DE3936598A1

DE3936598A1 - Wasserstrahlantriebssystem fuer wasserfahrzeuge

Info

Publication number: DE3936598A1
Application number: DE19893936598
Authority: DE
Inventors: Kristian Dipl Ing Kusan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-11-03
Filing date: 1989-11-03
Publication date: 1991-06-27

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserstrahlantriebssystem für Wasserfahrzeuge mit Wasserstrahlpumpe, Wasserstrahl lenkvorrichtung und dazugehörige Fernlenkung.

Wasserstrahlantriebe sind seit einer Vielzahl von Jahren bekannt und werden als Antriebe vorwiegend für schnelle Wasserfahrzeuge verwendet.

Ein Wasserstrahlantrieb, welcher auch Strahlpumpe, Water Jet Propulsion oder nur Jet genannt wird, besteht aus einer Pumpe, einem röhrenförmigen Wassereintritt in der Bodenbeplattung eines Wasserfahrzeuges und einer Aus trittsöffnung, durch die das Wasser nach hinten ausge stoßen wird und gemäß Impulsprinzip zur Schuberzeugung kommt.

Mit Hilfe einer Wasserstrahllenkervorrichtung wird der Antriebsstrahl in die gewünschte Richtung gelenkt.

Die bisher bekanntgewordenen Ausführungsformen von Wasserstrahlantrieben haben beträchtliche Nachteile, die ihre praktische Verwendung stark einschränken.

Der gravierendste Nachteil ist schwierige Zugänglichkeit zu den wichtigen Teilen der Wasserstrahlpumpe, und damit verbundene schwierige Inspektion, Säuberung und Reparatur. Neueste praktische Erfahrungen mit wasserstrahlangetrie benen Sportbooten, Passagierkatamaranen und Megayachten haben gezeigt, daß Verklemmung von im Wasser schwimmenden bzw. schwebenden Gegenständen wie Segeltücher, Tau und Plastikfolien zwischen Laufrad und Leitrad durchaus vor kommt. Das ist eine Verklemmungsart, welche man durch Inspektionsöffnungen oder Rückwärtslauf des Laufrades nicht beheben kann. Eine zeit- und konstenaufwendige Dockung des Wasserfahrzeuges und die Zerlegung der Wasser strahlpumpe ist dann unumgänglich.

Wichtige Anwendungswasserfahrzeuge für Wasserstrahlantrie be sind zwischen anderen auch Jachten und Militärfahrzeu ge, also Wasserfahrzeuge, welche längere Zeit meistens in südlichen Gewässern ruhen. Im Inneren der Wasserstrahl pumpe herrschen optimale Verhältnisse zur Bildung von Be wuchs, die zur Verminderung des Propulsionswirkungsgrades führen, so daß eine periodische Reinigung der Wasserstrahl antriebsteile notwendig aber ohne Docken wieder nicht mög lich ist.

Weitere Nachteile von Wasserstrahlantrieben sind:

Der durch die Wasserstrahlpumpe erzeugte gebündelte An triebsstrahl wird nicht im vollen Umfang für Manövrier zwecke ausgenutzt.

Durch Wasserstrahlantriebe wird der Verlust der dynami schen Stabilität, ein gefährlicher Zustand, welcher bei Hochgeschwindigkeitsrundspannbooten aber auch bei Gleitern mit konstanter Aufkimmung bei hohen Geschwindigkeiten vor kommt, noch verstärkt.

Herkömmliche Wasserstrahlantriebe sind vom Konzept für einen routinemäßigen Bau und Einbau werftseitig wenig geeignet, und teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Nachteile zu beseitigen.

Erreicht wird dieses Ziel dadurch, daß Wasserstrahlpumpen teile wie Laufrad, Leitrad und Schleißring radial ein- oder ausgebaut werden können, und nicht axial wie es bei den bisher verwendeten Wasserstrahlantrieben der Fall ist. Das geschieht durch eine Öffnung, die über dem Leitrad angeordnet ist und wessen Abmessungen einen Durchgang für Laufrad, Leitrad und Schleißring zulassen. Die Öffnung ist mit einem Deckel verschließbar und befindet sich bei größeren Wasserfahrzeugen im Maschinenraum über der Was serlinie angeordnet. Leitrad und Schleißring sind im Pum pengehäuse konzentrisch zur Wellenachse gelagert und in axialer Richtung durch ein Hebelsystem verspannt. Je nach Wasserfahrzeuggröße kann man das Hebelsystem mechanisch, elektrisch oder hydraulisch vom Maschinenraum aus betäti gen.

