WASSERSTRAHLANTRIEB FÜR WASSERFAHRZEUGE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wasserstrahlantrieb für Wasserfahrzeuge.

[0002] Bei üblichen Wasserstrahlantrieben wird ein Impeller zumeist über vorwiegend horizontale Antriebswellen, aber auch über vertikale Antriebswellen angetrieben. Der Impeller beschleunigt das Wasser und beaufschlagt es dabei mit Drall- und Druckenergie. Integrierte Statorschaufeln setzen die Drallenergie und düsenförmige Austritte setzen die Druckenergie in Strömungsenergie, d.h. in Schub, um.

[0003] Wasserstrahlantriebe mit vertikaler Antriebswelle haben zwar den Vorteil, daß sie den Schub über im Gehäuseboden angeordnete Austrittsdüsen oder über Umlenkflossen in voller Stärke endlos um 360° rundum steuern können. Nachteilig ist bei diesen Antrieben hingegen, daß sie die Strömung bis zum schrägen Austritt unter dem Boden mehrfach stark umlenken. Mit zunehmender Fahrt beginnt die im Ansaugbereich nach oben umzulenkende Strömung abzureißen, was einen Schubabfall zur Folge hat und den Wirkungsgrad noch weiter mindert.

[0004] Das Umsteuern von Voraus auf Zurück benötigt etwa 10 s, wobei eine Querschubzone durchlaufen wird, die eine Drehzahlreduzierung -gegebenenfalls mit Aus- und Einkuppelnund ein erneutes Hochfahren erfordert. Dabei verursachen unerwünschte Steuerkomponenten eine mehr oder weniger störende Kursabdrift.

[0005] Zeitverzug und Korrekturmanöver können Gefahrensituationen erschweren.

[0006] Eine weitere nachteilige Eigenart derartiger Antriebe liegt in der Umkehrung des Steuersinus beim Rückwärtsfahren, was ein Umdenken und eine Umgewölmung von der üblichen Ruderlagenanzeige auf eine rundumgehende Schubrichtungsanzeige erfordert, was für Ungeübte erschwerend ist.

[0007] Wasserstrahlantriebe mit vertikaler Antriebswelle werden vorwiegend in Verdrängerschiffen als Manöverier- und Hilfsanlagen im Vorschiff, aber auch als Hauptantriebe im Hinterschiff flachgehender Schiffe mit besonderen Manöveriereigenschaften eingesetzt.

[0008] Wasserstrahlantriebe mit vorwiegend horizontaler Antriebswelle (Axial Jets) haben den Vorteil, daß der Wasserstrom zur Schuberzeugung weit weniger umgelenkt werden muß als bei Antrieben mit vertikaler Antriebswelle. Außerdem erfolgt die Kraftübertragung auf direktem Wege (d.h. ohne Winkelgetriebe) und der Steuersinn bleibt bei Rückwärtsfahrt erhalten. Diese Antriebe werden vorwiegend als Hauptantriebe zur Steuerung leichter und schneller Gleitboote, aber auch in speziellen schnellen Schiffen eingesetzt. In Verdrängerfahrzeugen sind sie eher selten zu finden. Für spezielle Anforderungen sind auch zweistufige Varianten (d.h. Antriebe mit zwei Impellem) bekannt.

[0009] Diese Antriebe werden -abgesehen von großen Schiffen- überwiegend so in Wasserfahrzeuge eingebaut, daß ihr Antriebsgehäuse und die nachgeordnete Schubumkehreinrichtung zum Stoppen, Rückwärtsfahren und Drehen relativ weit hinter dem Spiegel des Wasserfahrzeuges auskragen, was beim Manöverieren auf engem Raum hinderlich ist.

[0010] Die üblichen Lenkeinrichtungen der Wasserstrahlantriebe mit vorwiegend horizontaler Antriebswelle weisen zur Steuerung in der Vorausfahrt eine Schwenkdüse und zur Schubumkehrung Umlenkkrümmer, Umlenkklappen und/oder Bodenumlenkschaufeln auf. Der Steuerwinkel ist i.d.R. auf ± 30 - 35° nach Backbord und Steuerbord begrenzt. Diese Schubumkehreinrichtungen erzeugen zumeist beim Manöverieren (z.B. Drehen über die Backbord- oder Steuerbordseite) neben der Querschubkomponente zwangsläufig eine mehr oder weniger störende rückwärtsgerichtete Schubkomponente, was ein genaueres Steuern erschwert. Der für Gleitfahrzeuge ausreichend erzeugte Querschub ist für Verdrängerfahrzeuge mit einem naturgemäß höheren Bedarf eher knapp und für ein wendiges Manöverieren unzureichend.

[0011] Über Spielräume zwischen dem festen Düsenaustritt und der nachgeordneten Schwenkdüse (oder Leiteinrichtung) kann der Austrittsstrahl i.d.R. Luft aufnehmen, die beim Umsteuern nach vorne transportiert wird und dann die Entwicklung des Rüclcwärtsschubes mehr oder weniger beeinträchtigt.

[0012] Bei den üblichen Wasserstrahlantrieben strömt das Wasser von unten her durch einen Bodeneinlauf und ein obligatorisches Schutzgitter zu, das die eng benachbarten Schaufeln des rotierenden Impellers und des festen Stators vor größeren schädlichen Fremdkörpern schützen muß. Vielfach wird die Wendestufe des vorhandenen Bootsgetriebes zum Freispülen des Schutzgitters eingesetzt.

[0013] Bei wenig Wasser zwischen Kiel und Grund (z.B. unter 20 cm ) wird der Wasserzustrom durch Zähigkeitseinflüsse der Grenzschichten an Außenhaut und Sohle -insbesondere bei langsamer Fahrt und beim Manöverieren- spürbar beeinträchtigt, so daß die Sogwirkung des Impellers einen "Staubsaugereffekt" erzeugt, der das Schutzgitter mit vermehrt aufgenommenen Steinen so zusetzen kann, daß die Schubentwicklung zusammenbricht. Kleinere Fremdkörper, die dabei das Schutzgitter wie ein Sieb vermehrt passieren, steigern das Schadensrisiko.

[0014] Obwohl Wasserstrahlantriebe durch ihren bodenbündigen Einbau für den Flachwassereinsatz geradezu prädestiniert sind, bergen Fahrzeuganlandungen an flachen Ufern bzw. Stränden das Risiko, daß durch die o.g. Effekte in diesen Situationen kein ausreichender Schub entwickelt wird, um den Fahrzeugbug vom Strand abzuziehen und zurück ins Fahrwasser zu gelangen. Wenn es z.B. durch variierende Pegelstände der Binnengewässer, Veränderungen der Sohle oder des Vorlandes zu Grundberührungen kommt, kann die Flachwassertauglichkeit von Wasserstrahlantrieben mit einem Einlauf von unten her durch eine Bodenöffnung plötzlich -ohne vorherige Anzeichen zur rechtzeitigen Reaktion- durch eine zusammenbrechende Schubentwicklung schlagartig beeinträchtigt werden und zum Verlust der Funktionsfähigkeit fuhren.

[0015] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen innenbords einbaubaren Wasserstrahlantrieb mit vorwiegend horizontaler Antriebswelle anzugeben, der für verschiedene Hinterschiffe mit unterschiedlichen Zuströmungsverhältnissen modifizierbar ist, wobei die Komponenten zum Antrieb und zur Steuerung unberührt bleiben. Vom Wassereinlauf bis zum Düsenaustritt soll ein optimaler Schub mit mindestens zwei Propulsionsvarianten erzeugbar sein, der mit einem in das Gehäuse integrierbaren Leitwerk effizient in mindestens alle 4 Hauptrichtungen: Voraus, Zurück und in beide Querrichtungen (nach Backbord und Steuerbord) umlenkbar ist und der den Wasserfahrzeugen -vornehmlich Verdrängerfahrzeugen- optimale Fahr- und Manöveriereigenschaften verleiht und ihre Flachwassertauglichkeit gewährleistet.

[0016] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.

