DE102011005313B3

DE102011005313B3 - Flossenvorrichtung mit Arretierungseinrichtung

Info

Publication number: DE102011005313B3
Application number: DE201110005313
Authority: DE
Inventors: Michael Zollenkopf; Thomas Siebrecht; Kai Danneberg; Christoph Psyk; Holger Spardel
Original assignee: Blohm and Voss Industries GmbH
Current assignee: SKF Marine GmbH
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2031-03-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flossenvorrichtung (1) zur Stabilisierung eines Wasserfahrzeugs, insbesondere eines Schiffes, enthaltend ein mittels einer Antriebseinrichtung (2) antreibbares Hauptflossenelement (10) und ein an dem Hauptflossenelement (10) bewegbar gelagertes Schwanzflossenelement (30). Die Erfindung betrifft insbesondere eine Flossenvorrichtung mit einer Arretierungseinrichtung (39) zum Arretieren des Schwanzflossenelements (30) relativ zu dem Hauptflossenelement (10). Die Erfindung betrifft weiterhin ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Schiff mit einer Flossenvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flossenvorrichtung zur Stabilisierung eines Wasserfahrzeugs, insbesondere eines Schiffes, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Schiff mit einer erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind Flossenstabilisatoren bekannt, die in Schiffen zum Einsatz kommen. Sie sind an den Seiten des Schiffes unterhalb der Wasserlinie angebaut, um Rollbewegungen des Schiffes entgegenzuwirken bzw. zu dampfen. Bei der Stabilisierung in Fahrt wird die Anströmung genutzt, um Druckunterschiede an der angestellten Flosse des Flossenstabilisators zu erzeugen. Diese bewirken eine Kraft, die zum Stabilisieren bzw. Aufrichten des Schiffes genutzt wird. Bei der Vor-Anker-Stabilisierung wird die Flosse möglichst schnell und über einen großen Winkel durchgestellt, um eine Umströmung zu erzeugen. Diese bewirkt eine Kraft, die zur Stabilisierung des Schiffes genutzt wird.
Die optimalen Geometrien der Flossen für die jeweiligen Betriebsarten widersprechen sich jedoch. Eine für die Stabilisierung in Fahrt optimierte Flossengeometrie sollte eine große Spannweite gegenüber der Sehnenlänge und eine relativ zur Flosse mittig gelagerte Drehachse aufweisen. Dagegen ist für die Vor-Anker-Stabilisierung eine Flossengeometrie mit einer großen Sehnenlänge vorteilhaft, die weit vorne im Anströmbereich gelagert ist.
DE 1 022 928 zeigt ein Flossensystem mit einer Haupt- und Hilfsflosse. Die Hauptflosse ist ohne eigenen Antrieb drehbar gelagert. An der Hauptflosse ist die Hilfsflosse scharnierartig angelenkt und wird durch hydraulisch oder elektrisch betätigte Mittel angetrieben. Die hydraulisch oder elektrisch betätigten Mittel sowie eine Hebel-Lager-Einrichtung der Hilfsflosse zur Kopplung mit dem besagten Mittel sind innerhalb eines Gehäuses auf der Hauptflosse angeordnet. Aufgrund der Tatsache, dass die Hauptflosse nicht aktiv angetrieben wird ist das Flossensystem wirkungslos, wenn sich das Schiff vor Anker befindet und die Strömungsgeschwindigkeit niedrig ist. Das System ist also nur bei ausreichender Fahrtgeschwindigkeit des Schiffes einsetzbar ist. Nachteilig ist auch, dass das Gehäuse von der Fläche der Hauptflosse absteht und Strömungswiderstand bzw. Turbulenzen in der Strömung verursacht.
EP 1 577 210 B1 zeigt ein aktives Rollstabilisierungssystem für Schiffe mit einem Stabilisierungselement, das ein Unterelement aufweist welches gegenüber dem drehbaren Stabilisierungselement steuerbar ist. Zum Erzeugen von Auf- bzw. Abtrieb wird das Stabilisierungselement innerhalb eines Winkelbereichs durchgestellt. Das Unterelement wird dann aktiv der Schwenkrichtung entgegen gestellt um die Richtung des Kraftvektors möglichst nach oben bzw. unten zu lenken. Je nach Betriebsmodus („in Fahrt” oder „vor Anker”) nimmt das Unterelement jeweils einen positiven oder negativen Winkel zum Stabilisierungselement ein, d. h. entweder in dieselbe (positive Winkelrichtung) oder entgegen (negative Winkelrichtung) der Drehrichtung des Stabilisierungselements. Die Ausführungsform ist gekennzeichnet durch eine ständige Bewegung und Regulierung des Schwanzflossenelements abhängig von der Betriebsart. Dies sorgt für einen hohen Wirkungsgrad, hat jedoch den Nachteil, dass extrem kräftige Antriebe für die Schwanzflosse verbaut werden müssen, um diese bei schneller Anströmung noch in die gewünschte Lage bringen zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flossenvorrichtung aufzuzeigen, die einen verbesserten Wirkungsgrad in Fahrt und auch vor Anker aufweist und/oder eine möglichst strömungsgünstige und platzsparende Form aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine eingangs genannte Flossenvorrichtung, die durch eine Arretierungseinrichtung zum Arretieren des Schwanzflossenelements relativ zu dem Hauptflossenelement gekennzeichnet ist.
