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Wasserstrahlantrieb für ein Boot Die Erfindung betrifft einen Wasserstrahlantrieb
für ein Boot, insbesondere Gleitboot, mit einer im Bodenbereich des Bootes angeordneten
Ansaugöffnung, an die ein Einlaufkanal für eine im wesentlichen oberhalb des Bodens
angeordnete Wasserpumpe anschließt.
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Wasserstrahlantriebe für Boote sind in verschiedenen Ausführungsformen
bekannt. Man bezeichnet sie u.a auch als Bydro-Jet.
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Die Wasserpumpe saugt über die Ansaugöffnung und den Einlaßkanal Wasser
an, das als Strahl durch eine am Heck des Bootes angeordnete Düse oder dergleichen
oberhalb oder unter der Wasserlinie austritt Ansaugöffnung und Einlaufkanal sind
im Hinblick auf die Konstruktionsgeschwindigkeit des Bootes strömungsgünstig optimal
so ausgelegt, daß Ablösungen und Xavitationserscheinungen nicht auftreten. In kritischen
Beschleunigungsphasen des Bootes kann jedoch der Druck im Bereich von Ansaugöffnung
und SinlaRkanal so stark absinken, daß eine Reduzierung des Wirkungsgrades des Wasserstrahlantriebes
eintritt Das macht s-ich insbesondere bei Gleitbooten bei der Übergangsphase von
Verdrängerfahrt zu Gleitfahrt unangenehm bemerkbar.
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Bei kleinen Cleitbooten ist die Leistung des Antriebes im allgemeinen
so bemessen, daß eine Geschwindigkeit errecht werden kann, die weit über der Geschwindigkeit
der
Sbergangsphase liegt. Dann steht während der übergangsphase
auch unter Berücksichtigung einer Wirkungsgradreduzierung eine hinreichendie Leistung
zur Verfügung, um das Boot auf M'-e Gleftgeschwindigkeit zu bringen.
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Es gibt aber auch Boote, die für Geschwindigkeiten ausgelegt sind,
die nicht sehr erheblich über der Dbergangsgesehwindigkeit liegen. Derartige Boote
werden auch als Halbgleiter bezeichnet. Es handelt sich oft um größere Boote oder
Jachten, die für Gieschwindlgkelten von z B. 17 bis 18 Knoten ausgelegt sind. Bei
dieser Geschwindigkeit befindet sich das Boot nur geringfügig oberhalb der Sbergangsgeschwindigkeit.
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Die Antriebsleistung reicht dann nicht aus, um unter Berücksichtigung
des reduzierten Wirkungsgrades in der Beschleunigungs-bzw. Übergangsphase das Boot
aus der Verdrängungsfahrt auch nur in den Beginn der Gleitfahrt überzuführen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad eines Wasserstrahlantriebs
in kritischen Bes chleunigungs phasen des Bootes zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß unterhalb deren Ansaugöffnung
und im Abstand davon eine um eine zur Strömungsrichtung orthogonale Achse begrenzt
schwenkbare Klappe angeordnet ist, die sich in ihren Endlagen im wesentlichen parallel
zum Boden bzw. im wesentlichen parallel zur Achse des Einlaufkanals im Bereich der
Ansaugöffnung erstreckt.
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Wenn diese Klappe sich in der Endstellung befindet, bei der sie sich
im wesentlichen parallel zum Boden des Bootes erstreckt, vergrößert sie den Widerstand
des Bootes nur unwesentlich. Nimmt die Platte dagegen eine Zwischenstellung oder
ihre andere Endstellung ein, bei der sie sich im
wesentlichen parallel
zur Achse des Einlaufkanals im Bereich der Ansaugöffnung erstreckt, dann bildet
sie eine Leitvorrichtung, die der Ansaugöffnung einen zusätzlichen Wasserstrom zuführt,
der während kritischer Beschleunigungsphasen des Bootes den Druckabbau im Bereich
-des Einlaufkanals teilweise oder ganz aufhebt und dadurch den Wirkungsgrad des
Wasserstrahlantriebs während dieser Beschleunigungsphase erheblich verbessert.
