WO2017211466A1 - Antriebseinrichtung für ein wasserfahrzeug sowie wasserfahrzeug - Google Patents

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WO2017211466A1
WO2017211466A1 PCT/EP2017/025159 EP2017025159W WO2017211466A1 WO 2017211466 A1 WO2017211466 A1 WO 2017211466A1 EP 2017025159 W EP2017025159 W EP 2017025159W WO 2017211466 A1 WO2017211466 A1 WO 2017211466A1
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aircraft
drive device
watercraft
flow
vessel
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PCT/EP2017/025159
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Udo Zillmann
Philip BECHTLE
Original Assignee
Udo Zillmann
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
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    • B63H13/00—Marine propulsion by wind motors driving water-engaging propulsive elements
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    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions

Definitions

  • the invention relates to a drive device for a
  • a watercraft comprising an underwater propeller and a first electric one operatively connected to the underwater propeller
  • the invention further relates to a watercraft with a corresponding drive device.
  • Propeller is driven. This can be done mechanically or electrically.
  • a drive device for a watercraft comprising an underwater propeller and a first electric rotary machine operatively connected to the underwater propeller, wherein the drive device according to the invention is further developed in that the drive device further comprises
  • Rotary machine and the second rotary electric machine for transmitting electrical power can be connected or connected to each other.
  • An essential aspect of the invention is an air flow (commonly referred to as wind) a
  • the first rotary electric machine and the second rotary electric machine can be connected or connected to one another for transmitting an electrical power.
  • the invention is intended both to a direct electrical connection, such as a switchable electrical line, as well as to an indirect electrical connection to an electrical buffer memory.
  • Underwater propellers are used or initially cached in a buffer for later use. Expressly encompassed by the invention are also
  • Embodiments of previously described propulsion devices having more than one underwater propeller, wherein at least one of the existing underwater propellers is operatively connected to a first rotary electric machine. Any further subsea propellers of an inventive
  • Drive means may by the same first electric rotary machine, by further first electrical
  • an aircraft is understood to mean, in particular, an object capable of flying by utilizing wind.
  • an object capable of flying by utilizing wind expressly include both objects that have a lower average density than air, for example
  • Balloons as well as objects that have a higher average density than air, such as kites or airplanes.
  • Objects with a higher average density than air require a flow around the air to fly, but as a rule have a comparatively low air resistance or drag coefficient and thus promise a comparatively efficient utilization of the flow energy present in the wind.
  • Another advantage of the invention is that at any wind directions, especially in headwinds, electrical power can be generated from flow and made usable.
  • electrical power can be generated from flow and made usable.
  • a use of wind energy thus becomes a much wider range of possible wind conditions
  • the invention allows in contrast to known
  • Towing kites have the advantage that the aircraft moves in flight at a different speed relative to the wind than the watercraft. As a result, a flight movement of the aircraft can be optimized, for example, to the one
  • Flight movement of the aircraft is essentially a flight across the wind.
  • the aircraft considerably higher flow velocities than the actual
  • Wind speed can be reached, which is usually a higher efficiency in power consumption from the wind energy available in the wind can be reached than at lower
  • Flow energy from wind is achieved in the context of the invention in that the aircraft has an aerodynamic buoyancy profile, by means of which the flow of air flow power can be withdrawn.
  • Flow profiles for example, at
  • Aircraft wings, propellers and wind turbines are used, in particular offer the advantage of a small
  • airfoils are very efficient in taking flow power out of an airflow.
  • In one embodiment of the invention is electrical Power generated on board the aircraft. This is it
  • Flying wind power plant is basically known and is often referred to as a "flying generator.” This designation goes back to that usually next to the rotor with the
  • Rotary machine is arranged on board the aircraft. The transfer of the gained electrical power to
  • Watercraft or the first electric rotary machine is carried out, for example, by means of an electrical conductor in, at or parallel to the line, the aircraft on
  • the buoyancy profile is arranged on a supporting surface of the aircraft and by means of the line with the second electrical
  • the line is unrolled by means of a force acting on the flow around the buoyancy profile buoyancy of a rotatable drum, in particular the drum with a shaft of the second electric
  • Rotary machine is coupled and thus a rotational movement of the drum for generating electrical energy
  • the drum can be designed as a storage drum for the leash on which all excess length of the line is wound or is.
  • the leash can also be passed without restriction of the technical operation of the drum only or swung over a fixed number of turns around the drum, so that excess length of the leash comes to rest behind the drum, wherein the leash passing on the drum Drum can also be set in rotation as described or fed by means of the drum.
  • the aircraft can be constructed very simply and easily, for example in the form of a fabric kite, and it makes possible the second electric rotary machine and other mechanical and electrical components
  • the aircraft can be constructed very simply and easily, for example in the form of a fabric kite, and it makes possible the second electric rotary machine and other mechanical and electrical components
  • Wind direction, wind speed, flight movement or generated power As a rule, this traction has in addition to one
  • Transverse component transverse to the direction of travel of the vessel also a longitudinal component that acts along the direction of travel.
  • the transverse component of the tensile force can, as is known from sailing ships, through the Lateralplan of the
  • the lateral plan essentially prevents drifting of the watercraft under the effect of the tensile force.
  • the invention makes it possible to remove flow power from the wind and make it available for propulsion of the watercraft.
  • the longitudinal component of the tensile force is usually only a fraction of the total tensile force, so that the
  • Performance-maximized flight movement usually depends on the particular aircraft and the respective wind conditions, while the influence of the movement of the watercraft can usually be neglected. In contrast, the force acting on the vessel traction depends very well, among other factors also on the movement of the watercraft.
  • Flying wind power plant for driving provided electrical power minus braking power can be achieved by pulling forces. For example, with fast forward wind with
  • a particular advantage of the invention is that even under these conditions, the wind or the air flow power can be removed when the second electric rotary machine is operated by a motor to cause an aircraft movement of the aircraft, in particular a power-maximized flight movement using electric power , In this case, correspondingly high tensile forces act on the aircraft
  • Watercraft acting acceleration performance may exceed the electrical power used.
  • the provision of the electrical power to be used is made possible by the fact that the drive means a
  • Power extraction device comprises, which is designed and adapted to withdraw a flow of water flow performance and this flow performance in an electrical
  • Rotary machine are part of the power extraction device, wherein the flow rate of the water flow can be withdrawn by means of the underwater propeller and by means of the first
  • electric rotary machine is convertible into electrical power.
  • the underwater propeller at one pivotable nacelle arranged in order to create optimal flow conditions of the underwater propeller for driving the watercraft on the one hand and for the power extraction of flow power from the water on the other hand.
  • Underwater propeller and first rotary electric machine made possible by means of a simple shaft.
  • Rotary machine optionally be arranged stationary, so that the nacelle can be made correspondingly smaller.
  • transmission or other suitable means can be used if the pivot axis of the nacelle on the one hand and a rotation axis of the underwater propeller on the other hand are not coaxial with each other.
  • the efficiency of the underwater propeller for propulsion of the watercraft (propeller operation) or for the removal of flow power from the water flowing around the underwater propeller (turbine operation) is advantageously made possible when the underwater propeller several wings with a
  • a drive device advantageously further comprises a Internal combustion engine, even then a drive of the
  • the internal combustion engine is, for example, with the underwater propeller and / or with the first electrical
  • operatively connectable is understood in particular to mean that an operative connection can be produced and separated as required, for example by means of a shaft coupling.
  • Active connections between the internal combustion engine and a plurality of said components can be realized, for example, by means of at least one transmission.
  • the object underlying the invention is further solved by a watercraft with a drive device according to the invention.
  • An anchorage of the leash of the aviation wind power plant at the bow of the vessel is in principle possible within the scope of the invention, but involves the risk that in flight movements against the direction of travel of the vessel, the leash of structures and / or cargo of the vessel is obstructed.
  • the vessel therefore preferably has one
  • Anchoring device for attaching the leash of
  • the anchoring device is arranged elevated on the vessel and / or wherein the
  • Anchoring device with a sliding stop for the leash is formed. This allows the aircraft to fly to the vessel through structures and / or cargo in a variety of directions without obstruction of the line. Thus, the number of available aircraft movements and thus the flexibility in the use of wind energy to drive the watercraft according to the invention is increased.
  • Anchoring device are formed.
  • a mobile one is formed.
  • Stop can be realized in particular by the fact that designed as anchoring device component or components of the flying wind power plant slidably on
  • the second rotary electric machine may be constructed on a pumping-kite principle
  • Air wind turbine serve simultaneously as an anchoring device, the second rotary electric machine is suitably fixed or slidably mounted on the vessel.
  • the superstructures are often very high in modern large ships such as container ships, freighters for liquefied natural gas or liquefied natural gas or tankers, which can be unfavorable for the accessibility of anchoring devices arranged so high. Also requires a correspondingly stable design of the structures to derive the forces acting on the anchoring device tensile forces,
  • Anchoring device is formed with a sliding stop for the leash.
  • the stop is in each case moved to the side of the watercraft to which the aircraft flies relative to the watercraft.
  • a stop here is understood in particular to mean a component or an assembly which has a
  • the drive device has at least two aircraft units each anchored to the water train by means of a leash, wherein
  • Anchoring device for attaching the respective leash are provided on the vessel, wherein the
  • Anchoring devices are each arranged on different sides of the watercraft.
  • Watercraft understood in particular with respect to the direction of travel, the left side (port) or the right side (starboard) or the front (bow) or the rear (rear).
  • each an aircraft with anchoring devices in the area of the bow and stern of the vessel are of the
  • the anchoring devices can be stationary or displaceable according to the preceding description. Other described details of an inventively provided anchoring device are without limitation used advantageously when several aircraft and anchoring devices are provided.
