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Die Erfindung betrifft einen Wellenreiter-Schiffsrumpf nach der Art, wie er zuerst in einem deutschen Gebrauchsmuster beschrieben wurde (# 202013 004 518.3, eingetragen am 15. Mai.2013) - der dann zudem noch in verbesserter Version als „Wellenreiterschiffsrumpf mit verlängerbaren Schürzen“ in der Patentanmeldung # 10 2021 004 029.5 vom 12.08.2021 behandelt wurde, d.h. in diesen Fassungen ist diese spezielle Rumpfform bekannt.
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Ein Wellenreiter-Schiffsrumpf verdrängt bei Vorwärtsfahrt das den Bug anströmende Wasser nach unten anstatt zu den Seiten. Diesem nach unten verdrängten Wasser kann bei dessen anschliessendem Aufstieg am Hinterschiff dann per Rekuperation ein Grossteil der zuvor investierten Energie wieder abgenommen werden. Klar ist, dass dieses Wasser, das nach unten verdrängt wird, diesen Weg nur dann nimmt, wenn es beim Anströmen am Bug von leitblechartigen Schürzen dazu gezwungen wird. Diese ins Wasser ragenden Schürzen erhöhen jedoch die benetzte Oberfläche des Schiffsrumpfes und damit dessen Wiederstand im Wasser. Die tatsächliche Energiebilanz eines Wellenreiterschiffsrumpfes hängt somit direkt davon ab, ob der Betrag an Reibungswiderstandserhöhung durch die Schürzen unterhalb des Energieertrages bleibt, der sich per Rekuperation erzielen lässt.
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Oder anders ausgedrückt: Mit einem möglichst geringen Einsatz an Schürzenfläche muss im Idealfall das gesamte, „den Schiffsbug anströmende Wasser“ (tatsächlich bewegt sich nicht das Wasser, sondern das Schiff) möglichst weit in die Tiefe gezwungen werden. Bei der ersten Veröffentlichung eines derartigen Wellenreiterschiffsrumpfes im Jahr 2013 wurde das von dessen Schiffsbug verdrängte Wasser auf 13 Tiefenmeter hinab geführt (dem Hamburger Hafen-Limit) wozu großflächige Schürzen zur Kanalisierung dieses Wasserflusses in der erforderlichen Weise am Vorderschiff wie auch am Hinterschiff vorgesehen waren - was allerdings einen relativ hohen Betrag an Reibungswiederstandserhöhung zur Folge hatte.
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Da Wasser, das auf lediglich 13 Tiefenmeter hinab verdrängt wurde, noch keine grosse Kraft entfaltet, wenn es wieder zurück zur nahen Oberfläche strömt, hält sich natürlich der Rekuperationseffekt, der sich dann dabei mithilfe der hinteren, aufsteigenden Rampe erzielen lässt, in Grenzen. Die komplette Vermeidung einer Verdrängungswelle ist so z.B. noch nicht möglich - d.h., es entstehen nach wie vor Verluste an Wellenwiederstand, die man lieber vermeiden wollte.
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Bei der zweiten Veröffentlichung zum Thema (Patentanmeldung im Jahr 2021: Wellenreiterschiffrumpf mit verlängerbaren Schürzen), wurden die Schürzen daher ausfahrbar konzipiert, so dass das zu verdrängende Wasser hinab auf z.B. bis zu 30 Tiefenmeter geführt werden konnte. Der von Schiffen üblicherweise verursachte Wellenwiederstand ließ sich dadurch nahezu komplett vermeiden - und der Formwiederstand durch eine hohe Rekuperationsleistung des nun am Hinterschiff aus 30 Tiefenmetern hochpressenden Wassers enorm reduzieren. Allerdings um den Preis einer nochmals vergrößerten Schürzenfläche im Bereich des Wellenreitervorschiffes. Denn die nun weit in die Tiefe expandierbaren Schürzen bedeuteten natürlich einen großen Flächenzuwachs.
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Allerdings reifte im gleichen Atemzug auch die Erkenntnis, dass die bisher am Hinterschiff vorgesehenen Schürzen dort schlicht überflüssig sind. Denn ist das Wasser erst einmal unterm Rumpf, muss es beim anschließenden Aufstieg nicht mehr geführt werden (da sich dies laut des Naturgesetzes, das der Schweizer Physiker Daniel Bernoulli im Jahr 1783 entdeckte, erübrigt). Denn Aufgrund des geringeren Drucks in schnellfliesenden Medien bleibt es im Aufstiegsmodus zuverlässig unterm Schiffsrumpf des Hinterschiffs gefangen - eine Kraft-Rückübertragung / Kraftrekuperation gelingt dort daher quasi automatisch.
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Schürzenflächenseitig stand beim verbesserten Wellenreiterschiffsrumpf (mit verlängerbaren Schürzen) somit letztlich einem Flächenzuwachs am Vorschiff (durch eben die verlängerbaren Schürzen) ein kompletter Wegfall der Schürzen am Hinterschiff gegenüber - im Ergebnis eine Pattsituation, eine Nullsummensituation, ein kompletter Flächenausgleich. Oder anders ausgedrückt: der verbesserte Wellenreiterschiffsrumpf erreichte die nun tiefere Wasserverdrängung hinab auf bis zu 30 Tiefenmeter mit einem gleich großen Schürzenflächeneinsatz wie der Ursprungs-Wellenreiterschiffsrumpf, dessen Potential bei nur 13 Metern gelegen hatte.
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Der mechanische Aufwand von riesigen absenkbarer Schürzen ist natürlich enorm, ebenso die Schürzenfläche im Bereich des Vorschiffs eines derartigen verbesserten Wellenreiterschiffsrumpfes - die per Rekuperation zurückgewinnbare Antriebsenergie eines Schiffes das mit einem derartigen Wellenreiterschiffsrumpf ausgestattet ist, wird daher in großem Umfang durch die Erhöhung von dessen Reibung (infolge dessen Zuwachs an benetzter Oberfläche im Vergleich zu einem Normalrumpfschiff) wieder kannibalisiert. Ein Dilemma. Man könnte es so bezeichnen: Das Prinzip, eine Rekuperation von Antriebsenergie bei einem Schiff zu ermöglichen, indem man es mit einem Wellenreiterschiffsrumpf ausstattet, bei dem seitliche Schürzen Wasser in die Tiefe befördern, ist zwar richtig, der Aufwand und Wiederstand, der dafür jedoch bei den bisher bekannten Konstruktionen in Kauf genommen werden muss, ist zu hoch. Das macht die Sache uninteressant.
