DE4317765A1 - Wasserstrahlantrieb für Wasserfahrzeuge - Google Patents
Wasserstrahlantrieb für WasserfahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wasserstrahlantrieb für
Wasserfahrzeuge mit mindestens einer Wasserpumpe, damit
verbundenen Wasseransaugöffnungen und Wasseraustrittsdü
sen und Steuerorganen, durch welche der von den Wasser
ansaugöffnungen zu den Wasseraustrittsdüsen strömende
Wasserstrom steuerbar ist.
Ein gattungsgemäßer Wasserstrahlantrieb für Wasserfahr
zeuge ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 39 36 598 A1 bekannt. Dieser weist mindestens eine Was
serpumpe auf, die über Wasseransaugöffnungen Wasser
ansaugen kann und mit dem von ihr geförderten Wasser
Wasseraustrittsdüsen speist. Aufgrund des Impulserhal
tungsprinzips tritt an den Wasseraustrittsdüsen eine
Schubkraft entgegen der Strömungsrichtung des austreten
den Wassers auf. Diese Schubkraft wird für den Vorschub
des Schiffes und für die Durchführung für Richtungsände
rungen ausgenutzt.
Derartige Wasserstrahlantriebe bieten vielfältige Vor
teile: Im Gegensatz zu herkömmlichen Schiffsschraubenan
trieben ist die Schubkraft von Wasserstrahlantrieben
auch bei höheren Fahrgeschwindigkeiten nahezu geschwin
digkeitsunabhängig. Weiterhin ermöglichen Wasserstrah
lantriebe eine bessere Flachwassertauglichkeit der damit
betriebenen Wasserfahrzeuge gegenüber mittels freilau
fender Schiffsschrauben angetriebener Fahrzeuge, weil
Schiffsschrauben in der Regel tiefer ins Gewässer ein
tauchen als der Rumpf. Bei Wasserstrahlantrieben fällt
außerdem die Gefahr einer Beschädigung von im Wasser
befindlichen Lebewesen und Gegenständen durch Schiffs
schrauben weg. Weiterhin leisten Wasserstrahlantriebe
auch dann noch hinreichende Schubkraft, wenn die Wasser
schubdüsen, z. B. bei rauher See, durch den Seegang zeit
weilig über die Wasseroberfläche angehoben werden. In
solchen Fällen erfahren herkömmliche Schiffsschrauben
keinen Bewegungswiderstand durch das Wasser mehr. Da
durch kann die Antriebsmaschine kurzzeitig auf nahezu
Maximaldrehzahl hochdrehen, wodurch es zu Überhitzungen
und Beschädigungen der Antriebsaggregate kommen kann.
Trotz der vorgenannten Vorteile weisen Wasserstrahlan
triebe für Wasserfahrzeuge nach dem Stand der Technik
Nachteile auf, die eine weitere Verbreitung dieses An
triebsprinzips bislang verhindert haben. Bei herkömmli
chen Konstruktionen wirkt sich nachteilig aus, daß z. B.
für Richtungsänderungen die für den Vorschub genutzte
Wasserströmung ganz oder teilweise in Steuerdüsen umge
leitet wird. Das bedeutet, daß die zur Verfügung stehen
de Vorschubkraft, z. B. von Richtungsänderungen abhängig
ist. Dadurch wird die exakte Manövrierfähigkeit stark
eingeschränkt. Dies trifft insbesondere bei größeren
Schiffen zu. Diesbezüglich ermöglichen bekannte Varian
ten von Wasserstrahlantrieben - wie z. B. aus der vorge
nannten DE 39 36 598 A1 bekannt - bei seitlichen Fahr
zeugbewegungen nur unzureichende Manövrierfähigkeit.