  • Fig. 1 shows schematically a watercraft according to a
  • Fig. 2a schematically an exemplary
  • Fig. 2b shows schematically another example
  • Fig. 3a schematically another example
  • FIG. 3b schematically another exemplary
  • FIG. 4 schematically another exemplary
  • FIG. 5a is a schematic plan view of the vessel of FIG. 1; FIG.
  • FIG. 5b schematically another example
  • Fig. 5c schematically another example
  • Fig. 5g schematically another example
  • Fig. 6a-d schematically shows the operation according to the invention
  • Fig. 1 shows schematically an example designed as a container ship 1 vessel according to the invention, which has very generally a hull 10 with superstructures 12 and space for cargo 14.
  • the hull 10 is partially below and partially above the floating container ship 1
  • the underwater vessel i. the part of the hull 10 below the waterline 4, at least when driving, flows around a water flow 8, which results from a possible intrinsic flow of the water as well as the travel movement of the container ship 1.
  • the container ship 1 shown by way of example according to the invention also carries a flying wind power plant 30 with a by means of a line 34 on the container vehicle 1, in this example at the bow of the fuselage 10, anchored aircraft 32.
  • the aircraft 32 is set up and aligned thereto, in an air flow 6, commonly a Wind, to fly. For this required
  • Fig. 1 Components of the aircraft 32 are shown in Fig. 1 in the interest of a clear and simple illustration of the invention is not shown in detail.
  • the Unterwaserpropeller 20 and the flying wind power plant 30 with The aircraft 32 and the line 34 are part of a drive device 2 according to the invention of the container ship 1 according to the invention.
  • Fig. 2a is schematically a first exemplary
  • Watercraft 1 are arranged.
  • the drive device 2 comprises an underwater propeller 20, which is driven by means of an electric motor 22. Shown is schematically a simple mechanical operative connection between the electric motor 22 and the underwater propeller 20 by means of a shaft, however, other elements such as gears and / or clutches may be provided within the scope of the invention.
  • the drive device 2 further comprises a flying wind power plant 30, which in the embodiment shown after
  • the flying wind power plant 30 comprises an aircraft 32, which carries a generator 36, which in turn is provided with a rotor 38
  • the wings of the rotor 38 each have an aerodynamic
  • the rotor 38 or the buoyancy profile 39 flows around the wings of an air flow 6, whereby the rotor 38 drives the generator 36.
  • an electric power is obtained from a stream of air taken from the flow 6.
  • the air flow 6 results in particular from an existing wind and from the flight movement of the aircraft 32nd
  • the electrically connected to the underwater propeller 20 electric motor 22 and the generator 36 of the aircraft 32 are connected to each other via an electrically conductive line 34 and an electrical connection 24 on board the watercraft 1, so that the electrical power obtained by means of the generator for driving the underwater propeller 20 for Can be made available.
  • Fig. 2b which is
  • the flying wind power plant 30 of the exemplary drive device 2 according to the invention shown in Fig. 2b is constructed in accordance with the design principle of the so-called “pumping kite.”
  • the flying wind power plant 30 has a generator 36, which, however, is arranged as intended on board the watercraft 1.
  • the generator 36 is operatively connected to a rotatable drum 35, for example, via a simple shaft or other components not shown, such as gears and / or clutches.
  • the drum 35 serves as a storage drum for a line 34, which anchors a trained as a kite flying machine 32 on the watercraft 1, wherein the line 34 is at least partially rolled up on the drum 35.
  • Watercraft can the aircraft 32 at this
  • Design principle of a wind power plant 30 be extremely simple and consist for example of a kite or a light glider.
  • Air flow 6 taken flow power is generated electrical power.
  • the line 34 must be rolled up again by using a small electrical power by the generator 36 is operated as an electric motor.
  • the electric power required for this purpose is provided, for example, by an electric storage, not shown, or an electric power source not shown.
  • the internal combustion engine 40 drives one
  • Generator 42 so that in addition electrical power can be generated.
  • the generator 42 is connected to the electrical connection 24 between an electric motor 22 for driving a marine propeller 22 and a generator 36 of a flying wind power plant 30.
  • the electric power provided by the internal combustion engine 40 and the generator 42 is thus both for driving the underwater propeller 22 and for the wind turbine 30 available.
  • Fig. 3a details of the flying wind power plant are not shown. Shown is merely schematically a shaft 37 on the generator 36 of the flying wind power plant, to which, for example, according to the described embodiments of flying wind power plants 30 in the context of the invention, a rotor 38 or a drum 35 can be connected.
  • Propel 20 underwater propeller It is also possible by means of the internal combustion engine 40 alone or in parallel with the underwater propeller 20 and the electric motor 22nd
  • a water flow 8 flowing around a watercraft 1 can also be used advantageously as a source of electrical power in the context of the invention.
  • an underwater propeller 20, which is surrounded by the water flow 8 is driven as a rotor driven by the water flow and one with the
  • Underwater propeller 20 operatively connected electric motor 22 to use as a generator. This is with all so far
  • featured embodiments of the invention allows the respective flying wind power plants 30 to provide electrical power.
  • Fig. 4 shows another exemplary inventive
  • Water flow for the wind turbine 30 can be obtained.
  • Fig. 5a is a schematic plan view of the
  • Container ship 1 shown in FIG. 1. It is clear that the leash 24 at the anchor 62 shown at the bow only in
  • Fig. 5b shows schematically a plan view of another
  • a variable stop 64 is provided for the anchoring 62 of the line 34 on the vessel.
  • the anchoring 62 can thus be appropriately displaced or displaced, as a result of which a substantially larger angular range for permissible directions of flight 60 is available.
  • Stop 64 is shown schematically in Fig. 5c.
  • the variable stop 64 for example, arranged approximately amidships, with an anchorage 62 on the port side and a
  • Anchoring 62 ' is made possible on the starboard side of the vessel. This results in two ranges permissible flight directions 60 and 60 ', which complement each other almost to 360 °. If, in addition, a boom, not shown, is provided in order to move the anchors 62, 62 'even further outwards, then also the last remaining impermissible directions of flight can be eliminated.
  • variable stop 64 different embodiments are conceivable within the scope of the invention.
  • FIG. 5d a further embodiment of a watercraft 1 according to the invention, which is shown schematically in FIG. 5d, two aircraft 32, 32 'are provided which are each anchored to the vessel 1 by means of a line 34, 34'.
  • Each of the airplanes 32, 32 ' is each for a certain allowable Directions of flight 60, 60 'unrestricted einentagbar.
  • Aircraft 32 ' superimpose and complement each other in such a way that at least one of the aircraft 32, 32' is capable of flying for any direction of flight.
  • Embodiment of a Vessel 1 According to the Invention also in this embodiment of the invention, two aircraft 32, 32 'are provided, one of which is arranged at the bow and one at the stern of the vessel 1. Both aircraft 32, 32 'are each by means of a line 34, 34' on the vessel. 1
  • FIG. 5e Another advantage of the vessel 1 shown in Fig. 5e is that always both aircraft 32, 32 'can be operated simultaneously. As a result, comparable forces act on the vessel 1 at the bow and at the stern, so that
  • Transverse components of these tensile forces can be supported substantially moment-free by the lateral plan of the vessel.
  • the anchoring 62, 62 ' is arranged at another suitable, high-lying point on the watercraft, for example in the upper region of the superstructures 12, as shown schematically in FIG. 5g.
  • FIGS. 6a to 6d show a variety of conceivable wind conditions. Some of them are shown by way of example in FIGS. 6a to 6d. Shown here is in each case a ship 1 with an underwater propeller 20 and with an anchored by a line 34 on the ship 1 aircraft 32. A wind 6 and a present on the aircraft 32 air flow 6 are each represented by arrows.
  • both tensile forces 70 which the aircraft 32 exerts on the vessel 1 via the line 34
  • propeller forces 72 which the underwater propeller exerts on the vessel against surrounding water.
  • the tensile forces 70 and the propeller forces 72 are shown in FIGS. 6a to 6d
  • Fig. 6a a situation is shown in which the air flow 6 extends obliquely from the front against the direction of travel of the ship 1.
  • the line 34 runs accordingly with respect to the Direction of travel of the ship obliquely backwards to the flying in the air flow 6 aircraft 32. It acts against the direction of travel, ie braking, traction 70 on the ship 1.
  • the aircraft 32 delivers the aircraft 32 and a not shown in detail Flugwindkraftmaschine 30, to the
  • the aircraft 32 is an electrical power that in turn drives the vehicle
  • Underwater propeller 20 is used.
  • the underwater propeller 20 causes an accelerating, acting in the direction of travel propeller power 72 on the ship 1, in the shown
  • Example is greater than the braking tensile force 70.
  • the Erfindng thus allows even in headwind, i. in an air flow 6 with at least one flow component against the
  • the invention even allows the wind-driven ride in the case of an offshore headwind, as shown schematically in FIG. 6b.
  • the relationships described by side headwind apply accordingly.
  • Fig. 6c a situation is shown in which the air flow 6 extends obliquely from behind with the direction of travel of the ship 1.
  • the line 34 runs accordingly with respect to the
  • Underwater propeller 20 causes an accelerating, in
  • the air flow 6 present on the aircraft 32 is generally not the true wind, but the proper motion of the aircraft 32 is to be taken into account.
  • the aircraft in particular also moves together with the ship 1, where it is anchored to the wind.
  • the strength of the air flow 6, which is used to provide electric power is available by means of the aircraft or by means of the flight wind power plant 30 not shown in detail, is thus dependent, inter alia, on wind force,
  • FIG. 6 d shows an example where the ship 1 is moving in front of the wind and the air flow 6 is correspondingly only small, so that an electric power is generated by utilizing this
  • Airflow 6 would not be economical or impossible.
