EP4126660A1 - Vorrichtung als vorgeschaltete antriebseinheit für ein wasserfahrzeug - Google Patents

Vorrichtung als vorgeschaltete antriebseinheit für ein wasserfahrzeug

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EP4126660A1
EP4126660A1 EP21720975.8A EP21720975A EP4126660A1 EP 4126660 A1 EP4126660 A1 EP 4126660A1 EP 21720975 A EP21720975 A EP 21720975A EP 4126660 A1 EP4126660 A1 EP 4126660A1
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EP
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floating body
elements
frame
pull rope
connection point
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Application number
EP21720975.8A
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Gunter Kreft
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    • B63H9/00—Marine propulsion provided directly by wind power
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    • B63H9/0621—Rigid sails comprising one or more pivotally supported panels
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    • B63H9/069—Kite-sails for vessels
    • B63H9/071—Kite-sails for vessels for use in combination with other propulsion means, e.g. for improved fuel economy
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions

Definitions

  • the invention relates to a device as an upstream drive unit for a watercraft in the form of an element on which wind acts, which is connected to the watercraft via a pull rope for propulsion and / or as an additional drive, the element on which wind acts is formed by a floating body which has several adjustable on its upper side having parallel assigned surface elements as sail-like wind attack surfaces.
  • Upstream drive unit elements for watercraft with an element on which wind acts are known in various designs, in particular as kite-like elements on which wind acts, and have already been used in practice. These trainings are arranged as flying objects above the surface of the water and are connected to the watercraft via pull ropes.
  • upstream drive units for watercraft with an element on which wind acts are known from DE 212015000159 Ul and WO 02/087961 A1.
  • the object of the invention is to create an upstream drive unit of the generic type as a floating unit which enables simple handling and ensures control in adaptation to the wind conditions without being hurt.
  • the floating body has several adjustable, parallel associated elements as swords on the underside in the water, the surface elements and the floating body via tension elements as ropes and / or support means as rods in the form of an anchoring via a connection point formed behind is connected to the floating body for connection to the pull rope and that the wind attack surfaces and the swords each have actuators which can be adjusted via an assigned control unit.
  • a further development of the invention is created in that a frame for receiving the adjustable surface elements is additionally arranged on the upper side of the floating body and the tension elements act on the frame as ropes and / or rods.
  • a frame for receiving the elements as swords and with the frame is arranged on the underside of the floating body Tension elements connected as ropes and led to the connection point formed.
  • the surface elements are formed as wind attack surfaces by profile elements.
  • connection point for absorbing thrust forces of the linkage is formed by a floating body.
  • the pull rope is connected to an interposed floating body with a keel sword and has as a deflection element for a connection to the connection point and the connection is pivoted approximately in the middle on the floating body, the pull rope being pivotably connected via a further controllable actuator, to adjust the pull rope in the direction of travel regardless of the orientation of the float.
