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Die Erfindung betrifft ein Antrieb system für Wasser-
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fahrzeuge mit Propeller, Strahlrohrantrieb oder dergleichen, mit einem
vertikal angeordneten Ruderblatt, dessen Drehachse die Strahlachse des Antriebstrahls
quer durchsetzt.
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Bekannte Schiffsantriebsysteme weisen folgende drei Hauptkomponenten
auf: Antriebsmaschine, Propeller und Ruder. Der von der Antriebsmaschine angetriebene
Propeller erzeugt einen Antriebstrahl, dessen Ablenkrichtung vom Ruder bestimmt
wird. Eine Ruderwirkung tritt jedoch nur dann ein, wenn dieses vom Antriebstrahl
angestrahlt wird. Dies trift z. B. bei Kursänderung in Vorwärtsfahrt zu. Bei allen
anderen, für die-Manövrierfahigkeit und Schiffssicherheit wichtigen Manövern, wird
jedoch das Ruder nicht oder nur zu wenig vom Antriebsstrom angestrahlt.
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Dies hat zur Folge, daß sich ein Schiff in Rückwärtsfahrt oder während
eines Bremsmanövers nicht oder nur unzureichend kontrollierbar steuern läßt. Im
Falle eines Bremsmanövers, z. B. durch Einleiten eines Drehkreises, kann dieses
nur durch Umschaltung der Antriebsmaschinen auf vorwärts abgebrochen werden, um
das Ruder. wirkungsvoll anzustrahlen. Dies ist jedoch sehr z.+itraubend und kann
zu Unfällen fühl-en. Das Abkuppeln b-z.w. der Schaltvorgang von Schiffsmotoren erweist
sich ohnehin als sehr schwierig, da der Motor dabei leicht ausgehen bzw. der Schaltvorgang
nicht durchgeführt werden kann. Großdiesel können
ohnehin nicht
ohne weiteres umgestellt werden, da hierfür teilweise eine Umstellung der Nockenwelle
notwendig ist. Bekannte Schiffsantriebssysteme weisen deshalb lange Umsteuelzeiten
von Antriebsmaschinen auf, wobei die Unsicherheit besteht, ob die Maschine in dem
benötigten Moment wieder anspringt.
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Auch einem in Vorwärtsfahrt angestrahlten. Ruder sind bezüglich der
Wirkungsweise Grenzen gesetzt; z. B. verliert das Einilächen-Ruder bei 300 Ruderausschlag
an Wirkung, da dtr Strom am Ruder abreißt.
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Bei Motorschiffen mit Festpropeller liegt die geringste Geschwindigkeit
um manövrierfähig zu sein bei ca. ein Drittel der Höchstgeschwindigkeit. Dies ist
jedoch für bestimmte Manöver oder für Fahrten z. B. im Nebel von Nachteil, da die
Geschwindigkeit des Schiffes zu hoch ist.
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Ein Teil der zuvor genannten Nachteile konnte mit einem Gegenstand
entsprechend dem Gattungsbegriff (DE-OS 27 32 865) behoben werden. Mit einer derartigen
Anordnung konnte eine gute Kursstabilität auch bei niedriger Fahrtgeschwindigkeit
erzielt'werden, Dies wurde bei der bekannten Einrichtung insbesondere auch durch
das Zusammenwirken eines speziell ausgeformten Strahldüsenkörpers (Strahltunnel)
mit einem speziell.ausgebildeten Ruderblatt gelöst. Durch einfaches Querstellen
eines
solchen Ruderblattes wird erreicht, daß dieses als Prallplatte
für den darauf treffenden,vom Propeller oder dem Strahlrohr kommenden Strahl wirkt,
sodaß die Vortriebskraft durch das Querstellen des Ruderblattes aufgehoben werden
kann ohne daß der Propeller entkuppelt oder dessen Antriebsmotor still gesetzt zu
werden braucht. Der Strahltunnel hat dabei die Kontur des quergestellten Ruderblattes.
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Eine besondere Ausgestaltung de bekannten Gegenstandes sah vor, daß
der untere Teil der Ruderflachseite in einer um etwa 350 abgewinkelten Leitfläche
auslief. In Querstellung des Ruderblattes konnte deshalb der vom Propeller ausgehende
Strahl nach unten in Fahrtrichtung umgelenkt werden, d. h. das Schiff konnte ohne
Umstellung des Antriebsmotors durch einfaches Ruderlegen rückwärts fahren. Ober
die Wirkungsweise im Einzelnen wird auch die DE-OS 27 32 865 verwiesen.
