(19)
(11)EP 3 303 121 B1

(12)EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45)Hinweis auf die Patenterteilung:
27.11.2019  Patentblatt  2019/48

(21)Anmeldenummer: 16729177.2

(22)Anmeldetag:  27.05.2016
(51)Int. Kl.: 
B63H 11/08  (2006.01)
F04D 29/22  (2006.01)
F04D 3/02  (2006.01)
(86)Internationale Anmeldenummer:
PCT/AT2016/000058
(87)Internationale Veröffentlichungsnummer:
WO 2016/187627 (01.12.2016 Gazette  2016/48)

(54)

WASSERSTRAHLANTRIEB UND WASSERFAHRZEUG MIT EINEM WASSERSTRAHLANTRIEB

WATERJET PROPULSION SYSTEM AND WATERCRAFT HAVING A WATERJET PROPULSION SYSTEM

PROPULSION PAR JET D'EAU ET VÉHICULE AQUATIQUE COMPRENANT UNE PROPULSION PAR JET D'EAU


(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

(30)Priorität: 27.05.2015 AT 3332015

(43)Veröffentlichungstag der Anmeldung:
11.04.2018  Patentblatt  2018/15

(73)Patentinhaber: Desch, Andreas
4755 Zell an der Pram (AT)

(72)Erfinder:
  • WALDHERR, Johann
    7122 Gols (AT)
  • DESCH, Andreas
    4755 Zell an der Pram (AT)
  • BAUMGARTNER, Hubert
    7442 Lockenhaus (AT)

(74)Vertreter: Gibler & Poth Patentanwälte KG 
Dorotheergasse 7/14
1010 Wien
1010 Wien (AT)


(56)Entgegenhaltungen: : 
JP-A- 2002 308 183
US-A1- 2006 057 907
JP-A- 2002 362 488
US-A1- 2012 231 681
  
      
    Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).


    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung betrifft einen Wasserstrahlantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

    [0002] Es sind Wasserstrahlantriebe bekannt, welche einen Ansaugbereich, einen Kompressorteil und eine Antriebsdüse aufweisen. Der Kompressorteil weist dabei mehrere Schaufelblätter auf, welche mittels einer Antriebswelle angetrieben sind. Die Antriebswelle ist durch den Ansaugbereich oder die Antriebsdüse geführt.

    [0003] Derartige bekannte Wasserstrahlantriebe weisen den Nachteil auf, dass aufgrund der Führung der Antriebswelle eine abgedichtete Wellendurchführung erforderlich ist. Eine derartige Wellendurchführung ist technisch aufwendig sowie wartungsintensiv. Diese verursacht hohe Anschaffungs- wie auch Erhaltungskosten. Eine derartige Wellendurchführung weist zudem eine hohe Reibung auf, wodurch eine hohe Antriebsleistung erforderlich ist. Weiters kreuzt diese Antriebswelle direkt einen Strömungsbereich, und verursacht Turbulenzen entweder vor dem Impeller oder in der Austrittsdüse, wodurch der Wirkungsgrad derartiger Antriebe weiters gesenkt wird, und wiederum die erforderliche Antriebsleistung gesteigert wird. Zudem kann es dadurch an der Antriebswelle zu Kavitation kommen. Weiters überträgt die Antriebswelle Rotationsenergie an das umgebende Wasser, welche zu einer Verschlechterung der Strömungsverhältnisse im Ansaug bzw. Düsenbereich führt, und zu einer weiteren Bremsung der Antriebswelle und einer Steigerung der erforderlichen Antriebsleistung führt.

    [0004] Bekannte Wasserstrahlantriebe weisen zudem eine hohe Neigung zum Verstopfen aufgrund angesaugter Gegenstände auf, weshalb der Betrieb in stark verschmutzen und/oder fischreichen Gewässern bzw. in unmittelbarer Grundnähe oftmals nicht möglich ist. Bereits eine im Wasser treibende Tüte, eine Windel oder ein großer Fisch können zu einer Beschädigung des Antriebs und folglich einer Betriebsunterbrechung führen. Die oftmals bei bekannten Antrieben erforderlichen Gitter an den Ansaugöffnungen vergrößern weiter den Strömungswiderstand und führen zu turbulenten Verwirbelungen im Ansaugbereich, wodurch die erforderliche Antriebsleistung weiter erhöht wird.

    [0005] Durch die unterschiedlichen genannten Ursachen sind bei den gängigen Wasserstrahlantrieben hohe Antriebsleistungen und entsprechend starke Treibwerke erforderlich. Mehrere hundert kW Antriebsleistungen sind etwa bei sog. Personal Watercrafts, welche auch mit PWC abgekürzt werden, durchaus üblich, machen jedoch den Erwerb einer speziellen Fahrberechtigung erforderlich. Derartige Antriebe sind aufgrund der hohen erforderlichen Leistung als Verbrennungskraftmaschine, in der Regel als Ottomotor, ausgebildet, und verursachen eine hohe Lärm- und Schadstoffemission. Der Betrieb derartig angetriebener Fahrzeuge ist daher auf vielen Gewässern verboten.

    [0006] Die Lärmentwicklung derartiger Antriebe bzw. der hiemit betriebenen Boote beschränkt auch die Einsatzmöglichkeiten derselben auf Freizeitaktivitäten, und verhindert den Einsatz im Bereich der Naturbeobachtung bzw. im Bereich militärischer Aufklärung.

    [0007] Aus der US 2006/057907 A1 und der JP 2002 308183 A sind jeweils Jet Skis mit Verbrennungsmotor bekannt, welche jeweils einen Impeller mit lediglich einem Schaufelblatt antreiben.

