DE10212737B4

DE10212737B4 - Schaufelradantrieb für Frachtschiffe

Info

Publication number: DE10212737B4
Application number: DE10212737A
Authority: DE
Inventors: Dieter Grimmig
Original assignee: Grimmig Dieter Dipl-Ing
Current assignee: Grimmig Dieter Dipl-Ing
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2022-03-22
Also published as: DE10212737A1; RU2004117870A; HUP0401635A2; WO2003042034A1

Abstract

Schaufelradantrieb (1) für Frachtschiffe, wobei der mindestens ein Schaufelrad (2) aufweisende Schaufelradantrieb (1) dem Heck (3) des Schiffes zugeordnet ist mit den folgenden Merkmalen:
a) das Schaufelrad bzw. die Schaufelräder sind in einem dreidimensionalen verwindungssteifen Rahmen (4) angeordnet,
b) der Rahmen (4) ist höhenverstellbar,
c) die vom Schiffsmotor bzw. von den Schiffsmotoren erzeugte Energie ist hydraulisch auf das Schaufelrad oder die Schaufelräder übertragbar,
d) der Rahmen (4) ist mechanisch in der eingestellten Höhe arretierbar,
e) der Schiffsboden (16) ist im Heckbereich (3) ansteigend, insbesondere konkav ausgebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaufelradantrieb für Frachtschiffe, wobei der mindestens ein Schaufelrad aufweisende Schaufelradantrieb dem Heck des Schiffes zugeordnet und höhenverstellbar ist.

Schaufelradantriebe für Passagierschiffe oder auch für Schubschiffe sind seit langem bekannt. Lediglich beispielhaft wird auf die EP 0 745 044 B1 verwiesen. Aus dieser Druckschrift ist ein Schubverband mit einem Schubschiff und einem von dem Schubschiff geschobenen und gesteuerten Prahm bzw. Leichter bekannt, wobei das Schubschiff einen Schaufelradantrieb aufweist. insbesondere im Niedrigwasserbereich ist ein Schaufelradantrieb vorteilhaft, da er einerseits eine geringe Eintauchtiefe und andererseits einen hohen Wirkungsgrad hat. Diese Vorteile wurden von Mississippi-Dampfern ausgenutzt, die hauptsächlich zum Personentransport dienten. Hierbei war der Unterschied der Eintauchtiefe des Schiffes im beladenen und entladenen Zustand vernachlässigbar, unterschied sich also nur um wenige Zentimeter.

Beim Gütertransport unterscheidet sich die Eintauchtiefe eines Schiffes vom beladenen zum unbeladenen Zustand ganz erheblich. Sa sind Unterschiede in der Eintauchtiefe im Bereich von 2 m und mehr die Regel. Dies wiederum macht eine Höhenverstellung des Schaufelradantriebes unverzichtbar, denn nur dann kann das Schaufelrad ungeachtet des Beladezustandes des Schiffes stets optimal und somit hinreichend eingetaucht werden.

Ein höhenverstellbarer Schaufelradantrieb – soweit aus der EP 0 745 044 B1 bekannt – ist insoweit problematisch, als beim Frachtschiff – eben anders als beim Schubschiff – ganz erhebliche Höhenunterschiede auszugleichen sind und dieses besonders bei der Kraftübertragung vom Motor bzw. von den Motoren auf das Schaufelrad bzw. auf die Schaufelräder.

Aus der WO 93/21062 A1 sind gelenkig gelagerte Paddeln von Schaufelrädern bekannt, wobei eine Höhenverstellung des Schaufelrades und des Rahmens ausdrücklich nicht Erfindungsgegenstand sind und die Art der Kraftübertragung gar nicht erwähnt ist.

WO 87/02325 A1 offenbart einen geringfügig höhenverstellbaren Wasserstrahlantrieb, nur für Personenboote geeignet.

FR-PS 631 036 zeigt zwei in ein Flächenruder integrierte Wasserstrahlantriebe, mit dem Ruder verschwenkbar und in gewissem Umfang höhenverstellbar. Dabei ist allerdings der Kraftschluss zwischen einer Krafterzeugung und den Antrieben weder bei der Verschwenkung noch bei der Höhenverstellung schlüssig beschrieben oder zeichnerisch dargestellt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schaufelradantrieb für Schiffe anzugeben und weiterzubilden, der die mit der Höhenverstellung des Schaufelrades verbundenen Probleme der Kraftübertragung überwindet.