Die erfindungsgemäße Flossenvorrichtung ermöglicht es, das Hauptflossenelement sowie das Schwanzflossenelement unabhängig voneinander aktiv steuern zu können und somit eine möglichst effiziente und leistungsfähige Stabilisierung des Wasserfahrzeugs zu erreichen.
Die Betriebszustände des Wasserfahrzeugs „in Fahrt” und „vor Anker” werden im Wesentlichen anhand der Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs unterschieden. Im ersteren Betriebszustand ist die Strömungsgeschwindigkeit niedrig bis sehr hoch wogegen sie im letzteren Betriebszustand i. d. R. niedrig ist (kleiner 4 kn).
Zur Stabilisierung des Wasserfahrzeugs „vor Anker” wird das Schwanzflossenelement in einer relativen Stellung zum Hauptflossenelement arretiert. Dadurch wird die zum Verdrängen des Wassers wirksame Fläche der Flossenvorrichtung vergrößert, so dass eine größere Auf- bzw. Abtriebskraft und eine effiziente Stabilisierung des Wasserfahrzeugs erreicht wird, die in eine größere Stabilisierleistung resultiert. In einer besonders bevorzugten Stellung ist das Schwanzflossenelements fluchtend zum Hauptflossenelement ausgerichtet und erweitert dieses um die eigene Sehnenlänge.
Im den Betriebszustand „in Fahrt” ist das Schwanzflossenelement nicht arretiert. Das Schwanzflossenelement nimmt eine kraftfreie Position in der Abströmung des Hauptflossenelements ein. Die Arretierungseinrichtung wirkt hierbei unterstützend und dämpfend, um ruckartige Bewegungen oder Schwingungen des Schwanzflossenelements zu vermindern. Durch die kraftfreie Position des Schwanzflossenelements verschiebt sich der Druckpunkt der Auf- bzw. Abtriebskraft hin zur Lagerungsachse des Hauptflossenelements. Dadurch sinkt das erforderliche Antriebsdrehmoment zum Antreiben des Hauptflossenelements, wodurch die Flosse weiter auslenkbar ist und höhere Kräfte zur Stabilisieren des Wasserfahrzeugs erzeugt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungseinrichtung im Wesentlichen innerhalb eines Hohlraums des Hauptflossenelements angeordnet ist. Mittels dieser Ausführungsform ist die Arretierungseinrichtung überwiegend im Hohlraum untergebracht, die von der Außenfläche des Hauptflossenelements umhüllt ist. Auf diese Weise ragt die Arretierungseinrichtung nur teilweise aus der Außenfläche des Hauptflossenelements heraus, so dass Strömungsturbulenzen auf diese Weise größtenteils vermieden werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungseinrichtung eine Antriebseinrichtung zum Bewegen des Schwanzflossenelements relativ zu dem Hauptflossenelement umfasst. Das Schwanzflossenelement ist auf diese Weise entgegen der Kraft, welche die Strömung auf das Schwanzflossenelement ausübt, in eine gewünschte Stellung relativ zum Hauptflossenelement bewegbar. Die Antriebseinrichtung ist vorzugsweise hydraulisch ausgebildet und sorgt mittels ihrer Haltekraft auch für die Arretierung des Schwanzflossenelements.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung ist das Schwanzflossenelement drehbar an dem Hauptflossenelement gelagert und die Antriebseinrichtung mittels eines Kniehebels mit dem Schwanzflossenelement gekoppelt. Der Kniehebel ist am Hauptflossenelement drehbar gelagert. Ein Teil der Kraft, die von außen auf das Schwanzflossenelement einwirkt, wird somit über den Kniehebel auf das Hauptflossenelement abgeleitet und erlaubt kleinere Haltekräfte zum Arretieren des Schwanzflossenelements. Ebenso verringert sich die erforderliche Kraft zum Bewegen des Schwanzflossenelements.
