EP2613999B1

EP2613999B1 - Antrieb

Info

Publication number: EP2613999B1
Application number: EP11758389.8A
Authority: EP
Inventors: Siegfried Lais
Original assignee: Reintrieb GmbH
Current assignee: Reintrieb GmbH
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2031-09-06
Also published as: WO2012031740A1; PL2613999T3; DK2613999T3; SI2613999T1; LT2613999T; HUE044175T2; ES2743312T3; PT2613999T; DE102010044435A1; EP2613999A1; HRP20191184T1; PL2613999T4

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb, insbesondere für ein Wasserfahrzeug, mit mindestens einer Energievorrichtung, insbesondere Verbrennungsmaschine oder Elektromaschine, die motorisch oder generatorisch antreibbar ist, und mit mindestens einer einen Vortrieb erzeugenden Schubvorrichtung oder mindestens eine Schubvorrichtung, mit der ein Vortrieb erzeugbar ist, die mindestens eine erste Kreiselmaschine, durch die eine ihr zugeordnete axiale Anströmung mit Drall beaufschlagbar und als erste Abströmung in eine erste Abströmrichtung umlenkbar ist, und mindestens eine zweite Kreiselmaschine, durch die eine ihr zugeordnete axiale Anströmung mit Drall beaufschlagbar und als zweite Abströmung in eine zweite Abströmrichtung umlenkbar ist, aufweist, wobei mehrere, insbesondere mindestens zwei, Kreiselmaschinen derselben mindestens einer Energievorrichtung zugeordnet sind oder jeweils eine Kreiselmaschine einer eigenen Energievorrichtung zugeordnet ist.
Es sind Antriebe bekannt, bei denen jeder Kreiselmaschine eine eigene Energievorrichtung zugeordnet ist. Bei Wasserfahrzeugen mit einem solchen Antrieb ist sowohl backbordseitig als auch steuerbordseitig jeweils eine Energievorrichtung und jeweils eine der Energievorrichtung zugeordnete Kreiselmaschine vorgesehen, die jeweils weit voneinander beabstandet sind.
Unter weit voneinander beabstandet wird verstanden, dass die beiden Kreiselmaschinen, bezüglich ihrer Schaufelspitzen, einen Abstand zueinander besitzen, der größer ist als der Radius der größten Kreiselmaschine.
Aus DE 10 2005 050 640 B4 ist ein Antrieb bekannt, bei dem zwei Kreiselmaschinen über dieselbe Energievorrichtung angetrieben werden. Auch hier sind die Kreiselmaschinen an der Backbordseite und an der Steuerbordseite eines Schiffes angeordnet und weit voneinander beabstandet.
Aus WO 93/24631 A1 ist ein Antrieb für Schiffe bekannt, wobei zwei gegenläufig rotierende Motoren derart angeordnet sind, dass durch die besagten Motoren verursachte Drallbewegungen kompensiert werden.
Aus EP 1 892 183 A1 ist ein aus zwei teilweise ineinander greifenden Propellern bestehender Antrieb für Schiffe bekannt.
Bei den bekannten Antrieben wird jeweils eine symmetrische Anordnung der Kreiselmaschinen bezüglich einer Schiffsmittelachse gewählt, um ein Geradeausfahren ohne notwendigen Rudereinsatz gewährleisten zu können.
Um ausreichend Vortrieb erzeugen zu können, hat es sich bei den bekannten Antrieben als nachteilig erwiesen, dass die Kreiselmaschinen Schaufeln mit großem Radius besitzen müssen. Diese ragen, je nach Bauform des Wasserfahrzeugs, über die Abmessung des Wasserfahrzeugkörpers, insbesondere des Kiels, hinaus und damit tiefer in Richtung Gewässergrund. Hierdurch ist der Tiefgang des Wasserfahrzeugs erhöht, was dazu führt, dass nur Gewässer über einer bestimmten Wassertiefe ohne Grundberührung befahrbar sind, was die Einsetzbarkeit des Wasserfahrzeugs einschränkt.
Bei den bekannten Antrieben für Wasserfahrzeuge ist es zudem nachteilig, dass ein Anteil der Antriebsenergie nicht in Vortrieb umgesetzt wird, sondern zur Erzeugung von Drall ungenutzt abgegeben wird. Dieses ist bedingt durch die Kreiselmaschinen, denen es technisch immanent ist, dass sie das zu beschleunigende Fluid mit Drall beaufschlagen. Aufgabe der Erfindung ist, einen Antrieb vorzuschlagen, der ein Reduzieren des Tiefgangs ermöglicht und bei dem der Vortrieb erhöht ist.
Diese Aufgabe wird bei einem erfindungsgemäßen Antrieb gemäß Anspruch 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Antrieb sind die ersten und zweiten Kreiselmaschinen vorzugsweise derart angeordnet, dass die jeweiligen Drallkomponenten sich gegenseitig in Schubrichtung, vorzugsweise in eine horizontale Schubrichtung, ausrichten.
Dieses kann grundsätzlich durch das Anordnen einer Düse oder Ummantelung in Abströmrichtung oder durch das Zusammenführen der Abströmungen erfolgen.
Insbesondere wenn die erste Kreiselmaschine und die zweite Kreiselmaschine frei angeordnet sind, also keine Düse oder Ummantelung vorgesehen ist, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die erste und zweite Kreiselmaschine in Bezug auf ihre gegenläufigen Drehachsen vorzugsweise derart angeordnet bzw. ausgerichtet und/oder beabstandet sind, dass sich die erste Abströmung und die zweite Abströmung spätestens nach zehn Radiuslängen, insbesondere nach sechs Radiuslängen, insbesondere nach vier Radiuslängen der größten Kreiselmaschine nach Durchgang der Kreiselmaschinen schneiden.