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Dementsprechend können Boote, die für Geschwindigkeiten ausgelegt
sind, welche nicht sehr erheblich über der Übergangsgeschwindigkeit liegen, ohne
Schwierigkeiten aus der Verdrängungsfahrt in die Gleitfahrt beschleunigt werden.
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Die Steuerung der Klappe kannn automatisch erfolgen, wenn die Schwenkachse
an der Klappe so angeordnet ist, daß die Schwenkstellung der Klappe im wesentlichen
durch an ihrem stromabseitigen Ende angreifende Strömungskräfte bestimmt ist.
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Dann wird nämlich die Klappe beim Absinken des Druckes im Einlaufkanal
unter der Wirkung dieses Druckes in eine Zwischenstellung oder in ihre Endstellung
schwenken, bei der sie sich im wesentlichen parallel zur Achse des Einlaufkanals
im Bereich der Ansaugöffnung erstreckt.
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Unabhängig davon und/oder zusätzlich kann an die Klappe aber auch
eine Verstelleinrichtung angeschlossen sein. Die Verstelleinrichtung kann in Abhängigkeit
vom Druck im Einlaufkanal gesteuert sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit,
die Verstelleinrichtung so auszuführen, daß sie von Hand, ggf. zusammen mit dem
Gashebel und/oder mit Hilfe eines Servoantriebs ,betätigbar ist.
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Zweckmäßig weist die Klappe eine der Geometrie des Einlaufkanals im
Bereich der Ansaugöffnung folgende Kontur auf. Da der Einlaufkanal im Bereich der
Ansaugöffnung ohnehin nur geringe Krümmungen aufweist, wird dadurch der Widerstand
des
Bootes nicht oder nur unwesentlich größer, solange die Klappe
sich im wesentlichen parallel zum Boden erstreckt, während die Strömungsverhältnisse
im Bereich der Ansaugöffnung verbessert werden, wenn die Platte sich in einer Zwischenstellung
oder ihrer anderen Endstellung befindet.
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Wasserstrahlantriebe der beschriebenen Gattung weisen in der Regel
einen Rost auf, der sich im Einlaufkanal bis zum stromabseitigen Rand der Ansaugöffnung
erstreckt. Dieser Rost soll Verunreinigungen, insbesondere Folien und dergleichen,
von der Wasserpumpe fernhalten Verunreinigungen, die ich vor dem Rost sammeln, werden
dadurch entfernt, daß der Antrieb stillgesetzt und ggf. der Rost gerüttelt wird.
Befindet sich dabei das Boot in Fahrt, -dann nimmt die Strömung die Verunreinigungen
mit und trägt sie aus dem Einlaufkanal aus. Teilweise werden die Verunreinigungen
aber auch bei laufenden Antrieb durch Strönungs kräfte zum 5 tromab;s e itigen Rand
der Ansaugöffnung befördert und an das Wasser abgegeben. Fiir diesen Fall empfiehlt
sich eine Anordnung-, bei der zwischen den stromabseitigen Rand der Ansaugöffnung
und den stronabseitigen Rand der Klappe ein Spalt verbleibt, wenn die Klappe in
ihre Endlage geschwenkt ist, bei der sie sich im wesentlichen parallel zur Achse
des Einlaufkanals erstreckt. Dann wird nämlich die Reinigung des Rostes durch die
Klappe nicht behindert.
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Eine praktische Ausführungsforn der Erfindung ist dadur-ch gekennzeichnet,
daß die Klappe orthogonal zur Strömungsrichtung einen im- -wesentlichen U-formigen
Querschnitt besitzt und niit ihren U-Schenkeln an- neben der Ansaugöffnung angeordneten
Konsolen gelagert ist. Man erhalt dadurch einen im wesentlichen allseitig geschlossenen
Strömungskanal, der bei Bedarf und
gegebenenfalls automatisch vor
die Ansaugöffnung geschwenkt wird. Insbesondere können die Konsolen aus Platten
bestehen, die sich in Strömungsrichtung teilweise oder ganz über die Länge der Ansaugöffnung
erstrecken. Diese Platten bilden zusammen mit den U-Schenkeln der Klappe die Seitenwandungen
des Kanals. Gleichzeitig wird durch die Platten die Kursstabilität des Bootes verbessert.
