DE102013109713A1 - Querstrahlruderanlage und Regelungsverfahren für eine Querstrahlruderanlage - Google Patents

Abstract

Um die Schalldämmung für eine Querstrahlruderanlage für Wasserfahrzeuge, aufweisend einen inneren Kanal, in welchem ein Propeller angeordnet ist und als Querschubkanal ausgebildet ist, und ein Gaszuleitungssystem, wobei das Gaszuleitungssystem ein erstes Gaszuführmittel zur Zuführung von Gas, insbesondere Luft, in den inneren Kanal aufweist, derart weiter zu verbessern, dass die Schalldämmung aktiv in Abhängigkeit von äußeren Einflussfaktoren angepasst werden kann, wird vorgeschlagen, dass das Gaszuleitungssystem ein Regelungssystem zur Regelung der Gaszuführmenge in den inneren Kanal durch das erste Gaszuführmittel aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Querstrahlruder, insbesondere Bugstrahlruder, für Wasserfahrzeuge sowie ein Verfahren zur Regelung eines Querstrahlruders.
• Um das Manövrieren eines Wasserfahrzeuges, insbesondere eines Schiffes, insbesondere bei langsamer Fahrt zu erleichtern, ist es bekannt, Querstrahlruderanlagen vorzusehen. Bei Querstrahlruderanlagen ist in der Regel in einem querschiffs im Bug und/oder Heck angebrachten Kanal (sogenannter Querschubkanal) ein Propeller angeordnet und drückt das angesaugte Wasser, ähnlich wie eine Axialpumpe arbeitend, je nach der gewählten Drehrichtung nach Steuer- oder Backbord.
• Beim Betrieb von Querstrahlrudern entstehen meist unangenehme Geräusche, die besonders unter Wohn- und Aufenthaltsräumen auf Schiffen sehr belästigend wirken. Diese Geräusche entstehen durch das Arbeiten der Getriebezähne und durch Wassergeräusche, die vom Propeller kommen. Auch können die Propeller Druckimpulse in der Passierfrequenz der Propellerblätter, insbesondere bedingt durch Zonen inhomogener Anströmung des Propellers, erzeugen, die sich dann als Körperschall durch weite Bereiche des Schiffes ausbreiten können. Ferner entsteht bei den meist hochbelasteten Propellern Kavitation, das heißt Hohlraumbildungen durch Unterdruck. Insbesondere durch schnelldrehende Propeller kann der Wasserdruck an der Saugseite des Propellers soweit absenken, dass Blasen auftreten, die sehr schnell wieder kollabieren. Wenn diese Dampfbläschen implodieren, entstehen hammerartige Schläge, die sich über die Kanalwand in das Schiffsinnere als Körperschall, sowie durchs Wasser als Wasserschall verbreiten und sich unangenehm bemerkbar machen. In den Wohnräumen beziehungsweise Aufenthaltsräumen eines Schiffes ist das Raumgeräusch für die Besatzung und Fahrgäste zum Teil unerträglich.
• Stand der Technik
• Im Stand der Technik gibt es zahlreiche Vorschläge zur Schalldämmung von Querstrahlruderanlagen für Schiffe.
• Aus der DE-A-2 803 336 geht eine Anordnung zur Schalldämmung von Querstrahl-Steueranlagen für Schiffe hervor, bei der ein den Propeller aufnehmendes Querrohr unter Ausbildung eines ringförmigen Zwischenraumes in einem Tunnelrohr angeordnet ist, wobei das Querrohr im Schiffskörper quer zu dessen Längsachse liegt. Das Querrohr besteht im Bereich des Propellers aus einem Düsenring, der über Gummimetallelemente mit dem Tunnelrohr verbunden ist. Der Zwischenraum ist mit einem Absorptionsstoff ausgefüllt.
• Zur Schalldämmung von Querstrahlruderanlagen ist es durch die WO 84/030 78 A ferner bekannt, in einem mit Wasser gefüllten Zwischenraum zwischen einem inneren Tunnelrohr und einem äußeren Tunnelrohr eine Vielzahl von zylinderförmigen, mit gasgefüllten Kissen vorzusehen oder alternativ permanent Luft in den mit Wasser gefüllten Zwischenraum einzublasen.
