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am mindestens einen Torpedo Seitenführungsklappen vorgesehen sind.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mindestens einen Torpedo und dem Wasserfahrzeug mindestens eine Verbindungsstrebe vorgesehen ist, wobei in der mindestens einen Verbindungsstrebe elektrische Leitungen angeordnet sind, welche den Torpedo mit dem Steuerstand im Wasserfahrzeug verbinden.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtgewicht des Wasserfahrzeugs mindestens 100 kg beträgt, insbesondere mindestens 500 kg, insbesondere mindestens 800 kg.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeugs eine Länge von mindestens 3 m hat, insbesondere eine Länge von mindestens 5 m.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Elektromotor eine Leistungsaufnahme von mindestens 2000 Watt hat, insbesondere mindestens 5000 Watt.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug zum Personentransport geeignet ist.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug eine Nutzlast von mindestens 70 kg aufnehmen kann, insbesondere eine Nutzlast von mindestens 300 kg.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Energiespeicher mindestens eine AGM-Batterie oder mindestens eine Lithium-Ionen-Batterie umfasst.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Torpedo eine Länge von mindestens 2 m aufweist, insbesondere eine Länge von mindestens 4 m.