  • the aircraft 32 pulls the ship 1 using an electric power. If appropriate
  • the aircraft or the flying wind power plant 30, to which the aircraft belongs can be provided by any power source, in particular that already described.
  • the electric power is provided by means of the underwater propeller 20.
  • braking propeller forces 72 act on the ship 1, which, however, may be less than the driving tensile forces 70.

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Abstract

Antriebseinrichtung (2) für ein Wasserfahrzeug (1) umfassend einen Unterwasserpropeller (20) und eine mit dem Unterwasserpropeller wirkverbundene erste elektrische Rotationsmaschine (22). Die Antriebseinrichtung ist dadurch weitergebildet, dass die Antriebseinrichtung ferner umfasst ein Flugwindkraftwerk (30) mit einem Fluggerät (32), mit einer Leine (34) zum Verankern des Fluggeräts am Wasserfahrzeug sowie mit einer zweiten elektrischen Rotationsmaschine (36) zum Wandeln von mittels des Fluggeräts einer Luftströmung entzogenen Strömungsleistung in elektrische Leistung, wobei die erste elektrische Rotationsmaschine und die zweite elektrische Rotationsmaschine zur Übertragung elektrischer Leistung miteinander verbindbar oder verbunden sind. Die Anmelung betrifft des Weiteren ein Wasserfahrzeug mit einer Antriebseinrichtung.

Description

Udo Zillmann, Schweizer Str. 94, 60594 Frankfurt am Main
Antriebseinrichtung für ein Wasserfahrzeug sowie Wasserfahrzeug
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein
Wasserfahrzeug umfassend einen Unterwasserpropeller und eine mit dem Unterwasserpropeller wirkverbundene erste elektrische
Rotationsmaschine .
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Wasserfahrzeug mit einer entsprechenden Antriebseinrichtung .
Wasserfahrzeuge wie Schiffe oder Boote sind allgemein bekannt. Heute üblich sind verbrennungsmotorische Schiffsantriebe, bei denen unter Einsatz von meist fossilen Brennstoffen eine
Schiffsschraube angetrieben wird. Dies kann mechanisch oder elektrisch erfolgen.
Zur Einsparung von Brennstoffen gibt es außerdem vielfältige Bemühungen, die früher zum Antreiben von Schiffen genutzte Windkraft einzubinden. Viele dieser Bemühungen, beispielsweise die Verwendung von Hilfssegeln oder Flettnerrotoren, erfordern erheblichen Platz an Bord der Schiffe, wodurch diese Ansätze wirtschaftlich nicht tragfähig sind.
Ein weiteres Konzept basiert auf einem Drachen, der vor dem Schiff fliegt und eine zusätzliche Zugkraft in Fahrtrichtung ausübt. Hierbei wird zwar nur minimaler Platz an Bord
beansprucht, die Effizienz des Systems ist jedoch stark von Wind- und Fahrtrichtung abhängig und kann beispielsweise bei Gegenwind überhaupt nicht eingesetzt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Windkraft zum
Antreiben eines Schiffes nutzbar zu machen, wobei insbesondere Effizienz und Verfügbarkeit gegenüber bekannten Ansätzen erhöht werden soll .
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebseinrichtung für ein Wasserfahrzeug umfassend einen Unterwasserpropeller und eine mit dem Unterwasserpropeller wirkverbundene erste elektrische Rotationsmaschine, wobei die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung dadurch weitergebildet ist dass die Antriebseinrichtung ferner umfasst ein
Flugwindkraftwerk mit einem Fluggerät, mit einer Leine zum Verankern des Fluggeräts am Wasserfahrzeug sowie mit einer zweiten elektrischen Rotationsmaschine zum Wandeln von mittels des Fluggeräts einer Luftströmung entzogenen Strömungsleistung in elektrische Leistung, wobei die erste elektrische
Rotationsmaschine und die zweite elektrische Rotationsmaschine zur Übertragung elektrischer Leistung miteinander verbindbar oder verbunden sind.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, einer Luftströmung (gemeinhin als Wind bezeichnet) eine
Strömungsleistung zu entziehen und diese zu nutzen, um eine elektrische Leistung zu erzeugen, die dann wiederum zum
Betreiben eines Unterwasserpropellers zur Verfügung steht. Mit anderen Worten ist mittels der erfindungsgemäßen
Antriebseinrichtung Windenergie umwandelbar in Vortrieb für ein Wasserfahrzeug mittels eines Unterwasserpropellers.
Erfindungsgemäß sind die erste elektrische Rotationsmaschine un die zweite elektrische Rotationsmaschine zur Übertragung einer elektrischen Leistung miteinander verbindbar oder verbunden. Hierbei ist bei der Erfindung sowohl an eine direkte elektrisch Verbindung, beispielsweise eine schaltbare elektrische Leitung, als auch an eine indirekte elektrische Verbindung mit einem elektrischen Pufferspeicher gedacht. Eine mittels des
Flugwindkraftwerkes bereitgestellte elektrische Leistung kann somit insbesondere unmittelbar zum Antreiben des
Unterwasserpropellers eingesetzt werden oder zunächst in einem Pufferspeicher für eine spätere Verwendung zwischengespeichert werden . Ausdrücklich von der Erfindung umfasst sind auch
Ausführungsformen von zuvor beschriebenen Antriebseinrichtungen, die mehr als einen Unterwasserpropeller aufweisen, wobei mindestens einer der vorhandenen Unterwasserpropeller mit einer ersten elektrischen Rotationsmaschine wirkverbunden ist. Etwaige weitere Unterwassserpropeller einer erfindungsgemäßen
Antriebseinrichtung können durch dieselbe erste elektrische Rotationsmaschine, durch weitere erste elektrische
Rotationsmaschinen oder durch andere geeignete Antriebsagregate wie beispielsweise Verbrennungsmotoren angetrieben werden.
Es ist insbesondere ein Vorteil der Erfindung, dass durch
Einsatz oder Verwendung eines Fluggeräts für diesen Zweck nur sehr wenig Platz an Bord des Wasserfahrzeugs benötigt wird, wodurch ein wirtschaftlicher Betrieb des Wasserfahrzeugs, beispielsweise als Frachtschiff, gewährleistet wird.
Im Rahmen der Erfindung wird unter einem Fluggerät insbesondere ein durch Ausnutzung von Wind flugfähiges Objekt verstanden. Dabei sollen ausdrücklich sowohl Objekte umfasst sein, die eine geringere mittlere Dichte als Luft haben, beispielsweise
Ballons, als auch Objekte, die eine höhere mittlere Dichte als Luft haben, beispielsweise Drachen oder Flugzeuge. Objekte mit einer höheren mittleren Dichte als Luft erfordern zum Fliegen eine Umströmung durch Luft, weisen in der Regel aber einen vergleichsweise geringen Luftwiderstand oder Widerstandsbeiwert auf und versprechen dadurch eine vergleichsweise effiziente Ausnutzung der im Wind vorhandenen Strömungsenergie.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei beliebigen Windrichtungen, insbesondere auch bei Gegenwind, elektrische Leistung aus Strömungsleistung erzeugt und nutzbar gemacht werden kann. Insbesondere im Vergleich zu Segeln oder Zugdrachen wird somit über einen wesentlich weiteren Bereich an möglichen Windbedingungen eine Nutzung von Windenergie
erschlossen. Außerdem steigt bei vergleichbaren Windbedingungen die Effizienz der Nutzung von Windenergie, weil nicht nur diejenige Komponente des Windes in Bewegungsrichtung des Wasserfahrzeugs nutzbar gemacht wird.
Zudem ermöglicht die Erfindung im Gegensatz zu bekannten
Zugdrachen mit Vorteil, dass sich das Fluggerät im Flug mit einer anderen Geschwindigkeit relativ zum Wind bewegt als das Wasserfahrzeug. Dadurch kann eine Flugbewegung des Fluggeräts beispielsweise dahingehend optimiert werden, das einer
vorhandenen Luftströmung ein möglichst maximaler Anteil an Strömungsleistung entzogen wird, die dann wie beschrieben nutzbar gemacht werden kann.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die
Flugbewegung des Fluggeräts im Wesentlichen eine Flugbewegung quer zum Wind ist. Hierdurch sind am Fluggerät erheblich höhere Strömungsgeschwindigkeiten als die tatsächliche
Windgeschwindigkeit erreichbar, wodurch in der Regel eine höhere Effizienz bei der Leistungsaufnahme aus der im Wind vorhandenen Strömungsenergie erreichbar ist als bei niedrigeren
Anströmgeschwindigkeiten .
Besonders vorteilhaft sind zudem periodische Flugbewegungen entlang einer geschlossenen Flugbahn, beispielsweise einer im Wesentlichen kreis- oder achtförmigen Flugbahn. Hierdurch wird ein insbesondere automatisierter Betrieb des Fluggeräts
wesentlich vereinfacht.
Eine besonders effiziente und wirkungsvolle Nutzung von
Strömungsenergie aus Wind wird im Rahmen der Erfindung dadurch erreicht, dass das Fluggerät ein aerodynamisches Auftriebsprofil aufweist, mittels dessen der Luftströmung die Strömungsleistung entziehbar ist. Strömungsprofile, die beispielsweise bei
Flugzeugtragflächen, Propellern und Windkraftrotoren zum Einsatz kommen, bieten insbesondere den Vorteil eines geringen
aerodynamischen Widerstandsbeiwertes und gleichzeitig eines hohen Auftriebsbeiwertes. Damit sind Strömungsprofile sehr effizient bei der Entnahme von Strömungsleistung aus einer Luftströmung .
