DE10132093A1 - Stabilisiertes elektrisches Wasserfahrzeug für Fahrten bei hohen Geschwindigkeiten, Tauchen und Segeln - Google Patents

Abstract

Neue Designs für elektrische Boote werden bereitgestellt, welche das Gewicht von Batterien ausnutzen, um das Boot zu stabilisieren und in einigen Fällen das Problem der begrenzenden Rumpfgeschwindigkeit zu überwinden. Die Batteriemasse ist eingeschlossen in ein oder zwei torpedo-artige Strukturen, die zum größten Teil oder vollständig untergetaucht sind. Eine Plattform ist mittels einer oder mehreren Stützen über dem oder den Torpedos angeordnet, was das Hindurchtreten von Wellenenergie durch das Wasserfahrzeug ermöglicht, statt mit großen vertikalen Flächen zu kollidieren. Das Design minimiert die Bildung von Kielwasser, die Wellenempfindlichkeit und ist nützlich für neue Arten von elektrischen Booten, welche mit einer Luftblase tauchen können, um die Nutzung als Unterseeboot zu ermöglichen, Vergnügungsfahrzeuge für höhere Geschwindigkeiten und Segelfahrzeuge, die in flachen Gewässern stabil bleiben können. Die stabilisierten Wasserfahrzeuge verfügen optional für eine größere Unabhängigkeit von Wetterverhältnissen über eine Vorrichtung zur Überwachung der Wellenaktivität und die Kontrolle per Computer.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Wasserfahrzeuge, insbesondere elektrische Wasserfahrzeuge und Kontrollsysteme für die Stabilisierung von Wasserfahrzeugen.

Ein Problem mit dem konkaven "vessel"-Design von Wasserfahrzeugen ist, dass zusätzliches Wasserfahrzeugvolumen oberhalb der Wasserlinie benötigt wird, um Gewichtsverschiebungen Rechnung zu tragen und ein katastrophales Versagen durch in das Schiff eindringendes Wasser zu vermeiden. Das bedeutet, dass ein offenes Verdrängungsschiff ("displacement vessel") ein großes Volumen haben muss, welches vom Boden bis zur Spitze zunimmt und eine vertikale oder konkave Form aufweist, die an der Wasseroberfläche ein Maximum an Reibung erzeugt. Ein solcher konkaver Rumpf überträgt bzw. empfängt auf effiziente Weise Energie zur bzw. von der Wasseroberfläche. Der Rumpf verliert Energie ans Wasser und erzeugt einfach durch Bewegung eine Welle. Das Kielwasser behindert mit zunehmender Bootgeschwindigkeit die Bewegung des Bootes und wird bei der sogenannten begrenzenden Rumpfgeschwindigkeit ("limiting hull-speed") zur stehenden Welle. Umgekehrt absorbiert ein Verdrängungsschiff Energie und wird leicht durch Wellen ins Schaukeln versetzt. Wegen dieser Empfindlichkeit gegenüber Wellen kann ein herkömmliches Wasserfahrzeug für die private Nutzung (im folgenden "persönliches Wasserfahrzeug" genannt), welches üblicherweise weniger als 30 Fuß, insbesondere weniger als 25 Fuß lang ist, oft nicht bei hohem Wellengang im Ozean verwendet werden. Um das Problem der hohen Wellen zu überwinden, wird ein Schiff vom Verdrängungstyp einfach größer gemacht. Diese Lösung ist jedoch für persönliche Wasserfahrzeuge nicht praktikabel, insbesondere solchen Wasserfahrzeugen, die mit einem . Anhänger transportiert werden sollen und somit in ihrer Größe durch die Abmessungen von Fahrzeugen begrenzt sind, welche auf einer Landstraße hinter einem PKW oder LKW benutzt werden können.

Die Nachteile des herkömmlichen Rumpfverdrängungsdesigns werden bei der Kombination mit elektrischen Antriebssystemen weiter verschlechtert. Boote, die von wiederaufladbaren Batterien abhängig sind (worunter in diesem Zusammenhang auch Brennstoffzellen gehören), müssen eine schwere und sperrige Energiequelle tragen. Das hohe Gewicht der Energiequelle erfordert einen noch größeren Rumpf für die Verdrängung eines größeren Wasservolumens, das ausreichend ist, um das Boot über Wasser zu halten. Dies beeinträchtigt die stromlinienförmige Gestaltung des Rumpfes und kann das Boot größer für die Anpassung an die Energiequelle machen. Durch das Schiffrumpfproblem ("vessel hull problem") wird daher insbesondere die Entwicklung von elektrischen Wasserfahrzeugen behindert. In der Tat verhindert der durch den Schiffsrumpf hervorgerufene Strömungswiderstand eine ökonomische Nutzung von Elektromotoren, die Batterien benutzen, selbst bei Bootfahrten mit moderaten Geschwindigkeiten (oberhalb von ca. 15 km/h). Dieser unglückliche Zustand ist bei Elektrobooten gut bekannt (vgl. beispielsweise DOUGLAS LITTLE, ELECTRIC BOATS, TEE QUIET HANDBOOK OF CLEAN, QUIET BOATING, (International Marine, 1994), auf Seite 33 (in Bezug auf das Propellerdesign): "In the case of the electric boat, high speed - above 10 mph - is one factor that can be dropped immediately. ") Es ist offensichtlich, dass neue Designs für die breite Akzeptanz von elektrischen Booten als vielseitigen Wasserfahrzeugen für den persönlichen Gebrauch benötigt werden.

Es gibt keine umfassende Kombination dieser Näherungen, welche die Nachteile der Verwendung von schweren Batterien oder einer anderen Niedrigenergiequelle ("low energy density power source") ausgleicht. Insbesondere hat keine Designstrategie das Erfordernis einer großen Masse und eines großen Volumens von elektrischen Batterien oder Brennstoffzellen in einer Bootstruktur erfolgreich als Aktivposten anstatt als Schwäche benutzt. Schließlich gibt es kein ausreichendes Design für ein elektrisch angetriebenes und auf einem Anhänger transportierbares Wasserfahrzeug, welches einer moderaten Wellenaktivität mit 60 cm hohen Wellen widerstehen kann, ohne dass zu einem größeren Schiff übergegangen werden muss, das nicht leicht hinter einem Fahrzeug gezogen werden kann. Eine Lösung dieser Probleme würde all denen neue Möglichkeiten und Gewässer für das Bootfahren eröffnen, welche die bei einer mittleren Wellenaktivität notwendigen wesentlich größeren Boote nicht kaufen oder verwenden können.

Die ältere, nicht vorveröffentlichte DE 10 00 7497 A1 der Erfinder, die ein Wasserfahrzeug mit vorteilhafter Anwendung der Masse von Niedrigenergiequellen betrifft, ist mit ihrem vollständigen Inhalt Teil dieser Beschreibung.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfinder entdeckten einen Weg zur Ausnutzung des Problems der schweren Batterien in einem Design für ein elektrisches Boot, das gleichzeitig (i) die Verwendung von massiver Batteriekraft für ein kleines Wasserfahrzeug ermöglicht, (ii) das Wasserfahrzeug stabilisiert, teilweise durch eine Herabsetzung des Schwerpunktes, (iii) den Widerstand gegen Wellenaktivität verringert und (iv) die Reibung bei Bootsbewegungen reduziert.

Ausgehend von dieser Erkenntnis haben die Erfinder neue Typen von elektrischen Fahrzeugen gefunden, welche die Vorteile Betrieb bei hohen Geschwindigkeiten (oberhalb der Rumpfgeschwindigkeit) und Tauchfähigkeit, beispielsweise mit einer luftgefüllten Kammer, haben, sowie Segelboote, deren Schwerpunkte niedrig liegen, die aber dennoch seichte Gewässer befahren können.

In ihren Untersuchungen fanden die Erfinder weiterhin, dass die Anordnung von einem oder zwei hauptsächlich eingetauchten geschlossenen Rümpfen mit die Oberfläche durchstoßenden Streben oder Stützen ("surface piercing struts") schlecht bei einem persönlichen Fahrzeug funktioniert, dass sie aber die Plattform verkürzen oder ein oder zwei Gleitskier ("floating skis") hinzufügen konnten, um die benötigte Stabilität zu bewirken. D. h., dass beim Studium, wie das Problem der Übertragung und des Empfangs von Oberflächenenergie überwunden werden kann, neue, Wasserfahrzeuge verbessernde Merkmale und Modifikationen gefunden wurden, bei denen der Vorteil der Verwendung einer schweren Energiequelle ausgenutzt wird.

In einer Ausführungsform ist die Erfindung ein elektrisch angetriebenes Wasserfahrzeug, das seine berechnete Rumpfgeschwindigkeit übertreffen kann, welches mindestens eine längliche untergetauchte Trägereinheit mit konvexen oberen Oberflächen und mindestens eine Strebe, welche an der oberen Oberfläche angebracht ist, eine Antriebseinheit und eine Niedrigenergiequelle innerhalb der mindestens einen Trägereinheit, mindestens einen Schwimmer, welcher mindestens eine an der oberen Oberfläche angebrachte Strebe aufweist, und eine Plattform, welche oberhalb der Spitzen der Streben der Trägereinheit(en) und Schwimmer angebracht und angeordnet ist, aufweist.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Erfindung ein elektrisch angetriebenes Wasserfahrzeug, welches sowohl an der Wasseroberfläche fahren als auch tauchen kann, umfassend zwei längliche tauchfähige Trägereinheiten mit mindestens einer Strebe, welche an der oberen Oberfläche jeder Trägereinheit angebracht ist, eine Antriebseinheit und eine Niedrigenergiequelle innerhalb jeder Trägereinheit, und eine Plattform, welche oberhalb der Streben der Trägereinheiten angebracht und angeordnet ist, wobei die Plattform eine Kabine mit einer Öffnung an ihrem Boden umfasst, welche Tauchern das Betreten und Verlassen der Kabine bei Umgebungsdruck ermöglicht, worin zumindest der obere Teil der Kabine während des Dahingleitens an der Wasseroberfläche oberhalb der Wasseroberfläche gehalten wird und die ganze Kabine während des Tauchens untertaucht.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Erfindung ein Wasserfahrzeug vom "non­ vessel"-Typ, welches weniger als 40 Fuß lang ist, mindestens eine Trägereinheit mit mindestens einer Strebe an seiner oberen Oberfläche hat, eine an die Strebe der Trägereinheit angebrachte Plattform, welche über der Trägereinheit in einem Abstand gehalten wird, und ein Mittel für die Verhinderung des Eintauchens der Plattform umfasst.

In verwandten Ausführungsformen sind die Mittel für die Verhinderung des Eintauchens der Plattform ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus: einem horizontalen (Seiten)Ruder, welches operabel mit einem beweglichen Deflektor verbunden ist, wobei der bewegliche Deflektor oberhalb der Wasserlinie am Wasserfahrzeug befestigt ist; einem passiven, mit mechanischer Kraft arbeitenden Deflektor, welcher mit der vorderen Hälfte des Wasserfahrzeuges verbunden ist und das vordere Ende des Wasserfahrzeuges beim Auftreffen von Wellen automatisch nach oben zieht; einen am Bug angebrachten Propeller, welcher einen abfallenden Schub hat, der von einem das Eintauchen überwachenden System kontrolliert wird; elektrische oder optische Überwachung der Tiefe des Wasserfahrzeuges und Kompensation durch Anhalten des Wasserfahrzeuges, Herabsetzung der Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges, Verschiebung der Gewichtsverteilung im Wasserfahrzeug und/oder Steuern des Wasserfahrzeuges, um die ermittelte vertikale Bewegung des Wasserfahrzeuges zu kompensieren; eine geneigte Oberfläche an der Führungskante der Plattform, welche das Wasserfahrzeug bei Auftreffen auf Wasser nach oben zwingt; und Flotationsmaterial innerhalb der Plattform.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Erfindung ein Wasserfahrzeug, umfassend einen Computer, der die Lage des Wasserfahrzeuges und/oder Wellenaktivität überwacht, indem mittels einer elektronischen Vorrichtung bezüglich einer Stelle am Wasserfahrzeug ermittelte Daten über die Wasserbewegung gesammelt werden. In besonderen Ausführungsformen werden die Daten von mindestens drei Positionen am Wasserfahrzeug gesammelt und verwendet, um Informationen über Geschwindigkeit und Richtung für die Wellenaktivität zu erhalten. In einer weiteren Ausführungsform ist die Erfindung eine in Software implementierte Methode, welche Sensorinformationen benutzt, um die Bedingungen an der Wasseroberfläche zu bestimmen, und sogar die Entwicklung von Stürmen bestimmen kann, und diese Information benutzt, um das Boot von dieser Sturmaktivität wegzuführen.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Erfindung ein weniger als 45 Fuß langes Hausboot, welches einen niedrig liegenden Schwerpunkt hat und den Ozean befahren kann.

Andere Ausführungsformen ergeben sich anhand der vorliegenden Patentbeschreibung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein Wasserfahrzeug mit einer einzigen Trägereinheit mit zwei seitlichen Gleitskiern.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf ein tauchendes Wasserfahrzeug, welches eine kurze Plattform aufweist, die durch Streben auf jeder Trägereinheit oberhalb von zwei längeren Trägereinheiten gehalten wird. Die Plattform ist auf allen vier Seiten und oben abgeschlossen und weist im unteren Teil eine Öffnung (nicht gezeigt) auf.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Wasserfahrzeuges von Fig. 2.

Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines Segelwasserfahrzeuges mit einem niedrigen Tiefgang, welches für flache Gewässer geeignet ist.