So ist es möglich, Laufrad, Leitrad und Schleißring, auch während sich das Wasserfahrzeug im tiefen Wasser befindet, ohne zu Docken in wenigen Minuten aus- und einzubauen.

Der von der Wasserstrahlpumpe erzeugte Antriebsstrahl wird durch seitlich schwenkbare Lenker gelenkt. Für Rückwärtsfahrt wird die Senkklappe gesenkt, welche den Antriebsstrahl um etwa 90° beiderseitig, kontinuier lich je nach Seitenlenkerstellung bis einseitig lenkt.

Dieser etwa senkrecht zur Wasserfahrzeuglängsachse aus tretene Antriebsstrahl, strömt in das Rohrleitungssystem, welches beiderseitg entlang der Wasserfahrzeugaußenhaut angeordnet ist und erstreckt sich bis in die Nähe des Wasserfahrzeugbugs, wo unter einem Winkel zwischen 30-60° zur Wasserfahrzeuglängsachse der Strahl austritt. Wenn die Senkklappe in der untersten Stellung ist, wird der ganze Antriebsstrahl in die Rohrleitungen gelenkt, und am Austritt wird ein Schub erzeugt, welcher die Rück fahrt des Wasserfahrzeuges bewirkt. Durch entsprechendes Einstellen der Strahllenker wird das Wasserfahrzeug in Rückwärtsfahrt gelenkt.

Das Stoppen des Wasserfahrzeuges bei laufender Maschine erreicht man durch positionieren der Senkklappe und Strahllenker in Mittelstellung. Durch Ausschwenken der Strahllenker aus der Mittelstellung ist es möglich, eine resultierende Schubkraft im Schwerpunkt des Lateralplanes senkrecht auszuüben und das Wasserfahrzeug fährt quer zur Längsachse.

So ist es möglich, das Wasserfahrzeug mit nur einem An trieb quer zu fahren, was sonst nur durch zusätzlichen Einsatz anderer Manövrierhilfen wie beispielsweise mit zwei Bugstrahlrudern möglich ist. Trotz großer Verluste in den Rohrleitungen erreicht man höhere Querschübe als es mit Bugstrahlrudern möglich ist und dazu viel preiswerter. Zusätzliche Kosten für das Rohrleitungssystem werden da durch relativiert, daß man diese so ausbilden kann, daß diese gleichzeitig als Stringer bzw. Festigkeitssitzelemente dienen.

Die gleiche Wasserstrahllenkvorrichtung ist auch bei Was serfahrzeugen mit zwei oder mehreren Wasserstrahlpumpen möglich. In diesem Fall werden nur die äußeren Wasser strahlpumpen mit Strahllenkern und Senkklappen ausgerüstet. Diese Senkklappen sind mit je einer schwenkbaren Leitflä che versehen, welche bei mittlerer Lenkerposition vollen Antriebsstrahl in die betreffende Wasserfahrzeugseite len ken.

So kann das Wasserfahrzeug auch mit einem funktionierenden Wasserstrahlantrieb alle Manovergänge durchführen. In die sem Fall wird die Senkklappe des nicht funktionierenden Wasserstrahlantriebs gesenkt, durch Wirkung des Antrieb strahles wird die Leitfläche ausgeschwenkt und der An triebsstrahl hat freie Bahn für den Austritt aus der ander seitigen Rohrleitung.