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird elektrische Leistung an Bord des Fluggeräts erzeugt. Hierfür ist das
Auftriebsprofil vorteilhaft an einem mit der zweiten
elektrischen Rotationsmaschine wirkverbundenen Rotor angeordnet.
Diese Bauform eines erfindungsgemäß vorgesehenen
Flugwindkraftwerks ist grundsätzlich bekannt und wird oft als „flying generator" bezeichnet. Diese Bezeichnung geht drauf zurück, dass in der Regel neben dem Rotor mit dem
aerodynamischen Profil auch die zweite elektrische
Rotationsmaschine an Bord des Fluggerätes angeordnet ist. Die Übertragung der gewonnenen elektrischen Leistung zum
Wasserfahrzeug bzw. zur ersten elektrischen Rotationsmaschine erfolgt dabei beispielsweise mittels eines elektrischen Leiters in, an oder parallel zu der Leine, die das Fluggerät am
Wasserfahrzeug verankert.
Die beschriebene Bauform hat den Vorteil, dass bei
windangetriebener Rotation des Rotors kontinuierlich elektrische Leistung abgegeben wird, wofür allerdings ein ausreichend großes und entsprechend sperriges und schweres Fluggerät vorgesehen werden muss, um insbesondere den Rotor und die zweite
elektrische Rotationsmaschine im Flug tragen zu können.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Auftriebsprofil an einer Tragfläche des Fluggeräts angeordnet und mittels der Leine mit der zweiten elektrischen
Rotationsmaschine wirkverbunden . Die zweite elektrische
Rotationsmaschine ist somit an Bord des Wasserfahrzeugs
angeordnet .
Bei dieser Bauform eines erfindungsgemäß vorgesehenen
Flugwindkraftwerks wird beispielsweise die Leine mittels einer bei Umströmung des Auftriebsprofils wirkenden Auftriebskraft von einer rotierbaren Trommel abgerollt, wobei insbesondere die Trommel mit einer Welle der zweiten elektrischen
Rotationsmaschine gekoppelt ist und somit eine Rotationsbewegung der Trommel zur Erzeugung von elektrischer Energie
bereitgestellt wird. Hierbei muss jedoch periodisch ein Teil der gewonnenen Energie wieder aufgewendet werden, um die Leine wieder einzuholen. Hierfür wird vorteilhafterweise die
Auftriebskraft verringert, beispielsweise durch Veränderung des Anstellwinkels des aerodynamischen Auftriebsprofils relativ zur anströmenden Luft. Auch diese Bauform eines erfindungsgemäß vorgesehenen Flugwindkraftwerks ist bereits grundsätzlich bekannt und wird oft als „pumping kite" bezeichnet.
Die Trommel kann dabei als Speichertrommel für die Leine ausgebildet sein, auf der sämtliche überschüssige Länge der Leine aufgewickelt ist oder wird. Die Leine kann jedoch auch ohne Einschränkung der technischen Funktionsweise lediglich an der Trommel vorbeigeführt werden oder über eine feste Anzahl von Windungen um die Trommel geschwungen sein, so dass überschüssige Länge der Leine hinter der Trommel zum liegen kommt, wobei die an der Trommel vorbeilaufende Leine die Trommel ebenfalls wie beschrieben in Rotation versetzt bzw. mittels der Trommel eingezogen werden kann.
Die Vorteile der „pumping kite"-Bauform im Rahmen der Erfindung sind vielfältig. Das Fluggerät kann sehr einfach und leicht konstruiert sein und beispielsweise lediglich in Art eines Stoffdrachens ausgeführt sein. Zudem wird es ermöglicht, die zweite elektrische Rotationsmaschine und weitere mechanische und elektrische Komponenten witterungs- und seewassergeschützt unter Deck des Wasserfahrzeugs anzuordnen. Außerdem kann, bedingt durch das geringere Gewicht des Fluggeräts und den Entfall der Notwendigkeit eines elektrischen Leiters im Vergleich zu der „flying generator"-Bauform eine sehr viel dünnere Leine mit entsprechend vorteilhaften mechanischen und aerodynamischen Eigenschaften eingesetzt werden.
Unabhängig von der Bauform des Flugwindkraftwerkes wird bedingt durch die Verankerung des fliegende Fluggeräts am Wasserfahrzeug eine Zugkraft über die Leine auf das Wasserfahrzeug übertragen, deren Stärke und Richtung abhängt von verschiedenen
Betriebsbedingungen und -zuständen wie beispielsweise
Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Flugbewegung oder erzeugter Leistung. In der Regel hat diese Zugkraft neben einer
Transversalkomponente quer zur Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs auch eine Longitudinalkomponente, die entlang der Fahrtrichtung wirkt .
Die Transversalkomponente der Zugkraft kann dabei, wie von Segelschiffen her bekannt ist, durch den Lateralplan des
Wasserfahrzeugs abgestützt und damit im Wesentlichen
neutralisiert werden, so dass kein nennenswerter Einfluss auf die Fortbewegung des Wasserfahrzeugs verbleibt. Insbesondere verhindert der Lateralplan im Wesentlichen ein Abdriften des Wasserfahrzeuges unter Einwirkung der Zugkraft.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daran gedacht, die Leine im Bereich der Mitte eines
Lateralplans des Wasserfahrzeugs am Wasserfahrzeug zu verankern. Auf diese Weise wird verhindert, dass beim Ableiten von
Querkomponenten der Zugkraft durch den Lateralplan nennenswerte Momente quer zur Fahrtrichtung auf das Wasserfahrzeug wirken, die ansonsten eine ungewünschte Kursänderung des
Wasserfahrzeuges bewirken könnten.
Im Gegensatz dazu wirkt die Longitudinalkomponente der Zugkraft entlang der Fahrtrichtung des Wasserfahrzeug, und zwar entweder mit der Fahrtrichtung oder entgegen der Fahrtrichtung.
Der Fall, dass die Longitudinalkomponente mit der Fahrtrichtung auf das Wasserfahrzeug wirkt, tritt typischerweise bei
Rückenwind auf. Hierbei steht durch die Erfindung
vorteilhafterweise neben der dem Wind entzogenen Leistung auch die Zugkraft und insbesondere deren Longitudinalkomponente zur Verfügung, um das Wasserfahrzeug anzutreiben.
Auch wenn die Longitudinalkomponente der Zugkraft entgegen der Fahrtrichtung und somit bremsend auf das Wasserfahrzeug wirkt, ermöglicht es die Erfindung, dem Wind eine Strömungsleistung zu entziehen und zum Antrieb des Wasserfahrzeugs zur Verfügung zu stellen. Insbesondere bei Fahrtrichtungen schräg gegen den Wind beträgt die Longitudinalkomponente der Zugkraft in der Regel nur einen Bruchteil der gesamten Zugkraft, so dass die
Antriebswirkung der dem Wind entzogenen Strömungsleistung die Bremswirkung der Zugkraft übersteigen kann. Somit ermöglicht es die Erfindung, auch bei derartigen Bedingungen Windkraft zum Antreiben des Wasserfahrzeugs zu nutzen.
Bei gegebenen Windbedingungen gibt es eine leistungsmaximierte Flugbewegung des Fluggeräts relativ zum Wind, bei der dem Wind eine maximale Strömungsleistung entnommen wird. Diese
leistungsmaximierte Flugbewegung hängt in der Regel von dem jeweiligen Fluggerät und den jeweiligen Windbedingungen ab, während der Einfluss durch die Fahrtbewegung des Wasserfahrzeugs in der Regel vernachlässigt werden kann. Demgegenüber hängt die auf das Wasserfahrzeug wirkende Zugkraft sehr wohl neben weiteren Faktoren auch von der Fahrtbewegung des Wasserfahrzeugs ab .
Eine optimale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Wind- oder Strömungsbedingungen durch eine erfindungsgemäße
Antriebseinrichtung wird somit in der Regel erreicht, wenn bei der Vorgabe einer Flugbahn für das Fluggerät neben der Entnahme von Strömungsleistung aus dem Wind auch die dabei auf das
Wasserfahrzeug wirkende Zugkraft, insbesondere deren
Longitudinalkomponente, berücksichtigt wird. In Einzelfällen kann es dabei vorteilhaft sein, dem Wind weniger als die maximal mögliche Strömungsleistung zu entnehmen, um die Bremswirkung der Zugkraft gering zu halten oder durch einen günstigeren Winkel zwischen Zugkraft und Fahrtvektor die für den Vortrieb des Wasserfahrzeugs relevante Longitudinalkomponente der Zugkraft zu optimieren .
Denkbar sind jedoch auch Kostellationen von Wind bzw.