Fig. 5 zeigt eine repräsentative "control surface deflector linkage means" zur Verhinderung des vollständigen Eintauchens.

Fig. 6a und 6b zeigen ein passives Deflektormittel zu Verhinderung vollständigen Eintauchens. Fig. 6a ist eine Seitenansicht und Fig. 6b eine Vorderansicht.

Fig. 7a and 7b zeigen Seitenansicht und Querschnitt von bevorzugten Skiformen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Erfinder haben nach Bootsrümpfen gesucht, welche keine konkave oder vertikale Form an der Wasseroberfläche aufweisen, und erkannten, weshalb derartige Rümpfe für persönliche Wasserkraftfahrzeuge nicht beliebt sind. Das konzeptionell einfache "Offener Rumpf"-Design ergibt Wasserfahrzeuge mit großem Reserveauftriebsvolumen, welches bei persönlichen Wasserfahrzeugen dramatische Änderungen in der Beladung während der Bewegung erlaubt. Dieses Auftriebsvolumen ("buoyancy volume") erfordert jedoch einen großen Rumpf, der an der Wasseroberfläche vertikal oder konkav sein muss. Solche Wasserfahrzeuge sind oberhalb der Wasseroberfläche größer als darunter, wodurch die Energieübertragung von und zur Wasseroberfläche erleichtert wird. Dieses Problem weisen auch Pontonwasserfahrzeuge auf. Bei der Überprüfung des SWATH-Designs (wie es beispielsweise in den US-Patenten Nr. 5,694,878, 4,763,596, 4,986,204, 3,830,178, 3,897,744 und 4,944,238 beschrieben ist) als einer Alternative haben die Erfinder gefunden, dass diese Schiffe sehr groß sind und Plattformen aufweisen, welche sich im allgemeinen über die gesamte Länge ihrer Trägereinheiten erstrecken und überdies kopflastig sind. Das SWATH-Design weist daher Grenzen für die Anwendung in kleinen Wasserfahrzeugen auf, teils, weil ein auf der Plattform, die sich bereits in einem gewissen Abstand von der Wasseroberfläche befindet, befindlicher Passagier den Schwerpunkt erheblich nach oben verlagert, wie die Erfinder während der experimentellen Arbeiten zu ihrem Leidwesen feststellen mussten.

Die Erfinder entdeckten, dass sie diese Probleme durch Anordnung von schweren Batterien wie Blei-Säure-Batterien, Alkali, Metallhydrid, Lithium, Nickelcadmium, Wasserstoffbrennstoffzellen etc. innerhalb eines geschlossenen, länglichen konvexen Rumpfs und anschließende Kombination mindestens eines solchen Rumpfes, welcher niedrig oder vollständig im Wasser sitzt, mit einem oder mehr der hier offenbarten Merkmale für eine verbesserte Wasserfahrzeugstabilität lösen konnten.

Die Erfinder studierten die Verwendung von hauptsächlich eingetauchten Trägereinheiten und kombinierten z. B. aus Stabilitätsgründen die Trägereinheiten mit einer verkürzten Plattform und/oder Gleitskiern. Für den Fall, dass Batterien in eine einzige Trägereinheit platziert werden, entdeckten die Erfinder, dass ein gutes Verhalten durch Kombination einer einzigen Trägereinheit mit zumindest einem, vorzugsweise zwei, seitlich zur Trägereinheit angeordneten Gleitskiern erreicht wird. Wenn die einzige Trägereinheit tief im Wasser liegt und zu einem niedrigen Schwerpunkt beiträgt, kann es statt mit zwei Gleitskiern vorteilhaft mit zwei Schwimmern, wie beispielsweise Pontons, vorzugsweise mit konvexen Oberflächen, kombiniert werden, um einen positiven Auftrieb zu verleihen. In diesem Fall ist die Trägereinheit vorzugsweise zu mehr als 90%, insbesondere zu 100% eingetaucht, wobei sich das obere Ende in einem Abstand zur Wasseroberfläche befindet, um die Bildung von Kielwasser zu verhindern. Der eingetauchte Abstand ("submerged distance") ist falls gewünscht auf den gesamten gewünschten Tiefgang des Wasserfahrzeuges begrenzt, kann aber zur Minimierung von Kielwasserbildung bis zum maximalen Durchmesser der Trägereinheit oder beim Betrieb in tiefen Gewässern bis zu deren dreifachen Durchmesser betragen.

Kombinierte Merkmale: (a) Schwere Energieträgermasse innerhalb einer geschlossenen Trägereinheit, welche mittels mindestens einer Strebe unterhalb der Wasseroberfläche gehalten wird; und (b) eine verkürzte Plattform und/oder Schwimmer wie z. B. Skier für die Stabilität.

(a) Verwendung der Masse von Niedrigenergiequellen für die Stabilität

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Niedrigenergiequelle, welche einen großen Teil (mehr als 10%, vorzugsweise mehr als 20%, besonders bevorzugt mehr als 25%, und ganz besonders bevorzugt mehr als 50%) des Gesamtgewichts des Wasserfahrzeugs ausmacht, innerhalb mindestens einer geschlossenen Trägereinheit mit einer konvexen Oberfläche platziert. Eine Plattform für Insassen (oder eine andere Last/Fracht) wird hierbei mittels mindestens einer Stütze (die Begriffe "Stütze" und "Strebe" haben in dieser Beschreibung die gleiche Bedeutung) über den Trägereinheiten gehalten. Dieses Merkmal der Erfindung minimiert den Kontakt der Oberflächen von Wasserfahrzeugen mit Wellenenergie: (1) es präsentiert eine konvex geformte Oberfläche auf der Oberseite jeder Trägereinheit, so dass diese Oberseitenoberfläche sich an eine Horizontale annähert und wenig mit der Wellenbewegung wechselwirkt; und (2) die Wellen werden abgeschwächt oder können durch das Fahrzeug hindurchtreten, indem der nicht eingetauchte Teil des Wasserfahrzeuges auf ein oder mehreren Stützen platziert ist, welche nur eine geringe vertikale Oberfläche zur Wechselwirkung mit dem Wasser haben, im Vergleich zu einem regulären "vessel-Typ"- Rumpf, so dass die Stützen einen Raum zwischen der obersten Oberfläche der eingetauchten Trägereinheit und der unteren Oberfläche der Plattform festlegen.

Eine an einer Trägereinheit angebrachte Stütze kann entlang der Länge der Trägereinheit oder des Schwimmers, an der sie befestigt ist, verlängert sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform befestigt eine lange Stütze eine zentrale Trägereinheit an der Plattform und umfasst eine kontinuierliche horizontale Oberfläche, insbesondere bei Anwesenheit von seitlich angeordneten Gleitskiern, welche Wellen brechen können, bevor diese die vertikale Oberfläche der langen Stütze erreichen können. Diese Anordnung minimiert die Empfindlichkeit gegenüber Wellen. Die untergetauchten Trägereinheiten sind weiterhin länglich und so geformt, dass die Bildung von Wellen vermindert ist, und können weiterhin optional einen Motor/Propeller enthalten, der im gleichen Vektor operiert wie die Achse der Trägereinheit und das Wasser nicht getrennt stört.

Das Merkmal, eine massive Energiequelle in einer Träger- bzw. Antriebseinheit unterhalb der Plattform anzuordnen, kann eine von zwei Grundanordnungen annehmen, um die große Masse zur Stabilisierung des Fahrzeuges auszunutzen. In der ersten Anordnung werden zwei Trägereinheiten verwendet, die vorzugsweise nicht vollständig eingetaucht sind, aber einen positiven Auftrieb aufweisen. Diese wird im folgenden "Doppelträgereinheit-Anordnung ("Double Support Member Configuration") genannt. In der zweiten Anordnung wird eine vollständig eingetauchte Trägereinheit mit Gleitskiern für die seitliche Stabilität kombiniert, im folgenden "Einzelträgereinheit-Anordnung" ("Single Support Member Configuration") genannt. Die Einzelträgereinheit-Anordnung ist für die hierin diskutierten Ausführungsformen bevorzugt. Die Doppelträgereinheit-Anordnung ist besonders bevorzugt für ein Tauchboot, das untertauchen kann. Für diesen Fall sollte die Trägereinheit reversibel mit Ballast versehen werden, um sowohl Flotation (durch Luft in der Trägereinheit) als auch Tauchen zu ermöglichen, nachdem die Luft teilweise oder vollständig aus den Trägereinheiten entfernt wurde.

(b) Verkürzte Plattform und/oder Schwimmer wie z. B. Skier

Ein Wasserfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist im Vergleich zur Größe eines Insassen kurz und ist in der am meisten bevorzugten Ausführungsform 2, 3, 4 oder bis zu 5-fach so lang wie ein 6 Fuß großer Insasse, d. h., bis zu 30 Fuß lang. Eine Plattform gemäß den bevorzugten Ausführungsformen ist, wie in den Figuren gezeigt, kürzer als die Länge der Trägereinheiten. In einer Ausführungsform ist die Plattform an ihrem vorderen und an ihrem hinteren Ende oberhalb der Trägereinheit(en) jeweils um mindestens den Abstand der mittleren Stützenlänge kürzer. Beispielsweise wäre die Plattform (die Passagiere tragende Fläche) nicht länger als 23 Fuß, wenn zwei 25 Fuß lange Trägereinheiten mit 1 Fuß langen Stützen verwendet werden. Die Plattform kann weiterhin Takelage- und Deckflächen haben, welche die Plattform über diese Dimensionen hinaus verlängern, insbesondere für größere, mehr als 20 Fuß, vor allem mehr als 25 Fuß lange Fahrzeuge. Solche zusätzliche Takelage ist nicht für eine solide Infrastruktur wie einen Raum bestimmt, und normalerweise würden Insassen dort nicht herumlaufen.

In einer anderen Ausführungsform ist die Plattform um das Doppelte der mittleren Stützenlänge kürzer, oder, gemäß diesem Beispiel, nicht länger als 21 Fuß lang. In einer weiteren Ausführungsform ist die Plattform um das Dreifache der mittleren Stützenlänge kürzer, oder in diesem Beispiel nicht länger als 19 Fuß. Der Ausdruck "mittlere Stützenlänge", wie er hier benutzt wird, bedeutet den durchschnittlichen Abstand zwischen der/den Trägereinheiten und der Plattform, den Abstand, wie er durch die Stützen erzeugt wird. Die tatsächlichen Plattformmaße sollten vermutetes Passagiergewicht und Lasten widerspiegeln, so dass die Fläche kleiner ausfallen sollte, wenn einer großen Person die freie Bewegung über die gesamte Plattformfläche gestattet ist, insbesondere vorne und hinten. In einigen Ausführungsformen kann die Plattform jedoch so einfach wie ein Stuhl sein, der eine Person trägt. Die Stabilität kann durch Einschränkung der Bewegungen des Insassen erhöht werden.

In einer weiteren Ausführungsform wird anstelle einer Begrenzung der Plattformgröße oder zusätzlich zur Erhöhung der Stabilität mindestens ein Schwimmer wie beispielsweise ein Ski oder Ponton verwendet, der parallel zu den Trägereinheiten angeordnet ist. Hierbei sind ein oder zwei Skier bevorzugt, wenn hohe Geschwindigkeit gewünscht wird. In einem solchen Fall sollte(n) die Trägereinheit(en) etwas Auftrieb für die Plattform zur Verfügung stellen. Wenn es nicht um hohe Geschwindigkeiten geht, wie beispielsweise bei einem Hausboot, kann eine einzelne Trägereinheit, insbesondere mit einem starken negativen Nettoauftrieb ("net negative buoyancy"), mit zwei seitlichen Schwimmern wie beispielsweise Pontons kombiniert werden, die nicht bei hohen Geschwindigkeiten zum Hydroplanen neigen.

In einer weiteren Ausführungsform enthält die Plattform am vorderen und/oder hinteren Ende einen nicht tragenden Teil ("non-load supporting portion"), der sich bis zu den Trägereinheiten oder sogar darüber hinaus erstrecken kann. Der Ausdruck "non-load supporting portion" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein Insasse diesen Teil nicht begehen kann und dieser Teil nicht anderen, nicht permanenten schweren Massen ausgesetzt ist. Ein nicht tragender Teil im Vorderteil ist bevorzugt und hat Keilform. Die Spitze des Keils zeigt von der Plattform weg und bildet eine die Windreibung vermindernde stromlinienförmige frontale Oberfläche. Der nicht tragende Keil bietet Stauraum für sehr leichte Materialien wie Angeln, Schwimmwesten usw. In der bevorzugten Ausführungsform eines Benzin-Elektro- Hybrid-Bootes umfasst der nicht tragende Keil einen kleinen Benzingenerator mit einem Tank. In diesem Fall können Generator und Tank zentral platziert werden, um die Stabilität zu maximieren, und sie haben üblicherweise eine Gesamtmasse, die weit geringer als die Batteriemasse ist.

Falls eine Trägereinheit verwendet wird, ist die Verwendung von zwei Gleitskiern, einer auf jeder Seite der Trägereinheit, bevorzugt. In einer weiteren Ausführungsform wird eine Trägereinheit mit einem Gleitski auf einer Seite kombiniert, welche durch die Rotation des Propellers innerhalb der Trägereinheit bestimmt wird. Falls der hinten angebrachte Propeller für Vorwärtsbewegungen des Bootes im Uhrzeigersinn (von hinten gesehen) rotiert, neigt die Trägereinheit dazu, sich im Gegenuhrzeigersinn zu drehen, so dass der Gleitski links von der Trägereinheit angeordnet ist. Wenn ein Propeller gewählt wird, der im Gegenuhrzeigersinn rotiert, sind die Trägerski rechts von der Trägereinheit angeordnet.

