DE2943270A1

DE2943270A1 - Batteriebetriebener elektrischer antrieb fuer segelboote

Info

Publication number: DE2943270A1
Application number: DE19792943270
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Wernick
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-11-29
Filing date: 1979-10-26
Publication date: 1981-05-07

Description

batteriebetriebener elektrischer Antrieb für Segelboote
Die Erfindung bezweckt eine weitere Ausbildung und teilweise auch Verbesserung des Gegenstandes der Patentschrift 25 53 759.
In der o.a.Patentschrift wird ein elektrischer Antrieb für Segelboote beschrieben,dessen Besonderheit es ist,eine Batterie,die beim Fahren ohne Wind entladen worden ist,nach Einsetzen des Windes beim Segeln wieder aufzuladen.llierzu sind besondere Anforderungen an den beim Laden als Turbine wirkenden Propeller zu stellen,da die Energie,die für die Zwecke der Wiederaufladung dem Wasser entnommen werden kann,begrenzt ist und mit hohem Sirkungsgrad ausgenutzt werden mu(3.So wurde in der o.a.
Patentschrift im Patentanspruch 2.ein Düsenpropeller angegeben, der nach den Zeilen 24 bis 30 der Spalte 3 der Beschreibung durch konisches Zulaufen seiner Nabe und die Umschließung mit einem Rohr einen besonders guten Wirkungsgrad beim betrieb als Turbine haben soll.Es sollte also eine Geschwindigkeits- und somit auch Drucktransformation des durchströmenden Wassers zu höheren Werten erreicht werden.In der Praxis zeigt es sich nun,daß dieses Verfahren nur für größere und schnell lauf ende boote anwendbar ist,da es zur Erzielung der größeren Turbinenleistung auch einen größeren Staudruck bewirkt'der durch die Eigengeschwindigkeit des Bootes unter Segeln iberwunden werden muß. vermeidet Die Erfindung,die Gegenstand dieser Anmeldung istydie vorstehend geschilderte Einschränkung und ermöglicht die Anwendung des im Anspruch 1. der Patentschrift 25 53 759 dargelegten Prinzips des elektrischen Antriebs eines Segelbootes mit Entladung und Wiederaufladung einer Batterie fUr Boote jeglicher Größe, also besonders auch fifr kleinere und langsamer laufende.Dies wird erreicht durch die Verwendung einer Propelleranordnung, die ihre Effektivität'sowohl als Turbine wie auch als Antriebspropeller,durch besondere Gestaltung und ihre besondere Stellung zum einwirkenden Wasserdruck einerseits und zum erzeugten Wasserdruck andrerseits erhält.Wurden nach der o.a.Patentschrift gerade Flügel als Einzeleleaente von Propeller und Tiirbifle Init einem für beide Verwendungszwecke gleichen,mittleren Wirkungsgrad angegeben,sollen inder vorliegenden Anmeldung Flügel mit konkaver Vorderseite un£ konvexer Rückseite mit bei richtiger Stellung höherem Wirkungsgrad Verwendung finden.Beim Betrieb als Turbine soll zur Erreichung dieses höheren Wirkungsgrades jeder einzelne Flügel bei gleichen,geeignetem Anstellwinkel r,lit seiner konkaven Seite dem angebotenen Wasserdruck zugewendet sein, und außerdem soll die Gesamtfläche der Flügel durch folgende Anordnung möglichst groß bei nicht zu ;roßern Staudruck sein.Es werden z.B. 3-flügelige Propeller hintereinander zu zweit oder zu dritt mit einem geeigneten Abstand und mit einer bestimmten Verdrehung gegeneinander auf einer Welle angeordnet.Bei einem Abdes Durchmessers stand von 1/3 bis 1/2 / der 3-flügeligen Propeller wurde als wirkungsvollste Verdrehung ein Winkel von jeweils 30°ermittelt,d.h.
