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Bugstrahl-Steuereinrichtung für Wasserfahrzeuge Die Erfindung betrifft
eine Bugstrahl-Steuereinrichtung für Wasserfahrzeuge mit einer im Fahrzeuginnem
angeordneten, einen Druckstrahl erzeugenden Fördervorrichtung, deren Druckstrahl
in back- und steuerbordseitig angeordnete Austrittskanäle wechselweise leitbar ist,
während das Ansaugen des Wassers über eine Eintrittsöffnung am Bug des Fahrzeugs
erfolgt.
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Bei langsam fahrenden Wasserfahrzeugen, insbesondere bei Saugbaggem
u. dgl., besteht -die Schwierigkeit, daß infolge der geringen Relativgeschwindigkeit
zwischen Fahrzeug und Wasser nur sehr schwache Ruderreaktionen erzielbar sind. Andererseits
werden aber an die Manövrierfähigkeit gerade solcher Wasserfahrzeuge besonders hohe
Anforderungen gestellt. In diesen Fällen wird das Heckruder durch eine Einrichtung
der eingangs geschilderten Art ergänzt.
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Eine bekannte Einrichtung besteht irn wesentlichen aus einem axial
wirkenden Pumpenlaufrad, dessen Laufwelle horizontal in der Fahrzeuglängsachse angeordnet
ist. Das am Bug angesaugte Wasser wird mit Hilfe von Klappen, die in beiden Austrittskanälen
angeordnet sind, entweder nach Backbord oder nach Steuerbord geleitet. Bei einer
anderen bekannten Einrichtung ist eine drehrichtungsumsteuerbare Axialpumpe mit
zwei Laufrädern in einem quer zur Fahrzeuglängsachse ausgebildeten Kanal angeordnet.
Sie saugt jeweils auf der einen Seite an und drückt das Wasser auf der anderen Seite
hinaus.
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Es leuchtet ein, daß sowohl Wirkung als auch Wirkungsgrad dieser bekannten
Einrichtungen verhältnismäßig gering sind, wenn man sich vergegenwärtigt, daß Axialräder
nur kleine Förderhöhen aufzubringen imstande sind, in Anbetracht der großen Masse
des Fahrzeugs jedoch ein beträchtlicher Strahldruck erforderlich ist, um eine Steuerreaktion
zu erzielen. Die bekannten Propeller müssen daher mit einer im Verhältnis
zu ihren Durchmessern hohen Drehzahl (beispielsweise etwa 250 U/min) laufen.
Daraus resultieren neben einem hohen Leistungsbedarf der Steuervorrichtung erhebliche
Kreiselmomente, die die Manövrierfähigkeit des Schiffes keineswegs fördern. Vor
allem aber führen die hohen Drehzahlen gerade bei Axialrädern zu Turbulenz- und
Kavitationserscheinungen. Das Abreißen der Strömung ist durch unangenehmes, störendes
Rauschen auch unmittelbar zu hören.
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Diese Nachteile werden bei einer eingangs erwähnten Bugstrahl-Steuereinrichtung
erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß als einen Druckstrahl erzeugende Fördervorrichtung
eine für Steuerzwecke bekannte drehrichtungsumsteuerbare, langsam laufende Radialpumpe
verhältnismäßig großen Durchmessers und mit senkrechter Welle dient, und daß zu
der vom Drehrichtungssinn der Pumpe abhängigen Verbindung des Pumpendruckraumes
mit dem einen oder anderen Austrittskanal ein konzentrisch zum Laufrad angeordneter
zylindrischer Ring vorgesehen ist, der einen der Größe der Ausschnitte des Pumpengehäuses
bzw. der Kanalanschlüsse entsprechenden Seitenwandausschnitt aufweist und der durch
Flüssigkeitsreibung selbsttätig jeweils bis zum Anliegen eines an ihm anggordneten
Anschlages an einem Anschlag des Pumpengehäuses mitgenommen wird.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht die Verwendung eines Radialrades
für den vorliegenden Zweck derart, daß der von ihr erzeugte Druckstrahl bei Drehrichtungsumkehr
ohne schädliche Knickung des Strömungsverlaufs und unter Erhaltung der vollen Förderleistung
selbsttätig umgesteuert wird. Ein Radialrad bringt bekanntlich bei sehr viel geringerer
Drehzahl die Förderhöhe eines entsprechenden Axialrades auf. Eine solche Vorrichtung
ist daher einfacher und besitzt insoweit auch einen höheren Wirkungsgrad.
