Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Wasserfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 15 offenbart.

[0002] Das erfindungsgemäße Antriebssystem für ein Wasserfahrzeug umfasst sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektromotor.

[0003] Hybride Antriebssysteme für Wasserfahrzeuge sind im Stand der Technik bereits bekannt. Aus der US 5,417,597 ist ein Wasserfahrzeug bekannt, bei dem die Elektroenergie für den Elektroantrieb des Wasserfahrzeuges durch Energieerzeugungsmodule erzeugt wird, die eine Gasturbine, einen Generator und einen Wechselrichter enthalten. Der Verbrennungsmotor wird bei diesem Wasserfahrzeug ausschließlich zur Energieerzeugung für den Elektromotor genutzt. Ein Antrieb des Wasserfahrzeuges mit dem Verbrennungsmotor ist nicht möglich. Von Nachteil ist des Weiteren, dass somit der Antrieb des Wasserfahrzeuges ausschließlich mit dem Elektromotor möglich ist und somit nicht der Verbrennungsmotor und der Elektromotor wahlweise einzeln oder gemeinsam zum Antrieb des Wasserfahrzeuges und/oder für Schraubenantriebe und/oder Wasserstrahlantriebe genutzt werden können.

[0004] In der KR 1020110028399 ist zudem dem ein hybrides Antriebssystem für ein Wasserfahrzeug offenbart worden, bei dem mehrere Schraubenantriebe durch Elektromotoren und ein Wasserstrahlantrieb durch eine Gasturbine angetrieben werden.

[0005] Von Nachteil bei dieser Ausführungsform ist, dass die Reichweite des Wasserfahrzeuges eingeschränkt ist, da der Energiespeicher der Elektromotoren nur eine begrenzte Kapazität hat. Zudem kann die Gasturbine nicht in Gebieten eingesetzt werden, um leise aus dem Hafenbereich ausfahren zu können oder Ziele zu errei- chen, die für Wasserfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren gesperrt sind.

[0006] Ausgehend von diesem Stand der Technik hat sich die vorliegende Erfindung die Ausgabe gestellt, ein Antriebssystem für ein Wasserfahrzeug bereitzustellen, bei dem mit dem Schraubenantrieb eine möglichst große Reichweite des Wasserfahrzeuges erzielt werden kann und das Wasserfahrzeug mit dem Wasserstrahlantrieb auch in Gebieten gefahren werden kann, in denen nur eine geringe Geräuschentwicklung zulässig ist oder der Betrieb von Verbrennungsmotoren verboten ist.

[0007] Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

[0008] Bei der vorliegenden Erfindung umfasst das Antriebssystem für das Wasserfahrzeug einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor, einen Schraubenantrieb und einen Wasserstrahlantrieb. Dabei bildet der Verbrennungsmotor die Antriebsquelle für den Schraubenantrieb und der Elektromotor die Antriebquelle für den Wasserstrahlantrieb. Zudem ist bei der vorliegenden Erfindung eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen, mit der mehrere Antriebsweisen gesteuert werden können, bei denen wahlweise der Verbrennungsmotor und/oder der Elektromotor zum Antrieb des Wasserfahrzeuges genutzt werden können.

[0009] Die Erfindung schließt weitere Kombinationen von mehreren mit Verbrennungsmotoren angetriebene Schraubenantrieben und/oder mehrere mit Elektromotoren angetriebenen Wasserstrahlantrieben mit ein. Beispiele derartiger Kombinationen werden in den Zeichnungen zu 1 bis 5 gezeigt.