Die Trägereinheit hat vorzugsweise seitliche Flossen. Die Flossen tragen zur Stabilisierung des Fahrzeuges bei, indem sie sich als Reaktion auf eine vertikale Kraft auf die Gleitskier der Rotation der Trägereinheit(en) während Wellenaktivität widersetzen.

Für Anwendungen, in denen das Wasserfahrzeug zur Überführung signifikanter Lasten benutzt wird, hat jeder Ski vorzugsweise einen flachen Boden und stellt für die Plattform Schwimmfähigkeit (Flotation) bereit, wenn sich das Wasserfahrzeug in Ruhe befindet. Vorzugsweise liefert die Trägereinheit etwas Auftrieb bzw. Schwimmfähigkeit und jeder Ski liefert weniger als 35%, vorzugsweise weniger als 20% und noch mehr bevorzugt weniger als 10% des Auftriebes, der die Plattform sowie zusätzliche Insassen und Fracht über der Wasseroberfläche hält, wenn sie nicht in Bewegung ist. Ein minimaler Prozentsatz an Auftrieb durch die Skier ist am meisten bevorzugt, wenn keine Wellenaktivität vorhanden ist, und ist jedenfalls gewünscht, um Skier mit einer minimalen Größe zu ermöglichen. Während der Vorwärtsbewegung sollten die Skier auf der Wasseroberfläche streichen oder streifen; und die Skier liefern größere Stabilität.

In einer Ausführungsform tragen die Skier nicht nennenswert zum Auftrieb bei und die vollständig eingetauchte Trägereinheit liefert diese Kraft. Wenn die Herstellkosten akzeptabel sind, kann die Trägereinheit (oder der Schwimmer) Rohrleitungen aufweisen, welche eine Kontrolle des Auftriebes durch Hinein- oder Hinauspumpen von Luft oder Wasser ermöglichen. Dies kann zu einer größeren Masse von Trägereinheit bzw. Schwimmer im Ruhezustand verglichen mit der Bewegungsphase führen. Während des Betriebes gemäß der letzten Ausführungsform wird die Schwimmfähigkeit der Trägereinheit und/oder Gleitskier unmittelbar vor oder in der Anfangsphase der Vorwärtsbewegung erhöht. Bei starker Wellenaktivität wird die Schwimmfähigkeit der Trägereinheit und/oder der Gleitskier zur Verstärkung der Stabilität durch Wasserballast vorzugsweise verringert.

In einer Ausführungsform ist die Plattform schwimmfähig und im Kontakt mit dem Wasser, wenn sich das Wasserfahrzeug nicht bewegt. Während der Vorwärtsbewegung steigen die Skier, welche nach oben gebogene Spitzen haben, auf die Wasseroberfläche, und ermöglichen daher der Plattform, das Wasser zu verlassen und oberhalb der Wasseroberfläche zu fahren. Diese Ausführungsform ist für eine Tauchbootkonfiguration bevorzugt, wo die Minimierung des Luftballastraumes innerhalb der Trägereinheiten gewünscht ist.

Wo höhere Geschwindigkeit gewünscht ist, können die Skier zumeist in der Bewegungsphase Stabilität verleihen. In diesem Fall würden der oder die Skier von sich aus wenig Schwimmfähigkeit aufweisen. In einer solchen Ausführungsform werden zwei Trägereinheiten verwendet, um Schwimmfähigkeit und Stabilität beizutragen, wenn sie nicht in Bewegung sind, sind aber im Bewegungszustand untergetaucht, zu welcher Zeit die Skier auf der Oberfläche reiten. Seitlich angeordnete Skier, die optional einziehbar sind, können zu weiterer Stabilität während der Bewegung beitragen. Solche Skier sind besonders nützlich für das in Fig. 2 gezeigte Tauchboot, weil sie eine größere Masse und kleinere Luftballasttanks in den Trägereinheiten ermöglichen. Eine besondere Herausforderung bei dem in dieser Figur gezeigten Tauchboot ist, dass das Boot Masse haben muss, um die eingeschlossene Plattform, welche zum Atmen eine unter Normaldruck befindliche Luftkammer enthält (kein unter Druck befindlicher Rumpf) unterzutauchen. Der Auftrieb von einem Kubikfuß Luft erfordert zum Tauchen ungefähr 65 Pfund Nettomasse in der(n) Trägereinheit(en). Die Luftkammer (Kabine) des hier gezeigten Tauchbootes hat vorzugsweise mehr als sechs Kubikfuß Luft und ganz besonders bevorzugt mehr als 10 Kubikfuß Luft. Entsprechend erfordern die Trägereinheiten mindestens 390 bzw. 650 Pfund "net negative buoyancy" um die Kabine unter die Wasseroberfläche zu bringen. In der Ausführungsform, in der die Trägereinheiten das Kabinengewicht über der Wasseroberfläche halten müssen während nicht getaucht wird, wird noch mehr austauschbare Luftballast-Schwimmfähigkeit benötigt.

Solche Wasserfahrzeuge haben vorzugsweise nicht schwimmfähige Wasserskier, welche der Wasserfahrzeugplattform das Steigen auf die Wasseroberfläche ermöglichen, trotz des Umstandes, dass das Wasserfahrzeug wegen des massiven Gewichts der Energieversorgung (Batterien) zusammen mit optionalem Ballast wie Blei oder Eisen, welcher das Untertauchen mit dem luftgefüllten Abteil ermöglicht, wenig Schwimmfähigkeit aufweist. In einer Ausführungsform hat das Tauchboot jedoch zusätzlich eine oder (vorzugsweise) zwei Gleitski oder Pontons, die aufblasbar sind oder aufblasbare Teile haben, welche die Plattform aus dem Wasser zu heben helfen, wenn nicht getaucht wird.

Die Doppelträgereinheit-Anordnung ("The Double Support Member Conformation"): In dieser Anordnung enthalten die Trägereinheiten schwere Energiequellen und bewegen sich niedrig im Wasser. Zur Stabilisierung des Wasserfahrzeuges gegen Wellenaktivität sollten zumindest 35% der die Energiequelle enthaltenden Trägereinheit(en) unterhalb der Wasserlinie sein. Vorzugsweise sind zumindest 50%, besonders bevorzugt mehr als 65% und ganz besonders bevorzugt mindestens 85% eingetaucht. Die prinzipielle Begrenzung des Eintauchens gemäß einer Ausführungsform besteht darin, dass eine kleine Auftriebsreserve erforderlich ist, um plötzlichen Gewichtsverschiebungen im Wasserfahrzeug (wie beispielsweise auf der Plattform) zu widerstehen. Falls jedoch ein befriedigendes Mittel zur Verhinderung eines exzessiven Eintauchens verwendet wird (wie beispielsweise hierin beschrieben), ist ein Eintauchen zu mindestens 90% und sogar das vollständige Eintauchen der Trägereinheit(en) bevorzugt, um die Erzeugung von Oberflächenwellen zu vermindern.

Die Einzelträgereinheit-Anordnung ("The Single Support Member Configuration"): Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung taucht die Trägereinheit im wesentlichen (zu mehr als 50%) oder vollständig ein, und das Wasserfahrzeug umfasst wie unten beschrieben aus Stabilitätsgründen weiterhin mindestens einen Gleitski. Wenn ein Gleitski benutzt wird, ist die Trägereinheit vorzugsweise zu 50% eingetaucht und trägt zumindest die Hälfte zur gesamten Schwimmfähigkeit bei und die Skier den Rest. Wenn zwei Skier verwendet werden, ist die Trägereinheit wie in Fig. 1 beschrieben vorzugsweise vollständig eingetaucht. In jedem dieser Fälle enthält die Trägereinheit Batterien, vorzugsweise eine Antriebseinheit und optional eine Auftriebsreserve, um die Plattform aufrecht zu halten. Die Trägereinheit ist unterhalb des Zentrums der Plattform in Fig. 1 befestigt und unterhalb einer Seite der Plattform für die Konfiguration mit einem Ski. Die Schwimmer können Antriebseinheiten enthalten.

Sowohl in der Einzel- als auch in der Doppelträgereinheit-Anordnung erlaubt die eine oder mehreren die Plattform haltenden Stützen, dass sich die Plattformfläche bei der Fahrt oberhalb des Wassers befindet. Die Plattform kann so klein wie ein Stuhl sein, kann aber insbesondere bei größeren Fahrzeugen für den Frachttransport einer flachen Oberfläche ähneln.

Ausnutzung der Merkmale mit weiteren Kombinationen

Vorzugsweise werden im erfindungsgemäßen Wasserfahrzeug weitere Merkmale der Erfindung kombiniert, um von dem hohen Gewicht der Energieträgermasse zu profitieren und das Wasserfahrzeug weiter zu stabilisieren. Dies wird in den folgenden Abschnitten A bis M erläutert.

A. Die Anordnung eines Propellers innerhalb einer Trägereinheit

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal ist die Anordnung einer Antriebseinheit oder von Antriebseinheiten in der langen Achse der Trägereinheit(en), so dass der Propeller (oder Wasserimpeller oder andere Mittel zur Bewegung des Wasserfahrzeuges) der Antriebseinheit das Wasser im selben Vektor und Ort stört wie der eingetauchte Teil des Wasserfahrzeuges (vgl. Fig. 1). Ein elektrischer Bootsantrieb ist besonders gut für diese Ausführungsform geeignet, weil ein Elektromotor keine Luft benötigt und beim Kontakt mit Wasser gekühlt werden kann.

B. Automatisierte Kompensation der Schwimmfähigkeit

Der Grad des Eintauchens und die Schräglage der Trägereinheit und/oder Stützen kann automatisch detektiert und von einem Schwimmfähigkeitskompensator kontrolliert werden. Bestimmen der "Schräglage" bedeutet die Ermittlung, ob die Lage des Wasserfahrzeuges nicht in Ordnung ist (d. h., wenn während der Vorwärtsbewegung der Bug niedriger liegt als das Heck). Die Schwimmfähigkeit des Wasserfahrzeuges wird vorzugsweise durch Hinzufügung oder Entfernung von Luft zur/vom untergetauchten Teil kontrolliert, durch Hinzufügung von Gewichten oder durch beides. Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, eine Lufttasche in den untergetauchten Teil einzuschließen und Luft zwischen dieser Tasche und der Atmosphäre zu transportieren, wie es zur Kontrolle des Eintauchens des Wasserfahrzeuges benötigt wird. In einer Ausführungsform wird der oder den Trägereinheit(en) vor oder während der Vorwärtsbewegung Luft zugeführt und diese später entfernt. Alternative Mittel sind unten beschrieben.

C. Hydrodynamisch geformte Trägereinheit(en)

Um die Störung des Wassers zu minimieren, kann die Trägereinheit in Form einer Stange ("log") oder vorzugsweise wie in den Figuren gezeigt in der Form einer Zigarre vorliegen. Am meisten bevorzugt sollte die Trägereinheit eine konturenreiche Oberfläche haben, um ein Ablösen von Grenzschichten und die Ausbildung von Hohlräumen bei höheren Geschwindigkeiten zu minimieren, wie beispielsweise bei einer Geschwindigkeit oberhalb von 10 Meilen pro Stunde. In diesem Zusammenhang ist eine bevorzugte Form ein gerundeter zentraler Teil, der sich entlang einer gut bekannten Kurve zuspitzt wie sie beispielsweise im US-Patent Nr. 5,514,023 beschrieben ist.

Eine in diesem Zusammenhang mehr bevorzugte Form ist ein längliches Projektil, wie es im US-Patent Nr. 5,514,023 beschrieben ist, welches eine Länge-zu-Durchmesser-Kontur hat, die eine stabile und effiziente Fahrt durch das Wasser erleichtert. Tabelle I dieser Patentschrift beschreibt repräsentative Verhältnisse von Durchmesser zu Länge, ausgedrückt als Durchmesser vs. Entfernung von der Führungskante des Projektils entlang der langen Achse des Projektils. Die bevorzugte Projektilgestalt ist symmetrisch mit einem geringen vorderen Überhang (forward bias) der Region mit maximalem Durchmesser zum Ausgleich des Flossengewichts, wo der maximale Durchmesser des Körpers sich 1/16 der Gesamtlänge vor dem Zentrum befindet wie es in Spalte 4 dieses Patentes beschrieben ist. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird die gleiche Form für eine oder mehrere Trägereinheit(en) benutzt, die ein oder mehr, insbesondere mindestens zwei, Flossen am hinteren Ende der Trägereinheit haben. Vorzugsweise ist das Zentrum des maximalen Durchmessers angeordnet zwischen 8/16 und 7/16 der Entfernung vom Anfang bis zum Ende der Trägereinheit statt 7/16 wie es in dem Patent gezeigt ist, weil die Flossen der vorliegenden Erfindung kleiner oder in geringerer Anzahl vorliegen sollten als die im US- Patent Nr. 5,514,023 gezeigten Flossen.

Die stabilisierenden Flossen, sofern sie auf einer Trägereinheit vorhanden sind, besetzen vorzugsweise weniger als 25% der Körperlänge und erstrecken sich vorzugsweise nicht mehr als der maximale Durchmesser der Trägereinheit aus der Oberfläche. Die Flossen liefern Stabilität gegen eine unerwünschte Rotation der Trägereinheit und dienen so der Stabilisierung des Wasserfahrzeuges, vor allem gegen von den Seiten auftreffende Wellenbewegung.