Kompliziertere Manöver auf engstem Raum, die z. B. Wen
dungen auf der Stelle erfordern, sind nach dem Stand der
Technik bisher nur mit mehreren separaten Pumpen und
Wasserstrahlantrieben durchführbar. Derartige Ausführun
gen sind jedoch insbesondere für Wasserfahrzeuge zu
schwer, kompliziert und auch teuer.
Außerdem bieten bisherige Konstruktionen nur einge
schränkte Einsatzmöglichkeiten, weil der unabhängige
Betrieb weiterer wasserdruckbetriebener Einrichtungen
durch den von einer einzigen Wasserpumpe geförderten
Wasserstrom nicht möglich ist. Auch dafür sind nach dem
Stand der Technik weitere Wasserpumpen notwendig, wo
durch ebenfalls die vorgenannten Nachteile auftreten.
Schließlich ist ein weiterer wichtiger Aspekt bei Was
serstrahlantrieben die Wartungsfreundlichkeit und Be
triebssicherheit. Bisher wirkt sich eine Erweiterung der
Einsatzfunktionen bei Wasserstrahlantrieben jedoch in
der Regel negativ bezüglich dieser Eigenschaften aus,
weil komplizierte Konstruktionen zum Einsatz kommen.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit möglichst geringem
maschinellen Aufwand eine bessere Manövrierfähigkeit von
Wasserfahrzeugen zu erreichen und gleichzeitig erweiter
te Einsatzmöglichkeiten der zum Antrieb genutzten Was
serpumpen, eine größere Wartungsfreundlichkeit und höhe
re Betriebssicherheit zu gewährleisten.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß
die Wasseransaugöffnungen und die Wasseraustrittsdüsen
einzeln und unabhängig voneinander durch die Steuerorga
ne dem Wasserstrom freigebbar sind.
Durch die Erfindung ist die Speisung einer beliebigen
Anzahl von Wasseraustrittsdüsen voneinander unabhängig
möglich. Die Wasseraustrittsdüsen können in jeder erden
klichen Kombination betrieben werden, da diese unabhän
gig voneinander durch die Steuerorgane dem Wasserstrom
der Wasserpumpe freigegeben oder geschlossen werden kön
nen. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß für alle An
triebs- und Steuereinrichtungen die benötigte Schubkraft
unverzüglich zur Verfügung steht.
Zweckmäßigerweise umfaßt die Anzahl der Wasseraustritts
düsen sowohl die Antriebsdüsen als auch die Steuerdüsen
des Wasserfahrzeugs. Durch diese Maßnahme ergibt sich
die Möglichkeit, die notwendige Schubkraft für alle
Bewegungsrichtungen des Wasserfahrzeugs der jeweiligen
Einsatzsituation optimal anzupassen.
Sind die als Steuerdüsen ausgebildeten Wasseraustritts
düsen im Wasserfahrzeug vorwiegend horizontal gerichtet
fest eingebaut, kann in vorteilhafter Weise horizontaler
Steuerschub auf das Wasserfahrzeug ausgeübt werden. Eine
Anbringung der Steuerdüsen an verschiedenen Kraftan
griffspunkten am Wasserfahrzeug gestattet die Ausführung
jeglicher Art von Lateralbewegungen und unterschiedli
cher Rotationen um vertikale Drehachsen. Die Anzahl der
Wasseraustrittsdüsen ist beliebig vorgebbar. Auch kom
plizierteste Manöver, wie sie z. B. in Häfen, bei Ret
tungseinsätzen oder in untiefen Gewässern erforderlich
werden können, sind durchführbar.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Wasseraus
trittsdüsen teilweise als im wesentlichen vertikal
ausgerichtete Steuerdüsen ausgebildet sind, die im Was
serfahrzeug fest eingebaut sind. Hierdurch wird auch die
Vertikalbewegung des Wasserfahrzeugs optimal steuerbar.