Luftströmung einerseits und Fahrtbewegung des Wasserfahrzeugs andererseits, bei denen für alle verfügbaren Flugbewegungen des Fluggeräts keine positive Leistungsbilanz der vom
Flugwindkraftwerk zum Antrieb bereitgestellten elektrischer Leistung abzüglich Bremsleistung durch Zugkräfte erreichbar ist. Beispielsweise bei schneller Vorwindfahrt mit
Fahrtgeschwindigkeiten über der Windgeschwindigkeit kann es vorkommen, dass sich das Fluggerät für eine effiziente
Leistungsentnahme aus der am Fluggerät vorhandenen Luftströmung gegen die Fahrtrichtung bewegen müsste und die Bremswirkung der Zugkraft für alle denkbaren Flugbewegungen die erzeugte
elektrische Leistung übersteigt.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auch bei diesen Bedingungen dem Wind bzw. der Luftströmung Leistung entnehmbar ist, wenn die zweite elektrische Rotationsmaschine motorisch betrieben wird, um unter Einsatz einer elektrischen Leistung eine Flugbewegung des Fluggeräts, insbesondere eine leistungsmaximierte Flugbewegung, zu bewirken. Hierbei wirken entsprechend hohe Zugkräfte vom Fluggerät auf das
Wasserfahrzeug, so dass eine durch die Zugkräfte auf das
Wasserfahrzeug wirkende Beschleunigungsleistung die eingesetzte elektrische Leistung übersteigen kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Bereitstellung der einzusetzenden elektrischen Leistung dadurch ermöglicht, dass die Antriebseinrichtung eine
Leistungsentnahmevorrichtung umfasst, die ausgebildet und eingerichtet ist, einer Wasserströmung eine Strömungsleistung zu entziehen und diese Strömungsleistung in eine elektrische
Leistung umzuwandeln, wobei insbesondere unter Einsatz dieser elektrischen Leistung mittels des Flugwindkraftwerks eine
Zugkraft des fliegenden Fluggeräts auf das Wasserfahrzeug ausübbar ist. Hierdurch wird eine Antriebseinrichtung
bereitgestellt, die autark und insbesondere ohne zusätzliche Leistungsquelle die Nutzung von Windenergie zum Antrieb eines Wasserfahrzeugs bereitstellt.
Eine besonders einfach konstruierte und damit bevorzugte
Realisierung einer Leistungsentnahmevorrichtung ist ermöglicht, wenn der Unterwasserpropeller und die erste elektrische
Rotationsmaschine Bestandteil der Leistungsentnahmevorrichtung sind, wobei die Strömungsleistung der Wasserströmung mittels des Unterwasserpropellers entziehbar und mittels der ersten
elektrischen Rotationsmaschine in die elektrische Leistung umwandelbar ist.
Hierfür ist vorzugsweise der Unterwasserpropeller an einer schwenkbaren Gondel angeordnet, um jeweils optimale Anströmverhältnisse des Unterwasserpropellers für den Antrieb des Wasserfahrzeugs einerseits und für die Leistungsentnahme von Strömungsleistung aus dem Wasser andererseits schaffen zu können .
Wenn dabei die erste elektrische Rotationsmaschine innerhalb der Gondel angeordnet ist, wird zudem eine besonders einfache mechanische Verbindung oder Kopplung zwischen
Unterwasserpropeller und erster elektrischer Rotationsmaschine mittels einer einfachen Welle ermöglicht.
Wenn eine Welle zwischen Unterwasserpropeller und der ersten elektrischen Rotationsmaschine koaxial zu einer Schwenkachse der Gondel angeordnet ist, kann die erste elektrische
Rotationsmaschine optional auch stationär angeordnet werden, so dass die Gondel entsprechend kleiner ausgeführt werden kann. Dabei können Getriebe oder andere geeignete Mittel zum Einsatz kommen, falls die Schwenkachse der Gondel einerseits und eine Rotationsachse des Unterwasserpropellers anderseits nicht koaxial zueinander liegen.
Die Effizienz des Unterwasserpropellers für den Antrieb des Wasserfahrzeugs (Propellerbetrieb) oder für die Entnahme von Strömungsleistung aus dem den Unterwasserpropeller umströmenden Wasser (Turbinenbetrieb) ist vorteilhafterweise ermöglicht, wenn der Unterwasserpropeller mehrere Flügel mit einem
Strömungsprofil aufweist.
Wenn die Flügel dabei drehbar am Unterwasserpropeller angeordnet sind, um einen Anströmwinkel einer Wasserströmung auf das
Strömungsprofil vorzugeben, wird ermöglicht, sowohl den
Propellerbetrieb als auch den Turbinenbetrieb besonders
effizient zu gestalten.
Für kommerzielle Wasserfahrzeuge sind Routen und Fahrpläne in der Regel aus ökonomischen Beweggründen vorgegeben. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, umfasst eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung vorteilhafterweise ferner eine Verbrennungskraftmaschine, um auch dann einen Antrieb des
Wasserfahrzeugs zu gewährleisten, wenn kein oder nicht
ausrechend Wind weht.
Dabei ist die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise mit dem Unterwasserpropeller und/oder mit der ersten elektrischen
Rotationsmaschine und/oder mit einem Generator zur
Bereitstellung von elektrischer Leistung für die erste
elektrische Rotationsmaschine und/oder die zweite elektrische Rotationsmaschine wirkverbindbar oder wirkverbunden.
Unter wirkverbindbar wird in dieserm Zusammenhang insbesondere verstanden, dass eine Wirkverbindung je nach Bedarf herstellbar und trennbar ist, beispielsweise mittels einer Wellenkupplung.
Wirkverbindungen zwischen der Verbrennungskraftmaschine und mehreren der genannten Komponenten sind dabei beispielsweise mittel wenigstens eines Getriebes realisierbar.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Wasserfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung .
Eine Verankerung der Leine des Flugwindkraftwerks am Bug des Wasserfahrzeugs ist im Rahmen der Erfindung zwar grundsätzlich möglich, birgt jedoch die Gefahr, dass bei Flugbewegungen gegen die Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs die Leine von Aufbauten und/oder Ladung des Wasserfahrzeugs behindert wird. Eine
Behinderung der zwischen Wasserfahrzeug und Fluggerät freien Leine ist jedoch, nicht zuletzt aus Sicherheitsgründen,
unbedingt zu vermeiden. Flugbewegungen, bei denen derartiges Risiko besteht, stehen somit in der Praxis regelmäßig nicht zur Verfügung .
Bevorzugt weist das Wasserfahrzeug daher eine
Verankerungsvorrichtung zum Befestigen der Leine des
Flugwindkraftwerks auf, wobei die Verankerungsvorrichtung erhöht am Wasserfahrzeug angeordnet ist und/oder wobei die
Verankerungsvorrichtung mit einem verschiebbaren Anschlag für die Leine ausgebildet ist. Dadurch wird ermöglicht, dass das Fluggerät ohne Behinderung der Leine durch Aufbauten und/oder Ladung in einer Vielzahl von Richtungen zum Wasserfahrzeug fliegen kann. Somit wird die Anzahl verfügbarer Flugbewegungen und somit die Flexibilität bei der Nutzung von Windenergie zum Antrieb des erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs erhöht.
Im Rahmen der Erfindung ist auch daran gedacht, dass bereits vorhandene Komponenten des Flugwindkraftwerks als
Verankerungsvorrichtung ausgebildet sind. Ein beweglicher
Anschlag kann dabei insbesondere dadurch realisiert sein, dass die als Verankerungsvorrichtung ausgebildete Komponente oder Komponenten des Flugwindkraftwerks verschiebbar am
Wasserfahrezeug befestigt ist bzw. sind.
Beispielsweise kann die zweite elektrische Rotationsmaschine bei einem nach dem „pumping-kite"-Prinzip konstruierten
Flugwindkraftwerk gleichzeitig als Verankerungsvorrichtung dienen, wobei die zweite elektrische Rotationsmaschine geeignet ortsfest oder verschiebbar am Wasserfahrzeug befestigt ist.
Bei einer erhöhten Anordnung der Verankerungsvorrichtung, beispielsweise im Bereich der höchsten Aufbauten des
Wasserfahrzeugs, wird dies dadurch erreicht, dass die beim Flug des Fluggeräts in der Regel schräg nach oben laufende Leine oberhalb von Ladung und sonstigen Aufbauten bleibt.
Allerdings sind die Aufbauten bei modernen Großschiffen wie beispielsweise Containerfrachtern, Frachtern für Flüssiggas bzw. verflüssigtes Erdgas oder Tankschiffen oftmals sehr hoch, was ungünstig für die Zugänglichkeit von derart hoch angeordneten Verankerungsvorrichtungen sein kann. Auch bedarf es einer entsprechend stabilen Ausführung der Aufbauten, um die über die Verankerungsvorrichtung wirkenden Zugkräfte abzuleiten,
beispielsweise an einen viel weiter unten liegenden Rumpf des Wasserfahrzeugs .
Gerade bei vergleichsweise großen Wasserfahrzeugen ist es daher vorteilhaft, die Verankerungsvorrichtung näher an der
Wasserlinie anzuordnet und eine Behinderung der Leine durch Aufbauten und/oder Ladung dadurch zu vermeiden, dass die
Verankerungsvorrichtung mit einem verschiebbaren Anschlag für die Leine ausgebildet ist. Bevorzugt wird der Anschlag dabei jeweils an die Seite des Wasserfahrzeugs verschoben, zu der das Fluggerät relativ zum Wasserfahrzeug fliegt. Im Rahmen der Erfindung wird unter einem Anschlag dabei insbesondere ein Bauteil oder eine Baugruppe verstanden, die eine
Kraftübertragung von der Leine auf das Wasserfahrzeug
ermöglicht. Hierbei kann es sich sowohl um eine Befestigung für ein Ende der Leine als auch um ein bewegliches Bauteil, wie beispielsweise eine Umlenkrolle oder eine Speichertrommel für die Leine, handeln.
Die beschriebenen Vorteile werden auch ermöglicht, wenn die Antriebseinrichtung mindestens zwei jeweils mittels einer Leine am Wasserfahreug verankerte Fluggeräte aufweist, wobei
insbesondere für jede der Leinen jeweils eine
Verankerungsvorrichtung zum Befestigen der jeweiligen Leine am Wasserfahrzeug vorgesehen sind, wobei die
Verankerungsvorrichtungen jeweils an unterschiedlichen Seiten des Wasserfahrzeugs angeordnet sind.
Im Rahmen der Erfindung wird unter einer Seite eines
Wasserfahrzeugs insbesondere mit Bezug auf die Fahrtrichtung die linke Seite (Backbord) oder die rechte Seite (Steuerbord) oder die Vorderseite (Bug) oder die Rückseite (Heck) verstanden.