• In der WO 03/047 966 A2 wird eine Querstrahlruderanlage beschrieben, bei welcher auf dem Tunnelrohr ein dieses teilweise beziehungsweise halbrund umschließendes kastenförmiges Gehäuse angeordnet ist, dessen von der Außenwandfläche des Tunnelrohres und der Innenwandfläche des Gehäuses begrenzter Zwischenraumraum zur Minderung des Körperschalls mit einem Dämmmaterial, z. B. mit einer Sandfüllung, befüllt ist.
• Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schalldämmung bei einer Querstrahlruderanlage für Wasserfahrzeuge derart weiter zu verbessern, dass die Schalldämmung aktiv in Abhängigkeit von äußeren Einflussfaktoren angepasst werden kann.
• Diese Aufgabe wird mit einer Querstrahlruderanlage für Wasserfahrzeuge, insbesondere für Schiffe, dadurch gelöst, dass ein innerer Kanal, in welchem ein Propeller angeordnet ist und wobei der innere Kanal als Querschubkanal ausgebildet ist, vorgesehen ist und wobei die Querstrahlruderanlage ferner ein Gaszuleitungssystem mit einem ersten Gaszuführmittel zur Zuführung von Gas, insbesondere Luft, in den inneren Kanal aufweist. Erfindungsgemäß weist das Gaszuleitungssystem ein Regelungssystem zur Regelung der Gaszuführmenge in den inneren Kanal durch das erste Gaszuführmittel auf.
• Das Querstrahlruder kann dabei als Bugstrahlruder oder Heckstrahlruder ausgebildet sein. Es können auch Bug- und Heckstrahlruder vorgesehen sein. Der innere Kanal der Querstrahlruderanlage ist querschiffs, das heißt, quer zum Schiffskörper und zur eigentlichen Fahrtrichtung beziehungsweise quer zur Längsachse des Schiffes angeordnet. Ferner ist der innere Kanal derart im Schiffskörper angeordnet, dass sich dieser im Wesentlichen, vorzugsweise vollständig, unterhalb der Wasserlinie befindet. Der innere Kanal kann dabei grundsätzlich jede geeignete Form aufweisen. Bevorzugterweise ist der Kanal mit einem kreisrunden Querschnitt und zylinderförmig beziehungsweise tunnelförmig ausgebildet.
• Innerhalb des inneren Kanals ist ein Propeller, vorzugsweise mittig, angeordnet. Der Propeller ist derart ausgebildet, dass er in beide Richtungen drehbar ist, sowie unterschiedliche Drehzahlen, oder bei einer Drehrichtung verschiedene Anstellwinkel des Propellers aufweist. Grundsätzlich könnten auch mehrere Propeller innerhalb des inneren Kanals angeordnet sein.
• Der innere Kanal mit dem im inneren angeordneten Propeller ist dabei als Querschubkanal ausgebildet. Das heißt, dass dieser innere Kanal bei normalem Betrieb des Wasserfahrzeugs vollständig mit Wasser ausgefüllt ist und mittels des Propellers Wasser innerhalb des inneren Kanals angesaugt wird und ähnlich wie bei einer Axialpumpe je nach gewünschter Drehrichtung nach Steuer- oder Backbord gedrückt wird.
• Die Querstrahlruderanlage weist ferner ein Gaszuleitungssystem auf. Das Gaszuleitungssystem dient der Zufuhr von Gas, insbesondere Luft, in den inneren Kanal und insbesondere in den Propellerbereich innerhalb des inneren Kanals. Dazu weist das Gaszuleitungssystem ein geeignetes Mittel beziehungsweise geeignete Mittel, zum Transport des Gases, beziehungsweise der Luft, bis in den Bereich des inneren Kanals. Geeignete Mittel können beispielsweise Leitungen beziehungsweise Rohre sein, welche das Gas von einer Gasquelle, beispielsweise eine Drucklufterzeugungseinrichtung oder ein Kompressor, durch den Schiffskörper bis zum inneren Kanal transportieren.