Ferner ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung vorteilhaft, bei der das Schwanzflossenelement relativ zur Längsachse des Hauptflossenelements jeweils bis zu einem Winkel von 130° bzw. –35°, vorzugsweise bis 115° bzw. –15°, drehbar ist und erlaubt einen besonderen variablen Einsatz des Schwanzflossenelements.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aretierungseinrichtung mindestens einen Riegel umfasst, der zum Arretieren formschlüssig mit dem Schwanzflossenelement in Eingriff gebracht werden kann. Der Riegel kann somit als alleiniges Arretierungsmittel dienen, das in einer bestimmten Stellung des Schwanzflossenelements relativ zum Hauptflossenelement einsetzbar ist. Bevorzugter Weise wird der Riegel in die Ausnehmung in Eingriff gebracht, wenn sich das Schwanzflossenelement fluchtend zum Hauptflossenelement ausgerichtet ist.
Vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung bei welchem der Riegel als Bolzen ausgebildet ist und in eine am Schwanzflossenelement ausgebildete Ausnehmung bewegbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel mittels eines Hydraulikantriebs in und aus dem Eingriff gebracht werden kann und auf diese Weise eine besonders einfache und zuverlässige Arretierung des Schwanzflossenelements erreicht wird.
Besonders bevorzugt ist ferner eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung, die eine Sensoreinrichtung zum Ermitteln der Winkelstellung des Schwanzflossenelements in Bezug zur Längsachse des Hauptflossenelements aufweist.
Die Sensoreinrichtung ermöglicht eine laufende Überwachung der relativen Stellung des Schwanzflossenelements zum Hauptflossenelement und ggf. Nachregelung bei einer Abweichung vom Sollwert.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung ist die Sensoreinrichtung an der Antriebseinrichtung angeordnet und wirkt mit dieser zusammen.
Außerdem weist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung eine Drucksensoreinrichtung auf, die am Hydraulikantrieb angeordnet ist. Diese Ausführungsform ermöglicht die jeweiligen Endpositionen des Riegels zu erfassen, so dass über die Höhe des Hydraulikdrucks überwacht werden kann, ob eine Verriegelung des Schwanzflossenelements tatsächlich eingetreten ist und ob diese erhalten bleibt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schwanzflossenelement mittels der Antriebseinrichtung relativ zum Hauptflossenelement drehbar ist. Die Antriebseinrichtung wirkt hierbei zusätzlich als Dämpfungselement des Schwanzflossenelements, so dass unkontrollierten Flatterbewegungen des Schwanzflossenelements entgegengewirkt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schwanzflossenelement mittels einer Stange mit gewölbtem Längsprofil drehbar am Kniehebel gekoppelt ist. Die Stange befindet sich teils im Hohlraum des Hauptflossenelements und ragt durch eine Ausnehmung am Hauptflossenelement außerhalb des Hohlraums. Das gewölbte Längsprofil der Stange ermöglicht den Verstellbereich des Schwanzflossenelements relativ zum Hauptflossenelement im negativen Winkelbereich auf einfache Weise zu vergrößern und gleichzeitig die Ausnehmung am Hauptflossenelement, durch welche sie aus dem Hauptflossenelement herausragt möglichst klein zu dimensionieren.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung, die durch ein eine Öffnung aufweisendes Gehäuse zum Aufnehmen des Haupt- und Schwanzflossenelements gekennzeichnet ist, wobei das Hauptflossenelement zusammen mit dem Schwanzflossenelement in das Gehäuse in eine eingefahrene Position einfahrbar bzw. aus diesem in eine ausgefahrene Position ausfahrbar ist. Sofern die Flossenvorrichtung nicht vonnöten ist, lässt es sich in das Gehäuse innerhalb des Wasserfahrzeugs verstauen, so dass sich der Strömungswiderstand des Wasserfahrzeugs verringert.
