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Die
Erfindung betrifft eine Propellerwellen-Anordnung für ein seegängiges Verdrängerschiff mit
einem Antriebssystem, das zumindest einen Motor und zumindest zwei
Propellerwellen, jede mit ihrem Propeller, umfasst.
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Die
häufigste
Form des Vortriebs für
Schiffe ist der Propeller-Vortrieb. Unabhängig vom Propellersystem sollte
der Propeller theoretisch a) entfernt vom Korpus sein, um Vibrationen
zu verhindern, b) in einem gleichmäßigen parallelen Strom platziert
sein, um Vibrationen, Kavitation sowie Propellergeräusche zu
verhindern, c) im Hinblick auf eine niedrige Druckreduktion platziert
sein, d) in Bereichen mit einem hochviskosen parallelen Strom platziert
sein, sowie e) auf eine solche Weise platziert sein, dass der größtmögliche Grad
an Rotationseffizienz erreicht wird. Die Propeller sollten ebenso
derart platziert sein, dass der Motorraum-Anordnung, in Bezug auf
das Anlegen des Schiffs oder des Auf-Grund-Laufens eine ausreichende
Beachtung geschenkt wird. Dabei bestehen ebenso eine Anzahl von
anderen Faktoren, die das Propellersystem beeinflussen, sowie etwa
die Größe des Schiffs,
der gewünschte
Vortrieb und die Geschwindigkeit, die Gestalt der Bootshaut und
dergleichen.
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Ein
Propeller für
ein Schiff wird üblicherweise über eine
Welle von einem Motor angetrieben, der in einem Motorraum platziert
ist. Teile der Wellen-Übertragung
werden außerhalb
der idealen Bootshaut-Struktur des Schiffs platziert sein. Wenn
eine direkte Wellen-Übertragung
vom Motor auf den Propeller vorliegt, kann die Welle von einer Ausbauchung
in der Bootshaut abgedeckt sein, die in der Industrie als Skeg bekannt
ist. Um den kleinstmöglichen
Widerstand und kleinstmögliche
Störungen
im Strömungsmuster
um das Schiff herum zu erreichen, werden die Skege auch aus Gründen der Ökonomie
so klein wie möglich
gemacht. Zur gleichen Zeit werden die Skege so gestaltet, dass sie
das bestmögliche Strömungsmuster
für den
auf den Propeller hinströmenden
Wasserkorpus erzielen.
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Ein
bekanntes Verfahren zur Erzeugung von Skegen, die so klein wie möglich sind,
ist, die Propellerwelle in einem Winkel in Bezug auf die horizontale Ebene
anzuordnen.
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Der
Vortrieb eines Schiffs ist ebenso hochgradig von der Größe der Propeller
abhängig
und es ist oft die vertikale Höhe
der Propeller, die die Propellergröße beschränkt, da es für die meisten
Schiffe nicht wünschenswert
ist, dass die Propeller sich unterhalb des untersten Punkts der
Schiffshaut erstrecken, sollte das Schiff auf Grund laufen. Für Schiffe mit
einer U-förmigen
Bootshaut-Struktur und zwei Propellern ist es bekannt, die Propellerwellen
unter einem Winkel in Bezug auf die zentrale Ebene der Schiffs-Haut
anzuordnen, mit dem Ergebnis, dass die Propeller weiter von der
zentralen Ebene des Schiffs platziert sind als die Motoren, die
die Propeller antreiben.
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Wenn
keine direkte Welle zwischen dem Motor und dem Propeller vorliegt,
kann den Propellern die Eigenschaft gegeben werden, in verschiedenen Richtungen
gedreht zu werden. Ein Beispiel dieser Art ist in der
US 4,493,660 offenbart.
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Das
Strömungsmuster
um die Skege herum ist ebenso von großer Bedeutung. Die
US 4,538,537 beschreibt
einen asymmetrischen Skeg um eine Propellerwelle herum, die eine
verdrehte Form aufweist, um eine höhere Effizienz durch Anpassung
des Stroms des Wassers auf den Propeller hin und dort, wo die Form
des Skegs so ist, dass die tangentialen Komponenten des Stroms in
vorteilhafter Weise um den Umfang des gesamten Propellers verteilt
sind, zu erzielen. Eine andere den Stand der Technik beschreibende
Veröffentlichung
ist die
US 4,550,673 .