[0017] Die Erfindung beruht im wesentlichen auf dem Gedanken, die Funktionsteile des Wasserstrahlantriebes in einem containerartigen Gehäuse anzuordnen, so daß der Wasserstrahlantrieb auf einfache Weise in eine vorbereitete Öffnung im Rumpf eines Wasserfahrzeuges einfügbar ist. Dabei ist das Gehäuse vorderseitig mit einem einen Wassereinlauf aufnehmenden Strömungskanal verbunden, der auch die Antriebswelle aufnimmt. In dem containerartigen Gehäuse ist ein rohrförmiger Abschnitt (Propulsionsgehäuse) vorgesehen, welcher sich über eine Öffnung in der vorderen Querwand des Gehäuses an den Strömungskanal anschließt und mindestens einen von einem Antriebsmotor über eine horizontale Antriebswelle drehbaren Impeller, mindestens einen Gleichrichter, und einen Düsenaustritt umfaßt, so daß bei der bestimmungsgemäßen Verwendung des Wasserstrahlantriebes dem Impeller Wasser durch den Strömungskanal zugeführt, dieses beschleunigt und dann mit hoher Geschwindigkeit durch den Düsenaustritt ausgestoßen wird.

[0018] Der Wasserstrahlantrieb umfaßt ferner eine dem Düsenaustritt nachgeschaltete, mindestens teilweise in dem containerartigen Gehäuse angeordnete Leiteinrichtung mit mindestens zwei seitlichen Ruderklappen, die gleichzeitig von einer Ruhestellung in eine seitliche Steuerstellung verschwenkbar sind, und einer in den Wasserstrahl schwenkbaren Umlenkklappe. Dabei bilden die Umlenkklappe und die beiden Ruderklappen mit der Bodenplatte des containerartigen Gehäuses und einer oberen in dem Gehäuse angeordneten Deckplatte sowie einer im Bereich des Düsenaustritts vertikal angeordneten Dichtplatte eine Kammer, derart, daß der aus dem Düsenaustritt austretende Wasserstrahl bei geschlossener Umlenkklappe und in ihren Ruhestellungen befindlichen Ruderklappen im wesentlichen nur durch ein in der Bodenplatte vorgesehenes Bodenumlenkgitter nach vorne umlenkbar ist. Die Umlenkklappe weist dabei seitliche Leitflossen auf, die derart ausgebildet sind, daß sich bei geschlossener Umlenkklappe und aus ihrer Ruhelage verschwenkten Ruderklappen zwischen der Seitenflosse und der entsprechenden Ruderklappenkontur eine Queröffnung ergibt, durch welche der Wasserstrahl in Querrichtung aus der Kammer steuerbar austritt, wobei die Kontur der Seitenflächen des containerartigen Gehäuses in diesem Bereich derart gewählt ist, daß der Wasserstrahl nicht behindert wird.

[0019] Der Wasserstrahlantrieb weist u.a. folgende Vorteile auf:

• Der Wasserstrahlantrieb ist mit dem modifizierbaren äußeren containerförmigen Gehäuse flexibler an die unterschiedlichen Hinterschiffsformen und ihre Strömungsverhältnisse anpaßbar, ohne das innere Propulsionsgehäuse sowie die Antriebs- und Steuerungskomponenten zu verändern.
• Die Kombination des containerförmigen Gehäuses mit dem inneren Propulsionsgehäuse ermöglicht eine optimierbare Zuströmung und Energieumsetzung im Inneren und somit ein Maximum an Schub, der mit einer durch die Kombination geprägten Leiteinrichtung in alle Hauptrichtungen effizient steuerbar ist.
• Es erfolgt ein optimales Umlenken des Wasserstrahles zum Steuern und zur Erzeugung eines für Verdrängerfahrzeuge effizienten Querschubs, der weitestgehend frei von rückwärtsgerichteten Komponenten ist, da der Wasserstrahl geführt aus einer umschlossenen Seitenöffnung austritt.
• Das Drehen auf dem Teller sowie das Bremsen und ein Crash Stop sind ohne Abdrift möglich. Der Steuersinn bleibt in der Rückwärtsfahrt erhalten. Der Rückwärtsschub wird nicht durch schädlichen Lufteintrag gemindert. Damit verleiht der Wasserstrahlantrieb dem Fahrzeug optimale Manöveriereigenschaften.
• Der Wasserstrahlantrieb ist so ausführbar, daß bei eventuellen Grundberührungen die Schubentwicklung nicht schlagartig zusammenbricht, weil sie durch zusätzliche seitliche Zuströmungen aufrechterhalten wird.
• Die Installation des Wasserantriebes innerhalb der Kiel- u. Spiegelkonturen bei erhöhter Bodenfreiheit des Impellerbereiches und die Eigensteifigkeit des Containergehäuses gewährleisten zusammen mit dem v.g. Punkt eine optimale Flachwassertauglichkeit und die Eignung zum Trockenfallen des Fahrzeuges.
• Der Wasserstrahlantrieb läßt sich als betriebsfertig vorgefertigte containerisierte Antriebsanlage -bei Bedarf in Kompaktbauweise mit vorinstalliertem Antriebsmotor- herstellen und auf werftübliche Weise (z.B. durch Einschweißen oder Einlaminieren) in eine vorbereitete Rumpföffnung einbauen. Alle Montageschweißnähte verlaufen weit genug außerhalb der Funktionsbereiche.

[0020] Die Erfindung kann für die verschiedensten Arten von Wasserfahrzeugen in Gleiter- oder Verdrängerbauart verwendet werden, z.B. bei Beibooten, Sportbooten, Landungsbooten, Dienstfahrzeugen, Fahrgastschiffen, Fähren, Arbeitsschiffen, Frachtschiffen, Fahrzeuge mit besonderen Anforderungen an das Halten von Positionen, wie z.B. Taucherbasisschiffen. Für jedes dieser und anderer Wasserfahrzeuge ergeben sich unterschiedliche Forderungen an Antrieb, Steuerung und Crash-Stop sowie an den Einbau, die mit dem erfindungsgemäßen Wasserstrahlantrieb erfüllbar sind.

[0021] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Strömungskanal derart ausgebildet, daß das Wasser diesem horizontal von vorne zuführbar ist. Bekannte Wasserstrahlantriebe nehmen hingegen das Wasser durch eine Bodenöffnung von unten her auf. Bei einem Flachwassereinsatz, d.h. bei einer Kielfreiheit unter 20 cm, sind diese bekannten Antriebe mit zusätzlichen Verlusten behaftet, da die zähen Grenzschichten an Außenhaut und Grund den Wasserstrom zum Impeller behindern. Die Sogwirkung des Impellers mindert den Schub und erhöht gleichzeitig den Schiffswiderstand. Mit dem horizontalen Einlauf hingegen sind die Nachteile üblicher Bodeneinläufe mit Zuströmung von unten her durch ungünstige Umlenkungen und Kanalreibung auf der Saugseite des Impellers und dem im Flachwassereinsatz gefürchteten Fest- bzw. Staubsaugereffekt eliminiert.

[0022] Die hintere Lagerung der Antriebswelle kann in einem Stevenrohr (mit abgedichteten Wälzlagern) oder ohne, d.h. naßlaufend (in einem wassergeschmierten Gleitlager) erfolgen. Dann ist entweder das Stevenrohr vor dem Impeller in einem Stützstern im Einlaufkanal anzuordnen, dessen Stege derart geformt sind, dass dem Impeller das Wasser möglichst drallfrei zugeführt wird, oder im Falle einer naßlaufenden Welle ist diese im Zentrum der hinter dem Impeller angeordneten Leitschaufeln, die Drallenergie in Strömungsenergie umsetzen, gelagert.

[0023] Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Propulsionsgehäuse im Bereich des Impellers einen kreisrunden Querschnitt und im Bereich der Austrittsdüse einen im wesentlichen eckigen Querschnitt auf, wobei die inneren Konturen zwischen den beiden Querschnittsfonnen Leitflächen bilden, die derart gewendelt sind, daß das Wasser den Düsenaustritt mit reduziertem Drall verläßt. Diese Ausgestaltung ist ergänzend oder alternativ zu festen Leitschaufeln hinter dem Impeller realisierbar.