Es sind alle möglichen Translations- und Rotationsbewe
gungen bei einer entsprechenden Anordnung der Kraftan
griffspunkte der Vertikal-Steuerdüsen am Wasserfahrzeug
denkbar. Die Anzahl dieser Vertikal-Steuerdüsen ist
beliebig und kann optimal dem jeweiligen Einsatzzweck
angepaßt werden.
In sehr vorteilhafter Weise kann ein an der Wasserober
fläche schwimmendes Schiff mit einem erfindungsgemäßen
Wasserstrahlantrieb ausgestattet werden. Die außerge
wöhnlich guten Steuerungsmöglichkeiten in der Horizonta
lebene, d. h. auf der Wasseroberfläche, ermöglichen auch
komplizierteste Manöver, z. B. in Häfen, bei Rettungsein
sätzen oder in untiefen Gewässern. Mit den vertikalen
Steuerdüsen kann auch dem Rollen und Stampfen des Schif
fes entgegengewirkt werden.
Besondere Bedeutung erlangt die Möglichkeit der Ausübung
beliebiger Schubkräfte beim Einsatz in Unterwasserfahr
zeugen. Durch unabhängig steuerbare, vertikal und hori
zontal ausgerichtete Wasseraustrittsdüsen können in alle
drei Raumrichtungen und um alle Raumachsen - also bezüg
lich aller sechs möglichen Freiheitsgrade der Bewegung -
Tauchmanöver durchgeführt werden,die bei konventionellen
U-Booten ausgeschlossen sind.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfin
dung sieht vor, daß an dem Ausgang der Wasserpumpe eine
Verteilereinrichtung angeschlossen ist, von der aus alle
Wasseraustrittsdüsen versorgt werden. In dieser Vertei
lereinrichtung kann mittels der Wasserpumpe jederzeit
ein ausreichender Wasserdruck zur Versorgung aller Was
seraustrittsdüsen aufrecht erhalten werden. Der Wasser
druck in der Verteilereinrichtung wird mittels Druck
überwachungseinrichtungen überwacht, damit die Wasser
pumpe keinen Schaden erleidet. Insbesondere ist es gün
stig, wenn die Verteilereinrichtung in Form eines Ver
teilerkastens gestaltet ist. In diesem Fall kann der
Verteilerkasten besonders einfach mit Anschlußmitteln
zum Anschluß der zu den Wasseraustrittsdüsen führenden
Versorgungsleitungen versehen werden. Durch die Wasser
pumpe muß nur der Wasserdruck im Verteilerkasten auf
rechterhalten werden.
Besonders günstige Steuereigenschaften können erreicht
werden, wenn als Steuerorgan jeder Wasseraustrittsdüse
ein volumensteuerbares Ventil zugeordnet ist. Damit ist
es möglich, den Schub einer jeden Wasseraustrittsdüse
fein zu regulieren, wodurch eine besonders präzise Ma
növrierfähigkeit gewährleistet ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung sind die einzelnen Steuerorgane fernsteuerbar,
die den Wasserdurchfluß zu den Wasseraustrittsdüsen
steuern. Die Steuerorgane können in diesem Falle vom
Kommandostand des Wasserfahrzeugs bedient werden, gege
benenfalls ist auch eine Fernsteuerung denkbar. Die
Steuerung kann mechanisch, elektrisch, hydraulisch,
pneumatisch oder auf andere Art und Weise erfolgen.
Besonders bei den als Steuerdüsen ausgebildeten Wasser
austrittsdüsen ist es sehr günstig, wenn die jeweiligen
Steuerorgane in den Versorgungsleitungen möglichst nahe
vor den Austrittsdüsen angeordnet sind. Damit wird
ausgeschlossen, daß das in den Versorgungsleitungen ste
hende Wasser bei geschlossenen Steuerorganen ganz oder
teilweise abfließt und deswegen bei einer erneuten Betä
tigung der jeweiligen Steuerdüsen die jeweiligen Versor
gungsleitungen erst mit Wasser aufgefüllt werden müssen,
bevor das Wasser aus den Steuerdüsen austritt und Schub
erzeugt. Durch diese Ausgestaltung erfolgt ein schnelle
res Ansprechen des Wasserfahrzeugs auf Steuermaßnahmen.