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Die niedrige Drehzahl, mit der die neue Vorrichtung infolge ihres
großen Durchmessers betrieben werden kann, läßt die Wirkungsgradeinbußen, die sich
naturgemäß aus der Anordnung nicht gekrümmter Radialschaufeln ergeben, nicht ins
Gewicht fallen. Um aber auch insoweit den Wirkungsgrad so hoch wie möglich zu halten,
sind vorzugsweise beide Schaufelflächen - unter Beibehaltung einer radialen
Schaufelhauptebene - symmetrisch zu dieser konvex gekrümmt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
und zwar zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf die im Bug des Schiffskörpers
angeordnete Vorrichtung und
F i g. 2 einen senkrechten Schnitt
nach der Linie 11-11 in F i g. 1.
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Der Vordersteven des gestrichelt angedeuteten Schiffsbugs weist eine
frontale Eintrittsöffnung 1 auf, die über einen sich in Ouerrichtung erweiternden,
in lotrechter Richtung jedoch verjüngenden Kanal mit dem Innenraum des Pumpengehäuses
2 in Verbindung steht. Das Pumpengehäuse, das die Form eines flachen, oben und unten
geschlossenen Zylinders besitzt, ist an seiner dem Eintrittskanal gegenüberliegenden
Seite mit tangential und senkrecht zur Eintrittsrichtung angeordneten Auslaßkanälen
3 und 4 versehen, von denen je einer zur Backbord- und Steuerbordseite
hin offen ist. Um eine Vorstellung von der Größe des Pumpengehäuses zu vermitteln,
sei angegeben, daß der Gehäusedurchmesser bei einer typischen Ausführungsform der
Erfindung etwa 12 in und die Kantenlänge der im dargestellten Beispiel etwa quadratisch
ausgebildeten Auslaßkanäle etwa 3 in beträgt.
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In dem liegenden Pumpengehäuse ist an einer senkrechten Welle
5 das im Gehäuse 2 laufende Laufrad 6 der Kreiselpumpe befestigt.
Das im vorliegenden Beispiel doppeltwirkende Laufrad 6 besteht aus einem
mittig im Pumpengehäuse angeordneten scheibenförmigen Steg 7, der mittels
einer Nabe 8 an der Welle 5 befestigt ist. Am Steg 7 sind die
radialen Schaufeln 9 befestigt, die sich nur über eine bestimmte Länge vom
Umfangsaußenrand des Steges 7
einwärts erstrecken und damit einen die Welle
5 zylindrisch umgebenden Innenraum frei lassen, der den Saugraum des
Pumpenrades bildet. Die Flächen der Schaufeln 9, die wechselweise die Druck-
oder Saugseiten der Schaufeln darstellen, sind beide symmetrisch zu ihrer radialen
Hauptebene konvex gekrümmt, wie aus F i g. 1 hervorgeht. Um die Reibungskräfte
zwischen dem Pumpenlaufrad und den umgebenden Gehäuseteilen nicht zu groß werden
zu lassen, ist ein gewisser Abstand der Schaufelkanten von diesen Gehäuseteilen
erforderlich.
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In dem Pumpengehäuse 2 ist ein topfförmiger zylindrischer Ring
10 konzentrisch zur Welle 5, aber unabhängig von dieser so gelagert,
daß er im Pumpengehäuse2 relativ zu diesem verdreht werden kann. Er umgibt das Laufrad
6 entlang der Ober-, Unter- und Außenkanten der Schaufeln 9 und läßt
in der Mitte ringförmige Eintrittsöffnungen für den Punipensaugraum. bzw. die Pumpensaugräume
offen. Die Lagerung des Ringes 10 im Pumpengehäuse 2 erfolgt durch zwei Kugelkränze,
deren Kugeln 11 vorzugsweise aus Kunststoff bestehen und beispielsweise den
zum Kegeln verwendeten Kugeln entsprechen können. Sie laufen auf Laufbahnen
17, die sowohl außen am Ring 10 als auch innen im Pumpengehäuse 2
angebracht sind.