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Gestalt von Schiffen,
die mit zumindest zwei Propellerwellen mit Propellern versehen sind,
so zu verbessern, dass die Gestalt der Skege, welche ermöglichen,
den viskosen Strom besser als in konventionellen Schiffen auszunutzen,
so zu verändern,
dass der Widerstand reduziert: wird, um hierdurch finanzielle Einsparungen
in Bezug auf die Gestalt und im Betrieb des Schiffes zu erreichen.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den viskosen
parallelen Strom in größerem Ausmaß als in
konventionellen Schiffen auszunutzen und den Widerstand mittels
der Gestalt doppelter Skege des Achterschiffs sowie der Motorraum-Anordnung
zu reduzieren. Es ist ebenso ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
Vibrationen und das Risiko von Kavitation zu reduzieren.
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Diese
Ziele werden durch die Merkmale gemäß der Erfindung, wie sie im
nachfolgenden Anspruch 1 gekennzeichnet sind, erzielt, wobei weitere Details
der Erfindung in den zusätzlichen
Ansprüchen
dargelegt sind.
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Die
vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die oben genannten Ziele mittels
eines Schiffs mit einem Vortriebsystem zu lösen, welches zumindest einen Motor
und zumindest zwei Propellerwellen mit Propeller umfasst. Das Schiff
gemäß der Erfindung
weist eine Grundlinie auf, die im Wesentlichen in einer horizontalen
Grundebene platziert ist, die den Boden der Schiffshaut berührt, und
bei der eine zentrale Linie in einer im Wesentlichen vertikalen
zentralen Ebene entlang des Zentrums der Längserstreckung der Schiffshaut
vorliegt. Gemäß der Erfindung
sind zumindest zwei der Propellerwellen unter einem Winkel α in Bezug
auf die Basisebene mit dem Ergebnis angeordnet, dass die Distanz
der Propellerwelle von der Basisebene in einer Vorwärtsrichtung
vom Propeller zum Motor ansteigt. Darüber hinaus steht zumindest
eine der Propellerwellen unter einem Winkel β in Bezug auf die zentrale Ebene
mit dem Ergebnis, dass die Distanz der Propellerwelle von der zentralen Ebene
in einer Vorwärtsrichtung
vom Propeller zum Motor hin ansteigt.
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Gemäß der Erfindung
beträgt
die Größe des Winkels α von und
einschließlich
0° bis 10° und der Winkel β liegt im
Bereich von 1° bis
5°, vorzugsweise zwischen
1° und 3°. Durch die
Vorgabe des Winkels α für die Propellerwelle
wird der Motor nach oben in die Schiffshülle hinein bewegt, wenn die
Welle eine direkte Erstreckung der Propellerwelle ist. Erfordernisse
für den
Installationsraum des Motors sind häufig der beschränkende Faktor
in Bezug auf die Größe des Skegs,
d.h. die Größe der Skege
muss einen ausreichenden Raum für
die Motorinstallation erlauben. Durch Anheben der Motorinstallation
sowie des Motors können
die Skege sowohl im Querschnittsbereich als auch in ihrer Längserstreckung
kleiner gemacht werden und ein kleinerer Anstieg im Widerstand wird
aufgrund der Skege erzielt. Durch Vorgabe des Winkels β für die Propellerwelle
werden schmalere Wasserlinien an der inneren Oberfläche der
Skege und kleinere Variationen im Querschnittsbereich zwischen den
Skegen als bei konventionellen parallelen Propellerwellen erzielt.
Dies ist vorteilhaft, da dies zu einer Abnahme des Drucks und der Geschwindigkeitsvariation
des Wasserstroms führt, was
wiederum ein niedrigeres Risiko des Abbruchs des Wasserstroms mit
einem damit verbundenen Anstieg in Bezug auf Widerstand, Vibrationen,
Kavitation sowie Propellergeräusch
ergibt.
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Gemäß der Erfindung
kann das Schiff mehr als zwei Propellerwellen aufweisen. Beispielsweise kann
eine Propellerwelle mit einem kleineren Propeller zwischen den zwei
Propellern platziert sein, wobei beispielsweise die Propellerwelle
für den
zentralen Propeller unter einem Winkel α in Bezug auf die Basisebene
steht, jedoch im Wesentlichen parallel zur zentralen Ebene. Dort,
wo zwei Zwischen-Propellerwellen
vorgesehen sind, können
die zwei zentralen Propellerwellen beispielsweise parallel sowohl
zur Basisebene als auch zur zentralen Ebene stehen, während die
zwei anderen Propellerwellen unter einem Winkel α sowie einem Winkel β zur Basisebene bzw.
der zentralen Ebene stehen.