    [0008] Die JP 2002 362488 A bzw. die US 2012/231681 A1 beschreiben einen Jet Ski bzw. ein Boot mit Elektroantrieb.

    [0009] Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Wasserstrahlantrieb der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, welcher nur eine geringe Antriebsleistung benötigt, und welcher unproblematisch in Gewässern betrieben werden kann, welche in hohem Maße von Gegenständen durchsetzt sind.

    [0010] Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.

    [0011] Der gegenständliche Wasserstrahlantrieb weist einen einfachen und vor allem kompakten Aufbau auf. Der Wasserstrahlantrieb weist einen hydrodynamisch sauberen Aufbau auf, wodurch die erforderliche Antriebsleistung gering ist. Dadurch kann ein Wasserstrahlantrieb geschaffen werden, welcher nur eine geringe Antriebsleistung erforderlich macht. Aufgrund der geringen erforderlichen Antriebsleistung ist ein Betrieb auch mit einem Elektromotor möglich, wobei der Wasserstrahlantrieb auch dann noch ausreichend Schub liefern kann, um ein Wasserfahrzeug agil zu betreiben. Durch den Betrieb mit einem Elektromotor, und der damit weiters verbundenen geringen Lärmentwicklung, kann ein derart angetriebenes Wasserfahrzeug praktisch ohne Beschränkungen auf sämtlichen Gewässern, auch in Umweltschutzgebieten, betrieben werden. Durch die geringe Geräuschentwicklung eignet sich ein derart angetriebenes Wasserfahrzeug auch zur Beobachtung von Tieren und/oder Menschen. Durch die geringe Antriebsleitung ist zudem ein Betrieb ohne zusätzliche Fahrerlaubnis möglich.

    [0012] Ein derartiger Antrieb ist unempfindlich gegen angesaugte Gegenstände, welche in der Regel einfach durchgesaugt bzw. durchgeblasen werden, ohne sich innerhalb des Antriebs zu verheddern. Angesaute Fische passieren den gegenständlichen Wasserstrahlantrieb in der Regel unverletzt. Dadurch wird der Betreib in Umgebungen mit gefährdetem Fischbestand ermöglicht. In Zusammenhang mit dem bevorzugten Antrieb mittels geräuscharmen Elektromotor, werden dadurch viele Lebewesen weder gestört noch getötet.

    [0013] Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass der gegenständliche Wasserstrahlantrieb lediglich geringe Antriebsleistungen benötigt und unempfindlich gegen angesaugte Gegenstände ist, und damit in Umgebungen bzw. Szenarien betreibbar ist, in welchen herkömmliche Antriebe entweder versagen oder verboten sind.

    [0014] Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

    [0015] Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.

    [0016] Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich eine bevorzugte Ausführungsform beispielhaft dargestellt ist, näher beschrieben. Dabei zeigt:

    Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines gegenständlichen Wasserstrahlantriebes im Aufriss;

    Fig. 2 der Wasserstrahlantrieb gemäß Fig. 1 in Schnitt A-A gemäß Fig. 1;

    Fig. 3 der Wasserstrahlantrieb gemäß Fig. 1 in einer ersten axonometrischen Ansicht;

    Fig. 4 der Wasserstrahlantrieb gemäß Fig. 1 in einer zweiten axonometrischen Ansicht;

    Fig. 5 eine zweite Ausführungsform eines gegenständlichen Wasserstrahlantriebes im Aufriss in Schnittdarstellung; und

    Fig. 6 der Wasserstrahlantrieb gemäß Fig. 5 in einer ersten axonometrischen Explosionsdarstellung.



    [0017] Die Fig. 1 bis 6 zeigen unterschiedliche Ansichten einer bevorzugten Ausführungsform eines Wasserstrahlantriebs 1 für ein Wasserfahrzeug, mit einem Ansaugbereich 2, einem an den Ansaugbereich 2 anschließenden Impellerbereich 3, in welchem ein einstufiger Impeller 4 angeordnet ist, und einer, an den Impellerbereich 3 anschließenden Austrittsdüse 5, wobei der Wasserstrahlantrieb 1 einen Antriebsmotor 6 aufweist, welcher wenigstens mittelbar mit einer Impellerantriebswelle 7 des Impellers 4 verbunden ist, wobei der Impeller 4 lediglich ein einziges Schaufelblatt 8 aufweist.

    [0018] Der gegenständliche Wasserstrahlantrieb 1 weist einen einfachen und vor allem kompakten Aufbau auf. Der Wasserstrahlantrieb 1 weist einen hydrodynamisch sauberen Aufbau auf, wodurch die erforderliche Antriebsleistung gering ist.

    [0019] Dadurch kann ein Wasserstrahlantrieb 1 geschaffen werden, welcher nur eine geringe Antriebsleistung erforderlich macht. Aufgrund der geringen erforderlichen Antriebsleistung ist ein emissionsfreier Betrieb auch mit einem Elektromotor und Batterien möglich, wobei der Wasserstrahlantrieb 1 auch dann noch ausreichend Schub liefern kann, um ein Wasserfahrzeug agil zu betreiben. Durch den Betrieb mit einem Elektromotor, und der damit weiters verbundenen geringen Lärmentwicklung, kann ein derart angetriebenes Wasserfahrzeug praktisch ohne Beschränkungen auf sämtlichen Gewässern, auch in Umweltschutzgebieten, betrieben werden. Durch die geringe Geräuschentwicklung eignet sich ein derart angetriebenes Wasserfahrzeug auch zur Beobachtung von Tieren und/oder Menschen. Durch die geringe Antriebsleitung ist zudem ein Betrieb ohne zusätzliche Fahrerlaubnis möglich.