[0024] Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn diejenige Steuerklappe der Leiteinrichtung, die nach der zu steuernden Seite verschwenkt wird, jeweils einen größeren Winkel aufweist als die benachbarte Steuerklappe. Hierdurch wird erreicht, daß ein überwiegend quergerichteter Schub nach Backbord oder Steuerbord erzeugt wird.

[0025] Um zu vermeiden, daß bei Rückwärtsfahrt der aus dem in der Bodenplatte vorgesehene Bodenumlenkgitter austretende Wasserstrahl in den Wassereinlauf des Strömungskanals gelangt, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das Bodenumlenkgitter mit fischgrätenförmig ausgebildeten Leitflächen zu versehen. Dadurch wird der Wasserstrahl geteilt und überwiegend an dem Wassereinlauf des Strömungskanales vorbeigelenkt.

[0026] Um eine Feinsteuerung bei der Rückwärtsfahrt vornehmen zu können, sollten die fischgrätenartigen Leitflächen des Bodenumlenkgitters mindestens teilweise verschließbar sein.

[0027] Zur Unterstützung der Injektorwirkung können die gitterartigen Leitflächen des Bodengitters zum hinteren Ende der Bodenplatte hin immer länger ausgebildet sein, derart, daß jede dieser Leitflächen in der Vorausfahrt des entsprechendes Wasserfahrzeuges zusätzlich Wasser von unten aufnehmen kann.

[0028] Um einen Havarieschutz zu gewährleisten, kann das hintere Ende der Bodenplatte über die hintere Kontur der Schubumlenkklappe hinausragen, wobei im hinteren Bereich der Bodenplatte mindestens zwei vertikale Rohrstützen befestigt sind, die sich nach oben an der Top-Platte des Gehäuses oder direkt am Schiffskörper des entsprechenden Wasserfahrzeuges abstützen.

[0029] Das containerartige Gehäuse und/oder der Strömungskanal können aus Stahl, Aluminium oder einem Faserverbundwerkstoff oder in Verbundbauweise aus Metall und Kunststoff bestehen.

[0030] Der Wasserstrahlantrieb kann derart ausgebildet sein, daß die Ruderklappen und die Umlenkklappe im montierten Zustand des Wasserstrahlantriebes an einem Wasserfahrzeug über den heckseitigen Spiegel des Wasserfahrzeuges und über die Seitenwände des containerartigen Gehäuses hinausragen. Der Wasserstrahlantrieb kann aber auch derart ausgebildet sein, daß das containerartige Gehäuse mit den darin befindlichen Ruderklappen und der Umlenkklappe im Einbauzustand des Wasserstrahlantriebes an einem Wasserfahrzeug bündig mit dem heckseitigen Spiegel des Wasserfahrzeuges abschließt und beidseitig in den Seitenwänden Abstrahlnischen für den Querstrom vorgesehen sind.

[0031] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig.1 den Längsschnitt eines schematisch dargestellten ersten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Wasserstrahlantriebes, der überwiegend in das Hinterschiff eines Wasserfahrzeuges integriert ist, sowie alternative Anordnungen eines Antriebsmotors für den Wasserstrahlantrieb;

Fig.2 eine Draufsicht auf den in Fig.1 dargestellten Wasserstrahlantrieb bei Vorausfahrt;

Fig.3 eine Draufsicht auf den in Fig.1 dargestellten Wasserstrahlantrieb bei Vorausfahrt mit Kursänderung (verstellte Ruderklappen);

Fig.4 und 5 eine Seitenansicht und eine Ansicht von unten auf den in Fig.1 dargestellten Wasserstrahlantrieb mit geschlossener Umlenkklappe, so daß eine Schubumkehr für Stop u. Rückwärtsfahrt erfolgt;

Fig.6 und 7 Draufsichten auf den Wasserstrahlantrieb mit geschlossener Umlenkklappe und seitlich verschwenkten Ruderklappen zur Querschuberzeugung nach Back- und Steuerbord;

Fig.8 und 9 eine Vorrichtung zum Steuern der Ruderklappen mit optimiert unterschiedlichen Anstellwinkeln;

Fig.10 eine Seitenansicht des heckseitigen Bereiches des Wasserstrahlantriebes aus der in Fig.8 mit X bezeichneten Richtung;

Fig.11 eine vergrößerte Ansicht, des in Fig.10 mit XI bezeichneten Bereiches;

Fig.12 den Längsschnitt eines schematisch dargestellten zweiten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Wasserstrahlantriebes mit horizontalem Einlauf von vorne, der vollständig in dem Hinterschiff eines Wasserfahrzeuges angeordnet ist;

Fig.13 eine Ansicht auf den Wasserstrahlantrieb aus der in Fig.12 mit XIII bezeichneten Richtung mit angedeuteten Wasserzuströmungen von vorne und von beiden Seiten;

Fig. 14 und 15 zwei Schnitte entlang der in Fig. 12 mit XIV-XIV und XV-XV bezeichneten Schnittlinien;

Fig.16 eine Ansicht auf den Wasserstrahlantrieb aus der in Fig.12 mit XVI bezeichneten Richtung;

Fig.17 eine Seitenansicht eines einen Impeller des Wasserstrahlantriebes enthaltenden Propulsionsgehäuses mit integrierten Gleichrichter-Leitflächen;

Fig.18 die Ansicht des in Fig.17 dargestellten Propulsionsgehäuses von der mit XVIII bezeichneten Seite;

Fig.19 und 20 den Fig.17 und 18 entsprechende Ansichten eines Propulsionsgehäuses mit zwei hintereinander angeordneten Impellem und dazwischen angeordneten Leitschaufeln.

[0032] In Fig. 1 ist mit 1 ein Wasserstrahlantrieb bezeichnet, der überwiegend in das Hinterschiff eines Wasserfahrzeuges 2 integriert ist.

[0033] Der Wasserstrahlantrieb 1 weist ein mit dem Wasserfahrzeug verbindbares containerartiges Gehäuse 3 mit einer vorderen Querwand 4, einer Bodenplatte 5, einer Top-Platte 6 und zwei Seitenwänden 7, 8 auf (Fig.2), welches vorderseitig mit einem einen Wassereinlauf 9 aufnehmenden Strömungskanal 10 verbunden ist.

[0034] In dem Gehäuse 3 ist ein rohrförmiger Abschnitt (Propulsionsgehäuse) 11 vorgesehen, welcher sich über eine Öffnung 12 in der vorderen Querwand 4 an den Strömungskanal 10 anschließt und sowohl mindestens einen von einem Antriebsmotor 13 über eine axiale Antriebswelle 14 drehbaren Impeller 15 und einen Düsenaustritt 16 umfaßt, so daß bei der bestimmungsgemäßen Verwendung des Wasserstrahlantriebes 1 dem Impeller 15 von unten her Wasser 100 durch den Strömungskanal 10 zugeführt, dieses beschleunigt und dann mit hoher Geschwindigkeit als Wasserstrahl 101 durch den Düsenaustritt 16 ausgestoßen wird.

[0035] Dabei befindet sich im Einlauf des Strömungskanals 10 ein festes oder zu Reinigungszwecken schwenkbares Einlaufschutzgitter 49, welches das Eindringen von Störkörpern verhindert.

[0036] Hinter dem Impeller 15 sind Leitschaufeln 30 zur Gleichrichtung und Drallausnutzung des Wasserstromes angebracht.

[0037] Der Wasserstrahlantrieb 1 umfaßt ferner eine dem Düsenaustritt 16 nachgeschaltete, mindestens teilweise in dem containerartigen Gehäuse 3 angeordnete Leiteinrichtung 17 mit mindestens zwei seitlichen Ruderklappen 18, 19, die gleichzeitig von einer Ruhestellung (Fig.2) in seitliche Steuerstellungen (Fig.3, 6 und 7) verschwenkbar sind, und einer in den Wasserstrahl 101 absenk- und verschließbare Umlenkklappe 20.

[0038] Die Umlenkklappe 20 und die beiden Ruderklappen 18, 19 bilden mit der Bodenplatte 5 des containerartigen Gehäuses 3 und einer in dem Gehäuse 3 angeordneten Deckplatte 21 sowie einer im Bereich des Düsenaustrittes 16 befindlichen, etwa vertikal angeordneten Dichtplatte 22 eine Kammer 23.

