DE2544939A1

DE2544939A1 - Stromerzeuger fuer segelschiffe

Info

Publication number: DE2544939A1
Application number: DE19752544939
Authority: DE
Inventors: Ralf Sebald
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-10-07
Filing date: 1975-10-07
Publication date: 1977-04-14
Also published as: ES452135A1; IT1072941B; US4102291A; DE2544939B2; GB1513107A; FR2327142B1; FR2327142A1; DE2544939C3

Description

PATENTANWÄLTE 7.10.1975

DlSTEJCH LEWINSKY 8606-lV/K HSiNZ-JOACHiM HUBuR
PRItTSCH

Ralf Sebald, 8 München 71, Vorhoelzerstraße 3

"Stromerzeuger für Segelschiffe"

Die Erfindung betrifft einen Stromerzeuger für Segelschiffe, bestehend aus einem Generator und einem mit dessen Läufer in Wirkverbindung stehenden, in das Wasser eintauchenden, bei in Fahrt befindlichem Schiff angeströmten Propeller am Ende einer Welle.

Das Problem der Stromversorgung von Segelschiffen, insbesondere von seegehenden Segelyachten, ist bislang noch nicht befriedigend gelöst. V7ie nämlich die Erfahrung zeigt und eine überschlägige Rechnung sofort bestätigt, vermag auch eine Bordbatterie beträchtlicher Größe die Vielzahl der Verbraucher, wie Positionslichter, Kompaß- und Innenbeleuchtung, 'lavigationsinstrumente und -geräte, Punkanlage, Kühlschrank und dergleichen nur eine sehr begrenzte Zeit ohne Nachladen zu versorgen. Die der überwiegenden Zahl der Segelschiffe mit einer Länge von mehr als 8 m u.a. eingebaute Hilfsmaschine verfügt zwar über einen, gegebenenfalls sogar zwei Drehstromgeneratoren, Y±e sie aus dem Kraftfahrzeugbereich bekannt sind; das Nachladen einer erschöpften Bordbatterie mit einer Kapazität von 100, 200 oder mehr Amperestunden über die Hilfsmaschine nimmt jedoch eine beträchtliche Zeit in Anspruch und ist abgesehen von der Geräuschbelästigung im Hinblick auf den begrenzten Treibstoffvorrat äußerst unökonomisch. Zudem ist auf Binnengewässern die Benutzung der Hilfsmaschine zum Teil nur in Not-

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fällen gestattet.

Man hat daher auch schon auf windkraftbetriebene Stromgeneratoren, die jedoch bei großem Platzbedarf und aufwendiger Mechanik verhältnismäßig wenig Leistung erzeugen, auf Solarzellenbatterien, die sich jedoch schlecht anbringen lassen, wenig Leistung liefern und außerordentlich teuer sind, sowie auf kleine, benzingetriebene Stromerzeuger zurückgegriffen, die sich jedoch an Deck nur bei gutem Wetter betreiben lassen und eine Geräuschbelästigung bilden, bei Installationen unter Deck den verfügbaren Stauraum verkleinern,eine eigene Belüftung erfordern und eine ständige Gefahrenquelle zufolge etwa austretender Benzindämpfe bilden.

Man hat daher auch schon versucht, den Propeller und die Welle der Hilfsmaschine,die sich bei stehender, abgekuppelter Maschine und unter Segeln in Fahrt befindlichem Schiff frei mitdrehen, zur Stromerzeugung heranzuziehen, und zwar durch Herstellung einer Wirkverbindung mit einem geeigneten Generator. Jedoch zeigt es sich, daß auf diese Weise erst bei verhältnismäßig großer Schiffsgeschwindigkeit eine recht bescheidene elektrische Leistung erzeugt werden kann, was ganz einfach darauf beruht, daß die Wellenanlage und der Propeller auf die Abgabe von (beispielsweise) einigen Zehn PS Maschinenleistung unter Berücksichtigung der erzielbaren Fahrt und des sich dem Vortrieb entgegenstellenden Strömungswiderstandes des Schiffskörpers ausgelegt sind, nicht aber auf die Aufnahme von (beispielsweise) einigen Zehntel PS aus dem den Propeller anströmenden Wasser, wobei ein nicht unbeträchtlicher Teil dieser Leistung schon zur Überwindung der Lagerreibung der Welle verbraucht wird.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromerzeuger der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, der einfach aufgebaut ist, wenig Raum beansprucht und ab einer gewissen Mindestfahrt des Schiffes durchs Wasser elektrische Energie liefert.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Stromerzeugers, die außer einer Halterung am Heck des Schiffes praktisch keinen zusätzlichen Installationsaufwand erfordert, zeichnet sich dadurch aus, daß die biegsame Welle und der Propeller als Schleppeinheit ausgebildet sind. Eine Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht vor, daß der Propeller an seiner angeströmten Nabenseite eine Gewichtsbeschwerung trägt, um ein teilweises Austauchen bei höheren Schiffsgeschwindigkeiten zu verhindern.