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Die bekannte Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß eine optimale
Manövrierfähigkeit des Systems nicht gewährleistet ist. Insbesondere beim Übergang
zwischen langsamer Rückwärtsfah-rt in langsame Voraus fahrt ergeben sich. erhebliche
Steuerungsprobleme, da das senkrecht stehende Ruderblatt im Extremfall jeweils um
1800 gedreht werden muß, damit die abqewinkelte Leitflosse nach hinten zeigt. Beim
öffnen der Düse d. h. beim
Verdrehen des quergestellten Ruders entsteht
zwischen Ruderblatt und Strahlgehäuse (Tunnelgehäuse) ein von der Fahrtrichtung
her abgewinkelter Strahl, der sofort eine Kursänderung des Schiffes bewirkt. Zur
Einhaltung eines bestimmten Kurses bei extrem langsamer Fahrt des Schiffes, d. h.
Ruder-muß quer gestellt sein, um Schubwirkung nach hinten aufzuheben, muß das Ruder
deshalb bei der bekannten Einrichtung mehrfach zum Teil um 1800 geschwenkt werden.
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Hier setzt die Erfindung ein, deren-Aufgabe darin liegt, ein Schiffsantriebssystem
so auszubilden, daß die vorgenannten Nachteile vermieden werden, und daß insbesondere
eine verbesserte Manövrierfähigkeit erzielt wird.
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Dieser Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere
dadurch gelöst, daß dem Vertikal-Ruderblatt ein weiteres Ruderblatt zugeordnet ist,
dessen Drehachse horizontal und quer zu Schiffslängsachse verläuft.
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Die erfindung:;gemäße Anordnung hat gegenüber dem bekannten Stand
der Technik den Vorteil, daß die Manövrierfähigkei-t des Schiffs entscheidend verbessert
wurde. Bei der Umsteuerung von Vorwärts- in Rückwärtsfahrt verbleibt das vertikal
stehende Hauptruder n Querstellung zum Antriebsstrahl. Zur Rückwärtfahrt wird bedig-
lich
das Hoizontalrudr schräg nach vorn gestellt, zur langsamen Geradeausfahrt horizontal
oder schräg nach hinten. Querkomponenten können durch Öffnung des Vertikalruders
erzielt werden. Ungewollte Querkomponenten an Schubkraft durch Verdrehung des Vertikalruders
treten jedoch nicht mehr auf.
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Das Horizontalruder wird so angeordnet, daß es die untere Seite des
Antriebsstrahls in etwa tangiert.
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Mit Hilfe der beiden erfindungsemäß unabhängig voneinander verstellbaren
Ruderblätter kann der vom Propeller ausgehende Antriebsstrahl derart abgelenkt,
der Schub aber auch aufgehoben werden, daB ein kontrollierbares Manövrieren ohne
Entkupplung des Propellers und ohne-Stillegung des Antriebsmotors möglich ist.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte
Weiterbildung und Verbesserung des im Hauptanspruch angegebene. Antriebssystem möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, daß das Horizontalruder im unteren Bereich
des Antriebsstrahls angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird ein optimales Zusammenwirken
zwischen dem Vertikal- und Horizontalruderblatt erzielt, wobei die Wirkung des Vertikalrttderblattes
nicht beeinträchligt wird.
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Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Drehachse
des Horizontalruders gegenüber der Drehachse des Vertikalruders in Richtung zum
Antriebsstrahl hin versetzt angeordnet ist. Die Umsteuerung von Vorwärts- in 1<
ii ckwärtsfahrt wird in diesem Fall dadurch erreicht, daß man das Vertikalruder
in Querlage bringt und das Horizontalruder derart schwenkt, daß die hinte- -re Kante
dieses Ruders mit der unteren Kante des Vertikalruders zusammen trifft Das vom Propeller
gegen das Vertikalruder gedrückte Wasser-wird durch das schräg stehende Horizontalruder
nach vorn umgeleitet, sodaß sich ein Rückwärtsschub ergibt.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß relativ zum Schiffskörper
feststehende zur Strahlachse symmetrische Führungswände für den Antriebsstrahl vorgesehen
sind. Diese Führungswände erstrecken sich vorzugsweise bis zum Bereich des querstehenden
Vertikalruderblattes, wobei die Kontur des Vertikalruderblattes bei Schwenkung in
Querstellung zum Antriebsstrahl mit der Kontur des Führungskanals übereinstimmt.
