DE3425426A1 - Schiffsstabilisierender energieerzeuger - Google Patents

Description

• Beschreibung der Patentansprüche Titel: Schiffsstabilisierender Energieerzeuger oder Bauliche Vorrichtung zur energetischen Nutzung sowie zur Dämpfung der Rollbewegung eines Schiffes.
• Gattung des Anmeldegegenstandes Die Erfindung betrifft bauliche Vorrichtungen zur energetischen Nutzung der durch die Wellenbewegung auf hoher See hervorgerufenen Schiffsbewegung und zur Veiminderung dadurch entstehender physischer und psychischer Belastungen der Schiffsbesatzung.
• Angaben zur Gattung : Die baulichen Vorrichtungen sollen einen größtmöglichen Teil der nicht vorwärtsgerichteten Kräfte, die ein Schiff auf hoher See durch die Wellenbewegng erfährt, (also die vertikalen Kräfte beim "Stampfen" und die Drelrntrnente beim "Schlingem" um die Schiffslängsachse) durch Umsetzung in einen nutzbare Energieform (z.B. elektrische Energie) auffangen, was eine Verringerung der Rollbewegung zur Folge hat.
• Die Erfindung ist besonders bei hochseegehenden Frachtgut- oder Tankschiffen anwencbar, deren besonderes Anliegen es sein muß, mit einem möglichst geringen Energieaufwand, also möglichst kostengünstig, Aufträge zu erledigen.
• Weitere Anwendungsgebiete sind der Kriegsschiffbau, auf dem die Erfindung u.a. zur Erhöhung der Kanpfkraft einer Einheit dunch Stabilisierung beitragen kam, oder der Kraftwerksbau in Form von stationären wellenkraftnutzenden Flößen.
• Stand der Technik und Fundstellen Aus: Köhlers Flottenkalender 1984, Artikel von Ing. Emst de Jong (VDI), Seite 23 - 29.
• LA?m Anmelder sind verschiedene Anlagen bekannt, die die Schlingebewegungen von Schiffen däTpfen sollen.
• Die Palette der bereits erprobten AnkJen umfaßt : a) Systeme, die ohne besondere Steuerung und ohne Energiezufuhr ihre Aufgabe wahmehmen (passive Systeme) wie das Bessemer-Verfahren, Schlinger-oder Kimmkiele oder Schlingertanks ; b) Systeme, die durch steuemde und energieverbrauchende Maßnahmen (aktiv) die Wirkung von passiven Systemen verstärken, wie Frahmscher Schlingertank, Flume- Tank oder Stabilisierungsflossen mit steuemden Schwanzflossen ; c) Systeme, die durch energiezehrende Maßnahmen bzw. durch aktive Gegengewichte Schlingerbewegungen zu darpfen suchen, wie zß- die Kreiselstabilisierungsanlage, das ständige Umpumper von Flüssigkeiten oder das System beweglichen Wagen Derüberhinaus sagt der Artikel im Flottenkalender aus, daß gegen das Starr pfen bisher keine praktikablen System gefunden wurden Kritik des Standes der Technik: Das Bestreben aller oben genannten System ist, es die Schlingerbewegung zu dämpfen. Alle Pnlagen, die sich in den letzten 20 Uhren bis heute durchgesetzt haben, benötigen eine sicherlich nicht kostenlose Steuerung (z.R. der Flume-Tank) oder/und funktionieren nur unter erheblichen Energieaufwand (z.B. das aktive Umpumpen, das Wagensystem oder das Betätigen der kleinen schwanzfossen) oder/und wirken nur bei zunehmender Geschwindigkeit, bei der sie wiederrum dem Wasser einen zunehmenden Widerstand entgegenstellen (z.B. Schlingerleisten, Flossen). keines der Systeme gegen das Schlingem sucht danach, die großen Kräfte, die aufgrund deroßen Schiffsmasse schon bei wenigen Kränkungsgraden auftreten, zu nutzen.
• Das wegen seiner Effektivität heute bevorzugte System der Stabilisierung durch Flossen nicht obendrein noch in Kauf, daß zur Dämpfung der Schlingerbewegung ein Teil der Geschwindigkeit geopfert werden muß.
• Bei dem "Antistampfsystem" mit Hlfe von tiefliegenden, festen flossen am Schiffsbug ist zu kritisieren, daß die Auf- und Nedenbewegung des Bugs ohne energetischen Nutzen und auf Kosten der Geschwindigkeit gedämpft werden scil. Durch die festen Flossen wird außerdem die Möglichkeit ausgelassen, dem dem Austauchen der Flossen durch Lageänderung auszuweichen und das Vibrieren beim Wiedereintauchen durch Nachgeben der Flossen zu vemindem.
• Aufgabe : Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schiffsbewegung durch Umwandiung der nicht vorwärtsgerichteten Beschleunlgungskräfte in eine für das Schiff oder Floß nutzbare Energieform (z.B. in Form von elektrischer Energie) zu vermindem.
• Lösung : Die Pufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die relative Bewegung, die ein mit einem Freiheitsgrad schwingender Teil des Schiffes gegen über dem Schiffsrumpf ausführt auf eine Generatorwelle oder direkt auf die Schraubenwelle überragen wird, so daß die auf das Schiff einwirkenden, nicht vorwärtsgerichteten Beschleunigungskräfte zum Teil in nutzbare Energie- formen umgesetzt werden können.
• Weitere Ausgestaltung der Erfindung : Die Schlingerbewegung eines Schiffes soll erfindungsgemäß (siehe Anspruch 2))dadurch umgesetzt werden, daß Teile des Schiffes, d.h. Wohnräume, Lasten, Tanks oder anderer Ballast, an einer in Längsrichtung mittschiffs gelegenen Drehachse aufgehangen sind, so daß sieinnerhalb des Rumpfes frei um diese Achse schwingen kömen (s. Figur 2). Über ein Getriebe mit variabler Übersetzung wird die Drehung dieser Achse relativ zum Rumpf auf eine Generatorwelle(s. Figur 1)oder auf die Schraubenwelle übertragen.