Dadurch, dass sich die erste Abströmung und die zweite Abströmung schneiden, scheinen sich die Drallkomponenten derart zu beeinflussen, dass sie sich gegenseitig in Abströmrichtung richten, was zu einem Erhöhen des Vortriebs führt.
Bei dem erfindungsgemäßen Antrieb sind grundsätzlich zwei mögliche Verwendungsarten denkbar. Zum einen ist die Verwendung als kraftübertragende Einrichtung denkbar, bei der Energie durch die Energievorrichtung auf die Kreiselmaschinen übertragen wird und hierdurch ein Fortbewegen des Wassfahrzeugs initiiert wird.
Zum anderen ist die Verwendung als generatorische Einrichtung denkbar, bei der Energie aus einer Anströmung auf die Kreiselmaschinen übertragen wird und die Energievorrichtung generatorisch wirkt. Solchenfalls sind die Kreiselmaschinen Turbinen.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Schubvorrichtung auch Leitapparate umfassen kann, die die Abströmungen in axiale Richtung umlenken und Vortrieb aus dem Drall zurückgewinnen. Dadurch allerdings, dass die erste Kreiselmaschine und die zweite Kreiselmaschine gegenläufig laufen und eng nebeneinander angeordnet sind, ist eine Drallrückgewinnung ohne herkömmliche Leitapparate möglich.
Bevorzugt ersetzen zwei eng nebeneinander angeordnete Kreiselmaschinen eine bekannte große Kreiselmaschine. Um den gleichen Vortrieb wie die vormals große Kreiselmaschine zu erzeugen, können die beiden Kreiselmaschinen jeweils mit einem kleineren Radius ausgebildet sein. Hierdurch bauen die erste bzw. die zweite Kreiselmaschine kleiner, wodurch der Tiefgang des Wasserfahrzeugs reduziert ist.
Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, wenn die erste Kreiselmaschine und/oder die zweite Kreiselmaschine axial, halbaxial oder radial angeordnete Schaufeln umfasst. Hierdurch lassen sich jeweils unterschiedliche Abströmrichtungen einstellen, ohne dass die Kreiselmaschine an sich bezüglich einer Bewegungsrichtung angestellt werden müsste.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Schaufeln der ersten Kreiselmaschine und die Schaufeln der zweiten Kreiselmaschine gleiche oder unterschiedliche Längen aufweisen. Solchenfalls ist es also möglich, dass die erste Kreiselmaschine und die zweite Kreiselmaschine gleichgroß sind. Darüber hinaus ist es denkbar, dass die erste Kreiselmaschine größer ist als die zweite Kreiselmaschine und umgekehrt.
Ferner ist es denkbar, dass eine Kreiselmaschine jeweils unterschiedlich große Schaufeln aufweist.
Bevorzugt sind die Schaufeln einer Kreiselmaschine einzeln oder in ihrer Gesamtheit bezüglich ihrer Anstellung zur Anströmung einstellbar. Dieses kann zweckmäßigerweise auch bei Betrieb des ersten Antriebs erfolgen. Solchenfalls handelt es sich bei der Kreiselmaschine um einen Verstellpropeller. Hierdurch ist eine Strahlablenkung möglich, insbesondere in Richtung auf die Wasseroberfläche oder in Richtung auf den Gewässergrund. Bevorzugt wird eine Ablenkung in Richtung auf den Gewässergrund, wodurch das Wasserfahrzeug zusätzlich zum Auftrieb des Wassers eine Kraft in Richtung Wasseroberfläche erfährt.
Darüber hinaus ist es bei einer Ausführungsform denkbar, dass die Schubvorrichtung eine Querstrahlanlage bildet, bei der mindestens eine erste Kreiselmaschine und/oder mindestens eine zweite Kreiselmaschine vorgesehen ist.
Ferner können die erste Kreiselmaschine und die zweite Kreiselmaschine eine gleiche Anzahl von Schaufeln aufweisen. Allerdings kann es sich auch als zweckmäßig erweisen, wenn die erste Kreiselmaschine eine höhere oder niedrigere Anzahl an Schaufeln aufweist als die zweite Kreiselmaschine.
Darüber hinaus können die Kreiselmaschinen auch in der Anstellung der Schaufeln bezüglich der axialen Anströmung voneinander abweichen.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn eine der mindestens einen ersten Kreiselmaschine einen ersten Radius aufweist, der die maximale radiale Erstreckung der ersten Kreiselmaschine bezüglich ihrer Drehachse umfasst und dass eine der mindestens einen zweiten Kreiselmaschine einen zweiten Radius aufweist, der die maximale radiale Erstreckung der zweiten Kreiselmaschine bezüglich ihrer Drehachse umfasst und dass der enge Abstand der ersten Kreiselmaschine und der zweiten Kreiselmaschine zueinander kleiner oder gleich durch die Beziehung: (2 x erster Radius + zweiter Radius) oder (erster Radius + 2 x zweiter Radius), bevorzugt (3/2 x erster Radius + zweiter Radius) oder (erster Radius + 3/2 x zweiter Radius), bevorzugt (5/4 x erster Radius + zweiter Radius) oder (erster Radius + 5/4 x zweiter Radius), definierbar oder definiert ist. In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die ersten und zweiten Drehachsen mindestens einen Abstand von etwa 10 mm bis 20 mm aufweisen.
Grundsätzlich ist es möglich, dass die Spitzen der Schaufeln der Kreiselmaschinen einen maximalen Abstand von einer Radiuslänge der Schaufeln der ersten Kreiselmaschine bzw. der zweiten Kreiselmaschine zueinander aufweisen. Es wird allerdings bevorzugt, wenn zumindest eine der mindestens einen ersten Kreiselmaschine und zumindest eine der mindestens einen zweiten Kreiselmaschine zumindest teilweise ineinander greifend angeordnet sind. Hierbei können sich die erste Kreiselmaschine und die zweite Kreiselmaschine 10% bis 40% bezüglich des ersten Radius der ersten Kreiselmaschine oder des zweiten Radius der zweiten Kreiselmaschine überlappen. Hierdurch kann der erste Antrieb besonders kompakt ausgebildet sein.
