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Patent Searching and Data


Title:
WATERCRAFT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/097881
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a watercraft, particularly an inland water vessel, comprising a bow region substantially in the shape of a wedge. At the center, a beveled surface tapering approximately from the bow toward aft into the bottom of the vessel is present. On the starboard and port sides downwardly projecting guide elements are provided, which delimit the central beveled surface at least in some regions. To this end, the guide elements are configured as skids, which are tapered toward aft in a flow-dynamic manner. Furthermore, aft of the skids, flow regions that are open to the side and downward are present, the main flow direction of which, as viewed in the travel direction, form approximately an acute angle to the midship line.

Inventors:
WULF, Udo (Klingenbergstrasse 146, Klausdorf/Schwentine, 24147, DE)
THILL, Cornel (Erzbischof-Bruno-Strasse 6a, Xanten, 46509, DE)
Application Number:
EP2008/009748
Publication Date:
August 13, 2009
Filing Date:
November 18, 2008
Export Citation:
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Assignee:
NEW-LOGISTICS GMBH (Barnstorfer Strasse 27-29, Goldenstedt, 49424, DE)
WULF, Udo (Klingenbergstrasse 146, Klausdorf/Schwentine, 24147, DE)
THILL, Cornel (Erzbischof-Bruno-Strasse 6a, Xanten, 46509, DE)
International Classes:
B63B1/06; B63B1/32; B63H25/06; B63H25/38
Attorney, Agent or Firm:
HEIM, Hans-Karl et al. (Weber & Heim, Irmgardstrasse 3, München, 81479, DE)
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Claims:
PATENTANSPRüCHE

1. Wasserfahrzeug (1), insbesondere ein Schiff als Binnenschiff bzw. Küstenmotorschiff, mit einem Bugbereich (2; 130; 100) im Wesentlichen in Form eines Keils, der mittig eine etwa vom Bug nach achtern in den Schiffsboden (11; 146; 111) auslaufende Schrägfläche (10; 140; 101) aufweist, mit steuerbord- und backbordseitig vorgesehenen, die Schrägfläche (10; 140; 101) zumindest teilweise begrenzenden nach unten ragenden Führungselementen (5, 6; 133; 125, 126), dadurch gekennzeichnet, a) dass die Führungselemente als Kufen (5, 6; 133; 125, 126) ausgebildet sind, die sich strömungsdynamisch nach achtern verjüngen, b) dass achterlich von den Kufen (5, 6; 133; 125, 126) zur Seite und nach unten offene Strömungsbereiche (27, 28; 138, 139; 127, 128) vorgesehen sind, c) deren Hauptströmungsrichtung in Fahrtrichtung gesehen etwa einen spitzen Winkel zur Mittschiffslinie (3) bildet.

2. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kufen (5, 6) flössen-, finnen- oder ruderartig ausgebildet sind und insbesondere im Horizontalschnitt etwa als längliche Tropfenform, flügeiförmig oder tragflächenartig gestaltet sind.

3. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass achterlich von den Kufen (5, 6) in den offenen Strömungsbereichen (27, 28) jeweils mindestens eine Antriebseinheit (17, 18) angeordnet ist,

die im Wesentlichen innerhalb der Schiffsrumpfkontur vorgesehen ist.

4. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägfläche (10) mit den Kufen (5, 6) einen bugseitigen mittigen Schrägflächenkanal bildet, der nach achtern hinter den offenen Strömungsbereichen (27, 28) in den horizontalen Schiffsboden (11) ausläuft.

5. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägfläche (10) mindestens längs der Mittschiffslinie (3) flachbogenförmig ausgebildet ist und insbesondere quer zur Mittschiffslinie im Vertikalschnitt im Wesentlichen eine V-förmige breite Kontur, speziell mit stumpfen Winkel aufweist, und im Bereich der Kufen (5, 6) im Vertikalschnitt etwa M-Form hat, deren äußere Schenkel in die Form der Kufen (5, 6) übergehen.

6. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Seitenansicht auf den Bugbereich (2) gesehen, die Seitenbereiche der Schrägfläche (10) einen vorderen und einen achterlichen Schrägbereich (23, 24) aufweisen, die etwa in der Mitte der Längserstreckung des Bugbereiches (2) in einen weitgehend horizontal verlaufenden Zwischenstufenbereich (25) übergehen, oder dass die Schrägbereiche (23, 24) und der Zwischenbereich eine vom Bug (13) bis zum hinteren übergang in die Bodenkontur des Schiffsrumpfes verlaufende ballig geformte durchgehende Fläche bilden, deren Kontur partiell etwa mit der flachbogenförmigen Schrägfläche (10) verläuft.

7. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils mindestens eine Antriebseinheit (17, 18) im Zwischenstufenbereich (25) mit Abstand zu der entsprechenden Kufe (5, 6) angeordnet ist.

8. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

dass die Kufen (5, 6) in Draufsicht von unten und in Richtung zum Bug eine

Schrägstellung nach innen aufweisen, oder etwa parallel zur Mittschiffslinie (3) ausgerichtet sind.

9. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kufen (5, 6) abhängig vom Schiffstyp, von der Schiffsgeschwindigkeit und dessen Tiefgangbereich in ihrer Höhe und/oder Formgebung, insbesondere hinsichtlich ihrer Verdrehung des Profils, der Krümmung, der Dicke und/oder des Anstellwinkels der Kufen oder der Anbringungsposition am Bug, auslegbar und adaptierbar sind.

10. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseiten der Kufen (5, 6) etwa in der Verlängerungsebene des Schiffsbodens (11) liegen und nach vorn zum Bug aufgebogen sind und weitgehend vertikal in den Bugbereich, insbesondere in den stirnseitigen (13) Bugbereich oder mit Abstand dazu, übergehen.

11. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kufen (5, 6) nachrüstbar, insbesondere am vorderen Schrägbereich (23) des Bugs (2) anbringbar sind.

12. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Längserstreckung der Kufen (5, 6) in Abhängigkeit von der Schiffsgeschwindigkeit etwa 1/8 bis 1/3, insbesondere etwa 1/6 der Länge der Schrägfläche (10) betragen kann.

13. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kufen (5, 6) am unteren Ende ein Leitprofil (34) aufweisen oder einen nach hinten gerichteten Wulstauslauf (35) zur Verhinderung von Zopfwirbelströmungen im Kantenbereich der Kufen.

14. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schiffsboden (46) im Heckbereich (48) sehr flach nach achtern ausläuft und mit einem Totholz (49) zur Richtungsstabilisierung ausgelegt ist.

15. Wasserfahrzeug nach einem Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Heckbereich (48) eine nach hinten offene, etwa halbschalenförmige Wirbelrinne (40) vorgesehen ist.

16. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheiten (17, 18) mit einer Drehung von 180° bis 360° ausrichtbar sind und insbesondere als elektrodynamische Propulsionsantriebe ausgelegt sind.

Description:

WASSERFAHRZEUG

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Schiff als Binnenschiff bzw. Küstenmotorschiff, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige, speziell für die Binnenschifffahrt geeignete Wasserfahrzeuge sind beispielsweise aus der DE 37 12 534 A1 bzw. der EP 1 663 769 B1 bekannt. Das Wasserfahrzeug entsprechend der EP 1 663 769 B1 weist dabei einen Bugbereich auf, der im Wesentlichen die Form eines liegenden Keils hat und der mittig eine etwa vom Bug nach achtern in den Schiffsboden auslaufende Schrägfläche aufweist. Diese Schrägfläche bildet zusammen mit den steuerbord- und backbordseitig vorgesehenen Führungselementen eine Art Schrägflächenkanal.

Die beidseitig vorgesehenen Führungselemente, die etwa in Form eines stehenden Keil den Schrägflächenkanal nach innen begrenzen, haben im rückwärtigen Bereich Ausnehmungen, in denen jeweils mindestens eine Antriebseinheit, zum Beispiel als Propul- sionseinheit, vorgesehen ist.

Sowohl die Führungselemente als auch die Auslegung der Ausnehmungen weisen in strömungstechnischer Hinsicht noch erhebliche Verbesserungsmöglichkeiten auf, da die Bildung von Strömungswirbeln im achterlichen Bereich der Führungselemente ebenso wie die Ausnehmungen für die Propulsionseinheiten selbst und deren übergang in den Schiffsboden durch in Fahrt entstehende Turbulenzen einen höheren Energiebedarf erfordern, als dies im Gesamtkonzept angestrebt wird.

Ein Nachteil wird hierbei insbesondere in der Gestaltung der rückwärtigen Form der Führungselemente zu den Ausnehmungen und auch die nach achtern orientierte Formgebung der Ausnehmungen gesehen.

A u f g a b e der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Wasserfahrzeug und Binnenschiff in der Formgebung des Unterwasserschiffes im Bugbereich und Vorschiff so zu verbessern, dass ein hoher Wirkungsgrad der Antriebseinheiten aufgrund der

Formgebung des Unterwasserschiffes und der daraus resultierenden Strömungsdynamik erreicht wird, wobei auch der Energieverbrauch bei vergleichbaren Geschwindigkeiten mit anderen Schiffstypen reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß beim Wasserfahrzeug durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Ein Kerngedanke ist hierbei, die im Stand der Technik relativ langen Führungselemente als Kufen auszubilden, die eine relativ kurze Längserstreckung aufweisen und strömungsdynamisch gestaltet sind. Achterlich der Kufen sind zur Seite und nach unten offene Strömungsbereiche beziehungsweise Strömungskanäle vorgesehen, durch die die verdrängten Wassermengen nach außen und unten abgeleitet werden können. Insbesondere wird durch die Platzierung von Antriebseinheiten, insbesondere Propulsion- seinheiten, in diesen Bereichen der Strömungsbereiche eine effiziente Antriebsmöglichkeit geschaffen. Die Hauptströmungsrichtung der in den Strömungsbereichen nach außen und unten abgeleiteten Wassermengen erfolgt in diesen Bereichen etwa in einem spitzen Winkel zur Mittschiffslinie. Bei dieser Formgebung des Unterwasserschiffes des Bugbereichs können durch die Verbesserung der Strömungsdynamik zu und von den Antriebseinheiten, Strömungsbeeinträchtigungen an den Kufen bei kleinen Anstellwinkeln zur Mittschiffslinie weitgehend egalisiert werden.

Ein wichtiger weiterer Gedanke ist, die Anordnung und die Profilauslegung der Kufen so zu treffen, dass die beiden Wellensysteme, die einerseits allein durch den Schiffsrumpf und die andererseits durch die Kufen in Fahrt erzeugt werden, durch die überlagerung von Wellenbergen und Wellentäler dieser beiden Wellensysteme erheblich reduziert, gegebenenfalls sogar egalisiert werden. Die Kufen erzeugen in diesem Sinn sozusagen phasenverschobene Wellen, die die Wellen des Schiffsrumpfes überlagern und zumindest partiell auslöschen. Hierdurch wird der Wellenwiderstand des Schiffes in Fahrt reduziert, so dass eine höhere Antriebseffizienz erreicht wird.