Auch ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung besonders bevorzugt, bei der die Tiefe des Gehäuses in Einfahrrichtung kleiner ist als die gemeinsame maximale Länge des Haupt- und Schwanzflossenelements, und das Schwanzflossenelement mittels der Aretierungseinrichtung in der eingefahrenen Position so relativ zu dem Hauptflossenelement arretierbar ist, während das Haupt- und Schwanzflossenelement sich im Wesentlichen innerhalb des Gehäuses befinden. Vorteilhafterweise reduziert sich der Platzbedarf zum Positionieren der Flossenvorrichtung innerhalb eines Wasserfahrzeug oder Schiffes in der Einfahrrichtung um einen Bruchteil der maximalen gemeinsamen Sehnenlänge des Haupt- und im Idealfall im Wesentlichen um die Länge des Schwanzflossenelements. Die Einfahrrichtung entspricht der Richtungskomponente, in welche die Sehne des Hauptflossenelements in der eingefahrenen, nicht abgelegten oder abgesenkten Position zeigt. Erfindungsgemäß erreicht die relativ platzsparende Anordnung des Schwanzflossenelements, dass der Platzbedarf im Wasserfahrzeug stets kleiner ist, als wenn beide Flossenelemente fluchtend hintereinander angeordnet wären. Beispielhaft kann die relative Anordnung durch ein Verschieben des Schwanzflossenelements innerhalb des Hauptflossenelements, weites Verschwenken des Schwanzflossenelements relativ zum Hauptflossenelement durch die Antriebseinrichtung oder durch Anordnen des Schwanzflossenelements gelost vom Hauptflossenelement erreicht werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug, insbesondere Schiff mit einer Flossenvorrichtung nach einem der oben genannten erfindungsgemäßen Ausführungsformen. Das Schiff nach dem zweiten Aspekt der Erfindung ist aufgrund der Vorteile der oben genannten erfindungsgemäßen Ausführungsformen besonders stabil gegen Rollbewegungen und strömungsgünstig betreibbar.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Flossenvorrichtung mit Bezug zu beigefügten Figuren geschildert, die Folgendes zeigen:
1 eine perspektivische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Flossenvorrichtung in zwei unterschiedlichen Stellungen des Schwanzflossenelements;
2 eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels;
3 eine Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Flossenvorrichtung;
4 eine Schnittansicht des zweiten Ausführungsbeispiels entlang der Schnittlinie B-B;
5 eine seitliche Schnittansicht des zweiten Ausführungsbeispiels;
6 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs Z mit Riegel in Eingriff;
7 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs Z mit Riegel außer Eingriff; und
8 eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Flossenvorrichtung.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Flossenvorrichtung 1 zur Stabilisierung eines Schiffes enthaltend ein mittels einer Antriebseinrichtung antreibbares Hauptflossenelement 10 und ein an dem Hauptflossenelement 10 bewegbar gelagertes Schwanzflossenelement 30. Die Flossenvorrichtung 1 weist zudem eine Arretierungseinrichtung 39 zum Arretieren des Schwanzflossenelements 30 relativ zu dem Hauptflossenelement 10 auf, wobei die Aretierungseinrichtung 39 im Wesentlichen innerhalb eines Hohlraums 11 des Hauptflossenelements 10 angeordnet ist. Die unten weiter erläuterte Arretierungseinrichtung 39 umfasst eine Antriebseinrichtung 40 Zum Bewegen und Arretieren des Schwanzflossenelements 30 relativ zu dem Hauptflossenelement 10.
Das Hauptflossenelement 10 weist ein tropfenförmiges Längsprofil auf, das von einem ersten dickeren Ende 13 zum anderen zweiten Ende 14 hin verjüngend geformt und innen hohl ausgebildet ist. Das erste Ende 13 bildet den Anströmpunkt der Flossenvorrichtung und befindet sich somit in Bezug auf die Strömungsrichtung an der Vorderseite. Entsprechend ist das zweite Ende 14 in Bezug auf die Strömungsrichtung an der Hinterseite der Flossenvorrichtung angeordnet. Die Länge des Hauptflossenelements 10 bestimmt sich nach der erforderlichen Kraft zur Stabilisierung des Schiffes und nach dem maximalen von der Antriebseinrichtung aufbringbaren Moment. Eine Antriebswelle 2 der Antriebseinrichtung ist im Bereich des ersten Endes 13 mit dem Hauptflossenelement 10 fest verbunden. Das Hauptflossenelement 10 ist um die Längsachse der Antriebswelle 2 mittels Drehung der Antriebswelle schwenkbar. Die Antriebswelle 2 ist hierzu senkrecht zur Längsachse des Hauptflossenelements 10 ausgerichtet.
Das Hauptflossenelement 10 umschließt mit seiner Außenfläche bzw. Wand 15 den Hohlraum 11 im Inneren des Hauptflossenelements 10. Wie in 1 dargestellt, ist der Hohlraum 11 in mehrere Bereiche unterteilt. Eine Trennwand 16 dient dabei zum wasserdichten Abtrennen der Bereiche untereinander sowie zum Versteifen des Hauptflossenelements 10. Darin ist die Antriebseinrichtung 40 der Arretierungseinrichtung 39 angeordnet. An der Wand 15 des Hauptflossenelements 10 im Bereich des zweiten Endes 14 des Hauptflossenelements 10 ist eine Ausnehmung 20 ausgebildet, durch welche eine Stange 60 aus dem Hohlraum 11 hinausragt und mit dem Schwanzflossenelement 30 gekoppelt ist.
Das Schwanzflossenelement 30 ist drehbar an dem Hauptflossenelement 10 gelagert und mittels der Stange 60 und eines Kniehebels 50 mit einem Hydraulikantrieb 41 der Antriebseinrichtung 40 der Arretierungseinrichtung 39 gekoppelt. Es ist relativ zur Längsachse des Hauptflossenelements 10 jeweils bis zu einem Winkel von 130° bzw. –35°, vorzugsweise bis 115° bzw. –15°, drehbar. Die Winkel sind auf die Längsachse des Hauptflossenelements 10 bezogen, wobei die Längsachse die Null-Linie definiert. Das Schwanzflossenelement 30 wird im positiven Drehsinn relativ zur Längsachse verdreht bzw. -schwenkt, wenn sich die Längsachse des Hydraulikantriebs 41 der Antriebseinrichtung 40 verkürzt. Analog wird das Schwanzflossenelement 30 im negativen Drehsinn verdreht, wenn sich die Längsachse des Hydraulikantriebs 41 verlängert.
