EP1747142A1 - Verfahren und vorrichtung zur verminderung der wasserreibung an einem schiffskörper eines schiffes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur verminderung der wasserreibung an einem schiffskörper eines schiffes

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Publication number
EP1747142A1
EP1747142A1 EP05747669A EP05747669A EP1747142A1 EP 1747142 A1 EP1747142 A1 EP 1747142A1 EP 05747669 A EP05747669 A EP 05747669A EP 05747669 A EP05747669 A EP 05747669A EP 1747142 A1 EP1747142 A1 EP 1747142A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hull
gas
ship
water
area
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05747669A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Udo Wulf
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New Logistics GmbH
Original Assignee
New Logistics GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by New Logistics GmbH filed Critical New Logistics GmbH
Publication of EP1747142A1 publication Critical patent/EP1747142A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/32Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
    • B63B1/34Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction
    • B63B1/38Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction using air bubbles or air layers gas filled volumes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10Measures concerning design or construction of watercraft hulls
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00Fluid handling
    • Y10T137/0318Processes
    • Y10T137/0391Affecting flow by the addition of material or energy

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the water friction on a hull of a ship, in particular an inland ship, according to the preamble of claim 1, in which a gas is emitted in at least one delivery area provided on the hull below the water level between the hull and the water surrounding it.
  • the invention further relates to a device for reducing the water friction on a hull of a ship according to the preamble of claim 7, with a device for generating a gas flow on the underwater hull of the hull, and at least one delivery area provided on the hull, which is in flow connection with the device, and which is designed to deliver gas between the hull and the water surrounding it.
  • the object of the invention is to provide a method and a device with which the water friction on the hull can be effectively reduced in a particularly economical manner.
  • a method for reducing the water friction on a hull of a ship is characterized in that the gas is introduced into the water in an upper region of the hull near the water level, and that the introduced gas when the ship is traveling with a resulting water flow along the hull aft into a lower area of the hull, especially under the ship's bottom.
  • a basic idea of the invention can be seen in that the gas is introduced not only on the ship's bottom, but at least partially in the vicinity of the ship's swimming water line, in particular on the bow side. The water flow at the bow can be used to transport the gas deep below the ship's floor.
  • the static back pressure to be overcome when introducing the gas can be a particularly relevant factor for the overall efficiency of the method, in particular for a device that may be required to generate the gas flow.
  • a device that may be required to generate the gas flow.
  • an electrical fan output of more than 150 kW may be required.
  • this electrical fan output could be reduced to below 40 kW.
  • the method according to the invention can also be used in the hulls of seagoing vessels.
  • the method is particularly suitable in connection with inland waterway vessels, in particular of flat-going, ie relatively shallow draft ships.
  • the hull can be designed particularly advantageously for the water flow downward transport of the introduced gas.
  • the gas provided according to the invention can in principle be chosen arbitrarily. However, a particularly economical method is that the gas is air.
  • a delivery area in the sense of the invention can in particular be understood to mean an area on the hull at which the gas from the ship inside the hull through the hull wall out into the surrounding water.
  • the hull suitably has insertion openings in the delivery area. These insertion openings can be designed, for example, as holes in rows of holes. Alternatively or additionally, the holes can also be formed in a porous material.
  • the gas is preferably released in the form of bubbles, in particular microbubbles, between the hull and the surrounding water.
  • the upper area of the hull is understood to mean, in particular, such an area which is arranged directly below the swimming water line.
  • the upper region suitably extends from the water level to a maximum of approximately 1.5 m, preferably 1 m, in depth.
  • the upper area is preferably a bow area of the ship.
  • the lower lying area, into which the gas is led with the water flow, is suitably arranged in the area of the ship's bottom.
  • a particularly preferred development of the method according to the invention is characterized in that the gas introduced is guided on an inclined bend into the lower region of the ship's body. It is particularly advantageous that the inclined bend is in the form of a lying wedge. With such an inclined bend shape it can be largely prevented that the introduced gas flows out laterally to the water flow in the direction of the water surface. In particular, a stern and connection area with the preferably largely flat ship floor can adjoin the inclined bow.
  • An advantageous further development of the method according to the invention also consists in that the gas introduced is guided between two guide elements or catamaran hulls arranged on the outside of the ship's body into the lower region of the ship's hull.
  • the guide elements are preferably arranged laterally on the wedge-shaped inclined bend.
  • the guide elements which are designed, for example, as catamaran hulls, can in particular serve to reduce the lateral outflow of the introduced gas in a direction transverse to the water flow.
  • the gas it is expedient for the gas to be introduced into the water depending on the position of the ship, in particular depending on the draft.
  • This can be understood in particular to mean that the gas is introduced very high on the hull when the ship is deep, ie when the cargo is high, whereas it is introduced deep on the hull near the bottom of the ship when the draft is low.