der zweite Propeller eilt dem ersten,bezogen auf die Drehrichtung,urn 300nach'der dritte dem zweiten wiederum um 30°,also gegenüber dem ersten um 600.Beim Fahren ist diese Anordnung nicht von besonderem Vorteil,aber auch nicht nachteilig. Gur Erzielung des höheren Wirkungsgrades ist beim Fahren jedoch zu beachten, de.'3 jetzt die konkave Seite der Flügel gegen die Fahrtrichtung zeigen muß,um einen besonders hohen Wasserdruck zu erzeugen,somit auch einen großen Schub.Die jeweils richtige Stellung der Flügel mit ihrer konkaven Seite zur optimalen Aufnahme oder Abgabe des Wasserdrucks erreicht man durch Schwenkung der ganzen Anordnung um 180°,wobei gleichzeitig durch Batterieumpolung die richtige Drehrichtung der Propeller beim Fahren und die richtige Polarität zum Generator beim Laden bewirkt werden muß.
Die Erfindung sei an Hand der Fig.1 bis 4 näher beschrieben.Hierbei zeigt Fig.1 die schematische Darstellung eines Funktionsmodells beim Betrieb "Laden", Fig.2 dieselbe Darstellung beim Betrieb "Fahren", Fig. 3 das elektrische Prinz ipschaltbild des Funktionsmodells, Fig.4 die Leistung als Funktion der Propelleranzahl.
In Fig.1 erkennt man bei dem Funktionsmodell,wie es zur Erprobung im Wasser verwendet wurde,im unteren Fach des geteilten Rahmens die 3-stufi-e Turbine aus 3-flügeligen einzelnen Propellern.Der angebotene Wasserdruck wirkt auf die konkave Seite der Flügel mit je ca.65° Anstellwinkel.Die einzelnen Propeller hatten beim Funktionsmodell einen Durchmesser von 20 cm,einen Abstand von 7 cm und eine Verdrehung von jeweils 300 zueinander.Die Drehrichtung infolge des Wasserdrucks ist von vorne tesehen,d.h.in Pfeilrichtung des Wasserdrucks,entgegen dem Uhzeigersinn.Über eine Übersetzung von 1 : 10 mittels Kegelräder (1:9)und Vechsel riebe wurde der Motorgenerator als Generator angetrieben.Im Wechselgetriebe ist eine Übersetzung von 1:1,1 eingelegt.
In Fig.2 erkennt man,daß das ganze Funktionsmodell um 1800 um seine im Schwerpunkt angebrachte Achse geschwenkt wurde.Die Fahrtrichtung des Bootes ist durch Pfeilrichtung angegeben für beide Figuren 1 ud 2 die gleiche. Jer hotor/Generator wirkt jetzt als Notor.Er dreht über das Wechzelgetriebe,in das eine Ubersetzung von 1:9 eingelegt wurde,und huber die Kegelräder mit einer Untersetzung von 9:1 die Propellerwelle mit einer Gesamtuntersetzung von 4,5:1.Diese Änderung der Übersetzung durch ein Wechselgetriebe ist notwendig,da sich sonst bei einer Untersetzung von 10:1 die Propellerwelle zu langsam drehen wurde und damit die Fahrgeschwindigkeit zu niedrig sein würde.Die Propeller laufen gegen die Pfeilrichtung des Wasserdrucks gesehen richtig im Uhrzeigersinn,was durch Änderung der Drehrichtung des Motor/Generators durch Umpolung erreicht wurde.Schwenkt man das Funktionsmodell nach Umpolung wieder um 1800 zurück,so bewirkt man Rückwärtsfahrt.An Fig.2 kann noch gezeigt werden,welchen Sinn die Schwenkung des Funktionsmodells um 180O hat.Würde man z.B.den Betrieb "Fahren"beim Segeln mit Wind beibehalten,so würde bei genügend schneller Fahrt der Propeller als Turbine bei Überschreitung der batteriespannung durch die Generatorspannung die Batterie auch laden'aber nur mit schlechtem Wirkungsgrad,da der Wasserdruck nur auf die konvexe Seite der Propellerflügel einwirkt. Dies ist übrigens das Problem bei den sogenannten Wellengeneratoren,die auch erst bei größeren,schnell laufenden Booten mit Geschwiao digkeiten von 4 bis 5 kn bei leichtem Wind einen beitrag zur Eatterieladung leisten.
In Fig.3 ist das elektrische Prinzipschaltbild wiedergegeben.Der ilotor/Generator unten ist z0L. ein rotor mit Erregung durch Permanentmagnet,der sich bei entspr.Ankergröße und -ficklung sehr gut auch als Generator eignet.Hierbei wir seine Spannung,clie auf der linken Seite + und auf der rechten Seite - haben soll'über einen Sperrgleichrichter und den unteren auf "Laden" stehenden Umschalter auf die durch den oberen Uraschalter auf 6V geschaltete Batterie gegeben.Der Sperrgleichrichter verhindert bei plötzlicher Verlang/amung der Fahrt und unzureichender Generatorspannung (unter 6V) die ungewollte Entladung der Batterie über den dann als Motor laufenden Motor/Generator.Die