Die Kufen werden vorteilhafterweise flossenartig, finnenartig oder ruderartig gestaltet. Im Horizontalschnitt haben die Kufen deshalb strömungsdynamisch angepasst eine längliche Tropfenform, sind flügeiförmig oder tragflächenartig geformt. Vorteilhafterweise kann an der Unterkante dieser Kufen, speziell an der Hinterkante, ein Leitformteil vorgesehen sein, um die Bildung von Zopfwirbeln und Strömungswirbeln zu verhindern.

Die als Antriebseinheiten zweckmäßigerweise eingesetzten Propulsionsantriebe können elektrodynamisch ausgelegt und können um Winkel von 180° bis 360° um ihre Halterungsachse verschwenkt werden.

Im Hinblick auf einen hohen Wirkungsgrad der Antriebeseinheiten können auch dieselelektrische Antriebe, mechanisch-hydraulische Antriebe oder mechanische Direktantriebe abgestimmt auf den Schiffstyp und dessen Anforderungsprofil eingesetzt werden.

Die Anordnung der Antriebseinheiten innerhalb der Strömungsbereiche und Strömungskanäle wird so getroffen, dass einerseits eine bestmögliche Anströmung der durch die Strömungsbereiche geführten Wassermengen vorhanden ist. Andererseits erfolgt diese Anordnung der Antriebseinheiten derart, dass die durch den Schubstrahl nach außen verdrängten und beschleunigten Wassermassen sich reibungstechnisch nicht an den Schiffsrumpf anlegen. Der Coanda-Effekt wird somit weitgehend bzw. vollständig verhindert.

Die Antriebseinheiten einschließlich ihrer Düse werden in Abstimmung mit der weiteren Kontur so angeordnet, dass sie innerhalb der Schiffsrumpfkontur zu liegen kommen. Dies stellt eine höhere Sicherheit gegen Havarien im Bereich des Schiffsbodens und der Schiffseiten dar.

Die Schrägfläche des Bugbereichs ist mindestens längs der Mittschiffslinie flachbogenförmig ausgebildet und weist insbesondere quer zur Mittschiffslinie im Vertikalschnitt etwa eine V-förmige breite Kontur auf, die speziell einen stumpfen Winkel bildet. Im Bereich der Kufen entsteht im Vertikalschnitt etwa eine M-Form, deren äußere Schenkel in die Form der Kufen übergehen.

In einer Seitenansicht auf dem Bugbereich ist die Formgebung derart, dass ein vorderer und ein achterlicher Schrägbereich gebildet ist, wobei etwa in der Mitte der Längserstreckung des Bugbereiches ein weitgehend horizontal verlaufender Zwischenstufenbereich vorgesehen ist.

In diesem Zwischenstufenbereich sind vorteilhafterweise die Antriebseinheiten platziert, um hydrodynamisch günstige Anström- und Abströmbedingungen in Fahrt des Schiffes zu erreichen.

Der vordere und achterliche Schrägbereich kann zusammen mit dem Zwischenbereich auch im Hinblick auf die optimale Geschwindigkeit des Schiffes als ballig geformte kon-

tinuierlich verlaufende Fläche ausgebildet sein.

In dieser Art wird eine relativ flachbogenförmige, einteilige Fläche erzeugt, die die Strömungsdynamik insbesondere im Bereich der Gondel der Antriebseinheit, noch verbessert.

Die Antriebseinheiten sind mit Abstand zur achterlichen Begrenzung beziehungsweise Kante der entsprechenden Kufe angeordnet, so dass eine gute Anströmung der Antriebseinheiten erreicht wird.

Die Kufen werden zweckmäßigerweise im Hinblick auf den Schiffstyp und dessen Tiefgangbereich in ihrer Höhe und Formgebung auf eine hydrodynamisch optimale Wirkung ausgelegt und adaptiert. Hierzu kann die Anpassung der Vertikalerstreckung der Kufe ebenso wie eine Verdrehung oder ein Twisten des Profils der Kufe oder die Veränderung der Krümmung und Dicke der Kufe und auch der Anstellwinkel der Kufen gegenüber der Mittschiffslinie, aber auch die Anbringungsposition der Kufen selbst am Bug, beitragen.

Bei bestimmten Ausstellwinkeln der Kufen gegenüber der Mittschiffslinie kann es sinnvoll sein, am unteren Ende der Kufen ein Leitelement zu integrieren, dass eine Um- strömung der Kufen unterkante in Querrichtung unterbindet oder reduziert oder Zopfwirbel verhindert.

Eine flössen- beziehungsweise finnenartig ausgelegte Kufe kann daher einen vorderen und unteren Anströmbereich etwa die Form eines „J" haben. Die Unterseite einer derartigen Kufe liegt vorteilhafterweise auf oder innerhalb der Verlängerungsebene des Schiffsbodens.

Die Positionierung der Kufen kann zweckmäßigerweise so getroffen werden, dass der vordere Anströmbereich der Kufe etwa vertikal in den stirnseitigen Bugbereich übergeht.

