DE3013136A1 - Den seegang ausnuetzender motor fuer den antrieb eines schwimmkoerpers, insbesondere schiffsantrieb - Google Patents
Den seegang ausnuetzender motor fuer den antrieb eines schwimmkoerpers, insbesondere schiffsantriebInfo
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Description
Dr.-Ing. Wolff t
^ O m H. Bartels
Reg,-Nr. 126 133 O Dipl.-Chem. Dr. Brandes
Dr.-Ing. Held
Dipl.-Phys Wolff Einar JAKOBSEN, N-1920 S#rumsand, Norwegen
ZUGELASSEN VOR DEM DEUTSCHEN UND EUROPÄISCHEN PATENTAMT
Lange Str. 51, D -7000 Stuttgart
Den Seegang ausnützender Motor für den Tel. (0711)296310 u. 29 7295
Telex 07 22312 (patwo d)
Antrieb eines Schwimmkörpers, insbesondere Telegrammadresse:
tlx 07 22312 wolff Stuttgart
Schiffsantrieb PA Dr Brandes: Sitz München
Postscheckkto. Stuttgart 7211-700 BLZ 60010070
Deutsche Bank AG, 14/28630
BLZ 60070070
27. März 1930 487333 nsj
Die Erfindung betrifft einen den Seegang ausnützenden Motor
für den Antrieb eines Schwimmkörpers, insbesondere einen Schiffsantrieb, mit einem mit dem Schwimmkörper verbundenen,
sich nach abwärts erstreckenden Träger, einem im wesentlichen horizontal angeordneten, plattenartigen Schwingflügel,
der in seinem, bezogen auf die Fahrtrichtung, vorderen Bereich schwenkbar mit dem unteren Ende des Trägers verbunden
ist, um aufgrund der Relativbewegung zwischen dem Schwingflügel und dem umgebenden Wasser eine Schwenkbewegung des
Schwingflügels hervorzurufen, wenn der auf dem I*Tasser
schwimmende Schwimmkörper unter Einwirkung des Seegangs angehoben und abgesenkt wird, und einer am Träger angeordneten
Einrichtung zum Begrenzen der Schwenkbewegung.
Wellenmotoren dieser Art sind bereits bekannt, siehe beispielsweise
US-PS 2 021 315 und 2 367 765. Bei diesen bekannten Motoren sind die Schwingflügel für das Schwenken
um eine Achse drehbar mit dem Träger verbunden, die sich quer zur Fahrtrichtung erstreckt. Während der Relativbewegung
zwischen dem Schwingflügel und dem umgebenden Wasser wird der Schwingflügel in der einen oder anderen
Richtung ausgelenkt, so daß er am einen oder am anderen von zwei Anschlägen oder Abstützungen anliegt, die am
Telefonische Auskünfte und
O. „ ^ . _ Aufträge sind nur nach schriftlicher
Oüü 4 0/O775 Bestätigung verbindlich
-If-
Träger angeordnet sind. Dadurch bewirkt die weitere Relativbewegung
eine Veränderung der Strömungsrichtung des gegen den Schwingflügel strömenden Wassers, so daß dieses
durch den Schwingflügel nach rückwärts in die der gewünschten Fahrtrichtung entgegengesetzte Richtung gelenkt wird.
Dadurch wird eine Reaktionskraft erzeugt, die auf den Schwingflügel einwirkt und das Schiff oder den Schwimmkörper
in der Fahrtrichtung vorantreibt.
Bei der Anwendung der bekannten derartigen Antriebe ergeben sich einige Nachteile. Beim Anschlagen des Schwingflügels
gegen die Anschläge wird der Schwingflügel abrupt gestoppt. Es können sich dadurch Stöße in den Schwimmkörper oder das
Schiff fortpflanzen und eine Belästigung für an Bord befindliche Personen darstellen sowie möglicherweise Werkstoffbrüche
hervorrufen. Außerdem ist eine Bruchgefahr oder die Gefahr einer Havarie gegeben, wenn das Schiff oder der
Schwimmkörper einer sehr großen Welle ausgesetzt wird. Der Schwingflügel hält in diesem Falle nach Anschlagen gegen
einen der Anschläge das Schiff unten, so daß die Welle über das Schiff kommen kann, während gleichzeitig der Träger
einer hohen, unkontrollierten Belastung ausgesetzt wird. Außerdem besteht die Neigung, daß in einem Wellental das
Schiff aus dem Wasser gehoben wird.