Eine Trägereinheit kann einen Schraubenpropeller umfassen, welcher sich von einer nahezu kontinuierlichen Oberfläche, die ungefähr kontinuierlich mit der Krümmung der sie enthaltenden Trägereinheit ist, zur Minimierung der Störung des Wassers nicht weiter als der maximale Radius der Trägereinheit erstreckt. Mit anderen Worten hat der Schraubenpropeller eine Nabe (hub) oder zentralen Körper, welcher kontinuierlich mit der Trägereinheit verbunden ist. Die Teile des Propellers, die aus dem Wasser ragen, erstrecken sich ausgehend von dieser kontinuierlichen Oberfläche. Noch mehr bevorzugt ist, dass der Schraubenpropeller Wasser an einer Stelle unmittelbar hinter der Propellerachse fokussiert. Mit anderen Worten sammelt der Propeller Wasser in unmittelbarer Nähe zur Oberfläche der Trägereinheit und erzeugt einen höheren Druck unmittelbar am hinteren Ende der Trägereinheit, wo das strömende Wasser, welches sich entlang der Oberfläche der Trägereinheit bewegt, zur Sammlung neigt. Beispielsweise passt ein Rumpf mit einem maximalen Durchmesser von 20 Zoll, welcher sich entlang einer geeigneten Kurve verengt, zu einem Schraubenpropeller mit einer Nabe, welche zur selben gebogenen Rumpfoberfläche passt. In diesem Fall erstrecken sich die Flossen ("fins") bis zu einem Durchmesser von 20 Zoll bezogen auf die Drehachse.

Für die beste Stabilität sollten zwei oder mehrere Einheiten parallel zueinander verwendet werden. Jede Einheit weist vorzugsweise eine Verbreiterung bzw. Zunahme im Durchmesser von der Führungskante ("leading edge") hin zum zentralen Teil und eine allmähliche Abnahme in der Größe oder Verengung vom zentralen Teil bis zur Hinterkante ("trailing edge") wie oben beschrieben auf. Vorzugsweise hat die hintere Stelle einen Durchmesser, der in etwa dem Motordurchmesser entspricht, wobei ein Motor in jeder Einheit an dieser Stelle vorliegt. In diesem Fall ist ein Propeller bevorzugt, der das ausgestoßene Wasser auf einen Brennpunkt direkt hinter der langen Achse der Trägereinheit konzentriert. Da es erwünscht sein kann, dass ein kleiner Teil der Trägereinheit oberhalb der Wasserlinie ist, kann das obere Zentrum der Einheit entlang seiner langen Achse etwas erhöht sein, wie es oben unter "konvexer Oberfläche" erwähnt ist, um diese Reserveschwimmfähigkeit bereitzustellen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Antriebseinheit ein Impeller in einem Gehäuse. Das Gehäuse beinhaltet Flossen oder andere geeignete Strukturen im Bereich der Wasseraufnahme, um den direkten Kontakt zwischen Impeller und einem Schwimmer zu verhindern oder zu begrenzen. Fachleute für das Design von Jetskiern sind insbesondere mit solchen Impellern und Strukturen vertraut, wie sie beispielsweise in den US-Patenten Nr. 5,549,451, 5,332,355 und 5,266,009 beschrieben sind.

D. Geformte Stützen für die Minimierung der Wechselwirkungen mit Wellen

Stützen gemäß der vorliegenden Erfindung sind an den Trägereinheiten angebracht, um zumindest eine Plattform wie einen Stuhl oder eine flache Oberfläche wie eine photovoltaische Anordnung zu stützen. Stützen erstrecken sich üblicherweise mindestens 6 Zoll, vorzugsweise zwischen 1 und 3 Fuß, von einer Trägereinheit und könnten in großen Gewässern länger als 6 Fuß sein. Es ist jedoch am besten, den Abstand kurz zu halten, um einen tiefen Schwerpunkt beizubehalten. Vorzugsweise liegt der Schwerpunkt niedriger als das Zentrum der Schwimmfähigkeit. Teleskopartige Stützen können verwendet werden, um den Schwerpunkt wie gewünscht herabzusenken.

Die Stützen sind so konzipiert, dass sie einen minimalen Querschnitt haben, um ein kleineres Ziel für Wellenaktivität zu bieten. Vorzugsweise ist eine Stütze eine Stange mit einer Führungskante für geringere Reibung während der Bewegung. In einer Ausführungsform haben die Stützen vorzugsweise einen durchschnittlichen Durchmesser (d. h. Dicke senkrecht zur Richtung der Vorwärtsbewegung) von weniger als dem fünffachen Abstand zwischen der darunter befindlichen Trägereinheit und der darüber befindlichen Plattform. In einer anderen Ausführungsform ist eine Stütze sehr lang und erstreckt sich nach vorne und hinten über eine Entfernung, welche den vertikalen Abstand (Höhe) der Stützen übertreffen kann. In diesem Fall beträgt der mittlere Durchmesser der Stützen (Dicke bezogen auf die Bewegungsrichtung des Wasserfahrzeuges) vorzugsweise weniger als 20% der Stützenhöhe. Jedoch kann in einer anderen Ausführungsform eine Stütze sowohl dick (mehr als 20% der Stützenhöhe) als auch lang sein.

Vorzugsweise verlaufen die Stützen nicht entlang der gesamten Länge der Trägereinheit(en), sondern ermöglichen einer merklichen Wellenenergie den Durchgang durch das Wasserfahrzeug. In einer Ausführungsform existiert eine kontinuierliche Stütze auf dem größten aber nicht gesamten Teil einer zentralen Trägereinheit. Beispielsweise können die beiden Stützen 347 in Fig. 1 miteinander verbunden werden, um auf der Trägereinheit 320 eine kontinuierliche Stütze zu bilden. Auf jeder Seite der Trägereinheit 320 ist ein paralleler Gleitski. Jeder Ski ist mittels einer oder mehr Stützen an der Plattform befestigt, welche es ermöglichen, dass sich etwas Wellenbewegung über die Skier bewegen kann. Weiterhin hat jede der im Tauchbootbeispiel von Fig. 2 gezeigten Trägereinheit vorzugsweise aus Stärkegründen eine kontinuierliche Länge von Stütze 55. Selbst in diesem Fall erstreckt sich jedoch die Stütze nicht über die gesamte Länge und einige Wellenbewegung kann hindurchtreten.

Die "vertikale" Anordnung der Stützen ermöglicht den Stützen, die Plattform aus dem Wasser zu halten. Eine oder mehrere Stützen können von einer perfekten Senkrechten entfernen. Beispielsweise ist ein Pfeildesign ähnlich der Flosse eines Hais und mit der Stromlinienform konsistent akzeptabel sein. Es ist erwünscht, dass die Stütze(n) die obere Einheit über der/den Trägereinheiten halten, so dass die meiste Wellenaktionsenergie nicht mit der Plattform kollidiert und von der Plattform absorbiert wird. Vorzugsweise übertrifft die Stützenlänge die Hälfte der erwarteten maximalen Wellenhöhe. Für die Verwendung im Meer sind mindestens zwei Fuß lange Stützen am meisten bevorzugt, insbesondere mehr als 3 Fuß lang und ganz besonders bevorzugt in Breiten weit vom Äquator entfernt (oder in starken Stürmen), wo die Wellen höher sind, mindestens 4 Fuß lang.

E. Bewegliche Stützen

In einer Ausführungsform können die Stützen automatisch oder per Hand wie gewünscht aus- oder eingezogen werden. Ein solches Aus- oder Einziehen kann teleskopartig als Reaktion auf Wind- und/oder Wellenverhältnisse vorgenommen werden und dazu führen, dass der Schwerpunkt bei rauen Wasserbedingungen in der Nähe des Zentrums oder niedriger als das Zentrum der Schwimmfähigkeit liegt. Ein solches Ausziehen oder Einziehen ist auch beim Beladen oder Entladen einer Plattform zur Anpassung an die Dockhöhe gewünscht. In einer ähnlichen bevorzugten Ausführungsform wird die Schwimmfähigkeit der Trägereinheit(en) zur Anpassung des Wasserfahrzeuges an die Dockhöhe kontrolliert. In extremen Fällen werden sowohl die Schwimmfähigkeit der Trägereinheiten als auch die Stützenlänge geändert, um die Höhe bzw. Erhöhung der Plattform zu kontrollieren.

F. Kombinationen mit Mitteln zur Verhinderung des Eintauchens der Plattform

Vorzugsweise werden Mittel bereitgestellt, die das Eintauchen des Wasserfahrzeuges während der Bewegung verhindern. Beispielsweise kann während der Fahrt eine plötzliche Bewegung eines Insassen in Richtung des vorderen Endes des Wasserfahrzeuges dieses mehr als gewünscht untertauchen. Die hierin beschriebenen Mittel sind nicht nur für elektrische Wasserfahrzeuge bestimmt, sondern auch für andere Wasserfahrzeuge, insbesondere solche, die keinen Behälter("vessel")rumpf aufweisen und einen besonderen Schutz gegen das Eintauchen benötigen.

Das Eintauchen der Plattform des Wasserfahrzeuges kann während der normalen, nicht­ tauchenden Verwendung durch Adjustierung der Schwimmfähigkeit auf eine Weise, dass das Wasserfahrzeug nach der Beladung definitiv schwimmfähig ist ("positively buoyant"), verhindert werden. Der Schutz gegen unerwünschtes Eintauchen kann auch mit anderen Mitteln bewirkt werden, indem beispielsweise die Lage des sich bewegenden Wasserfahrzeuges mit einem horizontalen Ruder wie in Fig. 5 beschrieben, mit einem passiven Deflektor wie in Fig. 6 beschrieben oder mit einem am Bug befestigten Propeller mit einer geneigten Triebkraft kontrolliert wird.

Andere Mittel zur Kontrolle von plötzlichen oder allmählichen Bewegungen in Richtung Wasser sind möglich und ein repräsentatives Beispiel wird hier gezeigt. Ein Mittel dient der Anzeige von Tiefenänderungen des Wasserfahrzeuges und der Kompensation entweder durch Anhalten des Wasserfahrzeuges, Verringerung seiner Geschwindigkeit, Veränderung der Gewichtsverteilung im Wasserfahrzeug oder Steuern des Wasserfahrzeuges zum Ausgleich der vertikalen Bewegung.

Die Tiefe des Wasserfahrzeuges (oder Änderungen im Angriffswinkel, welche zu Änderungen der Tiefe des Wasserfahrzeuges führen) können detektiert werden. Wellenaktivität, welche stürmische Aktivitäten ankündigt oder anzeigt, kann ebenfalls verfolgt werden. Bevorzugt sind elektronische Mittel. Beispielsweise kann die kontinuierliche Anzeige der Tiefe durch Messung der Leitfähigkeit zwischen vertikal an einer oder mehreren Stützen angeordneten Elektroden erfolgen. Bei steigendem Wasserniveau, infolge Eintauchens oder hoher Wellenaktivität, kann ein solches Eintauchen oder eine solche hohe Wellenaktivität elektronisch durch Änderung der Leitfähigkeit zwischen den Elektroden nachgewiesen werden. Eine Änderung in der Leitfähigkeit wird in eine Spannungs- und oder Stromdifferenz übersetzt, in ein Signal konvertiert (typischerweise "an/aus" oder komplexere digitale Reihen von Einsen und Nullen, welche von einem Analog zu Digital-Wandler erhalten werden) und dann in einen Computer eingegeben. Andere elektronische Detektionsmittel beruhen auf der Verwendung von Optik zur Bestimmung des Eintauchens, des Abstandes zwischen Plattform und Wasseroberfläche oder der Frequenz der Wellenaktivität durch die Messung von optischer Reflexion und/oder optischer Transmission. Photodioden und Photodetektoren sind für diese Ausführungsform bevorzugt. Eine weitere elektronische Möglichkeit ist die Verwendung von Ultraschallwellen durch gemeinsame Verwendung eines Generators für die Erzeugen von Ultraschallwellen mit einem Detektor, wie es in Bewegungsmeldern geschieht. Im einfachsten Fall vergleicht der Computer ein neues Signal entweder mit einem gespeicherten Signalwert oder einem festen Signalwert und gibt dann das Ergebnis aus, um ein Mittel für die Anpassung von Lage oder Tiefe des Wasserfahrzeuges zu kontrollieren. Vorzugsweise wird eine Anzahl von Signalen verglichen und ein Algorithmus verwendet, um zu entscheiden, wie die Bewegung des Wasserfahrzeuges angepasst werden soll.

Erfindungsgemäße Wasserfahrzeuge wechselwirken weit weniger mit der Wasseroberfläche als ein Boot vom üblichen "vessel-Typ" und stören daher einkommende Wellenaktivität weit weniger, wodurch deren Nachweis und Messung möglich wird. Dieser Vorteil der Erfindung eröffnet neue Sichtweisen für das Monitoring von Sturmaktivitäten und das zur Verfügung stellen von Informationen über Wellenaktivität, entweder eigenhändig über ein Display oder automatisch durch Kontrollmechanismen. Solche Informationen können benutzt werden, um das Überstehen eines Wasserfahrzeuges während eines Sturmes zu erhöhen (beispielsweise durch Steuern in die Wellen) oder um zukünftige Sturmaktivität durch Wegfahren von einem nahen Sturm zu vermeiden (dessen Gegenwart, Richtung und Bewegung anhand der Wellenaktivität bestimmt werden kann, wie es beispielsweise in Handbüchern wie "Modern Seamanship" von Don Dodds (Lyons & Burford, 1995) beschrieben ist). Dementsprechend sammelt der Computer optional Windinformation und kann diese in einem Algorithmus verwenden, um das Wasserfahrzeug zu kontrollieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt der Computer über ein gespeichertes Programm, das eine Reihe von elektronischen Messungen vergleicht, die über einen gewissen Zeitraum erhalten wurden, und die Antwort nach einem Vergleich ausgibt. Die Antwort kann ein für den Operator sichtbares Signal sein und kann eine automatische Korrektion von Geschwindigkeit, Tiefe, Richtung und Lage des Bootes sein. Mehr bevorzugt ist, wenn der Computer Eingaben von mindestens zwei Stellen am Wasserfahrzeug erhält und einen Algorithmus benutzt, um Höhe, Geschwindigkeit und/oder Richtung der Wellen zu bestimmen. Beispielsweise kann eine Bestimmung (Messung eines elektrisches Output) an drei Stellen des Wasserfahrzeuges erfolgen, an einer vorderen Steuerbordposition, einer vorderen Backbordposition und einer hinteren Position. Eine Welle, die direkt vom vorderen Zentrum kommt, wird ungefähr zur gleichen Zeit von beiden vorderen Sensoren ermittelt und später vom hinteren Sensor. Noch mehr bevorzugt ist die Verwendung eines hinteren Sensors, wobei es an jeder der vier Ecken des Wasserfahrzeuges einen gibt.