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Aufgabe muss es daher sein, einen nochmals verbesserten Wellenreiterschiffsrumpf zu konzipieren, der für das Verdrängen von Wasser in die Tiefe mit Schürzen auskommt, die gegenüber den seitherigen Versionen bedeutend flächenreduziert sind (um eine geringe benetzte Gesamtoberfläche dieses Rumpfes zu gewährleisten), und der das verdrängte Wasser noch tiefer als bisher unters Schiff führt, um damit den Rekuperationsertrag zu steigern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen völlig neuartig proportionierten Wellenreiterschiffsrumpf mit Abrisskantenschwelle gemäß den Ansprüchen 1 bis 10:
- Dabei wird der Bug eines Wellenreiterschiffsrumpfes nun mit einer relativ steil abfallenden, somit kurzen vorderen Rampe ausgestattet, wodurch auch die Schürzen, die diese Rampe seitlich flankieren, geradezu extrem flächenreduziert ausfallen können (im Vergleich zu anderen, aus bisherigen Veröffentlichungen bekannten Wellenreiterschiffsrümpfen). Am Schiffsboden endet diese kurze, steil abfallende vordere Rampe jetzt an einer Schwelle, die scharfkantig ausgeführt ist und die Funktion einer Abrisskannte einnimmt. Die vom Bug eines derartigen Wellenreiterschiffsrumpfes in die Tiefe gezwungene Wasserströmung reißt an dieser Schwelle vom Schiffskörper ab, löst sich also von ihm und taucht nun ohne jede weitere Führungsmassnahme (sprich ohne Notwendigkeit zusätzlicher, leitblechartiger Schürzen) - weit unters Schiff ab - wobei die Abtauchtiefe dieses Wasserstromes nur noch von der Fahrtgeschwindigkeit des Schiffes und von der Winkelausrichtung der Abrisskantenschwelle abhängt.
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Diese Formgebung kommt quasi einer Revolution im Schiffbau gleich, wird dabei doch die Abkehr vom Ideal des Körpers mit möglichst eng anliegender, strömungsgünstiger Formgebung vollzogen.
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Dass sich durch diese Ablösung der Wasserströmung vom Schiffsrumpf - und deren Abtauchen in die Tiefe - schließlich eine Schiffsgestalt ergibt, die einen extrem niedrigem Gesamtwiederstand aufweist, ist dabei folgendem Effekt geschuldet:
- Wasser, das von einem Schiffsrumpf in die Tiefe verdrängt wird, behält die Energie, die für diese Verdrängung eingesetzt wurde, bei ! Sie kann nicht verloren gehen, denn diese Energie ist - in Form einer Druckerhöhung mittels Volumenzunahme in der Tiefe (ohne rasche Ausgleichsmöglichkeit!) - förmlich gefangen. Und die nächste Möglichkeit für dieses druckbeaufschlagte Tiefenwasser, wieder einen Druckausgleich herbeizuführen, eröffnet dann erst das Hinterschiff des Wellenreiterschiffsrumpfes mit seiner aufsteigenden, hinteren Rampe (dann, wenn sich das Schiff infolge seiner Fahrtgeschwindigkeit soweit fortbewegt hat, dass diese aufsteigende Rampe eine „Volumenzuströmung möglich macht“, sprich dem großen, existierenden Wasserdruck unterm Schiff erstmals schnellen Ausgleich gewährt. Der Wasserdruck direkt unter einem solchen, verbesserten Wellenreiterschiffsrumpf mit Abrisskantenschwelle bei voller Fahrt ist weit höher als im umgebenden Wasservolumen, also dem Bereich, der das Schiff in etwas Abstand umgibt / sprich als im ‚Rest-Meer‘ --> da sich dieses Szenario überwiegend auf den großen, ozeanischen Schifffahrtsrouten des Planeten abspielen wird).
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Diese Systematik - Druckaufbau unterm Schiff mithilfe des Hinabrammens von Wasser durch den kurzen, schürzenflankierten Bug eines solchen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle, resultierend in der Ablösung dieses Wasserstromes vom Schiff (was dessen Fluss in die Tiefe ohne weitere, physische Kanalisierung ermöglicht) mit dem sich daran anschließendem Druckausgleich beim Eintreffen der aufsteigenden Rampe über dem Ort des hohen Wasserdrucks - läuft dabei natürlich kontinuierlich ab. Es ist ein Wasser-Förderband in die Tiefe, wobei selbiges Wasser dann bei seinem Wiederauftauchen am Hinterschiff eine Art ‚Gewinnausschüttung‘ ermöglicht: Rekuperation des Großteils der zuvor per Schiffsantrieb in die Wasserverdrängung investierten Energie. Dieses Wasserförderband arbeitet dabei enorm effektiv - sprich, es fallen dabei nur geringe Verluste an. Denn Wasser an sich ist ein äußerst geschmeidiges Element, das einen derart geringen Eigen-Reibungswiderstand aufweist, dass dieser fast vernachlässigbar ist - und das zudem den Weg zu einem Ort mit geringerem Wasserdruck stets unverzüglich antritt (sprich extrem schnell, ohne jede Verzögerung) da es nicht komprimierbar ist.
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Besonderer Vorteil des neuheitlichen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle: Eine signifikante Energieeinsparung gegenüber den Schiffen, die mit herkömmlichem Schiffsrumpf ausgestattet sind.
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Bei einem herkömmlich ausgeformten Schiffsrumpf wird dessen Antriebsleistung bei schneller Vorwärtsfahrt durch diverse Wiederstände verkonsumiert, die sich überschlägig in folgendem Umfang bemerkbar machen (--> je nach Schiffstyp und Fahrtgeschwindigkeit variieren diese Standardwerte):
- Reibungswiederstand: ca 45%
- Wellen und-Formwiederstand: ca 40%
- Luftwiederstand: ca 10%
- Verwirbelungswiederstand: ca 5%
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Ein wesentlicher Vorteil des neuheitlichen Wellenreiterschiffsrumpf mit Abrisskantenschwelle ist, dass sich mit ihm der Wellenwiederstand auf nahezu 0 drücken lässt (denn eine Verdrängung von Wasser über die Wasseroberfläche im Bugbereich findet nahezu nicht mehr statt). Und auch dessen Formwiederstand nimmt um einen enormen Betrag von fast 75% ab (denn fast ¾ der Energie, die zur Überwindung des Formwiederstandes aufgewendet werden muss, lässt sich nun durch die Rekuperation der Antriebskraft unterm Hinterschiff wieder zurückgewinnen). D.h. dass statt des bisherigen Anteils von 40% (der bei einem Normalrumpfschiff an Wellen-und Formwiederstand anfällt), nun neuerdings in Bezug auf diese beiden Wiederstandsarten nur noch mit etwa 10% Anteil am Gesamtwiederstand zu rechnen ist. Der Gesamtwiderstand des Schiffes lässt sich durch den Einsatz des Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle somit in etwa um 25 bis 30% verringern (-25% bis -30%) Besonderer Vorteil des neuheitlichen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle: kleine Schürzenfläche, daher kaum Reibungswiderstandszunahme
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Die Grösse der mit Wasser benetzten Oberfläche eines Schiffsrumpfes ist wesentlich für den Reibungswiederstand, der bei der Vorwärtsbewegung eines jeden Rumpfes im Wasser überwunden werden muss. Da der erfindungsgemäße Wellenreiterschiffsrumpf mit Abrisskantenschwelle nun über eine steil abfallende, kurze vordere Rampe verfügt, fallen auch die Schürzen, die diese vordere Rampe flankieren, um das den Schiffsbug anströmende Wasser in die Tiefe zu kanalisieren, sehr kurz und klein aus. D.h. ihre Oberfläche erhöht die Gesamtoberfläche der Neuheit nur in geringfügigem Maße. Das Reibungswiederstandsaufkommen der Neuheit bewegt sich deshalb in ähnlichem Rahmen wie dem von Rümpfen in Normalauslegung, also mit konventionell geformtem Rumpf. Es ist dabei anzunehmen, daß der Flächenzuwachs, den die Schürzen verursachen, den Reibungswiederstand insgesamt nur um den überschaubaren Betrag von ca. 5% erhöht.