Bei großen Wellen bewirken die großen Vertikalkräfte, die dabei zwischen Schiff und Schwingflügel auftreten, eine
starke Wirbelbildung rund um den Schwingflügel, so daß die Wellenenergie in diesem Falle schlecht ausgenützt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor der in Rede stehenden Art zu schaffen, bei dem die oben erwähnten
Nachteile, wie sie in Verbindung mit bekannten derartigen Wellenmotoren auftreten, vermieden sind.
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Bei einem Motor der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Träger
relativ zum Schwimmkörper in im wesentlichen vertikaler Richtung bewegbar ist und daß eine Einrichtung vorgesehen
ist, um den Träger bezüglich dieser vertikalen Relativbewegung nachgiebig in einer Mittelstellung zu halten und in
diese Stellung zurückzuführen, wenn der Träger sich unter Einfluß von durch den Seegang erzeugten Kräften aus der
Mittelstellung bewegt hat.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des Motors,
gezeichnet in schematisch vereinfachter, teils aufgebrochen und geschnitten gezeichneter
Darstellung;
Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels und
Fig. 3 eine schematisch vereinfacht gezeichnete Darstellung eines ringförmigen Schwimmkörpers,
der mit zwei Seegangmotoren der hier aufzuzeigenden Art versehen ist.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Träger in Form eines stangenartigen Körpers 1 vorgesehen, der an seinem
oberen Ende axial verschiebbar in zwei Führungsbüchsen 2 und 3 gelagert ist, so daß der stangenartige Körper in
diesen nach aufwärts und abwärts gleiten kann. Die Büchsen 2, 3 sind mit dem betreffenden Wasserfahrzeug, beim Ausführungsbeispiel
einem Boot 4, fest verbunden. Der stangenartige Körper 1 wird relativ zum Boot 4 in einer vertikalen
Mittelstellung mit Hilfe einer federnachgiebigen Einrichtung
gehalten, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Schraubenfedern 5 und 6 aufweist, die auf dem
stangenartigen Körper zu beiden Seiten eines Halteglieds in Form eines Bundes 7 angeordnet sind, der am Körper 1 befestigt
ist, wobei die Federn zwischen dem Bund 7 und einer der beiden Büchsen 2 und 3 eingespannt sind. Vorzugsweise
weist der Körper 1 eine ovale Querschnittsform auf r so daß
er sich um seine Längsachse nicht verdrehen kann.
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- Sr-
-T-
Am unteren Ende des stangenartigen Körpers 1 ist als Schwenkelement ein plattenartiger Schwingflügel 8 mit dem
durch den Körper 1 gebildeten Träger über eine Achse 9 schwenkbar verbunden, so daß der Schwingflügel nach oben
und unten schwingen kann und um einen bestimmten Schwenkwinkel ausgelenkt werden kann, der bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel durch einen oberen und einen unteren Anschlag 10 bzw. 11 begrenzt ist, die an dem stangenartigen
Körper 1 angebracht sind.
Wenn das in Fig. 1 dargestellte Boot 4 sich von einem Wellental zu einem Wellenkamm bewegt, dann wird der Schwingflügel
8 aufgrund des Umstandes, daß er sich in ruhigerem Wasser in einem Abstand unterhalb der Wasseroberfläche befindet,
an seinem hinteren Rand nach abwärts geschwenkt, bis er durch den unteren Anschlag 11 angehalten wird. Dies
hat zur Fogle, daß das Wasser, das unmittelbar oberhalb des Schwingflügels gelegen ist, nach rückwärts gedrückt
wird, was zur Folge hat, daß eine vorwärts gerichtete Reaktionskraft am Boot wirksam wird, die das Boot in der mit
einem Pfeil F angegebenen Vorwärtsrichtung treibt. Eine weitere nach aufwärts gerichtete Bewegung des Boots hat zur Folge,
daß die untere Schraubenfeder 6 zusammengedrückt, d. h. gespannt wird. Auf diese Weise sind die zwischen dem Boot und
dem Schwingflügel wirksamen vertikalen Kräfte vermittels der Federkraft unter Kontrolle gebracht, so daß die Nachteile
vermieden sind, wie sie bei den bekannten Seegang-Motoren auftreten, was oben besprochen wurde.