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Es
sollte auch ins Auge gefasst werden, dass eine der Propellerwellen
unter einem Winkel β zur zentralen
Ebene steht und die anderen Wellen parallel zu dieser Welle stehen.
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Die
Erfindung wird nunmehr detaillierter mittels einer Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert werden, in denen:
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1 eine
Seitenansicht des rückwärtigen Teils
einer Schiffshaut mit einer Propellerwellen-Anordnung gemäß der Erfindung
ist,
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2 eine
Ansicht von unten auf das, was in 1 dargestellt
ist,
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3 eine
Ansicht des rückwärtigen Teils des
Schiffsrumpfs, die in 1 dargestellt ist, gesehen von
dem Schiffsheck auf die Propeller hin,
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4 eine
Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie IV in den 1 und 2,
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5 eine
Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie V in den 1 und 2,
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6 eine
Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie VI in den 1 und 2,
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7 eine
Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie VII in den 1 und 2,
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8 eine
Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie VIII in den 1 und 2,
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9 eine
Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie IX in den 1 und 2.
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Die 1 und 2 stellen
eine Seitenansicht bzw. eine Ansicht von unten auf einen rückwärtigen Teil
einer Schiffshaut 2 dar, in der ein Vortriebssystem dargestellt
ist, welches aus zwei Motoren 3, zwei Propellerwellen 4 und
zwei Propellern 5 besteht. Der Propeller 5 ist
mit seiner Drehachse übereinstimmend
mit der Propellerwelle 4 platziert und der Motor 3 ist
so positioniert, dass er eine direkte Erstreckung der Propellerwelle 4 am
gegenüberliegenden
Ende des Propellers 5 ausbildet. Wie in 1 dargestellt, weist
das Schiff 1 eine Grundlinie auf, die in einer Basisebene 6 positioniert
ist, die den untersten Punkt des Bootsrumpfs 2 berührt, und
welche in 2 als zentrale Linie illustriert
ist, die in einer zentralen Ebene 7 der Schiffswelle platziert
ist. Um den Teil der Propellerwelle, die außerhalb des Schiffsrumpfs platziert
ist, herum, wird zur Abdeckung dieser Welle, während gleichzeitig die Propellerwelle
darin enthalten ist, ein Skeg 8 um jede Propellerwelle
herum bereitgestellt.
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Gemäß der Erfindung
stehen, wie dies in 1 dargestellt ist, die Propellerwellen 4 unter
einem Winkel α in
Bezug auf die Basisebene 6. Dieser Winkel kann von 0 bis
10° variiert
werden. Für
größere, schwerere
Schiffe liegt dieser Winkel vorzugsweise im Bereich von 1 bis 3°, für andere
Arten von Schiffen kann er auch größer sein. Die Wahl des Winkels α hängt ebenso
von der Art des Motors, der zum Vortrieb verwendet wird, ab. Der
Winkel α kann
ebenso gleich 0° ins
Auge gefasst werden, d.h. dass die Propellerwellen 4 parallel
zur Basisebene stehen.
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Wenn
ein größerer Winkel α ausgewählt wird,
wird der Motor 3 dann, wenn er als eine Verlängerung
der Propellerwelle 4 platziert ist, in dem Bootsrumpf 2 nach
oben hin bewegt und in einigen Fällen
im Wesentlichen außerhalb
des Skegs 8 platziert. Dies erlaubt eine Gestaltung des
Skegs 8 mit einem kleineren Querschnittsbereich im Abschnitt
um den Motor 3 herum, was daher vorteilhaft ist, dass das
Volumen des Skegs 8 verringert wird und hierdurch der Widerstand
gegenüber
einem Vortrieb des Schiffs 1 abgesenkt wird. Die Alternative
zu einer Propellerwelle 4 unter einem Winkel zur Basisebene 6 ist,
die Propellerwelle 4 zu verlängern, was sowohl in Bezug
auf Festigkeitsüberlegungen
hinsichtlich der Drehmoment-Übertragung
in den Propellerwellen 4 als auch unter Betrachtung des
Raums im Schiff 1 nicht wünschenswert ist. Zum gleichen
Zeitpunkt ist es nicht wünschenswert,
dass die Propellerwellen 4 unter einem zu großen Winkel α zur Basisebene 6 stehen,
wenn der Propeller als Verlängerung
der Propellerwelle 4 platziert ist, da ein zu großer Winkel α zu zu großen Komponenten
der Erzeugung von Wassergeschwindigkeiten in anderen Richtungen
als in der Vortriebs-Richtung des Schiffs 1 führt.