Insbesondere wenn die Schubvorrichtung derart ausgebildet ist, dass die erste Kreiselmaschine und die zweite Kreiselmaschine zumindest teilweise ineinandergreifend und auf der selben axialen Höhe angeordnet sind, erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Antrieb eine Synchronisationseinrichtung zum Synchronisieren der Drehbewegung der ersten Kreiselmaschine mit der Drehbewegung der zweiten Kreiselmaschine aufweist. Hierdurch wird verhindert, dass durch unsynchrone Bewegungen, insbesondere Drehbewegungen der Kreiselmaschinen, der erste Antrieb beschädigt wird.
Eine Synchronisation der ersten und zweiten Kreiselmaschinen ist insbesondere dann angezeigt, wenn die Schaufelräder derselben sich in einer Ebene befinden bzw. die von den Schaufelrädern der ersten und zweiten Kreiselmaschine aufgespannten Ebenen sich im Bereich der sich überlappenden Schaufelradradien von erster und zweiter Kreiselmaschine schneiden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen ersten Antriebs kann vorgesehen sein, dass die durch die Schaufelräder der ersten und zweiten Kreiselmaschine auf jeweils aufgespannten Ebenen sich nicht oder nicht innerhalb der durch die Schaufelräder von erster oder zweiter Kreiselmaschine vorgegebenen Radien schneiden. Dieses gelingt zum Beispiel dadurch, dass die erste und zweite Kreiselmaschine in axialer Richtung versetzt angeordnet sind.
Bei einer derartigen axial versetzten Anordnung von erster und zweiter Kreiselmaschine ist die Synchronisation der Drehbewegung von erster Kreiselmaschine mit der Drehbewegung der zweiten Kreiselmaschine unbeachtlich.
Grundsätzlich ist es gemäß einer Ausführungsform denkbar, dass jede Kreiselmaschine direkt mit einer ihr zugeordneten Energievorrichtung verbunden ist. Hierbei erweist es sich als vorteilhaft, wenn die erste Kreiselmaschine und/oder die zweite Kreiselmaschine mittels einer ersten Welle mit der mindestens einen Energievorrichtung zumindest mittelbar verbindbar ist und dass die erste Welle schräg oder vertikal bezüglich der Wasseroberfläche anordenbar ist. Solchenfalls ist ermöglicht, dass die Energievorrichtung beispielsweise innerhalb eines Wasserfahrzeugs angeordnet ist und die erzeugte Antriebsenergie mittels der ersten Welle zu den Kreiselmaschinen geführt wird. Allerdings ist es grundsätzlich auch vorstellbar, dass die Energievorrichtung auf axialer Höhe der Kreiselmaschinen angeordnet ist. Solchenfalls müsste die Energievorrichtung gegenüber dass sie umgebende Fluid abgedichtet sein.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drehachse der mindestens einen ersten Kreiselmaschine mit einer Bewegungsrichtung, in einer horizontalen Ebene betrachtet, einen Winkel α₁ von 0° bis 90°, insbesondere von 0° bis 60°, insbesondere von 0° bis 30° einschließt und, in einer vertikalen Ebene betrachtet, einen Winkel β₁ von 0° bis 90°, insbesondere von 0° bis 60°, insbesondere von 0° bis 30° einschließt, und dass die Drehachse der mindestens einen zweiten Kreiselmaschine mit der Bewegungsrichtung in der horizontalen Ebene betrachtet, einen Winkel α₂ von 0° bis 90°, insbesondere von 0° bis 60°, insbesondere 0° bis 30° einschließt und, in der vertikalen Ebene betrachtet, einen Winkel β₂ von 0° bis 90°, insbesondere von 0° bis 60°, insbesondere von 0° bis 30° einschließt.
Hierbei können die Winkel α₁ und α₂ sowie β₁ und β₂ gleich groß gewählt werden oder voneinander abweichen.
In Weiterbildung letztgenannten Erfindungsgedankens erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Winkel α₁ und/oder β₁ der ersten Kreiselmaschine und/oder die Winkel α₂ und/oder β₂ der zweiten Kreiselmaschine bei Betrieb des ersten Antriebs verstellbar sind. Solchenfalls kann der erste Antrieb individuell durch einen Benutzer angepasst werden.
Grundsätzlich ist es gemäß einer Ausführungsform denkbar, dass sowohl die erste Kreiselmaschine als auch die zweite Kreiselmaschine jeweils einer eigenen Energievorrichtung funktional zugeordnet sind. Allerdings erweiset es sich als vorteilhaft, wenn zumindest eine der mindestens einen ersten Kreiselmaschine und zumindest eine der mindestens einen zweiten Kreiselmaschine über eine gemeinsame Energievorrichtung antreibbar sind.
In Weiterbildung letztgenannten Erfindungsgedankens erweist es sich als vorteilhaft, wenn zwischen den Kreiselmaschinen, insbesondere der mindestens einen ersten Kreiselmaschine und der mindestens einen zweiten Kreiselmaschine, und der gemeinsamen Energievorrichtung ein Getriebe, insbesondere Winkel-, Verteiler- oder Planetengetriebe, vorgesehen ist, über das die von der Antriebsvorrichtung über die erste Welle zur Verfügung gestellte Antriebsenergie mittels jeweils einer zweiten Welle auf die Kreiselmaschinen übertragbar ist.
Solchenfalls nimmt das Getriebe die Funktion der Synchronisationseinrichtung wahr.