  • the height of the upper area on the hull is thus varied depending on the position of the ship, in particular depending on the draft. This can ensure that the gas is always brought into the water close to the water level, regardless of depth and position.
  • provision can be made, for example, to shift the height of the delivery area, in particular a delivery opening, on the hull.
  • a geometric position of the hull, in particular its draft, is determined and that, depending on the geometric position, at least one delivery area in the upper area of the hull is released for the gas and further delivery areas at a lower height for the hull the gas will be blocked.
  • several delivery areas are therefore provided on the hull at different heights. From these delivery areas, depending on the geometrical position, the delivery area lying below the current water level, that is to say the delivery area which is closest to the water line, is released for the gas. If necessary, lower-lying delivery areas can also be released for particularly effective air bubble lubrication.
  • the geometric position depending on which the delivery areas are released or blocked, can be understood in particular as the draft of the hull.
  • the geometric position of the hull can also be characterized, for example, by rolling and / or stamping the hull and corresponding deflection angles. In this way, it can be ensured according to the invention that the gas is always emitted immediately below the water level even when the sea is rough. To take account of the sea state, it can alternatively or additionally also be provided that when the ship is at rest there is a certain minimum distance between the released delivery area and the water level.
  • a particularly effective air lubrication can be obtained according to the invention by introducing the gas into the water in the form of gas bubbles, in particular as a bubble curtain.
  • the gas bubbles are in a predetermined stood at least partially out of the water from the opened delivery area and then reintroduced the gas into the water with a further blower device in order to restore the size of the original bubble.
  • the distance can be between 4 m and 6 m, for example.
  • this procedure can be comparatively energy-intensive. It is therefore particularly preferred according to the invention that the gas bubbles on the underwater ship of the hull are guided and / or structured along a guide surface, in particular with a fiber material and / or a thread material.
  • This guide coating can in particular be designed such that the gas bubbles flow as microbubbles in the guide coating or along its surface while largely maintaining the bubble size.
  • the guide covering can in particular have fibers and / or threads, the length of which is in the range of the desired bubble size or is also longer.
  • the fibers and / or the threads preferably also have a color coating. Structuring in the sense of the invention can in particular be understood to mean that the gas bubble size is largely maintained and / or newly produced.
  • the device according to the invention is characterized in that the at least one dispensing area is arranged in an upper area of the hull near a water line of the hull on an inclined bow which, when the ship is traveling, guides the discharged gas with the water flow aft into a lower-lying area of the hull Hull is formed.
  • the device according to the invention is particularly suitable for carrying out the method according to the invention, whereby the advantages mentioned in this connection can be achieved.
  • the at least one delivery area is not directly in the lower-lying area of the hull, i.e. to be arranged on the ship's bottom. Rather, the at least one delivery area is arranged near the waterline of the hull, where the gas can be introduced into the water with a comparatively low power of the device for generating the gas flow.
  • the at least one delivery area is arranged on the inclined bow so that when the ship is traveling, the released gas is guided with the water flow along the inclined bow into the lower-lying area of the hull and thus also provides air lubrication there.
  • a particularly preferred development of the invention consists in the inclined bow being arranged between two guide elements or catamaran hulls located on the outside of the hull.
  • the inclined bow can advantageously be designed in the form of a lying wedge, which can be followed aft by the advantageously flat ship floor.
  • the underwater ship is suitably designed as described in German patent application 103 43 078.
  • a further preferred development of the invention is characterized in that several discharge areas are provided on the hull at different heights, and in that between the device for generating the gas flow and a valve device for regulating the gas flow is arranged in each case in the delivery areas.
  • This further development according to the invention makes it possible, in particular depending on the draft and / or position, to supply the delivery area with gas, which is arranged in the upper area of the hull directly below the water level.
  • lower-lying delivery areas and / or delivery areas located above the water level can be individually blocked for gas passage by means of the valve device. This ensures particularly efficient air lubrication. Because of the individual controllability of the different delivery areas by the valve devices, only a single device for generating the gas flow is required, which can supply all delivery areas. In principle, however, several such devices can also be provided, which can be controlled individually.
  • valve devices it is also possible to operate the valve devices manually as a function of the draft of the ship.
  • a control device is provided which is operatively connected to the valve devices for controlling the gas flow depending on the geometric position of the hull, in particular its draft.
  • the control device can automatically detect the position of the ship, for which purpose a determination of the load weight can also be provided.
  • the control device according to the invention can provide a particularly reliable device according to the invention.
  • the at least one delivery is rich for dispensing the gas in the form of gas bubbles, in particular porous.
  • the dispensing area can in particular be flat and have a spray body which, for example, has a porous plastic material and / or a porous ceramic material.