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Der
Winkel β der
Propellerwelle 4 kann von 1 bis 5°, vorzugsweise im Bereich von
1 bis 3° variiert werden.
Wie in 2 dargestellt, stehen beide Propellerwellen 4 in
dieser Ausführungsform
unter einem Winkel β.
Für die
inneren, sich gegenüberliegenden Oberflächen 9 der
zwei Skege 8 werden die Wasserlinien, die einen Wasserpartikel-Strömungsweg
entlang der Skege 8 beschreiben, für eine Propellerwellen-Anordnung
gemäß der Erfindung
schmaler als bei einer konventionellen Installation. Das bedeutet, dass
die inneren, einander gegenüberliegenden Oberflächen 9 der
Skege 8 eine geringere Krümmung über deren Längserstreckung in einer vor-
und zurückorientierten
Richtung als ein Skeg 8 aufweisen, bei denen die Propellerwellen 4 parallel
liegen. Die Winkelveränderung
für die
innere Wasserlinie eines Skegs 8 um die Propellerwelle 4 gemäß der Erfindung
herum ist kleiner und die inneren, einander gegenüberliegenden
Oberflächen 9 der
Skege 8 stehen im Wesentlichen parallel über einen
großen
Teil von deren Längserstreckung
als bei konventionellen Skegen. Dies ist für das Strömungsmuster um die Skege 8 herum
vorteilhaft.
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Wenn
die Form der Skege 8 für
die Propellerwellen-Anordnung gemäß der Erfindung mit der Form
des Skegs 8 für
parallele Propellerwellen 4 übereinstimmt, welche parallel
zueinander aber unter einem Winkel β stehen, wird die Wasserlinie
entlang der inneren, einander gegenüberliegenden Oberflächen 9 der
zwei Skege 8 schmaler, während die Wasserlinie für die äußeren Oberflächen 10 der
Skege 8 eine größere Krümmung über deren
Längserstreckung
als bei einer konventionellen Installation aufweisen. Die inneren
Wasserlinien sind jedoch von besonderer Bedeutung, so dass eine
größere Krümmung der äußeren Oberflächen 10 einen
kleineren Einfluss in negativer Richtung für den Vortrieb des Schiffs 1 als
der mit schmaleren inneren Wasserlinien erreichte Vorteile aufweist.
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Ein
anderes Beispiel für
die Druck- und Geschwindigkeits-Unterschiede
beim Strom des Wassers zwischen den Skegen ist die Veränderung
des Querschnittsbereichs in dem Abschnitt zwischen den inneren,
einander gegenüberliegenden
Oberflächen 9 der
Skege über
die Längserstreckung
der Skege. Sowohl die konventionelle Gestalt mit parallelen Propellerwellen 4 als
auch die Propellerwellen-Anordnung gemäß der Erfindung weisen einen
Anstieg im Querschnittsbereich über
die Längserstreckung
der Skege 8 auf, für
die Propellerwellen-Anordnung gemäß der Erfindung kann diese
Veränderung
jedoch kleiner sein. Ein Anstieg des Querschnitts-Bereichs führt zu einer
Reduktion der Geschwindigkeit des Stroms des Wassers zwischen den
Skegen 8. Eine kleinere Reduktion der Geschwindigkeit kombiniert mit
schmaleren Wasserlinien reduzieren das Risiko eines dreidimensionalen
Abbrechens oder einer Abtrennung. Ein Abbrechen führt zu einem
gewissen Ausmaß zu
einem wesentlichen Anstieg des Widerstands, während gleichzeitig parallele
Strömungs-Fluktuationen
erzeugt werden, die zu Vibrationen, Kavitation sowie Propellergeräusch führen.