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Wenn die Platten an den Innenseiten der U-Schenkel angeordnet sind,
können sie auch Anschläge für die Schwenkbewegung der Klappe bilden.
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Im übrigen ist es zweckmaßig, wenn die Schwenklage an den Platten
und/oder den U-Schenkeln versetzbar sind, weil dann die Möglichkeit besteht, das
Verhalten der Klappe ohne konstruktive änderung an den jeweiligen Bootstyp anzupassen.
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Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausfilbrungsbeispiel
der Erfindung erläutert, es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Wassers trahlantrieb, Fig. 2 einen Schnitt in Richtung II-II durch den Gegenstand
der Fig.1, Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 2 Der dargestellte
Wasserstrahlantrieb ist am Spiegel 1 eines Bootes angeordnet und besitzt im Bereich
des Bodens 2 des Bootes eine nach unten offene Ansaugöffnung 3, an die ein Einlaufkanal
4 anschließt, der zu einer Pumpe 5 fffhrt. Die puppe 5 fordert das angesaugte Wasser
zu einer anschließenden Dfise 6, die als Steuerdüse ausgebildet ist und mit einem
Gestange 7 ua eine vertikale Achse schwenkbar ist. Oberhalb der D<ise 6 befindet
sich ein mit einem Gestange 8 vor die
Rückseite der Düse 6 schwenkbarer
Deflektor 9 für die Rückwärtsfahrt. Die Pumpe 5 wird über eine Pumpenwelle 10 und
ein Getriebe 11 von einem nicht dargestellten Motor angetrieben. Der stromabseitige
Rand der Ansaugöffnung 3 wird vom Pumpengehäuse 12 bzw. der Wandung des Einlaufkanals
4 gebildet. Dieser Rand 12 bildet ein Widerlager für einen im Bereich des Getriebes
11 bei 13 schwenkbar gelagerten Rost 14, der vom Wasser mitgeführte Verunreinigungen
zurückhält und diese gegebenenfalls in Richtung auf den Rand 12 führt.
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Beidseits der Ansaugöffnung 3 sind am Wasserstrahlantrieb und/oder
am Boden 2 Platten 15, 16 befestigt, die sich in Strömungsrichtung sowie im wesentlichen
senkrecht zum Boden 2 erstrecken. Aus der in Fig. 1 mit durchgezogenen Linien wiedergegebenen
Darstellung entnimmt man, daß die Platten 15,16 eine im wesentlichen parallelogrammartige
Grundfläche besitzen und sich etwa über die Hälfte der Länge der Ansaugöffnung 3
erstrecken. Mit gestrichelten Linien ist angedeutet, daß die Platten 15,16 sich
aber auch über die gesamte Länge der Ansaugöffnung erstrecken können Die Platten
15, 16 weisen jeweils mehrere, beim darstellten Ausführungsbeispiel drei, Schwenklager
17 auf, die einander paarweise zugeordnet sind, wobei an jeweils einem Paar eine
Klappe 18 schwenkbar aufgehängt ist. Dementsprechend kann die Klappe 18 um eine
zur Strömungsrichtung orthogonale Schwenkachse schwenken. Die Klappe 18 besitzt
orthogonal zur Strömungsrichtung einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt (Fig.