Weiterhin sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor,
daß alle oder nur ein Teil der Wasseraustrittsdüsen als
Mehrstoffdüsen ausgebildet sind. Daraus ergibt sich die
Möglichkeit, durch Hinzufügung von weiteren Substanzen
in den ausgestoßenen Wasserstrom ausgewählte Substanzen
in bestimmte Gewässer einzubringen oder auch die Vor
schubkraft zu erhöhen.
Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, daß zwischen den Wasseransaugöff
nungen und der Wasserpumpe in der Ansaugleitung eine
Filterkammer angeordnet ist, die Filterelemente enthält.
Damit wird verhindert, daß angesaugte Fremdkörper, z. B.
Treibholz, Wasserpflanzen oder ähnliches in die Pumpe
eingesaugt werden und dort unter Umständen Schäden und
Betriebsstörungen verursachen. Eine derartige Filterein
richtung ist besonders bedienungs- und wartungsfreund
lich, wenn die Filterelemente aus der Kammer entnehmbar
sind. Dadurch können diese bei Bedarf entnommen und
gereinigt werden.
Für verschiedene Einsatzzwecke ist es vorteilhaft, wenn
eine oder mehrere Wasseraustrittsdüsen als Wassersprit
zen - sogenannte "Monitore" - ausgebildet sind. Damit
ist es nicht nur möglich, zusätzlich gezielten Schub
auszuüben, sondern auch kleinere Hindernisse vom Wasser
fahrzeug wegzudrücken oder bei Bedarf auch Löscharbeiten
auszuführen.
Ein weiterer, besonders vorteilhafter Einsatzzweck der
Erfindung liegt darin, wenn sogenannte Schubverbände,
daß sind Schubschiffe, die Schubleichter vor sich her
schieben, mit einem erfindungsgemäßen Wasserstrahlan
trieb ausgerüstet werden. Derartige Schubverbände werden
häufig in der Binnenschiffahrt angetroffen. Um die Ma
növrierfähigkeit dieser oftmals langen und trägen Schub
verbände zu erhöhen, können die einzelnen, bisher nicht
angetriebenen Schubleichter mit Steuerdüsen versehen
werden, die vom Schubschiff aus mit Wasserdruck versorgt
werden. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Vereinfa
chung in der Handhabung derartiger Schubverbände.
Ein erfindungsgemäßer Wasserstrahlantrieb für Wasser
fahrzeuge wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
im einzelnen:
Fig. 1 Schematische Darstellung eines erfindungs
gemäßen Wasserstrahlantriebs.
In der Darstellung ist die Wasserpumpe mit dem Bezugs
zeichen 1 versehen. Sie wird von einer Antriebsmaschine
2 angetrieben.
An den Ansaugflansch der Wasserpumpe 1 ist eine Filter
kammer 3 angeschlossen. In der Filterkammer 3 ist ein
entnehmbares Filterelement 4 im Ansaugstrom der Wasser
pumpe 1 angeordnet. An der strömungsmäßig der Wasserpum
pe 1 abgewandten Seiten steht die Filterkammer 3 über
ein Seewasserventil 5 mit einer Ansaugöffnung 6 in
Verbindung.
Ausgangsseitig ist die Wasserpumpe 1 an eine Verteiler
kammer 7 angeschlossen. Von der Verteilerkammer 7 zweigt
eine Verbindungsleitung 8 ab, die über ein Hauptventil 9
eine Hauptvorschubdüse 10 speist.
Über Leitungen 11 und Rückschubventile 12 steht die
Verteilerkammer 7 mit Rückschubdüsen 13 in Verbindung.