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Diesem Umstand kommt große Bedeutung zu, ist der Reibungswiderstand doch der größte aller Wiederstände, die bei der Bewegung eines Schiffsrumpfes durchs Wasser auftreten. Er kann bei schneller Fahrt bis zu 45% des Gesamtwiederstandes ausmachen. Wächst er nun um weitere 5% infolge der zusätzlich zu Buche schlagenden Schürzenflächen - auf dann z.B. 50% Anteil am Gesamtwiederstand eines neuheitlichen Schiffes - macht sich das zwar negativ bemerkbar, ist aber dennoch zu verschmerzen: denn die Widerstandsreduzierung, die sich mit dem erfindungsgemäßen Schiffsrumpf in Bezug auf den Wellen - und Formwiederstand erzielen lässt (siehe Ausführung weiter oben / - 25 bis - 30%) ist derart überwältigend, dass sie diesen Verlust mehr als ausgleicht. Man könnte auch sagen: Wenn sich der Gesamtwiderstand eines Schiffes durch Einsatz einer neuen Rumpfform um 25% bis 30% verringern lässt, fallen die 5% Mehraufwand für die Überwindung an zusätzlich entstehender Reibung auch nicht mehr groß ins Gewicht. Wichtig ist, was unterm Strich'an Gewinn' verbleibt. Und dieser Saldo ist enorm positiv. Durch den Einsatz eines neuheitlichen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle würde sich selbst nach dieser korrigierten Rechnung letztlich noch immer eine Verringerung des Gesamtwiederstandes gegenüber Schiffen mit Normalrumpf um 20% bis 25% ergeben.
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Tatsächlich ist jedoch die Annahme, dass ein neuheitlicher Wellenreiterschiffsrumpf eine gegenüber Schiffen in Normalauslegung höhere Reibung aufweist (um z.B. 5%, aufgrund der kurzen Schürzen am Bug) wohl viel zu pessimistisch und tatsächlich grundfalsch. Denn im Rumpfbereich direkt hinter der Abrisskantenschwelle (an der das verdrängte Wasser ja in die Tiefe abtaucht) besteht tatsächlich eine Art Totwasser-Zone, eine Zone, in der das Wasser steht, oder sich gar - in der Art eines Kehrwassers - langsam nach vorne, Richtung Abrisskantenschwelle bewegt. Und wo kein Wasser fließt, gibt es auch keine Wasserreibung! Unter der Annahme, dass diese Zone etwa 25% der Schiffslänge ausmacht, ist die sich - aus diesem Umstand ergebende - Reibungsreduzierung erstaunlich, geradezu enorm! (Anzunehmen ist, dass der Bereich des Buges, die Wasser-Abtauchzone maximal 25% der Rumpflänge einnimmt, vermutlich wesentlich weniger - und des Weiteren, dass die Auftauchzone dieses Verdrängungswassers in Richtung Heck des Schiffes / im Bereich der hinteren, ansteigenden Rampe, vermutlich über 50% der Schiffslänge reicht. Der Bereich zwischen Abtauch und Auftauchzone (in dem das Wasser in der Tiefe seine Kehrtwende vollzieht) dürfte somit etwa 25% der Rumpflänge einnehmen. Auf einem Viertel der Rumpflänge kann dementsprechend - zumindest was den Schiffsboden anbelangt - mit einer geradezu gravierenden Reibungsreduzierung kalkuliert werden. Da z.B. ein Containerriese mit einer Schiffslänge von 400 Metern eine Breite von 60 Metern aufweist - bei einem Tiefgang von vorzugsweise 13 Metern (Hamburger Hafen Tiefgangslimit), fällt in diesem ‚reibungsarmen‘ Totwasser-Rumpfbereich / der etwa ein Viertel der Rumpflänge einnimmt, also z.B. 100 Meter, eine Reibungsreduzierung von über 50% an. (→denn am Rumpfboden, sprich, auf einer Breite von 60 Metern, fällt der Reibungswiderstand quasi komplett weg, an den Rumpfseiten, die zusammen 26 Meter ausmachen / → 2 mal 13 Meter Tiefgang, bleibt die Wasserreibung in vollem Umfang bestehen - woraus sich dann - als anzunehmendes Resultat an voraussichtlicher Gesamtreibungsreduzierung in diesem etwa 100 Meter langen Totwasserbereich somit die oben angeführten 50%+ ergeben). Wenn bei einem Containerriesen aber der Reibungswiederstand auf einem Viertel der Schiffslänge um 50%+ sinkt, bedeutet dies im Umkehrschluss, dass der Gesamtreibungswiderstand dieses Schiffes um fast 15 % abnimmt! Und selbst wenn davon noch 5% durch die Wasserreibungszunahme durch die Schürzen am Schiffsbug abgezogen werden, verbleibt als Endergebnis an Gesamtreibunsreduzierung eines erfindungsgemäßen Wellenreiterschiffsrumpf von noch immer 10%. Und wenn man zu dieser Reibungsreduzierung noch die sich zudem einstellende Reduzierung von Wellen - und Formwiederstand hinzuaddiert - wie oben ausgeführt im Umfang von ca. - 25 bis - 30%, und zusätzlich noch eine weitere Reibungsreduzierung von 5% durch eine Luftschmieranlage im Bereich unter der langen hinteren Rampe annimmt, ergibt das in Summe ein geradezu phantastisches, um nicht zu sagen irrwitziges Widerstandsreduzierungspotential der Erfindung von antizipierbaren bis zu 45%.