Ein Computer kann die Zeit zwischen Signalen vergleichen, um die relative Geschwindigkeit und Dauer einer Welle zu bestimmen, und verfolgt die Bootgeschwindigkeit, um den Umstand zu korrigieren, dass sich das Boot selbst im Wasser bewegt. Beispielsweise wird in den drei oben genannten Sensorausführungsformen eine von "dead ahead" kommende Welle mittels beider ungefähr zur gleichen Zeit empfangener Sensorsignale nachgewiesen und dem später als jedes der vorderen Signale hinteren Sensorsignal (nach einer Korrektur für die Bootsbewegung). Jede mögliche Kombination (Wellen verschiedener Geschwindigkeiten aus unterschiedlichen Richtungen) kann auf ähnliche Weise nachgewiesen werden und dann durch ein Computerprogramm verglichen werden, woraufhin der Computer ein Signal ausgibt, das dazu bestimmt und geeignet ist, das Fahrzeug mehr in die Welle zu steuern, um je nach Wunsch die Störung der Welle zu begrenzen oder andere Einstellungen vorzunehmen. Beispiels würde der Computer für eine Erhöhung der Stabilität während eines Sturmes ein Signal ausgeben, welches das Ruder ändert, um das Wasserfahrzeug mehr nach rechts zu steuern, wenn der Sensor von vorne rechts kommende Wellen anzeigt.

Vorzugsweise werden mindestens vier Sensoren verwendet, einer an jeder der vier Ecken des Wasserfahrzeuges. Mehr bevorzugt werden Sensoren benutzt, die auch die Wellenhöhe registrieren. Die Wellenhöhe kann zusammen mit Wellengeschwindigkeit, Wellenrichtung und vorzugsweise Windrichtung mittels eines Algorithmus analysiert werden, um Gleichgewichtslage, Geschwindigkeit und Richtung des Bootes einzustellen, je nach Eignung für eine besondere Situation. Die Information kann direkt von einem erfahrenen Seemann benutzt werden, um auf Bedingungen zu reagieren, wie es beispielsweise in Handbüchern wie "Modern Seamanship" von Don Dodds (Lyons & Burford, 1995) diskutiert wird. Es ist mehr bevorzugt, wenn der Computer selbst Geschwindigkeit und Richtung des Bootes in Reaktion auf die gemessene Information kontrolliert.

Ein Fachmann kann leicht die Elektrodenanordnung und optische Anordnung optimieren und ebenso geeignete Algorithmen zur Entzifferung der Leitfähigkeitsmuster und Lichtmessungen bestimmen, um längeres Eintauchen von üblicher Wellenaktivität zu unterscheiden.

Leitfähigkeits- oder optische Messungen können an verschiedenen Stellen durchgeführt werden, beispielsweise an der gleichen Stütze, zwischen Elektroden auf einer Stütze und einer tauchfähigen Einheit, und zwischen zwei verschiedenen Stützen. Indem eine große Menge an Daten erhalten wird, kann der Computer bestimmen, ob Ballast zur Kompensation verschoben, die Motorgeschwindigkeit oder der Antriebsvektor des Motors (Rotation des Motors um mehr Antrieb nach unten oder oben zu haben), die Ruder zur Kontrolle der vertikalen Position im Wasser u. ä. angepasst werden sollen.

Andere Mittel zur Kontrolle des Wasserfahrzeuges, wie die Änderung der Eintauchtiefe erfordern keine Anzeige von Wellenbewegungen oder Veränderungen in der Tiefe des Wasserfahrzeuges. Beispielsweise kann ein mechanischer Kraftdeflektor verwendet werden, der bei einem zu starken Eintauchen des Wasserfahrzeuges unter einem Winkel auf die Wasseroberfläche trifft und automatisch die Lage des Wasserfahrzeuges korrigiert. Die Fig. 6a und 6b zeigen einen mechanischen Kraftdeflektor, der an einer Stütze befestigt ist. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftdeflektor in der Nähe des vorderen Teils des Wasserfahrzeuges. In einer anderen Ausführungsform dreht sich der Kraftdeflektor und ist elektronisch oder mechanisch (Fig. 5) mit einem horizontalen Stabilisator verbunden, so dass bei Auftreffen auf Wasser der Stabilisator kompensiert, indem der vordere Teil des Wasserfahrzeuges noch oben gezwungen wird.

Ein weitere Maßnahme zur Kontrolle der Eintauchtiefe ist der Einschluss von genügend schwimmfähigen Materialien in den Boden der Plattform. Nach dieser Ausführungsform verhält sich die Plattform bei Wasserkontakt wie ein Schwimmer.

Ein weiteres Mittel zur Verhinderung unerwünschten Eintauchens ist die Verwendung eines horizontalen Stabilisators, von Flossen oder einem Rumpfdesign, welche das Wasserfahrzeug während der Vorwärtsbewegung des Wasserfahrzeuges konstant zum Eintauchen zwingen. Wenn das Wasserfahrzeug anhält, hört auch diese nach unten wirkende Kraft auf und das Wasserfahrzeug treibt nach oben. Dieses Mittel ist besonders nützlich für das Doppelträgereinheit-Design, bei dem die Trägereinheiten während der Fahrt vollständig eintauchen. In diesem Fall ist ein zweites Mittel zur Vermeidung des Eintauchens der Plattform erwünscht, welches vorzugsweise unter den hier beschriebenen Mittel ausgewählt ist.

Ein weiteres Mittel ist der Einbeziehung von zwei Wasserskiern, die optional einziehbar sein können und die während der Vorwärtsbewegung benutzt werden, um die Plattform im wesentlichen oberhalb des Wassers zu halten.

In der Praxis wird bevorzugt eine Kombination von Kontrollen verwendet, um sicherzustellen, dass das Wasserfahrzeug nicht vollständig eintaucht. Beispielsweise können simultan eine ein schwimmfähiges Material enthaltende Plattform und ein vertikales Ruder, welches mit einem Kraftdeflektor verbunden ist, verwendet werden. Natürlich besteht ein bevorzugtes Mittel zur Verhinderung von unerwünschtem Eintauchen in der Regulierung der Schwimmfähigkeit von einer oder mehreren Trägereinheiten. Typischerweise enthält eine Luftblase oder ein Hohlraum der Trägereinheit Luft, deren Menge zur Erreichung der gewünschten Schwimmfähigkeit reguliert werden kann.

Die Verwendung von Mitteln zu Verhinderung des Eintauchens der Plattform ermöglicht ein größeres Eintauchen der Trägereinheit(en) während der normalen Verwendung. Dementsprechend ermöglicht dieses Merkmal die Verwendung eines kleineren Bootes (mit weniger Flotation) im Vergleich zum üblichen "open vessel"- oder Pontondesign. Die hier zur Verhinderung des Eintauchens erwähnten Mittel werden auch für andere Designs von Wasserfahrzeugen erwogen, die sich von den hier spezifisch beanspruchten unterscheiden, sowie für andere Probleme wie die Kompensation von Wellenaktivität aufgrund von Stürmen. Jedoch können Wasserfahrzeuge mit geschlossenen Rümpfen am meisten von diesen Mitteln profitieren.

G. Flacher Boden und konvex geformte Gleitskier

Die Verwendung einer einzigen Trägereinheit ist bevorzugt, wenn vollständiges Eintauchen erwünscht ist, um den Propeller noch weiter unterhalb der Oberfläche zu positionieren, oder wenn die zusätzliche Reibung durch eine zweite Trägereinheit unerwünscht ist. Für diesen Falls ist einer oder vorzugsweise zwei Gleitskier über Stützen mit dem Boden der Plattform verbunden.

Jeder Ski hat vorzugsweise eine gerundete Führungskante ("leading edge"). Eine konvexe Form wie sie für die Trägereinheit beschrieben ist, wird auch für die Skier bevorzugt. Vorzugsweise haben die Skier wie es in den Fig. 7a und 7b gezeigt ist, einen im allgemeinen flachen Boden, der somit für das Gleiten der Skier über die Wasseroberfläche während einer Bewegung geeignet ist. Die bevorzugt konvexe Gestalt ermöglicht es den Skiern, im Ruhezustand im Wasser zu sitzen, während sie für eine größere Stabilität nur minimal mit Oberflächenwellen wechselwirken. Der im allgemeinen flache Boden kann auf dem Fachmann bekannte Weise modifiziert werden, indem beispielsweise ein vertikaler Flügel (Flosse), Grat oder flache Vertiefung, wie sie in kommerziell erhältlichen Wasserskiern gesehen werden kann, hinzugefügt wird. Während einer Vorwärtsbewegung gleiten die Skier aufgrund ihrer abgerundeten Führungskante und des flach geformten Bodens über die Wasseroberfläche und sollten eine minimale Masse haben.

G. Anpassung der Schwimmfähigkeit der Skier für eine optimale Stabilität und zur Steuerung

Nach einer Ausführungsform wird die Schwimmfähigkeit der Trägereinheiten durch Hinein- oder Herauspumpen von Wasser oder Luft kontrolliert, so dass im Ruhezustand die Trägereinheit eine größere Masse aufweist als im Zustand der Bewegung. Eine Wasserpumpe ist zu diesem Zweck bevorzugt und kann sich beispielsweise innerhalb der Skier oder der Trägereinheit befinden, mit einem Schlauch, welcher die Pumpe mit einem Ballastreservoir innerhalb der Skier verbindet. Vorzugsweise beträgt das Volumen des Ballastreservoirs mindestens 10% des Volumens der Skier, wobei die zusätzliche Masse entweder in der Mitte oder entlang ihrer Länge verteilt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der optionale Ballast in den Skiern zur Steuerung verwendet. In diesem Fall ist der Ballast vorzugsweise in der vorderen Hälfte der Skier lokalisiert, und besonders bevorzugt nahe zur Vorderkante. Im Betrieb wird eine Linkskurve durch Hinzufügung von Gewicht zur Vorderseite (Pumpen von Wasser in die vordere Kammer) des linken Ski bewirkt, während sich das Wasserfahrzeug vorwärts bewegt. Eine Rechtsdrehung wird durch Hinzufügung von Gewicht zum rechten Ski bewirkt. Andere nützliche Kombinationen und Permutationen wie beispielsweise die Entfernung von Gewicht vom rechten Ski oder eine Gewichtsverschiebung vom vorderen zum hinteren Ende des rechten Skis für eine Linksdrehung sind für den Fachmann offensichtlich.

H. Einstellung der Skiausrichtung für das Steuern

Eine für kleine persönliche Wasserfahrzeuge (ein oder zwei Insassen) bevorzugte Ausführungsform, welche eine Trägereinheit und zwei Skier aufweist, ist zur Steuerung die Änderung der Ausrichtung der Skier bezogen auf die Trägereinheit. Üblicherweise sind Skier parallel zur Trägereinheit angeordnet, aber eine Links- oder Rechtskurve wird durch die Rotation der Skier bezogen auf die Trägereinheit realisiert. Um nach links zu drehen, werden die Skier relativ zur Trägereinheit nach links gedreht. Um nach rechts zu drehen, werden die Skier relativ zur Trägereinheit nach rechts gedreht. Am meisten bevorzugt ist es, wenn der Führer eines Wasserfahrzeuges die Skier mechanisch rotiert, indem er eine Lenkstange oder ein Rad, welches mit dem Vorderteil der Skis verbunden ist, bewegt und durch die Verschiebung seines/ihres Gewichtes. Die Lenkstange oder das Rad drehen sich um eine Stange der vorderen Stütze der Trägereinheit. In einer anderen Ausführungsform kann die Bewegung der Skier kombiniert werden mit einer Neuausrichtung des Schubvektors der Antriebseinheit, welche vorzugsweise ein Impeller ist. Ähnliche Steuerungssystem sind für andere persönliche Wasserfahrzeuge wie in "skidoos" umgewandelte Motorräder und ähnliche bekannt, die im Schnee manövrieren. Diese Ausführungsform ist insbesondere wünschenswert für "elektrische Jetskier", die kürzer als 12 Fuß sind, wie es von den Erfindern erwogen wird.

I. Antriebseinheit innerhalb der Trägereinheit(en) oder der Schwimmer

Ein anderes bevorzugtes Merkmal ist die Anordnung einer Antriebseinheit in der oder den Trägereinheit(en) und eines Propellers am Heck der Trägereinheit. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere Antriebseinheiten auch im oder in den Schwimmer(n) platziert werden. Beispielsweise kann ein Hausboot dieser Erfindung einen großen Motor innerhalb einer zentralen Trägereinheit haben und kleinere Motoren in zwei seitlich angeordneten Schwimmern.