Die Steuerleitungen 14 speisen über Steuerventile 15a,
15b, 15c und 15d horizontale Steuerdüsen 16a, 16b, 16c
und 16d. Die Steuerdüse 16a ist beispielsweise am Bug
steuerbordseitig angebracht, die Steuerdüse 16b am Heck
steuerbordseitig, die Steuerdüse 16c am Bug backbordsei
tig und die Steuerdüse 16d am Heck backbordseitig.
Über eine Leitung 17 und ein Ventil 18 kann ein Monitor
19 von der Verteilerkammer 7 aus mit Wasser versorgt
werden.
Gestrichelt eingezeichnet sind weitere Steuerleitungen
20, die mit der Verteilerkammer 7 in Verbindung stehen
und optional über weitere Steuerventile 21, weitere
Steuerdüsen 22 speisen. Diese Steuerdüsen 22 können bei
spielsweise vertikal ausgerichtet sein.
Ein Überdruckventil 23 ist ebenfalls mit der Verteiler
kammer verbunden und dient als Drucküberwachungseinrich
tung.
Zum Betrieb des Wasserstrahlantriebes wird die Antriebs
maschine 2 gestartet, damit nimmt die Wasserpumpe 1 ih
ren Betrieb auf. Wenn das Seewasserventil 5 geöffnet
wird, saugt die Wasserpumpe 1 über die Ansaugöffnung 6
und durch die Filterkammer 3 mit den Filterelementen 4
Wasser an. Dabei werden größere Gegenstände, die ange
saugt werden und der Wasserpumpe einen Schaden zufügen
könnten vom Filterelement 4 zurückgehalten. Ist das Fil
terelement 4 bei längerem Betrieb zugesetzt, kann es aus
der Filterkammer 3 entnommen werden, um es zu reinigen.
Die Wasserpumpe 1 pumpt nun das angesaugte Wasser in die
Verteilerkammer 7. Um vorwärts Fahrt aufzunehmen, wird
das Hauptventil 9 geöffnet. Dabei strömt aus der Vertei
lerkammer 7 das unter Druck stehende Wasser durch die
Verbindungsleitung 8 zur Hauptvorschubdüse 10 und tritt
mit mehr oder weniger hoher Geschwindigkeit ins Freie
aus. Der dabei auftretende Schub treibt das Schiff voran.
Um Steuerbewegungen auszuführen, wird eines oder mehrere
der Steuerventile 15a-d ganz oder teilweise geöffnet.
Dabei tritt das unter Druck stehende Wasser aus der
Verteilerkammer 7 aus den horizontalen Steuerdüsen 16a-d
aus. An diesen Steuerdüsen 16a-d tritt dann ein Steuer
schub auf, der jeweils entgegengesetzt dem ausströmenden
Wasser gerichtet ist. Durch entsprechendes Öffnen und
Schließen der Steuerventile 15a-d kann das Wasserfahr
zeug nach Steuerbord und Backbord gelenkt werden. Außer
dem kann das Wasserfahrzeug um vertikale Drehachsen auf
der Stelle wenden.
Bleibt das Hauptventil 9 geschlossen, erfährt das
Wasserfahrzeug keinen Vorwärtsschub. In diesem Fall kann
das Wasserfahrzeug durch die Betätigung der Steuerventi
le 15a-d Seitwärtsfahrt ohne Vorwärtskomponente aufneh
men.
Werden die Rückschubventile 12 geöffnet, werden die
Rückschubdüsen 13 aus der Verteilerkammer 7 mit Wasser
gespeist. Dabei nimmt das Wasserfahrzeug Rückwärtsfahrt
auf.
Durch die optionalen vertikalen Steuerdüsen 22, die über
Steuerleitungen 20 und Steuerventile 21 mit der Vertei
lerkammer 7 verbunden sind, ist es möglich, beispiels
weise ein Wasserfahrzeug vertikal zu stabilisieren. Han
delt es sich bei dem Wasserfahrzeug um ein Unterwasser
fahrzeug, sind mittels der Steuerventile 18 auch in der
vertikalen Manöver möglich, analog den mittels der
Steuerventile 15a-d in der Horizontalen ausführbaren Ma
növern. Bei einem U-Boot wären dies z. B. Abtauchen und
Auftauchen.