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Diese an sich bekannte tunnelförmige Ausbildung des Antreibsstrahl-Gehäuses
hat den Vorteil, daß der Antriebsstrahl durch Verstellung des Vertikalruders und/oder
des Ilorizontalruders sehr exakt gelenkt werden kann. Eine Steuerung bzw. Erzeugung
von
Querschüben wird dementsprechend dadurch erreicht, daß man
das Vertikalruder aus der Querlage um etwa 100 schwenkt, wodurch sich ein Spalt
zwischen dem Antriebsstrahl-Gehäuse und dem QuerrudeJ- bildet, durch welches das
Wasser schräg nach hinten hin austritt und einen Schub erzeugt. Dieser Strahl ist
fein dosierbar und durch minimale Schwenkung des Vertikalruders in die eine oder
andere Richtung läßt sich der Strahl nach links hinten oder rechts hinten verlagern.
Dadurch kann man ein Schiff z. B. während der Rückwärtsfahrt oder einer Notbremsung
schnell und wirkunsvoll in die gewünsche Richtung lenken. Durch gezielte Verlagerung
des Querschubes von einer Schiffseite auf die andere, läßt sich das Schiff in eine
sinusförmige Bahn leiten, um bei einer Notbremsung den Anhalteweg maßgebend zu vergrößern.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird der Drehsinn des Propellers
bei Rückwärtsfahrt nicht geändert, sondern der Antriebsstrahl nur umgelenkt. Dies
hat zur Folge, daß gegenüber bekannten Systemen kein Lufteinbruch und damit keine
Wirkungseinbuße möglich ist, da der Wasserzulauf nicht von hinten, sondern von vorn
erfolgt. Eine kontrollierbare Rückwärtsfahrt ist deshalb gewährleistet.
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Extrem niedrige Geschwindigkeiten bei kontrollierbarer Steuerung erzielt
man bei Querlage des Vertikalruders und Schwenkung des Elorizontalrllders in eine
Horizontallage. Durch den in vorteilhafter Weise ausgebildeten Spalt zwischen der
Unterkante des Vertikalruders und der Oberseite des in horizontaler Lage gestellten
Horizontalruders kann der Antriebsstrahl stark gedrosselt werden, sodaß er nur durch
diesen schmalen Spalt nach hinten entweichen kann. Das Schiff kann bei laufender
Maschine und drehendem Propeller demnach durch Querlage des Vertikalruders und schwenken
des Horizontalruders in eine neutrale Lage angehalten werden, wobei sich Rückwärts-
und Vorwärtsschub aufheben.
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Als Alternativlösung sieht die Erfindung weiterhin vor, daß die horizontal
angeordnete Drehachse des Horizontalruders unterhalb der vertikal angeordneten Drehachse
des Vertikalruders gelagert ist. Die Achse des Vertikalruders kann dabei als Antriebsachse
zur Drehung des Horizontalruders verwendet werden. Dies ist z. B. in Form eines
Schneckengetriebes möglich.
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Das erfinduncJtigemäße Antriebssystem eignet sich für Schiffe aller
GröB'n, da den einzelnen Bauelementen bezüglich der Festigkeit, der Antriebsieistung
und der Schiffsgröße keine Grenzen gesetzt sind. Neben der erhöhten Manövrierfähigkeit
und Sicherheit erheben sich jedoch aunh weiter-
hin Preisvorteile,
da die Antritbsmaschine kein Umsteuerungselement mehr benötigt. Beim Dieselmotor
entfallen weiterhin ein großer Teil der Lufterzeuger und Luftbehälter. Da die Maschine
nicht wllgesteuert wird, erhöht sich weiterhin die Lebensdauer und die Eignung zur
Automatisation. Im Hafen benötigt das Schiff unter Umständen keine Schlepperhilfe.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind anhand von
Ausführungsbeispielen der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in de nachfolgenden
Beschreibung unter Angabe-weiterer Vorteile näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung als Längsschnitt des
Heckteils; Fig. 2 eine Ansicht nach Fig. 1 von hinten; Fig. 3 einen-Schnitt A-B
nach Fig. 1;.