[0010] Das Wasserfahrzeug wird dergestalt mit einem Antriebssystem ausgestattet, bei dem durch den Antrieb des Schraubenantriebes durch den Verbrennungsmotor eine möglichst große Reichweite und Reisegeschwindigkeit erzielt werden kann. Bei Zuschaltung des durch den Elektromotor angetriebenen Wasserstrahlantriebes kann darüber hinaus eine weitere Leistungssteigerung erzielt werden, um die Beschleunigung und/oder die Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges zu erhöhen. Ebenso ist es möglich, für den Antrieb des Wasserfahrzeuges ausschließlich den Elektromotor mit dem Wasserstrahlantrieb zu verwenden, um beispielsweise im Hafenbereich weitestgehend geräuschlos das Wasserfahrzeug bewegen zu können. Des Weiteren können mit dieser Antriebsart auch Gebiete befahren werden, in denen der Einsatz von Verbrennungsmotoren und/oder von Schraubenantrieben aus Umweltgründen verboten ist, beispielsweise wegen Geräuschemissionen, Abgasen und/oder Aufwirbelung des Grundes durch den Schraubenantrieb.

[0011] Mit der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung kann der Benutzer folglich mindestens drei Antriebsweisen auswählen. Zum ersten den Schraubenantrieb unter Einsatz des Verbrennungsmotors, zum anderen den Wasserstrahlantrieb unter Ansatz des Elektromotors und schließlich den Boostermodus, in dem sowohl der Schraubenantrieb mit dem Verbrennungsmotor als auch der Wasserstrahlantrieb mit dem Elektromotor aktiv sind. Die Steuerungsvorrichtung kann wahlweise über ein Display oder einen Drehauswahlknopf bedient werden. Die Steuerungsvorrichtung kann wahlweise über ein Display oder einen Drehauswahlknopf bedient werden.

[0012] Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mit der Steuerungsvorrichtung neben der Quelle der Antriebskraft (Schraubenantrieb mit Verbrennungsmotor und/oder Wasserstrahlantrieb mit Elektromotor) auch die Abgabeleistung der Antriebsquelle(n) sowie die Lenkung und der Joystick gesteuert werden können. Die Steuerungsvorrichtung kann somit eine Vielzahl von weiteren Funktionen übernehmen. Der Benutzer kann folglich nicht nur auswählen, mit welcher Antriebsquelle das Wasserfahrzeug bewegt wird, sondern darüber hinaus auch die Abgabeleistung der Antriebsquelle, beispielsweise durch einen Gashebel oder Joystick, regeln bzw. die Mittel für die Steuerung des Wasserfahrzeuges, beispielweise ein Lenkrad oder einen Joystick, auswählen.

[0013] Die Steuerungsvorrichtung kann dem Benutzer somit eine Vielzahl von unterschiedlichen Antriebsweisen zur Verfügung stellen, bei denen einzelne Vorrichtungen zum Antrieb, Geschwindigkeitsregulierung und Lenkung des Wasserfahrzeuges aktiviert und andere Vorrichtungen deaktiviert sind.

[0014] So ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Steuerungsvorrichtung so eingestellt ist, dass nur der Verbrennungsmotor zum Antrieb des Wasserfahrzeuges genutzt wird, die Abgabeleistung des Verbrennungsmotors über einen oder mehrere Gashebel gesteuert wird und die Lenkung des Wasserfahrzeuges über ein Lenkrad erfolgt, während der Elektromotor, der Wasserstrahlantrieb und der Joystick nicht betriebsbereit sind. Diese Antriebsweise ermög- licht die höchste Reichweite und die komfortabelste Geschwindigkeits- und Richtungsregelung bei Reisegeschwindigkeit des Wasserfahrzeuges. Bei dieser Antriebsweise ist lediglich der Schraubenantrieb mit dem Verbrennungsmotor aktiv, während der Wasserstrahlantrieb mit dem Elektromotor nicht im Einsatz ist. Die Geschwindigkeitsregelung erfolgt über einen oder mehrere Gashebel und die Lenkung des Wasserfahrzeuges über ein Lenkrad. Der Joystick ist bei dieser Antriebsweise außer Funktion gesetzt.

[0015] Bei einer weiteren Antriebsweise wird lediglich der durch den Elektromotor angetriebene Wasserstrahlantrieb als Antrieb des Wasserfahrzeuges genutzt. Bei dieser Antriebsweise wird die Abgabeleistung des Elektromotors über einen oder mehrere Gashebel gesteuert, während die Lenkung des Wasserfahrzeuges über ein Lenkrad erfolgt. Der Verbrennungsmotor, der Schraubenantrieb und der Joystick sind bei dieser Antriebsweise nicht betriebsbereit.