Der untere Teil der Senkklappe kann alternativ mit einer unter 15-30° angeordneten Leitfläche versehen werden, wel che, wenn sich die Senkklappe in einer bestimmten Position befindet, den Antriebsstrahl schräg nach unten lenkt und so einen Auftrieb am Heck des Wasserfahrzeuges erzeugt. Dadurch wird der Übergang in Gleitfahrt beschleunigt oder dem Verlust der dynamischen Stabilität entgegengewirkt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei bung unter Angabe weiterer Vorteile näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Wasserstrahl antriebssystems für Wasserfahrzeuge gemäß Erfin dung als Längsschnitt des Wasserfahrzeugheck teils;

Fig. 1a vergrößerte Darstellung von Fig. 1 aus welcher die Zusammenstellung und Befestigung von Leit rad und Schleißring ersichtlich ist;

Fig. 2 eine Grundrißansicht auf die Darstellung von Fig. 1;

Fig. 3 ein Wasserfahrzeug ausgestattet mit einer Wasser strahlpumpe;

Fig. 4 eine Grundrißansicht auf die Darstellung von Fig. 3 mit Darstellung von Reaktionskräften bei Vorausfahrt, Rückwärtsfahrt und Querfahrt;

Fig. 5 als Längsschnitt eine bevorzugte Ausführung des Wasserstrahlantriebssystems gemäß Erfindung für größere Wasserfahrzeuge;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Darstellung von Fig. 5 mit drei Wasserstrahlpumpen gemäß Erfindung;

Fig. 7 als Längsschnitt Gesamtbild eines größeren Wasserfahrzeuges ausgestattet mit Wasserstrahl pumpen;

Fig. 8 eine Grundrißansicht von Fig. 7 mit drei Wasser strahlpumpen;

Fig. 9 eine Ansicht nach Fig. 7 von hinten;

Fig. 10a-d verschiedene Ausführungsformen der Rohrleitung abhängig von Spannbauweise und Baumaterial;

Fig. 11 Seitenansicht des Steuerstabes zum Fernlenken des Wasserfahrzeuges mit Wasserstrahlantriebs system gemäß Erfindung;

Fig. 12 eine Draufsicht von Fig. 11;

Fig. 13 Steuerpult mit Steuerstab zum Fernlenken.

In Figuren ist mit 10 ein Wasserfahrzeug dargestellt, das mit einem Antriebsmotor 11, einer Wasserstrahlpumpe 12 und einer Wasserstrahllenkvorrichtung 13 ausgerüstet ist. Entsprechend der Erfindung, Wasserstrahlpumpe 12 setzt sich zusammen aus Einlaufrohr 14, welches fest mit Pumpen gehäuse 15 verbunden ist, in welchem Laufrad 16 und Schleißring 17 gelagert sind. Mit Hilfe des Lagerhalters 18 ist das Wellenrohr 19 mit Antriebswelle 20 und Laufrad 21 konzentrisch zu Schleißring 17 gelagert. Schleißring 17, Leitrad 16 und Andruckring 22 sind mit Einsätzen versehen, und mit Hilfe der Exenter 25, 26 verspannt.

Im Bereich des Leitrades 16 befindet sich Öffnung 23, wel che durch Deckel 24 verschließbar ist.

28 ist Kupplung und 29 ist Drucklager.

Am Gehäuse 12 ist der untere Teil des Einlaufrohres 30 be festigt.

Wasserstrahllenkvorrichtung 13 setzt sich zusammen aus Strahllenker 31, 32, welche mit Hilfe der Achsen 33, 34 seit lich vom Antriebsstrahl schwenkbar gelagert sind.

Senkklappe 35 ist schwenkbar an Pumpengehäuse 12 gelagert. Leitflächen 36, 37 der Senkklappe 35 lenken den Antriebs strahl senkrecht zur Wasserfahrzeuglängsachse in das Rohr leitungssystem 38, 39, in welchem der Antriebsstrahl um 90° umgeleitet wird, entlang der Außenhaut geführt und in der Nähe des Buges unter Winkel 30-60° zur Wasserfahrzeug längsachse ausgestoßen. Wasserstrahlaustritt 40 ist mit Leitflächen 41 versehen.

Untere Abschlußplatte 42 der Senkklappe 35 ist mit Leit fläche 43 versehen.

Die Manövrierfähigkeit des Wasserfahrzeuges mit Wasser strahlantriebssystem gemäß Erfindung ist durch Darstellung in der Fig. 4 dargestellt, wobei verschiedene Stellungen der Strahllenker 31, 32 und Senkklappe 35 durch Pfeile die Richtung des Antriebsstrahls und dessen resultierende Re aktionskräfte veranschaulichen.