So ist bei der Erfindung beispielsweise daran gedacht, an der Backbord- und an der Steuerbordseite des Wasserfahrzeugs jeweils ein Fluggerät zu verankern, die beispielsweise bei Seitenwind einzeln und bei Gegen- bzw. Rückenwind zusammen einsetzbar sind. Auch jeweils ein Fluggerät mit Verankerungsvorrichtungen im Bereich von Bug und Heck des Wasserfahrzeugs sind von der
Erfindung umfasst.
Die Verankerungsvorrichtungen können dabei entsprechend der vorgehenden Beschreibung jeweils ortsfest oder verschiebbar sein. Auch andere beschriebene Details einer erfindungsgemäß vorgesehenen Verankerungsvorrichtung sind ohne Einschränkung vorteilhaft einsetzbar, wenn mehrere Fluggeräte und VerankerungsVorrichtungen vorgesehen sind .
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedanken anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Wasserfahrzeug gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2a schematisch eine beispielhafte
Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2b schematisch eine weitere beispielhafte
Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 3a schematisch eine weitere beispielhafte
Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 3b schematisch eine weitere beispielhafte
Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 4 schematisch eine weitere beispielhafte
Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 5a schematisch eine Draufsicht des Wasserfahrzeugs aus Fig. 1;
Fig. 5b schematisch ein weiteres beispielhaftes
Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung;
Fig. 5c schematisch ein weiteres beispielhaftes
Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung; Fig. 5d schematisch ein weiteres beispielhaftes
Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung;
Fig. 5e schematisch ein weiteres beispielhaftes
Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung; Fig. 5f schematisch ein weiteres beispielhaftes
Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung;
Fig. 5g schematisch ein weiteres beispielhaftes
Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung;
Fig. 6a-d schematisch den Betrieb gemäß der Erfindung
erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs bei
verschiedenen exemplarischen Windbedingungen
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige
Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
Fig. 1 zeigt schematisch ein beispielshaft als Containerschiff 1 ausgebildetes Wasserfahrzeug gemäß der Erfindung, das sehr allgemein einen Rumpf 10 mit Aufbauten 12 sowie Platz für Ladung 14 hat. Bei dem schwimmenden Containerschiff 1 befindet sich der Rumpf 10 teilweise unterhalb und teilweise oberhalb der
Wasserlinie 4. Unterhalb der Wasserlinie 4 befindet sich am Rumpf 10 ein Unterwasserpropeller 20 zum Antrieb des
Containerschiffs 1 gegen das Wasser. Das Unterwasserschiff, d.h. der Teil des Rumpfes 10 unterhalb der Wasserlinie 4, wird zumindest bei Fahrt von einer Wasserströmung 8 umströmt, die sich aus einer etwaigen Eigenströmung des Wassers sowie der Fahrtbewegung des Containerschiffs 1 ergibt.
Das beispielhaft gezeigte erfindungsgemäße Containerschiff 1 trägt ferner ein Flugwindkraftwerk 30 mit einem mittels einer Leine 34 am Containerfahrzeug 1, in diesem Beispiel am Bug des Rumpfes 10, verankerten Fluggerät 32. Das Fluggerät 32 ist eingerichtet und ausgerichtet dazu, in einer Luftströmung 6, gemeinhin einem Wind, zu fliegen. Hierzu erforderliche
Bestandteile des Fluggerätes 32 sind in Fig. 1 im Interesse einer übersichtlichen und einfachen Darstellung der Erfindung nicht im Detail gezeigt.
Der Unterwaserpropeller 20 sowie das Flugwindkraftwerk 30 mit dem Fluggerät 32 und der Leine 34 sind Bestandteil einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung 2 des erfindungsgemäßen Containerschiffs 1.
In Fig. 2a ist schematisch eine erste beispielhafte
Antriebseinrichtung 2 gemäß der Erfindung zum Antreiben eines Wasserfahrzeugs 1 gezeigt. Das Wasserfahrzeug 1 ist dabei aus Gründen der Einfachheit lediglich als gestrichelter Kasten angedeutet, um zu verdeutlichen, welche Komponenten der
Antriebseinrichtung 2 bestimmungsgemäß an Bord des
Wasserfahrzeugs 1 angeordnet sind.
Die Antriebseinrichtung 2 umfasst einen Unterwasserpropeller 20, der mittels eines Elektromotors 22 angetrieben wird. Dargestellt ist schematisch eine einfache mechanische Wirkverbindung zwischen Elektromotor 22 und Unterwasserpropeller 20 mittels einer Welle, es können im Rahmen der Erfindung jedoch auch weitere Elemente wie beispielsweise Getriebe und/oder Kupplungen vorgesehen sein.
Die Antriebseinrichtung 2 umfasst ferner ein Flugwindkraftwerk 30, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach dem
Konstruktionsprinzip des sogenannten „flying generator" oder fliegenden Generators ausgebildet ist.
Das Flugwindkraftwerk 30 umfasst ein Fluggerät 32, das einen Generator 36 trägt, der wiederum mit einem Rotor 38
wirkverbunden ist. Auch diese Wirkverbindung kann im Rahmen der Erfindung nicht dargestellte geeignete weitere Elemente wie beispielsweise Getriebe und/oder Kupplungen aufweisen. Die Flügel des Rotors 38 weisen jeweils ein aerodynamisches
Auftriebsprofil 39 auf.
Im Flug wird der Rotor 38 bzw. das Auftriebsprofil 39 an den Flügeln von einer Luftströmung 6 umströmt, wodurch der Rotor 38 den Generator 36 angetreibt. So wird aus einer der Luftströmung 6 entnommenen Strömungsleistung eine elektrische Leistung gewonnen. Die Luftströmung 6 ergibt sich dabei insbesondere aus einem vorhandenen Wind sowie aus der Flugbewegung des Fluggeräts 32.
Der mit dem Unterwasserpropeller 20 wirkverbundene Elektromotor 22 und der Generator 36 des Fluggeräts 32 sind über eine elektrisch leitfähige Leine 34 sowie eine elektrische Verbindung 24 an Bord des Wasserfahrzeugs 1 miteinander verbunden, so dass die mittels des Generators gewonnene elektrische Leistung zum Antreiben des Unterwasserpropellers 20 zur Verfügung gestellt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Antriebseinrichtung 2 ist in Fig. 2b gezeigt, das sich
insbesondere in Aufbau und Funktionsweise des Flugwindkraftwerks 30 von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
unterscheidet. Konkret ist das Flugwindkraftwerk 30 der in Fig. 2b gezeigten beispielhaften Antriebseinrichtung 2 gemäß der Erfindung gemäß dem Konstruktionsprinzip des sogenannten „pumping kite" aufgebaut. Auch hierbei weist das Flugwindkraftwerk 30 einen Generator 36 auf, der jedoch bestimmungsgemäß an Bord des Wasserfahrzeugs 1 angeordnet ist. Der Generator 36 ist, beispielsweise über eine einfache Welle oder über nicht gezeigte weitere Komponenten wie Getriebe und/oder Kupplungen, mit einer drehbaren Trommel 35 wirkverbunden.
Die Trommel 35 dient als Speichertrommel für eine Leine 34, die ein als Flugdrachen ausgebildetes Fluggerät 32 am Wasserfahrzeug 1 verankert, wobei die Leine 34 zumindest teilweise auf der Trommel 35 aufgerollt ist.
Durch die Anordneung des Generators 36 an Bord des
Wasserfahrzeugs kann das Fluggerät 32 bei diesem
Konstruktionsprinzip eines Flugwindkraftwerks 30 extrem einfach ausgeführt sein und beispielsweise aus einem Flugdrachen oder einem leichten Segelflugzeug bestehen.
Bei Anströmung eines Auftriebsprofils 39 am Fluggerät 32 wirken dynamische Auftriebskräfte, die nicht nur das Fluggerät im Flug halten, sondern auch die Leine 34 von der Trommel 35 ziehen und dadurch den Generator 36 antreiben, wodurch aus einer der
Luftströmung 6 entnommenen Strömungsleistung eine elektrische Leistung erzeugt wird.
In periodischen Abständen muss die Leine 34 unter Aufwendung einer geringen elektrischen Leistung wieder aufgerollt werden, indem der Generator 36 als Elektromotor betrieben wird. Die hierfür erforderliche elektrische Leistung wird beispielsweise durch einen nicht gezeigten elektrischen Speicher oder eine nicht gezeigte elektrische Leistungsquelle zur Verfügung gestellt .
In Fig. 3a und 3b sind weitere Ausführungsformen
erfindungsgemäßer Antriebseinrichtungen dargestellt, die als weitere Leistungsquelle jeweils eine Verbrennungskraftmaschine 40 aufweisen.
In der in Fig. 3a gezeigten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung treibt die Verbrennungskraftmaschine 40 einen
Generator 42 an, so dass zusätzlich elektrische Leistung erzeugt werden kann. Der Generator 42 ist dabei angeschlossen an die elektrische Verbindung 24 zwischen einem Elektromotor 22 zum Antrieb eines Unterwasserpropellers 22 und einem Generator 36 eines Flugwindkraftwerks 30. Die mittels des Verbrennungsmotors 40 und des Generators 42 bereitgestellte elektrische Leistung steht somit sowohl zum Antreiben des Unterwasserpropellers 22 als auch für das Flugwindkraftwerk 30 zur Verfügung.
In Fig. 3a sind dabei Details des Flugwindkraftwerks nicht gezeigt. Dargestellt ist lediglich schematisch eine Welle 37 am Generator 36 des Flugwindkraftwerks, an der beispielsweise gemäß der beschriebenen Ausführungsformen von Flugwindkraftwerken 30 im Rahmen der Erfindung ein Rotor 38 oder eine Trommel 35 angebunden werden können.
Eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Antriebseinrichtung 2 mit Verbrennungskraftmaschine 40 ist in Fig. 3b gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Koppelgetriebe 44 vorgesehen, das den
Unterwasserpropeller 20, den Elektromotor 22 sowie eine
Verbrennungskraftmaschine 40 wechselseitig miteinander in
Wirkverbindung bringt .
Dadurch ist ermöglicht, mittels der Verbrennungskraftmaschine 40 alternativ oder ergänzend zum Elektromotor 22 direkt den
Unterwasserpropeller 20 anzutreiben. Auch ist ermöglicht, mittels der Verbrennungskraftmaschine 40 alleine oder parallel zu dem Unterwasserpropeller 20 auch den Elektromotor 22
anzutreiben, so dass dieser als Generator betrieben werden kann, um eine elektrische Leistung für das Flugwindkraftwerk 30 bereitzustellen.
Auch eine ein Wasserfahrzeug 1 umströmende Wasserströmung 8 kann im Rahmen der Erfindung vorteilhaft als Quelle elektrischer Leistung genutzt werden. Beispielsweise ist denkbar, einen von der Wasserströmung 8 umströmten Unterwasserpropeller 20 als von der Wasserströmung angetriebenen Rotor und einen mit dem
Unterwasserpropeller 20 wirkverbundenen Elektromotor 22 als Generator einzusetzen. Hierdurch ist bei allen bisher
vorgestellten Ausführungsformen der Erfindung ermöglicht, den jeweiligen Flugwindkraftwerken 30 eine elektrische Leistung bereitzustellen.
Fig. 4 zeigt eine weitere beispielhafte erfindungsgemäße
Antriebseinrichtung 2, bei der neben einem Unterwasserpropeller 20 mit wirkverbundenem Elektromotor 22 eine Unterwasserturbine 50 mit wirkverbundenem Generator 52 vorgesehen ist. Dadurch kann das Wasserfahrzeug 1 mittels des Unterwasserpropellers 20 angetrieben und parallel elektrische Leistung aus der
Wasserströmung für das Flugwindkraftwerk 30 gewonnen werden.
In Fig. 5a ist schematisch eine Draufsicht auf das
Containerschiff 1 aus Fig. 1 gezeigt. Es wird deutlich, dass die Leine 24 bei der gezeigten Verankerung 62 am Bug nur in
bestimmte Richtungen vom Containerschiff 1 weg verlaufen kann, ohne durch die Ladung 14 oder die Aufbauten 12 behindert zu werden. Entsprechend ergibt sich ein eingeschränkter Winkelbereich für die zulässige Flugrichtung 60 des Fluggeräts 32.
Fig. 5b zeigt schematisch eine Draufsicht einer weiteren
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs 1. Bei diesem Wasserfahrzeug 1 ist ein variabler Anschlag 64 für die Verankerung 62 der Leine 34 am Wasserfahrzeug vorgesehen. Für eine vorgegebene Flugrichtung kann somit jeweils die Verankerung 62 geeignet verschoben oder versetzt werden, wodurch ein wesentlich größerer Winkelbereich für zulässige Flugrichtungen 60 zur Verfügung steht.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit variablem
Anschlag 64 ist schematisch in Fig. 5c gezeigt. Hierbei ist der variable Anschlag 64 beispielsweise etwa mittschiffs angeordnet, wobei eine Verankerung 62 an der Backbordseite und eine
Verankerung 62 ' an der Steuerbordseite des Wasserfahrzeugs ermöglicht wird. Dadurch ergeben sich zwei Bereiche zulässiger Flugrichtungen 60 und 60', die sich nahezu zu 360° ergänzen. Ist darüber hinaus ein nicht gezeigter Ausleger vorgesehen, um die Verankerungen 62, 62' noch weiter nach außen zu verlegen, so können auch letzte verbleibende unzulässige Flugrichtungen eliminiert werden.
Für den variablen Anschlag 64 sind im Rahmen der Erfindung verschiedene Ausführungen denkbar. Beispielhaft und nicht einschränkend seien genannt eine Schiene, entlang derer die Verankerung 62 verschiebbar befestigt ist oder ein schwenkbarer Auslegearm, an dessem freien Ende die Verankerung 62 angeordnet ist, oder eine Mehrzahl von verteilten Anschlagspunkten, wobei die Verankerung 62 an einem geeigneten Anschlagspunkt befestigt ist und bei Bedarf auf einen anderen Anschlagspunkt umgesetzt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs 1, das in Fig. 5d schematisch dargestellt ist, sind zwei Fluggeräte 32, 32' vorgesehen, die jeweils mittels einer Leine 34, 34' am Wasserfahrzeug 1 verankert sind. Jedes der Fluggeräte 32, 32' ist jeweils für gewisse zulässige Flugrichtungen 60, 60' uneingeschränkt einsetztbar.
Indem die Verankerungen 62, 62' für die Leinen 34, 34' an unterschiedlichen Stellen am Wasserfahrzeug 1 angeordnet sind, wird sichergestellt, dass die zulässigen Flugrichtungen 60 des Fluggeräts 32 sowie die zulässigen Flugrichtungen 60' des
Fluggeräts 32 ' sich derart überlagern und ergänzen, dass für beliebige Flugrichtungen zumindest eines der Fluggeräte 32, 32' flugfähig ist.
Besonders vorteilhaft ist die in Fig. 5e gezeigte
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs 1. Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind zwei Fluggeräte 32, 32' vorgesehen, von denen eines am Bug und eines am Heck des Wasserfahrzeugs 1 angeordnet ist. Beide Fluggeräte 32, 32' sind jeweils mittels einer Leine 34, 34' am Wasserfahrzeug 1
verankert, wobei jeweils eine Verankerung 62, 62' mit
verschiebbarem Anschlag 64, 64' vorgesehen ist. Dadurch wird ermöglicht, dass sich für beide Fluggeräte 32, 32' zulässige Fliugrichtungen 60, 60' über volle 360° ergeben. Dies wird auch dadurch begünstigt, dass die verschiebbarem Anschläge 64, 64' teilweise über die Bordwand des Wasserfahrzeugs 1 hinausragen und die Leinen 34, 34' so auch parallel zur seitlichen Bordwand des Wasserfahrzeugs 1 geführt werden können.
Ein weiterer Vorteil des in Fig. 5e gezeigten Wasserfahrzeugs 1 besteht darin, dass stets beide Fluggeräte 32, 32' gleichzeitig betrieben werden können. Dadurch wirken am Bug und am Heck vergleichbare Kräfte auf das Wasserfahrzeug 1, so dass
Querkomponenten dieser Zugkräfte im Wesentlichen momentfrei durch den Lateralplan des Wasserfahrzeugs abgestützt werden können .
Bei den bisherigen Betrachtungen ist jeweils davon ausgegangen worden, dass ein Fluggerät 32, 32' für zulässige Flugrichtungen 60, 60' unter beliebigen Inklinationswinkeln zum Schiff fliegen kann. Unter Inklinationswinkel wird in diesem Zusammenhang beispielsweise der Winkel zwischen einer Horizontalen und der gespannten Leine zwischen dem Fluggerät 32, 32' und dem Wasserfahrzeug 1 verstanden.
In der Regel sind jedoch sehr flache Inklinationswinkel, beispielsweise kleiner als 15° oder kleiner als 10°, kaum von praktischer Bedeutung. Der Bereich zulässiger Flugrichtungen 60, 60' kann somit im Rahmen der Erfindung beispielsweise dadurch erweitert werden, dass die Verankerung 62, 62' der Leine 34, 34' an erhöhter Stelle am Wasserfahrzeug erfolgt. Dies kann
beispielsweise, wie in Fig. 5f gezeigt, mittels eines Mastes 66 realisiert werden. Ebenso ist im Rahmen der Erfindung daran gedacht, die Verankerung 62, 62' an einer anderen geeigneten, hochgelegenen Stelle am Wasserfahrzeug, beispielsweise im oberen Bereich der Aufbauten 12, anzuordnet, wie in Fig. 5g schematisch gezeigt ist.
Die Erfindung ermöglicht eine Nutzung von Wind zum Antreiben eines Schiffs 1 oder Wasserfahrzeugs 1 unter einer Vielzahl von denkbaren Windbedingungen. Einigige davon sind exemplarisch in den Figuren 6a bis 6d dargestellt. Gezeigt ist dabei jeweils ein Schiff 1 mit einem Unterwasserpropeller 20 sowie mit einem mittels einer Leine 34 am Schiff 1 verankerten Fluggerät 32. Ein Wind 6 bzw. eine am Fluggerät 32 vorhandene Luftströmung 6 sind jeweils durch Pfeile dargestellt. Entlang der Längsrichtung des Wasserfahrzeugs 1 , insbesondere mit oder entgegen der Fahrtrichtung, wirken sowohl Zugkräfte 70, die das Fluggerät 32 über die Leine 34 auf das Schiff 1 ausübt, ebenso wie Propellerkräfte 72, die der Unterwasserpropeller gegen umgebendes Wasser auf das Schiff ausübt. Die Zugkräfte 70 sowie die Propellerkräfte 72 sind in den Fig. 6a bis 6d
ebenfalls durch Pfeile angedeutet. Die Länge der Pfeile für Luftströmung 6 sowie für Zugkräfte 70 und Propellerkräfte 72 illustrieren jeweils die Windstärke bzw. die Größe der wirkenden Kräfte, sind aber ausdrücklich schematisch und insbesondere nicht maßstabsgetreu zu verstehen.