Der erfindungsgemäße Schaufelradantrieb für Schiffe der gattungsbildenden Art löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Danach ist ein solcher Schaufelradantrieb für Schiffe dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelrad bzw. die Schaufelräder in einem dreidimensionalen und verwindungssteifen Rahmen angeordnet und gemeinsam mit dem Rahmen höhenverstellbar ist bzw. sind.

Somit ist am Schiff eine entsprechende Einrichtung zur höhenverstellbaren Aufnahme des Rahmens vorzusehen. Dies kann mit den aus dem Stand der Technik bekannten Methoden erfolgen, beispielsweise nach dem Prinzip des Gabelstaplers oder mit elektro-mechanischen Spindeltrieben wie bei PKW-Hebebühnen. Zur Entlastung der Hubvorrichtung im Fahrbetrieb sind weitere einfache Vorrichtungen vorzusehen, mit denen die für die jeweilige Eintauchtiefe erforderliche Höheneinstellung etwa durch Bolzen oder dergleichen fixiert werden kann.

Der dreidimensionale biege- und verwindungssteife Rahmen weist Lager für die Achswelle des Schaufelrades bzw. die Achswellen der Schaufelräder auf, die starr mit dem Rahmen verbunden sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Rahmen an den Seiten des Schaufelrades bzw. der Schaufelräder eine Dreiecksform auf. Alternativ zu einer dreieckigen Anordnung der Profile an den Seiten des Schaufelrades sind auch andere Formen denkbar.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der Rahmen zu seiner dem Heck des Schiffes abgewandten Seite hin zumindest teilweise konisch oder schmäler als die Breite des Schiffsheckes ausgebildet. So kann insbesondere durch diese Ausbildung eine seitliche Stoßbelastung des Heckes des Schiffes mit einer Kaimauer weitgehend verhindert werden, was zwar eine Verschmälerung des Schaufelräder und damit eine Verringerung der wirksamen Paddelfläche mit sich bringt, aber zum Schutz des Schaufelradantriebes geboten ist. Insbesondere kann durch diese Maßnahme die Beschädigungsgefahr des Schaufelradantriebes beim Anecken des Schiffes an einer Schleusenwand oder Kaimauer oder beim Manövrieren im Hafen erheblich verringert werden.

Zur vertikalen Einstellung des Schaufelrades auf die jeweilige Eintauchtiefe entsprechend der Beladung ist der Rahmen elektromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch in der Höhe verstellbar. So könnte eine Höhenverstellung des Rahmens mittels Zahnstangen, Zahnrad und Rollenketten oder mittels Spindel und Hubmutter erzielbar sein.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird die vom Schiffsmotor erzeugte Energie hydraulisch, pneumatisch und elektrisch zum Schaufelrad übertragen. Hierdurch können die zur hydraulischen oder pneumatischen Übertragung dienenden Rohre bzw. Schläuche oder die zur elektrischen Übertragung dienenden elektrischen Leitungen die Höhenverstellung des Schaufelradantriebes in besonders vorteilhafter Weise ohne den Einsatz von mechanisch aufwendigen Getriebemodulen realisieren. Ein geringer Effizienzverlust bei einer hydraulischen oder elektrischen Kraftübertragung gegenüber einer mechanischen Kraftübertragung kann in Kauf genommen werden, da ein Schaufelradantrieb allen Propellerantrieben und modernen Pumpen- oder Wasserstrahlantrieben an Effizienz deutlich überlegen ist.

Die elektrische Kraftübertragung könnte über Generatoren erfolgen, und zwar unter Verwendung von Gleichstrom- oder Drehstrom-Getriebe-Motoren und unter Einsatz der Umrichter- bzw. Gleichrichtertechnik.

In einer weiteren Ausführungsform könnte vorgesehen sein, die Höhenverstellung des Schaufelradantriebes auf eine optimale Eintauchtiefe der Paddel des Schaufelrades zu steuern. Hierzu könnten einerseits Sensoren vorgesehen sein, die die aktuelle Eintauchtiefe des Schiffes – beispielsweise in Abhängigkeit des Beladezustandes des Schiffes – ermitteln. Dementsprechend könnte dann mit Hilfe eines Steuerkreises – vorzugsweise automatisch – die Höhe des Rahmens derart eingestellt werden, dass die Paddeln des Schaufelrades eine definierte Eintauchtiefe aufweisen, bei der ein optimaler Wirkungsgrad des Schaufelradantriebes gegeben ist.