[0016] Diese Antriebsweise wird häufig dazu genutzt werden, um möglichst geräuschlos aus dem Hafen ausfahren zu können oder um Ziele erreichen zu können, die für Wasserfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren gesperrt sind. Desweiteren ist diese Antriebsweise aus Sicherheitsgründen besonders vorteilhaft, wenn das Wasserfahrzeug in Gebieten bewegt wird, in denen schwimmende Personen oder Tiere im Wasser sind, die durch den Propeller eines Schraubenantriebs verletzt werden könnten.

[0017] Neben den vorstehenden Antriebsweise, bei denen wahlweise der Verbrennungsmotor oder der Elektromotor zum Einsatz kommt, sind darüber hinaus auch weitere Antriebsweisen erfindungsgemäß vorgesehen, bei der durch die Steuerungsvorrichtung sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor gleichzeitig zum Antrieb des Wasserfahrzeuges genutzt werden.

[0018] So ist bei einer erfindungsgemäßen Weiterentwicklung der Steuerungsvorrichtung eine Antriebsweise möglich, bei der sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor gleichzeitig zum Antrieb des Wasserfahrzeuges genutzt werden, die Abgabeleistung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors über einen oder mehrere Gashebel gesteuert wird und die Lenkung des Wasserfahrzeuges über ein Lenkrad erfolgt. Bei dieser Antriebsweise ist der Joystick nicht betriebsbereit. [0019] Des Weiteren ist bei einer bevorzugten Antriebsweise vorgesehen, dass zunächst der Verbrennungsmotor zum Antrieb des Wasserfahrzeuges genutzt wird. Bei dieser Antriebsweise hat der Führer des Wasserfahrzeuges die Möglichkeit, den Elektromotor mittels eines Tastendruckes freizuschalten, so dass der Elektromotor ab einer vorgegebenen Position des Gashebels automatisch zugeschaltet wird. Diese Antriebsweise ist besonders vorteilhaft, wenn es dem Führer des Wasserfahrzeuges darauf ankommt, kurzfristig die Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges zu erhöhen. Die Zuschaltung des Elektromotors bewirkt eine bessere Beschleunigung und eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges.

[0020] Die Zuschaltung des Elektromotors erfolgt bei einer bevorzugten Ausführungsweise dieses Antriebsmodus insbesondere dann, wenn der Gashebel nahezu die Position zur Erreichung der größten Reisegeschwindigkeit bei ca. 90 - 95 % erreicht hat, um einen zusätzlichen Leistungsschub durch den mit dem Elektromotor angetriebenen Wasserstrahlantrieb zu erreichen. Hierbei wird sowohl eine besonders hohe Beschleunigung als auch eine Steigerung der Höchstgeschwindigkeit erreicht. Häufig wird allerdings die Leistungssteigerung nur von kurzer Dauer sein, da der Energiespeicher des Elektromotors bei maximaler Leistung sich schnell entlädt.

[0021] Bei dieser Antriebsweise wird die Abgabeleistung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors über einen oder mehrere Gashebel gesteuert und die Lenkung des Wasserfahrzeuges über das Lenkrad bewirkt. Der Joystick ist in diesem Antriebsmodus deaktiviert und nicht betriebsbereit.

[0022] Schließlich sind bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch noch Antriebsweisen, vorrangig zum Rangieren des Wasserfahrzeuges in Hafenbereichen, vorgesehen.

[0023] Bei der ersten dieser Antriebsweisen wird der Verbrennungsmotor zum Antrieb des Wasserfahrzeuges genutzt und die Abgabeleistung des Verbrennungsmotors und die Lenkung des Wasserfahrzeuges über den Joystick geregelt. Durch die Joysticksteuerung ist die volle Beweglichkeit des Wasserfahrzeuges um 3 Achsen gewährleistet, um besonders komfortabel und zielgenau im Hafenbereich rangieren zu können. [0024] Alternativ ist eine Antriebsweise vorgesehen, bei der der Elektromotor zum Antrieb des Wasserfahrzeuges genutzt wird und die Abgabeleistung des Elektromotors und die Lenkung über den Joystick erfolgt.