  • a particularly suitable embodiment of the invention consists in that a guide covering, in particular a fiber covering, is provided on the underwater ship of the hull, in particular on the inclined bow, for guiding and / or structuring the gas bubbles.
  • the guide covering can be embedded in the hull and / or glued to it, for example.
  • the guide covering usefully has individual covering strips which are arranged transversely to the direction of travel on the hull. A distance between the individual covering strips is suitably about 2 m to 8 m, in particular 4 m to 6 m.
  • the device for generating the gas flow has at least one blower.
  • the at least one blower is advantageously connected to the delivery areas via a line system which is arranged in the interior of the hull, the valve devices then being able to be arranged on the line system.
  • FIG. 1 is a perspective view of the underwater ship of a hull for performing the method according to the invention.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section along AA of the hull from FIG. 1 with a device according to the invention for carrying out the method according to the invention at different draft.
  • FIGS. 1 and 2 A hull for carrying out the method according to the invention is shown in FIGS. 1 and 2 in the sense of a bow module.
  • the hull is semi-catamaran-like and has an inclined bow 46, on the port side and starboard side of which a catamaran hull 41, 42 is provided.
  • the catamaran hulls 41, 42 are designed in the form of standing wedges in their bow region.
  • the inclined bow 46 is in the form of a lying wedge.
  • Recesses 43, 44 are provided in the catamaran hulls 41, 42 for receiving drive means.
  • the recesses 43, 44 extend from the inclined bow 46 diagonally aft through the catamaran hulls 41, 42 to the outside of the hull.
  • the bow module with angled bow 46 has a box-like stern area 48 aft with an essentially flat ship floor 49, by which one or more e.g. can connect pontoon-like hull modules.
  • guide elements 50, 50 ′ extend at the stern area 48 in an extension of the catamaran hulls 41, 42, which protrude downward from the ship's bottom 49 and limit it laterally.
  • FIG. 2 A device according to the invention for performing the method according to the invention is shown in FIG. 2.
  • This shows a sectional view along AA of the hull Fig. 1 at different draft t, t ', t''due to a different cargo weight of the ship.
  • the water level is designated by the reference numerals 10, 10 ', 10'', which also corresponds to the water line on the hull due to the different immersion depth.
  • the device according to the invention has a device 36 designed as a fan for generating a gas flow.
  • the device 36 is connected via a line system 37 to three spatially separate delivery areas 21, 22, 23, which are provided at different heights of the hull in the wall of the inclined bow 46. Through these discharge areas 21, 22, 23, the gas, in particular air, can be introduced into the water surrounding the hull.
  • a valve device 31, 32, 33 is provided in the line system 37 in front of each delivery area 21, 22, 23.
  • valve devices 31, 32, 33 are set in such a way that gas only emerges from the delivery area which is arranged directly below the respective water level 10, 10 ', 10' '.
  • the other delivery areas, e.g. 22, 23, however, are blocked by means of the valve devices 32, 33.
  • At draft t only discharge area 21 is thus released, at draft t 'only discharge area 22 and at draft t' 'only discharge area 23 is released for the gas flow.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Wasserreibung an einem Schiffskörper eines Schiffes, insbesondere eines Binnenschiffes, bei dem ein Gas unterhalb des Wasserspiegels (10, 10‘, 10‘‘) zwischen Schiffskörper und ihn umgebendes Wasser eingebracht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Gas in einem oberen Bereich des Schiffskörpers nahe dem Wasserspiegel in das Wasser eingebracht wird, und dass das eingebrachte Gas bei Fahrt des Schiffes mit einer resultierenden Wasserströmung entlang dem Schiffskörper nach achtern in einen tiefer liegenden Bereich des Schiffskörpers, insbesondere unter den Schiffsboden, geführt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Verminderung der Wasserreibung an einem Schiffskörper eines Schiffes.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung der Wasserreibung an einem Schiffskörper eines Schiffes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Wasserreibung an einem Schiffskörper eines Schiffes, insbesondere eines Binnenschiffes, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei dem ein Gas in mindestens einem am Schiffskörper vorgesehenen Abgabebereich unterhalb des Wasserspiegels zwischen Schiffskörper und diesen umgebendes Wasser abgegeben wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Verminderung der Wasserreibung an einem Schiffskörper eines Schiffes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7, mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Gasströmung am Unterwasserschiff des Schiffskörpers, und mindestens einem am Schiffskörper vorgesehenen Abgabebereich, der mit der Einrichtung in Strömungsverbindung steht, und der zur Abgabe von Gas zwischen Schiffskörper und diesen umgebendes Wasser ausgebildet ist.