K. Kombination mit photovoltaischen Vorrichtungen für lange Reisen

Eine Ausführungsform besteht in einer einzelnen Trägereinheit, welche seitliche Stabilisatorflossen sowie eine oder mehrere Stützen hat, die eine photovoltaische Plattform für die Energieversorgung des Motors etc. über dem Wasser halten. Bevorzugt ist auch eine faltbare photovoltaische Anordnung, die in nicht ausgestreckter Form während eines Sturmes verstaut werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Plattform eine Kabine mit einem Dach, das mit Solarzellen bedeckt ist. Die Seiten der Kabine enthalten Fenster und/oder andere Öffnungen, die vorzugsweise mit Solarzellentafeln bedeckt sind, die nach oben schwingen können und in einer horizontalen oder gewinkelten Richtung einrasten können, um die Sammlung von Sonnenenergie zu ermöglichen, aber nach unten schwingen und Fenster/Öffnungen bei schlechtem Wetter bedecken können.

L. Plazieren einer zentralen Unterstützung (Center Support) unter Wasser mit zwei parallelen Schwimmern an der Wasseroberfläche

Die Ausführungsform mit einer zentralen Unterstützungseinheit mit zwei parallelen Schwimmern wie Skiern oder Pontons ist besonders nützlich für größere Wasserfahrzeuge wie beispielsweise Hausboote. Diese Ausführungsform vermindert das Problem eines Hausbootes, das einen im Vergleich zum Zentrum der Schwimmfähigkeit hoch gelegenen Schwerpunkt hat. Gemäß dieser Ausführung wird eine Niedrigenergiemasse in eine sich vorzugsweise verjüngende, aber optional gerade zentrale Trägereinheit platziert, welche eine große negative Schwimmfähigkeit hat und vollständig eingetaucht ist. In einer Ausführungsform ist die zentrale Unterstützungseinheit vollständig eingeraucht und kann bei einem großen Wasserfahrzeug wie einem Hausboot eine kurze Entfernung wie beispielsweise 6 Zoll oder 1 Fuß oder mehr eingetaucht sein. Vorzugsweise übertrifft die Masse der Trägereinheit die Masse der Plattform. Die Abmessungen können angepasst werden, um den Schwerpunkt so einzustellen, dass dieser unterhalb des Zentrums der Schwimmfähigkeit liegt. Für eine verbesserte Stärke können sich die Stütze(n) entlang der langen Achse der Trägereinheit und/oder Gleitskier erstrecken. In einer bevorzugten Ausführungsform stellen die Stütze(n), welche die zentrale Trägereinheit verbinden, für Wellen eine große vertikale Oberfläche da, während dies nicht der Fall für die seitlichen Skier ist, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.

Die beiden parallelen Schwimmer verleihen der Plattform Schwimmfähigkeit. In bevorzugten Ausführungsformen tragen die parallelen Schwimmer zu einer verbesserten Schwimmfähigkeit und damit Stabilität bei, indem sie der schweren zentralen Trägereinheit entgegenwirken. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die zentrale Trägereinheit eine große Antriebseinheit und die vollständige Niedrigenergiequelle. Die Schwimmer laufen in diesem Fall vorzugsweise spitz mit einer konvexen Oberfläche zu, um einen niedrigen Wasserwiderstand zu ermöglichen. Beispielsweise kann ein Hausboot gemäß dieser Ausführungsform eine 35 Fuß lange zentrale Trägereinheit haben, welche an jedem Ende konisch spitz zuläuft, und so positioniert ist, dass die Spitze jeder Trägereinheit ein Fuß unter Wasser ist, und die Einheit in der Mitte einen Radius von 5 Fuß hat. Fünftausend Pfund Blei- Säure-Batterien und ein 100 PS starker Motor sind in der Antriebseinheit platziert. Die parallelen Schwimmer sind jeweils 9 Fuß von der Trägereinheit entfernt (Gesamtbreite 18 Fuß) und laufen wie die Trägereinheit mit einer konvexen Oberfläche spitz zu. Die Schwimmer sind 35 Fuß lang. Beide Schwimmer und die Trägereinheit halten die mit Räumen ausgestattete Plattform über eine Anzahl von 3 Fuß langen Stützen. Die Plattform und die Wände des Raumes enthalten vorzugsweise sehr leichtes Material wie Polyurethan(schaum), das sowohl Isolierung wie auch Flotation liefert.

Ein Hausboot mit dieser Anordnung wird einer Bewegung mit einer moderaten Geschwindigkeit unterhalb von 12 Knoten einen geringen Widerstand entgegensetzen. Am wichtigsten ist, dass der Schwerpunkt in Abhängigkeit von Höhe und Gewicht der Plattform mit Zimmern nahe oder sogar unterhalb des Zentrums der Schwimmfähigkeit ist. Daher ist ein erfindungsgemäßes Hausboot widerstandsfähiger gegenüber Wellen als ein Hausboot gleicher Abmessungen mit zwei Pontons und kann sogar im Ozean benutzt werden. Ein Hausboot gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ist vorzugsweise weniger als 50 Fuß lang, insbesondere weniger als 40 Fuß lang, ganz besonders bevorzugt weniger als 35 Fuß lang und am meisten bevorzugt weniger als 30 Fuß lang. Das Hausboot kann an jedem Ende der Schwimmer eine Antriebseinheit aufweisen, um bei der Steuerung bzw. dem Manövrieren während des Anlegens zu assistieren.

Definition der verwendeten Ausdrücke

Die folgenden Definitionen sollen dem Leser beim Verständnis der Ausführung und Benutzung der Erfindung und dem Umfang der Patentansprüche unterstützen.

"Batterien" bedeutet eine Niedrigenergiequelle, welche typischerweise eine elektrische Batterie ist wie eine Reihe von Blei-Säure, Nickelmetallhydrid, Lithium, Nickel-Cadmium, andere Metallhydrid-Zellen oder (weniger bevorzugt) andere Zellen wie Brennstoffzellen. Die weniger bevorzugten Brennstoffzellen können physikalisch getrennte Energieversorgungen für Erdgas oder Wasserstoff umfassen. In einer Ausführungsform wird eine Brennstoffzelle verwendet, um Elektrizität zur Verfügung zu stellen, und Wasserstoff, Erdgas oder anderer Brennstoff ist innerhalb der Trägereinheit(en) gespeichert. Diese Ausführungsform hat den Vorteil der Sicherheit und erhöht die kommerzielle Akzeptanz von Brennstoffzellen für die Verwendung im Schiffsbereich.

In 2000 lieferte eine Niedrigenergiequelle wie beispielsweise eine Metallhydrid- oder Blei- Säure-Batterie in voll aufgeladenem oder nutzbaren Zustand typischerweise weit weniger als 1 kWh Energie pro 10 Pfund. Batterien oder andere Brennstoffzellen, die in der Zukunft entwickelt werden können diese Energiedichte jedoch übertreffen, werden aber im Vergleich zu Kohlenwasserstoffbrennstoffen immer noch als "Niedrigenergie" angesehen. D. h., dass solche Batterien auch deswegen als Niedrigenergiequellen angesehen werden, weil ihre Energiedichten niedriger sind als Kohlenwasserstoffbrennstoffquellen gleichen Volumens wie Benzin oder Dieselöl. Rasche Fortschritte bei Batterien und anderen Niedrigenergiequellen werden eine größere Energiespeicherung ermöglichen (beispielsweise bis zu 0.5 kWh pro Pfund Masse ist vorstellbar). Im Vergleich hierzu enthält Benzin 13,540 Wh/kg (ungefähr 5 kWh pro Pfund) und Lithiumbatterien enthalten ungefähr 400 Wh/kg (ungefähr 0.15 kWh pro Pfund). Daher beträgt die Energiedichte von Niedrigenergiequellen im allgemeinen weniger als 1/10 der Energiedichte von Benzin. Nach dem Stand der gegenwärtigen Technologie beträgt die Energiedichte solcher Quellen weniger als 1/30. Selbst moderate Niedrigenergiequellen, welche in der Zukunft entwickelt werden (0.5 kWh pro Pfund) sind sehr erwünscht, wenn sie mit anderen hier gelehrten Merkmalen kombiniert werden, wenn ihr Gewicht für die Beschwerung von einer oder mehr Trägereinheiten genutzt wird.

"Konvex" bedeutet nach außen gebogen, wie das Äußere einer Kugel, kann aber diskontinuierliche und flache Teile aufweisen, solange diese Teile nicht eine konkave Oberfläche darstellen, welche auf sie fallendes Wasser halten kann.

"Länglicher Schwimmer" ("Elongated float") ist ein Ponton oder Gleitski mit einer konvexen Oberfläche, welche Flotation liefert. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der längliche Schwimmer keine massive Energiequelle.

"Plattform" ist eine horizontale Unterstützung(sfläche), welche oberhalb der eintauchfähigen Teile (d. h. einer oder mehrerer Trägereinheiten) gehalten wird, und - falls verwendet - oberhalb von einem oder mehr Gleitskiern. Vorzugsweise befindet sich die Plattform genügend weit oberhalb des tauchfähigen Teils, so dass mindestens 25% und bevorzugt mehr als die Hälfte der Wellenenergie unterhalb der Plattform im wesentlichen zwischen dem tauchfähigen Teil und der Plattform hindurchtreten. Die Plattform ist vorzugsweise flach und präsentiert in dieser Konfiguration einen geringen Luftwiderstand. Die Plattform ist Teil des Wasserfahrzeuges, auf oder in dem der Passagier fährt, wobei an ihr vorzugsweise Sitze befestigt sind. Der Ausdruck "Plattform" bedeutet in diesem Zusammenhang eine die Last tragende Struktur und beinhaltet nicht einen hinzugefügten Teil wie ein langer Windschutz oder Luftverkleidung ("air fairing"), welche hinzugefügt werden können, um den Windwiderstand zu reduzieren, oder aus sonstigen Gründen hinzugefügt sind.

In einer Ausführungsform ist die Plattform lediglich ein Stuhl, der über mindestens einer Trägereinheit gehalten wird. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Plattform Räume eines Hausbootes. Die Plattform (in derselben Dimension wie die lange Dimension der Trägereinheiten) ist vorzugsweise um mindestens eine Stützenlänge, ganz besonders bevorzugt mindestens zwei Stützenlängen kürzer als die Länge seiner Trägereinheiten. Stützenlänge bedeutet in diesem Zusammenhang die durchschnittliche vertikale Höhe der mit den Gleitskiern oder Pontons, falls vorhanden, oder mit den Trägereinheiten (wenn Skier nicht vorhanden sind) verbundenen Stützen. Für die Ausführungsform, bei der eine Trägereinheit und ein Gleitski an der Plattform befestigt sind, bedeutet der Ausdruck "Stützenlänge" den Durchschnitt von Stützen, welche die Plattform mit der Trägereinheit und den Gleitskiern verbinden. In der Erfahrung der Erfinder wird die beste Länge teilweise durch die Länge der Stützen bestimmt. Eine längere Stütze erfordert zur Bewahrung der Stabilität eine kürzere Plattform.

"Antriebseinheit" ist ein Motor, welcher einen Propeller oder Impeller antreibt und mit einer Energiequelle wie einer Batterie, einem Gastank, einer Wasserstoffbrennzelle und/oder ähnlichen verbunden ist. Am meisten bevorzugt ist eine Elektromotor, kombiniert mit solarer Energie und mit einem Batterie-Backup für Zeiten mit geringer Sonnenstrahlung. In einer weniger bevorzugten Ausführungsform sind andere Motoren wie Wasserstoff getriebene oder Diesel betriebene Motoren akzeptabel, wenn diese mit einer schweren Masse wie hierin beschrieben kombiniert werden. Im Falle des Dieselmotors oder anderer Sauerstoff verbrauchender Motoren ist der Motor vorzugsweise innerhalb einer Trägereinheit und ein Schnorchel erstreckt sich bis über die Oberfläche, um den Motor mit Luft zu versorgen. Bevorzugt ist außerdem ein Wasserstoffmotor, welcher atmosphärischen Sauerstoff verwendet, um ihn mit Wasserstoff zu verbinden, der in einer Trägereinheit aufbewahrt wird, und Druckluft zur Verwendung während des Tauchens.

Vorzugsweise ist eine Antriebseinheit, wie es in den Figuren gezeigt ist, innerhalb des "trailing point" einer oder mehrerer tauchfähiger Einheiten angeordnet. Ganz besonders bevorzugt befindet sich an der vordersten Spitze einer jeden Einheit ein Propeller mit einem Durchmesser, welcher nicht größer ist als der Durchmesser des dicksten Teiles der tauchfähigen Einheit. Diese Orientierung passt besser zu Ort und Vektor der Störung des Wassers durch die Antriebseinheit, so dass die gesamte Störung des Wassers minimal ist.