  • the pull rope and the connection to the connection point are each hinged approximately centrally on the float via pivotable lever elements or frame elements and the pull cable can be adjusted via the further controllable actuator in the direction of travel regardless of the orientation of the float.
  • FIG. 1 shows a drive unit as a floating body with adjustable wind attack surfaces and swords as well as a bracing to the floating body and the wind attack surfaces,
  • FIG. 2 shows an arrangement according to FIG. 1 with a frame for receiving the surfaces exposed to the wind
  • FIG. 3 shows an arrangement like FIG. 2 with an additional frame for the adjustable swords and associated bracing
  • FIG. 4 shows a plan view of an overall arrangement with an additional floating body for forming a connection point of the bracing
  • FIG. 5 shows a further embodiment according to FIG. 3 with an intermediate deflecting element as a floating body
  • FIG. 6 shows an enlarged basic illustration of the deflection element with pivotable frame elements for receiving the pull rope and a connection to the connection point.
  • the drive unit 1 for a watercraft 2 is formed by a floating body 3, the floating body 3 having on its upper side a plurality of adjustable, parallel associated surface elements 5 as sail-like surfaces exposed to wind.
  • These surface elements 5 are each assigned actuators, not shown in detail, which via a control unit for if necessary, an angular position of the surface elements 5 can be controlled according to the wind direction.
  • adjustable, parallel associated elements 6 are arranged as swords, which can also be pivoted via actuators via a control unit in accordance with the present conditions.
  • the adjustable surface elements 5 are additionally received via a frame 4 in the upper area.
  • the drive unit 1 formed in this way is braced by rods 7 as supporting means, which act on the floating body 3 and the surface elements 5 or the frame 4 and are brought together at a connection point 8 behind the drive unit 1.
  • This linkage 7 can also be partially or entirely formed by ropes.
  • the elements 6 as swords are also additionally received by a frame 9, the frame 9 being connected to the connection point 8 via cables 10 as anchoring.
  • the connection point 8 is connected to the watercraft 2 via a pull rope 11.
  • connection point 8 is formed on or with a floating body 12, which is connected to the watercraft 2 via the pulling rope 11.
  • FIGS. 5 and 6 an exemplary embodiment for use in different wind directions is shown with a high degree of efficiency, an interposed floating body 13 being arranged as a deflecting element.
  • the floating body 13 has a keel sword 14 and is connected to the pull rope 11 and has a connection 15 to the connection point 8.
  • vertical frame elements 16, 17 are pivotably articulated approximately centrally on the floating body 13 for connection to the pull rope 11 and the connection 15, the frame element 16 being connected to the pull rope 11 via a connecting rod 18 and the frame element 16 via a controllable actuator 19 is pivotably adjustable in order to adjust the pull rope 11 in each case in the direction of travel of the watercraft 2 regardless of the orientation of the floating body 13.
  • the pivotable frame element 17 is connected to the connection point 8 via the connection 15 on the side opposite the pull rope 11.
  • This design makes it possible to design a wind drive system which also enables propulsion in the event of a wind direction deviating from the direction of travel.
  • a serpentine movement of the drive element is possible in order to make good use of the wind energy.