Abhängig von der gegebenenfalls vorgegebenen Schrägfläche des Bugbereiches, dem Bereich des Tiefganges bei beladenem und leerem Schiff, ebenso wie von dem Bereich der Fahrtgeschwindigkeit, kann die Kufe auch nach Achtern in Richtung zur Antriebseinheit versetzt sein.

Die Schrägfläche bildet vorteilhafterweise im Bereich der Kufen mit diesen einen bug- seitigen mittigen Schrägflächenkanal, der nach achtern hinter den offenen Strömungsbereichen in den horizontalen Schiffsboden ausläuft.

Vorteilhafterweise hat sich bei einem Binnenschiff mit Schrägfläche im Bugbereich eine Längserstreckung der Kufen bei etwa 1/6 der Länge der Schrägfläche als besonders strömungsgünstig erwiesen. Abhängig von den Schiffsgegebenheiten kann die Längserstreckung der Kufen aber auch etwa 1/8 bis 1/3 der Länge der Schrägfläche betragen. Die Form und Länge der Kufen ist insbesondere von der Schiffsgeschwindigkeit im Sinne der optimalen Fahrtgeschwindigkeit abhängig.

Ein Wasserfahrzeug mit einem derart ausgelegten Bugbereich wird antriebstechnisch auch im Heckbereich gleichartige Propulsionsantriebe aufweisen.

Diese Antriebe können in der vertikalen Ebene im Bezug auf die Propellernasenachse in Richtung der Strömungsfäden angestellt sein. In der horizontalen Ebene lassen sich beide Propulsionsantriebe entsprechend der Fahrtgeschwindigkeit und der durch enge

Fahrwasser erzeugten sich ändernden Zuströmung anstellen.

Im Hinblick auf die Anbringungen dieser heckseitigen Propulsionsantriebe und einer möglichst großen Verdrängung läuft der Schiffsboden im Heckbereich sehr flach nach achtern aus und ist zur Richtungsstabilisierung mit einem mittigen Totholz ausgestattet.

Da insbesondere bei langsamer Fahrt des Schiffes der zweckmäßigerweise als Kastenheck ausgelegte Heckbereich entsprechend den Testerkenntnissen etwas tiefer eintaucht, bildet sich dort frühzeitig eine Totwasserzone und Wirbelschleppe. Dies bedeutet jedoch eine Erhöhung des Fahrtwiderstandes.

Zur Reduzierung der auftretenden Totwasserwirbel wird das Heck daher mit einer wirbelbildenden querverlaufenden und nach hinten offenen Rinne bzw. Wirbelrinne versehen.

Auf diese Weise werden gezielt stabile kleine Abrisswirbel erzeugt, so dass der Fahrtwiderstand erheblich reduziert werden kann.

Die Wirbelrinne, die in Querrichtung des Schiffes gesehen etwa einem längs aufgeschnittenem Rohr mit der öffnung nach hinten gleicht und als untere Heckkante eingesetzt wird, reduziert bzw. eliminiert die achterlich auftretende Totwasserzone und die relativ große, instabile Wirbelschleppe, so dass beim Eintauchen dieser Wirbelrinne am Heck des Schiffes stabile Ablöseheckwirbel erzeugt werden.

In einer einfachen Form hat die Wirbelrinne etwa die Kontur eines Teilkreises von bis zu 180°. Im Hinblick auf die optimale Schiffsgeschwindigkeit können auch davon abweichende Formen, wie z.B. leicht elliptisch vorgesehen werden.

Die übliche Ruderwirkung im Heckbereich wird hierbei zum Beispiel durch die Drehbarkeit der Antriebseinheiten gewährleistet. Das Totholz und die Wirbelrinne können aus Metall oder einer starren Kunststoffkomposition bestehen. Für die Antriebs- und Steuerwirkung werden die Propulsionseinheiten im Abstand nach achtern versetzt zum Totholz angeordnet.

Dies führt zu einer Erhöhung der Propulsionswirkungsgraden und damit zur Reduzierung des erforderlichen Vortriebesleistung.

Die in den Strömungsbereichen beziehungsweise Strömungskanälen durch die Unterwasserform des Bugbereichs erzeugte Hauptströmungsrichtung bildet etwa einen spitzen Winkel zur Mittschiffslinie, so dass die sich im Schrägflächenbereich ansammelnden Wassermassen gut in die beiderseitigen Strömungsbereiche abgeleitet werden können. Die Hauptströmungsrichtung in den Strömungsbereichen beträgt etwa 10° bis 45°, mit einer vorzugsweisen Ausrichtung bei etwa 22° zur Mittschiffslinie.

Die lichte Höhe der Strömungsbereiche beziehungsweise Strömungskanäle gestattet die vollständige Aufnahme der entsprechenden Antriebseinheit, zumindest in fluchtende Ausrichtung mit dem Schiffsboden.

Im Hinblick auf eine weitere Reduzierung des Strömungswiderstandes am Unterwasserschiff hat sich gezeigt, dass die Relation der Längserstreckung der Kufen zur Länge der gesamten Schrägfläche beziehungsweise zum achterlichen Ausströmbereich der Strömungskanäle von besonderer Bedeutung ist.

Aufgrund der strömungsdynamischen Formgebung des Bugbereichs wird für die vorderen Antriebseinheiten trotz Anstellwinkels im Strömungskanal ein nahezu gleicher Pro- pulsionswirkungsgrad erreicht, wie mit den achtern platzierten Propulsionseinheiten.