[0025] Bei den vorstehend beschriebenen Antriebsweisen, die vorrangig im Hafenbereich verwendet werden, sind jeweils der andere Motor, das Lenkrad und der Gashebel nicht betriebsbereit bzw. aktiviert.

[0026] Darüber hinaus offenbart die vorliegende Erfindung weitere Ausführungsformen, bei denen die Wirksamkeit des Antriebs und/oder die ökologische Nachhaltigkeit des Antriebs deutlich gesteigert wird.

[0027] So ist bei einer dieser Ausführungsformen vorgesehen, dass sobald der Antrieb des Wasserfahrzeuges ausschließlich mit dem Elektromotor erfolgt, der Propeller des Schraubenantriebes ganz oder teilweise aus der Wasserströmung bewegt wird. Der Strömungswiderstand des Wasserfahrzeuges wird durch diese Maßnahme deutlich reduziert. Bei einem Außenborder kann der Propeller des Schraubenantriebes dadurch aus der Wasserströmung bewegt werden, indem der Außenborder in eine Position überführt wird, in der der Propeller in einer Position oberhalb der Wasseroberfläche liegt. Außerdem kann der Außenbordmotor in eine Position so gekippt oder gehoben werden, dass er den Strömungswiderstand des Wasserfahrzeuges nicht mehr erhöht. Bei einem Z-Antrieb des Schraubenantriebes kann die Antriebseinheit mit dem Propeller mittels einer Vorrichtung in eine Position überführt werden, in der der Propeller nicht mehr im Strömungsbereich des Wasserfahrzeuges liegt. Als Alternative dazu wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass bei einem Wellenantrieb des Schraubenantriebs ein Verstellpropeller zum Einsatz kommt, der in eine widerstandsarme Einstellung überführt werden kann.

[0028] Zudem wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung offenbart, bei der, sobald der Antrieb des Wasserfahrzeuges ausschließlich mit dem Verbrennungsmotor erfolgt, die Einlassöffnung des Wasserstrahlantriebes ganz oder teilweise verschlossen wird oder der Wasserstrahlpropeller des Wasserstrahlantriebes in eine Freilaufstellung versetzt wird. Durch diese Maßnahmen wird ebenfalls der Strö- nungswiderstand des Wasserfahrzeuges erheblich reduziert und die Wirksamkeit und Nachhaltigkeit des Antriebes gesteigert. [0029] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsystems werden der Verbrennungsmotor und/oder der Elektromotor mit umweltfreundlichen Treibstoffen betrieben. So kann insbesondere der Energiespeicher für den Elektromotor mit Ökostrom, d.h. aus regenerativen Energiequellen, wie Sonne, Wind, Wasser etc., geladen werden. Für den Betrieb des Verbrennungsmotors können zudem synthetische Kraftstoffe verwendet werden, die mittels Strom aus Wasser und Kohlendioxid hergestellt werden.

[0030] Um den Elektromotor mit ausreichend Energie versorgen zu können, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Elektromotor seine Energie aus einer Hochvolt-Batterie des Wasserfahrzeuges bezieht. Hochvolt-Batterien mit einer Spannung von mehr als 40 Volt sind Speichersysteme mit besonders hoher Effizienz.

[0031] Um die Reichweite des Wasserfahrzeuges beim Antrieb durch den Elektromotor zu erhöhen, ist bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems vorgesehen, dass die Hochvolt-Hauptbatterie des Wasserfahrzeuges wahlweise durch ein Ladegerät mit externem Strom im Hafen oder durch einen durch einen Verbrennungsmotor des Wasserfahrzeuges betriebenen Generator aufgeladen wird. Der Verbrennungsmotor treibt bei dieser Ausführungsform ein Stromerzeugungsaggregat an, das dem Strom in die Hochvolt-Hauptbatterie des Wasserfahrzeuges einspeist.