• Die Stampfbewegung eines Schiffes soll erfindungsgemäß (s. Anspruch 3)) dadurch umgesetzt werden, daß ein Flügel mit symetrischen Profil , der dem Bug als zusätzliche bauliche Vorrichtung voranstehen oder von vomherein konstruktiv in ihn integriert sein klar, ausreichend weit unter der Wasserlinie in horizontaler Lage angebracht wird, so daß der Fügel beim Starrpfen (und nur dam) durch den resultieranden Anströmwinkel zweier sich überlagemder Bewegungsrichtungen (s. Figur #) einen Auf- bzw. einen Abtrieb erfährt.
• (Die horizontale Lage des Flügels muß ggf. so variabel sein, daß die Stt')mung bei schneller Auf- und Abwärtsbewegung nicht abreißt und der Widerstand nicht zu groß wird) Der Flügel ist in (baulich bedingten Grenzen) nach oben und unten beweglich und überragt seine Auf- und Abtriebskräfte auf einen Flüssigkeitskreislauf, in dem eine Turbine integriert ist (s (s. Figur #+# Erzielbatre Vorteile : Ein Schiff mit der baulichen Vorrichtung gem. Anspruch 3) erfährt beim Stampfen durch die Übertragung auf einen Stromerzeuger einen Widerstand, d.h. durch den nur langsam nachgebenden Flügel eine dem Stampfen entgegengesetzte Kraft, was neben der Stromerzeugung in der Turbine zur Folge hat, daß der Bug in seiner Auf- und Abwärtsbewegung geeerrrnt wird und mit einer kleineren Arplitude stampft.
• Durch das Nachgeben des Flügels kann außerdem der Austritt des Flügels alr; im Wasser wenigstens verzögert werden. Wird der Flügel dennoch aus den0 Wasser gehoben, kann der Anstellwinkel so verändert werden, daß er spitzer eintaucht und nicht "aufklatscht." Durch diese Maßnahme, sowie das Nachgeben soll der Aufbau eines Luftpolsters und damit Vibrationen weitgehend vermieden werden.
• Ein Schiff mit der baulichen Vonichtung gem. Aspruch 2) erfährt beim Schlingem durch die Übertragung auf e@@e Generator- oder Schraubenwelle einen Widerstand, dh eine dem Schlingem stets entgegengesetzte Kraft. Ein Teil der Sclingerbewegung wird chne jeglichen Geschindigkeitsverlust in nutzbare Enengie umgesetzt, wodurch des Schlingem je nach Dimensionierung der Einflußfaktoren mehr oder weniger gebremst wird.
• Je nach Wahl - der Rumpfform (kränkungsfördemd bzw. -hermend), - der Rumpfbreite (der vorherschenden Wellenlänge möglichst angepaßt oder nicht), - der schwingenden Masse (groß, klein bzw. variabel), und/oder - der Übersetzung läßt sich eine bauliche Anorchung gem. Anspruch 2) den Erfordemissen (z.B.
• hohe Kränkungsstabilität oder maximaler Wchnkampfort oder maximale Enengiegewimung) eines bestimmten und zweckgebundenen Schiffstyps anpassen.
• Einen wesentlichen Vorteil bedeutet generell die Möglichkeit der Energiegewin nung auf See durch Ausnutzung vorhandener, aber unerwünschter Kräfte, licht. Schiffen vor Anker kann eine Anlage gem. Anspruch 3) die Stromerzeugung ohne Einsatz von Bremstoffen emöglichen.
• Beschreibung eines Ausfühungsbeispieles: Die Figuren #(Längsschnitt), #(Querschnitt), sowie # sollen folgendes Ausführungsbeispiel verdutlichen: figur #b + #: Als schwingendes Gewicht wurde ein Schiffsabschnitt, also ein Raun (Tank oder auch Wchnräume) gewählt, der um eine Achse oberhalb der Wasserlinie schwingen kann, an der er auch frei aufgehängt ist wie der Querschnitt in Figur # zeigt, wurde eine Runde Rumpffom gewählt, was die Neigung des Rcrrpfes zun Schlingem erhöht Dieses in Verbirx mit einem Raum großer Nasse wird in diesem Beispiel einen hohen energetischen Wirkungsgrad zur Folge haben. Auf Höhe der Drehachse des Raumes ist ein Getriebe- und Generatorenraum untergebracht. sich ein Getriebe mit variabien Übersetzungsverhältnis läßt sich die Umdrehungszahl des Ankers im Generator den Nbtwendigkeiten entsprechend anpassen.
• Figur # a + #: Der Bug des Schiffsrumpfes ist im Unterwasserbereich als ein senkrechter, relativ schmaler und in Schiffsrichtung Stehender Tank ausgebildet (schraffiert). An Bb- und Stb-Seite des Bugs sind die nach oben und unten beweglichen Flügel angebracht, die an den Enden zusätzlich an Führungsblechen geführt werden (wodurch auch zweidimensionale Strömungsverhältnisse erreicht werden). Die Flügelsch@en sind an Schiffsrtnspf mit einer Platte verbunden, die den Flüssigkeitstank im Bug in zwei Kammem teilt.
• Die kammem sind durch ein Rohrsystem miteinender venbunden. in des eine Turbine als Stromerzeugender Wiederstand integriert ist.
• Wird der Bug nun durch die Wellen angehoben, erfährt der prinzipiell hor@-zontaie Flügel durch den veränderten Anströmwinkel (s. Flgur #) einen Auftrieb in die entgegengesetzie Rihtung. Die untere Kammer des Tankes venkleinert sich und die obere vergrößert sich um den gleichen Betrag, da das Trenrblech in Tank die abwärtsgerichtete Ausweichbewegung des Flügels mitmechen muß. Die Flüssigkeit (hohen Drucks) im unteren Tank füeßt durch das Verbindungarohr und die Turbine in die obere Kammer bis ein Druckausgleich hergestellt ist Die dedurch erzeugte Rotationsenergie der Turbins wird auf einenstromgenerator übertragen. Beim Eintauchen des Bug@ wind dieser Vorgang umgekehrt.
• - L e e r s e i t e -

