Benutzung einer einen gerichteten Wasserstrahl erzeugenden Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum steuern eines Wasserfahrzeuges unter Benutzung einer einen gerichteten Wasserstrahl erzeugenden Vorrichtung, die am Heck um eine senkrechte Achse aus der Längsrichtung deε Wasserfahrzeuges schwenkbar gelagert ist.

Eine solche Anordnung ist z.B. aus der DE 32 46 730 bekannt. Dort ist ein ummantelter Propeller mit der Rudernabe eines Wasserfahrzeuges verbunden, um gleichzeitig über den Propellervortriebs- und beim Schwenken der Rudernabe Steuerkräfte zu liefern.

Es ist auch bekannt, in einer Öffnung im Bug eines Wasserfahrzeuges einen Hilfspropeller anzuordnen, der einen gerichteten Wasserstrahl erzeugt, durch den ein gewünschtes Steuermoment auf das Wasserfahr¬ zeug ausgeübt werden kann, auch wenn es ohne Fahrt ist; vgl. DE 11 13 383.

Bugstrahlrüder haben den Nachteil, daß sie zu träge sind, d.h. das die Umschaltzeit von Backbord- auf Steuerbord-Manöver bis zu deren Wirksamwerden zu lang ist. Der Grund hierfür liegt im Beharrungsver- mögen der durchfließenden Wassermenge und der Pro¬ pellermasse, die mit ihren Geschwindigkeitspoten¬ tialen zuerst auf NULL reduziert und dann erneut beschleunigt werden müssen. Hierdurch wird ein schnelles und gleichzeitig feinfühliges Manövrieren des Wasserfahrzeuges erschwert, wenn nicht gar aus¬ geschlossen.

Sollen solche Antriebe in Verbindung mit Segelbooten eingesetzt werden, treten weitere Schwierigkeiten auf.

Die unabdingbare Forderungen aller Segler an die Hersteller segelnder Schiffseinheiten ist es bei Fahrt unter Segel einen glatten, strömungsgünstigen Schiffsrumpf zur Verfügung zu haben, und zwar ohne Schiffspropeller mit Welle und Steven, der mit sei- nem hohen Widerstand wie eine Wasserbremse wirkt und, wie die Erfahrung gezeigt hat, die Schiffsge¬ schwindigkeit um 2 bis 3 kn herabsetzt. Das unge¬ störte, propellerlose Unterwasserschiff ist für Regatta-Segler und für moderne Hochsee-Frachten- segler von besonderer Bedeutung, da bei gleicher Qualifikation bei den erstgenannten 2 bis 3 kn mehr an Fahrt einem solchen Regatta-Segler zum sicheren Sieg verhilft und bei Hochsee-Frachtenseglern bei Ozean-Überquerung oder Langstreckentransport Tonnen an Treibstoff gespart werden können.

Weitere Forderungen sind durch Regelung der Wasser¬ menge und -Geschwindigkeit das Anfahren des Wasser¬ fahrzeuges zu beschleunigen und für jede Geschwin- digkeit optimale Betriebsbedindung herstellen zu können. Ferner ist die Manövrierfähigkeit von Segel¬ yachten bis hin zu den Groß-Seglern von außerordent¬ licher Wichtigkeit, und zwar möglichst ohne fahrt¬ hemmende Durchbrüche im Vorschiff für die für Anle- gemanöver im Hafen benötigten Bugstrahlruder. Nach¬ teilig ist auch das Gewicht der bekannten Hilfsan¬ triebe, die ein Getriebe zum Umsteuern von Fahrt- Voraus auf Fahrt-Zurück benötigen und in Notfällen bei voller Motordrehzahl nicht in Sekundenschnelle von Vorwärts- auf Rückwärts-Fahrt schalten können.

Hier Abhilfe zu schaffen durch eine neue, einfach aber wirkungsvoll ausgebildete, am Heck des Wasser¬ fahrzeuges angeordnete und bei Fahrt unter Segel vollständig in den Schiffsrumpf einfahrbare Anord- nung zum Steuern eines Wasserfahrzeuges, insbeson¬ dere eines Wasserfahrzeuges, dessen Hauptvortrieb über Segel erzeugt wird, ist Aufgabe der Erfindung.

Ausgehend von einer Anordnung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch ge¬ löst, daß die als Wasserstrahlantrieb ausgebildete Vorrichtung um mindestens ± 180° um eine senkrechte Achse drehbar in einer Öffnung des Wasserfahrzeuges ein- und ausfahrbar gelagert und die Öffnung sowohl im eingefahrenen als auch im ausgefahreren Zustand der Vorrichtung mittels der Vorrichtung zugeordneten Verschlußelemente verschlossen ist.

Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung in einer die Rumpfschale des Wasser¬ fahrzeuges durchdringende Öffnung auf- und abbeweg¬ lich angeordnet und über eine Antriebswelle mit der mit einer Antriebsvorrichtung getrieblich verbunde¬ nen ein Keilprofil und Hubringe aufweisenden Königs- welle antreibbar, wobei über die Königswelle die Vorrichtung in den Bootskörper des Wasserfahrzeuges ein- und ausfahrbar gelagert ist.

Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung um eine parallel zur Längsachse des Wasserfahrzeuges sich erstreckende Achse schwenkbar im Bootskörper gelagert und sind die Verschlußele¬ mente einerseits als ein Flossenelement und anderer¬ seits als eine Bodenklappe ausgebildet, von denen das Flossenelement mit dem Außenmantel des Gehäuses der Vorrichtung fest und die Bodenklappe mit dem

Bootsboden des Wasserfahrzeuges schwenkbar verbunden ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 2 ist besonders vorteilhaft für Frachten-Segler und schnelle Großtransporter mit verstellbaren Feststoffsegeln, da dort besonders einfach das Vortriebsaggregat in einer Öffnung deε Wasserfahrzeuges mittelε Hubringe und Königswelle ein- und ausfahrbar gelagert werden kann, wobei im eingefahrenem Zustand des Vortriebsaggregates die Öffnung über zugeordnete Schilde formgetreu und oberflächengleich zur Rumpfschale des Wasserfahr¬ zeuges zu verschließen sind. Sind diese Schilde hingegen bei ausgefahrenem Antriebsaggregat in ihrer Wirkstellung so verhindern sie beim Drehen des den Düsenεtrahl erzeugenden Vortriebεaggregates um ± 180 ^* von Fahrt-Voraus auf Fahrt-Zurück bei engen Passagen das seitliche Ausweichen bzw. Ausbrechen des Wasserfahrzeuges, da nach Drehung des Vor¬ triebsaggregates um 90" der Düsenstrahl schubneutral in Fahrt- und Gegenfahrtrichtung mittels des Back- bord- oder des Steuerbord-Bordschildes, die nunmehr als Strahlleitflächen dienen, geleitet wird.

Die zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 3 ist für kleine, mittlere und größere Segel-Yachten besonders vorteilhaft, da das Schwenken des Vortriebsaggregates in dem zwecks Fahrtrichtungsänderung drehbar gelagerten zylinder- mantelförmigen Gehäuse angeordnet ist, wobei über das mit dem Vortriebsaggregat fest verbundene Flos- senelement die Schwenköffnung im Rumpf des Wasser- fahrzeugeε formgetreu und oberflächengleich ver- εchlossen werden kann, was besonders raumsparend

iεt. Auch im auεgeεchwenkten Zuεtand des Vortriebs- aggregateε εorgt die mittelε einer Torεionsfeder be¬ aufschlagte Bodenklappe für das automatische Ver¬ schließen der verbleibenden Schwenköffnung im Rumpf und stabilisiert außerdem das Vortriebsaggregat in der für den Vortrieb notwendigen Wirklage.

Die Erfindung weist eine Reihe von weiteren Vortei¬ len auf. Durch die kompakte Flachbauweise und opti- male Nutzung des Innenraums des zylindermantelför- migen Gehäuses ist der Platzbedarf äußerst gering, zumal durch Verwendung einfacher in der Praxis be¬ wehrter Bauteile eine rationale Fertigung nach Schiffsgrößen nach dem Bausatzprinzip gestuft mög- lieh ist.

Ferner sind alle beweglichen Teile, also das Vor¬ triebsaggregat, die Bodenklappe bei Fahrt unter Segel und am Liegeplatz im Innenraum des Gehäuseε vor Beschädigungen und Muschelbewuchs aber auch vor Grobverschmutzungen wirksam geschützt. Durch Drehen des Vortriebsaggregates um ± 180° steht dem Benutzer deε Wasserfahrzeuges ein Aktivruder zur Verfügung, das in jeder gewünschten Richtung den vollen Schub liefern kann.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß als Strahlleitflächen das zum Segeln notwendige aber bei Fahrt unter Motor nicht gebrachte Ruderblatt dienen kann.

