DE202017103810U1

DE202017103810U1 - Außenliegender elektrischer Jetantrieb für ein Schiff

Info

Publication number: DE202017103810U1
Application number: DE202017103810.6U
Authority: DE
Original assignee: Renus Ges fur Innovation Mbh; Renus Gesellschaft fur Innovation Mbh
Current assignee: Renus Ges fur Innovation Mbh; Renus Gesellschaft fur Innovation Mbh
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2017-07-20
Anticipated expiration: 2027-06-28

Abstract

Schiffsantrieb mit einem Pumpjet, dessen Antriebsmotor ein Magnetmotor oder Hochtemperatursupraleitermotor ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor in einer düsenartigen Gondel, welche einen Jettunnel aufweist und außerhalb an der Seite oder am Heck eines Schiffsrumpfs oder am Schaft eines Außenbordmotors erfindungsgemäß verbaut wird, wobei der Magnetmotor oder Hochtemperatursupraleitermotor einen Stator, der von der Außenhülle der düsenartigen Gondel umfasst ist, und einen ringförmigen Rotor enthält, der den Jettunnel umschließt und an dessen Innenseite zur Rotationsachse ausgerichtete Propellerflügel angebracht sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Jet- oder auch Wasserstrahlantrieb für Schiffe, der außerhalb des Schiffsrumpfes seitlich oder am Heck sowie als Außenbordmotor betrieben werden kann.
Als unterwasserliegende Schiffsantriebe sind Wasserstrahlantriebe – auch als Pumpjetantrieb ober Jetantrieb bezeichnet – eine von mehreren Antriebsarten für Schiffe neben üblichen Propellerantrieben. Propeller sind Strömungsmaschinen, die mechanische Arbeit aufnehmen und diese in Form von Strömungsenergie an das sie umgebende Medium abgeben. Dafür sind die Propellerflügel so geformt und ausgerichtet, dass sie bei er Rotationsbewegung des Rotors schräg und asymmetrisch umströmt werden. Mit ihrer Rotation erfahren sie einen dynamischen Auftrieb, der axial als Schub in Richtung des Rumpfes aufgenommen wird und für den Vortrieb sorgt, und in entgegengesetzter Richtung einen Rotorstrahl bewirkt. Die Formung, Größe und der Anstellwinkel der Propellerflügel haben Einfluss auf die Strömungsgeschwindigkeit, welche sich an den Propellerflügeln während der Rotation des Propellers von innen nach außen zunehmend verändert. Zur Vermeidung einer durch Schnelllauf auftretenden Kavitation, werden flache Blattprofile mit teils die Rotationsflächen ausfüllende und sich überlappenden Profilen eingesetzt oder die Propeller ummantelt werden. Neben dem Propellerantrieb als konventioneller Antriebsanlage für ein Schiff wird bei einem Wasserstrahlantrieb der für den Vortrieb benötigte Schub über den Rückstoß erzeugt. Dafür wird üblicherweise Wasser unter dem Rumpf des anzutreibenden Schiffes über einen Impeller im Ansaugkanal angesaugt und am Heck wieder ausgestoßen. Im Markt bekannt sind auf strahlgetriebene Außenborder. Ein mit einem Wasserstrahlantrieb betriebenes Schiff kann flacher gebaut werden als ein Schiff mit einem Propellerantrieb und daher auch in flacheren Gewässern eingesetzt werden. Zudem treten die Nachteil der Kavitation erst bei sehr viel höheren Geschwindigkeiten als bei einem offenstehenden Propeller an den ummantelten Flügelblättern des Impellers auf.
Sowohl Propeller- als auch Wasserstrahlantriebe werden heute üblicherweise mit Benzin- oder Dieselmotoren oder Gastrubinen betrieben. Derartige Motoren bestehen aus einer Vielzahl von Bauteilen, was ihre Konstruktion und Wartung verteuert. Zudem ist für die Kraftübertragung auf den Propeller oder Impeller ein Getriebe erforderlich. Sie sind wegen des Verbrauchs fossiler Brennstoffe nicht zukunftsweisend. Zwar werden zunehmend Elektromotoren wegen der absehbaren Einschränkung mit fossiler Brennstoff betriebener Antriebsaggregate verbaut. Nachteilig für eine Verwendung eines Elektromotors ist die Versorgung mit elektrischer Energie, welche regelmäßig über mitgeführter Akkumulatoren bereitgestellt wird.
Zudem sind jedoch auch Elektromotoren auch konstruktiv aufwendig, denn die erzeugte mechanische Energie muss ebenfalls auf den Propeller oder Impeller übertragen werden. Zwar sind Lehren offenbart, wonach der Propeller parallel zur Fahrtrichtung des Schiffes unmittelbar auf die Welle des Elektromotors gesetzt wird und der Elektromotor dafür in einer Gondel außerhalb des Rumpfes angeordnet wird ( DE 10 2015 107 165 A1 ). Nachteilig bleiben die oben geschilderten Einschränkungen, denn an freilaufenden Propellern können Kavitäten auftreten und die Einsatzmöglichkeiten im flachen Gewässer sind beschränkt.