Eine andere Ausfuhrungsform besteht darin, daß der Propeller an der Schiffsaußenhaut unter der Wasserlinie mit zur Schiffsmittellinie zumindest annähernd paralleler Drehachse in mindestens einem Lager drehbar gelagert ist. Bei dieser Ausführungsform erübrigt es sich daher, die biegsame Welle und den Propeller an deren Ende einzuholen, sobald das Schiff vor Anker gelegt wird oder einen Hafen anläuft.

Eine Weiterbildung der letztgenannten Auöführungsform, bei der die biegsame Welle besonders kurz gehalten werden und erforderlichenfalls auch stärkeren Biegungen unterworfen werden kann, besteht darin, daß die biegsame Welle in einem Wellenmantel geführt ist, der die Schiffsaußenhaut abgedichtet durchquert und im Schiffsinneren mindestens bis über die Ebene des Wasserspie-

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gels zuzüglich eines die Krängung berücksichtigenden Maßes reicht. Zugleich wird bei dieser !Weiterbildung das Abdichtungsproblem in besonders einfacher Weise gelöst, da sich der stillstehende Wellenmantel unschwer abgedichtet durch die Schiffscchale führen läßt, während die biegsame Welle selbst keine besondere Abdichtung erfordert.

Eine besonders kostengünstige Ausführungsform des Stromerzeugers zeichnet sich dadurch aus, daß die biegsame Welle aus verseilten Stahldrähten besteht und einen sie dicht umschließenden, mit einem Dauerschmierrnittel gefüllten, Teewasserbeständigen Kunststoffüberzug besitzt.

Dem Mangel, daß der Kunststoffüberzug gegenüber mechanischen Einwirkungen nur begrenzt wxderstandsfähig ist, kann dadurch abgeholfen werden, daß die biegsame Welle aus V4A-Stahldrähten geschlagen ist, also völlig seewasserbeständig ist.

Mach einer bevorzugten Ausführungsform des Stromerzeugers ist vorgesehen, daß der Generator ein mit der Bordbatterie verbundener, geregelter Drehstromgenerator ist. Derartige Drehstromgeneratoren sind handelsüblich,besitzen ein günstiges Leistungsgewicht und haben sich sowohl im Kraftfahrzeug- als auch im rauhen Schiffsbetrieb bewährt.

Es ist zwar grundsätzlich möglich, den Propeller und den Generator so auszulegen, daß beide direkt über die biegsame Welle miteinander verbunden werden können und ab einer gewissen Mindestgeschwindigkeit von beispielsweise 3 Knoten die Mindestdrehzahl des Generators zur Abgabe elektrischer Energie erreicht wird.Zu bevorzugen ist aber, daß das schiffs- oder abtriebsseitige Ende der biegsamen Welle mit einem den nutzbaren Wellen-

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drehzahlbereich an den nutzbaren Generatordrehzahlbereich annassenden Getriebe verbunden ist, da hierdurch erreicht wird, daß durch einfache Anpassung der Getriebeübersetzungszahl bei gleichbleibendem Generator- und Propellertyp den bekanntlich
in erster Linie von der Schiffslänge abhängigen, mittleren
Schiffsgeschwindigkeit der unterschiedlichen Schiffstypen
Rechnung getragen werden kann.

Eine Weiterbildung, die vor allem auf die Ausführungsform Anwendung findet, bei der Propeller und biegsame Welle als
Schleppeinheit ausgebildet sind, sieht vor, daß das schiffs-
oder abtriebsseitige Ende der biegsamen Welle abkuppelbar bei in Fahrt befindlichem Schiff ausgebildet ist. In diesem Falle erübrigt es sich, für das Einziehen der Schleppeinheit beispielsweise vor dem Anlaufen eines Hafens ein gesondertes
Manöver fahren zu müssen, um das Schiff zum Stillstand zu bringen.