[0039] Durch Schließen der Umlenkklappe 20 (Fig.4) wird der Wasserstrahl 101 umgelenkt und tritt aus einem in der Bodenplatte 5 angeordneten Bodenumlenkgitter 24 in Richtung voraus aus und erzeugt damit Schubkraft zum Stoppen und für Rückwärtsfahrt. Dabei erzeugt dieser nach vorne umgelenkte Wasserstrahl eine gleichmäßig verteilte Schubkraft, die Kursstabilität sichert. Die Kursstabilität bei Rückwärtsfahrt wird weiter dadurch gewährleistet, daß die gleichmäßig verteilte Schubkraft den Schiffskörper "zieht", der Schiffskörper also als geradeaus gerichtete Ruderfläche wirkt.

[0040] Die Umlenkklappe 20 ist beidseitig mit Leitflossen 25, 26 ausgestattet (Fig.6). Sie bewirken, daß der Wasserstrahl 101 auch bei schrägstehenden Ruderklappen 18, 19 geordnet in Querrichtung umgelenkt und so die Energie des Wasserstrahles 101 weitestgehend in Querschub umgewandelt wird.

[0041] Die beiden Ruderklappen 18, 19 sind in dem Gehäuse 3 um etwa senkrechte Achsen 27, 28 schwenkbar angeordnet (Fig.2). Bei Geradeausfahrt liegen sie in Ruhestellung seitlich des Wasserstrahles 101. Er tritt Vorschub erzeugend in voller Stärke geradlinig ungehemmt nach hinten aus.

[0042] Für Kursänderungen in Vorausfahrt werden die beiden Ruderklappen 18, 19 im gewünschten und notwendigen Winkel verschwenkt, der Wasserstrahl 101 erhält eine Richtungsänderung, es wird dadurch Steuerkraft erzeugt (Fig.3).

[0043] Die Ruderklappen 18, 19 sind in ihrem hinteren Teil korrespondierend zu der Rundung der Umlenkklappe 20 ausgeformt und schließen in Ruhestellung bei abgesenkter Umlenkklappe 20 die Kammer 23 hinter der Austrittsdüse 16 in etwa dicht ab.

[0044] Zur Erzeugung von Querschub werden die beiden Ruderklappen 18, 19 seitlich geschwenkt und lenken so den Wasserstrahl 101 mit Hilfe der an der Umlenkklappe 20 angebrachten Leitflossen 25, 26 in Querrichtung nach Backbord oder Steuerbord (Fig.6 und 7).

[0045] Die beiden Ruderklappen 18, 19 sind zur gemeinsamen Betätigung über eine Koppelstange 29 miteinander verbunden (Fig.8 und 9). In der Regel, aber nicht ausschließlich, wird eine der Ruderklappen 18, 19 -die Primärklappe- durch eine Stellkraft betätigt. Die Stellkraft kann manueller Natur sein, durch einen Hydraulik-Schwenkmotor, Hydraulik- oder Elektrozylinder oder auf andere Art erzeugt werden.

[0046] Die Geometrie der beiden Ruderklappen 18, 19 ist so gestaltet, daß sie beim Verschwenken jeweils eine seitliche Austrittsöffnung 31, 32 zwischen Deckenplatte 21, Bodenplatte 5 Ruderklappen 18, 19 und den Leitflossen 25, 26 der Umlenkklappe 20 freigeben (Fig.6 und 7), die bis zu mehr als der Querschnittsfläche des Wasserstrahles hinter dem Düsenaustritt 16 entspricht und so eine optimale Umsetzung des Wasserstrahles 101 in Querschub ermöglicht.

[0047] Durch die Kopplung der beiden Ruderklappen 18, 19 wird bei starker Schwenklage der nutzbare Querschnitt verringert und damit die Nutzung des Wasserstrahles nicht optimal ausgeschöpft. Dieser Nachteil wird allerdings dadurch beseitigt, daß die Ruderklappe der Seite, nach der der Wasserstrahl umgelenkt werden soll, einen größeren Stellwinkel erfährt als die jeweils andere Ruderklappe (vgl. Fig.8-10). Eine asymmetrische Verstellung der Ruderklappen 18, 19 wird z.B. dadurch erreicht, daß die Koppelstange 29 in einer Kulisse 34 geführt wird (Fig.8-11).

[0048] Das in der Bodenplatte 5 des Gehäuses 3 angeordnete Bodenumlenkgitter 24 besitzt eine Mittelstrebe 35 (Fig.5), zwischen der und einem Rahmen 36 Umlenkflossen 37, 38 angebracht sind. Durch die Freiräume zwischen den Umlenkflossen 37, 38 tritt der Wasserstrahl 101 bei geschlossener Umlenkklappe 20 nach vorne in leichter Schrägrichtung aus und erzeugt so den Schub für Stop und Rückwärtsfahrt.

[0049] Die einzelnen Umlenkflossen 37, 38 sind fischgrätenartig schräg angeordnet. Sie bewirken, daß sich der umgelenkte Wasserstrahl 101 gabelförmig teilt, so daß er in leichter Schrägrichtung beiderseits des Wassereinlaufs 9 vorbeiströmt. Damit wird erfmdungsgemäß verhindert, daß der umgelenkte Wasserstrahl 101 die normale Zuströmung unter dem Kiel des Wasserfahrzeuges 2 von vorne her in den Strömungskanal 10 zu sehr stört und daß möglicherweise doch noch vom Wasserstrahl aufgenommene Luft unmittelbar zu dem Impeller 15 transportiert wird und die Schubausbeute zum Stoppen und Rückwärtsfahren unnötig beeinträchtigt wird.

[0050] Zur Regulierung des Schubes in der Rückwärtsfahrt ohne Veränderung der Impeller-Drehzahl, besonders dann, wenn für das Manövrieren Rückwärtsschub und Querschub veränderbar gewünscht wird, kann es erforderlich sein, den Rückwärts-Impellerstrom zu dosieren. Weiter kann gefordert sein, wenn dies nach der Zweckbestimmung und der Einsatzart des Wasserfahrzeuges 2 notwendig ist, eine möglichst vollständige Umsetzung in Querschub zu bewirken und einen restlichen Schubanteil in Rückwärtsfahrt auszuschließen. Zu diesem Zweck ist die Austrittsfläche des Bodenumlenkgitters 24 erfindungsgemäß ganz oder teilweise verschließbar.

[0051] Dazu können die Umlenkflossen 37, 38 zwischen Mittelstrebe 35 und Rahmen 36 des Bodenumlenkgitters 24 wie Jalousielamellen verstellbar angeordnet sein. So kann die Durchlaßöffnung reduziert und damit die Stärke des Rückwärtsstromes beeinflußt werden.

[0052] Werden die Umlenkflossen 37, 38 der beiden Seiten getrennt einstellbar gestaltet, so kann bei Rückwärtsfahrt durch Veränderung der beiden Wasserstrahlanteile eine feinfühlige Kursbeeinflussung vorgenommen werden, die zudem vermeidet, daß ein eventuell störender Querstrom seitwärts austritt.

[0053] Bei Vorausfahrt bewirkt der über das Bodenumlenkgitter 24 hinwegstreichende Wasserstrahl 101 eine Sogwirkung, wie sie z.B. von Wasserstrahlpumpen bekannt ist. Die zusätzlichen durch das Bodenumlenkgitter 24 angesaugten und vom Wasserstrahl beschleunigten Wassermassen wirken sich vorteilhaft auf die Schubausbeute aus.

[0054] Um die dem Wasserstrahl zugeführte Wassermasse weiter zu erhöhen, werden die Umlenkflossen 37, 38, bezogen auf die Wasserlinie, in der Höhe gestaffelt so angebracht, daß die nach achtern folgende Umlenkflosse 37, 38 etwas tiefer liegt als die davor liegende. Dadurch "schöpft" jede Flosse zusätzlich Wasser. Es wird Wasser mit der Geschwindigkeit des Fahrzeuges aufgenommen, das dann durch die geschilderte Wirkung zur Schuberhöhung beiträgt und damit den Wirkungsgrad des Wasserstrahlantriebes 1 weiter erhöht.