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE Hauptanspruch 1) Schiffsstabilisierender Energieerzeuger oder Oberbegriff: Bauliche Vorrichtung zur energetischen Nutzung der durch die Wellenbewegung auf hoher See hervorgergerufenen Rollbewegungen eines Schiffes und zur Verminderung dadurch entstehender physischer und psychischer Belastungen für die Besatzung, kennzeichnender Teil: dadurch gekennzeichnet, daß die relative Bewegung, die ein mit einem Freiheitsgrad schwingender Teil eines Schiffes gegenüber dem Schiffsrumpf ausführt, auf eine Generatorwelle oder direkt auf die Schraubernwelle übertragen wird, wodurch die auf das Schiff einwirkenden und nicht vorwärtsgerichteten Beschleunigungskräfte zum Teil in nutzbare Energieformen umgesetzt werden können. (s. Figut Unteransprüche Oberbegriff: 2) Bauliche Vorrichtung zur Nutzung der Schlingerbewegung gem. Anspruch 1), kennzeichnender Teil: dadurch gekennzeichnet, daß die relative Bewegung eines Gewichtes (in Form eines Raumes, eines Tankes oder anderen Balastes), welches um eine mittschiffs gelegene Achse schwingen kann, gegenüber dem Schiffskörper gem. Anspruch 1) genutzt wird. (s Figur Qi + 02) Oberbegriff: 3) Bauliche Vorrichtung zur Nutzung der Stampfbewegung gem.

   Anspruch 1), kennzeichnender Teil: dadurch gekennzeichnet, daß ein vor dem Schiffsbug nach oben und unten frei beweglicher Flügel (symetrischen Profils der prinzipiell in horizontaler bzw. nahezu horizontaler Lage gehalten wird, beim Stampfen des Schiffes Auf- bzw. Abtrieb erfährt, der zu einer Auf- und Abwärtsbewegung gegenüber dem Schiffsbuo führt, was gem. Anspruch 1) zu nutzen ist.

   (s. Figur (X) + 0)