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Besonderer Vorteil des neuheitlichen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle: die Verdrängungstiefe ist nicht mehr limitiert
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Das volle Potential zur Widerstandsverminderung lässt sich bei einem Wellenreiterschiffsrumpf (der das zu verdrängende Wasser - statt es zur Seite zu schieben - in die Tiefe führt) nur dann heben, wenn dieses Wasser auch tatsächlich die Oberflächenzone verlässt und weit hinab in die Tiefe gezwungen wird. Eine Verdrängung in zu geringe Tiefe hingegen, z.B. in eine Tiefe von lediglich 13 Metern (Hamburger Hafen-Tiefgangslimit für Frachtschiff und-Passagierschiffe) wäre zu wenig - die Wassersäule, die das Verdrängungswasser dabei überlagert, wenn dieses in 13 Tiefenmetern freigegeben wird (wenn in dieser Tiefe die Schürzenunterkanten eines Wellenreiterschiffsrumpfes enden) ist noch nicht groß (und schwer) genug, um jegliche Ausbildung einer Verdrängungswelle an der Wasseroberfläche zu verhindern (weshalb unter derartigen Konditionen noch immer Wellenwiderstand entsteht, wenn auch in reduziertem Umfang, da die Bugwelle dabei ja immerhin in einer Tiefe von 13 Metern induziert wird --> während sie bei einem Schiff in ‚Normalauslegung‘, das 13 Meter Tiefgang aufweist, in einer gemittelten Tiefe von lediglich 6,5 Meter generiert wird). Richtig effektiv wird die Widerstandsvermeidung aber erst, wenn z.b. mind-estens 25 bis 30 Meter Wassersäule den Ort der Freisetzung / der Freigabe dieses Verdrängungswassers, überlagern. Denn damit werden Tiefenbereiche erreicht, die bereits in Richtung der Konditionen tendieren, unter denen getauchte U-Boote agieren (bei denen in getauchtem Zustand ja keinerlei Bugwelle mehr auftritt, die also unter Wasser viel widerstandsärmer unterwegs sind und dort deshalb bei gleicher Motorleistung eine um bis zu 50% höhere Fahrtgeschwindigkeit erreichen können als bei ihrer Fahrt über Wasser / an der Wasseroberfläche). Nicht zuletzt dieser Tatsachenbestand ist ja der schlagende Beweis dafür, dass die Verdrängung von Wasser in die Tiefe im Hinblick auf die Widerstandsreduzierung von Wasserfahrzeugen generell - also auch Oberflächenwasserfahrzeugen wie Schiffen, vorteilhaft ist.
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Ein großer Vorteil des neuheitlichen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle ist nun, dass bei ihm theoretisch nun sogar überhaupt kein Tiefenlimit mehr besteht, was dessen Potential anbelangt, Wassermassen in Regionen weit unters Schiff zu befördern. Dank seiner Abrisskantenschwelle und der dadurch verursachten Ablösung des Verdrängungswasserstromes vom Schiff, kann dieses Wasser nun sogar auf Tiefenniveaus von 50, 80 oder noch mehr Tiefenmetern hinabgezwungen werden. Die bisherige Notwendigkeit (bei Wellenreiterschiffsrümpfen mit anliegender Wasserströmung), eine physische Schürzenkanalisierung bis hinab auf das angestrebte Tiefenniveau zu garantieren, z.B. auch unter Einsatz ausfahrbarer, also zusätzlich in die Tiefe verlängerbarer Schürzensegmente (um Tiefenverdrängungsresultate z.B. bis hinab auf 30 Meter zu erreichen), entfällt nun komplett. Die Abrisskantenschwelle sorgt dafür, dass das Verdrängungswasser, nachdem es diesen Ablösepunkt passiert hat, nun auch ohne Schürzenflankierung auf jeden Fall in Tiefen gelangt, die garantieren, dass sich am Schiff keinerlei Verdrängungswelle / Bugwelle mehr ausbilden kann.
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Die Tiefe, in die das Verdrängungswasser gelangen soll, lässt sich bei der Erfindung jetzt tatsächlich bewusst steuern. Man kann sie nun über die Beeinflussung von lediglich 2 Parametern quasi frei einstellen. Der erste Parameter ist die Fahrtgeschwindigkeit. Je höher die Fahrtgeschwindigkeit des Schiffes ist, desto tiefer wird das Verdrängungswasser ab der Abrisskantenschwelle nach unten beschleunigt. Der zweite Parameter ist die Winkeleinstellung, mit der die Abrisskantenschwelle das Wasser nach unten ablenkt. Ein stumpfer Winkel (von z.B. 120°) sorgt für eine flachere Ablenkung, mithin Verdrängung in geringere Tiefe, ein steilerer Winkel (von z.B. 90°) sorgt für eine starke Ablenkung, mithin tiefere Verdrängung. Wobei sich Tiefenrekorde erübrigen - denn ist die Wassersäulenüberlagerung erst einmal so groß, dass sich keine Verdrängungswelle mehr an der Wasseroberfläche ausbilden kann, ist das Ziel ja erreicht - und eine Verdrängung in noch größere Tiefen wäre unsinnig. So gesehen ist es unerheblich, ob z.B. 80 oder 100 Meter Wassersäule über dem Freisetzungsort des Verdrängungswassers anliegen (dem Ort seines unteren Umkehrpunktes unterm Schiff) - denn das Ergebnis an Widerstandsminderung bleibt letztlich dasselbe.
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Besonderer Vorteil des neuheitlichen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle: werden vordere und hintere Rampe mit konkaven Wölbungen versehen, lässt sich die Rekuperationsleistung noch erhöhen
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Die vordere Rampe des erfindungsgemäßen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle zwingt das vom Schiff bei Vorwärtsfahrt zu verdrängende Wasser in die Tiefe, die hintere Rampe rekuperiert die Energie, die dieses unterm Hinterschiff wiederaufsteigende Wasser beinhaltet. Diese beiden am Energierückgewinnungsprozess beteiligten Rampen sind dabei typischerweise als Geraden ausgeführt, die jeweils auf die Schwelle zulaufen. Vorteilhafterweise können diese beiden Rampen aber auch mit einer konkaven Wölbung versehen werden, also einer Form, die sich nach innen, Richtung Schiffskörper krümmt (wobei beide Rampen derart modifiziert werden können, oder auch nur eine von beiden). Derart ausgeformt, kann dann z.B. die kurze, vordere Rampe das von ihr nach unten beförderte Verdrängungswasser in unmittelbarer Abrisskantenschwellennähe noch mit einer besonders starken, abschließenden Beschleunigung in die die Tiefe befördern - während eine geradlinige Rampe nur eine gleichbleibende Abtauchgeschwindigkeit auf diesen Wasserstrom übertragen könnte.
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Auch im Bereich der hinteren Rampe, im Auftauchbereich des Verdrängungswassers, zieht eine konkave Ausformung des dortigen Schiffsbodens vorteilhafte Konsequenzen nach sich. Denn das in die Tiefe verdrängte Wasser drängt prinzipiell zunächst einmal in senkrechter Richtung nach oben (mit der Absicht, den kürzesten Weg zum Druckausgleich zu finden). Der schräg nach oben veraufende, mit einer konkaven Wölbung versehene Schiffsboden im Bereich der hinteren Rampe kann die Kraft dieses senkrecht nach oben drängende Wasser daher effektiver ausnutzen, wenn die erste Kontaktfläche, auf die dieses Wasser trifft, ebenfalls eine eher senkrechte Ausrichtung besitzt - und dann erst im weiteren Verlauf dieses Schiffsbodensegmentes - nach Art einer typischer Ellipse oder Glockenform - immer flacher werdend ausläuft.