Die erfindungsgemäße Formgebung des Bugbereichs einschließlich Gestaltung und Platzierung der Kufen können in ihrer Wirkung mit dem bekannten Wulstbugs bei Schiffen vergleichen werden. Nachteile des Wulstbugs können jedoch vermieden werden. So tritt beim erfindungsgemäßen Bug mit Kufen keine Verlängerung des Schiffes zwischen den Loten auf. Dies ist insbesondere für das Befahren von gegebenen Schleusenlän-

gen mit Binnenschiffen ein wichtiger Aspekt, weshalb bei Binnenschiffen üblicherweise auf einen Wulstbug verzichtet wird.

Ein Wulstbug ist üblicherweise für einen bestimmten Tiefgang eines Schiffes hydrodynamisch optimiert. Die Bugform gemäß der Erfindung erlaubt demgegenüber größere Freiheitsgrade, wobei sich die positiven Effekte auch bei unterschiedlichen Tiefgängen des Schiffes einstellen und vorhanden sind. Die Formgebung und Platzierung der Kufen, gegebenenfalls auch mit unterschiedlichem Anstellwinkel, lässt eine hohe Anpassungsflexibilität für den Schiffskonstrukteur zu, um auch bei unterschiedlichem Tiefgang eines Schiffes eine hydrodynamisch optimale Wirkung im Hinblick auf eine partielle oder weitgehende Egalisierung der durch Schiffskörper und Kufen erzeugten Wellensysteme zu erreichen.

Das erfindungsgemäße Konzept der Bugform mit Kufen, zum Beispiel mit Flossenkufen, bedingt keine Verlängerung des Schiffes, wie mit einem Wulstbug. Zudem wird mit weniger Volumen, speziell bei den Kufen, eine bessere Interferenz auf die Wellensysteme erreicht. Die Kufen lassen sich auch viel unabhängiger entwerfen und konfigurieren als dies ein Bugwulst zulässt, der in den Gesamtentwurf eines Schiffes von vornherein integriert werden muss. Kufen und Bug erlauben es daher dem Schiffskonstrukteur, zum Beispiel anhand der Spantarealkurve (vgl. "Hydromechanik zum Schiffsentwurf", 3. Auflage von 1988, Prof. Dr. Ing. Schneekluth, Koehler-Verlag), hydrodynamische Zielvorgaben besser umsetzen zu können.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Kufen unterstützen die Geradeaus- Laufeigenschaften des entsprechend ausgestatteten Schiffes in Vorausfahrt und in Rückwärtsfahrt, so dass die Kursstabilität des fahrenden Schiffsrumpfes für beide Fahrtrichtungen gewährleistet ist. In Verbindung mit der Bugform schützen die Kufen die vorderen Antriebseinheiten und sichern die Propulsionseffizienz dieser Antriebe. Dies gilt insbesondere bei Havarien des Schiffes an Böschungen oder bei Grundberührungen. Die gute Manövrierfähigkeit eines entsprechenden Schiffes mit Kufen wird aufrecht erhalten.

Die erfindungsgemäße Bug- und Kufengeometrie ist auch bei anderen Wasserfahrzeugen ohne vordere Antriebseinheiten möglich. Zum Beispiel können erfindungsgemäße Kufensysteme auch bei Wasserfahrzeugen mit Leichterbug- oder ein Pontonbugform ausgestattet oder sogar nachgerüstet werden. Auch hierbei kann die Reduzierung der

zwei Wellensysteme, welche durch Schiffsrumpf und Kufen erzeugt werden, aufgrund der überlagerung von über- und Unterdruckfeldern, erreicht werden.

Da die Kufen ein separates Bauteil eines Wasserfahrzeugs darstellen, können sie auch bei jeder geeigneten Schiffsform eingesetzt oder nachgerüstet werden. Die Form und Lage der Kufen ist jeweils auf die Bugform und die Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs abzustimmen.

Das erfindungsgemäße Bug- und Kufenkonzept zeigt auch, dass ein entsprechend ausgestattetes Schiffs aufgrund des schnell erreichbaren „Volumens" im Bugbereich, bei Seegang deutlich weniger zum Eintauchen beziehungsweise tiefen Einfahren in die Welle neigt, als ein herkömmlicher Bug. Man reduziert damit auch die Vertikalbewegung des Bugs und das Abbremsen des Schiffes beim Einfahren in die Welle. Letztlich wird dadurch eine höhere Durchschnittsgeschwindigkeit des Schiffes bei gegebener Vortriebsleistung erreicht.

Die entsprechende Auslegung eines Schiffes mit erfindungsgemäßer Bug- und Kufenform bringt daher einerseits eine große Stabilität für das Schiff mit, wobei bis zu einer gegebenen Grenzgeschwindigkeit dies nicht mit einer hohen Vortriebsleistung erkauft werden muss. Die genannten Faktoren bringen daher eine erhebliche Energieeinsparung für die Antriebseinrichtungen und den Schiffsbetrieb.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert, wobei auch Entstehungskonzepte einbezogen sind. Es zeigen:

Fig. 1A einen erfindungsgemäßen Bugbereich eines Wasserfahrzeuges in perspektivischer Ansicht von unten und von steuerbord;

Fig. 1 B eine Ansicht von vorn auf den Bugbereich gemäß Fig. 1 ;

Fig. 2 eine strömungsdynamisch modifizierte Unterwasserform des Bugbereichs ähnlich der Figur 1A;

Fig. 3 eine etwas verkleinerte Ansicht auf die Steuerbordseite des Beispieles nach Fig. 1 und 2 mit den horizontalen Schnittlinien A-A etwa bei Leerfahrt des Schiffes und mit dem Schnitt B-B bei beladenem Schiff;

Fig. 4 die Schnittdarstellung entsprechend der Linie A-A aus Fig. 3; Fig. 5 die Schnittdarstellung entsprechend der Linie B-B aus Fig. 3;

Fig. 6 eine schematische Ansicht des Heckteils eines entsprechend ausgestatteten Wasserfahrzeuges;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht auf einen Bugbereich von unten und von steuerbord als Beispiel im Rahmen des Entwicklungskonzeptes, und

Fig. 8 ein weiteres schematisches Beispiel auf einen anderen Bugbereich von unten und der Backbordseite entsprechend einer früheren Phase des Entwicklungskonzeptes.