Batterie wird bei ausreichender oder schneller Fahrt weniger oder mehr geladen.Wird bei Flaute oder zum Anlege- oder Ablegemanöver bei niedergeholtem Segel Fahrbetrieb gewunscht,so wird nach 1800-Jrehung des Gerätes der untere Umschalter auf nFahrul"gelegt,damit die Batterie umgepolt und der Motor/Generator als rotor mit der richtigen zum Generatorbetrieb gegenläufigen Drehrichtung zum Laufen gebracht.Der Sperrgleichrichter liegt hierbei in Durchlaßrichtung und bietet keinen nennenswerten Widerstand.Die Notargeschwindigkeit kann durch den oberen Umschalter durch Umschaltung von 6V auf 12V von langsam auf schnell geregelt werden.Das Instrument wird immer im gleichen Sinn durchflossen und kann daher Lade- und Entladestrom in einfacher Weise anzeigen.
In Fig.4 werden die am Funktionsmodell gemessenen Werte für die relatIve Leistung im Betrieb "Laden" bed 1,2 oder 3 Propeliern,die in der vorher beschriebenen Weise auf einer Welle angebracht sind,gezeigt.Geht man bei einem Propeller von dem Wert 1 aus,so erhält man bei zwei Propellern den Faktor 1,5 und bei drei Propellern den Faktor 1,75.Wie die gestrichelte Linie zeigt,würde eine weitere Erhöhung der Propellerzahl wenig bringen und nur die Konstruktion komplizieren.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1.Batteriebetriebener elektrischer Antrieb für Se-elboote, bei dem eine elektromechanischeAnordnung aus Batterie Motor und Propeller ohne Wind einwirkung die Fortbewegung des Bootes bewirkt (Fahrbetrieb),mit Windeinwirkung jedoch in umgekehrter Weise als Anordnung Turbine, Generator und Batterie die Wiederaufladung der Batterie vornimmt (Ladebetrieb),dadurch gekennzeichnet,daß ein oder mehrere mehrflügelige Propeller bei Fahrbetrieb mit der konkaven Seite ihrer Flügel in einem geeigneten Anstellwinkel gegen die Fahrtrichtung des Bootes gerichtet sind und somit einen wirkungsvollen Wasserdruck erzeugen,bei Ladebetrieb jedoch nach Schwenkung der Anordnung um 1800 die Propeller mit der konkaven Seite ihrer Flügel in Fahrtrichtung zeigen, sodaß der angebotene Wasserdruck wirkungsvoll in Drehenergie umgewandelt wird.
2.Batteriebetriebener elektrischer Antrieb für Segelboote nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet'daß drei 3-flAgelige Propeller im Abstand von 1/3 bis 1/2 ihres Durchmessers derart hintereinander auf einer Welle angebracht sind'daß der zweite Propeller dem ersten um 30°,auf die Drehrichtung bezogen,nacheilt, ebenso der dritte dem zweiten.
3.Batteriebetriebener elektrischer Antrieb für Segelboote nac Anspruch 1 und 2,dadurch gekennzeichnet,daß gleichzeitig mit der Schwenkung der Anordnung um 1800 zum Übergang von Fahrbetrieb auf Ladebetrieb und umgekehrt jeweils auch durch Bedienung eines elektrischen Umschalters Laden - "Fahren" eine Umpolung der Batteriespannung gegentiber den Motor/Generator dem men vorgenommen wird,derart,daß außer der Änderung der Drehrichtung des Motorgenerators zum Fahren und Herstellung der richtigen Polarität beim Laden bei letstererBetriebsart ein Sperrgleichrichter wirksam wird,der nur den Stromfluß vom Generator zur Batterie zuläßt und nicht umgekehrt,bei Pahrbetrieb der Sperrgleichrichter jedoch unwirksam ist,während aber ein Instrument sowohl bei Lade- wie auch bei Fahrbetrieb stets im gleichen Sinne zur Anzeige von Lade- und Entladestrom durchflossen wird.
4.Batteriebetriebener elektrischer Antrieb für Segelboote nach Anspruch 1 bis 3'dadurchgekennzeichnet'daP gleichzeitig mit der Umpolung der Batterie durch betätigung des Umschalters "Laden" - "Fahren" ein Wechselgetriebe derart umgeschaltet wird, daß bei "Fahren" eine Untersetzung eingelegt wird,die kleiner ist als der Kehrwert der Übersetzung bei "Laden",also z.B. eine Untersetzung von 2:1 statt 10:1 bei einer Ubersetzung von 1:10.