Das Einbringen von Gas, insbesondere von Luft, am Unterwasserschiff eines Schiffskörpers, um dadurch eine Verminderung des Widerstandes bei Fahrt des Schiffes zu erzielen, ist beispielsweise aus der US 6,145,459 bekannt. Dieses Prinzip wird auch als Luftschmierung bezeichnet. Die US 6,145,459 lehrt dabei, das Gas am Schiffsboden und gegebenenfalls seitlich am Schiffskörper in das umgebende Wasser einzubringen. Da beim Einbringen des Gases der hydrostatische Gegendruck des umgebenden Wassers überwunden werden muss, zu dem gegebenenfalls noch ein Widerstand von Belüftereinrichtungen treten kann, erfordert insbesondere das schiffsbodenseitige Einbringen von Gas einen vergleichsweise hohen Gasdruck. Somit sind vergleichsweise aufwändige Einrichtungen zum Erzeugen einer Gasströmung erforderlich, was einen gesteigerten Energieaufwand mit sich bringen kann.
A u f g a b e der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen die Wasserreibung am Schiffskörper in besonders wirtschaftlicher Weise wirksam reduziert werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verminderung der Wasserreibung an einem Schiffskörper eines Schiffes ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gas in einem oberen Bereich des Schiffskörpers nahe dem Wasserspiegel in das Wasser eingebracht wird, und dass das eingebrachte Gas bei Fahrt des Schiffes mit einer resultierenden Wasserströmung entlang dem Schiffskörper nach achtern in einen tiefer liegenden Bereich des Schiffskörpers, insbesondere unter den Schiffsboden, geführt wird. Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, das Gas nicht ausschließlich am Schiffsboden, sondern zumindest teilweise im Nahbereich unter der Schwimmwasserlinie des Schiffes, insbesondere bugseitig, einzubringen. Dabei kann die Wasserströmung am Bug genutzt werden, um das Gas in die Tiefe unter den Schiffsboden zu transportieren. Es hat sich gezeigt, dass der beim Einbringen des Gases zu überwindende statische Gegendruck ein besonders relevanter Faktor für den Wirkungsgrad des Verfahrens insgesamt, insbesondere für eine gegebenenfalls erforderliche Einrichtung zum Erzeugen der Gasströmung, sein kann. So hat sich bei einem beispielhaft untersuchten Schiffstyp ergeben, dass bei Einbringung des Gases direkt am Schiffsboden bei einem Tiefgang von beispielsweise 360 cm eine elektrische Lüfterleistung von mehr als 150 kW erforderlich sein kann. Bei Einbringung des Gases direkt unterhalb der Schwimmwasserlinie konnte diese elektrische Lüfterleistung jedoch auf unter 40 kW reduziert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich auch bei Schiffskörpern von Seeschiffen zum Einsatz kommen. Besonders geeignet ist das Verfahren jedoch im Zusammenhang mit Binnenschiffen, insbesondere von flachgehenden, also relativ geringen Tiefgang aufweisenden Schiffen. Bei derartigen Schiffstypen kann der Schiffskörper für den wasserströ- mungsmäßigen Abwärtstransport des eingebrachten Gases besonders vorteilhaft ausgebildet werden.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Gas kann grundsätzlich beliebig gewählt werden. Ein besonders wirtschaftliches Verfahren ist jedoch dadurch gegeben, dass es sich bei dem Gas um Luft handelt. Unter einem Abgabebereich im Sinne der Erfindung kann insbesondere ein solcher Bereich am Schiffskörper verstanden werden, an dem das Gas aus dem Schiffs- körperinneren durch die Schiffskörperwandung hindurch nach außen in das umgebende Wasser führbar ist. Hierzu weist der Schiffskörper im Abgabebereich geeigneterweise Einbringungsöffnungen auf. Diese Einbringungsöffnungen können beispielsweise als Löcher in Lochreihen ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Löcher auch in einem porösen Material ausgebildet sein. Bevorzugterweise wird das Gas in Form von Blasen, insbesondere Microbubbles, zwischen Schiffskörper und umgebendes Wasser abgegeben.