[0055] Sofern der Wasserstrahlantrieb 1, wie vorstehend beschrieben, in das entsprechende Wasserfahrzeug 2 so eingebaut wird, daß die Umlenkklappe 20 abgesenkt nach hinten über den Spiegel des Wasserfahrzeuges 2 hinausragt, kann es erforderlich sein, daß z.B. in Fortsetzung der Top-Platte 6 und der Bodenplatte 5 ein nach hinten herausragender Havarieschutz vorgesehen ist. Gleiches gilt auch für einen seitlichen, etwa senkrechten Schutz. Dabei sind alle für den Havarieschutz benötigten Teile so ausgestaltet und an dem Wasserstrahlantrieb bzw. dem Wasserfahrzeug angebracht, daß sie in der Vorrausfahrt nicht in den Wasserstrahl hineinragen.

[0056] Zur Reduzierung des Einbauraumes im Schiffskörper, aber auch zur kostengünstigen Gestaltung der containerisierten komplett-Antriebsanlage kann erfindungsgemäß vorgesehen werden, daß der Antriebsmotor 13 zumindest z.T. auf oder neben dem Strömungskanal 10 befestigt wird (in Fig.1 gestrichelt dargestellt) und die Motorleistung über eine Kupplung 40 per Riementrieb 41 auf die Antriebswelle 14 übertragen wird. Dadurch ergibt sich außerdem der Vorteil, daß der Riementrieb 41 eine schwingungstechnische Entkoppelung herbeiführt, eine vorteilhafte Untersetzung bereitstellt, die ein besonderes Untersetzungsgetriebe überflüssig macht und die mechanischen Verluste reduziert.

[0057] Nachfolgend wird mit Hilfe der Figuren 12 bis 16 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Dabei ist der mit 1' bezeichnete Wasserstrahlantrieb im Gegensatz zu dem in Fig.1 dargestellten Ausführungsbeispiel weiter nach vorne in das Wasserfahrzeug 2' eingebaut, so daß auch bei abgesenkter Umlenkklappe 20' diese nicht aus der Spiegelkontur des Wasserfahrzeuges 2' herausragt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Spiegel 50' des Wasserfahrzeuges 2' für den Querstrom eingezogen, so daß nach hinten und den Seiten offene (bzw. auslaufende ) Nischen 51, 52 für den Querstrom entstehen (Fig. 13 und 16), die sowohl nach unten als auch nach hinten auslaufend ausgebildet sind.

[0058] Bei dem Wasserstrahlantrieb 1' ist außerdem vorgesehen, daß der Strömungskanal 10' derart ausgebildet ist, daß das Wasser diesem horizontal von vorne zuführbar ist. Hierzu ist außenseitig vor der vorderen Querwand 4' des containerartigen Gehäuses 3' eine äußere Bodenplatte 53 angeordnet, die einerseits zur Durchführung, Lagerung und Abdichtung der Antriebswelle dient und die andererseits schräge Leitflächen 54 (Fig.15) aufweist, welche dieser Bodenplatte 53 an ihrer Unterseite eine trichter- und tunnelförmige Kontur verleiht und die sich an ihren Enden an die Hinterschiffskonturen anpaßt und damit verbunden ist.

[0059] Außerdem ist im unteren Bereich außenseitig vor der vorderen Querwand 4' des containerartigen Gehäuses 3' ein Ansatzkörper 55 mit nach außen schräg ausgestellten Leitflächen 56 angeordnet, welche dem Ansatzkörper 55 einen trichterförmigen Innenmantel verleihen. Der Außenmantel des Ansatzkörpers 55 hat konische Außenkonturen, die strömungsförmig auf die Außenkanten der Querwand 4' zulaufen.

[0060] Der Ansatzkörper 55 bildet daher mit der äußeren Bodenplatte 53 einen horizontalen Strömungskanal 10' mit einem ovalen Wassereinlauf 9' in sogenannter Breitform.

[0061] Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise in dem horizontalen Wassereinlauf 9' des Strömungskanals 10' vor dem Impeller 15' ein Stützstem 57' zur Lagerung der Antriebswelle 14' angeordnet sein (Fig.14), dessen Stege 58' derart geformt sind, daß sie eine gleichrichtende Wirkung auf die Impelleranströmung ausüben.

[0062] Am zweckmäßigsten ist für Wasserstrahlantriebe eine Energieumsetzung von Drall- in Strömungsenergie bei der Leitschaufeln vermieden oder zumindest auf ein Minimum reduzierbar sind, indem der Düsenaustritt 16' einen im wesentlichen eckigen Querschnitt aufweist, wobei die inneren Konturen des Propulsionsgehäuses 11' im Übergangsbereich hinter dem kreisrunden Querschnitt des Impellers 15' bis zum dem im wesentlichen eckigen Düsenaustritt 16' Leitflächen 59 bilden, die derart gewendelt sind, dass diese bis zum Düsenaustritt 16' Drallenergie in Strömungsenergie umsetzen.

[0063] Durch eine derartige Ausgestaltung des Propulsionsgehäuses 11' kann das containerförmige Außengehäuse 3' und somit der Wasserstrahlantrieb 1' im ganzen schmäler und leichter gehalten werden.

[0064] Selbstverständlich können im Strahlantrieb und somit im Propulsionsgehäuse auch mindestens zwei Impeller 15' u. 15 " vorgesehen sein (Fig.19 u. 20). Dann ist der erste und der zweite Impeller anteilig, etwa je zur Hälfte, an der Leistungsübertragung und somit an der Drallerzeugung beteiligt, so daß die anteilige Drallenergie hinter dem ersten Impeller mit einer Mindestanzahl an Leitschaufeln 30" und die hinter dem zweiten Impeller ohne Leitschaufeln nur mittels entsprechend gewendelter Leitflächen 59" umgesetzt wird und so das Beschädigungsrisiko durch Fremdkörper auch bei einem Wasserstrahlantrieb in einer zweistufigen Ausführungsvariante möglichst gering ist.

Bezugszeichenliste

[0065] 

1,1'

Wasserstrahlantrieb

2,2'

Wasserfahrzeug

3,3'

Gehäuse

4,4'

vordere Querwand

5,5'

Bodenplatte

6,6'

Top-Platte

7,8

Seitenwände

9,9'

Wassereinlauf

10,10'

Strömungskanal

11,11 '

rohrförmige Abschnitt, Propulsionsgehäuse

12

Öffnung

13

Antriebsmotor

14,14'

Antriebswelle

15,15',15"

Impeller

16,16'

Düsenaustritt

17

Leiteinrichtung

18,19

Ruderklappen

20,20'

Umlenkklappe

21

Deckplatte

22

Dichtplatte

23

Kammer

24

Bodenumlenkgitter

25,26

Leitflossen

27,28

Achsen (Ruderklappen)

29

Koppelstange

30,30"

Leitschaufel

31,32

Austrittsöffnungen

34

Kulisse

35

Mittelstrebe

36

Rahmen

37,38

Umlenkflossen

40

Kupplung

41

Riementrieb, Zugmittelgetriebe

48

Bootswendegetriebe

49

Einlaufschutzgitter

50,50'

Spiegel

51,52

Nischen

53

äußere Bodenplatte

54

Leitflächen (Bodenplatte)

55

Ansatzkörper

56

Leitflächen (Ansatz)

57'

Stützstem

58'

Steg

59

Leitflächen (Gleichrichter)

