Schiff mit einem Antrieb durch Innenbordmotoren und Waterjets

Schiff mit einem Antrieb durch Innenbordmotoren mit Propel¬ lern und durch Waterjets, die Wasserstrahlen erzeugen, wobei die Innenbordmotoren als Elektromotoren ausgebildet sind und die Waterjets unter dem Schiffsboden angeordnet sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Heck- und Unterbodenaus- bildung eines vorgenannten Schiffes anzugeben, die gegenüber bekannten Schiffen, die mit elektrischen Innenbordmotoren und Waterjets ausgerüstet sind, einen höheren Propulsionswir- kungsgrad ergeben. Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, dass die elektrischen Innenbordmotoren in Skegs an der Schiffsunterseite untergebracht sind, wobei zwischen den Skegs ein Strömungskanal für die von den Waterjets ausgesto¬ ßenen Wasserstrahlen ausgebildet ist. Durch diese erfindungs¬ gemäße Ausbildung des Unterbodens des Schiffes im achteren Bereich ergeben sich sehr gute Strömungsverhältnisse für die einzelnen Propulsionseinrichtungen mit einem insbesondere für die Propeller erhöhten Propulsionswirkungsgrad! Ermöglicht wird dies durch die KanalStrömung, die sich aufgrund der Füh¬ rung der Waterjetstrahlen in einem Strömungskanal ergibt. In dem erfindungsgemäß gebildeten Strömungskanal wird die im Heckbereich dicke Grenzschicht durch den Einfluss der schnel¬ len Waterjetstrahlen dünner und es ergeben sich weniger in¬ stationäre Effekte am jeweiligen Propeller. Des weiteren gleicht sich die Strömungsgeschwindigkeit auf den beiden Sei- ten des jeweiligen Skegs an. Es ergibt sich ein verbesserter Propulsionswirkungsgrad für die Propeller bei verringerter Kavitationsneigung. Weiterhin ergibt sich eine verminderte Vibrationsneigung und überraschenderweise auch eine verbes¬ serte Geradeausfahrt.

Die Waterjetstrahlen im erfindungsgemäßen Strömungskanal wir- ken mit den Propellern der Innenbordmotoren in synergetischer Weise zusammen, so dass sich ein höherer Gesamtschub der Kom¬ bination Propeller und Waterjets ergibt, als es die Einzel¬ schübe erwarten lassen.

Ein Schiff, insbesondere ein schnelles, seegehendes Schiff, mit unter dem Boden des Schiffes angeordneten Waterjets und elektrischen Ruderpropellern zum Antrieb des Schiffes ist aus der WO 02/057132 Al, insbesondere aus Figur 2, bekannt. Bei einer derartigen Anordnung und Heckgestaltung kommt es jedoch nicht zu einer Trennung der von den Waterjets erzeugten Was¬ serströmen von dem Wasserbereich, in dem die Propeller lau¬ fen. Dies wird jedoch durch den erfindungsgemäß verwendeten Strömungskanal zwischen Skegs auf der Schiffsunterseite er¬ reicht.

Aus dem Aufsatz: „Korvetten von Blohm und Voss" in der Zeit¬ schrift „Schiff + Hafen", 12/96, Seiten 37 und 38, ist ein Schiff bekannt, das zwei Dieseldirektantriebe für Propeller und einen Waterjet aufweist, die zusammen im Heck des Schif- fes angeordnet sind. Bei derartigen Anordnungen ist es jedoch insbesondere für Marineschiffe nachteilig, dass alle An- triebseinheiten im Heck angeordnet sind und bei einem Heck¬ treffer gleichzeitig ausfallen. Weiterhin ergibt sich durch den bekannten Waterjet eine Geräuschentwicklung, die uner- wünscht ist. Ein synergetischer Effekt, der den Gesamtschub erhöht, kann sich nicht einstellen. In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Strö- mungskanal hinter den Waterjets im Bereich des Schiffsbodens etwa zwischen der Hälfte und einem Drittel der Schiffslänge vom Heck beginnend, in einem stetigen Verlauf zum Heck des Schiffes hin ansteigt. Durch diese Ausbildung des Strömungs¬ kanals ergibt sich ein vorteilhaftes Ansteigen der Water¬ jetstrahlen über die Ebene, in denen die Propeller laufen. So ergibt sich eine Trennung der Waterjetstrahlen von dem Be¬ reich des Wassers, in dem die Propeller der Innenbordmotore laufen. Gleichwohl profitieren die Propeller von der be¬ schleunigten Strömung im Strömungskanal.