    [0020] Ein derartiger Wasserstrahlantrieb 1 ist unempfindlich gegen angesaugte Gegenstände, welche in der Regel einfach durchgesaugt bzw. durchgeblasen werden, ohne sich innerhalb des Antriebs zu verheddern. Angesaute Fische passieren den gegenständlichen Wasserstrahlantrieb 1 in der Regel unverletzt.

    [0021] Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass der gegenständliche Wasserstrahlantrieb 1 lediglich geringe Antriebsleistungen benötigt und unempfindlich gegen angesaugte Gegenstände ist, und damit in Umgebungen bzw. Szenarien betreibbar ist, in welchen herkömmliche Antriebe entweder versagen oder verboten sind.

    [0022] Bei dem gegenständlichen Antrieb handelt es sich um einen Wasserstrahlantrieb 1, daher einen Antrieb, bei welchem Wasser angesaugt, beschleunigt und an einer Austrittsdüse 5 ausgestoßen wird. Der Wasserstrahlantrieb 1 ist für den Antrieb eines Wasserfahrzeuges vorgesehen, wobei es sich bei dem Wasserfahrzeug bevorzugt um ein sog. Jet-Boot handelt, wobei jedoch auch andere Schwimmkörper vorgesehen sein können. Derartige Jet-Boote werden in den kleinen Varianten, bei welchen der Fahrer ähnlich einem Motorrad oder einem Motorschlitten auf einem Sattel sitzt oder einfach darauf steht, und das Boot mit einem motorradähnlichem Lenker steuert, als Personal Watercraft bzw. PWC bezeichnet.

    [0023] Der Wasserstrahlantrieb 1 weist einen Ansaugbereich 2 auf, welcher bevorzugt aus einer Ansaugöffnung 15 und einem, an die Ansaugöffnung 15 anschließenden Ansaugkanal 14 besteht. Der Ansaugbereich 2 ist derart geformt, dass - bei einer Anordnung des Wasserstrahlantriebes 1 in einem Bootskörper - ein Ansaugen von Wasser möglich ist, und die Ansaugöffnung 15 folglich unterhalb einer Wasserlinie liegt. Wie in Fig. 2 bzw. 5 ersichtlich, weist der Ansaugkanal 14 einen sich in Durchflussrichtung verringernden Querschnitt auf, wodurch eine Stauwirkung bei einem sich bewegenden Wasserstrahlantrieb 1 erreicht werden kann.

    [0024] Der Ansaugbereich 2 benötigt bei dem gegenständlichen Wasserstrahlantrieb 1 kein Schutzgitter, bzw. reicht ein sehr grobmaschiges Schutzgitter aus, welches praktisch keine Druckverluste verursacht. Der Ansaugbereich 2 kann hinsichtlich seiner gewünschten hydrodynamischen Eigenschaften konstruiert werden, wobei bei den bevorzugten Ausführungsformen keine Impellerantriebswelle 7 durch den Ansaugbereich 2 geführt ist, und folglich weder eine abgedichtete Wellendurchführung erforderlich ist, und auch die Strömungsverhältnisse im Ansaugbereich 2 nicht durch eine Impellerantriebswelle 7 negativ beeinflusst werden.

    [0025] Bevorzugt, wenngleich in den Figuren nicht dargestellt, ist vorgesehen, dass der Ansaugbereich 2 zum Erzielen einer im Wesentlichen homogenen Strömung am Impellerbereich 3 ausgebildet ist. Diesbezüglich ist insbesondere vorgesehen, dass der Ansaugbereich 2 verstellbar ausgeführt ist. Vorzugsweise ist dabei der Winkel der Ansaugöffnung 15 gegenüber der Drehachse des Impellers 4 verstellbar, um die Anströmung des Impellerbereichs 3 an unterschiedliche Geschwindigkeiten anzupassen. Auch kann vorgesehen sein, den Öffnungsquerschnitt und/oder die Form der Ansaugöffnung 15 vorgebbar zu verstellen. Durch diese Maßnahmen kann die Effizienz des Wasserstrahlantriebs 1 gesteigert werden.

    [0026] An den Ansaugbereich 2 schließt ein sog. Impellerbereich 3, welcher auch als Pumpenbereich bezeichnet werden kann, an. Im Impellerbereich 3 ist ein einstufiger Impeller 4 angeordnet. Der Impeller 4 ist mit einer Impellerantriebswelle 7 verbunden, welche mit einem Antriebsmotor 6 des Wasserstrahlantriebs 1 verbunden ist.

    [0027] Der Antriebsmotor 6 ist als Elektromotor ausgebildet. Durch die bei dem gegenständlichen Wasserstrahlantrieb 1 mögliche hohe hydrodynamische Güte des Ansaugbereichs, wie auch der Austrittsdüse 5, kann die notwendige Antriebsleistung sehr gering gehalten werden. Es hat sich dabei gezeigt, dass bereits eine Antriebsleistung bis 11 kW ausreichend ist, um ein derart angetriebenes Wasserfahrzeug agil zu betrieben. Bei derart geringen Antriebsleistungen ist ein Betrieb ohne einen Sportbootführerschein möglich. Bei einem Antrieb mittels Elektromotor ist neben der Leistung des Elektromotors selbst auch die erforderliche Batteriekapazität relevant. Selbstverständlich ist auch ein Antrieb des gegenständlichen Wasserstrahlantriebes 1 mit leistungsstärkeren Antrieben möglich.