100

Wasser

101

Wasserstrahl

Ansprüche

1. Wasserstrahlantrieb für Wasserfahrzeuge mit den Merkmalen:

a) der Wasserstrahlantrieb (1; 1') weist ein mit Wasserfahrzeugen (2; 2') verbindbares containerartiges Gehäuse (3; 3') mit einer vorderen Querwand (4; 4'), einer Bodenplatte (5), einer Top-Platte (6) und zwei Seitenwänden (7, 8) auf, welches vorderseitig mit einem einen Wassereinlauf (9) aufnehmenden Strömungskanal (10, 10') verbunden ist;

b) in dem Gehäuse (3; 3') ist ein Propulsionsgehäuse (11; 11') vorgesehen, welches sich über eine Öffnung (12) in der vorderen Querwand (4; 4') an den Strömungskanal (10; 10') anschließt und mindestens einen von einem Antriebsmotor (13) über eine horizontale Antriebswelle (14; 14') drehbaren Impeller (15; 15'; 15"), mindestens eine drallumsetzende Einrichtung und einen Düsenaustritt (16; 16') umfaßt, so daß bei der bestimmungsgemäßen Verwendung des Wasserstrahlantriebes (1; 1') dem Impeller (15; 15'; 15") Wasser (100) durch den Strömungskanal (10; 10') zugeführt, dieses beschleunigt und dann mit hoher Geschwindigkeit durch den Düsenaustritt (16; 16') ausgestoßen wird;

c) der Wasserstrahlantrieb (1; 1'),umfaßt ferner eine dem Düsenaustritt (16; 16') nachgeschaltete, mindestens teilweise in dem containerartigen Gehäuse (3; 3') angeordnete Leiteinrichtung (17) mit mindestens zwei seitlichen Ruderklappen (18, 19), die gleichzeitig von einer Ruhestellung in eine seitliche Steuerstellung verschwenkbar sind, und eine in den Wasserstrahl (101) schwenk- und verschließbare Umlenkklappe (20; 20');

d) die Umlenkklappe (20; 20') und die beiden Ruderklappen (18, 19) bilden mit der Bodenplatte (5) des containerartigen Gehäuses (3; 3') und einer oberen in dem Gehäuse (3; 3') angeordneten Deckplatte (21) sowie einer im Bereich des Düsenaustritts (16; 16') vertikal angeordneten Dichtplatte (22) eine Kammer (23), derart, daß der aus dem Düsenaustritt (16; 16') austretende Wasserstrahl (101) bei geschlossener Umlenkklappe (20; 20') und in ihren Ruhestellungen befindlichen Ruderklappen (18, 19) im wesentlichen nur durch ein in der Bodenplatte (5) vorgesehenes Bodenumlenkgitter (24) nach vorne umlenkbar ist; und

e) die Umlenkklappe (20; 20') weist seitliche Leitflossen (25, 26) auf, die derart ausgebildet sind, daß sich bei geschlossener Umlenkklappe (20; 20') und aus ihrer Ruhelage verschwenkten Ruderklappen (18, 19) zwischen der jeweiligen Leitflosse (25, 26) und der entsprechenden Ruderklappenkontur eine umschlossene Austrittsöffnung (31, 32) ergibt, durch welche der Wasserstrahl (101) in Querrichtung aus der Kammer (23) steuerbar austritt, wobei die Kontur der Seitenwände (7, 8) des containerartigen Gehäuses (3; 3') in diesem Bereich derart gewählt ist, daß der Wasserstrahl (101) nicht behindert wird.

2. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (10') derart ausgebildet ist, daß das Wasser diesem horizontal von vorne und/oder mindestens teilweise von beiden Seiten zuführbar ist.

3. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß außenseitig vor der vorderen Querwand (4') des containerartigen Gehäuses (3') eine äußere Bodenplatte (53) angeordnet ist, die schräge Leitflächen (54) aufweist, welche dieser Bodenplatte (53) an ihrer Unterseite tunnel- und trichterförmige Konturen verleihen.

4. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß außenseitig vor der vorderen Querwand (4') des containerartigen Gehäuses (3') ein Ansatzkörper (55) mit nach außen hin schräg ausgestellten Leitflächen (56) angeordnet ist, welche dem Ansatzkörper (55) einen trichterförmigen Innenmantel verleihen, und daß der Außenmantel des Ansatzkörpers (55) konische Leitflächen aufweist, die strömungsförmig auf die Außenkanten der vorderen Querwand (4') zulaufen.

5. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatzkörper (55) mit der äußeren Bodenplatte (53) einen Strömungskanal (10') für einen ovalen Wassereinlauf (9') in Breitform bildet.

6. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Strömungskanal (10) um ein Gehäuseteil mit einem nach unten gerichteten Wassereinlauf (9) handelt, das rohrförmig in eine runde Öffnung (12) der vorderen Querwand (4) mündet.

7. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungskanal (10') vor dem Impeller (15') ein Stützstem (57') zur Lagerung der Antriebswelle (14') angeordnet ist, dessen Stege (58') derart geformt sind, daß sie eine gleichrichtende Wirkung auf die Impelleranströmung ausüben.

8. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Propulsionsgehäuse (11') hinter dem Impeller (15') Leitschaufeln (30; 30") angeordnet sind, welche die Drallenergie in Strömungsenergie umsetzen.

9. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Propulsionsgehäuse (11') im Bereich des Impellers (15', 15") einen kreisrunden Querschnitt und im Bereich des Düsenaustritts (16') einen im wesentlichen eckigen Querschnitt aufweist, und daß die inneren Konturen zwischen den beiden Querschnittsformen Leitflächen (59) bilden, die derart gewendelt sind, daß das Wasser (100) den Düsenaustritt (16') mit reduziertem Drall verläßt.

10. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Propulsionsgehäuse (11') zwei Impeller (15', 15") mit dazwischen angeordneten Leitschaufeln (30") vorgesehen sind.

11. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Ruderklappe (18, 19) der Leiteinrichtung (17), die nach der zu steuernden Seite verschwenkt wird, jeweils einen größeren Winkel aufweist als die benachbarte Steuerklappe (19, 18).

12. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Bodenplatte (5) des containerartigen Gehäuses (3; 3') vorgesehene Bodenumlenkgitter (24) fischgrätenartig angeordnete Umlenkflossen (37, 38) aufweist, derart, daß der von der Umlenkklappe (20; 20') zurückgelenkte Wasserstrahl (101) geteilt und an dem Wassereinlauf (9) des Strömungskanales (10; 10') mindestens teilweise vorbeigelenkt wird.

13. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die fischgrätenartigen Umlenkflossen (37, 38) des Bodenumlenkgitters (24) mindestens teilweise verschließbar sind.

14. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die gitterartigen Umlenkflossen (37, 38) des Bodenumlenkgitters (24) zum hinteren Ende der Bodenplatte (5) hin derart gestaffelt angeordnet sind, daß die jeweils nach achtem folgende Umlenkflosse (37, 38) tiefer liegt als die davor liegende, so daß jede dieser Umlenkflossen (37, 38) in der Vorausfahrt des entsprechenden Wasserfahrzeuges (2) zusätzlich Wasser von unten aufnehmen kann.

15. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (13) des Impellers (15) fest mit dem Strömungskanal (10) verbunden ist, wobei die Kraftübertragung auf die Antriebswelle (14) mittels eines Zugmittelgetriebes (41) erfolgt.

16. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Ende der Bodenplatte (5') über die hintere Kontur der Umlenkklappe (20') hinausragt und daß im hinteren Bereich der Bodenplatte (5') mindestens zwei vertikale Rohrstützen befestigt sind, die sich nach oben an der Top-Platte (6') oder direkt am Schiffskörper des entsprechenden Wasserfahrzeuges (2') abstützen.

17. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das containerartige Gehäuse (3;3') und/oder der Strömungskanal (10;10') aus Stahl, Aluminium, einem Faser-verbundwerkstoff oder einem in Verbundbauweise aus Metall und Kunststoff hergestellten Material besteht.

18. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstrahlantrieb (1) derart ausgebildet ist, daß die Ruderklappen (18, 19) und die Umlenkklappe (20) im montierten Zustand des Wasserstrahlantriebes (1) über den heckseitigen Spiegel des Wasserfahrzeuges (2) und über die Seitenwände (7, 8) des containerartigen Gehäuses (3) hinausragen.

19. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das containerartige Gehäuse (3') mit den darin befindlichen Ruderklappen und der Umlenkklappe (20') im montierten Zustand des Wasserstrahlantriebes (1') bündig mit dem heckseitigen Spiegel des Wasserfahrzeuges (2') abschließt und beidseitig in den Seitenwänden Ausnehmungen für den Querstrom vorgesehen sind, die in entsprechende Nischen (51, 52) des Wasserfahrzeuges übergehen.