Unter dem oberen Bereich des Schiffskörpers wird erfindungsgemäß insbesondere ein solcher Bereich verstanden, der unmittelbar unterhalb der Schwimmwasserlinie angeordnet ist. Geeigneterweise erstreckt sich der obere Bereich ausgehend vom Wasserspiegel etwa maximal 1,5 m, bevorzugt 1 m in die Tiefe. Bei dem oberen Bereich handelt es sich bevorzugterweise um einen Bugbereich des Schiffes. Der tiefer liegende Bereich, in den das Gas mit der Wasserströmung geführt wird, ist geeigneterweise im Bereich des Schiffsbodens angeordnet.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das eingebrachte Gas an einem Schrägbug in den tiefer liegenden Bereich des Schif skörpers geführt wird. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass der Schrägbug in Form eines liegenden Keiles ausgebildet ist. Bei einer solchen Schrägbugform kann weitestgehend verhindert werden, dass das eingebrachte Gas seitlich zur Wasserströmung in Richtung Wasseroberfläche abströmt. Insbesondere kann sich an den Schrägbug ein Heck- und Anschlussbereich mit dem vorzugsweise weitestge- hend ebenen Schiffsboden anschließen. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht ferner darin, dass das eingebrachte Gas zwischen zwei außen am Schi fskörper angeordneten Führungselementen oder Katamaranrümpfen in den tiefer liegenden Bereich des Schiffskörpers geführt wird. Vorzugsweise sind die Führungselemente dabei seitlich an dem keilförmigen Schrägbug angeordnet. Die z.B. als Katamaranrümpfe ausgebildeten Führungselemente können insbesondere dazu dienen, ein seitliches Abströmen des eingebrachten Gases in einer Richtung quer zur Wasserströmung zu reduzieren.
Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, dass das Gas schiffsla- geabhängig, insbesondere tiefgangsabhängig, in das Wasser eingebracht wird. Hierunter kann insbesondere verstanden werden, dass das Gas bei tiefgehendem Schiff, d.h. bei hoher Ladung, sehr hoch am Schiffskörper eingebracht wird, bei geringem Tiefgang hingegen tief am Schiffskörper, nahe dem Schiffsboden. Die Höhe des oberen Bereichs am Schiffskörper wird somit schiffslageabhängig, insbesondere tiefgangabhängig variiert. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass das Gas tiefgang- und lageunabhängig immer nahe dem Wasserspiegel in das Wasser eingebracht wird. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, den Abgabebereich, insbesondere eine Abgabeöffnung, höhenmäßig am Schiffskörper zu verschieben. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, dass eine geometrische Lage des Schiffskörpers, insbesondere sein Tiefgang, bestimmt wird, und dass in Abhängigkeit von der geometrischen Lage mindestens ein Abgabebereich im oberen Bereich des Schiffskörpers für das Gas freigegeben wird und weitere Abgabebereiche auf tieferer Höhe des Schiffskörpers für das Gas gesperrt werden. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung sind also mehrere Abgabebereiche auf unterschiedlicher Höhe am Schiffskörper vorgesehen. Von diesen Abgabebereichen wird dabei in Abhängigkeit von der geometrischen Lage jedenfalls der unterhalb des aktuellen Wasserspiegels am höchsten liegende Abgabebereich, d.h. der Abgabebereich, welcher der Wasserlinie am nächsten liegt, für das Gas freigegeben. Gegebenenfalls können für eine besonders wirksame Luftblasenschmierung zusätzlich auch tiefer gelegene Abgabebereiche freigegeben werden. Um unerwünschte Gasverluste zu reduzieren, kann es insbeson- ders vorteilhaft sein, oberhalb des Wasserspiegels zu liegen kommende Abgabebereiche für das Gas zu sperren.
Unter der geometrischen Lage, in deren Abhängigkeit die Abgabebereiche freigegeben oder gesperrt werden, kann insbesondere der Tiefgang des Schiffskörpers verstanden werden. Alternativ oder zusätzlich kann die geometrische Lage des Schiffskörpers beispielsweise auch durch Rollen und/oder Stampfen des Schiffskörpers und entsprechende Auslenkwinkel charakterisiert sein. Hierdurch kann erfindungsgemäß gewährleistet werden, dass auch bei Seegang das Gas immer unmittelbar unterhalb des Wasserspiegels abgegeben wird. Zur Berücksichtigung des Seegangs kann alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass bei ruhendem Schiff ein gewisser Mindestabstand zwischen dem freigegebenen Abgabebereich und dem Wasserspiegel gegeben ist.
Eine besonders wirksame Luftschmierung kann erfindungsgemäß dadurch erhalten werden, dass das Gas in Form von Gasblasen, insbesondere als Blasenschleier, in das Wasser eingebracht wird.