Wenn die Welle kulminiert, wird die Federkraft entspannt, so daß der Schwingflügel 8 seine Auslenkung oder seinen
Ablenkwinkel während einer zusätzlichen Zeitspanne beibehält und während dieses Zeitintervalls zusätzliche Vortriebskraft
oder zusätzlichen Schub liefert.
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-ff
Wenn das Boot 4 sich nach abwärts in einem Wellental bewegt, bewegt sich der hintere Rand des Schwingflügel 8 nach aufwärts,
und die obere Schraubenfeder 5 wird in entsprechender Weise gespannt und entspannt, wenn die Welle ihr Minimum
erreicht.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Motors gezeigt, bei dem die federnachgiebige Einrichtung ein hydropneumatisches
System mit Hydraulikzylindern 12 und 13 aufweist, die die mechanischen Schraubenfedern 5 und 6 ersetzen.
Die beiden Zylinder enthalten Kolben 14 bzw. 15, die über
zugehörige Kolbenstangen 16 bzw. 17 mit einem Halteglied 18 verbunden sind, das an dem stangenartigen Körper 1 befestigt
ist. Jeder der Zylinder 12 und 13 ist über eine Rohrleitung
19 bzw. 20 mit einem Ventil 21 bzw. 22 verbunden, die mit je einem herkömmlichen hydropneumatischen Speicher 23 bzw.
2 4 in Verbindung stehen, die je eine Membran enthalten, welche das Innere des Speichers in zwei Räume unterteilt. Die
Zylinder 12, 13, die Rohrleitungen 19, 20 und die mit diesen
verbundenen Räume der Speicher sind mit Hydraulikflüssigkeit,
beispielsweise mit Öl, gefüllt. Die anderen Räume der Speicher 23, 24 sind mit einem Druckgas gefüllt und über
Rohrleitungen 25, 26 mit zugeordneten Ventilen 27 bzw. 28 verbunden, die mit Gasbehältern 29 bzw. 30 in Verbindung
sind.
Die die Zylinder 12, 13 mit den Speichern 23 bzw. 24 verbindenden Rohrleitungen 19 und 20 sind mit Zweigleitungen 31 bzw.
32 verbunden, die mit dem Auslaß einer Pumpe 33 in Verbindung stehen, deren Einlaßleitung 34 zu einem Tank 35
führt, der Hydraulikflüssigkeit enthält. Ein Antrieb für die Pumpe 33, der schematisiert dargestellt ist, weist einen
Motor 36 auf, der die Pumpe 33 über eine Welle 37 antreibt. Die Pumpe ist so ausgebildet, daß sie Druckflüssigkeit zur
einen oder anderen der Rohrleitungen 19" und 20 zuführen kann,
wie es unten erläutert wird.
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Wenn das in Fig. 2 gezeigte hydropneumatische System als
Seegangsantrieb in ähnlicher Weise benutzt wird wie das Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, dann sind
die Ventile 21, 22 geöffnet, während die Ventile 27, 28 geschlossen und die Pumpe 33 stillgesetzt ist. Wird das
Boot 4 durch eine Welle angehoben, so ergibt sich eine Schwenkbewegung des hinteren Randes des Schwingflügels 8,
wobei die Schwenkbewegung oder Auslenkung durch den unteren Anschlag 11 begrenzt wird. Eine weitere Aufwärtsbewegung
des Boots 4 hat eine Abwärtsbewegung des stangenartigen Körpers 1 zur Folge,und aufgrund der entsprechenden Bewegung
des Kolben 15 im Zylinder 13 wird Hydraulikflüssigkeit aus diesem Zylinder heraus und in den hydropneumatisehen Speicher
24 über die Rohrleitung 22 hineingedrückt, so daß das Gas in dem Gasraum dieses Speichers zunehmend komprimiert
wird. Gleichzeitig wird (durch die Bewegung des Kolben 14 im Zylinder 12) Hydraulikflüssigkeit aus dem anderen Speicher
23 über die Rohrleitung 19 in den Zylinder 12 gesogen.