"Stütze" oder Strebe bedeutet eine längliche Unterstützung, welche zwischen einer Trägereinheit bzw. einem länglichen Schwimmer und einer oberen Plattform existiert und diese miteinander verbindet. Eine Stütze (Strebe) hat vorzugsweise einen mittleren Durchmesser (oder eine Dicke), (Weite senkrecht zur Bewegungsrichtung) der kleiner als 20% ihres mittleren Durchmessers beträgt. Die Länge jeder Stütze beträgt vorzugsweise mindestens 6 Zoll und kann in einigen Fällen mehr als 2, 3, 4, 5 oder 6 Fuß betragen. Eine Stütze kann einen Teil des Weges entlang der Achse der Trägereinheit fortsetzen, an der sie befestigt ist. Die Stützen halten die Plattform, so dass vorzugsweise zumindest ein Teil der Wellenenergie ungehindert durch den durch die Streben erzeugten Raum hindurchtreten kann. In einer Ausführungsform sind solche Stützen an zwei Gleitskiern befestigt, die seitlich außerhalb einer zentralen Trägereinheit angeordnet sind. Die Trägereinheit ist hierbei mit der Plattform über eine kontinuierliche Flosse oder ein anderes vertikales Teil verbunden, das für die Wellen eine beträchtliche vertikale Oberfläche darstellen kann. Der Ausdruck "zumindest ein Teil der Wellenbewegung passiert ungehindert" bedeutet, dass zumindest 20%, vorzugsweise mehr als 40%, besonders bevorzugt mehr als die Hälfte und ganz besonders bevorzugt mehr als 75% der Energie einer Welle senkrecht zur Trägereinheit (und mit einer gleich hohen oder geringeren Amplitude) oder dem länglichen Schwimmer ungehindert hindurchtritt.

"Trägereinheit" bedeutet eine längliche geschlossene Struktur, welche im Wasser ist und an seiner oberen Oberfläche eine konvexe Form aufweist. Die Trägereinheit ist zu mindestens 40% ihres Volumens, vorzugsweise zu mindestens 50%, besonders bevorzugt zu mindestens 75%, eingetaucht, und in Abhängigkeit von anderen Kontrollstrukturen, welche am Wasserfahrzeug existieren können, vorzugsweise zu mehr als 85% eingetaucht. In jeder sie enthaltenden Ausführungsform ist die Trägereinheit über eine oder mehrere Stützen (Streben) mit der Plattform verbunden und enthält eine Niedrigenergiequelle.

Beispiele für Merkmalskombinationen wie sie in den Figuren gezeigt werden:
In den Figuren werden repräsentative Ausführungsformen der Erfindung als anwendbar für eine Vielzahl von Wasserfahrzeugen weiter erklärt, von persönlichen Wasserfahrzeugen, die wengier als 15 Fuß lang sind, bis zu Hausbooten.

Kreuzfahrendes Boot (Cruise Boat)

Fig. 1 zeigt ein kreuzfahrendes Boot (cruise boat) 310, das schneller als seine berechnete Rumpfgeschwindigkeit fahren kann. Rumpfgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit in Knoten, die erhalten wird durch Multiplizieren der Quadratwurzel der Rumpflänge an der Wasserlinie (in Fuß) mit 1.34. Beispielsweise hat ein "vessel"-Wasserfahrzeug mit einer 16 Fuß langen Wasserlinie eine berechnete Rumpfgeschwindigkeit von 5.36 Knoten. "Cruise boat" 310 kann auseinander genommen, auf dem Dach eines Autos transportiert und in einer Garage gelagert werden. Eine zentral gelegene Trägereinheit 320 umfasst Batterien 350 und einen Antriebsmotor 360. Dieses Beispiel hat zwei flossenartige Stützen 347, welche Trägereinheit 320 mit Plattform 340 verbinden. Plattform 340 ist in der Figur rechtwinklig gezeichnet, aber in der bevorzugten Ausführungsform, bei der das Wasserfahrzeug zu leichter Aufbewahrung und Transport auseinandergenommen wird, kann die Plattform ein starkes Netz oder Textilstück umfassen, das durch einen Rahmen gehalten wird. In einer anderen Ausführungsform ist das Textilmaterial im nassen Zustand sehr porös, wird aber sehr viel weniger porös aufgrund eines befestigten in Wasser schwellfähigen Polymeren, wie es für die Ausführungsform mit dem verstärkten Solarreflektor beschrieben ist. In letzterem Fall sollten Polymertextilien ausgewählt werden, die sehr leicht sind und im trockenen Zustand auf einfache Weise gefaltet werden können, aber bei Verwendung nass, steif und undurchlässig werden, um dem Benutzer das Aussehen und Gefühl eines solideren Bodens zu geben.

Die Trägereinheit-Stützen können die Form einer einzelnen langen Stütze haben, die sich über nahezu die gesamte obere Oberfläche der Trägereinheit erstreckt. In der letzteren Ausführungsform enthält die Stütze optional eine oder mehrere Öffnungen in ihrer Wandvertikalen Oberfläche, damit zumindest etwas Wellenbewegungsenergie durch das Wasserfahrzeug hindurchtreten kann. In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform liefert ein von einem kleinen Benzinmotor angetriebener elektrischer Generator Elektrizität um die Batterien zu ergänzen und wieder aufzuladen. Vorzugsweise liefert dieser elektrische Generator eine Leistung, die kleiner ist als der maximale Energieinput des elektrischen Motors, vorzugsweise weniger als die Hälfte des maximalen Energieinputs.

Gleitskier 330 sind auf jeder Seite der Trägereinheit 320. Jeder Gleitski ist mittels flossenartiger Stützen 345 an Plattform 340 befestigt. In einer anderen hier nicht gezeigten Ausführungsform ähneln die Stützen 345 Stangen, die keine flossenartige Form haben und weniger mit Wellen wechselwirken, die sich senkrecht zur langen Achse der Gleitskier bewegen. In einer weiteren Ausführungsform bilden beide Stützen 345 auf jedem Gleitski eine einzelne längliche Stütze, die sich über zumindest die halbe Länge der Gleitskier erstreckt. Die einzelne längliche Stütze kann eine oder mehrere Öffnungen für den Durchgang von Wellenenergie aufweisen.

Ein in Fig. 1 gezeigtes Wasserfahrzeug ist im allgemeinen weniger als 30 Fuß lang und genügend klein, um auf einem Anhänger hinter einem Kraftfahrzeug gezogen werden zu können. Vorzugsweise ist das Wasserfahrzeug weniger als 25 Fuß lang, besonders bevorzugt weniger als 18 Fuß lang, und ganz besonders bevorzugt weniger als 14 Fuß lang und auf dem Dach einen Kraftfahrzeuges transportierbar.

Tauchboot

Fig. 2 zeigt Wasserfahrzeug 10, dass sowohl an als auch unter der Wasseroberfläche fahren kann. Dieses Tauchboot kann vom Ufer aus ausgesetzt werden, kann einen oder mehrere Sporttaucher von der Küste zu einer Tauchstelle transportieren und dann unter der Oberfläche tauchen, während eine luftgefüllte Kabine bei Normaldruck gehalten werden kann. In dieser Ausführungsform stabilisiert die Niedrigenergiequelle nicht nur das Wasserfahrzeug, sondern stellt verteiltes Gewicht zur Verfügung, um das Untertauchen der luftgefüllten Kabine zu ermöglichen.

Tauchboot 10 hat zwei Trägereinheiten 20, welche die Plattform 40 durch Stützen 50 und 55 halten. Aus Gründen der Stärke sind die Stützen 50 länglich und erstrecken sich entlang der Trägereinheiten unterhalb von Kabine 70. Stützen 50 befestigen außerhalb des Kabinenbereichs die Trägereinheiten 20, an Plattform 40. In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform sind die Stützen 50 und 55 zu einer kontinuierlichen langen Stütze zwischen jeder Trägereinheit 20 und Plattform 40 verbunden. Jede Trägereinheit weist eine Antriebseinheit 60 auf. In diesem bevorzugten Beispiel sind die Trägereinheiten 20 jeweils 16 Fuß lang, die Plattform 40 10 Fuß lang und 8 Fuß breit und der untere Teil von Kabine 70, welche an der Plattform 40 befestigt ist, ist 4 Fuß breit und 3 Fuß lang. Die Antriebseinheiten 60 sind 5 kW-Elektromotoren.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Tauchbootes. Trägereinheit 20 - wie sie in dieser Figur gezeigt ist - umfasst Blei-Säure-Batterien 80 im vorderen und hinteren Teil und umfasst weiterhin einen großen Ballast-Luftraum 90 in seinem zentralen Bereich. Das Gesamtgewicht der Batterien 80 in jeder Trägereinheit beträgt ungefähr 900 Pfund und der gesamte erhältliche Auftrieb durch die Ballastluft (buoyancy of large ballast air space) 90 beträgt ungefähr 1800 Pfund (ungefähr 30 Kubikfuß). Streben 50 und 55 bewirken eine vertikale Länge von 30 Zoll zwischen Trägereinheit 20 und Plattform 40. Diese vertikale Länge bietet einem Taucher Platz, um durch den Boden von Kabine 70 durch eine Öffnung (nicht gezeigt) in Kabine 70 einzutreten oder sie zu verlassen, indem er unter der Plattform 40 schwimmt, während die Tauchbootplattform 40 untergetaucht ist. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Luke zwischen und über beiden Trägereinheiten 20 befindet und das Wasserfahrzeug behält immer aus Sicherheitsgründen diesen Austrittsraum. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform hat Plattform 40 eine Luke zum hinteren Ende von Kabine 70. Ein Sporttaucher kann vor dem Tauchen Kabine 70 betreten, indem er durch die Luke tritt und die Kabine betritt, während die Plattform über der Wasseroberfläche gehalten wird.

Bei Verwendung wird der große Ballastluftraum 90 innerhalb jeder Trägereinheit 20 durch Hinzufügung von Luft geleert, um das Wasser zu ersetzen. Die bereitgestellte Schwimmfähigkeit hält so die Plattform oberhalb der Wasseroberfläche. Vorzugsweise wird zumindest ein Mittel benutzt, um das Eintauchen der Plattform während der Vorwärtsbewegung aufgrund der Antriebseinheit 60 zu verhindern. Die große Blei-Säure- Batteriemasse von 1800 Pfund liefert über 30 kWh elektrische Energie, was einer während mindestens einer Stunde zu nutzenden Leistung von 10 PS in jeder Richtung zu einer gewünschten Tauchstelle vor der Küste entspricht. Die Passagiere können während der Fahrt innerhalb oder auf Kabine 70 oder auf Plattform 40 sein. Zum Tauchen wird Luft aus dem Ballastluftraum 90 innerhalb jeder Trägereinheit 20 entfernt und eine "net negative buoyancy" von ungefähr 1800 Pfund erzeugt, wodurch das Untertauchen der mit Luft gefüllten Kabine 70 ermöglicht wird.

In einer weiteren Ausführungsform wird für erhöhte Sicherheit das Gewicht der Niedrigenergiequelle 80 durch Blei- oder Eisenbarren ergänzt, die für Notaufstiege an die Oberfläche aus dem Inneren von Kabine 70 auf mechanischem Wege ausgelöst werden können. In einer Ausführungsform übertrifft die gesamte Masse der entfernbaren Bleibarren die Batteriemasse, um eine größere manuelle Kontrolle des Auftriebs des Tauchbootes zu ermöglichen. In einer weiteren Ausführungsform wird eine einzelne massive Trägereinheit direkt unterhalb der Plattform anstelle der beiden Trägereinheiten benutzt und zwei Wasserskier sind vorgesehen, die aufblasbare Teile haben, die sich parallel zu und auf jeder Seite der Trägereinheit erstrecken.

Die Erfinder betonen, dass die hier angegebenen Dimensionen und Gewichte repräsentativ sind und dass eine große Vielzahl von Formen und Größen verwendet werden kann. Solche Kombinationen sind von denjenigen ableitbar, die tauchende Wasserfahrzeuge konstruiert, verwendet oder deren Konstruktion erwogen haben. Beispielsweise benutzt das Sportsub (Handelsmarke), welches von International Venture Craft Corp. (Vancouver Canada) verkauft wird, hauptsächlich einen großen Metallballast, um eine mit Luft von Umgebungsdruck gefüllte Kammer unterzutauchen, in die ein Sporttaucher durch Hinein- und Herausschwimmen aus dem Boden der Luftkammer hinein- und wieder herausgelangen kann. Das Sportsub ist kleiner als viele der für die vorliegende Erfindung betrachteten Ausführungsformen und erfordert ein spezielles Pontonboot, ein aufblasbares "launch recovery boat" oder einen Kran, um es aus dem Wasser zu manövrieren. Wie das Sportsub (TM) jedoch beispielhaft belegt, kann ein Fachmann auf einfache Weise zu einem bei Umgebungsdruck arbeitenden Tauchboot Lufttanks und Auftriebskontrollen hinzufügen.

In einer bevorzugten Ausführungsform eines Tauchbootes bleibt der untere Teil der Kabine im Ruhezustand normalerweise untergetaucht. Dies lässt einen größeren Raum in den Trägereinheiten für die Aufnahme der Niedrigenergiequelle, weil während des Betriebes an der Wasseroberfläche weniger Luft in den Trägereinheiten benötigt wird (nicht untergetauchter Zustand). In einigen Ausführungsformen, die einen größeren Anteil der Trägereinheit für die Niedrigenergiequelle benutzen (oder alternativ eine Gewichtsballast wie Blei- oder Eisenbarren), wird ein Wasserfahrzeug zur Verfügung gestellt, das für eine gegebene Kabinengröße kleinere Außenabmessungen aufweist.

Indem der untere Teil der Kabine im Ruhezustand eingetaucht gelassen bleibt, können kleinere Trägereinheiten benutzt werden. In dieser Ausführungsform kann die Kabine selbst die Plattform sein. Nach einer Ausführungsform kann ein Tauchboot, das nur 9 Fuß lang ist, konstruiert werden. Wenn nur von einem Passagier ausgegangen wird, kann sogar ein noch kleineres Tauchboot hergestellt werden, das einen auf eine Person abgestellten Luftraum hat.