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Fig. 4 eine Ausführungsvariante nach Fig. 1 mit Drehachsen der beiden
Ruder in einer Ebene; Fig. 5a bis 5f jeweils eine Seitenansicht (oben) eine Draufsicht
(unten) auf bestirrmte Ruderstellungen und eine Draufsicht auS den Schiffskörper
mit Reaktionskraft;
Fig. 6 bis 13 verschiedene Aus f ührllngs formen
der erfindungsgemäßen Einrichtung in verschiedenen Bootstypen, wobei mit d ein Längsschnitt
dargestellt ist, mit b)eine Darstellung der entsprechenden Heckansicht entsprechend
der Darstellung at mit c) eine Draufsicht.
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In Fig. 1 ist mit 10 ein Wasserfahrzeug dargestellt, das mit einem
Antriebsmotor 11 einerAntriebswelle 12 und einem Antriebspropeller 13 ausgerüstet
ist. Entsprechend der Erfindung, ist das Wasserfahrzeug mit einem Vertikalruderblatt
14 und einem Horizontalruderblatt 15 ausgerüstet. Der Propeller 13 befindet sich
in einem Strahlgehäuse 16 mit Führungswände 17 und 18. Das Strahlgehäuse 16 erstreckt
sich nach hinten bis zum Bereich der vertikal angeordneten Drehachse 19 des Vertikalruders
14.
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Die Formgebung des Strahlgehäuses 16 ist der Kontur des Vertikalruderblatts
14 angepaßt, sodaß letzteres im quergestellten Zustand das Strahlgehäuse von hinten
her verschließt.
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Die Drehachse 19 des Vertikalruderblatts 14 ist derart angeordnet,
daß sie die Verlängerung der Achse des Propellers quer durchsetzt. Die Verstellung
des Ruderblatts
14 durch Drehung um seine Achse 19 geschieht durch
die schematische dargestellte elektrische Rudermaschine 20.
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Die Drehachse 21 des HorizontaZruders 15 ist gegenüber der Drehachse
19 um den mit 22 bezeichneten Betrag in horizontaler Richtung versetzt angeordnet.
Gegenüber der Unterkante des Vertikalruders 14 ist das Horizontalruder in horizontaler
Stellung um den mit 23 bezeichneten Betrag verstetzt angeordnet. Das Horizontalruder
15 befindet sich demnach im unteren Bereich des Antriebsstrahls, etwa tangential
zum Propellerflügelspitzenkreis und im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 etwa horizontal
zum Kiel. Durch Schwenkung des Vertikalruders 14 um die eigene Achse 19 in Querstellung
und durch Drehung des Horizontalruders 15 um die Drehachse 21 entsteht der Spalt
23, der kontinuierlich bis auf den Betrag 0 verstellt werden kann. Das Horizontalruder
15 erstreckt sich über die ganze Breite des Strahlgehäuses 16 und ist seitlich in
den Führungswänden 17, 18 gelagert. Die Verstellung des Horizontalruderblattes 15
durch Drehung um seine Achse 21 geschieht durch einen in Fig. 1 schematisch dargestellten
hydraulischen Zylinder 24 mitteLs Hebel 25. Statt dessen können aber auch ebenso
wie für die Verdrehung der Drehachse 19 andere-Mittel wie Seilzug Bowdenzug, Hydraulik
oder dergleichen vorgesehen werden. Es ist auch
möglich, den Ruderschaft
der Drehachse 19 unterhalb des Ruderblattes 14 mit einer Kulisse zu versehen, die
auf eine Gegenkulisse am äußeren Rand des Horizontalruders 15 einwirkt.
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Der in Fig. 3 dargestellte Quersteg 26 ist im Bereich der Verlängerung
der Drehachse 19 angeordnet, verbindet die Führungswände 17, 18 miteinander und
nimmt das Lager 27 für die Drehachse 19 auf. Bei kleineren Fahrzeugen kann man auf
das Querteil 26 mit Lager 27 verzichten.
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Die Ausführungsform nach Fig. 4 stellt eine Variante der Ausführungsform
nach Fig. 1 dar. Hier ist die Drehachse 21 des Horizontalruders 15 direkt unterhalb
der Drehachse 19 des Vertikalruders 14 angeordnet. Der Verstellmechanismus des Horizontalruders
15 kann dabei durch eine Zentralachse innerhalb einer als Rohr ausgebildeten Drehachse
19 erfolgen, wobei die Schwenkbewegung des Horizontalruders 15 z. B. nach dem Schnekkenradprinzip
erfolgen kann. Die Schwenkbewegung des Horizontalruders 15 kann dabei auch nach
hinten erfolgen.