Wenn die Kraft am Schwingflügel 8 durch das Kumulieren der Welle abnimmt, bringt der Druck im Zylinder 13 den stangenartigen
Körper 1 in seine Mittelstellung zurück.
Durch öffnen eines oder beider der Ventile 27, 28 in den
Rohrleitungen 25, 26 wird eine Verbindung zwischen den hydropneumatischen Speichern 23, 24 und den Gasbehältern
29, 30 geschaffen. Das zur Verfügung stehende Gasvolumen wird dadurch vergrößert, um so die Federcharakteristik des
Systems zu verändern.
Durch Schließen der Ventile 21, 22 kann der stangenartige
Körper in einer gewünschten Stellung verriegelt werden. Vermittels der Hydraulikpumpe 33 und ihres Motors 36 kann
der stangenartige Körper 1 nunmehr fortlaufend von einer Endstellung in die andere bewegt werden, so daß sich in
Verbindung mit dem Schwingflügel 8 die Wirkung eines hydro-
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mechanischen Antriebs ergibt.
Es versteht sich/ daß auch andere Antriebssysterne für das
Erzeugen einer Bewegung des stangenartigen Körpers 1 Anwendung finden könnten. So könnte beispielsweise eine unmittelbare
motorische Betätigung über Ritzel und Zahnstange vorgesehen sein. Es besteht die Möglichkeit, einen kombinierten
Vortrieb des Boots vermittels des Antriebs durch Seegang und des Motorantriebs für den Fall anzuwenden, daß
die Wellen zu klein sind, um dem Boot die erforderliche Geschwindigkeit zu verleihen. Vermittels des Motors wird
in einem solchen Fall der stangenartige Körper 1 mit dem Schwingflügel 8 in einer Welle nach abwärts geschoben, die
nach aufwärts verläuft, und wird in einer nach unten verlaufenden Welle nach oben bewegt.
Darüber hinaus kann man, wenn ausreichend große Wellen zur Verfügung stehen, Energie vermittels der Bewegung des
stangenartigen Körpers 1 ansammeln oder speichern. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Bewegung des stangenartigen
Körpers 1 vermittels eines elektrischen Generators gebremst oder verzögert wird oder daß hydraulischer oder
pneumatischer Druck aufgebaut und innerhalb des Boots nutzbar gemacht wird. Darüber hinaus ist es auch möglich,
Energie dadurch zu speichern, daß ein Schwungrad in Drehung versetzt wird. In vielen Fällen kann es von Vorteil sein,
wenn der Schwingflügel, während er über den stangenartigen Körper 1 Energie aufnimmt, in seiner Neutralstellung oder
in der Nähe der Neutralstellung fixiert werden kann.
Es sei auch bemerkt, daß die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele von Seegang-Antrieben modifiziert oder mit dem
Seegang-Antrieb kombiniert werden können, wie er in der
norwegischen Patentanmeldung 140 231 (entsprechend der DE-OS
2 848 864) des Anmelders beschrieben ist, um dadurch den Vortriebwirkungsgrad noch weiter zu verbessern. Dabei wäre
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30Ί3Ί36 -4-
. M-
der Schwingflügel, anstatt die hier gezeigten Anschläge
für ihn vorzusehen, mit einer beispielsweise mechanisch arbeitenden, federnachgiebigen Einrichtung versehen, die
fortwährend versucht, den Schwingflügel in die neutrale 5 oder horizontale Stellung zurückzubewegen.
