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Die Erfindung betrifft einen Wasserstrahlantrieb für ein Wasserfahrzeug, umfassend einen Einlassbereich, einem an den Einlassbereich wenigstens mittelbar anschließenden Impellerbereich, in welchem ein Impeller angeordnet ist, und einen an den Impellerbereich wenigstens mittelbar anschließenden Austrittbereich, sowie einen Antriebsmotor, welcher wenigstens mittelbar mit dem Impeller wirkverbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Wasserfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Wasserstrahlantrieb.
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Ein Impeller ist in der Regel ein von einem ring- oder röhrenförmigen Gehäuse umschlossener Propeller. Die Ummantelung bewirkt durch Senkung des induzierten Widerstandes des strömenden Mediums an den Propellerblättern eine Erhöhung des Propellerwirkungsgrades im Vergleich zu einem nichtummantelten Propeller. Der Grund für die Erhöhung der Effizienz liegt in der Verminderung der Randwirbelverluste, wie sie an Propeller-, Schaufel- und Flügelspitzen auftreten. So wird ein höherer Anteil der einem Schiffspropeller, einem Fenestron oder einem Ventilator zugeführten Energie in Bewegungsenergie des Fluids umgesetzt als ohne Ummantelung. Das Gleiche gilt für die vom Fluid an den Propeller übertragene Energie, die ebenfalls mit Ummantelung des Propellers größer ist. Beispiel dafür sind Geschwindigkeitsmesser oder ummantelte Windturbinen. Letztere wären wirksamer als herkömmliche Windräder, werden aber aus Gründen des baulichen Aufwandes nicht verwirklicht. Weiterhin werden Impeller dort eingesetzt, wo die Gefahr von Beschädigungen durch freilaufende Propeller vermindert werden soll. Typischerweise werden Impeller in Wasserfahrzeugantrieben und Pumpen verwendet.
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Aus der
JP 2002 308 183 A1 ist eine Wasserstrahlpumpe vorbekannt, welche ein drehbar in einem Gehäuse angeordnetes Laufrad umfasst, das aus einem zylindrischen Körper mit kreisförmigem Querschnitt am Innenumfang besteht. Die Wasserstrahlpumpe unterteilt sich in die Außenkante der Schaufel des Laufrads, den Sockel mit kreisförmigem Querschnitt, an dem die Schaufel befestigt ist, sowie den Durchmesser des Pumpengehäuses, welches das Laufrad bedeckt, wenn der Durchmesser der. Saugseite zur Druckseite zunimmt.
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Ferner ist aus der
JP 2002 362 488 A1 eine Antriebsvorrichtung vorbekannt, umfassend einen Motor, der an einem Rumpf angebracht ist, eine Batterie zur Versorgung des Motors mit elektrischer Energie, eine am hinteren Teil des Rumpfes angebrachte Spritzeinrichtung zum Einspritzen von Wasser auf die Rückseite des Rumpfes in Verbindung mit dem Motor und einen in der Mitte in Längsrichtung des Rumpfes angebrachten Fahrersitz. Die Batterie ist so angeordnet, dass sich ihr hinteres Ende an der Rückseite des vorderen Endes einer Sitzfläche des Sitzes befindet.
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Auch ist aus der
US 2006 057 907 ein Wasserfahrzeug vorbekannt, umfassend einen ersten Antriebsmechanismus, mindestens einen zweiten Antriebsmechanismus und einen Schiffsrumpf. Der erste Antriebsmechanismus ist so angeordnet, dass er durch einen Verbrennungsmotor Schub erzeugt. Der zweite Antriebsmechanismus ist zur Schuberzeugung durch einen Elektromotor eingerichtet. Der erste Antriebsmechanismus und der zweite Antriebsmechanismus sind im Schiffsrumpf angeordnet. Der erste Antriebsmechanismus und der zweite Antriebsmechanismus sind voneinander unabhängig. Die Richtung des durch den ersten Antriebsmechanismus erzeugten Schubs und die Richtung des durch den mindestens einen zweiten Antriebsmechanismus erzeugten Schubs sind gleichsinnig.