In jedem Fall ist es bevorzugt, dass das Oberteil der Kabine mit einer Reling, einem Klappstuhl oder einer anderen Vorrichtung versehen ist, die es einem Passagier erlaubt, während der Fahrt an der Oberfläche auf dem Wasserfahrzeug zu sitzen. Gewünschtenfalls kann der Schub der Motoren angepasst werden, oder es kann eine "planing surface" hinzugefügt werden, um dem Wasserfahrzeug während seiner Bewegung ein auf die Wasseroberfläche bezogen hohes Gleiten zu ermöglichen. D. h., dass in einer Ausführungsform das Wasserfahrzeug im Ruhezustand zumindest teilweise eingetaucht bleibt und während der Vorwärtsbewegung die Fahrzeugkabine durch Hydroplanen der Trägereinheiten und/oder optional angebrachten Wasserskier aus dem Wasser kommt.

Segelboot

Fig. 4 zeigt Segelboot 400. In dieser Ausführungsform stabilisiert die Niedrigenergiequelle 420 innerhalb der zentralen Trägereinheit 410 das Segel 435 und ermöglicht dem Segelboot das Befahren sehr flacher Gewässer, im Unterschied zu typischen Segelbooten, welche ein langes zentrales Ruder oder tiefen Ballast verwenden, um den Schwerpunkt herabzusetzen. Dieses Merkmal erlaubt Segeln in flachen Gewässern wie solchen im südlichen Florida, die normalerweise zu flach für Segelboote sind.

Trägereinheit 410 enthält Batterien 420 und ist mittels hier nicht gezeigter Stützen mit Plattform 440 verbunden. Zwei Gleitskier 430 sind seitlich oberhalb der Trägereinheit 410 angeordnet und tragen mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 75% und besonders bevorzugt 100% der Flotation des Segelbootes. Dieses Wasserfahrzeug hat einen Schwerpunkt unter seinem Auftriebszentrum und neigt zum Aufrichten, wenn es in einem starken Wind gekippt wird. Segel 435 ist durch den Mast 450 an der Plattform 440 befestigt. Mast 450 ist entfernbar und kann in den Pfahl 460 positioniert werden, der als Stütze dient, welche die Plattform 440 mit der Trägereinheit 410 verbindet. Trägereinheit 410 ist sehr lang und hat einen kleinen Durchmesser. Der maximale Durchmesser der Trägereinheit beträgt weniger als 12% der Länge der Trägereinheit und in anderen Ausführungsformen weniger als 10% dieser Länge. Die Gleitskier sind oberhalb der Trägereinheit angeordnet, so dass die Trägereinheit bei normalem Gebrauch vollständig eingetaucht ist. In einer Ausführungsform ist die Höhe der Gleitskier über der Trägereinheit einstellbar und kann für das Segeln an Orten mit größerer Wassertiefe erhöht werden. Diese Einstellung erhöht die Neigung zur eigenen Aufrichtung durch Tieferlegung der Batteriemasse in tieferen Gewässern.

Mittel zur Vermeidung des Eintauchens der Plattform

Das durch Masse stabilisierte Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung neigt dazu, im Vergleich zu einem "vessel"-Wasserfahrzeug eine geringere Verdrängung für dieselbe Tragfähigkeit zu haben und benötigt im allgemeinen ein oder mehrere Mittel, um unerwünschtes Eintauchen der Plattform zu vermeiden. Obwohl die hierin beschriebenen Mittel primär für den Einbau in Wasserfahrzeuge der vorliegenden Erfindung gedacht sind, ist es leicht verständlich, dass diese Mittel auch für andere Wasserfahrzeuge geeignet sind.

Fig. 5 und 6 zeigen repräsentative Mittel zur Verhinderung des Eintauchens der Plattform. Fig. 5 ist eine Seitenansicht, welche die vordere Stütze 120 mit zentral befestigter Deflektorkomponente 110 zeigt, die beim Kontakt mit Wasser nach hinten schwingt. Das Ende des entgegengesetzten Lagerzapfens 130 von Komponente 110 ist mechanisch über das Kabel 150 mit dem horizontalen Stift 140 verbunden. Der horizontale Stabilisatorstift 140 dreht sich um Stift 160. Wenn sich unter normalen Bedingungen das Wasserfahrzeug nach vorne bewegt, befinden sich Wasserniveau und Wellen unterhalb von Komponente 110. Wenn das Wasserfahrzeug absackt oder während einer Vorwärtsbewegung ins Wasser taucht, wirkt die Kraft der Wasserbewegung auf Komponente 110, die sich zurückdreht und Verbindung 150 auslöst, welche bewirkt, dass sich der horizontale Stift 140 um Stift 160 dreht. Im Ergebnis präsentiert der horizontale Stift 140 ankommendem Wasser einen unterschiedlichen Angriffswinkel, wodurch der Bug des Wasserfahrzeuges nach oben gezwungen und der Druck auf Komponente 110 verringert wird.

In Fig. 6 ist der stationäre Kraftdeflektor 210 mit der vorderen Stütze 220 unter dem gezeigten Winkel verbunden. Während einer normalen Vorwärtsbewegung, angedeutet durch Pfeil 230, ist der Deflektor 210 außerhalb des Wassers. Wenn das Wasserfahrzeug jedoch absackt oder während einer Vorwärtsbewegung ins Wasser taucht, kollidiert Deflektor 210 mit der Wasseroberfläche und zieht den Bug des Wasserfahrzeuges nach oben. Fig. 6a ist eine Seitenansicht und Fig. 6b eine Vorderansicht, welche die Breite des Deflektors 210 zeigt.

Die Fig. 7a und 7b zeigen eine Ausführungsform von Gleitski 510, welche eine geringere Reibung mit der Wasseroberfläche aufweist. Fig. 7a ist eine Seitenansicht, welche eine typische Kurve am vorderen Ende des Skis zeigt, die dem Ski das Gleiten über die Oberfläche erlaubt. Stützen 520 sind an der Oberseite des Ski angebracht. Fig. 7b ist ein Querschnitt, welcher eine repräsentative konvexe Gestalt zeigt, die eine geringe Wechselwirkung mit Wellen aufweist. In der gezeigten Ausführungsform ist der Boden des Ski flach. In bevorzugten Ausführungsformen für die Verwendung in Hausbooten weicht die Form des länglichen Schwimmers von dieser Skigestalt ab und hat bei einem im allgemeinen spitz zulaufenden oder gerade geformten Rumpf einen runderen Boden.

Die breitesten Merkmale von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind für eine Vielzahl von Wasserfahrzeugen nützlich. Die Erfinder haben versucht, diese anhand von Beispielen zu erklären und anhand von Ausführungsformen, welche allein oder in Kombination verwendet werden können. Die Erfinder bevorzugen am meisten die Verwendung ihrer Erfindung als stabilisiertes (a) kreuzendes Wasserfahrzeug (cruising watercraft), (b) tauchendes Wasserfahrzeug und (c) Segelboote; und Beispiele für diese Gebiete wurden angegeben. Gleichzeitig haben die Erfinder weitere neue Merkmale gefunden, welche jetzt durch die Erfindung möglich sind. Beispielsweise wechselwirkt ein Wasserfahrzeug gemäß dieser Erfindung weniger mit der Wasseroberfläche, da nicht eine große stehende Welle erzeugt wird, und kann daher leichter durch Stürme hervorgerufene Wellenbewegung nachweisen. Dies eröffnet neue Methoden, von denen einige die Verwendung eines Computer für das Anzeigen von Sturmaktivität und die automatische Kontrolle des Wasserfahrzeuges zur Vermeidung von Stürmen und zur Reaktion auf vorhandene Stürme beinhalten.

Andere Kombinationen der hierin beschriebenen erfinderischen Merkmale können natürlich vom Fachmann auf der Grundlage dieser Beschreibung leicht bestimmt werden und sind daher in den Geist und den Umfang der beanspruchten Erfindung einbezogen. Die hierin zitierten Literaturstellen bilden den dem Fachmann bekannten Stand der Technik und sind mit ihrem vollständigen Inhalt Teil dieser Beschreibung.

Claims (9)

1. Ein elektrisch angetriebenes Wasserfahrzeug, welches seine berechnete Rumpfgeschwindigkeit übertreffen kann, umfassend:

• a) mindestens eine längliche untergetauchte Trägereinheit mit einer oberen Oberfläche und mindestens einer an der oberen Oberfläche angebrachten Stütze;
• b) einer Antriebseinheit und einer Niedrigenergiequelle innerhalb der mindestens einen Trägereinheit, wobei die Trägereinheit mindestens 25% des gesamten Gewichtes des Wasserfahrzeuges ausmacht;
• c) mindestens einen Schwimmer, der eine obere Oberfläche und mindestens eine an der oberen Oberfläche befestigte Stütze aufweist; und
• d) eine Plattform, welche an den oberen Enden der Stützen befestigt ist und oberhalb von Trägereinheit(en) und Schwimmer gehalten wird.

2. Ein elektrisch angetriebenes Hausboot, welches auf See mit Wellen einer Höhe von mehr als 3 Fuß fahren kann, umfassend:

• a) eine längliche untergetauchte Trägereinheit, welche eine obere Oberfläche aufweist und mindestens eine an der oberen Oberfläche befestigten Stütze;
• b) einer Antriebseinheit und einer Niedrigenergiequelle innerhalb der Trägereinheit;
• c) mindestens einem Schwimmer, welcher eine konvexe obere Oberfläche und mindestens eine an der oberen Oberfläche befestigte Stütze aufweist; und
• d) eine Plattform mit einem oder mehreren Räumen, welche an den oberen Enden der Stützen befestigt ist und oberhalb von Trägereinheit(en) und Schwimmer gehalten wird.

3. Ein elektrisch angetriebenes Wasserfahrzeug, welches sowohl an der Wasseroberfläche fahren als auch tauchen kann, umfassend:

• a) zwei längliche tauchfähige Trägereinheiten, von denen jede mindestens eine Stütze aufweist, die an seiner oberen Oberfläche befestigt ist;
• b) einer Antriebseinheit und einer Niedrigenergiequelle innerhalb jeder Trägereinheit; und
• c) einer Plattform, welche oberhalb der Stützen der Trägereinheiten angeordnet und an diesen befestigt ist, wobei die Plattform eine Kabine mit einer oberen und seitlichen Flächen umfasst, mit einer Öffnung an seinem Boden, welche einem Taucher das Betreten und Verlassen der Kabine bei Umgebungsdruck erlaubt; worin zumindest die obere Fläche der Kabine oberhalb der Wasserfläche gehalten wird, während das Wasserfahrzeug an der Wasseroberfläche fährt und die Kabine während des Tauchganges vollständig untertaucht.

4. Ein Segelboot mit einer Niedrigenergiequelle und einem Elektromotor umfassend:

• a) eine längliche untergetauchte zentrale Trägereinheit mit einer oberen Oberfläche und mindestens einer an der oberen Oberfläche befestigten Stütze;
• b) eine Antriebseinheit und eine Niedrigenergiequelle innerhalb der Trägereinheit, worin die Niedrigenergiequelle mindestens 25% des gesamten Gewichtes des Wasserfahrzeuges ausmacht;
• c) zwei Schwimmern, von denen jeder eine obere Oberfläche mit mindestens einer an der oberen Oberfläche befestigten Stütze; und
• d) eine Plattform, welche an den oberen Enden der Stützen befestigt ist und über der mindestens einen Trägereinheit und Schwimmern gehalten wird.

5. Wasserfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei untergetauchten Trägereinheiten Kammern aufweisen, die mit Luft gefüllt sind, welches ein Gesamtvolumen hat, welches das Volumen der mit Luft gefüllten Kabine übertrifft.

6. Hausboot nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schwerpunkt hat, der bei oder unterhalb seines Schwimmfähigkeitszentrums liegt.

7. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es darüber hinaus ein Mittel für die Verhinderung des Eintauchens der Plattform aufweist, wobei dieses Mittel ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus: einem horizontalen Stabilisator, welcher operabel mit einem beweglichen Deflektor verbunden ist, wobei der bewegliche Deflektor oberhalb der Wasserlinie am Wasserfahrzeug befestigt ist; ein passiver, mit mechanischer Kraft arbeitender Deflektor, welcher in der vorderen Hälfte des Wasserfahrzeuges angebracht ist und das Vorderteil des Wasserfahrzeuges bei Kollision mit Wellen automatisch nach oben zieht; ein am Bug angebrachter Propeller, mit einem schrägen Schub, welcher von einem das Eintauchen überwachenden System kontrolliert wird; elektronisches Aufzeichnen der Wasserfahrzeugtiefe und Kompensation durch Anhalten des Wasserfahrzeuges, Verringerung der Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges, Verschiebung der Gewichtsverteilung im Wasserfahrzeug und/oder Steuern des Wasserfahrzeuges, um die detektierte vertikale Bewegung zu kompensieren; eine schräge Oberfläche an der Führungskante der Plattform, welche das Wasserfahrzeug bei Kollision mit Wasser nach oben zwingt; und Flotationsmaterial innerhalb der Plattform.

8. Ein mit einem Computer kontrolliertes Wasserfahrzeug, umfassend mindestens zwei Sensoren an getrennten Orten auf dem Wasserfahrzeug, einen Computer und einen Aktuator, worin die Sensoren die Wellenhöhe bezogen auf die Position am Wasserfahrzeug detektieren, die Sensoren dem Computer Signale zur Verfügung stellen und der Computer eine Antwort ausgibt, die für die Korrektur von Geschwindigkeit, Tiefe, Richtung oder Lage des Wasserfahrzeuges nützlich ist.

9. Wasserfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug weiterhin zwei längliche Schwimmer mit oberen Oberflächen aufweist und mindestens eine an jeder oberen Oberfläche befestigte Stütze und worin mindestens zwei Stützen einen oder mehr Sensoren für die Ermittlung von Wellenhöhe und/oder Wellenaktivität enthalten.