In Ergänzung zum Anheben der Wasserstrahlen der Waterjets zum Heck hin ist vorgesehen, dass der Strömungskanal einen Füh- rungskeil für das Wasser aufweist, dessen Spitze zum Heck des Schiffes gerichtet ist und der einen etwa dreieckigen Quer¬ schnitt besitzt. Durch diese Ausbildung des Vorderteils des Strömungskanals wird erreicht, dass sich die Waterjetstrahlen in der Mitte des Strömungskanals konzentrieren. Dabei werden die Waterjetstrahlen sehr vorteilhaft sowohl über die Ebene, in denen die Propeller der Innenbordmotore laufen, angehoben, als auch zwischen den Propellern der Innenbordmotore konzent¬ riert. Der Propulsionswirkungsgrad der Propeller wird daher durch die Waterjetstrahlen nicht negativ beeinflusst, sondern vielmehr überraschenderweise erhöht.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Skegs im Querschnitt etwa Tropfenform, insbesondere nach außen geneigt, aufweisen, wobei die Innenseiten der Skegs etwa senkrecht zum Schiffsbo- den verlaufen. So ergibt sich ein widerstandsarmer Strömungs¬ kanal, der durch strömungsgünstig ausgestaltete seitliche Strömungsleitelemente, nämlich die tropfenförmigen Skegs be- grenzt wird. Insgesamt ergibt sich so trotz der am Heck ange¬ ordneten Strömungsleitelemente, etwa der Führungskeil im Strömungskanal oder die Skegs, ein geringer Heckwiderstand für das erfindungsgemäße Schiff. Die E-Motore können, um die Redundanz zu erhöhen und um kleiner zu bauen, als Tandem- Antriebe ausgebildet werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Innenbordmotore in HTS-Technik ausgebildet werden. Dann ist es möglich, den je- weiligen HTS-Motor hinten in den Skegs anzuordnen, so dass kein Raum im Schiff für die Motoren benötigt wird. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die HTS-Motoren etwa im Bereich der notwendigen, in den Skegs befindlichen, Wellentunneln an¬ geordnet werden. Durch die Verwendung von HTS-Motoren ergibt sich dabei ein besonders leichtes Heck, obwohl die Motoren sehr weit achtern angeordnet sind. Das Heckgewicht ist bei der Verwendung von HTS-Motoren wesentlich geringer als bei der Verwendung von Dieseldirektantrieben.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der HTS-Motor eine unter Schockbeanspruchung als Einheit aus¬ weichfähige Ständer-Läufer-Anordnung aufweist, die schockge¬ dämpft im Motorengehäuse gelagert ist. Durch die Verwendung einer als Einheit ausweichfähigen Ständer-Läufer-Anordnung können E-Motoren, auch falls sie nicht in HTS-Technik ausge¬ führt sind, sondern in Normaltechnik, hohe Schockbeanspru¬ chungen ertragen werden. Um dies zu verstärken ist vorgese¬ hen, dass darüber hinaus das Motorgehäuse unter Schockbean¬ spruchung elastisch ausweichend angeordnet ist. So ergibt sich eine doppelte Ausweichfähigkeit der einzelnen Motortei¬ le, die zu einer sehr hohen Unempfindlichkeit führt. Derartig aufgehängte und ausgebildete elektrische Maschinen können Be¬ schleunigungen von deutlich über 10 g aushalten.

Da die Reparaturmöglichkeiten im Inneren von Skegs unter dem Heck eines Schiffes nicht optimal sind, ist vorgesehen, dass der Elektromotor, insbesondere in der HTS-Motorausführung, in einer Motorkassette angeordnet ist, die elastisch gelagert, insbesondere aufgehängt, ist. Eine derartige Motorkassette kann im Hafen relativ leicht ausgewechselt werden, so dass ein Schiff mit dieser Motoranordnung auch z.B. nach einem Mi¬ nentreffer unter dem Heck relativ schnell wieder einsatzfähig gemacht werden kann. Der Elektromotor, die kurze Welle und der Propeller bilden dabei vorteilhaft eine auswechselungsfä¬ hige Einheit.

Es ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass E- Motoren in den Skegs als Tandem-Motoren ausgebildet sind, insbesondere als Tandem-Wellenmotoren. Hierdurch kann die Be¬ triebssicherheit des Antriebs vorteilhaft noch weiter verbes- sert werden.

Für das erfindungsgemäße Schiff ist vorgesehen, dass es im Schiffsrumpf verteilte Brennstoffzellenmodule und Verbren¬ nungskraftmaschinen aufweist, die die von den Antriebskompo- nenten, d.h. von den elektrischen Innenbordmotoren und den Waterjets, benötigte Energie erzeugen. So hat das erfindungs¬ gemäße Schiff nicht nur verteilte Propulsionseinrichtungen, sondern auch verteilte Energieerzeugungseinrichtungen, die es besonders unempfindlich gegen Schäden durch äußere Einwirkun- gen macht. Des weiteren ergibt sich vorteilhaft, dass ein zentraler Maschinenraum entfällt, so dass insbesondere für Luxusyachten mehr wertvoller Raum im Inneren des Schiffs, und zwar etwa in der Schiffsmitte oder im vorderen Heckbereich, zur Verfügung steht. Dieser Vorteil ergibt sich auch für Ro- Ro-Fähren oder Containerschiffe. Hier steht mehr nutzbarer Innenraum zur Verfügung.