Das Getriebe ist bevorzugt derart angeordnet, dass es die erste Kreiselmaschine und/oder die zweite Kreiselmaschine auf axialer Höhe antreibt. Hierdurch ist es den beiden Kreiselmaschinen in Strömungsrichtung vorgeschaltet und wie die Kreiselmaschinen auch im Fluid angeordnet.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass einer ersten Kreiselmaschine zwei oder mehr zweite Kreiselmaschinen zugeordnet sind oder dass einer zweiten Kreiselmaschine zwei oder mehr erste Kreiselmaschinen zugeordnet sind. Solchenfalls weist die erste Kreiselmaschine einen größeren Radius auf als die beiden zweiten Kreiselmaschinen. Hierbei wird ein optimaler Größenunterschied dadurch erzielt, dass der durch die erste Kreiselmaschine erzeugte Vortrieb dem Vortrieb, der durch die beiden Kreiselmaschinen erzeugt wird, entspricht.
Die ersten und zweiten Kreiselmaschinen können mit fest montierten Propellern, Flügeln bzw. Schaufelrädern ausgestattet sein. In einer alternativen Ausführungsform sind diese Propeller, Flügel bzw. Schaufelräder vor der jeweiligen Inbetriebnahme, insbesondere in Bezug auf ihren Steigungswinkel, einstellbar. In einer weiteren Ausführungsform sind diese Propeller, Flügel bzw. Schaufelräder, insbesondere in Bezug auf ihre Steigung, während des Betriebs individuell oder gemeinschaftlich einstellbar. Die Einstellbarkeit der Flügel, Propeller bzw. Schaufelräder, insbesondere während des Betriebs, hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, um die gegenseitige Ausrichtung der Drallkomponenten von erster und zweiter Kreiselmaschine zu optimieren in Richtung auf einen besonders starken Vortrieb. Beispielsweise kann die Steigung der Flügel, Propeller bzw. Schaufelräder in Abhängigkeit vom Propellerdurchmesser, der Propellerdrehzahl, der Geschwindigkeit, der Schubleistung, der Heckform und/oder der Abströmung eingestellt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Propeller, Flügel bzw. Schaufelräder der Kreiselmaschinen an sich individuell oder gemeinschaftlich einstellbar. Hierbei ist neben der Steigung bezüglich der Anströmung auch die Fläche der Propeller, Flügel bzw. Schaufelräder umfasst. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Fläche der Propeller, Flügel bzw. Schaufelräder konstant ist. Bevorzugt kann die Fläche der Propeller, Flügel bzw. Schaufelräder individuell oder gemeinschaftlich einstellbar sein, beispielsweise durch teleskopartiges Ein- und Ausfahren eines oder mehrerer Abschnitte des Propellers, Flügels bzw. Schaufelrads. Beispielsweise kann die Fläche der Flügel, Propeller bzw. Schaufelräder in Abhängigkeit vom Propellerdurchmesser, der Propellerdrehzahl, der Geschwindigkeit, der Schubleistung, der Heckform und/oder der Abströmung eingestellt werden.
Bevorzugt werden Fläche und/oder Steigung der Propeller, Flügel bzw. Schaufelräder verschiedenen Geschwindigkeiten zugeordnet, um einen optimalen Betrieb des ersten Antriebs zu gewährleisten.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Schubvorrichtung offen oder umschlossen ist, insbesondere, im umschlossenen Fall, einen Saug- oder Druckraum aufweist.
Erfindungsgemäß fördern die erste Kreiselmaschine und/oder zweite Kreiselmaschine in einen gemeinsamen geschlossenen Druckraum der Schubvorrichtung, von dem aus das Medium durch eine Ummantelung oder Düse abgestrahlt wird. Durch die Ummantelung oder Düse werden die Drallkomponenten in Abströmrichtung umgelenkt, wodurch ebenfalls Druck zurückgewonnen wird und der Vortrieb erhöht wird.
Die Ummantelung oder Düse kann grundsätzlich eine beliebige Kontur aufweisen. Beispielsweise kann sie einen kreisförmigen, ovalen oder n-eckigen Querschnitt aufweisen. In Längsrichtung kann die Düse sich verjüngende und sich erweiternde Abschnitte aufweisen sowie eine spiralförmige Kontur aufweisen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Düse oder Ummantelung in sie hineinragende Abschnitte auf, um zusätzlichen Vortrieb aus dem Drall zurückzugewinnen.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Düse eine konische Düse, Diffusordüse oder Venturidüse umfasst. Hierdurch lässt sich der aus der drallbehafteten Abströmung gewinnbar Vortrieb weiter steigern.
Grundsätzlich ist es gemäß einer Ausführungsform denkbar, dass die erste Kreiselmaschine und die zweite Kreiselmaschine eine gemeinsame Ansaugfläche aufweisen. Allerdings erweist es sich als vorteilhaft, wenn die erste Kreiselmaschine und die zweite Kreiselmaschine voneinander separierbare Ansaugflächen aufweisen. Hierdurch wird erreicht, dass die jeweilige axiale Anströmung der einzelnen Kreiselmaschine im Wesentlichen drallfrei ist.
Darüber hinaus ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass sich die Düse oder Ummantelung hinter der ersten Kreiselmaschine und/oder der zweiten Kreiselmaschine diffusorartig öffnet.
Grundsätzlich ist es gemäß einer nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform denkbar, dass die erste Kreiselmaschine und die zweite Kreiselmaschine jeweils eine Abstrahlfläche besitzen. Allerdings wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste Kreiselmaschine und die zweite Kreiselmaschine eine gemeinsame Abstrahlfläche besitzen.
Die Schubvorrichtung kann lediglich durch die erste Kreiselmaschine und/oder die zweite Kreiselmaschine gebildet sein. Weiter kann die Schubvorrichtung eine Düse oder Ummantelung aufweisen. Darüber hinaus wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schubdüse vor der ersten Kreiselmaschine und/oder der zweiten Kreiselmaschine einen Einlauf aufweist. Der Einlauf kann dabei derart ausgestaltet sein, dass die erste Kreiselmaschine und die zweite Kreiselmaschine über den Einlauf gemeinsam angeströmt werden oder aber durch den Einlauf jeweils separat anströmbar sind.