Wie in 1 zu sehen, ist das Schwanzflossenelement 30 am hinteren Ende 14 des Hauptflossenelements 10 angeordnet und drehbar an mehreren Lagerungsrippen 12 der Hauptflossenelements mittels einer durchgehenden oder mehrerer einzelner Lagerungswellen 31 gelagert. Die Lagerung wird über Lagerbuchsen in den Lagerungsrippen 26 realisiert, wobei die Lagerungsrippen in Aussparungen des Schwanzflossenelements 20 hineinragen.
Das Schwanzflossenelement 30 weist ein im Wesentlichen dreieckiges Längsprofil auf, das sich strömungsabwärts bzw. nach hinten hin verjüngt. Es ist an das Profil des Hauptflossenelements 10 strömungsoptimierend angepasst. Die Länge des Schwanzflossenelements 30 entspricht in den Ausführungsbeispielen etwa einem Drittel des Hauptflossenelements 10, wobei die Länge je nach Bedarf an einem zusätzlichen Moment dimensioniert ist, das mittels des Schwanzflossenelements 30 in unterschiedlichen Betriebszuständen zum Stabilisieren eines Schiffes zur Verfügung gestellt werden soll. Auch das Schwanzflossenelement 30 ist innen hohl ausgebildet. Des Weiteren befindet sich auf dem Schwanzflossenelement 30 eine Kopplungsrippe 33 zum drehbaren Koppeln bzw. Verbinden des Schwanzflossenelements 30 mit der Stange 60 der Arretierungseinrichtung 39. Die Kopplungsrippe 33 weist analog zum Längsprofil des Schwanzflossenelements 30 ein in Richtung des hinteren Endes hin verjüngendes Längsprofil auf. An der Vorderseite der Kopplungsrippe 33 ist eine Bohrung 34 ausgebildet, die zur drehbaren Verbindung mit der Stange 60 der Arretierungseinrichtung 39 dient. Das Schwanzflossenelement 30 ist mittels der Antriebseinrichtung 40 der Arretierungseinrichtung 39 relativ zum Hauptflossenelement 10 gedämpft drehbar bzw. schwenkbar.
Die Arretierungseinrichtung 39 umfasst im ersten Ausführungsbeispiel die Antriebseinrichtung 40 mit einem Hydraulikantrieb 41, dem Kniehebel 50 und der Stange 60. Der Hydraulikantrieb 41 ist vollständig innerhalb des Hohlraums 11 des Hauptflossenelements 10 angeordnet. Im Gegensatz dazu, befindet sich ein Abschnitt des Kniehebels 50 und der Stange 60 je nach Stellung des Schwanzflossenelements 30 relativ zum Hauptflossenelement 10 außerhalb des Hohlraums 11.
Ein Hydraulikzylinder 42 des Hydraulikantriebs 41 ist mittels einer Zapfenlagerung zwischen zwei Halteplatten 19 gelagert. Die Halteplatten 19 sind im Bereich des ersten Endes des Hauptflossenelements 10 angeordnet, so dass ein erster kürzerer Endabschnitt des Hydraulikzylinders 42 im Bereich zwischen der Vorderseite des Hauptflossenelements 10 und den Halteplatten 19 übersteht. Ferner sind die Halteplatten 19 in Richtung der Breite des Hauptflossenelements 10 parallel zueinander und senkrecht zur horizontalen Mittelebene des Hauptflossenelements 10 ausgerichtet. Weiterhin ist in diesem Ausführungsbeispiel an diesem Ende Des Hydraulikzylinders ein Wegsensor 45 angebracht. Dieser dient zum Messen des aktuellen Zylinderhubs. Mittels der Hublänge und der Geometrie des Kniehebels 50 sowie der Stange 60 ist der jeweilige Winkel des Schwanzflossenelements 30 relativ zum Hauptflossenelement 10 berechenbar. Nicht in den Figuren zu sehen sind die Anschlüsse für die Zufuhr eines Druckmediums zum Hydraulikantrieb innerhalb des Hohlraums 11. Eine Zylinderstange 43 bildet einen zweiten Endabschnitt des Hydraulikantriebes 41. Hier ist eine Gabelkopf 44 zur drehbaren Kopplung des Hydraulikantriebs 41 mit dem Kniehebel 50 befestigt.