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Des Weiteren offenbart die
US 2012 231 681 A1 ein Wasserstrahlpropeller, welcher verhindert, dass ein Impeller freigelegt wird, wenn der Wasserstrahlpropeller zerlegt wird. Der Wasserstrahlpropeller enthält einen Stator, der an einem hinteren Endabschnitt eines Impellergehäuses angeordnet ist, und einen Impeller, der innerhalb des Impellergehäuses angeordnet ist. Der Wasserstrahlpropeller stößt einen Wasserstrahl aus, indem er den Impeller dreht. Der Impeller des Wasserstrahlpropellers ist dabei drehbar am Stator befestigt und im Inneren des Impellergehäuses angeordnet. Das Laufradgehäuse, der Stator und eine Düse sind mit Hilfe eines Verbindungsbolzens fest miteinander verbunden. Das Laufradgehäuse und der Stator sind durch einen Verbindungsbolzen einstückig miteinander verbunden.
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Letztlich ist aus der
EP 3 303 121 B1 ein Wasserstrahlantrieb und ein Wasserfahrzeug mit einem Wasserstrahlantrieb vorbekannt, welche jeweils einen Impeller aufweisen, der sich durch lediglich ein einziges Schaufelblatt auszeichnet. Der sich daraus ergebende Vorteil ist die Verminderung der bei Betrieb auftretenden Geräuschemission, nicht jedoch die Erhöhung der Antriebsleistung.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik, hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Wasserstrahlantrieb bereitzustellen, mit dem eine hohe Antriebsleistung erzielt werden kann, bei gleichzeitigem großem Kugeldurchmesser beim Impeller zur Vermeidung von Schäden an diesem durch angesaugte bzw. durchgeblasene Fremdkörper.
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Diese Aufgabe wird durch einen Wasserstrahlantrieb gemäß Anspruch 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein Wasserfahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch 15 gelöst.
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In einem ersten Aspekt handelt es sich bei der Erfindung um einen Wasserstrahlantrieb für ein Wasserfahrzeug, umfassend einen Einlassbereich, einem an den Einlassbereich wenigstens mittelbar anschließenden Impellerbereich, in welchen ein Impeller angeordnet ist, und einen an den Impellerbereich wenigstens mittelbar anschließenden Austrittbereich, sowie einen Antriebsmotor, welcher wenigstens mittelbar mit dem Impeller wirkverbunden ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Impeller lediglich zwei am Schaufelgrundkörper des Impellers angeordnete Schaufelblätter aufweist. Der sich daraus ergebende Vorteil liegt sowohl in dem zwischen den Schaufelblättern herstellbaren Durchmesser als auch in dem Durchmesser, der zwischen dem Schaufelgrundkörper und der Außenkante des Schaufelblatts besteht, da diese beiden Durchmesser den Kugeldurchmesser festlegen. Der Kugeldurchmesser gibt an, welche Partikel bzw. Fremdkörper vom Impeller angesaugt bzw. durchgeblasen werden können, ohne diesen dabei zu beschädigen oder zu verstopfen. Angesaugte Fische beispielsweise würden den erfindungsgemäßen Wasserstrahlantrieb in der Regel unverletzt passieren.
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In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung sieht die Erfindung für den Wasserstrahlantrieb vor, dass die Schaufelblätter als im Wesentlichen konische Spiralen um den Schaufelgrundkörper angeordnet sind und dass der Schaufelgrundkörper als im Wesentlichen rotationssymmetrischer Grundkörper mit konkaver Mantelfläche ausgebildet ist. Dies bringt den Vorteil, dass ein effizienter Flüssigkeitstransport gewährleistet werden kann, bei dem keine gefährlichen Unterdruckregionen auftreten, an welchen es zu Kavitation kommen würde.
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Ferner sieht die Erfindung in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung für den Wasserstrahlantrieb vor, dass die Schaufelblätter des Impellers zueinander symmetrisch entlang einer Längsachse des Schaufelgrundkörpers in Richtung des Einlassbereichs, um einen Winkel von 180° versetzt, angeordnet sind.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Impeller einfacher zu fertigen ist und sowohl im Vorwärtsschub als auch Rückwärtsschub betrieben werden kann.