2) mit U-Schenkeln 19,20, die an die Schwenklager 17 angeschlossen sind. In Strömungsrichtung
folgt die Kontur der Klappe 18 im wesentlichen der oberhalb der Ansaugöffnung 3
befindlichen
Wandung 21 des Einlaufkanals 4. Die Länge der Klappe 18 ist so bemessen, daß bei
der in Fig. 1 mit durchgezogenen Linien dargestellten Schwenkstellung zwischen dem
stromabseitigen Rand 12 der Ansaugöffnung 3 und dem stromabseitigen Rand 22 der
Klappe 18 ein Spalt 23 verbleibt, durch den Verunreinigungen, die sich auf dem Rost
14 angesammelt haben, austreten können. Im übrigen sind die Abmessungen der U-Schenkel
19,20 so eingerichtet, daß sie bei der in Fig. 1 mit durchgezogenen Strichen dargestellten
Endstellung im wesentlichen mit der durch die Ansaugöffnung 3 gebildeten Ebene abschließen,
während sie in der anderen Endstellung, die in Fig. 1 mit doppelt gestrichelten
Linien dargestellt ist, etwa mit der vom Boden 2 gebildeten Ebene abschließen.
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Die Lage der durch zugeordnete Schwenklager 17 definierten Schwenkachse
der Klappe 18 ist derart, daß die Klappe 18 im wesentlichen unter der Wirkung von
Strömungskräften verschwenkt, die an ihr stromabwärts angreifen. Dementsprechend
verschwenktdie Klappe 18 in die in Fig. 1 mit durchgezogenen Linien dargestellte
Endlage oder in eine Zwischenlage, wenn während einerkritischen Beschleunigungsphase
des Bootes der Druck im Einlaufkanal 4 absinkt. Dadurch wird vor der Ansaugöffnung
3 gleichsam ein Einlauftrichter gebildet, durch den dem Einlaufkanal 4 und damit
der Pumpe 5 zusätzlich Wasser zugeführt wird, das die Druckabsenkung verringert
und den Wirkungsgrad des Wasserstrahlantriebs während dieser Phase verbessert. In
Fig. 1 ist dieser Strömungszustand durch die Pfeile 24 angedeutet. Hat das Boot
seine kritische Beschleunigungsphase überwunden oder verringert sich die Druckabsenkung
im Einlaufkanal 4, dann verschwenkt die Klappe 18 in die in Fig. 1 mit doppeltgestrichelten
Linien dargestellte Endlage
oder zunächst in eine Zwischenstellung.
Die Klappe 18 liegt dann im wesentlichen in Strömungsrichtung und beeinflußt den
Widerstand des Bootes nur unwesentlich oder garnicht. Ein Teil des zwischen Boden
2 und Klappe 13 strömenden Wassers wird von der Pumpe 5 über die Ansaugöffnung angesaugt,
wahrend ein anderer Teil in Richtung des Pfeils 25 abströmt. Dann arbeitet der Wasserstrahlantrieb
wie ein herkömmlicher Wasserantrieb ohne Klappe.
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In der Zeichnung ist nicht dargestellt, daß an die Klappe eine zusätzliche
Verstelleinrichtung angeschlossen sein kann, die entweder von Hand oder über den
Unterdruck im Bereich des Einlaufkanals 4 vor der Pumpe 5 gesteuert ist. Ebenfalls
in der Zeichnung nicht dargestellt ist, daß die Platten Anschläge für die Endlagen
der Schwenkbewegung der Klappe 18 aufweisen ausgebildet können oder unmittelbar
als Anschlage/sein können, sofern die Platten 15, 16 an den Innenseiten der U-Schenkel
19,20 angeordnet sind.
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Der Spalt 23 ist so zu bemessen, daß bei Gleitfahrt durch ihn keine
Luft in den Einlaufkanal 4 eintritt. Dies kann auch dadurch verhindert werden, daß
im Bereich des Spaltes 23 eine Rückschlagklappe, z.B. ln Form elner beweglichen
Schurre, angeordnet wird Bei der Ausführungsforin- nach Fig 3 sind die seitlichen
Platten 15,16 unten mit einem Steg 26 verbunden, so daß ein in Strc-mgsrichtung
vorn und hinten offener Kasten gebildet ist, in dem die Klappe 18 gelagert ist.
Die in Strömungsrichtung rückwArtige Kante des Stegs. 26 bildet bei Gleitfahrt und
in der f3bergangsphase eine ßbreißkante fur die Strömung