Es ist weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Schiff ein AC-Normalversorgungsnetz und ein DC-Waterjetversorgungs- netz aufweist, zwischen denen eine Schaltkupplung mit Strom¬ richter angeordnet ist, um Energie von einem Netz in das an- dere Netz übertragen zu können. So ergibt sich ein Gesamt- Schiffsnetz, in dem die Vorteile eines DC-Netzes, das beson¬ ders geeignet ist, im Schiff verteilte Energieerzeugungsein¬ richtungen miteinander zu verbinden, mit den Vorteilen eines AC-Netzes zur günstigen Versorgung eines Großverbrauchers, wie etwa den Waterjets, kombiniert sind. Als Energieversor¬ gungseinrichtungen kommen dabei nicht nur Dieselmotore oder Brennstoffzellen, sondern auch Gasturbinen in Frage. Insbe¬ sondere das DC-WaterJetversorgungsnetz kann so besonders günstig betrieben werden.

Anstelle der erfindungsgemäß vorgesehenen Innenbordmotore können natürlich auch elektrische Ruderpropeller (PODs) ver¬ wendet werden, die hinter den Skegs angeordnet sind. Dabei ergibt sich auch die erfindungsgemäß vorteilhafte Trennung der Waterjetströme von dem Bereich, in dem die Propeller des Schiffes laufen, aber, wie bereits ausgeführt, ist das von dem Heck aufzunehmende Gewicht höher. Derartige Schiffe wer¬ den daher eine so genannte Delta-Form aufweisen, um das hohe Heckgewicht tragen zu können. Dies gilt auch bei der Kombina- tion von Innenbordmotoren mit elektrischen Ruderpropellern (PODs) . Die Erfindung kann sowohl bei Marineschiffen als auch bei schnellen Motoryachten, insbesondere Luxusyachten, angewendet werden. Bei derartigen Schiffen kommt es auf geringe Emissio¬ nen und auf einen großen, im Schiffsinneren verfügbaren, Raum an. Gleichzeitig soll eine hohe Endgeschwindigkeit erreicht werden, so dass die erfindungsgemäße Ausführung des Schiffs für beide Schiffstypen besonders vorteilhaft ist. Dabei kann der Komfort noch weiter dadurch erhöht werden, dass die Verbrennungskraftmaschinen und ggf. Reformer für die Wasser- stofferzeugung der Brennstoffzellen mit Unterdruck- Abgasausleitungseinrichtungen, wie sie für U-Boote z.B. be¬ reits bekannt sind, versehen werden. So wird eine weitgehende Emissionsfreiheit erreicht und gleichzeitig der Komfort der Passagiere bzw. Mannschaften erhöht. Die sonst übliche Beläs- tigung durch Abgase entfällt. Auch für schnelle Fähren ist daher das vorgesehene Antriebs- und Heckausbildungskonzept sehr geeignet.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert, aus denen, ebenso wie aus den Unteransprüchen und der Be¬ schreibung, auch weitere erfinderische Vorteile entnehmbar sind.

Es zeigen: FIGUR 1 die prinzipielle Anordnung der Komponenten im und unter dem Heck des Schiffes; FIGUR 2 die Linien des Schiffs in einer im Schiffbau üblichen Darstellung von Achtern; FIGUR 3 die Linien des Schiffs in einer im Schiffbau üblichen Darstellung von der Seite; FIGUR 4 eine Prinzipdarstellung der ausweichfähigen Läufer- Ständer-Anordnung eines Elektromotors auf einer kur¬ zen Propellerwelle; FIGUR 5 die Ausbildung eines Propellerantriebs in Kassetten- Form mit optionalem POD-Antrieb; und FIGUR 6 das Prinzip der Unterbodenausbildung im Bereich des Führungskeils.