Claims

1. Water jet propulsion system for watercraft having the following features:

a) the water jet propulsion system (1; 1') has a container-like housing (3; 3') which can be connected to watercraft (2; 2') and has a front transverse wall (4; 4'), a baseplate (5), a top plate (6) and two side walls (7, 8), and is connected at the front to a flow duct (10, 10') which holds a water inlet (9);

b) a propulsion housing (11; 11') is provided in the housing (3; 3'), is connected to the flow duct (10; 10') via an opening (12) in the front transverse wall (4; 4') and has at least one impeller (15; 15'; 15") which can be rotated by a propulsion motor (13) about a horizontal propulsion shaft (14; 14'), at least one spin-converting device and one nozzle outlet (16; 16'), so that, when the water jet propulsion system (1; 1') is used correctly, the impeller (15; 15'; 15'') is supplied with water (100) through the flow duct (10; 10'), accelerates this water (100) and then ejects it at high speed through the nozzle outlet (16; 16');

c) the water jet propulsion system (1; 1') furthermore has a guidance device (17), which is connected downstream from the nozzle outlet (16; 16'), is at least partially arranged in the container-like housing (3; 3') and has at least two side control surfaces (18, 19) which can be pivoted at the same time from a rest position to a side control position, and a deflection surface (20; 20') which can be pivoted into the water jet (101) and can be closed;

d) the deflection surface (20; 20') and the two control surfaces (18, 19) together with the base plate (5) of the container-like housing (3; 3') and an upper cover plate (21), which is arranged in the housing (3; 3'), as well as a sealing plate (22) which is arranged vertically in the area of the nozzle outlet (16; 16') form a chamber (23), such that the water jet (101) which emerges from the nozzle outlet (16; 16') can be deflected forwards essentially only by means of a base deflection grating (24), which is provided in the baseplate (5), when the deflection surface (20; 20') is closed and the control surfaces (18, 19) are in their rest positions; and

e) the deflection surface (20; 20') has side guide vanes (25, 26), which are designed such that, when the deflection surface (20; 20') is closed, and the control surfaces (18, 19) are pivoted away from their rest position, an enclosed outlet opening (31, 32) is formed between the respective guide vane (25, 26) and the corresponding control surface contour, through which the water jet (101) emerges controllably from the chamber (23) in the transverse direction, with the contour of the side walls (7, 8) of the container-like housing (3; 3') being selected in this area such that the water jet (101) is not impeded.

2. Water jet propulsion system according to Claim 1, characterized in that the flow duct (10') is designed such that the water can be supplied to it horizontally from the front and/or at least partially from both sides.

3. Water jet propulsion system according to Claim 2, characterized in that an outer baseplate (53) is arranged on the outside in front of the front transverse wall (4') of the container-like housing (3') and has oblique guide surfaces (54) which give this baseplate (53) contours in the form of tunnels or funnels on its lower face.

4. Water jet propulsion system according to Claim 2 or 3, characterized in that an attachment body (55) with guide surfaces (56) which point obliquely outwards is arranged on the outside in front of the front transverse wall (4') of the container-like housing (3') and these guide surfaces (56) give the attachment body (55) an inner casing in the form of a funnel, and in that the outer casing of the attachment body (55) has conical guide surfaces which run in a streamlined form to the outer edges of the front transverse wall (4').

5. Water jet propulsion system according to Claim 4, characterized in that the attachment body (55) together with the outer baseplate (53) forms a flow duct (10') for an oval water inlet (9') with the major axis horizontal.

6. Water jet propulsion system according to Claim 1, characterized in that the flow duct (10) is a housing part with a water inlet (9) which points downwards and opens in the form of a tube into a round opening (12) in the front transverse wall (4).

7. Water jet propulsion system according to one of Claims 1 to 6, characterized in that a supporting star (57') as the bearing for the propulsion shaft (14') is arranged in the flow duct (10') upstream of the impeller (15'), and its webs (58') are shaped such that they exert a smoothing effect on the impeller incident flow.

8. Water jet propulsion system according to one of Claims 1 to 7, characterized in that guide vanes (30; 30''), which convert the spin energy to flow energy, are arranged in the propulsion housing (11') downstream from the impeller (15').

9. Water jet propulsion system according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the propulsion housing (11') has a circular cross section in the area of the impeller (15', 15''), and has an essentially polygonal cross section in the area of the nozzle outlet (16'), and in that the inner contours between the two cross-sectional shapes form guide surfaces (59) which are twisted such that the water (100) leaves the nozzle outlet (16') with less spin.

10. Water jet propulsion system according to Claim 9, characterized in that two impellers (15', 15") with guide vanes (30 ") arranged between them are provided in the propulsion housing (11').

11. Water jet propulsion system according to one of Claims 1 to 10, characterized in that that control surface (18, 19) of the guidance device (17) which is pivoted towards the side to be steered to in each case has a larger angle than the adjacent control surface (19, 18).

12. Water jet propulsion system according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the base deflection grating (24) which is provided in the baseplate (5) of the container-like housing (3; 3') has deflection vanes (37, 38) which are arranged in a herringbone pattern, such that the water jet (101) which is deflected back by the deflection surface (20; 20') is split, and at least partially bypasses the water inlet (9) of the flow duct (10; 10').

13. Water jet propulsion system according to Claim 12, characterized in that the herringbone-shaped deflection vanes (37, 38) of the base deflection grating (24) can be at least partially closed.

14. Water jet propulsion system according to one of Claims 1 to 13, characterized in that the grating-like deflection vanes (37, 38) of the base deflection grating (24) are arranged staggered towards the rear end of the baseplate (5) such that the respective deflection vanes (37, 37) which follow towards the stern are located at a deeper level than those at the front, so that each of these deflection vanes (37, 38) can additionally receive water from underneath when the corresponding watercraft (2) is moving forwards.

15. Water jet propulsion system according to one of Claims 1 to 14, characterized in that the propulsion motor (13) for the impeller (15) is fixed to the flow duct (10), with the power being transmitted to the propulsion shaft (14) by means of a traction transmission (41).

16. Water jet propulsion system according to one of Claims 1 to 15, characterized in that the rear end of the baseplate (5') projects beyond the rear contour of the deflection surface (20'), and in that at least two vertical tubular supports are mounted in the rear area of the baseplate (5') and are supported at the top on the top plate (6'), or directly on the hull of the corresponding watercraft (2').

17. Water jet propulsion system according to one of Claims 1 to 16, characterized in that the container-like housing (3; 3') and/or the flow duct (10; 10') are/is composed of steel, aluminium, of a fibre composite material or of a material which is produced in composite form from metal and plastic.

18. Water jet propulsion system according to one of Claims 1 to 17, characterized in that the water jet propulsion system (1) is designed such that the control surfaces (18, 19) and the deflection surface (20) project beyond the water level at the stern of the watercraft (2) and beyond the side walls (7, 8) of the container-like housing (3) when the water jet propulsion system (1) is installed.

19. Water jet propulsion system according to one of Claims 1 to 17, characterized in that the container-like housing (3'), together with the control surfaces located in it and with the deflection surface (20') end flush with the water level at the stern of the watercraft (2') when the water jet propulsion system (1') is installed, and recesses for the transverse flow are provided in the side walls on both sides, and merge into corresponding recesses (51, 52) in the watercraft.