Schließlich ist noch vorgesehen, daß der Propeller nach Steigung und Durchmesser derart ausgebildet ist, daß er den für das maximal abzugebende Drehmoment notwendigen Zug aufbringt, um
die biegsame Welle gestreckt zu halten.

In der Zeichung ist ein Stromerzeuger nach der Erfindung anhand zweier beispielsweise gewählter Ausführungsformen schematisch vereinfacht dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 den an einem Segelschiff angebrachten Stromerzeuger in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Propellers,

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Fig. 3 eine Stirnansicht des Propellers der Fig.2,

Fig. 4 eine Aufsicht auf den Generatorteil des Stromerzeugers nach Fig.l,

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform des Stromerzeugers

Figur 1 zeigt in der Seitenansicht ein Segelschiff 1 mit einem Stromerzeuger, dessen Generatorteil 2 auf einer geeigneten Konsole am Spiegel des Schiffes sitzt und über eine biegsame Welle 3 mit einem nachgeschleppten Propeller 4 verbunden ist. Die Länge der biegsamen Welle 3 hängt im wesentlichen von der Höhe des Generatorteiles 2 über dem Wasserspiegel ab und ist so bemessen, daß der Propeller 4 in einem nicht allzu großen Winkel gegen die Horizontale nachgeschleppt wird, um ein Austauchen aus dem Wasser vor allem bei höherer Schiffsgeschwindigkeit zu verhindern. Diesem Austauchen wirken jedoch auch schon das Gewicht der biegsamen Welle 3 sowie gemäß Figur 2 eine Gewi chtsbeschwerung 4a an der angeströmten Nabenseite des Propellers 4 entgegen. Die biegsame Welle 3 besitzt einen vom Schleppwiderstand des Propellers 4 und somit von der Schiffsgeschwindigkeit abhängigen, leichten Durchhang, der sich jedoch nicht nachteilig bemerkbar macht.

Der Propeller, der im Ausführungsbeispiel der Figuren 2 und 3 zweiflügelig ist, jedoch ohne weiteres auch mehrflügelig sein kann, ist hinsichtlich Durchmesser und Steigung nach den üblichen Grundsätzen ausgebildet, wobei die Steigung sich nach der bei einer vorgegebenen Mindestschiffsgeschwindigkeit von beispielsweise 3 Knoten gewünschten Drehzahl und der Durchmesser sich nach dem bei dieser Drehzahl zum Antrieb des Generators erforderlichen Drehmoment richten. Dabei ist jedoch zu beach-

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ten, daß der Propeller auch einen ausreichenden Schleppwiderstand besitzen muß, um unter den gegebenen Bedingungen die biegsame Welle 3 ausreichend gestreckt zu halten. Der Schleppwiderstand läßt sich jedoch, wie Figur 3 zeigt, sehr einfach durch Änderung des Umschlingungswinkels der Propellerblätter beeinflussen.

Figur 4 zeigt eine vergrößerte Aufsicht auf den Generatorteil 2 in der Ausführungsform nach Figur 1, wobei die Kontur des Schiffsheckes und des Spiegels angedeutet sind. Um die Manövrierbarkeit des Schiffes nicht zu beeinträchtigen, empfiehlt es sich, den Angriffspunkt der biegsamen Welle 3 in die Mitschiffsebene zu legen. In diesem Ausführungsbeispiel arbeitet die Welle 3 über ein Zahnradgetriebe 6 auf den Generator J₃ dessen elektrische Anschlüsse gegebenenfalls über Schalter, Kontrolllampe und dergleichen mit dem Bordnetz bzw. der Bordbatterie verbunden sind. Statt des Zahnradgetriebes kann natürlich auch jede andere Art von Getriebe verwendet werden, um den Generatordrehzahlbereich, innerhalb dessen elektrische Leistung abgegeben wird, an den Propellerdrehzahlbereich anzupassen, der in erster Linie von der Propellersteigung und der Schiffsgeschwindigkeit abhängt. Beispielsweise vermögen kleinere Schiffstypen eine Geschwindigkeit von 7 bis 8 Knoten nur selten zu übersteigen, so daß die GetriebeüberSetzung zweckmäßig so gewählt wird, daß bereits etwa bei fünf bis sechs Knoten der Generator einen akzeptablen Ladestrom für die Bordbatterie liefert. Große Segelyachten können hingegen ohne weiteres Geschwindigkeiten von 12 Knoten und darüber erreichen, so daß die Getriebeübersetzung niedriger gewählt wird, um unnötig hohe Generatordrehzahlen zu vermeiden. Bei alledem leistet der Propeller im Höchstfall einige Hundert Watt, bei einigen Hundert Umdrehungen pro Minute, wodurch weder die biegsame Welle, deren Durchmesser