    [0028] Bei der bevorzugten Ausbildung des Antriebsmotors 6 als Elektromotor, ist weiters bevorzugt vorgesehen, dass der Wasserstrahlantrieb 1 eine Motorsteuereinheit 20 aufweist, welche zur Ansteuerung des Elektromotors bzw. zu dessen Drehzahl- oder Leistungsregelung mit diesem schaltungstechnisch, etwa mittels der Verbindungsleitung 22, verbunden ist. Die Motorsteuereinheit 20 kann dabei unterschiedlich ausgebildet sein. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Motorsteuereinheit 20 wenigstens einen sog. Wechselrichter auf.

    [0029] Die Motorsteuereinheit 20 weist gemäß Fig. 1 bis 4 vorzugsweise ein separates bzw. eigenständiges Gehäuse auf, wobei wenigstens einen der Gehäuseseiten als Kühlfläche 21 bzw. Kühlkörper der Motorsteuereinheit 20 ausgebildet ist. Leistungselektronische Bauteile verursachen Verlustleistung in Form von Wärme. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Kühlfläche 21 der Motorsteuereinheit 20 wenigstens bereichsweise angrenzend an den Ansaugbereich 2 angeordnet ist. Dadurch kann die Verlustleistung der Motorsteuereinheit 20 schnell und sicher abgeführt werden.

    [0030] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kühlfläche 21 an einer Fläche des Ansaugrohrs 14 anliegt, wobei die Kühlfläche 21 separat von der Fläche des Ansaugrohrs 14 ausgebildet ist. Dies weist den Vorteil auf, dass im Ansaugbereich keine Dichtstelle vorgesehen werden muss.

    [0031] Zu einer weiter verbesserten Wärmeabfuhr kann weiters bevorzugt vorgesehen, die Kühlfläche 21 als Teil des Ansaugrohrs 14 auszubilden. Dabei ist vorgesehen, dass die Motorsteuereinheit 20 in das Ansaugrohr 14 geflanscht ist, und folglich beim Entfernen der Motorsteuereinheit 20 eine entsprechende Öffnung im Ansaugrohr frei bleibt.

    [0032] Gemäß Fig. 5 und 6 ist vorgesehen, die Motorsteuereinheit 20 direkt am Antriebsmotors 6 anzuordnen. Dies wird im Detail bei Beschreibung dieser Ausführungsformen beschrieben.

    [0033] Der Impellerbereich 3 ist bevorzugt als kombinierte axial/radial-Pumpe ausgebildet. Es erfolgt dabei sowohl eine Beschleunigung des Wassers in axialer Richtung, wie auch in radialer Richtung, wodurch bei kompakten Abmessungen ein hohes Druckverhältnis erzielt werden kann.

    [0034] Es ist vorgesehen, dass der Impeller 4 lediglich ein einziges Schaufelblatt 8 aufweist. Es hat sich gezeigt, dass dadurch sowohl ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann, aber vor allem eine sehr hohe Unempfindlichkeit des Wasserstrahlantriebes gegen angesaugte Gegenstände. Diese führen beim gegenständlichen Impeller 4 nicht zu einem Verstopfen bzw. Verlegen des Impellerbereichs 3, sondern werden einfach durch diesen hindurch gefördert. Dabei hat sich etwa gezeigt, dass Fische in der Regel einen Durchtritt durch den gegenständlichen Wasserstrahlantrieb unbeschadet überstehen.

    [0035] Das eine Schaufelblatt 8 ist bevorzugt als im Wesentlichen konische Spirale um einen Schaufelgrundkörper 9 angeordnet bzw. ausgebildet. Dadurch kann ein effizienter Flüssigkeitstransport erreicht werden, wobei keine gefährlichen Unterdruckregionen aufscheinen, an welchen es zu Kavitation kommen würde. Das Schaufelblatt 8 weist daher die Form einer Schraubenlinie bzw. Helix auf, welche jedoch keinen konstanten Durchmesser aufweist, sondern welche sich in Art einer mathematischen Spirale stetig erweitert. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das einzelne Schaufelblatt 8 mehr als ein mal um den Schaufelgrundkörper 9 geführt ist.

    [0036] Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass ein innerer Endbereich des Schaufelblatts 8, welches in Fig. 2 geschnitten dargestellt ist, exzentrisch, daher nicht auf der Drehachse des Impellers 4 liegend, angeordnet ist. Dadurch kann das Verstopfen des Wasserstrahlantriebs 1 weiter vermindert werden, indem angesaugte Gegenstände effektiv in den, durch die Zwischenräume des Schaufelblatts 8 gebildeten Förderraum des Impellers 4 geleitet werden.

    [0037] Es hat sich gezeigt, dass der Wirkungsgrad des Impellers besonders hoch ist, wenn das Schaufelblatt 8 in Richtung des Ansaugbereichs 2 vorgebbar gekrümmt ist, wie dies etwa in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Das Schaufelblatt 8 ist dabei vom Schaufelgrundkörper 9 sowohl in Richtung des Ansaugbereichs 2 als auch des Impellergehäuses 12 gebogen.

    [0038] Der Wirkungsgrad kann weiters verbessert werden, indem sich das Schaufelblatt 8 vom Schaufelgrundkörper 9 weg, also in Richtung auf das Impellergehäuse 12 hin, verjüngt. Dabei hat es sich in der Praxis als vorteilhaft gezeigt, wenn das Schaufelblatt 8 nächst dem Impellergehäuse 12 lediglich eine Stärke bzw. Dicke von ca. einem Millimeter aufweist. Dadurch kann die hydrodynamische Reibung zwischen Schaufelblatt 8 und Impellergehäuse 12 verringert werden.