In Fig. 6a ist eine Situation gezeigt, in der die Luftströmung 6 schräg von vorne gegen die Fahrtrichtung des Schiffs 1 verläuft. Die Leine 34 verläuft entsprechend in Bezug auf die Fahrtrichtung des Schiffes schräg nach hinten zu dem in der Luftströmung 6 fliegenden Fluggerät 32. Dabei wirkt eine gegen die Fahrtrichtung, d.h. bremsende, Zugkraft 70 auf das Schiff 1. Gleichzeitig liefert das Fluggerät 32 bzw. ein nicht im Detail gezeigtes Flugwindkraftwerk 30, zu dem das Fluggerät 32 gehört, eine elektrische Leistung, die wiederum zum Antreiben des
Unterwasserpropellers 20 genutzt wird. Der Unterwasserpropeller 20 bewirkt eine beschleunigende, in Fahrtrichtung wirkende Propellerkraft 72 auf das Schiff 1, die in dem gezeigten
Beispiel größer ist als die bremsende Zugkraft 70. Die Erfindng erlaubt somit auch bei Gegenwind, d.h. bei einer Luftströmung 6 mit zumindestens einer Strömungskomponente entgegen der
Fahrtrichtung des Schiffs 1, eine Nutzung von Wind 6 zum
Antreiben des Schiffs 1.
Die Erfindung erlaubt sogar die Windangetriebene Fahrt bei fromtalem Gegenwind, wie in Fig. 6b schematisch dargestellt ist. Die anhand von seitlichem Gegenwind beschriebenen Zusammenhänge gelten dabei entsprechend.
In Fig. 6c ist eine Situation gezeigt, in der die Luftströmung 6 schräg von hinten mit der Fahrtrichtung des Schiffs 1 verläuft. Die Leine 34 verläuft entsprechend in Bezug auf die
Fahrtrichtung des Schiffes schräg nach vorne zu dem in der Luftströmung 6 fliegenden Fluggerät 32. Dabei wirkt eine mit der Fahrtrichtung, d.h. antreibende oder beschleinigende Zugkraft 70 auf das Schiff 1. Gleichzeitig liefert das Fluggerät 32 bzw. ein nicht im Detail gezeigtes Flugwindkraftwerk 30, zu dem das Fluggerät 32 gehört, eine elektrische Leistung, die wiederum zum Antreiben des Unterwasserpropellers 20 genutzt wird. Der
Unterwasserpropeller 20 bewirkt eine beschleunigende, in
Fahrtrichtung wirkende Propellerkraft 72 auf das Schiff 1.
Zu beachten ist dabei, dass die am Fluggerät 32 vorhandene Luftströmung 6 in der Regel nicht der wahre Wind ist, sondern die Eigenbewegung des Fluggeräts 32 mit zu berücksichtigen ist. Dabei bewegt sich das Fluggerät insbesondere auch zusammen mit dem Schiff 1, an dem es verankert ist, gegenüber dem Wind. Die Stärke der Luftströmung 6, die zur Bereitstellung von elektrischer Leistung mittels des Fluggeräts bzw. mittels des nicht im Detail gezeigten Flugwindkraftwerks 30 zur Verfügung steht, ist somit unter anderem abhängig von Windstärke,
Schiffsgeschwindigkeit und dem Winkel zwischen Windrichtung und Fahrtrichtung.
Fig. 6d zeigt ein Beispiel, wo das Schiff 1 vor dem Wind fährt und die Luftströmung 6 entsprechend nur gering ist, so dass eine Erzeugung elektrischer Leistung unter Ausnutzung dieser
Luftströmung 6 nicht wirtschaftlich oder unmöglich wäre.
Gleichzeitig ist der wahre Wind wesentlich stärker, steht jedoch durch die Fahrtgeschwindigkeit des Schiffs 1 am Fluggerät 32 nicht ohne Weiteres zur Verfügung. In diesem Fall ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass das Fluggerät 32 das Schiff 1 unter Einsatz einer elektrischen Leistung zieht. Bei geeigneter
Flugbewegung des Fluggeräts 32 gegen den wahren Wind wird dabei dem wahren Wind eine Strömungsleistung entzogen, die nun als zusätzlicher Beitrag der Zugkräfte 70 auf das Schiff wirkt. Die elektrische Leistung zum entsprechenden Betrieb des
Fluggeräts bzw. des Flugwindkraftwerks 30, zu dem das Fluggerät gehört, kann durch beliebige Leistungsquelle, insbesondere den bereits beschrieben, bereitgestellt werden. Beispielsweise wird die elektrische Leistung mittels des Unterwasserpropellers 20 bereitgestellt. Dabei wirken bremsende Propellerkräfte 72 auf das Schiff 1, die jedoch geringer als die antreibenden Zugkräfte 70 sein können.
Bezugszeichen
1 Wasserfahrzeug
2 Antriebseinrichtung
4 Wasserlinie
6 Luftströmung
8 Wasserströmung
10 Rumpf
12 Aufbau
14 Ladung
20 Unterwaserpropeller
22 elektrische Rotationsmaschine
24 elektrische Verbindung
30 Flugwindkraftwerk
32, 32' Fluggerät
34, 34' Leine
35 Trommel
36 elektrische Rotationsmaschine
37 Welle
38 Rotor
39 Auftriebsprofil
40 Verbrennungskraftmaschine 42 Generator
44 Koppelgetriebe
50 Unterwasserturbine
54 Generator
60, 60' zulässige Flugrichtung
61 zulässiger Inklinationswinkel
62, 62' Verankerung
64, 64' variabler Anschlag
66 Mast

Claims

Udo Zillmann, Schweizer Str. 94, 60594 Frankfurt am Main
Antriebseinrichtung für ein Wasserfahrzeug sowie Wasserfahrzeug
Patentansprüche
1. Antriebseinrichtung für ein Wasserfahrzeug umfassend einen Unterwasserpropeller und eine mit dem Unterwasserpropeller wirkverbundene erste elektrische Rotationsmaschine,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebseinrichtung ferner umfasst ein
Flugwindkraftwerk mit einem Fluggerät, mit einer Leine zum Verankern des Fluggeräts am Wasserfahrzeug sowie mit einer zweiten elektrischen Rotationsmaschine zum Wandeln von mittels des Fluggeräts einer Luftströmung entzogenen
Strömungsleistung in elektrische Leistung, wobei die erste elektrische Rotationsmaschine und die zweite elektrische Rotationsmaschine zur Übertragung elektrischer Leistung miteinander verbindbar oder verbunden sind.
2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Fluggerät ein aerodynamisches Auftriebsprofil aufweist, mittels dessen der Luftströmung die Strömungsleistung entziehbar ist.
3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Auftriebsprofil an einem mit der zweiten elektrischen Rotationsmaschine wirkverbundenen Rotor angeordnet ist oder dass das Auftriebsprofil an einer Tragfläche des Fluggeräts angeordnet ist und mittels der Leine mit der zweiten elektrischen Rotationsmaschine wirkverbunden ist. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebseinrichtung eine Leistungsentnahmevorrichtung umfasst, die ausgebildet und eingerichtet ist, einer
Wasserströmung eine Strömungsleistung zu entziehen diese Strömungsleistung in eine elektrische Leistung umzuwandeln, wobei insbesondere unter Einsatz dieser elektrischen
Leistung mittels des Flugwindkraftwerks eine Zugkraft des fliegenden Fluggeräts auf das Wasserfahrzeug ausübbar ist.
5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Unterwasserpropeller und die erste elektrische
Rotationsmaschine Bestandteil der
Leistungsentnahmevorrichtung sind, wobei die
Strömungsleistung der Wasserströmung mittels des
Unterwasserpropellers entziehbar und mittels der ersten elektrischen Rotationsmaschine in die elektrische Leistung umwandelbar ist.
6. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Unterwasserpropeller an einer schwenkbaren Gondel angeordnet ist, wobei insbesondere die erste elektrische Rotationsmaschine innerhalb der Gondel angeordnet ist und/oder wobei eine Welle zwischen Unterwasserpropeller und der ersten elektrischen Rotationsmaschine koaxial zu einer Schwenkachse der Gondel angeordnet ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Unterwasserpropeller mehrere Flügel mit einem
Strömungsprofil aufweist, wobei die Flügel insbesondere drehbar am Unterwasserpropeller angeordnet sind, um einen Anströmwinkel einer Wasserströmung auf das Strömungsprofi vorzugeben .
8. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebseinrichtung ferner umfasst eine
Verbrennungskraftmaschine, wobei die
Verbrennungskraftmaschine insbesondere mit dem
Unterwasserpropeller und/oder mit der ersten elektrischen Rotationsmaschine und/oder mit einem Generator zur
Bereitstellung von elektrischer Leistung für die erste elektrische Rotationsmaschine und/oder die zweite
elektrische Rotationsmaschine wirkverbindbar oder
wirkverbunden ist.
9. Wasserfahrzeug mit einer Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Wasserfahrzeug eine Verankerungsvorrichtung zum
Befestigen der Leine des Flugwindkraftwerks aufweist, wobei die Verankerungsvorrichtung erhöht am Wasserfahrzeug angeordnet ist und/oder wobei die Verankerungsvorrichtung mit einem verschiebbaren Anschlag für die Leine ausgebildet ist .
11. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebseinrichtung mindestens zwei jeweils mittels einer Leine am Wasserfahreug verankerte Fluggeräte
aufweist, wobei insbesondere für jede der Leinen jeweils eine Verankerungsvorrichtung zum Befestigen der jeweiligen Leine am Wasserfahrzeug vorgesehen sind, wobei die
Verankerungsvorrichtungen jeweils an unterschiedlichen Seiten des Wasserfahrzeugs angeordnet sind.
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