Infolge der Verwendung der axial zwischen einer Maximal- und einer Minimal-Offenstellung verschieb¬ bar gelagerten Düse alε Steuerelement kann mit auε- gefahrener Düse mit kleiner Wassergeschwindigkeit und großer Wasεermenge das Wasserfahrzeug angefahren und mit zunehmender Geschwindigkeit durch Zurückzie-

hen der Düse der zugeordnete Ringkanal sukzessiv ge¬ schlossen werden bis bei der Marschfahrt des Wasser¬ fahrzeuges nur noch die Düse selbst mit hoher Was¬ sergeschwindigkeit und kleiner Wasεermenge den Dü- senεtrahl zwecks Erzeugung des Maximalschubes formt. Die Schwenkachse für das Vortriebsaggregat ist gleichzeitig Drehmoment übertragendeε Element für daε im Vortriebsaggregat vorgesehene Hohlrad und den damit verbundenen Rotor, sie wird gleichzeitig unter Verwendung einer entεprechenden Sperre entgegen Drehrichtung zum Schwenken des Vortriebsaggregates aus der Offen in die eingeschwenkte Lage und vice versa benutzt. Das wegen der Deformationen des Rumpfes des Wasserfahrzeuges notwendige Kreuzgelenk und der zur Anwendung gelangenden Keilwelle zwischen Antriebsmotor und Vortriebsaggregat ermöglicht ohne zusätzlichen Aufwand, daε Vortriebsaggregat in Bezug auf die Fahrtrichtung des Wasserfahrzeuges außermit¬ tig innerhalb des drehbar gelagerten Gehäuseε anzu- ordnen, εo daß der Gehäuεeinnenraum besser nutzbar ist und es nunmehr möglich wird durch Schräglage des Antriebεaggregateε den Schwenkwinkel für daε Ein- und Ausschwenken zu verkleinern, so daß bei kompak¬ tester Bauweise noch ausreichend Platz für die Durchführung und das Lagern der Königswelle ver¬ bleibt. Da das Vortriebsaggregat um eine senkrechte zum Schiffskörper liegende Achse um ± 180° drehbar gelagert ist, entfällt ein Umsteuergetriebe für das Vortriebsaggregat. Bei Kanalfahrten und in engen Häfen insbesondere aber bei Anlegemanövern mit nur reichlich einer Schiffslänge Freiraum, ermöglicht also daε als aktives Heckstrahlruder wirkende Vor¬ triebsaggregat mit seinem ± 180° Drehwinkel ein ideales Manövrieren.

Als besonderer Vorteil ist zu erwähnen, daß außer einer Öffnung in der Bootsschale zur Aufnahme des

lagernden zylinderförmigen Gehäuses keine weiteren Durchbrüche, Ausnehmungen oder sonstige Verände¬ rungen am Bootsrumpf vorgenommen werden müssen. Ferner fehlen vorstehende Hebeklappen oder sonstige Bauteile, die den glatten strömungsgünstigen Rumpf vorzugsweise einer Segel-Yacht verunzieren.

Grundberührungen eines solchen Booteε εind daher ohne Folgen für daε Vortriebεaggregat. Auch iεt eine beεonderε einfache Montage und Wartung gegeben.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand dreier in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenan- εicht einer erεten als Wasεerεtrahlan- trieb ausgebildeten ein- und ausfahrbar gelagerten Ausführungsform der Erfin¬ dung mit einer axial verschiebbaren Düse als Steuerelement,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenan¬ sicht einer zweiten als Wasserstrahlan¬ trieb ausgebildeten schwenkbar gelager¬ ten Ausführungsform der Erfindung mit einer axial verschiebbaren Düse als Steuerelement,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht von hinten auf den Wasserεtrahlantrieb nach Fig. 2 in ausgeschwenkter Lage,

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht von hinten einer dritten als Wasεerεtrahl-

antrieb ausgebildeten Auεführungsform der Erfindung mit einer axial ver¬ schiebbaren Düse als Steuerelement mit einer Schräglage des Vortriebsaggre- gateε,

Fig. 5 eine teilweiεe geεchnittene Seitenan¬ sicht des Wasserstrahlantriebes nach Fig. 4 mit eingeschwenktem Antrieb und

Fig. 6 eine Ansicht auf die als Steuerelement dienende verschiebbare Düse des Was- serstrahlantriebeε.

Ein in den Fig. 1 biε 4 allgemein mit der Bezugszif¬ fer 10 bezeichneter Wasserstrahlantrieb umfaßt in einem Gehäuse 11 eine Pumpe 12 mit einer Nabe 13 einen drehbar gelagerten Rotor 14, dem je ein von dem Gehäuse gehaltener Stator 15 und 16 vor- und nachgeschaltet ist, deren entsprechend gekrümmten Statorεchaufein 18 die starre Verbindung zwischen dem Gehäuse 11 und der Nabe 13 bilden.