    [0039] Der Schaufelgrundkörper 9 ist bevorzugt als im Wesentlichen rotationssymmetrischer Grundkörper mit konkaver Mantelfläche 10 ausgebildet. Bei der gegenständlichen Ausbildung des Impellers 4 mit lediglich einem einzigen Schaufelblatt 8 hat sich die konkav ausgebildete Mantelfläche 10, wie diese etwa in Fig. 2 ersichtlich ist, gegenüber einer Tropfenform bewährt.

    [0040] Der Impeller 4 ist in einem Impellergehäuse 12 angeordnet. An einer Saugseite des Impellerbereichs 3 bzw. des Impellergehäuses 12 ist das Ansaugrohr 14 an das Impellergehäuse 12 angeflanscht. An einer Druckseite des, insbesondere mehrteiligen, Impellergehäuses 12 ist eine Austrittsdüse 5 bzw. Austrittsströmungskörpergehäuse 24 eines Austrittsbereichs 22 angeflanscht. Bevorzugt ist das Impellergehäuse 12 als Metalldruckgussteil ausgebildet.

    [0041] Gemäß der bevorzugten Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 6 ist vorgesehen, dass eine Impellergehäuseinnenwand 11 eines Impellergehäuses 12 im Bereich des Impellers 4 kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Dadurch wird sowohl eine einfache Fertigung des Impellergehäuses 12 unterstützt, als auch einfach ein hohes Maß an Dichtheit zwischen Impeller 4 und Impellergehäuseinnenwand 11 erreicht, indem beide Teile eine jeweils einfach nacharbeitbare Form aufweisen, wodurch eine Anpassung der beiden Teile einfach möglich ist.

    [0042] Es hat sich hinsichtlich der weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades weiters als vorteilhaft gezeigt, wenn die Impellergehäuseinnenwand 11 eines Impellergehäuses 12 im Bereich des Impellers 4 geschwungen, und insbesondere im Wesentlichen abrisskantenfrei, ausgebildet ist. Dadurch wird eine sog. nicht abwickelbare Form gebildet. Bevorzugt weist eine derartige Impellergehäuseinnenwand 11 im Querschnitt die Form einer kantenfreien und stetigen Kurve mit einem Wendepunkt auf. Eine derartige Impellergehäuseinnenwand 11 ist in den Figuren nicht dargestellt.

    [0043] Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Schaufelblatt 8 so weit als möglich an die Impellergehäuseinnenwand 11 heranreicht. Durch geringe Spaltmaße in diesem Bereich können die hydrostatischen Verluste gering gehalten werden.

    [0044] Der Impeller 4 selbst ist auf einer Impellerantriebswelle 7 angeordnet, welche in einer Rückwand des Impellergehäuses 12 gelagert ist. Die Impellerantriebswelle 7 ist unmittelbar bzw. mittelbar mit dem Antriebsmotor 6 verbunden.

    [0045] Nachfolgend sind Besonderheiten der beiden unterschiedlichen Bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.

    [0046] Gemäß Fig. 1 bis 4 ist bevorzugt vorgesehen, dass der Antriebsmotor 6 in Einbaulage über dem Impellerbereich 3 und über der Austrittsdüse 5 angeordnet ist. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Impellerantriebswelle 7 zwischen der Austrittsdüse 5 und dem Antriebsmotor 6 angeordnet ist. Dadurch ist ein sehr kompakter, insbesondere sehr kurz bauender, Wasserstrahlantrieb 1 möglich.

    [0047] Bevorzugt ist dabei der Antriebsmotor 6 mittels eines Zahnriemens 16, wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt, mit der Impellerantriebswelle 7 verbunden. Dadurch kann einfach ein formschlüssiger Antrieb geschaffen werden, welcher eine gewisse Elastizität aufweist. Alternativ kann auch eine Verbindung mittels Kettentrieb, Keilriemen, Reibrädern, Zahnräder oder Königswelle vorgesehen sein.

    [0048] Wie bereits dargelegt, ist der Impellerbereich 3 mit der Austrittsdüse 5 verbunden. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Impellerbereich 3 an lediglich einem Austritts-Umfangsbereich 13 mit der Austrittsdüse 5 verbunden ist. Dieser Austritts-Umfangsbereich 13 ist bevorzugt an einer Seite des Impellerbereichs 3 bzw. des Impellergehäuses 12 angeordnet, welche - bezogen auf die Impellerantriebswelle 7 - gegenüber dem Antriebsmotor 6 liegt. Durch die Beschränkung auf lediglich eine Verbindung des Impellerbereichs 3 mit der Austrittsdüse 5, sowie die bevorzugte Art der Positionierung dieser Verbindung, wird der kompakte Aufbau des gegenständlichen Wasserstrahlantriebes 1 weiter unterstützt.

    [0049] An einem Austrittsbereich 17 der Austrittsdüse 5 ist in an sich bekannter Weise eine Klappe 18 zur Schubvektorsteuerung bzw. Schubumkehr angeordnet, welche beispielsweise in Fig. 3 gut ersichtlich ist.

    [0050] Die besonders bevorzugte Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 4 weist weiters einen Grundrahmen 19 auf, welcher aus miteinander verschraubten Leichtmetallteilen gebildet ist, und an welchem die einzelnen Baugruppen des Wasserstrahlantriebes 1 befestigt sind.

    [0051] Die Fig. 5 und 6 zeigen eine besonders bevorzuge zweite Ausführungsform eines Wasserstrahlantriebes 1.

    [0052] Ausführungen zum Ansaugbereich 2 und Impellerbereich 3 wurden bereits dargelegt.