Revendications

1. Propulsion par jet d'eau pour bateaux, ayant les caractéristiques suivantes :

a) la propulsion par jet d'eau (1 ; 1') présente un carter (3 ; 3') de type récipient pouvant être connecté à des bateaux (2 ; 2'), avec une paroi transversale avant (4 ; 4'), une plaque de base (5), une plaque supérieure (6) et deux parois latérales (7, 8), ce carter étant connecté du côté avant à un canal d'écoulement (10, 10') recevant une entrée d'eau (9) ;

b) dans le carter (3 ; 3') est prévu un carter de propulsion (11 ; 11') qui se raccorde par le biais d'une ouverture (12) dans la paroi transversale avant (4 ; 4') au canal d'écoulement (10 ; 10') et comprend au moins une hélice (15 ; 15' ; 15") pouvant être entraînée en rotation par un moteur d'entraînement (13) par le biais d'un arbre d'entraînement horizontal (14 ; 14'), au moins un dispositif convertissant le mouvement de rotation et une sortie à tuyère (16 ; 16'), de sorte que lors de l'utilisation conforme de la propulsion par jet d'eau (1 ; 1'), de l'eau (100) soit acheminée par le canal d'écoulement (10 ; 10') à l'hélice (15 ; 15' ; 15"), accélérée, puis expulsée à grande vitesse à travers la sortie à tuyère (16 ; 16') ;

c) la propulsion par jet d'eau (1 ; 1') comprend en outre un dispositif de guidage (17) monté après la sortie à tuyère (16 ; 16'), disposé au moins partiellement dans le carter (3 ; 3') de type récipient, avec au moins deux ailes de gouvernail latérales (18, 19), qui peuvent être pivotées simultanément d'une position de repos dans une position de commande latérale, et une aile de déviation (20 ; 20') pouvant être pivotée et fermée dans le jet d'eau (101) ;

d) l'aile de déviation (20 ; 20') et les deux ailes de gouvernail (18, 19) forment, avec la plaque de base (5) du carter (3 ; 3') de type récipient et avec une plaque de recouvrement (21) supérieure disposée dans le carter (3 ; 3') ainsi qu'une plaque d'étanchéité (22) disposée verticalement dans la région de la sortie à tuyère (16 ; 16'), une chambre (23) de telle sorte que le jet d'eau (101) sortant de la sortie à tuyère (16 ; 16'), lorsque l'aile de déviation (20 ; 20') est fermée et que les ailes de gouvernail (18, 19) se trouvent dans leur position de repos, ne puisse essentiellement être dévié vers l'avant que par une grille de déviation inférieure (24) prévue dans la plaque de base (5) ; et

e) l'aile de déviation (20 ; 20') présente des empennages directeurs latéraux (25, 26) qui sont réalisés de telle sorte que lorsque l'aile de déviation (20 ; 20') est fermée et que les ailes de gouvernail (18, 19) sont pivotées hors de leur position de repos, il se crée entre les empennages respectifs (25, 26) et le contour correspondant de l'aile de déviation une ouverture de sortie (31, 32) entourée, à travers laquelle le jet d'eau (101) sort de manière commandable dans la direction transversale hors de la chambre (23), le contour des parois latérales (7, 8) du carter (3 ; 3') de type récipient étant choisi de telle sorte dans cette région, que le jet d'eau (101) ne soit pas affecté.

2. Propulsion par jet d'eau selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canal d'écoulement (10') est réalisé de telle sorte que l'eau puisse être acheminée à ce canal depuis l'avant et/ou au moins partiellement depuis les deux côtés.

3. Propulsion par jet d'eau selon la revendication 2, caractérisée en ce que du côté extérieur avant la paroi transversale avant (4') du carter (3') de type récipient est disposée une plaque de base (53) qui présente des faces de guidage obliques (54) qui confèrent à cette plaque de base (53) des contours en forme de tunnel et d'entonnoir au niveau de son côté inférieur.

4. Propulsion par jet d'eau selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que du côté extérieur avant la paroi transversale avant (4') du carter (3') de type récipient est disposé un corps en saillie (55) avec des faces de guidage (56) exposées obliquement vers l'extérieur, qui confèrent au corps en saillie (55) une enveloppe interne en forme d'entonnoir et en ce que l'enveloppe externe du corps en saillie (55) présente des faces de guidage coniques qui convergent en forme d'écoulement vers les arêtes extérieures de la paroi transversale avant (4').

5. Propulsion par jet d'eau selon la revendication 4, caractérisée en ce que le corps en saillie (55) forme avec la plaque de base extérieure (53) un canal d'écoulement (10') pour une entrée d'eau ovale (9') en largeur.

6. Propulsion par jet d'eau selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canal d'écoulement (10) est une partie du carter avec une entrée d'eau (9) orientée vers le bas, qui débouche en forme de tuyau dans une ouverture ronde (12) de la paroi transversale avant (4).

7. Propulsion par jet d'eau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'on prévoit dans le canal d'écoulement (10') avant l'hélice (15') une étoile de support (57') pour le support de l'arbre d'entraînement (14'), dont les branches (58') sont formées de telle sorte qu'elles exercent sur l'écoulement de l'hélice un effet de redressement.

8. Propulsion par jet d'eau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'on dispose dans le carter de propulsion (11') derrière l'hélice (15') des aubes directrices (30 ; 30") qui convertissent l'énergie de rotation en énergie d'écoulement.

9. Propulsion par jet d'eau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le carter de propulsion (11') présente, dans la région de l'hélice (15', 15") une section transversale circulaire et dans la région de la sortie à tuyère (16') une section transversale essentiellement polygonale, et en ce que les contours internes entre les deux formes en section transversale forment des surfaces directrices (59) qui sont rendues hélicoïdales de telle sorte que l'eau (100) quitte la sortie à tuyère (16') avec une rotation réduite.

10. Propulsion par jet d'eau selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'on prévoit dans le carter de propulsion (11') deux hélices (15', 15") avec des aubes directrices (30") disposées entre elles.

11. Propulsion par jet d'eau selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'aile de gouvernail (18, 19) du dispositif de guidage (17), qui est pivotée vers le côté à commander, présente à chaque fois un angle plus important que l'aile de commande voisine (19, 18).

12. Propulsion par jet d'eau selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la grille de déviation inférieure (24) prévue dans la plaque de base (5) du carter (3 ; 3') de type récipient présente des empennages de déviation (37, 38) disposés en arête de poisson, de telle sorte que le jet d'eau (101) dévié en arrière par l'aile de déviation (20 ; 20') soit divisé et au moins partiellement dévié devant l'entrée d'eau (9) du canal d'écoulement (10 ; 10').

13. Propulsion par jet d'eau selon la revendication 12, caractérisée en ce que les empennages de déviation (37, 28) en arête de poisson de la grille de déviation inférieure (24) peuvent être au moins partiellement fermés.

14. Propulsion par jet d'eau selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que les empennages de déviation de type grille (37, 38) de la grille de déviation inférieure (24) sont disposés vers l'extrémité arrière de la plaque de base (5) de manière échelonnée de telle sorte que l'empennage de déviation (37, 38) vers l'arrière se trouve plus bas que celui situé avant, de sorte que chacun de ces empennages de déviation (37, 38) puisse recevoir de l'eau supplémentaire par le dessous lors de la conduite vers l'avant du bateau en question (2).

15. Propulsion par jet d'eau selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que le moteur d'entraînement (13) de l'hélice (15) est connecté fixement au canal d'écoulement (10), la transmission de force à l'arbre d'entraînement (14) s'effectuant au moyen d'une transmission à courroie (41).

16. Propulsion par jet d'eau selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que l'extrémité arrière de la plaque de base (5') dépasse au-delà du contour arrière de l'aile de déviation (20') et en ce qu'au moins deux tubulures verticales sont fixées dans la région arrière de la plaque de base (5'), lesquelles s'appuient vers le haut contre la plaque supérieure (6') ou directement contre la coque du bateau correspondant (2').

17. Propulsion par jet d'eau selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisée en ce que le carter (3 ; 3') de type récipient et/ou le canal d'écoulement (10 ; 10') se compose(nt) d'acier, d'aluminium, d'un matériau composite renforcé par des fibres ou d'un matériau fabriqué suivant une construction composite en métal et en plastique.

18. Propulsion par jet d'eau selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que la propulsion par jet d'eau (1) est réalisée de telle sorte que les ailes de gouvernail (18, 19) et l'aile de déviation (20), dans l'état monté de la propulsion par jet d'eau (1), dépassent au-delà du tableau arrière du bateau (2) et au-delà des parois latérales (7, 8) du carter (3) de type récipient.

19. Propulsion par jet d'eau selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que le carter (3') de type récipient, avec les ailes de gouvernail et l'aile de déviation (20') s'y trouvant, se termine en affleurement avec le tableau arrière du bateau (2') dans l'état monté de la propulsion par jet d'eau (1'), et en ce que des évidements pour le courant transversal sont prévus dans les parois latérales, lesquels se prolongent par des niches correspondantes (52, 52) du bateau.

Zeichnung