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Besonderer Vorteil des neuheitlichen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle: Mittelschiff kann über waagerechten Rumpfboden verfügen
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Ein Wellenreiterschiffsrumpf definiert sich grundsätzlich über das Vorhandensein von 2 Rampen, einer vorderen, schürzenflankierten, abfallenden Rampe, die das - den Bug anströmende - Wasser in die Tiefe zwingt, und einer hinteren, aufsteigenden Rampe, die die Rekuperation der zuvor investierten Energie zur Wasserverdrängung ermöglicht. Zwischen diesen beiden Rampen, an der tiefsten Stelle des Rumpfes ist die Schwelle verortet (die bei der Neuheit in Form einer Abrisskantenschwelle ausgeführt ist). Als besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 kann im direkten Anschluß an die Abrisskantenschwelle aber - statt einer dort unmittelbar ansetzenden, hinteren, aufsteigenden Rampe - zunächst einmal ein Segment mit waagerechtem Rumpfboden eingefügt werden. Denn da die Wasserströmung, die ab Abrisskantenschwelle zunächst in die Tiefe verschwindet, aufgrund der Schiffsbewegung bei schneller Fahrt erst wieder etwas nach hinten versetzt auftaucht - wobei sie ungefähr in Schiffsmitte nach oben drängt, sprich, dort am Schiffsboden anlangt - reicht es aus, die hintere, aufsteigende Rampe dann auch erst dort beginnen zu lassen.
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Das Einsetzen eines derartigen Segmentes mit waagerechtem Rumpfboden im Mittelschiff eines neuheitlichen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle zieht dann naheliegenderweise Vorteile im Hinblick auf die Ladekapazität eines derartigen Schiffes nach sich. Denn in den Zonen der Erfindung, in denen der Schiffsboden in Form von abfallenden oder ansteigenden Rampen ausgebildet ist, büßt sie im Vergleich zu Schiffen mit konventioneller Formgebung naturgemäß etwas an Ladekapazität ein (wobei dies lediglich den „Rumpfsektor unterhalb der Wasserlinie“ betrifft - oberhalb der Wasserlinie gibt es ohnedies keine Unterschiede). Da aber natürlich auch konventionell geformte Rümpfe an Bug und Heck über Einschnürungszonen verfügen, um strömungsgünstig zu sein, hält sich der Kapazitätsverlust in engen Grenzen - und ist letztlich unerheblich angesichts der überwältigenden ökonomischen Vorteile, die der Betrieb des wesentlich effizienter bewegbaren, erfindungsgemäßen Wellenreiterschiffrumpfes verspricht.
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Besonderer Vorteil des neuheitlichen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle: besonders lange und damit effektive hintere Rampe
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Charakteristische Eigenart des neuartigen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle ist die äußerst kurz ausfallende und steil abwärts verlaufende vordere Rampe am Bug dieses Schiffes. Und infolge der Tatsache, dass diese Rampe nun also in geradezu extrem kurzer Gestalt auftritt (im Vergleich zu bisherigen Wellenreiterschiffsrumpf-Varianten) resultiert daraus als logische quasi unvermeidbare Konsequenz, dass die hintere, aufsteigende Rampe sehr lang ausfällt. Diese Eigenart gilt selbst für den Fall, dass sich direkt im Anschluss an die Abrisskantenschwelle noch ein Mittelschiffsegment mit waagerechtem Rumpfboden anschließt. Mindestens die Hälfte der Schiffslänge entfällt nun auf den Bereich der hinteren, aufsteigende Rampe - weshalb das unterm Hinterschiff aufsteigende Wasser nun vorteilhafterweise länger im Aufstiegs und-Rekuperationsmodus verbleibt (und damit länger, sprich effektiver Energie rückübertragen kann), als bei jeder vorherigen, bekannten Wellenreiterschiffsrumpfversion.
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Besonderer Vorteil des neuheitlichen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle: oberhalb der Wasserlinie sind kaum Änderungen der Schiffsgestalt gegenüber konventionell ausgelegten Schiffen sichtbar
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Das revolutionär anders ausgeformte Unterwasserschiff eines erfindungsgemäßen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle hat oberhalb der Wasserlinie in optischer Hinsicht kaum Konsequenzen. Das Erscheinungsbild der Neuheit auf den Ozeanen der Welt ist somit alles andere als spektakulär - im Gegenteil, es bedürfte wohl des geschulten Blicks von Schiffbau-Experten, um ein Schiff in Auslegungsform eines neuheitlichen Wellenreiterschiffsrumpfes gemäß der Ansprüche 1 bis 10 in einer Gruppe von Schiffen auszumachen, die demgegenüber in konventioneller Formgebung ausgelegt sind. Dies dürfte der zukünftigen Akzeptanz der Erfindung beim Kunden, also bei den Reedern dieser Welt, mit Sicherheit zuträglich sein. Entscheidend ist aber letztlich ohnedies der ökonomische Vorteil. Der Minderverbrauch an Treibstoff, den Reeder durch Umstellung ihrer Flotten auf erfindungsgemäße Wellenreiterschiffsrümpfe mit Abrisskantenschwelle erzielen können, wird so überwältigend sein, dass sich die Erfindung schnell ihren Platz auf den Weltmeeren erobern wird - Schiffe mit konventioneller Formgebung werden da in ökonomischer Hinsicht nicht mehr mithalten können. Und da für Reeder letztlich entscheidend ist, was am Monatsende als Guthaben auf ihrem Firmenkonto verbleibt, werden für sie Schiffe auf Basis von erfinderischen Wellenreiterschiffsrümpfen mit Abrisskantenschwelle regelrecht alternativlos sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen 1 bis 7 näher erläutert. Dabei zeigt:
- Zeichnung 1 : Die perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle in einer Ansicht von schräg unten, mit der numerischen Bezeichnung seiner einzelnen Komponenten