• Im Bereich des Übergangs zwischen Gaszuleitungssystem und dem inneren Kanal ist mindestens ein erstes Gaszuführmittel zur Zuführung des Gases in den inneren Kanal vorgesehen. Bei einem derartigen Gaszuführmittel kann es sich beispielsweise um eine einfache Rohröffnung, vorzugsweise aber um eine Düse handeln. Des Weiteren ist bevorzugt, dass zur Zuführung von Gas, insbesondere Luft, in den inneren Kanal mehrere erste Gaszuführmittel angeordnet sind.
• Beispielsweise könnte das Gaszuleitungssystem aus mehreren Leitungen oder Rohren bestehen, durch welche das Gas bis zu den ersten Gaszuführmitteln, beispielsweise den Düsen, transportiert und durch die ersten Gaszuführmittel das Gas in den Propellerbereich innerhalb des inneren Kanals zugeführt wird. Die ersten Gaszuführmittel, beispielsweise Düsen, können in der Wand des inneren Kanals angeordnet sein. Vorzugsweise sind dabei mehrere erste Gaszuführmittel in der Wand des inneren Kanals vollumfänglich, gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt, sowie beidseitig des Propellers angeordnet. Die gleichmäßige beziehungsweise ungleichmäßige Verteilung der ersten Gaszuführmittel bezieht sich sowohl auf die Umfangsrichtung des inneren Kanals, sowie auch auf die Ausrichtung in Längsrichtung des Kanals. Somit können die ersten Gaszuführmittel umfänglich betrachtet, gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt, das heißt mit regelmäßigen und gleichen oder variierenden Abständen zueinander in der Wand des inneren Kanals angeordnet sein. Ferner können die ersten Gaszuführmittel vollumfänglich in der Wand des inneren Kanals angeordnet, aber in Längsrichtung des inneren Kanals versetzt oder nicht versetzt zueinander angeordnet sein.
• Bevorzugterweise sind die ersten Gaszuführmittel derart im Bereich des inneren Kanals angeordnet, dass das Gas, beziehungsweise die Luft, im Bereich der Propellerblätter, bevorzugterweise im Bereich der Propellerblattenden, zugeführt wird.
• Ferner weist das Gaszuleitungssystem ein Regelungssystem zur Regelung der Gaszuführmenge in den inneren Kanal durch das erste, oder die ersten, Gaszuführmittel auf. Unter Regelung ist hierbei eine aktive Regelung zu verstehen. Das bedeutet, dass eine aktive Regelung in Abhängigkeit eines oder mehrerer Parameter (beispielsweise Propellerdrehzahl, Propellerdrehrichtung, Druck, Volumenstrom, usw.) vorgesehen ist. Hierbei kann eine Regelung der Gaszuführmenge mit mehreren Stufen oder auch stufenlos vorgesehen sein. Eine aktive Regelung bedeutet, dass nicht lediglich ein Ein- und/oder Ausschalten der Gaszufuhr oder auch eine indirekte Änderung der Gaszuführmenge vorgesehen ist. Die Gaszuführmenge könnte ohne Vorsehen einer aktiven Regelung indirekt in Abhängigkeit der Propellerleistung dadurch geändert werden, da ein höherer Unterdruck erzeugt wird, wodurch eventuell eine größere Menge Luft angesaugt würde. Unter einer aktiven Regelung ist hingegen zu verstehen, dass die Gaszuführmenge in mehreren Stufen, insbesondere mehr als drei Stufen oder sogar stufenlos eingestellt werden kann und dass die Regelung aktiv in Abhängigkeit der ermittelten Parameter durchgeführt wird.
• Bevorzugterweise weist das Gaszuleitungssystem mindestens ein zweites Gaszuführmittel zur Zuführung von Gas, insbesondere Luft, in den inneren Kanal auf. Dabei ist das zweite Gaszuführmittel zumindest mit einem Gasaustrittsende beabstandet zu der Innenwand des inneren Kanals angeordnet.