Ferner weist der Wasεerstrahlantrieb eine am Gehäuse 11 aus einer minimalen in eine maximale Offen¬ stellung axial verschieblich gelagerte, kegelmantel- förmig auεgebildete Düse 20 auf, wozu paarweise zwischen Gehäuse und Düse angeordnete Hydraulikzy¬ linder 23 und 24 dienen; vgl. Fig. 6. Diese alε Steuerelement dienende Düεe ist in den Fig. 1 bis 4 in ausgefahrener Stellung der überεichthalber strichpunktiert eingezeichnet.

Da das Gehäuse 11 jeweils im Bereiche der vom Rotor 14 abgewandten Seite nach außen erweitert ist, wird dort beim Verschieben der Düse 20 in die strichpunk¬ tierte Stellung ein zusätzlicher Ringkanal 25 - sie-

he Fig. 1 gebildet, und zwar zwischen der Innenwan¬ dung des Gehäuses 11 und der Außenmantelfläche der Düse 20. Dieser Ringkanal dient druckseitig als Zu¬ satzdüse für die Fahrtbeschleunigung des Wasεerfahr- zeugeε aus dem Stand durch den Waεserstrahlantrieb.

Für daε Antreiben deε Rotorε iεt - wie insbesondere die Fig. 1, 2 und 6 zeigen -, ein im Stator gelager¬ tes Hohlrad 30 vorgesehen, das mittels eineε Zwi- schenrades 33 und einer Königswelle 82 in Fig. 1 bzw. 39 in den Fig. 3 und 4 sowie einer Antriebs¬ welle 86 bzw. 40 mit einer hier nicht dargestellten Antriebsmaschine des ebenfalls nicht näher darge¬ stellten Wasserfahrzeugeε in Antriebsverbindung steht.

Der Rotor 14 wird also über das Hohlrad 30 angetrie¬ ben. Die Schaufelblätter des Rotors 14 sind derart ausgelegt, daß sie den größten Wirkungsgrad für die Vorwärtsfahrt des Wasserfahrzeuges aufweisen. Der in Verbindung mit Fig. 1 beεchriebene Waεεerstrahlan- trieb ist in an sich bekannter Weise um die eine Drehlagerung für den Wasserstrahlantrieb bildende Königswelle 82 jeweils um ± 180° in Richtung des Pfeiles 41 bzw. um die Hohlachse eines eine Dreh¬ lagerung in dem Bootskörper 100 des nicht näher dar¬ gestellten Wasserfahrzeuges bildenden zylinderför¬ migen Gehäuses - vgl. Fig. 3 und 4 - drehbeweglich gelagert.

Das allgemein mit WF bezeichnete Wasεerfahrzeug be- εitzt ein Ruderblatt 58; daε bei geordneter Zuord¬ nung von Ruder und Waεεerεtrahlantrieb alε feεte Leitfläche beim Umsteuern von Fahrt voraus auf Fahrt zurück dient. Wird es jedoch um ca. 90° seitwärts gedreht, so wirkt dann der Hauptantrieb, durch Drehen in die gewünschte Strahlrichtung als Heck-

εtrahlruder mit dem Vorteil εchnell und εicher An- und Abzulegen, also das Wasεerfahrzeug auf engεtem Raum um den Bug - auf dem Teller - drehen zu können. Kann dieεe Zuordnung auε konεtruktiven Gründen nicht eingehalten werden, εo iεt ein gleichwirkender Effekt dadurch erzielbar, daß das Triebwerk partiell in den Drehzylinder derart geschwenkt wird, daß dort nur der Düsenstrahl (also ohne Ringkanal 25) umge¬ lenkt und dadurch ein εeitlicher Schub verhindert wird. Hierauε reεultiert bei gleichzeitigem Drehen deε Vortriebεaggregateε um 180° wieder auεge- schwenkt, eine kontrollierte, fahrtrichtungskonforme Rückwärtsfahrt.