- Zeichnung 2, 3 und 4 : 3 unterschiedliche Schiffsrümpfe als Seitenansichten zum Vergleich - wobei die obere Darstellung ein Schiff mit konventionellem Rumpf zeigt - und die beiden unteren Darstellungen jeweils die Gestalt eines neuheitlichen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrißkantenschwelle (die einmal einen stumpfen Winkel (--> Zeichnung 3, 120 °) und einmal einen steilen Winkel (--> Zeichnung 4, 90°) aufweist - unter besonderer Berücksichtigung des Strömungsverlaufs, den Wasser nimmt, das einen derartigen Bug anströmt
- Zeichnung 5: Das Tiefenverdrängungspotential von drei unterschiedlichen Schiffsrumpf-Versionen im Vergleich:
- Oben:Konventionell ausgeformter, herkömmlicher Rumpf Mitte: Wellenreiterschiffsrumpf mit 13-Meter Tiefgangslimit Unten: erfindungsgemäßer Wellenreiterschiffsrumpf mit Abrisskantenschwelle
- Zeichnung 6 : Darstellung des Strömungsverlaufs im Bereich der „Totwasserzone“/Kehrwasserzone (der Zone direkt im Anschluss an die Abrisskantenschwelle im Detail
- Zeichnung 7: Die perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle in einer Ansicht von schräg unten, unter besonderer Bezugnahme auf dessen Druckausübung auf tiefe Wasserschichten weit unterm Schiff (angedeutet durch den Verlauf von Drucklinien)
- Zeichnung 8: Schematische Darstellung der Wasserbewegung, die ein Wellenreiterschiffsrumpf mit Abrisskantenschwelle bei Vorwärtsfahrt induziert
- Zeichnung 9: Draufsicht auf ein Containerfrachtschiff, das mit einem erfindungsgemäßen Wellenreiterschiffsrumpf mit Abrisskantenschwelle ausgerüstet ist - mit der Visualisierung der Position der Druckzone, die dort unterm Rumpf durch die in die Tiefe gezwungene Wasserströmung entsteht
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In Zeichnung 1 ist ein erfindungsgemäßer Wellenreiterschiffsrumpf mit Abrisskantenschwelle in einer perspektivischen Darstellung mit Blickwinkel von schräg unten zu sehen, dessen wesentliche Neuerung die Abrisskantenschwelle (1) darstellt, die dafür sorgt, dass sich bei Vorwärtsfahrt des Schiffes das von der vorderen Rampe (2) in die Tiefe verdrängte Wasser komplett vom Rumpf ablöst und weit unters Schiff abtaucht - wodurch sich eine Zunahme des Wasserdrucks unterm Schiff ergibt. Die vordere Rampe (2) wird beim Prozess der Wasserverdrängung unters Schiff dabei durch flankierende, seitliche Schürzen (3) unterstützt. Das druckbeaufschlagte Wasser unterm Schiff kann seinem Bestreben nach schnellem Druckausgleich anschließend erst dann entsprechen, wenn sich das Schiff infolge seiner Fahrtgeschwindigkeit soweit fortbewegt hat, dass die aufsteigende hintere Rampe (4) eine ‚Volumenzuströmung‘ ermöglicht. Der Beginn dieser hinteren Rampe (4) kann dabei direkt im Anschluss an die Abrisskantenschwelle (1) verortet sein, es besteht jedoch auch die Möglichkeit, im unmittelbaren Anschluss an die Abrisskantenschwelle zunächst einmal einen Bereich mit waagerecht verlaufendem Schiffsboden (5) einzufügen, und die hintere Rampe (4) dann erst im Anschluss an diesen Rumpfsektor anzusetzen. Bugstrahlruder (6), die in die verdickten Ansätze der seitliche Schürzen (3) nahe der Abrisskantenschwelle (1) eingelassen sind, helfen der Neuheit beim Manövrieren im Hafen. Ein Antriebssystem auf Basis von Propellergondeln (7) auch Pod-Antrieb genannt, sorgt für den Vortrieb der Erfindung auf den Weltmeeren. Eine Abweisvorrichtung am Schiffsbug in Form eines Bügels (8), der auf der Höhe der Wasserlinie installiert ist, hilft dabei, kleine Schiffe wie Segelyachten, die sich auf Kollisionskurs befinden, zur Seite zu verdrängen - um sie so vor dem Überfahren und dem ‚in die Tiefe hinabgedrückt zu werden‘ - zu schützen.
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In den Zeichnungen 2, 3 und 4 sind 3 verschiedene Schiffsrümpfe als Seitenansichten dargestellt, wobei sämtliche Muster vom selben Frachtschifftyp sind, nämlich Containerfrachter, um so auch tatsächlich Vergleichbarkeit zu garantieren. Durch diese Übereinanderstellung lassen sich die Unterschiede zwischen einem Schiff mit konventionellem Rumpf (obere Darstellung) und der Neuheit, dem Wellenreiterschiffsrumpf mit Abrisskantenschwelle (siehe Zeichnungen 3 und 4) nun sehr einfach und nachvollziehbar visualisieren.
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Über Wasser sind tatsächlich fast keine Unterschiede auszumachen zwischen einem Rumpf in konventioneller Auslegung und einem Wellenreiterschiffsrumpf gemäß der Erfindung. Auch was den Vergleich im Hinblick auf die Ladekapazitäten anbelangt, ist der Unterschied zwischen den beiden Rumpfformen nur minimal. Denn auch wenn das in Zeichnung 2 abgebildete Schiff ‚mit Rumpf in Normalauslegung‘ eine durchgehend gerade Kiellinie aufweist, also den maximalen Tiefgang ‚von vorne bis hinten‘ bietet, besitzt es doch sehr starke Einschnürungen an Bug und Heck, um möglichst strömungsgünstig durchs Wasser schneiden zu können - was natürlich zu Lasten der Kapazität im Vorschiff und im Hinterschiff geht.
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Auch bei den beiden Wellenreiterschiffsrümpfen (Zeichnung 3 und 4), geht durch deren 2 Rampen (am Bug und am Heck) natürlich jeweils Ladekapazität verloren. Wobei der Ladekapazitätsverlust der Neuheit am Bug sogar geringer ausfällt als beim konventionell ausgelegten Pendant mit seiner dort bedeutenden Einschnürung. Am Heck verliert der Rumpf vom Typ Wellenreiterschiffsrumpf mit Abrisskantenschwelle dann zwar etwas mehr an Kapazität als der Normaltypus, aber bedeutend ist die Minderkapazität nicht (wären z.B. in der Zeichnung die Container bis auf Höhe der Schiffsbrücke aufgestapelt, wäre die annähernde Vergleichbarkeit der Ladekapazitäten leicht ersichtlich).