Bezüglich der Lenk- und Manövrierfähigkeiten des Schiffes sind mehrere Möglichkeiten vorgesehen, die im folgenden aufgeführt werden und einzeln oder in Kombination eingesetzt werden können.

Bei der Anordnung von zwei Schaufelrädern, welche die Manövrierfähigkeit beträchtlich erhöht, ist zwischen den Schaufelrädern eine stabile Trennwand anzuordnen, um – speziell bei unterschiedlichen Drehzahlen oder bei Gegenläufigkeit der Schaufelräder, insbesondere beim Wenden – Wirbelverluste zu vermeiden.

So ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt, dass hinsichtlich einer einfachen Konstruktion der Schaufelradantrieb zwei auf einer gemeinsamen Achswelle oder zwei auf zwei miteinander fluchtenden Achswellen angeordnete Schaufelräder umfasst. Die beiden Schaufelräder könnten einerseits synchron und andererseits mit unterschiedlicher Drehzahl und gegebenenfalls auch unterschiedlicher Drehrichtung antreibbar sein, so dass insbesondere bei in entgegengesetzter Drehrichtung angetriebenen Schaufelrädern das Schiff quasi auf der Stelle drehen kann. Bei asynchron gleichsinnig drehenden Schaufelrädern kann das Schiff gesteuert werden.

Zusätzlich zu den bereits dem Stand der Technik entsprechenden Flächenrudern im Heck oder im Bug des Schiffes oder auch zu den zur Manövrierbarkeit langer Gelenk-Schubverbände eingesetzten Zwei- oder Mehrstrahlrudern kann die Manövrierbarkeit durch synchron, aber vor allem auch durch asynchron laufende Schaufelräder verbessert werden.

Hinsichtlich der Ausgestaltung eines optimierten Linien-Entwurfes bezüglich des Aufrisses des Schiffes ist das Heck des Schiffes derart auszuführen, dass eine optimale Anströmung des Schaufelräder gewährleistet ist. Hierzu könnte der Schiffsboden im Heckbereich zumindest weitgehend linear ansteigen oder ansteigend und zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet sein. Insbesondere durch eine gegebenenfalls gekrümmte Ausbildung des Schiffsbodens im Heckbereich könnte in vorteilhafter Weise eine Treibgut-Abweisung in Verbindung mit den Schaufelrädern selbst erzielbar sein. Im Konkreten könnte die Krümmung im Heckbereich des Schiffsbodens konkav ausgebildet sein.