Der Kniehebel 50 ist mit unterschiedlichen Schenkellängen ausgebildet, wie in 2 zu sehen, und weist eine Lagerungsbohrung 51 sowie zwei Kopplungsbohrungen 52, 53 auf. Im Verbindungsbereich beider Schenkel ist der Kniehebel 50 breiter ausgebildet als an den Enden. In diesem Bereich ist die Lagerungsbohrung 51 angeordnet. Der Kniehebel 50 ist an dem kürzeren Schenkel mit dem Gabelkopf 44 der Zylinderstange 43 drehbar gekoppelt. Am längeren Schenkel ist der Kniehebel 50 mit der Stange 60 mittels einer Gabelflansch 61 drehbar gekoppelt. Die Verbindungslinien zwischen dem Mittelpunkt der Lagerungsbohrung jeweils zu den Kopplungsbohrungen 52, 53 schließen einen Winkel ein, der kleiner ist als 90°. Des Weiteren ist ein Stützelement 54 auf einer Innenfläche der Wand 15 des Hauptflossenelements 10 angeordnet. Das Stützelement 54 ist so ausgelegt und angeordnet, dass die Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der Lagerungsbohrung 51 und der Kopplungsbohrung 53 am längeren Schenkel sowie die Längsachse der Gabelflansch 61 fluchtend zueinander angeordnet sind, wenn der längere Schenkel des Kniehebels 50 auf dem Stützelement 54 aufliegt. In 1 ist diese Stellung des Kniehebels 50 gestrichelt eingezeichnet.
Eine äußere Kraft, die von dem Schwanzflossenelement 30 auf die Stange 60 wirkt, übt in dieser Stellung kein Moment auf den Kniehebel 50 aus. Es liegt somit ein metastabiler Zustand vor. Im ersten Ausführungsbeispiel tritt diese Situation ein, wenn das Schwanzflossenelement 30 mit maximalem negativen Winkel zum Hauptflossenelement 10 ausgerichtet ist. Eine Verstellung des Schwanzflossenelements 30 aus dieser Stellung in eine andere Stellung ist nur mittels des Hydraulikantriebs 41 möglich. Des Weiteren verhindert das Stützelement 54 eine nachteilige Belastung des Hydraulikzylinders, da dieser sonst den metastabilen Zustandspunkt aktiv anfahren und geregelt halten müsste.
Die Stange 60 hat zwei Enden mit jeweils einem Gabelflansch 61, 62 zum Koppeln mit dem Kniehebel 50 und dem Schwanzflossenelement 30. Das erste Ende 61 ist mit dem Kniehebel 50 gekoppelt, wogegen das zweite Ende 62 mit der Kopplungsrippe 33 des Schwanzflossenelements 30 gekoppelt ist. Die Stange 60 weist ein gewölbtes Längsprofil auf, das näherungsweise die Form eines gestreckten S aufweist und sich aus mehreren Teilabschnitten zusammensetzt. Der Gabelflansch 62 am zweiten Ende der Stange 60 ist zudem relativ zur Längsachse des Teilabschnitts angewinkelt angeordnet, mit dem es verbunden ist.
In den 3 bis 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Flossenvorrichtung 1 gezeigt. Im Wesentlichen gleicht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel. Sie unterscheiden sich zum einen darin, dass die Arretierungseinrichtung 39 zusätzlich zur Antriebseinrichtung 40 zwei Riegel 70, 71 umfasst, die zum Arretieren formschlüssig mit dem Schwanzflossenelement 30 in Eingriff gebracht werden. Wie in 3 dargestellt, sind die Riegel 70, 71 mit einem Hydraulikantrieb 76, 77 verbunden und jeweils zur Linken bzw. zur Rechten der Antriebseinrichtung 40 der Arretierungseinrichtung 39 am zweiten Ende des Hauptflossenelements 10 angeordnet. Andererseits weist das zweite Ausführungsbeispiel einen Hydraulikantrieb 140 auf, die direkt mit dem Schwanzflossenelement 30 gekoppelt ist. Denkbar wäre jedoch eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels, die eine gewölbte Stange 60 und einen Kniehebel 50 analog zum ersten Ausführungsbeispiel aufweist.
Die Riegel 70, 71 sind als Bolzen ausgebildet und greifen zum Arretieren des Schwanzflossenelements 30 in eine in der Lagerungswelle 31 ausgebildete Ausnehmung ein. Die Ausnehmung 72, 73 ist so ausgebildet, dass der Bolzen in Eingriff gebracht werden kann, wenn das Schwanzflossenelement fluchtend zum Hauptflossenelement ausgerichtet ist. Der Bolzen 70, 71 wird einerseits mittels eines am zweiten Ende 14 des Hauptflossenelements 10 ausgebildeten Durchgangs 18, 21 und andererseits mittels des Hydraulikantriebs 76, 77 geführt. Die Bewegung des Bolzens 70, 71 erfolgt mittels des Hydraulikantriebs 76, 77, der einen Hydraulikzylinder 78, 79 und eine Zylinderstange 80, 81 aufweist. Das Ende der Zylinderstange 80, 81, das sich außerhalb des Hydraulikzylinders 78, 79 befindet, ist mit dem Bolzen 70, 71 gekoppelt und treibt diesen an. Ferner umfasst der Hydraulikantrieb 76, 77 eine Drucksensoreinrichtung 82, 83 mittels dessen die Endlagen beider Zylinderstangen 80, 81 erfassbar ist.