In Fig. 1A ist ein erfindungsgemäßer Bugbereich eines Wasserfahrzeuges beziehungsweise Schiffes 1 mit Ansicht von unten und auf die Steuerbordseite dargestellt. Der Bugbereich 2 weist eine Unterwasserfläche als Schrägfläche 10 auf, die längs der Mittschiffslinie 3 flachbogenförmig ausgelegt ist und vorne in eine quer verlaufende Stirnseite 13 des Buges nach oben ausläuft.

Bei Betrachtung der Steuerbordseite 21 wird erkennbar, dass der im Wesentlichen in Form eines Keils gestaltete Bugbereich 2 in die Steuerbordseite 21 mit zwei Schrägbereichen 23, 24 und einen dazwischenliegenden Zwischenstufenbereich 25 ausläuft. Während der vordere Schrägbereich 23 und der achterliche Schrägbereich 24 etwa eine Neigung bei 45° gegenüber der Hauptdeckebene des Schiffes 1 haben, verläuft der dazwischenliegende Zwischenstufenbereich 25 nahezu horizontal. Dieser Zwischenstufenbereich kann jedoch auch mit geringer Neigung nach achtern angeordnet sein.

Im dargestellten Beispiel nach den Figuren 1A bis 5 sind im vordersten Bereich des Bugbereichs 2 steuerbord- und backbordseitig jeweils eine Kufe 5 und 6 in Art einer Flossenkufe, deren vorderer und unterer Anströmbereich etwa die Form eines „J" aufweist, platziert. Diese Kufen 5, 6 stellen Führungselemente dar, die einerseits die Geradeausfahrt des Schiffes 1 stabilisieren. Noch wesentlicher ist jedoch bei diesen in der Längsrichtung des Schiffes 1 sehr kurz gestalteten Kufen 5, 6, dass diese zusätzlich zu dem durch das eigentliche Schiff 1 und den Bugbereich 2 erzeugte erste Wellensystem, ein zweites Wellensystem erzeugen, das sich dem ersten Wellensystem überlagert und

somit mindestens partiell eine Reduzierung oder sogar Auslöschung beider Wellensysteme herbeiführen kann.

In dem Zwischenbereich zwischen achterlicher Kante beziehungsweise Abströmbereich der Kufe 5 und 6 wird nahezu bis in den Bereich des horizontalen Schiffsbodens 11 seitlich ein Strömungsbereich 27 beziehungsweise Strömungskanal gebildet, der nach unten und zur Seite offen ist.

In diesem Strömungsbereich 27 ist am etwa horizontal verlaufenden Zwischenstufenbereich 25 oder im integrierten Bereich 26 (Fig. 2) dieser Fläche mit den Schrägbereichen 23, 24 eine entsprechende Antriebseinheit 17 oder Propulsionseinheit angeordnet. Gleiches gilt für die Backbordseite mit der Antriebseinheit 18 und den mit 28 bezeichneten Strömungsbereich.

Wie deutlicher aus der Fig. 4 erkennbar, sind die Kufen 5, 6 im Beispiel mit einem kleinen Anstellwinkel nach vorne ausgerichtet, so dass die Verlängerungslinien der Kufen 5, 6 mit der Mittschiffslinie 3 einen spitzen Winkel bilden würden. Die strömungsdynamische Auslegung der Schrägfläche 10 stellt im Zusammenwirken mit den Kufen 5, 6 und den Strömungsbereichen 27 beziehungsweise 28 eine optimale Anströmung der Propulsionseinheiten 17 beziehungsweise 18 sicher. Die in dieser Weise zur Propulsionseinheit 17 beziehungsweise 18 anströmenden Wasservolumen werden durch die Propulsionseinheit angesaugt und mit geringer Schrägstellung nach achtern und seitlich nach außen gedrückt.

Hydrodynamisch hat sich hierbei gezeigt, dass aufgrund dieser Geometrie und Anordnung der im Bugbereich vorhandenen wesentlichen Elemente und der Formgebung, auch der Coanda-Effekt vermieden werden kann.

Die Antriebseinheiten 17, 18 sind über Halterungen 29 am Zwischenstufenbereich 25 befestigt, wobei jedoch die Drehbarkeit und Ausrichtung der Antriebseinheiten zweckmäßigerweise von 0 bis 360° sichergestellt.