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Abstract

Es ist vorgesehen, eine vorgeschaltete Antriebseinheit (1) für ein Wasserfahrzeug als Windangriffselement auszubilden, die über ein Zugseil (11) mit dem Wasserfahrzeug verbunden ist. Hierbei ist vorgesehen, dass das Windangriffselement durch einen Schwimmkörper (3) gebildet ist, der an seiner Oberseite mehrere verstellbare parallel zugeordnete Flächenelemente (5) als segelartige Windangriffsflächen, gegebenenfalls zusätzlich mit einem Rahmen, aufweist und an der Unterseite im Wasser mehrere verstellbare parallel zugeordnete Elemente (6) als Schwerter aufweist. Dabei sind die Flächenelemente (5) bzw. der gebildete Rahmen sowie der Schwimmkörper (3) über Zugelemente als Seile und/oder Stützmittel als Gestänge (7) in Form einer Abspannung über einen gebildeten Verknüpfungspunkt (8) hinter dem Schwimmkörper (3) zur Verbindung mit dem Zugseil (11) verbunden. Die Windangriffsflächen und die Schwerter besitzen jeweils Stellantriebe, die über eine zugeordnete Steuereinheit individuell einstellbar sind.

Description

Vorrichtung als vorgeschaltete Antriebseinheit für ein Wasserfahrzeug
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung als vorgeschaltete Antriebseinheit für ein Wasserfahrzeug in Form eines Windangriffselementes, die über ein Zugseil mit dem Wasserfahrzeug zum Antrieb und/oder als Zusatzantrieb verbunden ist, wobei das Windangriffselement durch einen Schwimmkörper gebildet ist, der an seiner Oberseite mehrere verstellbare parallel zugeordnete Flächenelemente als segelartige Windangriffsflächen aufweist.
Vorgeschaltete Antriebseinheitselemente für Wasserfahrzeuge mit einem Windangriffselement sind in vielfältigen Ausführungen, insbesondere als drachenartige Windangriffselemente bekannt und sind bereits in der Praxis eingesetzt worden. Diese Ausbildungen werden als Flugobjekte oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet und sind über Zugseile mit dem Wasserfahrzeug verbunden.
Diese bekannten Anordnungen sind nur durch aufwendige Massnahmen vor dem Wasserfahrzeug positionierbar und durch komplizierte Steueranordnungen effektiv einsetzbar.
Weitere vorgeschaltete Antriebseinheiten für Wasserfahrzeuge mit einem Windangriffselement sind aus der DE 212015000159 Ul und WO 02/087961 Al bekannt. Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorgeschaltete Antriebseinheit der gattungsgemässen Art als schwimmende Einheit zu schaffen, die eine einfache Handhabung ermöglicht und eine Ansteuerung in Anpassung an die Windverhältnisse ohne Kränkung gewährleistet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass der Schwimmkörper an der Unterseite im Wasser mehrere verstellbare parallel zugeordnete Elemente als Schwerter aufweist, wobei die Flächenelemente und der Schwimmkörper über Zugelemente als Seile und/oder Stützmittel als Gestänge in Form einer Abspannung über einen gebildeten Verknüpfungspunkt hinter dem Schwimmkörper zur Verbindung mit dem Zugseil verbunden ist und dass die Windangriffsflächen und die Schwerter jeweils Stellantriebe aufweisen, die über eine zugeordnete Steuereinheit einstellbar sind.
Hierbei wird eine einfache Anordnung zur effizienten Nutzung von Windenergie geschaffen, die als Antriebseinheit entsprechend den Windverhältnissen schlangenlinienförmig bewegbar ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung wird dadurch geschaffen, dass an der Oberseite des Schwimmkörpers zusätzlich ein Rahmen zur Aufnahme der verstellbaren Flächenelemente angeordnet ist und an dem Rahmen die Zugelemente als Seile und/oder Gestänge angreifen.
Zur vorteilhaften Aufnahme und Verstellung der Schwerter sowie entsprechender Stabilisierung wird vorgeschlagen, dass an der Unterseite des Schwimmkörpers ein Rahmen zur Aufnahme der Elemente als Schwerter angeordnet ist sowie mit dem Rahmen Zugelemente als Seile verbunden sowie zum gebildeten Verknüpfungspunkt geführt sind.
Um die Effektivität zu erhöhen, ist vorgesehen, dass die Flächenelemente als Windangriffsflächen durch Profilelemente gebildet sind.