Um eine unerwünschte Vergrößerung der Gasblasen bei Strömung entlang dem Schiffskörper zu reduzieren, kann vorgesehen werden, die Gasblasen in einem vorher bestimmten Ab- stand vom geöffneten Abgabebereich zumindest teilweise aus dem Wasser aufzunehmen und das Gas daraufhin mit einer weiteren Gebläseeinrichtung erneut in das Wasser einzubringen, um so die Ausgangsblasengröße wieder herzustellen. Der Abstand kann dabei beispielsweise zwischen 4 m und 6 m betragen. Diese Verfahrensführung kann jedoch vergleichsweise energieintensiv sein. Besonders bevorzugt ist es gemäß der Erfindung daher, dass die Gasblasen am Unterwasserschiff des Schiffskörpers längs eines Führungsbelages, insbesondere mit einem Fasermaterial und/oder einem Fadenmaterial, geführt und/oder strukturiert werden. Dieser Führungsbelag kann insbesondere so ausgebildet sein, dass die Gasblasen unter weitestgehender Beibehaltung der Blasengröße als Microbubbles in dem Führungsbelag oder an seiner Oberfläche entlangströmen. Hierzu kann der Führungsbelag insbesondere Fasern und/oder Fäden aufweisen, deren Länge im Bereich der erwünschten Blasengröße liegt oder auch länger ist. Bevorzugterweise weisen die Fasern und/oder die Fäden auch eine Farbbeschichtung auf. Unter Strukturierung im Sinne der Erfindung kann insbesondere verstanden werden, dass die Gasblasengröße weitestgehend beibehalten und/oder neu hergestellt wird. Durch Verwendung eines Führungsbelages zur Führung und/oder Strukturierung der Gasblasen kann der Energieaufwand für das erfindungsgemäße Verfahren weiter reduziert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abgabebereich in einem oberen Bereich des Schiffskörpers nahe einer Wasserlinie des Schiffskörpers an einem Schrägbug angeordnet ist, der bei Fahrt des Schiffes zum Führen des abgegebenen Gases mit der Wasserströmung nach achtern in einen tiefer liegenden Bereich des Schiffskörpers ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet, wodurch die in diesem Zusammenhang angeführten Vorteile erzielt werden können.
Ein Grundgedanke der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann darin gesehen werden, den mindestens einen Abgabebereich nicht unmittelbar im tiefer liegenden Bereich des Schiffskörpers, d.h. am Schiffsboden anzuordnen. Vielmehr wird der mindestens eine Abgabebereich nahe der Wasserlinie des Schiffskörpers angeordnet, wo das Gas mit vergleichsweise geringer Leistung der Einrichtung zum Erzeugen der Gasströmung in das Wasser eingebracht werden kann. Der mindestens eine Abgabebereich wird dabei so am Schrägbug angeordnet, dass bei Fahrt des Schiffes das abgegebene Gas mit der Wasserströmung entlang dem Schrägbug in den tiefer liegenden Bereich des Schiffskörpers geführt wird und somit auch dort für eine Luftschmierung sorgt.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Schrägbug zwischen zwei außen am Schiffskörper liegenden Führungselementen oder Katamaranrümpfen angeordnet ist. Der Schrägbug kann dabei vorteilhafterweise in Form eines liegenden Keils ausgeführt sein, an den sich achtern der vorteilhafterweise flach ausgebildete Schiffsboden anschließen kann. Geeigneterweise ist das Unterwasserschiff wie in der deutschen Patentanmeldung 103 43 078 beschrieben ausgeführt.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf verschiedener Höhe am Schiffskörper mehrere Abgabebereiche vorgesehen sind, und dass zwischen der Einrichtung zum Erzeugen der Gasströmung und den Abgabebereichen jeweils eine Ventileinrichtung zum Regulieren der Gasströmung angeordnet ist. Diese erfindungsgemäße Weiterbildung ermöglicht es insbesondere, tief- gang- und/oder lageabhängig jedenfalls den Abgabebereich mit Gas zu versorgen, der im oberen Bereich des Schiffskörpers unmittelbar unterhalb des Wasserspiegels angeordnet ist. Tiefer gelegene Abgabebereiche und/oder oberhalb des Wasserspiegels gelegene Abgabebereiche können hingegen mittels der Ventileinrichtung individuell für den Gasdurchgang gesperrt werden. Hierdurch kann eine besonders effiziente Luftschmierung gewährleistet werden. Dabei ist aufgrund der individuellen Regulierbarkeit der verschiedenen Abgabebereiche durch die Ventileinrichtungen lediglich eine einzige Einrichtung zum Erzeugen der Gasströmung erforderlich, die alle Abgabebereiche versorgen kann. Grundsätzlich können jedoch auch mehrere solcher Einrichtungen vorgesehen sein, die individuell ansteuerbar sein können.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, die Ventileinrichtungen in Abhängigkeit vom Tiefgang des Schiffes manuell zu betätigen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die zum Steuern der Gasströmung in Abhängigkeit von der geometrischen Lage des Schiffskörpers, insbesondere seines Tiefganges, mit den Ventileinrichtungen in Wirkverbindung steht. Insbesondere kann die Steuereinrichtung die Lage des Schiffes automatisch erfassen, zu welchem Zweck auch eine Bestimmung des Ladungsgewichtes vorgesehen sein kann. Durch die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann eine besonders zuverlässige erfindungsgemäße Vorrichtung gegeben sein.