Die Darstellung nach Figur 2 zeigt schematisch die Ansicht auf einen modifizierten Bugbereich 2 von unten, wobei nur die Backbord-Hälfte dargestellt ist und eine symmetrische Ergänzung zur Mittschiffslinie 3 in der konkretisierten Form vorliegt. Der wesentliche Unterschied zur Form nach Figur 1A liegt darin, dass die Schrägflächenbereiche 23, 24 und der Zwischenbereich 25 (Figur 1A) bei dieser Ausführungsform als eine kontinuierlich vom Bug 13 in den achterlichen Bereich der Antriebseinheit

18 verlaufende flachbogenförmige Kontur ausgebildet ist. Diese ballige Fläche 26 bildet daher die obere Fläche des Strömungskanales 30, in dessen rückwärtigen Bereich die Gondel der Antriebseinheit 18 angeordnet ist.

Schematisch ist auch am unteren Bereich der flossenartigen Kufe 6 ein erstes, unteres Leitformteil 34 an der Unterkante und ein zweites achterliches Leitformteil 35 an der rückwärtigen Kante der Kufe dargestellt.

Die Form der Leitformteile 34, 35 wird auf die optimale Betriebsgeschwindigkeit des Schiffes abgestellt. Strömungsdynamisch werden dadurch Zopfwirbel an der achterlichen Kante der Kufe 6 bzw. an der Unterkante Umströmungseffekte verhindert.

Die beiden Schrägbereiche 23 und 24 nach Figur 1A werden daher zusammen mit dem Zwischenstufenbereich 25 sozusagen in einer Linie und durchgehenden Bogenform mit leicht balliger und gegebenenfalls nach außen angeschrägter Form zusammengefasst. Dies verbessert insbesondere die hydrodynamische Form bei geringeren Schiffsgeschwindigkeiten.

Wie klarer in der Fig. 1 B erkennbar ist, wird die gesamte Gondel der Antriebseinheiten einschließlich Strömungsring mit Abstand zur achterlichen Kante der Kufen 5 beziehungsweise 6 angeordnet und des Weiteren innerhalb der Kontur des Schiffsrumpfes 1 platziert.

Die Antriebseinheiten 17, 18 werden daher im Bugbereich 2 im Hinblick auf Grundberührung oder Havarien in Böschungsbereichen von Flüssen und Kanälen einerseits durch die vorgelagerten Kufen 5, 6 geschützt und profitieren andererseits von ihrer Anordnung innerhalb der Schiffsrumpfkontur.

Das Beispiel nach den Figuren 1A bis 5 zeigt schematisch eine geeignete Kufe 5 beziehungsweise eine Flossenkufe, die im Schnitt (Fig. 4, 5) etwa längliche Tropfenform aufweist. Sowohl die Querschnittskontur der entsprechenden gewählten Kufen 5 als auch ihre Platzierung im Bugbereich beziehungsweise im Bereich des vorderen Schrägbereiches 23 sind abhängig vom Schiffstyp, von der Schiffsgeschwindigkeit und der entsprechenden Keilform des Buges so zu wählen und zu platzieren, dass hydrodynamisch der bestmögliche Wirkungsgrad im Hinblick auf die weitestgehende Auslöschung der Wellensysteme in Kombination mit bestmöglicher Anströmung der Antriebseinheiten erreicht wird.

Die im Beispiel der Figuren 1A bis 5 dargestellten Kufen 5, 6 stellen eine Art Finnen dar. Entsprechend Fig. 1 geht der vordere Anströmbereich der Kufen 5, 6 etwa vertikal in die Stirnseite 13 des Bugs über. Der untere Bereich ist bogenförmig geformt, wobei die untere Seite weitgehend horizontal ausgerichtet ist und in der Ebene des Schiffsbodens 11 etwa verläuft (Fig. 1B).

Die Ansicht auf den Bugbereich 2 nach Fig. 1B von vorn zeigt die Mittschiffslinie 3 und die Schrägfläche 10.

Unter Berücksichtigung der Schnitte nach Fig. 4, 5 wird erkennbar, dass die Schrägfläche 10 insbesondere im vorderen Bereich eine V-förmige Form aufweist, welche sich nach achtern verbreitert beziehungsweise öffnet und einen größeren stumpfen Winkel bildet, der letztlich in den horizontalen Schiffsboden 11 ausläuft. Die Antriebseinheiten 17, 18 im Bugbereich saugen, unterstützt durch auch im Heckbereich des Schiffes vorgesehene Antriebseinheiten, zunächst die Wassermassen im Bugbereich an und drücken diese über die Strömungsbereiche 27, 28 mit geringem Ausströmwinkel nach achtern. Die Form der Kufen 5, 6 unterstützt ebenso wie die Auslegung der Schrägfläche 10 und der Schrägbereiche 23, 24 eine optimale hydrodynamische Strömung, die letztlich zu einer Energieeinsparung bei den Antriebsaggregaten des Schiffs 1 führt.

Die Fig. 3 zeigt eine Ansicht auf die Steuerbordseite des Bugbereichs 2 des Beispieles nach Fig. 1A, 1B, 2. Hierbei sind Schnittlinien A-A eingezeichnet, was in etwa dem Tiefgang des Schiffes 1 bei einer Leerfahrt entsprechen kann.

Die Schnittlinie B-B verdeutlicht einen Tiefgang des Schiffes mit entsprechender Ladung, wobei bei voller Ausnutzung der Tragfähigkeit des Schiffes auch ein weiteres, tieferes Eintauchen in das Wasser möglich ist.

Die Bezugszeichen der Figuren 3, 4 und 5 entsprechen dabei den Bezugszeichen in den Figuren 1A, 1B, 2.