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Der Wellenreiterschiffsrumpf in Zeichnung 3 besitzt eine Abrisskantenschwelle mit stumpfem Winkel von ca. 120°). Der Wasserstrom wird daher nicht ganz so weit in die Tiefe gezwungen wie beim Wellenreiterschiffsrumpf in Zeichnung 4, der über einen steileren Winkel (von 90°) verfügt. Mithilfe des stumpfen Winkels sollte sich der Tot und-Kehrwasserbereich unterm Mittelrumpf vergrößern lassen - was zur einer Reibungswiderstandsreduzierung führt. Mit einer steileren Winkeleinstellung der Abrisskantenschwelle (und dadurch tieferer Verdrängung) sollte sich eine bessere Rekuperationsleistung erzielen lassen - da im Endeffekt die Wucht des auftauchenden Wassers unter der hinteren, aufsteigenden Rampe dann grösser ausfallen würde - sprich, generell höhere Druckniveaus im Spiel wären. Welche Auslegungsform letztendlich dann die effektivste und beste ist, wird schließlich vom Einsatzprofil des Schiffes abhängen (seiner geforderten Fahrtgeschwindigkeit, seiner Maschinenstärke und ob eine Priorisierung seiner Ladekapazitäts-Maximierung besteht)
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In Zeichnung 5 sind die Vorderansichten 3er unterschiedlicher Rümpfe dargestellt, die aufgrund dieser, ihrer formalen Unterschiede das Wasser, das sie bei Vorwärtsfahrt in Bewegung versetzen, auf völlig verschiedene Tiefenniveaus verdrängen, obwohl sie alle denselben Tiefgang (von 13 Metern = Hamburger Hafen-Tiefgangslimit) aufweisen.
- - Die obere Vorderansicht zeigt einen konventionell ausgeformten, herkömmlich-en Rumpf mit Wulstbug, dessen Bug das ihn anströmende Wasser einfach nach links und rechts zur Seite schiebt (siehe Pfeile). Da er dies wie erwähnt bei einem Tiefgang von 13 Metern vollzieht, kann man in diesem Fall - gemittelt - eine durchschnittliche Verdrängungstiefe von 6,5 Metern anlegen. Schiffe mit einem solchen Rumpf erzeugen bei Reisegeschwindigkeit / schneller Vorwärtsfahrt teils beeindruckende Bugwellen, die noch kilometerweit hinterm Schiff üb-ers Meer branden - und damit von der erfolgten Energieverschwendung künd-en.
- - Die mittlere Vorderansicht zeigt einen Wellenreiterschiffsrumpf, der als solcher am Bug eine schürzenbewehrte, abwärt sführende Rampe besitzt. Um ‚Hamburger-Hafen-tauglich‘ zu bleiben, können auch die beiden Schürzen, die diese Rampe flankieren, logischerweise maximal 13 Meter in die Tiefe ragen (eben dem Tiefstwert, der für alle Rumpfkomponenten gilt, neben den Schürzen auch für die Schwelle). Das Wasser, das bei Vorwärtsfahrt des Schiffes vom Wellenreiterschiffsbug in die Tiefe ge-zwungen wird, kann deshalb - sobald es 13 Tiefenmeter erreicht hat - links und rechts unter den Schürzen ‚entkommen‘ (siehe Pfeile), d.h. die Verdrängungstiefe dieses Rumpftyps liegt daher eben bei maximal 13 Metern.
(Zu wenig, um z.B. die Ausbildung einer Verdrängungswelle an der Wasseroberfläche komplett zu vermeiden - da das Gewicht der Wassersäule, die das in 13 Tiefenmetern freigesetzte Wasser überlagert, einfach noch zu gering ist).
- - Die untere Vorderansicht zeigt einen erfindungsgemäßen Wellenreiterschiffsrumpf mit Abrisskantenschwelle, bei dem der Wasserstrom von der vorderen kurzen und steilen Rampe so sehr beschleunigt wird, dass er sich an der Ab-risskantenschwelle komplett vom Schiffskörper ablöst und in die Tiefe abtaucht, je nach Fahrtgeschwindigkeit und Winkeleinstellung der Abrisskantenschwelle können dabei Tiefenwerte von zu 30, 50 aber auch z.B. 80 Meter erreicht werden. Konditionen also, die vergleichbar denen sind, unter denen getauchte U-Boote agieren. Bei einer derart massiven Wassersäulenüberlagerung kann sich dann an der Meeresoberfläche keine Verdrängungswelle mehr ausbilden. Das hohe, anliegende Druckniveau verhilft des weiteren dem unter der hinteren, auf-steigenden Rampe hochdrängenden Wasser zu enormer Wucht, sprich exzellenten Rekuperationswerten. Vergleichbar einem Zustand, als ob eine (stehende) Welle schieben würde - allerdings eine Welle, die über die Kraft eines Kaventsmannes verfügt - oder gar die eines Tsunamis.
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In Zeichnung 6 ist (in Seitenansicht) der Bug und die Mittelrumpfsektion eines erfindungsgemäßen Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle dargestellt, wobei als zuzügliches Detail der Strömungsverlauf visualisiert wird, den das Wasser, das den Bug eines derartigen Schiffes anströmt, nimmt. Dieses, den Bug bei Vorwärtsfahrt anströmende Wasser wird von der kurzen, vorderen Rampe zunächst regelrecht in die Tiefe gerammt (in der Zeichnung durch den großen, nach unten gerichteten Pfeil neben dem gestrichelten Wasserstrom symbolisiert), und kann seinem Bestreben nach schnellem Druckausgleich erst dann nachkommen, wenn sich das Schiff aufgrund seiner Fahrtgeschwindigkeit soweit nach vorne bewegt hat, dass die hintere, aufsteigende Rampe diesem Wasser den Raum eröffnet, zurück an die Oberfläche zu strömen (siehe großer, nach oben gerichteter Pfeil). Dieser Vorgang läuft logischerweise kontinuierlich ab, nach Art eines Wasserförderbandes. Eines Systemes also, in das vorne (Antriebs)Energie eingespeist wird und erst viel weiter hinten per Rekuperation Energie zurückgewonnen / sprich, entnommen wird (wobei diese direkt in Vortriebskraft umgesetzt wird). Und da dieses Wasserförderband dabei diesen großen Bogen in die Tiefe vollführt, ergibt sich unvermeidbar eine Tot oder-Kehrwasserzone im Bereich zwischen dem Rumpfboden des Mittelschiffes und dem unteren Umkehrpunkt dieses Wasserstromes in der Tiefe. In der Zeichnung angedeutet wird die (langsame) Vorwärtsbewegung/ die Zirkulation dieses Kehrwassers gegen die Fahrtrichtung des Schiffes, mithilfe der kleinen Pfeile unterm dortigen, waagerechten Mittelschiffsboden. Und da in dieser Kehrwasserzone am Rumpfboden nun also keine schnellfliessende Wasserströmung mehr anliegt wie am Rest des Schiffsrumpfes (wo das Wasser sonst ja überall immer in Reisegeschwindigkeit des Schiffes vorbeiströmt), fällt am Schiffsboden in dieser Totwasserzone jetzt logischerweise genau dieser - sonst immer präsente, unvermeidbare - Wasserreibungswiderstand weg. Dies resultiert dann in einer bedeutenden Verringerung des Gesamtreibungswiderstandes eines derartigen, neuheitlichen Schiffsrumpfes gemäß den Ansprüchen 1 bis 10.