8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Flossenvorrichtung 1 mit einem eine Öffnung aufweisendes Gehäuse 90 zum Aufnehmen des Haupt- und Schwanzflossenelements 10, 30, wobei das Hauptflossenelement 10 zusammen mit dem Schwanzflossenelement 30 in das Gehäuse 90 in eine eingefahrene Position einfahrbar bzw. aus diesem in eine ausgefahrene Position ausfahrbar ist. Die Tiefe des Gehäuses 90 in Einfahrrichtung ist kleiner als die gemeinsame maximale Länge des Haupt- und Schwanzflossenelements 10, 30. Das Schwanzflossenelement 30 ist mittels der Arretierungseinrichtung 39 in der eingefahrenen Position so relativ zu dem Hauptflossenelement 10 arretierbar, während das Haupt- und Schwanzflossenelement 30 sich im Wesentlichen innerhalb des Gehäuses 90 befinden. Sowohl die Arretierungseinrichtung 39 des ersten als auch des zweiten Ausführungsbeispiels sind zu diesem Zweck geeignet.
Das Gehäuse 90 der Flossenvorrichtung 1 ist mit einer Außenwand 91 und einem Flossenkasten 94 zum Aufnehmen des Haupt- und Schwanzflossenelements 10, 30 ausgebildet. Die Außenwand 91 hat eine gewölbte Kontur und ist an die Kontur der Schiffswand angepasst geformt. An der Außenwand 91 des Gehäuses 90 befindet sich die Öffnung 92 zum Ein- und Ausfahren des Haupt- und Schwanzflossenelements 30. Die Öffnung 92 an der Außenwand 91 hat eine Länge, die in etwa der Breite des Hauptflossenelements 10 und eines Wellengehäuses entspricht, in welchem die Antriebswelle 2 gelagert ist. Die Höhe der Öffnung 92 entspricht der Länge des Schwanzflossenelements 30, so dass das Schwanzflossenelement 30 in der arretierten Stellung zumindest abschnittsweise die Öffnung 92 verschließt. An der oberen Kante der Öffnung 92 befindet des Weiteren eine Anschlagfläche 93 mit einer Länge, die etwa der Breite des Schwanzflossenelements 30 gleicht. Die Anschlagfläche 93 bildet einen Abschnitt der Außenwand 91 an der oberen Kante der Öffnung 92, die in einem Winkel von etwa 10° zur Außenwand 91 nach innen geneigt ist. Die Neigung der Anschlagfläche 93 zur Außenwand 91 ist so ausgelegt, dass das Schwanzflossenelement 30 in einer gewünschten Position relativ zum Hauptflossenelement 10 steht, sobald es an der Anschlagfläche 93 anschlägt.
Der Flossenkasten 94 befindet sich von außen gesehen hinter der Außenwand 91 innerhalb des Schiffes und ist mittels mehrerer Plattenelemente ausgebildet. Der Flossenkasten 94 ist wasserdicht verschlossen, so dass kein Wasser in das Schiffsinnere dringen kann. Die Tiefe des Flossenkastens 94 ist in Einfahrrichtung kleiner als die gemeinsame maximale Länge des Haupt- und Schwanzflossenelements 30 und entspricht in etwa der Länge des Hauptflossenelements 10. In der Länge und Höhe entspricht der Flossenkasten 94 in etwa den Dimensionen der Öffnung 92. Der Flossenkasten 94 ist in zwei Bereiche unterteilt. Im ersten Bereich des Flossenkastens 94 ist die Antriebswelle am Wellengehäuse gelagert, die nicht in den 8 gezeigt ist. Der zweite Bereich des Flossenkastens 94 ist für das Haupt- und Schwanzflossenelement 30 in der eingefahrenen Position vorgesehen. Vorzugsweise befinden sich an der Seitenwand des Flossenkastens 94 im ersten Bereich sowie auf der Rück- und Oberseite des Flossenkastens 94 Verstärkungsrippen.
Nicht in den Figuren gezeigt ist die Antriebswelle, die mittels eines Wellengehäuses am Gehäuse 90 gelagert ist. Innerhalb des Wellengehäuses ist eine Antriebseinrichtung zum Antreiben der Antriebswelle integriert. Die Antriebseinrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel als Drehflügelmotor ausgebildet. Alternativ wären andere Antriebseinrichtungen denkbar. Ferner ist das Wellengehäuse mittels einer nicht dargestellten weiteren Antriebseinrichtung gekoppelt, um das Wellengehäuse zu verdrehen, um so das Haupt- und Schwanzflossenelement 30 zwischen der eingefahrenen Position und ausgefahrenen Position zu verfahren.