Die Schnittdarstellung nach Fig. 4 längs der Linie A-A zeigt einerseits deutlich den Abstand zwischen achterlicher Strömungskante der Kufen 5, 6 und dem Beginn des Zwischenstufenbereiches 25. Des Weiteren ist die Mittschiffslinie 3 durch eine V-förmige Kontur charakterisiert, die sich als mittige „Kiellinie" von der Stirnseite 13 des Bugs in den horizontalen Schiffsboden 11 zieht. Des Weiteren sind unter der Berücksichtigung der Darstellung nach Fig. 3 die Halterun-

gen beziehungsweise Aufhängungen 29 für die Antriebseinheiten 17, 18 am Zwischenstufenbereich markiert.

Die Schnittdarstellung nach B-B, die sozusagen einen größeren Tiefgang des Schiffes 1 verdeutlicht, zeigt einerseits die Vergrößerung des stumpfen Winkels der Schrägfläche 10 längs der Mittschiffslinie 3, je weiter man in Richtung zur Stirnseite 13 einen Schnitt legen würde. Zum anderen ist erkennbar, dass die Kufen 5, 6 mit ihrem achterlichen Abströmbereich in den vorderen Schrägbereich 23 übergehen und daran angeordnet sind.

Die Darstellung nach Fig. 6 zeigt schematisch und bruchstückartig den Heckbereich 31 eines mit einem erfindungsgemäßen Bug 2 ausgestatteten Schiffes 1.

Der Heckbereich 31 eines entsprechenden Schiffes wird daher vorteilhafterweise mit einem vom Schiffsboden 46 sehr flach nach achtern ansteigenden und auslaufenden

Heckboden 48 ausgestattet.

Das als Kastenheck 41 geformte Heck 31 ist mit einer nach hinten offenen, etwa halb- schalenförmigen Wirbelrinne 40 versehen.

Im Hinblick auf die Stabilität in Fahrtrichtung ist achtern ein „Totholz" 49 aus üblichem

Schiffsmaterial, insbesondere aus Metall, vorgesehen. Mit Abstand zu diesem Totholz

49 können dann vorteilhafterweise beidseitig Propulsionseinheiten 45, vergleichbar der

Anordnung im Bugbereich, angeordnet sein.

In Fig. 7 ist schematisch ein Bugbereich 130 im Entwicklungskonzept der Erfindung dargestellt.

Es wird daher nur sehr kurz auf geometrische Funktionselemente dieses Bugbereiches 130 eingegangen. Es ist eine perspektivische Ansicht auf den Unterwasserbereich des Bugs 130 von unten und von Steuerbordseite dargestellt.

Zwischen den auf beiden Seiten vorgesehenen Führungselementen beziehungsweise Kufen 133 ist die Schrägfläche 134 längs der Mittschiffslinie 140 vorgesehen. In den seitlichen Strömungskanälen 138 beziehungsweise 139 sind entsprechende Propulsionseinheiten 145 platziert. Die Führungselemente 133 laufen dabei im vordersten Bugbereich weitgehend vertikal nach oben in die Stirnseite 136 des Bugs. Diese Zwischenform des Bugbereichs 130 weist schon erhebliche Verbesserung, zum Beispiel im Vergleich mit einem Leichterbug auf, der im Wesentlichen auch Keilform

hat. Strömungsdynamisch können jedoch die im Beispiel nach Fig. 7 gezeigten Bugelemente, insbesondere Führungselemente, noch vorteilhafter gestaltet werden.

Ein weiteres Beispiel der Entwicklungsphase ist mit dem Bugbereich 100 nach Fig. 8 dargestellt. Hierbei ist ebenfalls eine Ansicht von unten auf den Unterwasserbereich des Bugs 100, jedoch von Backbordseite, schematisch gezeigt.

Der in der Mitte liegende Schrägflächenbereich 101 wird beidseitig durch Führungselemente 125, 126 begrenzt. Die Schrägfläche 101 läuft nach achtern in den horizontalen Schiffsboden 111 aus. Im achterlichen Bereich der Führungselemente 125, 126 sind Strömungskanäle 127 beziehungsweise 128 gebildet. Diese Strömungskanäle 127, 128 sind nach achtern durch einen etwa leicht geneigt ansteigenden Bereich 123, 124 des Schiffsbodens 111 begrenzt.

Die Linien 118 verdeutlichen unterschiedliche Tiefgänge des entsprechenden Schiffes. Dieser in Fig. 8 dargestellte Bugbereich 100 zeigt eine Zwischenphase der Geometrie des Unterwasserbereiches eines Schiffes, wobei damit einige Vorteile in strömungstechnischer Hinsicht erreichbar sind, aber essentielle, weitere vorteilhafte Effekte noch nicht realisiert werden.

Die Auslegung der beidseitigen Führungselemente als Kufen beziehungsweise Flossenkufen des Wasserfahrzeuges bringt daher zusammen mit der Gestaltung der Strömungsbereiche und der rückwärtigen übergangsbereiche des Schiffsbodens eine strömungsdynamische Form, die eine hohe Leistungseffizienz für den Antrieb mit guten Sicherheitsanforderungen an die Auslegung des Bugbereiches koppelt. Die essentielle Wirkung verdeutlicht sich insbesondere durch die partielle Auslöschung beziehungsweise Reduzierung des durch den Schiffskörper erzeugten Wellensystems mit dem durch die Kufen erzeugten weiteren Wellensystems, wobei Strömungs- und Wellenturbulen- zeπ weitgehend vermieden, und Reibungsverluste zwischen Wasser und Schiffsrumpf reduziert werden, so dass eine hohe Leistungseffizienz erreicht wird.