Mit der Druckschrift WO 2009/071077 wird eine Erfindung für einen Wasserstrahlantrieb auch als Hauptantrieb offenbart, wofür anstelle eines Elektromotors ein Magnetmotor oder Hochtemperatursupraleitermotor im Antriebsgehäuse als Haupt- und/oder Hilfsantrieb verbaut wird. Im Gegensatz zu konventionellen Elektromotoren weisen Magnetmotoren oder Hochtemperatursupraleitermotoren einen höheren Wirkungsgrad auf und sind einfacher konstruiert. Beschrieben ist auch, den Stator zugleich als funktionales Bauteil im Gehäuse des Wasserstrahlantriebs zu verwenden. Dafür ist am ringförmigen Stator ein Diffusorinnenring angeordnet, der im Innenraum des Wasserstrahlgehäuses ein Ansaugen und Ausstoßen des für den Antrieb benötigen Wassers bewirkt. Nachteilig ist bei der dort offenbarten Lösung, dass die Verwendung eines solchen Antriebs als Hauptantrieb mit einem hohen Konstruktiven Aufwand verbunden ist. Das gilt insbesondere für eine Umrüstung. Die mit der Druckschrift WO 2009/071077 offenbarte Lösung ist für den Einbau im Schiffsrumpf beschrieben. Soll der Antrieb im Schiffsrumpf als Hauptantrieb verbaut werden, dann müssen dafür Kanäle und Aussparungen vorgesehen werden. Die Verwendung eines Magnetmotors oder Hochtemperatursupraleitermotors birgt den Nachteil, dass durch den Betrieb Reibungswärme erzeugt wird. Zwar bewirkt das angesaugte und durchfließende Wasser eine Kühlung im Innern des Diffusionsgehäuses. Die Kühlung kann jedoch nur im Bereich des Rotors, von der Innenseite ausstrahlen. Der von diesem Bereich weiterentfernte Stator wird nicht gekühlt, da er mit dem Rotor nicht verbunden ist und damit ein die Kühlung leitendes Medium fehlt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen konstruktiv einfachen elektrischen Schiffsantrieb als Hauptantrieb zur Verfügung zu stellen, der relativ einfach nachgerüstet werden kann, einen hohen Wirkungsgrad aufweist und wartungsarm betrieben werden kann.
Dieses Problem wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmal gelöst. Der ringförmige Magnetmotor oder Hochtemperatursupraleitermotor wird dafür in einer düsenartigen Gondel senkrecht zur Fließrichtung des durchströmenden Wassers verbaut und umfasst den Jettunnel vollständig. Wobei der ringförmige Rotor an diesem Bereich zu gleich die Innenwand des Jettunnels bildet und der Strator die Außenhülle ergänzt. Die Flügel des Propellers sind an einem Ring angeordnet, der als Rotor zugleich Teil des Magnetmotors oder Hochtemperatursupraleitermotors ist. Während der Stator zugleich Bestandteil des Düsengehäuses ist. Der Rotor mit angeordneten Flügeln wird somit ohne zusätzliches Getriebe oder andere bewegliche Teile zur Kraftübertragung direkt durch elektrische Energie gedreht. Die Propellerflügel weisen einen vorteilhaften Anstellwinkel und eine günstige Schränkung auf und sind zum Jettunnel ausgerichtet. Sie sind nach einer weiteren Ausgestaltung an den innenliegenden Flügelenden nicht miteinander verbunden, insbesondere nicht durch eine Achse. Während in weiteren Ausgestaltungen die Rotationsfläche von den Blattprofilen der einzelnen Flügel nahezu oder vollends auch überlappend abgedeckt wird. Die düsenartige Gondel ist so konstruiert, dass das für den Rückstoß benötigte Wasser an der Ansaugöffnung des Jettunnels vom innenliegenden Propeller angesaugt wird, wobei der Durchmesser des Jettunnels an der Ansaugöffnung größer ist, als im Bereich des Propellers. Der austretende Wasserstrahl wird durch einen Diffuser an der Austrittsöffnung der Jettunnels gebündelt. Zur Verwendung als Antrieb kann die düsenartige Gondel außerhalb des Schiffsrumpfes an den Seiten oder am Heck einzelne oder zu mehreren angebracht. Denkbar ist auch, die düsenartige Gondel am Schaft eines Außenbordmotors anzubringen.
Dabei ist von Vorteil, dass das düsenartige Antriebsgehäuse, das als Gondel seitlich am Schiffsrumpf, am Heck oder am Schaft eines Außenbordmotors angebracht ist, sowohl durch den Jettunnel als auch an der Gehäuseaußenseite von Wasser umströmt wird. Die beidseitige Umströmung bewirkt eine bessere Kühlung der im Gehäuse angeordneten Motorenteile. Die Anbringung der Propellerflügel am ringförmigen Rotor hat den Vorteil, dass Kavitäten nicht auftreten, weil die von der Drehachse des Propellers weiter entfernten Blattbereich nicht freiliegen. Wasser, das die Düsen auch durch- und umströmt, kann die innenliegenden Flügelblätter in eine Drehbewegung versetzten, solange der Motor nicht zum Antrieb genutzt wird. So bewirkt die Strömung über die innenliegenden Flügelblätter eine Drehbewegung und das Antriebsaggregat kann als Generator zur Stromerzeugung genutzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015107165 A1 [0004]
WO 2009/071077 [0005]