Eine weitere brauchbare Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abgabebe- reich zur Abgabe des Gases in Form von Gasblasen, insbesondere porös, ausgebildet ist. Der Abgabebereich kann insbesondere flächig ausgebildet sein und einen Sprühkörper aufweisen, der beispielsweise ein poröses Kunststoffmaterial und/oder ein poröses Keramikmaterial aufweist.
Eine besonders geeignete Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass am Unterwasserschiff des Schiffskörpers, insbesondere am Schrägbug, ein Führungsbelag, insbesondere ein Faserbelag, zum Führen und/oder Strukturieren der Gasblasen vorgesehen ist. Der Führungsbelag kann dabei beispielsweise in den Schiffskörper eingelassen sein und/oder auf diesen aufgeklebt sein. Nützlicherweise weist der Führungsbelag einzelne Belagstreifen auf, die quer zur Fahrtrichtung am Schiffskörper angeordnet sind. Geeigneterweise beträgt ein Abstand zwischen den einzelnen Belagstreifen dabei etwa 2 m bis 8 m, insbesondere 4 m bis 6 m.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, dass die Einrichtung zum Erzeugen der Gasströmung mindestens ein Gebläse aufweist. Das mindestens eine Gebläse ist vorteilhafterweise über ein Leitungssystem, das im Inneren des Schiffskörpers angeordnet ist, mit den Abgabebereichen verbunden, wobei die Ventileinrichtungen dann am Leitungssystem angeordnet sein könne .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in den Figuren dargestellt sind. In den Figuren zeigen schematisch:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Unterwasserschiffs eines Schiffskörpers zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und Fig. 2 einen Längsschnitt entlang A-A des Schiffskörpers aus Fig. 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei unterschiedlichem Tiefgang.
Ein Schiffskörper zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den Fig. 1 und 2 im Sinne eines Bugmoduls dargestellt. Der Schiffskörper ist semi-katamaranar- tig ausgebildet und weist einen Schrägbug 46 auf, an dem backbordseitig und steuerbordseitig jeweils ein Katamaranrumpf 41, 42 vorgesehen ist. Die Katamaranrümpfe 41, 42 sind in ihrem Bugbereich in Form stehender Keile ausgebildet. Der Schrägbug 46 hingegen ist in Form eines liegenden Keiles ausgebildet. In den Katamaranrümpfen 41, 42 sind Ausnehmungen 43, 44 zur Aufnahme von Antriebsmitteln vorgesehen. Die Ausnehmungen 43, 44 verlaufen dabei ausgehend vom Schrägbug 46 schräg nach achtern durch die Katamaranrümpfe 41, 42 hindurch an die Außenseite des Schiffskörpers.
Das Bugmodul mit Schrägbug 46 weist achtern einen kastenartigen Heckbereich 48 mit einem im Wesentlichen ebenen Schiffsboden 49 auf, woran sich ein oder mehrere z.B. pontonartige Schiffskörpermodule anschließen können. Backbordseitig und steuerbordseitig verlaufen am Heckbereich 48 in Verlängerung der Katamaranrümpfe 41, 42 Führungselemente 50, 50', die vom Schiffsboden 49 nach unten vorstehen und diesen seitlich begrenzen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 2 dargestellt. Diese zeigt eine Schnittansicht längs A-A des Schiffskörpers aus Fig. 1 bei unterschiedlichem Tiefgang t, t', t'' aufgrund eines unterschiedlichen Ladungsgewichtes des Schiffes. Der Wasserspiegel wird dabei jeweils durch die Bezugszeichen 10, 10', 10' ' bezeichnet, was aufgrund unterschiedlicher Eintauchtiefe auch der Wasserlinie am Schiffskörper entspricht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine als Gebläse ausgeführte Einrichtung 36 zum Erzeugen einer Gasströmung auf. Die Einrichtung 36 ist über ein Leitungssystem 37 mit drei räumlich getrennten Abgabebereichen 21, 22, 23 verbunden, die auf verschiedener Höhe des Schiffskörpers in der Wand des Schrägbuges 46 vorgesehen sind. Durch diese Abgabebereiche 21, 22, 23 kann das Gas, insbesondere Luft, in das den Schiffskörper umgebende Wasser eingeleitet werden. Zum individuellen Regulieren der Gasströmung durch die einzelnen Abgabebereiche 21, 22, 23 ist im Leitungssystem 37 vor jedem Abgabebereich 21, 22, 23 jeweils eine Ventileinrichtung 31, 32, 33 vorgesehen.
Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Ventileinrichtungen 31, 32, 33 so eingestellt, dass Gas jeweils nur aus dem Abgabebereich tritt, der unmittelbar unterhalb des jeweilig gegebenen Wasserspiegels 10, 10', 10'' angeordnet ist. Die anderen Abgabebereiche, z.B. 22, 23, werden hingegen mittels der Ventileinrichtungen 32, 33 gesperrt. Beim Tiefgang t ist somit lediglich der Abgabebereich 21, beim Tiefgang t' lediglich der Abgabebereich 22 und beim Tiefgang t'' lediglich der Abgabebereich 23 für die Gasströmung freigegeben.