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Die zylindrische Außenwandung des Ringes 10 hat ,einen Ausschnitt
12, der in seiner Größe den Ausschnitten 13 des Pumpengehäuses 2 entspricht,
welche das Pumpengehäuse -mit den Auslaßkanälen 3
bzw. 4 verbinden. Die Anschläge
14 am Pumpengehäuse 2 und entsprechende Anschläge 15 am Ring 10 halten
den Ring - je nach Drehrichtung des Laufrades 6 - derart, daß die
öffnung 12 den Druckraum bzw. die Druckräume der Pumpe entweder mit dem Auslaßkana13
oder (wie in F ig. 1 dargestellt) mit dem Auslaßkanal 4 verbindet. Da die
Drehrichtung des Pumpenlaufrades bestimmt, welche Anschläge 14 und 15 infolge
entsprechender Mitnahme des Ringes 10. durch Flüssigkeitsreibung zur Berührung
kommen, bleibt diese Berührung so lange aufrechterhalten, wie das Laufrad seine
Drehrichtung beibehält, weil die Reibungskraft solange fortbesteht. 'Eine Sicherung,
des Ringes 10 in der einen oder anderen * Stellung ist- daher nicht erforderlich,
und bei Drehrichtungsumkehr kann ohne äußeren Eingriff der Ring 10 sich in
seine Alternativlage verdrehen.
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In dem von. der Eintrittsöffnung 1 zum Pumpengehäuse 2 führenden
Kanal ist ein Leitkörper 16 derart angeordnet, daß er das einströmende Wasser
in die Räume an der Ober- und Unterseite des zylindrischen Ringes 10 ablenkt,
um Stauverluste zu vermeiden. Das einströmende. Wasser durchläuft dann die Kugellager
des Ringes 10 und strömt in der durch Pfeile in F i g. 2 gekennzeichneten
Richtung in die beiden Saugräume des doppeltwirkenden Pumpenrades 6 ein.
Der von dem Pumpenlaufrad erzeugte Staustrahl tritt - je nach Drehrichtung
der Pumpe -
entweder aus dem Auslaßkanal 3 oder dem Auslaßkanal 4 aus.
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Sowohl die Auslaßkanäle 3 und 4 als auch die Einlaßöffnung
1 können gegebenenfalls durch entsprechende, im beschriebenen Ausführungsbeispiel
nicht dargestellte Schließbleche geschlossen werden. Das Schließen der Eintrittsöffnung
1 durch ein Torblech könnte beispielsweise erfolgen, um bei nicht laufender
Pumpe Stauverluste zu vermeiden.
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Ferner ist es möglich, den Ring 10 zusätzlich mit einem Fremdantrieb
zu versehen, der seine Einstellung in die eine oder andere Lage auch bei nicht laufendem
Pumpenrad ermöglicht. Eine solche Einstellung kann beispielsweise nützlich sein,
wenn das den Pumpenraum durchströmende Wasser wechselweise dem einen oder anderen
Austrittskanal zugeführt wird, um auf diese Weise Schlingerbewegungen des Schiffes
entgegenzuwirken.
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Im übrigen sei erwähnt, daß die erfindungsgemäße Bugstrahl-Steuereinrichtung
nicht nur zur Manövrierung, langsam fahrender Wasserfahrzeuge verwendet werden kann;
sie kann beispielsweise gleichermaßen zum Ausgleich des auf Saugbagger mit einem
seitlich angeordneten Baggerwerk ausgeübten Drehmoments eingesetzt werden. Auch
zur Verhütung von Kollisionen zwischen Schiffen, die in geringem Abstand passieren,
so daß zwischen ihnen wegen der erhöhten Wassergeschwindigkeit eine Verringerung
des statischen Drucks und eine entsprechende Annäherung stattfindet, kann diese
Anordnung vorteilhaft Verwendung finden.