In FIGUR 1 bezeichnet 1 die Waterjets unter dem Schiffsboden, 2 die Innenbordmotoren, die über kurze Propellerwellen 8 die Propeller 3 antreiben. Die Innenbordmotoren 2 sind in Skegs 10 angeordnet, die zusammen mit dem keilförmigen, mit seiner Spitze zum Heck weisenden Verdrängungskörper 6 mit V-förmigem Querschnitt Strömungsleitkörper für die Waterjetstrahlen 5 bilden, die zunächst ungelenkt ausströmen und dann konzent- riert werden. Die Einströmung des Wassers in die Waterjets 1 ist mit 4 bezeichnet. Das von den Propellern beschleunigte abströmende Wasser ist mit 9 bezeichnet. Wie sich aus FIGUR 1 vorteilhaft ergibt, werden sowohl die Propeller von den mit¬ tig konzentrierten Waterjetströmen 7 freigehalten, als auch erreicht, dass die gesamte Heckbreite des Schiffes für die von den Propulsionseinheiten 1 und 3 erzeugten Wasserstrahlen gebraucht wird. Optional vorgesehene E-Motoren in Tandem- Anordnung sind mit 30 bezeichnet und die Ruder hinter den Propellern mit 31.

In FIGUR 2 bezeichnet 11 den Unterboden des Schiffes und 12 die Bordwand, die im Verlauf der Länge des Schiffs entspre¬ chend der in schiffbautechnisch üblicher Weise dargestellten Spantquerschnitte 13 in den Bug einläuft. Mit 14 sind die Skegs auf der Heckunterseite bezeichnet, die gemäß der einge¬ zeichneten Spantumrisse 15 nach achtern verlaufen. Insgesamt ergibt sich, für den Fachmann der Spantverlauf im Heck und ü- ber die Schiffslänge.

In FIGUR 3 ist der Schiffslinienverlauf im Bereich der Skegs ersichtlich, wobei 16 den stetigen Anstieg des Strömungska¬ nals zwischen den Skegs 17 wiedergibt. Der Verlauf der Außen- und der Innenseite der Skegs ist aus den Linien 18 und 19 er¬ sichtlich. Zusammen mit den Hecklinien aus FIGUR 2 ergibt sich so für den Fachmann ein eindeutiges Bild des Linienver- laufs des Schiffes im unteren Heckbereich.

In FIGUR 4 bezeichnet 20 den schematisch dargestellten Pro¬ peller des Schiffes, der auf der Propellerwelle 21 angeordnet ist und ein Drucklager 22 zwischen Motor und Propeller auf- weist. Ständer und Rotor des Motors 28, 29 sind über Drehla¬ ger 24 zu einer insgesamt auf den elastischen Elementen 26, 27 ausweichfähigen Einheit zusammengefasst. So ergibt sich eine Anordnung, die ein Anschlagen der gegeneinander rotie¬ renden, nur durch einen Luftspalt getrennten, Motorteile un- ter hoher Querbeschleunigung verhindert. Die Ausbildung eines derartigen Motors ist nicht Gegenstand der Erfindung und be¬ reits bekannt. Die Verwendung der bekannten Konstruktion für die erfindungsgemäß in den Skegs befindlichen Elektromotoren ist jedoch besonders günstig, da so eine hohe Schocksicher- heit und damit Einsatzfähigkeit für Marine(Navy) Schiffe gege¬ ben ist.

In FIGUR 5, die die Kassettenausbildung der Antriebseinheit, die jeweils in einem Skeg angeordnet ist, zeigt, bezeichnet 32 die so genannte „Kassette", in der der elektrische An¬ triebsmotor 33 über lösbare Federelemente 34 angeordnet ist. So ergibt sich eine gegenüber einer festen Aufstellung erhöh- te weitere Schocksicherheit und nach Lösen der Federelemente 34 ist der Motor mitsamt seiner Lagerung 35 in der Kassette 32 leicht und einfach demontierbar, so dass ein zeitaufwendi¬ ges Ausbauen des Motors aus dem Schiffsinneren entfällt. Auch eine Reparatur der Propeller ist so vereinfacht.

Derartige Kassettenmotoren werden relativ klein sein, so dass die Montage eines POD-Antriebs 36 unter dem Heck der Schiffes 37 zur Erhöhung der Vortriebsleistung geboten sein kann. Ins- gesamt entsteht so ein schnell wechselbarer E-Antrieb hoher Vorschubleistung und mit gutem Wirkungsgrad, insbesondere wenn die Propeller gegenläufig sind.

In FIGUR 6 bezeichnet 40 den Rumpf des erfindungsgemäßen Schiffes und 41 die Skegs an der Schiffsunterseite im Heckbe¬ reich. Zwischen den Skegs 41 ist der Führungskeil 38 angeord¬ net, der zum Heck klein ausläuft. Zwischen den Skegs 41 und dem Führungskeil 38 befinden sich Strömungskanäle 39, die sich hinter dem Ende des Führungskeils 38 vereinen. Da die Strömung der Schiffsoberfläche folgt, kommt es so zu der er¬ findungsgemäßen, vorteilhaften Konzentration der Water¬ jetströmung.