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Die Manövriermöglichkeiten der erfiadungsgemäßen Einrichtung werden
durch die Darstellungen in den Figuren 5a bis 5f dargestellt, wobei verschiedene
R;ibrstellungen und die dabei jeweils durch einen Pfeil veranschnulich-
te
Richtung der von dem Antriebsstrahl hervorgerufenen, auf das Fahrzeugheck wirkenden
resultierenden Kraft gegenübergestellt sind. Alle dargestellten Manövriervorgänge
können bei konstanter Drehzahl der Antriebsmaschine durchgeführt werden.
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Figuren 6a und 6b zeigen den zuätzlichen Anbau des erfindungsgemäßen
Antriebssystems z. B. an einen schon vorhandenen Tanker. Das Strahlgehäuse 16 wird
als Axialzylinder ausgebildet und eignet sich deshalb-aus propulsionstechnischen
Gründen für den entsprechenden Geschwindigkeitsbereich.
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Figuren 7a und 7b zeigen den Einbau des Antriebssystems gemäß der
Erfindung in ein Schubboot oder Schlepper.
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Auch ohne wirkungsgradvermindernde Strahlgehäuse-Ausführung mit heruntergezogenem
Tunnelheck und Flankenruder, wie bei bekannten Schubbootantriebssystemen, läßt slcll
das Schubboot bei allen Mariövriergängen gut steuern. Da keine Gefahr von Lufteillbruch
währen der Rückwärtsfahrt droht, ist eine weitere Steigerung des PropelLerwirkungsgrades
durch eine Vergrößerung des Propellers möglich.
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Figuren 8a -bis 8c zeigt das erfindungsgemäße Antriebssystem in einem
Rundspantboot in Seiten-, Heckansicht und Draufsicht. Bei Verwendung als Rettungsboot
wird
durch die Uminantellung des Propellers durch das Strahlgehäuse
16 ein Maximum an Sicherheit gegen Verletzung der im Wasser schwimmenden Schiffbrüchigen
erreicht. Gegenüber bekaniiten Booten hat diese Ausfiihrungsform den Vorteil, daß
tias Strahlgehäuse 16 bei Kunststoffboden in einem Arbeitsgang zusammen mit dem
Bootsrumpf hergestellt werden kann. Durch die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen
Systems ist der Propeller in allen Trimmlagen geflutet. Hierdurch ergibt sich die
Möglichkeit den Wirkungsgrad durch Einsatz größerer Propeller zu steigern.
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Fig. 9a u.9b zeigt das erfindungsgemäße SchiffsantrlLbssystemeingebut
in einer Fähre oder ein Stahlboot. Bei dieser Ausfühlungsform wird das Strahlgehäuse
16 durch Anbringung von zwei Seitenwänden am Heck des Wasserfahrzeuges modifiziert.
Dies stellt eine kostengünstige Lösung dar.
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Fig. 10 zeigt den Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung in einem
Knickspantboot.
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Fig. 11 zeigt den Einbau des Schiffsantriebssystem gemäß der Erfindung
als komplette Antriebseinheit 28 im Wasserfahrzeu 10 eines Segelbootes. Hier ist
das Ruder 29 des Segelbootes zusätzlich vorhanden. Beim Segeln wird die Antriebseinheit
28 in eine Mulde 30 im
Inneren des Schiffskörpers geschwenkt (gestrichelte
Linie). Die Mulde kann durch eine ein- oder mehrteilige, im geschlossenen Zustand
der Außenfläche des Schiffskörpers angepaßte Abdeckung 31 verschließbar sein, um
den geringst möglichen Wasserwiderstand zu gewährleisten.
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Fig. 12 zeigt einen erfindungsgemäßen Schiffsantrieb, ausgebildet
als sogenannter Wasserstrahlantrieb mit Beschleunigungsdüse 32.
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In Fig. 13 ist ein Außenborder dargestellt. Der Propeller 13 wird
über Kegelräder 33 eines sogenannten Z-Antriebes angetrieben. Die An(rdnung kann
leicht lösbar am Heck eines Wasserfahrzeugs angebrachtwerden. Das Strahlgehäuse
16 ist als Axialzylinder modifiziert.