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Zweck:
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Das Schubrohr ist ein Gerät zur Erzeugung von Schub zum Vortrieb und zur Manövrierung von Schiffen und soll grundsätzlich eine Alternative zur Schiffsschraube sein
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Prinzip:
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Das Schubrohr basiert auf dem Ejektor Prinzip.
Druckwasser als Treibmittel durchströmt ein getauchtes Rohr und reißt dabei eine vielfache Menge umgebenden Wassers mit.
Entsprechend der austretenden Wassermenge und deren Austrittsgeschwindigkeit wird beim Austritt aus dem Rohr Schub erzeugt, der zum Antrieb von Wasserfahrzeugen genutzt werden kann.
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s. (1.1Treibwasser; 1.2 Energieübertragung; 1.3 Unterdruckzone; 1.4 Düse; 1.5 Treibwasser; 1.6 Förderwasser.)
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Das Prinzip ist lange bekannt und wird in vielfältiger Form zum Fördern von Flüssigkeiten oder Schüttgut eingesetzt. Als Treibmittel dient dabei meistens WasserDampf, Wasser oder Luft.
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Bis auf Vorschläge der Firma Körting zur Anwendung als Querstrahlruder ist ein vergleichbarer Einsatz als Schiffs-Antrieb bislang nicht bekannt.
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Antrieb:
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Das Druckwasser wird mit einer oder mehreren Pumpen (vorzugsweise selbstansaugende Kreiselpumpe) erzeugt.
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Die Pumpe wird mit einer Kraftmaschine fest gekoppelt und läuft generell mit konstanter Drehzahl im Bereich des wirtschaftlichsten Drehmomentes der Antriebsmaschine.
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Als Antrieb kann jede Kraftmaschine genutzt werden.
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Die Schub-Regelung soll weitgehend durch Drosselung des Treibwasserstromes erfolgen; es ist aber auch zusätzlich durch Reduzierung der Drehzahl der Kraftmaschine eine Regelung möglich.
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Das Saugrohr und die Schubrohre sind so zu platzieren, dass das Ansaugen von Luft auch bei Seegang sicher verhindert wird.
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Der Saugstrom der Pumpen sollte über Filter in einen Sammler geführt werden, von wo aus jede Pumpe mit geringsten Verlusten versorgt wird.
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Das Druckwasser soll über Verteiler geführt werden, so dass über Abzweige alle Verbraucher neben den Hauptschubrohren wie Querstrahlruder, Deckwaschanlagen oder Löschwasserspritzen bedient werden können.
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s. (2.1Pumpe; 2.2 Ventil; 2.3 Sammler; 2.4 Filter; 2.5 Dreiwegehahn)
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Wirkungsgrad:
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Durch den hohen hydraulischen Wirkungsgrad von Kreiselpumpen dürfte im Vergleich zu herkömmlichen Schiffspropellern kaum eine Einbuße der Wirtschaftlichkeit zu befürchten sein.
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Die Systeme hinter der Kupplung an die Kraftmaschine werden direkt miteinander verglichen.
| Lfd. Nr. | | | |
| | Anlagebezeichnung | Mittlerer Wirkungsgrad der Anlage | Bemerkung |
| | | Propeller | Schubrohr | |
| 01 | Drucklager | 0,98 | - | |
| 02 | Wellenanlage | 0,96 | - | |
| 03 | Untersetzungsgetriebe | 0,85 | - | |
| 04 | Umsteuergetriebe | 0,85 | - | Nur bei Rückwärtsfahrt |
| 05 | Propeller | 0,35-0,65 | - | |
| 06 | Saugkorb | - | 0,92 | |
| 07 | Saugrohr | - | 0,98 | |
| 08 | Saugarmaturen | - | 0,95 | |
| 09 | Druckverteiler | - | 0,95 | |
| 10 | Druckrohr | - | 0,98 | |
| 11 | Druckarmaturen | - | 0,92 | |
| 12 | Diffuser | - | 0,98 | |
| 13 | Pumpe | - | 0,7-0,8 | |
| 14 | Gesamtwirkungsgrad | 0,24-0,44 | 0,51-0,57 | |
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Einsatz als Hauptantrieb:
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Der Treibwasserstrom wird in zwei weit außen am Schiffsrumpf kurz über der Kiellinie platzierte Schubrohre geleitet.
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Durch partielle Drosselung des Treibwasserstromes mittels Absperrarmaturen erzeugt jeweils das Bb.- oder Stb.- Schubrohr eine unterschiedliche Kraft und ermöglicht so den Kurs zu halten oder zu verändern.
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Das Manövrieren wird unterstützt durch verzugsfreies Umsteuern auf Rückwärtsfahrt an jeweils einer Seite. Die Rückwärtsfahrt wird durch Einfahren von Schubumkehrschaufeln in den Förder - Wasserstrom bewirkt.
s. (7.1 Schubrohr; 7.2 Schubumkehrschaufel; 7.3 Leitschiene; 7.4 Düse; 7.5 Druckstempel; 7.6 Ringrohr),
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Ein Monoschubrohr (7.1) ist am Ausgang von einem Ringrohr (7.6) mit größerem Durchmesser umschlossen, welches beidseitig um mindestens 45° schwenkbar ist und am Ende eine absenkbare Schubumkehrschaufel (7.2) enthält. s.