Ferner ist zur Erzielung von günstigen Verhältnissen bei Gegenwind vorgesehen, dass der Verknüpfungspunkt zur Aufnahme von Schubkräften der Gestänge durch einen Schwimmkörper gebildet ist.
Weiterhin wird zur effektiven Nutzung vorgesehen, dass das Zugseil mit einem zwischengeschalteten Schwimmkörper mit einem Kielschwert verbunden und als Umlenkelement für eine Verbindung zum Verknüpfungspunkt aufweist sowie die Verbindung am Schwimmkörper etwa mittig verschwenkbar angelenkt ist, wobei das Zugseil über einen weiteren steuerbaren Stellantrieb verschwenkbar verbunden ist, um das Zugseil jeweils in Fahrtrichtung unabhängig von der Ausrichtung des Schwimmkörper einzustellen. Dabei wird als Ausgestaltung vorgesehen, dass das Zugseil und die Verbindung zum Verknüpfungspunkt jeweils über verschwenkbare Hebelelemente bzw. Rahmenelemente am Schwimmkörper etwa mittig angelenkt sind und das Zugseil über den weiteren steuerbaren Stellantrieb in Fahrtrichtung unabhängig von der Ausrichtung des Schwimmkörpers einstellbar ist.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Antriebseinheit als Schwimmkörper mit verstellbaren Windangriffsflächen und Schwertern sowie einer Abspannung zum Schwimmkörper und zu den Windangriffsflächen,
Fig. 2 eine Anordnung gemäss Fig. 1 mit einem Rahmen zur Aufnahme der Windangriffsflächen,
Fig. 3 eine Anordnung wie Fig. 2 mit einem zusätzlichen Rahmen für die verstellbaren Schwerter und zugeordnete Abspannungen,
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Gesamtanordnung mit einem zusätzlichen Schwimmkörper zur Bildung eines Verknüpfungspunktes der Abspannung,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform entsprechend Fig. 3 mit einem zwischengeschalteten Umlenkelement als Schwimmkörper und
Fig. 6 eine vergrösserte Prinzipdarstellung des Umlenkelementes mit verschwenkbaren Rahmenelementen zur Aufnahme des Zugseiles und einer Verbindung zum Verknüpfungspunkt.
Bei der dargestellten Anordnung ist die Antriebseinheit 1 für ein Wasserfahrzeug 2 durch einen Schwimmkörper 3 gebildet, wobei der Schwimmkörper 3 besitzt an seiner Oberseite mehrere verstellbare parallel zugeordnete Flächenelemente 5 als segelartige Windangriffsflächen aufweist. Diesen Flächenelementen 5 sind jeweils nicht näher dargestellte Stellantriebe zugeordnet, die über eine Steuereinheit zur bedarfsweisen Einstellung einer Winkelstellung der Flächenelemente 5 entsprechend der Windrichtung ansteuerbar sind. An der Unterseite des Schwimmkörpers 3 sind verstellbare parallel zugeordnete Elemente 6 als Schwerter angeordnet, die ebenfalls über Stellantriebe über eine Steuereinheit entsprechend der vorliegenden Verhältnisse verschwenkbar sind. Gemäss Fig. 2 sind die verstellbaren Flächenelemente 5 zusätzlich über einen Rahmen 4 im oberen Bereich aufgenommen.
Die auf diese Weise gebildete Antriebseinheit 1 besitzt eine Abspannung durch Gestänge 7 als Stützmittel, die an dem Schwimmkörper 3 und den Flächenelementen 5 bzw. dem Rahmen 4 angreifen sowie in einem Verknüpfungspunkt 8 hinter der Antriebseinheit 1 zusammengeführt sind. Diese Gestänge 7 können auch teilweise bzw. insgesamt durch Seile gebildet werden.
Gemäss Fig. 3 sind die Elemente 6 als Schwerter ebenfalls zusätzlich durch einen Rahmen 9 aufgenommen, wobei der Rahmen 9 über Seile 10 als Abspannung mit dem Verknüpfungspunkt 8 verbunden ist. Der Verknüpfungspunkt 8 ist dabei über ein Zugseil 11 mit dem Wasserfahrzeug 2 verbunden.
Zur Stabilisierung der Anordnung und Abstützung der Gestänge 7 und Aufnahme von Schubkräften ist der Verknüpfungspunkt 8 auf bzw. mit einem Schwimmkörper 12 gebildet, der über das Zugseil 11 mit dem Wasserfahrzeug 2 verbunden ist.