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Des Weiteren sieht die Erfindung für den Wasserstrahlantrieb in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vor, dass sich die Schaufelblätter entlang der Längsachse des Schaufelgrundkörpers in Richtung des Einlassbereichs um den Schaufelgrundkörper in einem Winkel von 50° bis 300°, bevorzugt von 150° bis 300°, besonders bevorzugt von 250°, erstrecken.
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Darüber hinaus sieht die Erfindung in einer abermals vorteilhaften Ausgestaltung für den Wasserantrieb vor, dass die am Schaufelgrundkörper anliegenden Neigungswinkel der Schaufelblätter entlang der Längsachse des Schaufelgrundkörpers in Richtung des Einlassbereichs kleiner wird. Mit anderen Worten: Umso weiter sich die Schaufelblätter entlang der Längsachse am Schaufelgrundkörper erstrecken, umso spitzwinkliger wird deren Neigung, womit im Ergebnis ein konkaver Impeller erhalten wird.
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Besonders vorteilhaft weisen die Schaufelblätter eine planare Oberfläche auf. Hierdurch kann eine besonders niedrige Reibung und somit hohe Wirksamkeit erreicht werden.
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Ferner weist der Wasserstrahlantrieb in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung zwischen dem Antriebsmotor und dem Impeller ein Lagergehäuse auf, in welches ein Lager integriert ist. Denkbar ist dabei, dass das Lagergehäuse über eine Dichtung, insbesondere einen Dichtring, verfügt, mit dem der Antriebsmotor durch das Lagergehäuse gegenüber der vom Impeller zu bewegenden Flüssigkeit abgedichtet ist.
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Um die vom Impeller angesaugte und durchzublasende Flüssigkeit möglichst zielgerichtet aus dem Austrittsbereich hinaus zu fördern, sieht die Erfindung in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung für den Wasserstrahlantrieb vor, dass dieser vor dem Austrittsbereich ein Austrittsströmungskörper aufweist, insbesondere dass dieser über Gleichrichtrippen verfügt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstand der Gleichrichtrippen mindestens so groß wie der Kugeldurchmesser. Dieser wird durch den kleineren der beiden folgenden Abstände vorgegeben: Abstand zwischen der Außenkante der Schaufelblätter und dem Schaufelgrundkörper, Abstand zwischen den beiden Schaufelblättern.
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Des Weiteren sieht die Erfindung für den Wasserstrahlantrieb vor, dass der Antriebsmotor, insbesondere ein Elektromotor, mittels einer Impellerantriebswelle mit dem Impeller wirkverbunden ist. Besonders vorteilhaft ist zwischen dem Antriebsmotor und der Impellerantriebswelle ein Getriebe angeordnet. Dies kann beispielsweise ein Planetengetriebe ein, welches zur Kompaktheit des Wasserstrahlantriebs beiträgt.
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Damit der Wasserstrahlantrieb besonders kompakt ist, sieht die Erfindung in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vor, dass der Antriebsmotor innerhalb des Wasserstrahlantriebs, bevorzugt innerhalb des Austrittsströmungskörpers, angeordnet ist. Dies trägt ebenfalls zu einer kompakten Bauweise bei.
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Auch sieht die Erfindung in einer abermals vorteilhaften Ausgestaltung für den Wasserstrahlantrieb vor, dass dieser eine Motorsteuereinheit aufweist, welche mit dem Antriebsmotor verbunden ist. Die Verbindung erfolgt bevorzugt über elektrische Leitungen oder Abschlüsse. Besonders vorteilhaft ist die Motorsteuereinheit dabei im Wasserstrahlantrieb selbst verbaut, insbesondere im Austrittsströmungskörper.
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Vorteilhafter weist der Wasserstrahlantrieb ein Sensorsystem auf, mit dem Daten vom Wasserstrahlantrieb detektiert und aufgezeichnet werden können, insbesondere durch wenigstens einen Vibrationssensor. Es ist dabei auch denkbar, dass diese Daten an die Motorsteuereinheit übergeben werden, um daraus Handlungsanweisungen, insbesondere Serviceintervalle etc., ableiten zu können.