Bei Fahrt des Schiffes in Fahrtrichtung 4 stellt sich unterhalb des Schrägbuges 46 eine in Fig. 2 für den Tiefgang t mit den Pfeilen 5 dargestellte Wasserströmung ein. Diese Wasserströmung führt das aus dem Abgabebereich 21 in Blasenform austretende Gas zwischen den- Katamaranrümpfen 41, 42 entlang dem Schrägbug 46 nach unten und nach achtern unter den Schiffsboden 49 zum Heckbereich 48. Ein seitliches Abströmen des Gases am Schiffsboden 49 wird dabei durch die Führungselemente 50, 50' weitestgehend verhindert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Verminderung der Wasserreibung an einem Schiffskörper eines Schiffes, insbesondere eines Binnenschiffes, bei dem - ein Gas mittels mindestens einem am Schiffskörper vorgesehenen Abgabebereich (21, 22, 23) unterhalb des Wasserspiegels (10) zwischen Schiffskörper und diesen umgebendes Wasser abgegeben wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , - dass das Gas in einem oberen Bereich des Schiffskörpers nahe dem Wasserspiegel (10) in das Wasser eingebracht wird, und - dass das eingebrachte Gas bei Fahrt des Schiffes mit einer resultierenden Wasserströmung entlang dem Schiffskörper nach achtern in einen tiefer liegenden Bereich des Schiffskörpers, insbesondere unter den Schiffsboden (49), geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das eingebrachte Gas an einem Schrägbug (46) in den tiefer liegenden Bereich des Schiffskörpers geführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das eingebrachte Gas zwischen zwei außen am Schiffskörper angeordneten Führungselementen oder Katamaranrümpfen (41, 42) in den tiefer liegenden Bereich des Schiffskörpers geführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, - dass eine geometrische Lage des Schiffskörpers, insbesondere sein Tiefgang (t), bestimmt wird, und - dass in Abhängigkeit von der geometrischen Lage mindestens ein Abgabebereich (21, 22, 23) im oberen Bereich des Schiffskörpers für das Gas freigegeben wird und weitere Abgabebereiche (21, 22, 23) auf anderer Höhe des Schiffskörpers für das Gas gesperrt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Gas in Form von Gasblasen, insbesondere als Blasenschleier, in das Wasser eingebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gasblasen am Unterwasserschiff des Schiffskörpers längs eines Führungsbelags, insbesondere mit einem Fasermaterial und/oder einem Fadenmaterial, geführt und/oder strukturiert werden.
. Vorrichtung zur Verminderung der Wasserreibung an einem Schiffskörper eines Schiffes, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit - einer Einrichtung (36) zum Erzeugen einer Gasströmung am Unterwasserschiff des Schiffskörpers, und - mindestens einem am Schiffskörper vorgesehenen Abgabebereich (21, 22, 23), der mit der Einrichtung (36) in Strömungsverbindung steht, und der zur Abgabe von Gas zwischen Schiffskörper und Wasser ausgebildet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, - dass der mindestens eine Abgabebereich (21, 22, 23) in einem oberen Bereich des Schiffskörpers nahe einer Wasserlinie des Schiffskörpers an einem Schrägbug (46) angeordnet ist, der bei Fahrt des Schiffes zum Führen des abgegebenen Gases mit der Wasserströmung nach achtern in einen tiefer liegenden Bereich des Schiffskörpers ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Schrägbug (46) zwischen zwei außen am Schiffskörper liegenden Führungselementen oder Katamaranrümpfen (41, 42) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, - dass auf verschiedener Höhe am Schiffskörper mehrere Abgabebereiche (21, 22, 23) vorgesehen sind, und - dass zwischen der Einrichtung (36) zum Erzeugen der Gasströmung und den Abgabebereichen (21, 22, 23) jeweils eine Ventileinrichtung (31, 32, 33) zum Regulieren der Gasströmung angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die zum Steuern der Gasströmung in Abhängigkeit von einer geometrischen Lage des Schiffskörpers, insbesondere seines Tiefganges (t), mit den Ventileinrichtungen (31, 32, 33) in Wirkverbindung steht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der mindestens eine Abgabebereich (21, 22, 23) zur Abgabe des Gases in Form von Gasblasen, insbesondere porös, ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass am Unterwasserschiff des Schiffskörpers, insbesondere am Schrägbug (46), ein Führungsbelag, insbesondere Faserbelag, zum Führen und/oder Strukturieren der Gasblasen vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Einrichtung (36) zum Erzeugen der Gasströmung mindestens ein Gebläse aufweist.
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