Claims

Schiffsantrieb mit einem Pumpjet, dessen Antriebsmotor ein Magnetmotor oder Hochtemperatursupraleitermotor ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor in einer düsenartigen Gondel, welche einen Jettunnel aufweist und außerhalb an der Seite oder am Heck eines Schiffsrumpfs oder am Schaft eines Außenbordmotors erfindungsgemäß verbaut wird, wobei der Magnetmotor oder Hochtemperatursupraleitermotor einen Stator, der von der Außenhülle der düsenartigen Gondel umfasst ist, und einen ringförmigen Rotor enthält, der den Jettunnel umschließt und an dessen Innenseite zur Rotationsachse ausgerichtete Propellerflügel angebracht sind.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle der Gondel am Stator ansetzt und flächig von einem mit dem Stator verbundenen Bauteil fortgesetzt wird.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerflügel an ihren zur Rotationsachse ausgerichteten Flügelenden nicht miteinander verbunden sind.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattprofile der Propellerflügel die Rotationsflächen nahezu ausfüllen.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattprofile der Propellerflügel die Rotationsflächen ausfüllen.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattprofile der Propellerflügel die Rotationsflächen überlappend ausfüllen.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Jettunnels an der Ansaugöffnung größer ist, als im übrigen Bereich des Jettunnels.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Austrittsöffnung der Jettunnels ein Diffuser angeordnet ist.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die düsenartige Gondel so ausgestaltet ist, dass sie von Wasser auch umströmt werden kann.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor als Generator genutzt werden kann.