Bezüglich der Optimierung des Wirkungsgrades des Schaufelradantriebes könnten die Paddeln des Schaufelrades eine besondere, z. B. gewölbte Form – vorzugsweise konkav – aufweisen.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen (mit Abmessung am Beispiel des großen Rheinschiffes)
1 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaufelradantriebes in Seitensicht,
2 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaufelradantriebes in Draufsicht,
3 in einer schematischen Darstellung das Ausführungsbeispiel aus 1 in Heckansicht,
4 in einer schematischen Darstellung den Verlauf des Schiffsbodens im Heckbereich des Schiffes im Rahmen einer ersten Variante und
5 in einer schematischen Darstellung den Verlauf des Schiffsbodens im Heckbereich des Schiffes im Rahmen einer zweiten Variante.
Die 1 bis 3 zeigen einen Schaufelradantrieb 1 für ein Frachtschiff, wobei der zwei Schaufelräder 2 aufweisende Schaufelradantrieb 1 dem Heck 3 des Schiffes zugeordnet und höhenverstellbar ist. Das Frachtschiff weist eine Breite von 11,4 m (großes Rheinschiff) auf.
Erfindungsgemäß sind die Schaufelräder 2 in einem dreidimensionalen, verwindungssteifen Rahmen 4 angeordnet und gemeinsam mit dem Rahmen 4 höhenverstellbar. Die vom Schiffsmotor bzw. von den Schiffsmotoren erzeugte Energie wird hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch zu den Schaufelrädern 2 übertragen.
1 ist besonders gut entnehmbar, dass der Rahmen 4 Lager 5 für die Achswelle 6 des Schaufelrades 2 aufweist. 3 ist entnehmbar, dass in der Mitte des Rahmens 4 zwei weitere Lager 5 für die beiden Achswellen 6 der beiden Schaufelräder 2 vorgesehen sind.
Die 1, 2 und 3 zeigen gemeinsam, dass bei Vorkehrung zweier Schaufelräder 2 zwischen den Schaufelrädern 2 eine stabile Trennwand 19 zwischen den beiden Schaufelrädern 2 vorgesehen ist, um insbesondere bei unterschiedlichen Drehzahlen oder bei gegenläufig drehenden Schaufelrädern 2, beispielsweise beim Wenden, Wirbelverluste zu vermeiden und somit die Manövrierfähigkeit und Effizienz des Schaufelradantriebes 1 zu erhöhen.
Der Rahmen 4 ist aus einzelnen Profilen 7 gebildet, die miteinander verschweißt sind. 1 ist entnehmbar, dass die Profile 7 an den Seiten des Schaufelrades 2 ein Dreieck bilden. Das seitlich angeordnete Profil 7 ist horizontal ausgerichtet.
Den 1, 2 und 3 ist entnehmbar, dass die in Schiffsrichtung angeordneten Profildreiecke über quer dazu angeordnete Profile 7 oben und unten miteinander verbunden sind. Der in der Heckansicht gemäß 3 erkennbare Rechteckrahmen ist durch diagonale Profile 8 ausgesteift.
Weiterhin ist das Profil 7 über das weitere Profil 7 mit dem auf der rechten Seite des rechten Schaufelrades 2 angeordneten Profil 7 verbunden. Der Rahmen 4 aus den 2 und 3 ist schmaler als die Breite des Heckes 3 des Schiffes ausgebildet. So beträgt die Breite des Heckes des Schiffes 11,4 m, die Breite des Rahmens 4 lediglich 10,4 m. Hierdurch ist der Schaufelradantrieb 1 bezüglich seitlich Stoßbelastungen des Heckes des Schiffes weitgehend geschützt.
Bei kurzen Schiffsrümpfen ist der Rahmen 4 entsprechend schmaler ausgebildet.
Die 1 und 3 zeigen, dass der Schaufelradantrieb 1 auf eine optimale Eintauchtiefe 14 der Paddel 15 der Schaufelräder 2 eingestellt ist. Die Einstellung erfolgt hierbei mit einer in der Zeichnung nicht gezeigten Hubvorrichtung.
Die 4 und 5 zeigen im Prinzip den Verlauf des Schiffsbodens 16 im Heckbereich 3 des Schiffes jeweils in einer Seitenansicht. Hierbei ist der in 4 gezeigte Verlauf des Schiffsbodens 16 im Heckbereich 3 des Schiffes weitgehend linear ansteigend ausgebildet. Dieser Bereich ist mit dem Bezugszeichen 17 gekennzeichnet.
5 ist entnehmbar, dass der Schiffsboden 16 im Heckbereich 3 des Schiffes ansteigend und bereichsweise gekrümmt ausgebildet ist. Der gekrümmt ausgebildete Bereich ist mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet. Die Krümmung hierbei ist konkav aussgebildet.
Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht die beanspruchte Lehre einschränken.

Claims

Schaufelradantrieb (1) für Frachtschiffe, wobei der mindestens ein Schaufelrad (2) aufweisende Schaufelradantrieb (1) dem Heck (3) des Schiffes zugeordnet ist mit den folgenden Merkmalen: a) das Schaufelrad bzw. die Schaufelräder sind in einem dreidimensionalen verwindungssteifen Rahmen (4) angeordnet, b) der Rahmen (4) ist höhenverstellbar, c) die vom Schiffsmotor bzw. von den Schiffsmotoren erzeugte Energie ist hydraulisch auf das Schaufelrad oder die Schaufelräder übertragbar, d) der Rahmen (4) ist mechanisch in der eingestellten Höhe arretierbar, e) der Schiffsboden (16) ist im Heckbereich (3) ansteigend, insbesondere konkav ausgebildet.
Schaufelradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4) elektromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch in der Höhe verstellbar ist.
Schaufelradantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Zahnstangen und Zahnrad und/oder mittels Rollenketten oder mittels Spindel und Hubmutter eine Höhenverstellung des Rahmens (4) erzielbar ist.
Schaufelradantrieb nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung von. zwei Schaufelrädern (2) diese durch eine mittige Trennwand (19) voneinander getrennt sind.