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s. (6.1 Schubrohr; 6.2 Schubumkehrschaufel; 6.3 Förderwasser) Die Schubumkehrschaufel ist gebildet aus zwei verbundenen Halbschalen von Rohren die mindestens den Durchmesser des Schubrohres aufweisen. Die Schubumkehrschaufel kann teilweise oder ganz in den Förderwasserstrom getaucht werden, so dass eine partielle oder vollständige Minderung des Schubs des betroffenen Schubrohres bewirkt wird.
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Einsatz als Querstrahlruder
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Zusätzlich können im vorderen und hinteren Bereich des Schiffes Querschubrohre angebracht werden.
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s. (8.1 Schiffsrumpf; 8.2 Pumpe; 8.3 Verteiler; 8.4 Schubrohr; 8.5 Treibwasser; 8.6 Absperrventil; 8.7 Mischkammer)
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Die Querschubrohre müssen immer vollkommen getaucht unter der Wasseroberfläche sein. Es soll dafür ein Schubrohr quer durch den Schiffsrumpf geführt werde, wobei sich in der Mitte eine Mischkammer befindet mit etwa 2,5 facher Querschnittsfläche des Querschubrohres. In der Mischkammer befinden sich die Druckwasserdüsen, welche in Richtung der Mittelachse des Querschubrohres um 180° gegensinnig angesteuert werden können.
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Alle Schubrohre werden aus einem gemeinsamen Druckwassersystem von einer der mehreren Druckwasserpumpen versorgt. Wobei die Haupt - bzw. Querschubrohre jeweils gesondert angesteuert werden können.
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Manöverierbarkeit
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Dadurch dass die Leistung des Schubrohres sowohl durch Drosselung der antreibenden Kraftmaschine als auch durch Drosselung des Treibwasserstromes gesteuert werden kann und zusätzlich noch durch Umsteuern von Voraus auf Zurück innerhalb von Sekunden ist ein durch Schubrohre angetriebenes Schiff besser zu manövrieren als jedes vergleichbare System.
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s. (9.1 Rückwärtsfahrt; 9.2 Wende; 9.3 Vorausfahrt; 9.4 Kurskorrektur)
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Einsatz als Außenborder:
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Beim Standard - Außenbord Schubrohr stehen das Saugrohr und das Druckrohr senkrecht hintereinander und sind fest miteinander verbunden. Sie bilden den Schaft des Außenbordantriebs über den die im Schubrohr erzeugte Kraft auf den Rumpf übertragen wird.
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s. (3.1 Schubrohr; 3.2 Saugleitung; 3.3 Perforation für Stirnansaugung; 3.4 Düse)
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Durch Positionierung des Saugrohres vor dem um 90° abgewinkelten Druckrohr und Umkleidung beider Rohre mit einer spitz auslaufenden Leitfläche entsteht eine Trägerflosse, die am unteren Ende fest mit dem Schubrohr verbunden ist s. (5.1 Saugrohr; 5.2 Treibwasser; 5.3 Trägerflosse; 5.4 Saugöffnung)
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Die Trägerflosse dient auch für die Befestigung der Schubumkehrschaufel entsprechend .
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Durch Perforation der Stirnfläche des Saugrohres im Bereich des Schubrohres wird der Widerstand am Eintritt verringert. Das Druckrohr endet in einer zentralen Düse aus der das Treibwasser in das Schubrohr geblasen wird.
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Der Träger (Trägerflosse) wird mit einer handelsüblichen Vorrichtung so am anzutreibenden Bootsrumpf befestigt, so dass mit dem Schubrohr gelenkt werden kann.
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Druckrohr und Saugrohr enden im oberen Bereich in versetzt angebrachten Rohrverschraubungen, die über Rohr- oder Schlauchleitungen mit der Pumpe verbunden sind.
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Alternativ kann ein Ringdüsen - Außenborder eingesetzt werden, bei dem eine ringförmige Schlitzdüse das Treibwasser am inneren Umfang des Schubrohres einbläst wodurch der Stirnwiderstand erheblich verringert wird.
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Der äußere Mantel bei dieser Bauweise ist perforiert, so dass das umgebende Wasser in die ringförmige Saugkammer eintritt und zentral über das Saugrohr der Pumpe zugeführt wird.
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Dadurch wird die Wasserreibung um das voll getauchte Schubrohr verringert.
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s. (4.1 Sauganschluss; 4.2 Sauganschluß am Umfang; 4.3 Treibwasser; 4.4 Mischzone) und
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Pumpe und Motor können im Boot fest installiert oder transportabel sein.
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Vorteile :
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- Einfache Bauweise
- Nutzung handelsüblicher Bauteile
- Hoher Wirkungsgrad des Gesamtsystems
- Preisgünstiger Bau durch Wegfall von Schraube, Welle, Wellenlager, Getriebe im Vergleich zu konventionellem Schiffsantrieb
- Bessere Masseverteilung durch freie Wahl des Hauptantriebes
- Geringe Wirbelbildung im Heckwasser, dadurch geringe Verluste
- Geringe Gefährdung des Antriebs durch treibende Fremdkörper
- Geringe Verletzungsgefahr von Schwimmern durch Wegfall drehender Schrauben
- Extrem geringe Reaktionszeit bei Umsteuerung von voll Voraus auf voll Zurück
- Beste Manöverierbarkeit
- Entfall der Ruderanlage durch Steuerung mit Schubvektoren
- Zentrale Pumpen versorgen Hauptantrieb und Querschubrohre
- Pumpen können universell genutzt werden für Hauptantrieb -, Deckwasch-, Feuerlösch-, Lenzpumpen
- Gewichtseinsparung durch kompakte Bauweise