    [0053] Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 5 und 6 ist vorgesehen, dass der Impellerbereich 3 im Wesentlichen über den gesamten Umfang mit der Austrittsdüse 5 verbunden ist, wobei zwischen dem Impellerbereich 3 und der Austrittsdüse 5 ein sog. Austrittsbereich 22 angeordnet ist.

    [0054] Im Austrittsbereich 22 ist, anschließend an den Impellerbereich 3 ein konischer Austrittsströmungskörper 23 angeordnet. Dieser weist bevorzugt denselben Durchmesser auf, wie der Impeller 4, an den dieser angrenzt, um einen im Wesentlichen naht- zw. kantenlosen Übergang zu erreichen.

    [0055] Der konische Austrittsströmungskörper 23 weist eine rotationssymmetrische und konvexe Form auf. Eine solche Form ist hydrodynamisch günstig. Bevorzugt weist eine Mantelfläche eines umgebenden Austrittsströmungskörpergehäuses 24 eine entsprechend gegengleiche Form auf. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen dem Austrittsströmungskörper 23 und dem Austrittsströmungskörpergehäuse 24 im Wesentlichen konstant ist. Aufgrund der Durchmesserverringerung in Richtung zur anschließenden Austrittsdüse 5 kommt es zu eine Querschnittsverringerung, welche durch die Austrittsdüse 5 fortgeführt wird. Durch diese vorgebbare Querschnittsverringerung kann die Kavitätsneigung im Impellerbereich 3 verringert werden, indem ein Druck gegen die Durchströmrichtung aufgebaut wird, wodurch vermieden werden kann, dass innerhalb des Impellerbereichs 3 der Druck zu stark abfällt und es deswegen zu Kavitation kommt. Durch diese Maßnahme der Durchmesserreduktion und der damit verbundenen Druckerhöhung am Impeller 4 kann weiters der Impeller 4 mit hohen Drehzahlen betrieben werden. Typisch sind dabei Betriebsdrehzahlen des gegenständlichen Impellers von 2000 min-1 bis 8000 min-1, insbesondere im Bereich um 5000-1, ohne dass es zu Kavitation kommt. Durch die hohen Drehzahlen kann der Impeller 4 einen geringen Durchmesser aufweisen.

    [0056] Weiters hat es sich als strömungstechnisch günstig erwiesen, dass anschließend an den Impellerbereich 3 eine vorgebbare Mehrzahl Statoren 25, insbesondere gleich verteilt um den Umfang, an dem Austrittsströmungskörper 23 angeordnet sind. Diese Statoren 25 weisen, wie in Fig. 6 dargestellt, ein Profil auf, und richten die Strömung zur Austrittsdüse 5 hin. Bevorzugt ist mittels der Statoren der Austrittsströmungskörper 23 mit dem Austrittsströmungskörpergehäuses 24 verbunden und derart gehalten.

    [0057] Es hat sich gezeigt, dass eine bessere Anpassung des Wasserstrahlantriebs 1 an unterschiedliche Fahrzustände erreicht werden kann, indem die Statoren 25 vorgebbar verstellbar angeordnet bzw. ausgeführt sind. Diese werden dann insbesondere von einer Steuer- und/oder Fahrtregeleinheit des Wasserstrahlantriebs 1 bzw. eines Wasserfahrzeuges 1 angesteuert, wobei auch eine Ansteuerung vom Antriebsmotor 6 vorgesehen sein kann. Durch diese Verstellbarkeit kann der Anstellwinkel der Statoren 25 verstellt werden.

    [0058] Bevorzugt ist dabei weiters vorgesehen, dass der Antriebsmotor 6 in dem Austrittsströmungskörper 23 angeordnet ist. Die Stromzufuhr erfolgt dabei durch die Statoren 25. Dies ermöglicht einen sehr direkten und steifen Antrieb des Impellers 4. Weiters ermöglicht dies eine gute Kühlung des Antriebsmotors 6. Dabei ist weiters bevorzugt vorgesehen, dass die Motorsteuereinheit 20 in dem Austrittsströmungskörper 23 angeordnet ist.

    [0059] Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen dem Antriebsmotor 6 und der Impellerantriebswelle 7 des Impellers 4 ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, angeordnet ist. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass der Antriebsmotor 6 selbst bereits ein Getriebe aufweist. Bevorzugt ist das Getriebe ein mechanisches Getriebe. Das Getriebe ist zur Reduktion bzw. Verringerung einer Antriebsmotor-Drehzahl auf eine geringere Impellerantriebswellen-Drehzahl vorgesehen bzw. ausgebildet. Dadurch ist ein hochdrehender Antriebsmotor 6 einsetzbar, wodurch eine höhere Leistung erzielbar ist. Dadurch ist ein Elektromotor mit einer Drehzahl zwischen 12000 min-1 und 25000 min-1, insbesondere zwischen etwa 16000 min-1 und 18000 min-1, einsetzbar, wodurch eine sehr kompakte und gleichzeitig leistungsstarke Antriebseinheit gebildet werden kann, welche gut in den Austrittsströmungskörper 23 integrierbar ist. Dabei ist dann selbstverständlich bevorzugt vorgesehen, dass sowohl der Antriebsmotor 6 als auch das Getriebe in dem Austrittsströmungskörper 23 angeordnet sind.