Schließlich erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Antrieb einen Wasserstrahlantrieb umfasst.
Die Düse kann beim erfindungsgemäßen Antrieb derart angeordnet sein, dass sie die erste Kreiselmaschine und die zweite Kreiselmaschine umgibt oder aber stromab der Kreiselmaschinen angeordnet sein. Letzterenfalls sind die Kreiselmaschinen in radialer Richtung gegenüber der Umgebung frei laufend.
Darüber hinaus wird die Aufgabe durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Antriebs gelöst, mit einer Energievorrichtung, insbesondere Verbrennungsmaschine oder Elektromaschine, die motorisch oder generatorisch antreibbar ist, und mit einer Schubvorrichtung, die eine erste Kreiselmaschine und/oder eine zweite Kreiselmaschine aufweist, mit den Verfahrensschritten:

Antrieb der ersten Kreiselmaschine und/oder zweiten Kreiselmaschine durch die Energievorrichtung oder durch eine axiale Anströmung;
Umlenken der axialen Anströmung und Beaufschlagen der axialen Anströmung mit Drall beim Passieren der ersten Kreiselmaschine als erste Abströmung in eine erste Abströmungsrichtung und/oder Umlenken der axialen Anströmung und Beaufschlagen der axialen Anströmung mit Drall beim Passieren der zweiten Kreiselmaschine als zweite Abströmung in eine zweite Abströmrichtung.

Das Verfahren zeichnet sich durch den Schritt aus:
Umlenken der Drallkomponenten der drallbehafteten ersten Abströmung durch Aufeinanderprallen auf die drallbehaftete zweite Abströmung durch Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebs.
Schließlich wird die Aufgabe durch ein Wasserfahrzeug gelöst, bei dem mindestens ein erfindungsgemäßer Antrieb vorgesehen ist.
Durch die Erfindung wird erreicht, dass die Schubvorrichtung kleiner bauen kann, wodurch erreicht wird, dass der Tiefgang des Schiffs reduziert wird. Hierdurch sind auch Gewässer mit geringer Wassertiefe befahrbar.
Darüber hinaus wird durch den erfindungsgemäßen Antrieb Vortrieb aus der drallbehafteten Abströmung gewonnen.
Schließlich kann der Antrieb platzsparender ausgebildet sein, da eine Energievorrichtung mehreren Kreiselmaschinen zugeordnet werden kann.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgender Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Antriebs.
In der Zeichnung zeigt:

Figur 1:: eine schematische Darstellung einer ersten Kreiselmaschine und einer zweiten Kreiselmaschine eines die Merkmale der Erfindung nur teilweise aufweisenden Antriebs;
Figur 2:: eine schematische Ansicht des o.g. Antriebs, bei der die erste Kreiselmaschine und die zweite Kreiselmaschine einander ineinandergreifend angeordnet sind.
Figur 3:: eine schematische Ansicht der Anordnung von Energievorrichtung, Getriebe und Kreiselmaschine des o.g. Antriebs;
Figur 4:: eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Figur 3;
Figur 5:: das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4, bei dem die Kreiselmaschinen zueinander geneigt sind;
Figur 6:: ein die Merkmale der Erfindung nur teilweise aufweisender Antrieb mit einem Kardangelenk an den zweiten Wellen;
Figur 7:: eine schematische Darstellung der Anordnung der ersten Kreiselmaschine und der zweiten Kreiselmaschine in einer den erfindungsgemäßen Antrieb kennzeichnenden Düse, in der die Ansaugflächen der beiden Kreiselmaschinen voneinander separiert sind;
Figur 8:: eine schematische Darstellung der Anordnung der ersten Kreiselmaschine und der zweiten Kreiselmaschine in einer den erfindungsgemäßen Antrieb kennzeichnenden Düse mit gemeinsamer Ansaugfläche;
Figur 9:: eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Antrieb, mit einer Düse;
Figur 1: 0: eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Antrieb mit einer Düse, bei der Abschnitte in diese hineinragen;
Figur 11:: eine schematische Schnittansicht auf einen als Wasserstrahlantrieb ausgebildeten erfindungsgemäßen Antrieb;
Figur 12:: Eine Schnittansicht entlang der Linie I-I gemäß Figur 11;
Figur: 13: eine perspektivische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Antriebs mit einer Düse und zwei Kreiselmaschinen;
Figur 14:: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebs als Querstrahlantrieb.

Die Figuren zeigen einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 versehenen Antrieb, insbesondere für ein Wasserfahrzeug, das eine Energievorrichtung 4 und eine vortrieberzeugende Schubvorrichtung 6 aufweist. Die Energievorrichtung kann insbesondere als Verbrennungsmaschine oder Elektromaschine ausgebildet sein. Wenn es sich bei der Energievorrichtung 4 um eine Elektromaschine handelt, kann sie sowohl motorisch als auch generatorisch antreibbar sein.
Die den Vortrieb erzeugende Schubvorrichtung 6 weist, wie in den Figuren dargestellt, eine erste Kreiselmaschine 8 und eine zweite Kreiselmaschine 10 auf. Sowohl die erste Kreiselmaschine 8 als auch die zweite Kreiselmaschine 10 werden im Wesentlichen durch eine axiale Anströmung angeströmt. Beim Betrieb des Antriebs 2 wird dann die axiale Anströmung beim Durchgang durch die Kreiselmaschine 8 oder die Kreiselmaschine 10 jeweils mit Drall beaufschlagt und in eine erste Abströmrichtung bzw. zweite Abströmrichtung umgelenkt. Im Fall der ersten Kreiselmaschine 8 wird die axiale Anströmung als erste Abströmung in eine erste Abströmrichtung 12, im Fall der zweiten Kreiselmaschine 10 als zweite Abströmung in eine zweite Abströmrichtung 14 umgelenkt. Bei den in den Figuren gezeigten Antrieben 2 ist jeweils einer Energievorrichtung 4 eine erste Kreiselmaschine 8 und eine zweite Kreiselmaschine 10 zugeordnet.