Wird das Ventil 18 geöffnet, strömt über die Leitung 17
Wasser aus der Verteilerkammer 7 zum Monitor 19. Der aus
tretende Wasserstrahl kann dazu genutzt werden, kleinere
Manöver durchzuführen, kleinere Hindernisse aus der
Fahrrinne wegzudrücken oder auch Löscharbeiten auszufüh
ren.
Claims (16)
1. Wasserstrahlantrieb für Wasserfahr
zeuge mit mindestens einer Wasserpumpe, damit verbunde
nen Wasseransaugöffnungen und Wasseraustrittsdüsen und
Steuerorganen, durch welche der von den Wasseransaugöff
nungen zu den Wasseraustrittsdüsen strömende Wasserstrom
steuerbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wasseransaugöffnungen (6) und die Wasseraus
trittsdüsen (10, 13, 16, 19, 22) einzeln und unabhängig
voneinander durch die Steuerorgane (9, 12, 15, 18, 21)
dem Wasserstrom freigebbar sind.
2. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine beliebige Anzahl von
Wasseraustrittsdüsen (10, 13, 16, 19, 22) zum Teil als
Antriebsdüsen (10, 13) und zum Teil als Steuerdüsen (16,
19, 22) für das Wasserfahrzeug ausgebildet sind.
3. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wasseraustrittsdüsen zum
Teil als Steuerdüsen (15) ausgebildet sind, die im we
sentlichen horizontal ausgerichtet im Wasserfahrzeug
fest eingebaut sind.
4. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wasseraustrittsdüsen zum
Teil als Steuerdüsen (22) ausgebildet sind, die im we
sentlichen vertikal ausgerichtet im Wasserfahrzeug fest
eingebaut sind.
5. Wasserstrahlantrieb nach einem oder
mehrerer der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wasserstrahlantrieb in einem Schiff anbringbar
ist, welches sich immer, zumindest teilweise oberhalb
der Wasseroberfläche befindet.
6. Wasserstrahlantrieb nach einem oder
mehrerer der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wasserstrahlantrieb in einem Unterwasserfahrzeug
angeordnet ist.
7. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der Wasserpumpe
(1) eine Verteileranrichtung (7) angebracht ist, an wel
che alle Wasseraustrittsdüsen (10, 13, 16, 19, 22) ange
schlossen sind.
8. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verteileranrichtung (7)
insbesondere die Form eines Verteilerkastens hat.
9. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wasseraustrittsdüse
(10, 13, 16, 19, 22) ein volumensteuerbares Ventil (9,
12, 15, 18, 21) zugeordnet ist.
10. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Wasserstrom ange
brachten Steuerorgane (9, 12, 15, 18, 21) fernsteuerbar
sind.
11. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerorgane (15, 21) in
der Nähe der Wasseraustrittsdüsen (16, 22) angeordnet
sind.
12. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß alle oder nur ein Teil der
Wasseraustrittsdüsen (10, 13, 16, 19, 22) als Mehrstoff
düsen ausgebildet sind.
13. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wasseransaug
öffnungen (6) und der Wasserpumpe (1) eine Filterkammer
(3) mit Filtereinrichtungen (4) angeordnet ist.
14. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch
13, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtungen
(4) aus der Filterkammer (3) entnehmbar sind.
15. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wasseraus
trittsdüse (19) als Monitor ausgebildet ist.
16. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstrahlantrieb in
einem Schubschiff angeordnet ist und sich zumindest ei
nen Teil der Wasseraustrittsdüsen (10, 13, 16, 19, 22)
in den von dem Schubschiff bewegten Schubleichtern be
findet.
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