Ein Positionieren der Flossenvorrichtung 1 innerhalb des Gehäuses 90 erfolgt nach den Schritten (1) Verfahren des Hauptflossenelements 10 in eine eingefahrene Position innerhalb des Gehäuses 90, wobei das Gehäuse 90 in Einfahrrichtung kleiner ist als die gemeinsame maximale Länge des Haupt- und Schwanzflossenelements 30, und (2) Anordnen des Schwanzflossenelements 30 so relativ zum Hauptflossenelement 10, dass das Haupt- und Schwanzflossenelement 30 sich im Wesentlichen innerhalb des Gehäuses 90 befinden. Anschließend ist es auch möglich die Öffnung 92 des Gehäuses 90 in der eingefahrenen Position mittels des Schwanzflossenelements 30 zumindest teilweise zu schließen und mittels der Arretierungseinrichtung 39 in der eingefahrenen Position relativ zum Hauptflossenelement 10 zu sichern.

Claims

Flossenvorrichtung (1) zur Stabilisierung eines Wasserfahrzeugs, insbesondere eines Schiffes, enthaltend ein mittels einer Antriebseinrichtung (2) antreibbares Hauptflossenelement (10) und ein an dem Hauptflossenelement (10) bewegbar gelagertes Schwanzflossenelement (30), gekennzeichnet durch eine Arretierungseinrichtung (39) zum Arretieren des Schwanzflossenelements (30) relativ zu dem Hauptflossenelement (10).
Flossenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungseinrichtung (39) im Wesentlichen innerhalb eines Hohlraums (11) des Hauptflossenelements (10) angeordnet ist.
Flossenvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungseinrichtung (39) eine Antriebseinrichtung (40) zum Bewegen des Schwanzflossenelements (30) relativ zu dem Hauptflossenelement (10) umfasst.
Flossenvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwanzflossenelement (30) drehbar an dem Hauptflossenelement (10) gelagert und die Antriebseinrichtung (40) mittels eines Kniehebels (50) mit dem Schwanzflossenelement (30) gekoppelt ist.
Flossenvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwanzflossenelement (30) relativ zur Längsachse des Hauptflossenelements (10) jeweils bis zu einem Winkel von 130° bzw. –35°, vorzugsweise bis 115° bzw. –15°, drehbar ist.
Flossenvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungseinrichtung (39) mindestens einen Riegel (70, 71) umfasst, der zum Arretieren formschlüssig mit dem Schwanzflossenelement (30) in Eingriff gebracht werden kann.
Flossenvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel (70, 71) als Bolzen ausgebildet ist und in eine am Schwanzflossenelement (30) ausgebildete Ausnehmung (72, 73) bewegbar ist.
Flossenvorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel (70, 71) mittels eines Hydraulikantriebs (76, 77) in und außer Eingriff gebracht werden kann.
Flossenvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sensoreinrichtung 45 zum Ermitteln der Winkelstellung des Schwanzflossenelements (30) in Bezug zur Längsachse des Hauptflossenelements (10).
Flossenvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (45) an der Antriebseinrichtung (40) angeordnet ist und mit dieser zusammenwirkt
Flossenvorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, dass am Hydraulikantrieb (76, 77) eine Drucksensoreinrichtung (82, 83) angeordnet ist
Flossenvorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 3–11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwanzflossenelement (30) mittels der Antriebseinrichtung relativ zum Hauptflossenelement (10) gedämpft drehbar ist.
Flossenvorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 4–12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwanzflossenelement (30) mittels einer Stange (60) mit gewölbten Längsprofil drehbar am Kniehebel gekoppelt ist
Flossenvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein eine Öffnung (92) aufweisendes Gehäuse (90) zum Aufnehmen des Haupt- und Schwanzflossenelements (10, 30), wobei das Hauptflossenelement (10) zusammen mit dem Schwanzflossenelement (30) in das Gehäuse (90) in eine eingefahrene Position einfahrbar bzw. aus diesem in eine ausgefahrene Position ausfahrbar ist,
Flossenvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Tiefe des Gehäuses (90) in Einfahrrichtung kleiner ist als die gemeinsame maximale Länge des Haupt- und Schwanzflossenelements (30), und das Schwanzflossenelement (30) mittels der Arretierungseinrichtung (39) in der eingefahrenen Position so relativ zu dem Hauptflossenelement (10) arretierbar ist, während das Haupt- und Schwanzflossenelement (10, 30) sich im Wesentlichen innerhalb des Gehäuses (90) befinden.
Wasserfahrzeug, insbesondere Schiff mit einer Flossenvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.