Gemäss Fig. 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel zur Nutzung bei unterschiedlichen Windrichtungen mit einem guten Wirkungsgrad gezeigt, wobei ein zwischengeschalteter Schwimmkörper 13 als Umlenkelement angeordnet ist. Hierbei besitzt der Schwimmkörper 13 ein Kielschwert 14 und ist mit dem Zugseil 11 verbunden und weist eine Verbindung 15 zum Verknüpfungspunkt 8 auf. In dieser Ausbildung sind am Schwimmkörper 13 zur Verbindung mit dem Zugseil 11 und der Verbindung 15 vertikale Rahmenelemente 16,17 verschwenkbar etwa mittig angelenkt, wobei das Rahmenelement 16 über eine Verbindungsstange 18 mit dem Zugseil 11 verbunden ist und das Rahmenelement 16 über einen steuerbaren Stellantrieb 19 verschwenkbar einstellbar ist, um das Zugseil 11 jeweils in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeuges 2 unabhängig von der Ausrichtung des Schwimmkörpers 13 einzustellen. Das verschwenkbare Rahmenelement 17 ist dabei an der dem Zugseil 11 gegenüberliegenden Seite über die Verbindung 15 mit dem Verknüpfungspunkt 8 verbunden.
Durch diese Ausbildung ist es möglich, ein Wind-Antriebssystem auszubilden, das bei einer von der Fahrtrichtung abweichenden Windrichtung auch einen Vortrieb ermöglicht. Hierbei ist eine schlangenlinienförmige Bewegung des Antriebselementes möglich, um eine gute Ausnutzung der Windenergie durchzuführen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung als vorgeschaltete Antriebseinheit (1) für ein Wasserfahrzeug (2) in Form eines
Windangriffselementes, die über ein Zugseil (11) mit dem Wasserfahrzeug (2) zum Antrieb und/oder als Zusatzantrieb verbunden ist, wobei das Windangriffselement durch einen Schwimmkörper (3) gebildet ist, der an seiner Oberseite mehrere verstellbare parallel zugeordnete Flächenelemente (5) als segelartige Windangriffsflächen aufweist dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (3) an der Unterseite im Wasser mehrere verstellbare parallel zugeordnete Elemente (6) als Schwerter aufweist, wobei die Flächenelemente (5) und der Schwimmkörper (3) über Zugelemente als Seile (10) und/oder Stützmittel als Gestänge (7) in Form einer Abspannung über einen gebildeten Verknüpfungspunkt (8) hinter dem Schwimmkörper (3) zur Verbindung mit dem Zugseil (11) verbunden ist und dass die Windangriffsflächen und die Schwerter jeweils Stellantriebe aufweisen, die über eine zugeordnete Steuereinheit einstellbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite des Schwimmkörpers (3) zusätzlich ein Rahmen (4) zur Aufnahme der verstellbaren Flächenelemente (5) angeordnet ist und an dem Rahmen (4) die Zugelemente als Seile (10) und/oder Gestänge (7) angreifen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite des Schwimmkörpers (3) ein Rahmen (9) zur Aufnahme der Elemente (6) als Schwerter angeordnet ist sowie mit dem Rahmen (9) Zugelemente (10) als Seile verbunden sowie zum gebildeten Verknüpfungspunkt (8) geführt sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenelemente (5) als Windangriffsflächen durch Profilelemente gebildet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verknüpfungspunkt (8) zur Aufnahme von Schubkräften der Gestänge (7) durch einen Schwimmkörper (12) gebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugseil (11) mit einem zwischengeschalteten Schwimmkörper (13) mit einem Kielschwert (14) verbunden und als Umlenkelement für eine Verbindung (15) zum Verknüpfungspunkt (8) aufweist sowie die Verbindung (15) am Schwimmkörper (13) etwa mittig verschwenkbar angelenkt ist, wobei das Zugseil (11) über einen weiteren steuerbaren Stellantrieb (19) verschwenkbar verbunden ist, um das Zugseil (11) jeweils in Fahrtrichtung unabhängig von der Ausrichtung des Schwimmkörper (13) einzustellen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugseil (11) und die Verbindung (15) zum Verknüpfungspunkt (8) jeweils über verschwenkbare Hebelelemente bzw. Rahmenelemente (16,17) am Schwimmkörper (13) etwa mittig angelenkt sind und das Zugseil (11) über den weiteren steuerbaren Stellantrieb (19) in Fahrtrichtung unabhängig von der Ausrichtung des Schwimmkörpers (13) einstellbar ist.
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WO (1) WO2021197527A1 (de)

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