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Wie
aus den 3 und 4 bis 9 ersichtlich
sein kann, werden die Skege 8 eine zentrale Ebene in ihrer
Längserstreckung
haben, die im Wesentlichen vertikal und im Wesentlichen parallel
zur Propellerwelle steht. Dies ist aus 3 ersichtlich, wo
die Propeller 5 mit der Propellerwelle 4 näher an den
Teilen des Skegs 8 von vorne gesehen in Bezug auf die Vortriebs-Richtung
platziert sind, als dann, wenn die Skege 8 von den Propellern 5 aus
gesehen sind.
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Wie
aus den 4 bis 8 ersichtlich,
können
die Skege 8 im Wesentlichen symmetrisch um deren zentrale
Ebene durch die Propellerwelle 4 angeordnet sein. Um den
rückwärtigen Teil
der Propellerwelle 4 nahe des Propellers 5 herum,
weisen die Skege 8 einen kleinen Querschnittsbereich auf,
wie dies in 5 dargestellt ist. Dieser Querschnittsbereich
wird schrittweise und stetig in Längserstreckung der Skege 8 vergrößert, wie dies
in 6 gezeigt ist, bis zum Bereich der Skege 8,
die um den Motor 3 und die Motor-Installation herum platziert sind,
wie dies in 7 gezeigt ist. In diesem Bereich sind
es die Raum-Erfordernisse der Motor-Installation unterhalb der Propellerwellen-Verbindung
mit dem Motor 3, die der bestimmende Faktor für den Querschnittsbereich
der Skege 8 ist. Am vorderen Ende der Motor-Installation
und des Motors 3, d.h. dem vorderen Teil der Skege 8,
wenn in Bezug auf Schiff 1 gesehen, werden die Skege 8 schrittweise bis
zum vorderen Berührungspunkt
zwischen den Skegen 8 und dem Bootsrumpf 2 abgeschlossen,
wie dies in 8 dargestellt ist, wo das Schiff
gemäß der Ausführungsform
einen Bootsrumpf mit einem flachen Boden aufweist, der mit der Grundebene übereinstimmt,
wie dies in 9 dargestellt ist.
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Es
ist vom Gesichtspunkt der Strömung
her besonders vorteilhaft, dass die Skege
8 ebenso symmetrisch
um deren zentrale Ebene herum angeordnet sind. Ein Gesichtspunkt,
der hierbei betrachtet werden kann, korrespondiert mit dem in der
US 4,538,537 in Bezug auf
die Gestalt der Geometrie der Skege
8.
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In
Modellexperimenten mit einem Schiffsrumpf mit einer Propellerwellen-Anordnung
gemäß der Erfindung
wurde herausgefunden, dass die Kombination des Winkels β sowie des
Winkels α auf
der Propellerwelle weniger Turbulenzen an den Skegen und einen geringeren
Widerstand produziert. Dies führt
zu einer geringeren Geschwindigkeitsreduzierung des Schiffs und
hierdurch zu einem verbesserten Energieverbrauch und möglicherweise
zu einer höheren
Geschwindigkeit.
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Die
Erfindung wurde oben unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform
erläutert.
Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt und eine Anzahl von Varianten
der Erfindung können
innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, wie er in den nachfolgenden
Ansprüchen
definiert ist, ins Auge gefasst werden. Wie oben bereits erwähnt, kann
das Schiff mehr als zwei Propeller aufweisen. Im Falle von zwei
Propellern kann die erste Propellerwelle unter einem Winkel β und die
zweite Propellerwelle parallel zur ersten stehen. Die Skege können als höchstmöglich integrierter
Teil des Schiffsrumpfs angesehen werden oder sie können größere Teile
der Rumpf-Struktur
ausbilden, wodurch dem Schiff „Zwillingskiele" gegeben werden.
In solchen Fällen
kann es selbstverständlich
sein, die Skege größer auszugestalten
und ohne zentrale Ebene entlang der Propellerwelle. Der Motor zum
Vortrieb des Schiffs kann unterschiedliche Arten umfassen. Ein Motor
kann mit einer Energie-Übertragung
auf zwei Propellerwellen oder zwei oder mehr Motoren an jeder Propellerwelle ins
Auge gefasst werden. Die Anbringung des Motors am Propeller kann
ebenso unter einem Winkel oder durch das Getriebe hindurch verlaufend
ins Auge gefasst werden.