44 ist Vortriebskraft, 45 ist Rückwärtskraft und 46 ist Querkraft, welche im Schwerpunkt des Lateralplanes 47 wir ken kann.

Fig. 5 und 6 zeigen das erfindungsgemäße Wasserstrahl antriebssystem mit drei Wasserstrahlpumpen im Heck eines größeren Hochgeschwindigkeitswasserfahrzeuges.

48 ist Senkklappe versehen mit schwenkbar gelagerter Leit fläche 49. 50 ist Verbindungsrohr zwischen beiden Senkklap oen. 51 ist Geräuschverschalung.

Fig. 7, 8, 9 stellen die Gesamtübersicht des Wasserfahr zeuges mit Wasserstrahlantriebssystem gemäß Erfindung nach Fig. 5, 6 dar.

Fig. 10a zeigt Rohrleitung 38 ausgebildet als Längsstringer in eine, Knickspannwasserfahrzeug aus Stahl oder Alumini um.

Fig. 10b zeigt Rohrleitung 38 ausgebildet als Längsstringer in einem Kunststoffboot, beispielsweise in einem Schlauch boot mit Kunststoffrumpf.

Fig. 10c zeigt Rohrleitung 38 in einem Rundspannboot, bei spielsweise Segelboot, aus Kunststoff.

Fig. 10d zeigt Rohrleitung 38 in einem Holzboot, wobei die Rohrleitung keine Einheit mit dem Wasserfahrzeugrumpf bil det.

Fig. 11 und 12 zeigen Steuerstab (Joystick) 52, welcher schwenkbar im Gehäuse 53, dieses weiter im Gehäuse 54, wel chen im Grundgehäuse 55 gelagert ist. 56 ist Drehgeber für Senkklappe 35 und 57 ist Drehgeber für Strahllenker 31, 32. 58 ist Schieber, mit welchem über Weggeber 59 die Drehzahl des Antriebsmotors 11 reguliert wird.

Fig. 13 zeigt Steuerpult, in welchem die Fernlenkeinheit zum Fernlenken des Wasserfahrzeuges mit Wasserstrahlantriebssy stem gemäß Erfindung eingebaut ist.

Claims

1. Wasserstrahlantriebssystem für Wasserfahrzeuge mit einer Wasserstrahlpumpe und einer Wasserstrahl lenkvorrichtung, gekennzeichnet durch die Kombination der nachstehenden Merkmale:

a) das Pumpengehäuse (15) mit einer durch Deckel (24) verschließbaren senkrecht nach oben über Leitrad (16) verlaufenden Öffnungen (23) versehen ist,
b) Wasserstrahllenkvorrichtung zusammengesetzt aus Strahllenker (31, 32) und Senkklappe (35), dessen Leit flächen (36, 37) verlaufen etwa senkrecht zur Wasserfahr zeuglängsachse und lenken den Antriebsstrahl in beider seits dem Wasserfahrzeugrumpf verlaufende Rohrleitungen (38, 39), welche in der Nähe des Wasserfahrzeugbugs mit Öffnungen (40) und Leitflächen (44) versehen, unter dem Winkel zur Wasserfahrzeuglängsachse von 30-60°, enden.
c) die Senkklappe (35, 48) ist im unteren Bereich mit einer Leitfläche (43) unter einem Winkel von 15-30° versehen.
d) am Flansch (60) des Pumpengehäuses (15) ist im unteren Teil der Rohrkeil (30) befestigt, welcher so ausgebildet ist, daß er formmäßig den unteren Teil des Einlaufrohres (14) bildet.

2. Wasserstrahlantriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitrad (16) so geformt ist, daß es einerseits in Lagerring (61) und andererseits in das Pumpengehäuse (15) paßt und daß die Enden mit Absätzen, welche spielfrei in den auch mit Absatz versehenen Schleißring (17) und in den ebenfalls mit Absatz verse henen Andruckring (22) passen, der mit Hilfe der Exenter (25, 26) mechanisch, elektrisch oder hydraulisch angedruckt wird.

3. Wasserstrahlantriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Senkklappe (48) mit einer um die Drehachse (62) schwenkbar angeordneten Leitfläche (49) versehen ist.

4. Wasserstrahlantriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (15) mit geräusch dämmenden Material (51) verschalt ist.