Figur 1 zeigt eine schematische Anordnung der ersten Kreiselmaschine 8 und der zweiten Kreiselmaschine 10. Diese weisen bezüglich einer Bewegungsrichtung 16, in einer horizontalen Ebene betrachtet, einen Winkel α₁ bzw. einen Winkel α₂ auf. Die Winkel α₁ und α₂ sind bei Betrieb des Antriebs 2 verstellbar. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kreiselmaschinen 8, 10 mit Schaufeln 18 ausgestattet, die bei der ersten Kreiselmaschine 8 und der zweiten Kreiselmaschine 10 gleich sind. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass die Schaufel 18 der ersten Kreiselmaschine 8 von den Schaufeln 18 der zweiten Kreiselmaschine 10 in Länge, Kontur, Anordnung und Anstellung voneinander abweichen.
Bei dem in Figur 1 gezeigten erfindungsgemäßen Antrieb 2 weisen die erste Kreiselmaschine 8 und die zweite Kreiselmaschine 10 einen engen Abstand zueinander, bezüglich ihrer Drehachsen, auf. Dieser Abstand wird nachfolgend über die Radien der Kreiselmaschinen 8, 10 definiert: Die erste Kreiselmaschine 8 weist einen ersten Radius auf, der die maximale radiale Erstreckung der ersten Kreiselmaschine 8 bezüglich ihrer Drehachse umfasst. Die zweite Kreiselmaschine 10 weist einen zweiten Radius auf, der die maximale radiale Erstreckung der zweiten Kreiselmaschine 10 bezüglich ihrer Drehachse umfasst. Der enge Abstand der ersten Kreiselmaschine 8 und der zweiten Kreiselmaschine 10 zueinander ist durch nachfolgende Beziehungen definierbar: 2 x erster Radius + zweiter Radius oder erster Radius + 2 x zweiter Radius, bevorzugt 3/2 x erster Radius + zweiter Radius oder erster Radius + 3/2 x zweiter Radius, bevorzugt 5/4 x erster Radius + zweiter Radius oder erster Radius + 5/4 x zweiter Radius. Darüber hinaus weisen die erste Kreiselmaschine 8 und die zweite Kreiselmaschine 10 Gegenläufigkeit auf und sind derart angeordnet, dass die erste Abströmung in die erste Abströmrichtung 12 und die zweite Abströmung in die zweite Abströmrichtung 14 sich schneiden und hierdurch zusätzlichen Vortrieb aus der drallbehafteten Abströmung zurück- gewinnen.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebs 2, bei dem die erste Kreiselmaschine 8 und die zweite Kreiselmaschine 10 teilweise ineinandergreifend oder einander überlappend angeordnet sind. Hierdurch lässt sich eine besonders kompakte Ausgestaltung des Antriebs 2 gewährleisten. Um einen Schaden vom Antrieb 2 fernzuhalten, sind die beiden Kreiselmaschinen 10, 8 mit einer Synchronisationseinrichtung 20 (in Figur 2 nicht dargestellt) derart verbunden, dass die Drehbewegung der ersten Kreiselmaschine 8 mit der Drehbewegung der zweiten Kreiselmaschine 10 derart synchronisiert wird, dass die Schaufeln 18 der ersten Kreiselmaschine in Lücken der zweiten Kreiselmaschine 10 eingreifen und umgekehrt. Hierdurch wird einer Beschädigung des Antriebs 2 durch unsynchrone Bewegung der Kreiselmaschinen 8, 10 vorgebeugt.
Figur 3 zeigt eine schematische Seitenansicht des Antriebs 2. Hierbei ist die Energievorrichtung 4 in einem Wasserfahrzeug 22 vorgesehen. Die Energievorrichtung 4 ist mittels einer ersten Welle 24 mit einem Getriebe 26, insbesondere Verteilergetriebe verbunden. Über das Getriebe 26 wird die durch die Energievorrichtung 4 zur Verfügung gestellte Antriebsenergie mittels zwei zweite Wellen 28 an die erste Kreiselmaschine 8 bzw. an die zweite Kreiselmaschine 10 weitergegeben. Das Getriebe 26 realisiert hierbei die Synchronisationseinrichtung 20. Bei dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Kreiselmaschine 8 parallel zur Wasseroberfläche angeordnet. Der Winkel β₁, der in einer vertikalen Ebene betrachtet den Winkel zwischen Wasseroberfläche und erster Kreiselmaschine aufspannt, ist solchenfalls 0°.
Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf die schematische Darstellung gemäß Figur 3. Das Getriebe 26 ist derart ausgebildet, dass die von der Energievorrichtung 4 zur Verfügung gestellte Energie auf die erste Kreiselmaschine 8 und auf die zweite Kreiselmaschine 10 derart übertragen wird, dass sich beide Kreiselmaschinen 8, 10 mit einem gegenläufigen Drehsinn zueinander drehen.
Figur 5 zeigt ebenfalls eine Draufsicht auf eine schematische Anordnung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3, bei dem die erste Kreiselmaschine 8 mit einem Winkel α₁ bezüglich der Bewegungsrichtung 16 und die zweite Kreiselmaschine 10 mit einem Winkel α₂ bezüglich der Bewegungsrichtung 16 zueinander geneigt sind. Durch Variation der Winkel α₁ und α₂ kann, je nach Leistung, die auf die Kreiselmaschinen 8, 10 überragen wird, ein optimaler Winkel eingestellt werden, um maximalen Vortrieb aus der drallbehafteten Abströmung zurückzugewinnen.