Der hier aufgezeigte Seegang-Antrieb kann mit Vorteil für den Betrieb oder den Vortrieb vielfältiger Arten von
Schwimmkörpern eingesetzt werden. In der schematisch vereinfachten, perspektivischen Ansicht von Fig. 3 ist ein
ringförmiger Schwimmkörper 38 gezeigt, der mit zwei nur sehr schematisiert dargestellten Seegang-Motoren 39 versehen
ist, die dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 entsprechen. Eine derartige schwimmende Struktur kann mit
einem,mit zwei oder mehreren derartigen Motoren versehen sein, die den obigen Vorschlägen entsprechend modifiziert
sein können, um z.B. den möglicherweise verankerten Schwimmkörper für eine Drehbewegung anzutreiben. Dieses Prinzip
kann beispielsweise dazu benutzt werden, um einen Schwimmkörper durch Seegangskräfte anzutreiben, welcher mit einer
Einrichtung zur Energieerzeugung, beispielsweise zur Erzeugung elektrischer Energie, vermittels der durch die
Motoren bewirkten Vortriebsbewegung oder Drehbewegung ausgerüstet ist.
- 10/An sprüche
.0 3 "j j :, 3/0775
Claims (5)
1. Den Seegang ausnützender Motor für den Antrieb eines
Schwimmkörpers, insbesondere Schiffsantrieb, mit einem mit
dem Schwimmkörper verbundenen, sich nach abwärts erstreckenden Träger, einem im wesentlichen horizontal angeordneten, plattenartigen
Schwingflügel, der in seinem, bezogen auf die Fahrtrichtung, vorderen Bereich schwenkbar mit dem unteren Ende
des Trägers verbunden ist, um aufgrund der Relativbewegung zwischen dem Schwingflügel und dem umgebenden Wasser eine
Schwenkbewegung des Schwingflügels hervorzurufen, wenn der auf dan Wasser
schwinmende Schwiimikörper unter Einwirkung des Seegangs angehoben
und abgesenkt wird, und einer am Träger angeordneten Einrichtung zum Begrenzen der Schwenkbewegung dadurch gekennzeichnet,
daß der Träger (1) relativ zum Schwimmkörper (4) in im wesentlichen vertikaler Richtung bewegbar ist und daß eine
Einrichtung (5 bis 7; 12 bis 24) vorgesehen ist, um den Träger (1) bezüglich dieser vertikalen Relativbewegung nachgiebig in
einer Mittelstellung zu halten und in diese Stellung zurückzuführen, wenn der Träger (1) sich unter Einfluß von durch
den Seegang erzeugten Kräften aus der Mittelstellung bewegt hat.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger einen stangenartigen Körper (1) besitzt, der an seinem
oberen Ende in einer Lagerung (2, 3) axialverschiebbar am Schwimmkörper (4) angebracht und mittels eines Federmechanisraus
(5, 6; 12 bis 24) in der Mittelstellung gehalten ist.
3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Federmechanismus zwei Federn (5 und 6) aufweist, die sich an
entgegengesetzten Seiten eines an dem stangenartigen Körper (1) befestigten Haltegliedes (7) abstützen, so daß die Federn
(5, 6) in entgegengesetzten Richtungen axial auf den stangenartigen Körper (1) einwirken.
4. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Federmechanismus eine hydropneumatische Einrich-
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tung aufweist mit zwei Hydraulikzylindern (12, 13), deren zugehörige Kolben (14 bzw. 15), die mit dem stangenartigen
Körper (1) verbunden sind, in entgegengesetzten Richtungen axial auf den Körper (1) einwirken, und daß jeder der Hydraulikzylinder
(12, 13) mit einem hydropneumatischen Speicher (23 bzw. 24) verbunden ist, der eine durch ein Druckgas beaufschlagte
Membran enthält.
5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikzylinder (12, 13) mit ihren zugehörigen Speiehern
(23, 24) über schließbare Ventile (21, 22) verbunden sind und daß eine Hydraulikpumpe (33) vorgesehen ist, mittels
deren die Kolben (14, 15)hin- und hergehend verschiebbar
sind, um eine entsprechende Bewegung des stangenartigen Körpers (1) und des Schwingflügels (8) hervorzurufen.
03UU4 3/0775
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