Zum Ein- und Ausfahren deε in Fig. l dargeεtellten Waεεerεtrahlantriebeε also des den gerichteten Was¬ serstrahl erzeugenden Vortriebsaggregates 10 ist dieses in einer die Rumpfschale also den Bootskörper 100 durchdringenden Öffnung 85 ein- und ausfahrbar angeordnet. Hierzu ist die über eine Antriebswelle 86 mit einer hier nicht dargestellten Antriebsvor¬ richtung getrieblich verbundene Königswelle 82 mit einem Keilprofil 83 und mit Hubringen 84 versehen, über die das Vortriebsaggregat 10 in den Bootskör- perε des Wasεerfahrzeuges WF ein- und ausgefahren wird. Der Öffnung sind schwenkbar gelagerte Schilde 80 und 81 zugeordnet, über die bei eingefahrenem Vortriebsaggregat 10 die Öffnung 85 oberflächen¬ bündig so verschloεεen ist, daß diese der Strömung keinen Widerstand bietet.

Die Königswelle 82 ist zwischen einer Büchse 88 und einer Scheibe 89 geführt und mit einem Gehäuse 90 verbunden, das als Radial- und Axiallagerung der Königεwelle 82 sowie der Kegelrad-Keilbüchse 87 dient. Im Gehäuse 90 sind ferner die Königswelle 82, ein Kegelradgetriebe 36 und ein Zwiεchenrad 33 der-

art angeordnet, daß über diese das Hohlzahnrad 30 und damit der Rotor 14 angetrieben wird.

Beim Anheben der Königswelle über die Hubringe wird das Gehäuse 90 samt dem Vortriebsaggregat 10 voll- εtändig in die Öffnung 85 überführt, wobei Antrieb und Drehbarkeit der Vorrichtung 10 voll aufrechter¬ halten bleiben.

Nach dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist das den gerichteten Wasser- εtrahl erzeugende Vortriebsaggregat 10 aus der die Rumpfschale des Wasserfahrzeuges durchdringenden Öffnung 85 über einen Schwenkwinkel 0^ ein- und ausschwenkbar angeordnet. Hierzu ist das Vortriebs¬ aggregat 10 auf einer parallel zur Längsachse des Wasserfahrzeuges WF sich erstreckenden Zwischenwelle 41 derart außermittig gelagert, daß beim Schwenken des Vortriebsaggregates einerseitε eine am Boots- körper schwenkbar gelagerte Bodenklappe 42 automa¬ tisch nach innen geöffnet wird, andererseits ein mit dem Gehäuse des Vortriebsaggregates 10 derart fest verbündendes Flossenelement 43 nach beendetem Schwenkvorgang die Öffnung 85 im Bootsboden ober- flächenbündig und strömungskonform verschließt. Die außermittige Anordnung der Zwischenwelle 41 ermög¬ licht es, den Innenraum des alε Drehzylinder wir¬ kenden Gehäuεes 52 bestmöglich zu nutzen, wie dies insbeεondere Fig. 5 zeigt. Dort iεt ersichtlich, daß die Königεwelle 39 zwischen einem Stellring 53 und einem Lagerbügel 54 geführt iεt, wobei auch daε Floεεenelement 43 zur mechaniεchen Stabilisierung der Königswelle im Betriebszustand herangezogen ist.

Das in den Fig. 4 und 5 dargestellte weitere Aus¬ führungsbeispiel weist die gleichen Grundelemente auf, wie sie in Verbindung mit dem Ausführungεbei-

εpiel nach den Fig. 2 und 3 beεchrieben worden sind mit dem Unterschied, daß der Schwenkwinkel υ _\ um ca. 20° verkleinert und dadurch noch mehr Platz für eine separate Lagerung der Königεwelle 39 geεchaffen wur- de. Der kleinere Schwenkwinkel OC. verbunden mit der nunmehr möglichen Schräglage deε Vortriebεaggregateε 10 gegenüber den Senkrechten ermöglichen eine pra- xiεgerechte Lagerung der Königswelle 39 mittels eines Lagerεtegeε 55 und einer Lagerbüchse 56 als Axial- und Radiallager, die direkt im Gehäuse 52 als Lagereinheit integriert sind. Auf der Zwiεchenwelle 41 ist ferner ein Kegelrad 57 mit einem Zwischenrad 33 fest verbunden angeordnet über die das Hohlzahn¬ rad 30 und der Rotor 14 angetrieben werden.

Durch das Ausüben eines Drehmomentes über hier nicht dargestellte Betätigungselemente auf die Zwischen¬ welle 41 in Schwenkrichtung wird das Flosεenelement 43 samt dem Vortriebsaggregat 10 vollständig in die Öffnung 85 im Bootskörper überführt derart, daß die Bootsεchale einen ungeεtörten εtrömungεgünεtigen Flächenverlauf bildet; auch hier bleibt Antrieb und Drehbarkeit vollständig erhalten.