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In Zeichnung 7 ist der zu erwartende Drucklinienverlauf unterm Schiff bei voller Fahrt voraus dargestellt. Dass das höchste Druckniveau direkt unterhalb der Abrisskantenschwelle anliegt, wo das vom Bug nach unten in die Tiefe verdrängte Wasser auch die höchste Geschwindigkeit aufweist, ist logisch und nachvollziehbar. Interessant ist hingegen, dass die Wasserverdrängung in die Tiefe, die der neuheitliche Rumpf auslöst, noch weit unterhalb des Schiffes diagnostizierbar ist. Selbst noch in 70 bis 100 Metern Tiefe erhöht sich der Wasserdruck spürbar - erst dann flachen die Isobaren aufgrund des zunehmenden Wasserdrucks in den tieferen Schichten ab. Eine Druckerhöhung in einem nach oben offenen System (Wasseroberfläche) bedeutet immer eine Ausweichbewegung des Mediums in Richtung der Zone niedrigeren Drucks - d.h. es kommt durch die Schiffsbewegung zu einer geringfügigen Anhebung der gesamten Wasserfläche rings ums Schiff.
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Zeichnung 8 zeigt in schematischer Darstellung die Wasserbewegung, die ein Wellenreiterschiffsrumpf mit Abrisskantenschwelle bei Vorwärtsfahrt induziert. Tatsächlich ist es ja so, dass sich nur das Schiff im Wasser vorwärtsbewegt, sprich: auch wenn auf Steuerbord und Backbord eines Schiffes bei schneller Fahrt anscheinend das Wasser in geradezu reißender Strömung vorbeizuschie-ßen scheint, steht dieses Wasser in Wahrheit natürlich. Für den Strömungsverlauf eines Wellenreiterschiffsrumpfes mit Abrisskantenschwelle bedeutet dies, dass sich in der Realität das durch dieses Schiff verdrängte Wasser lediglich vertikal bewegt (abwärts und wieder aufwärts, wie in einem Paternoster) - eine horizontale Verschiebung findet nicht statt (bis auf den geringen Betrag an Verwirbelungen hinterm Schiff / dem Schiffsschraubenantrieb geschuldet). Als tatsächlicher Vorgang findet daher nichts weiter statt als simpler Druckaufbau - mit sich unmittelbar daran anschließendem Druckabbau/Entspannung. Wie das Vektordiagramm im linken unteren Eck verdeutlicht, ist der notwendige Aufwand für diesen Druckaufbau geradezu enorm. Durch die steile, konkave vordere Rampe ergibt sich ein unglaublich hoher Formwiderstand. Würde dieser Widerstand bei einem herkömmlichen Schiff, das horizontal verdrängt (nach links und rechts) stattfinden, wären die Verluste geradezu dramatisch. Aber da bei einem Wellenreiterschiffsrumpf die Verdrängung vertikal stattfindet, nach unten, in die Tiefe, ist der dafür zu leistende Aufwand quasi egal. Denn dieser enorme Betrag an zu investierender Antriebskraft (zur Überwindung des großen Formwiderstandes) kommt ja in hohem Maße wieder zurück: Von 100% Antriebskraft zur Überwindung dieses Formwiderstandes (Pfeil links) können annähernd 70% per Rekuperation unterm Hinterschiff (Pfeil rechts / und Vektordiagramm unten rechts) wieder zurückgewonnen werden. Dieser unglaublich hohe Betrag (im Straßen - und Schienenverkehr freut man sich schon über 30%) sind den phantastischen Eigenschaften von Wasser geschuldet. Wasser ist einfach ein äußerst geschmeidiges Element, das einen derart geringen Eigenreibungswiderstand aufweist, dass dieser fast vernachlässigbar ist.
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Das ist auch der Grund für die phänomenale Widerstandsarmut dieser neuartigen Rumpfform namens Wellenreiterschiffsrumpf mit Abrisskantenschwelle: Nachdem am Bug Energie (in Druck) investiert wurde - geht bei der ‚internen Übertragung im Wasser nach hinten‘ quasi nichts verloren (wobei die Bewegung ja wie erwähnt tatsächlich nach unten und wieder nach oben abläuft). Und da auch die Rückumwandlung (also der Druckabbau unterm Hinterschiff unter Umsetzung in Vortrieb) ebenfalls mit hohem Wirkungsgrad erfolgt, macht dies den erfindungsgemäßen, neuartigen Rumpf zu einem regelrechten Wunder an Effektivität.
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In Zeichnung 9 ist ein Containerfrachtschiff von oben (in Draufsicht) zu sehen, das mit einem erfindungsgemäßen Wellenreiterschiffsrumpf mit Abrisskantenschwelle ausgerüstet ist - mit der Visualisierung von Position und des Druckverlaufs in dieser Druckzone, die dort unterm Rumpf durch die in die Tiefe gezwungene Wasserströmung entsteht, (siehe Pluszeichen in den konzentrischen Ringen - von außen nach innen zunehmend). Es wird deutlich, dass diese Zone relativ weit vorne am Schiff verortet ist, denn bei der Neuheit fällt die vordere Rampe - die das Wasser, das den Schiffsbug anströmt, es förmlich in die Tiefe rammt - ja sehr kurz aus.
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Da Wasser nicht komprimierbar ist, resultiert die Volumenzuführung in der Tiefe in einer Anhebung der kompletten Zone um einen geringen Betrag. (bei einem 60 Meter breiten Schiff, das zweihunderttausend Tonnen Tragfähigkeit aufweist, hebt sich das Wasser in Schiffsnähe /in einem Umkreis von ca. 200 Metern/ z.B., um weniger als einen Meter). Da dabei ja die komplette Zone in weitem Umkreis ums Vorschiff leicht angehoben wird, kann dieses Wasser dann nicht einfach schnell abfließen - ein Niveauausgleich bräuchte bei derart großflächiger und flacher Ausdehnung dieser Zone ‚die sich über den Meeresspiegel erhebt‘ relativ lange. Zu lange, als dass es in der Realität tatsächlich dazu kommen könnte. Denn im Linienverkehr, wenn die Reisegeschwindigkeit eines solchen Schiffes bis zu 25 Knoten erreichen kann, sprich, ca. 45km/h → 12,5 m/s (--> ergo z.B 125 Meter in nur 10 Sekunden), eröffnet sich dem druckbeaufschlagten - nach Ausgleich strebenden - Tiefenwasser unterm Schiff ja somit bereits nach wenigen Sekunden der Vorwärtsbewegung des Schiffsrumpfes eine viel schnellere und komfortablere Abflussmöglichkeit - nämlich in den Raum unter der hinteren Rampe, der sich dort ja relativ rasch auftut und sich dann mit jedem Meter Weiterfahrt des Schiffes massiv vergrößert. Beim Aufstieg dieses Wassers unter der langen, hinteren Rampe der Neuheit kann dann somit - wie beabsichtigt - ein Großteil der zu-vor am Bug in die Wasserverdrängung investierten Energie in Form von Schubübertragung aufs Hinterschiff zurückgewonnen werden.