Figur 6 zeigt eine alternative Bauform des Getriebes 26, bei dem die Einstellung der Winkel α₁ der ersten Kreiselmaschine 8 und des Winkels α₂ der zweiten Kreiselmaschine 10 mittels Kardangelenke 30 erfolgt.
Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebs 2, bei dem die Schubvorrichtung zusätzlich zu den vorigen, nicht zur Erfindung gehörenden Beispielen, eine Düse 32 aufweist. Gemäß Figur 7 sind Ansaugflächen 34 der Düse 32 voneinander mittels einer Wandung 36 voneinander separiert.
Eine alternative Bauform der Düse 32 des Antriebs der Schubvorrichtung 6 des Antriebs 2 zeigt Figur 8, bei der die erste Kreiselmaschine 8 und die zweite Kreiselmaschine 10 eine gemeinsame Ansaugfläche 34 aufweisen.
Die Figuren 9 und 10 zeigen unterschiedliche Bauformen der Ummantelung bzw. Düse 32 der Schubvorrichtung 6 des Antriebs 2. Gemäß Figur 9 kann die Düse 32 im Wesentlichen eine ovale Form aufweisen. Gemäß Figur 10 kann die Düse 32 aber auch einen 8-förmigen Querschnitt aufweisen.
Die Figuren 11 und 12 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Antriebs 2, bei dem die erste Kreiselmaschine 8 und die zweite Kreiselmaschine 10 quer zur Bewegungsrichtung 16 eines Wasserfahrzeugs 22 arbeiten. Hierbei fördern die erste Kreiselmaschine 8 und die zweite Kreiselmaschine 10 gemeinsam Fluid in einen Druckraum 38 der umschlossen ist. An seinem oberen Ende (in Figur 11 nicht ersichtlich) wird das in den Druckraum geförderte Medium über eine Ummantelung bzw. Düse 32 abgestrahlt. Solchenfalls ist der erfindungsgemäße Antrieb 2 als Wasserstrahlantrieb ausgebildet.
Figur 13 zeigt eine perspektivische Schnittansicht des Antriebs 2 mit einer ersten Kreiselmaschine 8 und einer zweiten Kreiselmaschine 10, denen stromabwärts eine Düse 32 nachgeschaltet ist. Erste Kreiselmaschine 8 und zweite Kreiselmaschine 10 sind dabei parallel auf gleicher axialer Höhe und zueinander beabstandet angeordnet. Die Düse 32 umgibt die erste Kreiselmaschine 8 und die zweite Kreiselmaschine 10 und verjüngt sich in Richtung der Abströmung.
Figur 14 zeigt eine perspektivische Ansicht des Antriebs 2, der einen Querstrahlantrieb bildet. Solchenfalls sind eine erste Kreiselmaschine 8 und eine zweite Kreiselmaschine 10 quer zur Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs angeordnet.

Claims

Antrieb (2), insbesondere für ein Wasserfahrzeug (22), mit mindestens einer Energievorrichtung (4), insbesondere Verbrennungsmaschine oder Elektromaschine, die motorisch oder generatorisch antreibbar ist, und mit mindestens einer einen Vortrieb erzeugenden Schubvorrichtung (6) oder mindestens einer Schubvorrichtung (6), mit der ein Vortrieb erzeugbar ist, die mindestens eine erste Kreiselmaschine (8), durch die eine ihr zugeordnete axiale Anströmung mit Drall beaufschlagbar und als erste Abströmung in eine erste Abströmungsrichtung (12) umlenkbar ist, und mindestens eine zweite Kreiselmaschine (10), durch die eine ihr zugeordnete axiale Anströmung mit Drall beaufschlagbar und als zweite Abströmung in eine zweite Abströmungsrichtung (14) umlenkbar ist, aufweist, wobei mehrere, insbesondere mindestens zwei, Kreiselmaschinen (8,10) derselben mindestens einen Energievorrichtung (4) zugeordnet sind oder jeweils eine Kreiselmaschine (8, 10) einer eigenen Energievorrichtung (4) zugeordnet ist, wobei die erste und zweite Kreiselmaschine (8, 10) gegenläufig betreibbar sind und bei der mindestens einen Schubvorrichtung (6) zumindest eine der mindestens einen ersten Kreiselmaschine (8) und zumindest eine der mindestens einen zweiten Kreiselmaschine (10) einen Abstand, bezüglich ihrer Drehachsen, zueinander aufweisen, und wobei bzw. so dass bei gegenläufig betriebenen ersten und zweiten Kreiselmaschinen zusätzlicher Vortrieb aus der Wechselwirkung der ersten drallbehafteten Abströmung mit der zweiten drallbehafteten Abströmung gewinnbar ist bzw. gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Kreiselmaschine (8) und die zweite Kreiselmaschine (10) in einen gemeinsamen geschlossenen Druckraum (38) der Schubvorrichtung (6) fördern, von dem aus das Medium durch eine Düse (32) abgestrahlt wird,
wobei die erste Kreiselmaschine (8) und die zweite Kreiselmaschine (10) eine gemeinsame Abstrahlfläche besitzen,
wobei die Schubvorrichtung (6) vor der ersten Kreiselmaschine (8) und/oder vor der zweiten Kreiselmaschine (10) einen Einlauf aufweist.
Antrieb (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kreiselmaschine (8) und die zweite Kreiselmaschine (10) bzgl. ihrer Drehachsen derart angeordnet sind, das sich die erste Abströmung und die zweite Abströmung schneiden.