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In einem zweiten Aspekt der Erfindung handelt es sich um ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Jet-Boot, mit einem erfindungsgemäßen Wasserstrahlantrieb.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wasserstrahlantriebs in einer seitlich dargestellten Explosionsdarstellung,
- 2a eine Seitenansicht des Impellers gemäß 1,
- 2b eine Meridianschnittansicht des Impellers gemäß 2a,
- 2c eine perspektivische Ansicht des Impellers gemäß 2a und 2b, sowie
- 2d eine Draufsicht des Impellers gemäß 2a, 2b und 2c.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wasserstrahlantriebs 1 in einer seitlich dargestellten Explosionszeichnung. Dieses Ausführungsbeispiel umfasst einen Einlassbereich 2, in welchem sich ein Impellerbereich (hier nicht dargestellt) anschließt, in welchem sich der Impeller 4 befindet. Dieser Impeller 4 verfügt hier über einen Schaufelgrundkörper 8 an welchem sich zwei Schaufelblätter 7,7' entlang der Längsachse des Schaufelgrundkörpers 8 in Richtung des Einlassbereichs 2 erstrecken, wobei die zwei Schaufelblätter 7,7' zueinander um 180° versetzt angeordnet sind. Der Impeller 4 ist über eine Impellerantriebswelle 11, welche mittels einem Lager 10 innerhalb eines Lagergehäuses 9 gelagert und mit einem Dichtring abgedichtet ist, mit dem Antriebsmotor 6, hier einem Elektromotor, wirkverbunden. Der Antriebsmotor 6 verfügt hierbei auf der von der Impellerantriebswelle 11 gegenüberliegenden Seite ebenfalls über ein Lager 10. Ferner weist das hier gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wasserstrahlantriebs einen Austrittsströmungskörper 12 auf, welcher hier über Gleichrichtrippen verfügt. An den Austrittsströmungskörper 12 anschließend, ist letztlich der Austrittsbereich 5 angeordnet, aus welchem die vom Impeller 4 angesaugte und durchgeblasene Flüssigkeit hinaus befördert werden kann.
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2a bis 2d zeigen den in 1 im Wasserstrahlantrieb 1 verbauten erfindungsgemäßen Impeller 4 in verschiedenen Ansichten.
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2a zeigt den erfindungsgemäßen Impeller 4 in einer Seitenansicht mit einer eingezeichneten Längsachse (A-A). Der Impeller 4 baut sich aus einem Schaufelgrundkörper 8 auf, welcher hier konisch nach oben, also entlang der Längsachse (A-A), zuläuft, und weist zwei zueinander um 180° versetzte Schaufelblätter 7,7' auf. Mit anderen Worten: die Schaufelblätter 7,7' sind als im Wesentlichen konische Spiralen um den Schaufelgrundkörper 8 angeordnet, wobei der Schaufelgrundkörper 8 im Wesentlichen als ein rotationssymmetrischer Grundkörper mit konkaver Mantelfläche ausgebildet ist.
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2b zeigt den Impeller 4 gemäß 2a in einer Meridianschnittansicht, entlang der in 2a eingezeichneten Längsachse (A-A). Aus 2b geht deutlich hervor, dass die Neigungswinkel α und β gegenüber γ und δ kleiner bzw. spitzwinkliger sind. Mit anderen Worten: die Neigungswinkel der Schaufelblätter 7,7' werden mit zunehmender Umwickelung des Schaufelgrundkörpers 8 kleiner.
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Somit ist vorstehend ein Wasserstrahlantrieb für ein Wasserfahrzeug gezeigt, mit welchem eine hohe Antriebsleistung erzielt werden kann, bei gleichzeitigem großem Kugeldurchmesser, um beim Impeller Schäden an diesem durch angesaugte bzw. durchgeblasene Fremdkörper zu vermeiden.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- Wasserstrahlantrieb
- 2
- Einlassbereich
- 4
- Impeller
- 5
- Austrittsbereich
- 6
- Antriebsmotor
- 7,7'
- Schaufelblatt
- 8
- Schaufelgrundkörper
- 9
- Lagergehäuse
- 10
- Lager
- 11
- Impellerantriebswelle
- 12
- Austrittsströmungskörper
- α,β,γ,δ
- Neigungswinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2002308183 A1 [0003]
- JP 2002362488 A1 [0004]
- US 2006057907 [0005]
- US 2012231681 A1 [0006]
- EP 3303121 B1 [0007]