    [0060] Hinsichtlich der weiteren Verbesserung der Effizienz hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der Antriebsmotor 6 mit einer Messeinrichtung 26 verbunden ist, welche dazu ausgebildet ist, die absolute und/oder relative Stellung vorgebbarer drehbarer zu vorgebbaren feststehenden Teile des Antriebsmotor 6 zu detektieren, und dass die Messeinrichtung mit der Motorsteuereinheit 20 verbunden ist. Weiters weist die Messeinrichtung 26 einen Temperaturfühler auf, um die Betriebstemperatur des Antriebsmotors 6 zu überwachen. Durch Kenntnis der absoluten und/oder relativen Stellung des Motorstators zum Motorläufer bzw. Rotor kann diese bei der Ansteuerung des Antriebsmotors 6 mittels eines Wechselrichters mitberücksichtigt werden, und die Effizienz des Antriebes weiter gesteigert werden.


    Ansprüche

    1. Wasserstrahlantrieb (1) für ein Wasserfahrzeug, mit einem Ansaugbereich (2), einem an den Ansaugbereich (2) anschließenden Impellerbereich (3), in welchem ein einstufiger Impeller (4) angeordnet ist, und einer, an den Impellerbereich (3) wenigstens mittelbar anschließenden Austrittsdüse (5), wobei der Wasserstrahlantrieb (1) einen Antriebsmotor (6) aufweist, welcher wenigstens mittelbar mit einer Impellerantriebswelle (7) des Impellers (4) verbunden ist, wobei der Antriebsmotor (6) als Elektromotor ausgebildet ist, wobei sowohl der Ansaugbereich (2) als auch die Antriebsdüse (5) antriebswellenfrei ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Impeller (4) lediglich ein einziges Schaufelblatt (8) aufweist.
     
    2. Wasserstrahlantrieb (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelblatt (8) als im Wesentlichen konische Spirale um einen Schaufelgrundkörper (9) angeordnet ist, und dass der Schaufelgrundkörper (9) als im Wesentlichen rotationssymmetrischer Grundkörper mit konkaver Mantelfläche (10) ausgebildet ist.
     
    3. Wasserstrahlantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Impellerbereich (3) im Wesentlichen über den gesamten Umfang mit der Austrittsdüse (5) verbunden ist, wobei zwischen dem Impellerbereich (3) und der Austrittsdüse (5) ein Austrittsbereich (22) angeordnet ist.
     
    4. Wasserstrahlantrieb (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Austrittsbereich (22), anschließend an den Impellerbereich (3) ein konischer Austrittsströmungskörper (23) angeordnet ist.
     
    5. Wasserstrahlantrieb (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend an den Impellerbereich (3) eine vorgebbare Mehrzahl Statoren (25), insbesondere gleich verteilt um den Umfang, an dem Austrittsströmungskörper (23) angeordnet sind.
     
    6. Wasserstrahlantrieb (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Statoren (25) vorgebbar verstellbar angeordnet sind.
     
    7. Wasserstrahlantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Antriebsmotor (6) und der Impellerantriebswelle (7) des Impellers (4) ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, angeordnet ist.
     
    8. Wasserstrahlantrieb (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (6) in Einbaulage über dem Impellerbereich (3) und über der Austrittsdüse (5) angeordnet ist.
     
    9. Wasserstrahlantrieb (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor in dem Austrittsströmungskörper (23) angeordnet ist.
     
    10. Wasserstrahlantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstrahlantrieb (1) eine Motorsteuereinheit (20) aufweist, welche mit dem Elektromotor verbunden ist,
     
    11. Wasserstrahlantrieb (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kühlfläche (21) der Motorsteuereinheit (20) wenigstens bereichsweise angrenzend an den Ansaugbereich (2) angeordnet ist.
     
    12. Wasserstrahlantrieb (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuereinheit (20) in dem Austrittsströmungskörper (23) angeordnet ist.
     
    13. Wasserstrahlantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (6) mit einer Messeinrichtung (26) verbunden ist, welche dazu ausgebildet ist, die absolute und/oder relative Stellung vorgebbarer drehbarer zu vorgebbaren feststehenden Teile des Antriebsmotor (6) zu detektieren, und dass die Messeinrichtung mit der Motorsteuereinheit (20) verbunden ist.
     
    14. Wasserstrahlantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugbereich zum Erzielen einer im Wesentlichen homogenen Strömung am Impellerbereich (3) verstellbar ausgebildet ist.
     
    15. Wasserfahrzeug, insbesondere Jet-Boot, mit einem Wasserstrahlantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
     


    Claims

    1. Waterjet propulsion system (1) for a watercraft, having an intake region (2), an impeller region (3) which adjoins the intake region (2) and in which a single-stage impeller (4) is arranged, and an outlet nozzle (5) which at least indirectly adjoins the impeller region (3), wherein the waterjet propulsion system (1) has a drive motor (6), which is connected at least indirectly to an impeller driveshaft (7) of the impeller (4), wherein the drive motor (6) is designed as an electric motor, wherein both the intake region (2) and the drive nozzle (5) are designed without driveshafts, characterized in that the impeller (4) has only a single blade (8).
     
    2. Waterjet propulsion system (1) according to claim 1, characterized in that the blade (8) is arranged as an essentially conical spiral around a blade base body (9), and in that the blade base body (9) is designed as an essentially rotationally symmetrical base body with a concave jacket surface (10).
     
    3. Waterjet propulsion system (1) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the impeller region (3) is connected to the outlet nozzle (5) substantially over the entire circumference, wherein an outlet region (22) is arranged between the impeller region (3) and the outlet nozzle (5).
     
    4. Waterjet propulsion system (1) according to claim 3, characterized in that a conical outlet flow body (23) is arranged in the outlet region (22) adjacent to the impeller region (3).
     