Antrieb (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der mindestens einen ersten Kreiselmaschine (8) einen ersten Radius aufweist, der die maximale radiale Erstreckung der ersten Kreiselmaschine (8) bezüglich ihrer Drehachse umfasst und dass eine der mindestens einen zweiten Kreiselmaschine (10) einen zweiten Radius aufweist, der die maximale radiale Erstreckung der zweiten Kreiselmaschine (10) bezüglich ihrer Drehachse umfasst und dass der Abstand der ersten Kreiselmaschine (8) und der zweiten Kreiselmaschine (10) zueinander kleiner oder gleich durch die Beziehung: (2 x erster Radius + zweiter Radius) oder (erster Radius + 2 x zweiter Radius), bevorzugt (3/2 x erster Radius + zweiter Radius) oder (erster Radius + 3/2 x zweiter Radius), bevorzugt (5/4 x erster Radius + zweiter Radius) oder (erster Radius + 5/4 x zweiter Radius), definierbar oder definiert ist.
Antrieb (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kreiselmaschine (8) und die zweite Kreiselmaschine (10) axial zueinander versetzt und/oder einander überlappend angeordnet sind.
Antrieb (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kreiselmaschine (8) und/oder die zweite Kreiselmaschine (10) axial, halbaxial oder radial angeordnete Schaufeln (18) umfasst und/oder dass die Schaufeln (18) der ersten Kreiselmaschine (8) und die Schaufeln (18) der zweiten Kreiselmaschine (10) gleiche oder unterschiedliche Längen aufweisen.
Antrieb (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kreiselmaschine (8) und/oder die zweite Kreiselmaschine (10) mittels einer ersten Welle (24) mit der mindestens einen Energievorrichtung (4) zumindest mittelbar verbindbar ist und dass die erste Welle (24) schräg oder vertikal bezüglich der Wasseroberfläche anordenbar ist.
Antrieb (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehsachse der mindestens einen ersten Kreiselmaschine (8) mit einer Bewegungsrichtung (16), in einer horizontalen Ebene betrachtet, einen Winkel α₁ von 0° - 90°, insbesondere von 0° bis 60°, insbesondere von 0° bis 30° einschließt und, in einer vertikalen Ebene betrachtet, einen Winkel β₁ von 0° - 90°, insbesondere von 0° bis 60°, insbesondere von 0° bis 30° einschließt, und dass die Drehsachse der mindestens einen zweiten Kreiselmaschine (10) mit der Bewegungsrichtung (16), in der horizontalen Ebene betrachtet, einen Winkel α₂ von 0° - 90°, insbesondere von 0° bis 60°, insbesondere 0° bis 30° einschließt und, in der vertikalen Ebene betrachtet, einen Winkel β₂ von 0° - 90°, insbesondere von 0° bis 60°, insbesondere 0° bis 30° einschließt, wobei die Winkel α₁ und/oder β₁ der ersten Kreiselmaschine (8) und/oder die Winkel α₂ und/oder β₂ der zweiten Kreiselmaschine (10) bei Betrieb fest oder verstellbar sind.
Antrieb (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kreiselmaschinen (8, 10), insbesondere der mindestens einen ersten Kreiselmaschine (8) und der mindestens einen zweiten Kreiselmaschine (10), und der gemeinsamen Energievorrichtung (4) ein Getriebe (26), insbesondere Winkel-, Verteiler- oder Planetengetriebe, vorgesehen ist, über das die von der Energievorrichtung (4) über die erste Welle (24) zur Verfügung gestellte Antriebsenergie mittels jeweils einer zweiten Welle (28) auf die Kreiselmaschinen (8,10) übertragbar ist.
Antrieb (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubvorrichtung (6) gegenüber der Umgebung offen oder umschlossen ist, insbesondere einen Saug- oder Druckraum (38) aufweist.
Antrieb (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (32) oder Ummantelung in sie hineinragende Abschnitte aufweist, um zusätzlichen Vortrieb aus dem Drall zurückzugewinnen.
Antrieb (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (32) eine konische Düse, Diffusordüse oder Venturidüse umfasst.
Antrieb (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kreiselmaschine (8) und die zweite Kreiselmaschine (10) voneinander separierbare Ansaugflächen (34) aufweisen.
Antrieb (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Düse (32) oder Ummantelung hinter der ersten Kreiselmaschine (8) und/oder der zweiten Kreiselmaschine (10) diffusorartig öffnet.
Antrieb (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der mindestens einen ersten Kreiselmaschine (8) und zumindest eine der mindestens einen zweiten Kreiselmaschine (10) zumindest teilweise ineinandergreifend angeordnet sind.
Antrieb (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2) einen Wasserstrahlantrieb umfasst.
Verfahren zum Betreiben eines Antriebs (2) nach einer der Ansprühe 1 bis 15 mit einer Energievorrichtung (4), insbesondere Verbrennungsmaschine oder Elektromaschine, die motorisch oder generatorisch antreibbar ist, und mit einer Schubvorrichtung (6), die eine erste Kreiselmaschine (8) und/oder eine zweite Kreiselmaschine (10) aufweist, mit den Verfahrensschritten:
- Antrieb der ersten Kreiselmaschine (8) und/oder zweiten Kreiselmaschinen (10) durch die Energievorrichtung (4) oder durch eine axiale Anströmung;

- Umlenken der axialen Anströmung und Beaufschlagen der axialen Anströmung mit Drall beim Passieren der ersten Kreiselmaschine (8) als erste Abströmung in eine erste Abströmrichtung (12) und/oder Umlenken der axiale Anströmung und Beaufschlagen der axialen Anströmung mit Drall beim Passieren der zweiten Kreiselmaschine (10) als zweite Abströmung in eine zweite Abströmrichtung (14);
gekennzeichnet durch den Schritt:
- Umlenken der Drallkomponenten der drallbehafteten ersten Abströmung in die erste Abströmrichtung (12) durch Aufeinanderprallen auf die drallbehaftete zweite Abströmung in die zweite Abströmrichtung (14) durch Ausgestaltung des Antriebs nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit der Schubvorrichtung (6).
Wasserfahrzeug, mit einem Antrieb (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Antrieb (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 umfasst.