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unter zehn Millimeter liegen kann, unzulässig belastet noch die Schiffsgeschwindigkeit merklich verringert wird.

In Figur 5 ist eine weitere Ausfuhrungsform des Stromerzeugers dargestellt, bei dem die anströmseitige Propellernabe in einem Lager 5 sitzt, das beispielsweise ein an der Schiffsaußenhaut befestigtes Bocklager sein kann, das wassergeschmiert ist. Die biegsame Welle ist in einem Wellenmantel 8 geführt, der die Schiffsschale abgedichtet durchquert und bis zu dem vorzugsweise reichlich über der Wasserlinie angeordneten Generatorteil im Schiffsinneren führt. Das Lager 5 könnte selbstverständlich auch unmittelbar unter oder hinter dem Schiffsheck derart angeordnet sein, daß die Propellerdrehachse in der Mitschiffsebene liegt. Bei dieser Ausführungsform übt demzufolge der Propeller keinen Zug auf die biegsame Welle aus, so daß der PropelleV so ausgelegt werden kann, daß er einen möglichst geringen Schleppwiderstand bildet. Die Verwendung einer biegsamen Welle in einem Wellenmantel 8 läßt außerdem stärkere Biegungen zu, so daß es gegeb-enenfalls auch möglich ist, die biegsame Welle frei, d.h. ohne Durchquerung der Schiffsaußenhaut, zu dem an Deck befindlichen Generatorteil zu führen.

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Claims

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"Λ k ? K¹ η k «^f a - *; i 3 C H 7.10.1975

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Ralf Sebald

Patentansprüche:

/ 1. ßtromerzeuger für Segelschiffe, bestehend aus einem Gene- \ Orator und einem mit dessen Läufer in Wirkverbindung stehenden, in das Wasser eintauchenden, bei in Fahrt befindlichem Schiff angeströmten Propeller am Ende einer Welle, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle eine biegsame Welle (3) ist.
2. Stromerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Welle (3) und der Propeller (4) als Schleppeinheit ausgebildet sind.
3. Stromerzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller (4) an seiner angeströmten Nabenseite eine Gewichtsbeschwerung (4a) trägt.
4. Stromerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller (4) an der Schiffsaußenhaut unter der Wasserlinie mit zur Schiffsmittellinie zumindest annähernd paralleler Drehachse in mindestens einem Lager (5) drehbar gelagert ist,
5. Stromerzeuger nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Welle (3) in einem Wellenmantel (6) geführt ist, der die Schiffsaußenhaut abgedichtet durchquert und im Schiffsinneren mindestens bis über die Ebene des Wasserspiegels zuzüglich eines die Krängung berücksichtigenden Maßes reicht.
6. Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge-

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kennzeichnet₃ daß die biegsame Welle (3) aus verseilten Stahldrähten besteht und einen sie dicht umschließenden, mit einem Dauerschmiermittel gefüllten, seewasserbeständigen Kunststoffüberzug besitzt.
7. Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Welle (3) aus V4A-Stahldrähten geschlagen ist.
8. Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator ein mit der Bordbatterie verbundener, geregelter Drehstromgenerator ist.
9. Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurchgekennzeichnet, daß das schiffs- oder abtriebsseitige Ende der biegsamen Welle (3) mit einem den nutzbaren Wellendrehzahlbereich an den nutzbaren Generatordrehzahlbereich anpassenden Getriebe (6) verbunden ist.
10. Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das schiffs- oder abtriebsseitige Ende der biegsamen Welle (3) abkuppelbar bei in Fahrt befindlichem Schiff (1) ausgebildet ist.
11. Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller (4) nach Steigung und Durchmesser derart ausgebildet ist, daß er den für das maximal abzugebende Drehmoment notwendigen Zug aufbringt, um die biegsame Welle (3) gestreckt zu halten.

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