    5. Waterjet propulsion system (1) according to claim 4, characterized in that a predeterminable plurality of stators (25), in particular distributed equally around the circumference, are arranged on the outlet flow body (23) adjacent to the impeller region (3).
     
    6. Waterjet propulsion system (1) according to claim 5, characterized in that the stators (25) are arranged so as to be predeterminably adjustable.
     
    7. Waterjet propulsion system (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that a gear, in particular a planetary gear, is arranged between the drive motor (6) and the impeller driveshaft (7) of the impeller (4).
     
    8. Waterjet propulsion system (1) according to claim 7, characterized in that the drive motor (6) is arranged in the installation position above the impeller region (3) and above the outlet nozzle (5).
     
    9. Waterjet propulsion system (1) according to one of claims 4 to 8, characterized in that the drive motor is arranged in the outlet flow body (23).
     
    10. Waterjet propulsion system (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the waterjet propulsion system (1) comprises a motor control unit (20) connected to the electric motor.
     
    11. Waterjet propulsion system (1) according to claim 10, characterized in that at least one cooling surface (21) of the motor control unit (20) is arranged at least in regions adjacent to the intake region (2).
     
    12. Waterjet propulsion system (1) according to claim 10, characterized in that the motor control unit (20) is arranged in the outlet flow body (23).
     
    13. Waterjet propulsion system (1) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the drive motor (6) is connected to a measuring device (26) which is designed to detect the absolute and/or relative position of predeterminable rotatable parts to predeterminable fixed parts of the drive motor (6), and in that the measuring device is connected to the motor control unit (20).
     
    14. Waterjet propulsion system (1) according to one of claims 1 to 13, characterized in that the intake region is designed to be adjustable in order to achieve a substantially homogeneous flow at the impeller region (3).
     
    15. Watercraft, in particular jet boat, having a waterjet propulsion system (1) according to one of claims 1 to 14.
     


    Revendications

    1. Propulseur à jet d'eau (1) pour un véhicule aquatique, avec une zone d'aspiration (2), une zone d'hélice (3) faisant suite à la zone d'aspiration (2) dans laquelle est disposée une hélice à un étage (4) et au moins une buse de sortie (5) raccordée au moins indirectement à la zone d'hélice (3), lequel propulseur à jet d'eau (1) présente un moteur de propulsion (6) qui est relié au moins indirectement à un arbre d'entraînement d'hélice (7) de l'hélice (4), le moteur de propulsion (6) étant conçu comme un moteur électrique, la zone d'aspiration (2) aussi bien que la buse de propulsion (5) étant conçues sans arbre d'entraînement, caractérisé en ce que l'hélice (4) comporte seulement une pale (8) unique.
     
    2. Propulseur à jet d'eau (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pale (8) est disposée sous la forme d'une spirale sensiblement conique autour d'un corps de base de pale (9) et en ce que le corps de base de pale (9) est conformé comme un corps de base sensiblement symétrique en rotation à surface d'enveloppe (10) concave.
     
    3. Propulseur à jet d'eau (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la zone d'hélice (3) est reliée à la buse de sortie (5) sur sensiblement sur toute sa circonférence, une zone de sortie (22) étant disposée entre la zone d'hélice (3) et la buse de sortie (5).
     
    4. Propulseur à jet d'eau (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un corps d'écoulement de sortie conique (23) est disposé dans la zone de sortie (22) à la suite de la zone d'hélice (3).
     
    5. Propulseur à jet d'eau (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un nombre pouvant être prédéterminé de stators (25) sont disposés à la suite de la zone d'hélice (3) sur le corps d'écoulement de sortie (23), en particulier répartis à intervalles réguliers sur la circonférence.
     
    6. Propulseur à jet d'eau (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les stators (25) sont disposés avec possibilité de réglage d'une façon pouvant être prédéterminée.
     
    7. Propulseur à jet d'eau (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un engrenage, en particulier un engrenage à train planétaire, est disposé entre le moteur de propulsion (6) et l'arbre d'entraînement d'hélice (7) de l'hélice (4).
     
    8. Propulseur à jet d'eau (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moteur de propulsion (6) est disposé, dans la position d'installation, au-dessus de la zone d'hélice (3) et au-dessus de la buse de sortie (5).
     
    9. Propulseur à jet d'eau (1) selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le moteur de propulsion est disposé dans le corps d'écoulement de sortie (23).
     
    10. Propulseur à jet d'eau (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le propulseur à jet d'eau (1) présente une unité de commande du moteur (20) qui est reliée au moteur électrique.
     
    11. Propulseur à jet d'eau (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'au moins une surface de refroidissement (21) de l'unité de commande du moteur (20) est contiguë au moins par zones de la zone d'aspiration (2).
     
    12. Propulseur à jet d'eau (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'unité de commande du moteur (20) est disposée dans le corps d'écoulement de sortie (23).
     
    13. Propulseur à jet d'eau (1) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le moteur de propulsion (6) est relié à une installation de mesure (26) conçue pour détecter la position absolue et/ou relative de parties rotatives pouvant être prédéterminées du moteur de propulsion (6) par rapport à des parties fixes pouvant être prédéterminées, et en ce que l'installation de mesure est reliée à l'unité de commande du moteur (20).
     
    14. Propulseur à jet d'eau (1) selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la zone d'aspiration est conçue pour être réglable afin d'obtenir un écoulement sensiblement homogène au niveau de la zone d'hélice (3).
     
    15. Véhicule aquatique, en particulier bateau hydropropulsé, avec un propulseur à jet d'eau (1) selon l'une des revendications 1 à 14.
     




    Zeichnung












    IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



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