[0032] Schließlich ist bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsystems vorgesehen, dass die Bordelektrogeräte und die sonstigen elektrischen Geräte des Wasserfahrzeuges aus einer Pufferbatterie mit Energie versorgt werden, die ihre Energie über einen Gleichstromwandler aus der Hochvolt-Hauptbatterie des Wasserfahrzeuges entnimmt. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Stromversorgung des Wasserfahrzeuges (Licht, Kühlschrank, Navigationssystem, Funkgeräte etc.) aus dem gleichen Energiespeicher, der auch für den Antrieb des Elektromotors verwendet wird. Durch den Gleichstromwandler wird die elektrische Spannung so angepasst, dass die danach in der Pufferbatterie gespeicherte Energie auch für die Bordelektrogeräte und die sonstigen elektronischen Geräte des Wasserfahrzeuges verwendet werden kann.

[0033] Die Zeichnungen 1 bis 5 zeigen diverse Kombinationen von Antriebsystemen, in denen Verbrennungsmotoren mit Schraubenantrieben und Elektromotoren mit Wasserstrahlantrieben gezeigt werden. Es handelt sich hierbei nur um exemplarische Beispiele, die nicht abschließend sind.

[0034] So zeigt die Zeichnung 1 ein Antriebsystem mit zwei Verbrennungsmotoren mit Schraubenantrieben, zwischen denen ein Elektromotor mit Wasserstrahlantrieb angeordnet ist.

[0035] Die Zeichnung 2 zeigt zwei mit Elektromotoren angetriebene Wasserstrahlantriebe, zwischen denen ein Verbrennungsmotor mit Schraubenantrieb angeordnet ist.

[0036] Die Zeichnung 3 offenbart eine Ausführungsform, bei der zwischen zwei Elektromotoren mit Wasserstrahlantrieben zwei Verbrennungsmotoren mit Schraubenantrieben angeordnet sind.

[0037] In der Zeichnung 4 wird eine Ausführungsform mit insgesamt drei Elektromotoren mit Wasserstrahlantrieben und zwei Verbrennungsmotoren mit Schraubenantrieben gezeigt, bei denen die Verbrennungsmotoren mit Schraubenantrieb jeweils zwischen den Elektromotoren mit Wasserstrahlantrieb angeordnet sind.

[0038] Die Zeichnung 5 macht eine Ausführungsform erkennbar, bei der zwischen drei Verbrennungsmotoren mit Schraubenantrieb jeweils im Wechsel Elektromotoren mit Wasserstrahlantrieb angeordnet sind.

[0039] Die Zeichnung 6 zeigt eine Draufsicht auf ein Wasserfahrzeug, das mit zwei Verbrennungsmotoren mit Schraubenantrieb und einem dazwischen angeordneten Elektromotor mit Wasserstrahlantrieb ausgestattet ist. Die Hochvolt-Hauptbatterie ist zum einen mit einem Ladegerät verbunden, über das die Hochvolt-Hauptbatterie durch Energie von Land aus im Hafen geladen werden kann. Zum anderen ist die Hochvolt-Hauptbatterie über einen Gleichstromwandler mit einer Pufferbatterie verbunden. Die Pufferbatterie wird für die Energieversorgung der Bordelektrogeräte verwendet. Der Gleichstromwandler ist erforderlich, um die Spannung der Hochvolt- Hauptbatterie auf die Spannung der Pufferbatterie herabzusetzen.

[0040] Des Weiteren zeigt die Zeichnung den Fahrstand des Wasserfahrzeuges mit einem Lenkrad, einem Gashebel und einem Joystick. Zudem ist ein Display erkenn- bar, über das die unterschiedlichen Antriebsweisen des Wasserfahrzeuges angewählt und angezeigt werden.

Bezugszeichenliste

1 Verbrennungsmotor

2 Elektromotor

3 Schraubenantrieb

4 Wasserstrahlantrieb

5 Steuerungsvorrichtung

6 Joystick

7 Lenkrad

8 Gashebel

9 Display

10 Propeller

11 Hochvolt-Hauptbatterie

12 Ladegerät

13 Pufferbatterie

14 Gleichstromwandler