• Beispielsweise könnte das erste oder die ersten Gaszuführmittel derart im Bereich der Innenwand des inneren Kanals angeordnet sein, dass deren Gasaustrittsende, beziehungsweise deren Mündung, im Wesentlichen im Bereich der Innenwand des inneren Kanals ist. Dadurch wird erreicht, dass das Gas in den Bereich der Propellerblattenden zugeführt wird. Somit könnte vorgesehen sein, dass das zweite beziehungsweise die zweiten Gaszuführmittel radial in den inneren Kanal hineinragen, derart, dass deren Gasaustrittsende beabstandet zur Innenwand des inneren Kanals ist. Somit kann durch das zweite, beziehungsweise die zweiten, Gaszuführmittel Gas zusätzlich in den Bereich der Kanalmitte und somit auch in den Bereich der Propellerblattmitte zugeführt werden. Hierzu kann das zweite Gaszuführmittel in Form eines Rohres, welches durch die Kanalwand des inneren Kanals hindurchgeführt wird und in den inneren Kanal hineinragt, angeordnet sein. Ferner wäre es denkbar, dass das zweite beziehungsweise die zweiten Gaszuführmittel am Propellergehäuse angeordnet sind.
• Der innere Kanal weist vorzugsweise eine erste und eine zweite Öffnung auf. Dabei sind die beiden Öffnungen vorzugsweise backbord- und steuerbordseitig an den jeweiligen Enden des inneren Kanals angeordnet. Ferner ist das zweite, beziehungsweise die zweiten, Gaszuführmittel bevorzugterweise im Bereich der ersten Öffnung und/oder der zweiten Öffnung des inneren Kanals angeordnet. Beispielsweise können im Bereich der beiden Öffnungen jeweils Schutzgitter angeordnet sein, welche üblicherweise dazu dienen, den inneren Kanal frei von Abfall oder anderen Gegenständen zu halten. Ein derartiges Gitter kann ferner als Befestigungsvorrichtung für das zweite, beziehungsweise die zweiten, Gaszuführmittel dienen. Das bedeutet, dass das zweite, beziehungsweise die zweiten Gaszuführmittel vorzugsweise an den Gittern im Bereich der beiden Öffnungen des inneren Kanals angeordnet sind. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, mehrere zweite Gaszuführmittel in Radialrichtung beabstandet zueinander anzuordnen. Beispielsweise könnten somit am Gitter mehrere zweite Gaszuführmittel mit unterschiedlichem Abstand zur Innenwand des inneren Kanals angeordnet sein.
• Vorteilhafterweise ist des Weiteren vorgesehen, dass beidseitig des Propellers jeweils mindestens ein erstes Gaszuführmittel, sowie jeweils mindestens ein zweites Gaszuführmittel angeordnet sind. Dabei ist ferner bevorzugt, dass auf jeder Seite des Propellers in Längsrichtung des inneren Kanals das erste Gaszuführmittel und das zweite Gaszuführmittel beabstandet zueinander angeordnet sind. Des Weiteren ist bevorzugt, dass die ersten Gaszuführmittel in Radialrichtung des inneren Kanals unterschiedlich zu den zweiten Gaszuführmitteln angeordnet sind. Das heißt, dass die jeweiligen Gasaustrittsenden der ersten Gaszuführmittel und der zweiten Gaszuführmittel einen unterschiedlichen Abstand zur Innenwand des inneren Kanals aufweisen.
• Ferner ist bevorzugterweise vorgesehen, dass in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Propellers jeweils lediglich die Gaszuführmittel auf einer Seite des Propellers aktiviert sind. Somit wird je nach Drehrichtung des Propellers Gas durch das erste und/oder das zweite Gaszuführmittel im Bereich der Steuerbordseite oder der Backbordseite in den inneren Kanal zugeführt.
• Des Weiteren ist bevorzugterweise vorgesehen, dass das erste und zweite Gaszuführmittel separat voneinander durch das Regelungssystem angesteuert werden kann. Beispielsweise könnten separate Regelungssysteme für das erste und für das zweite Gaszuführmittel vorgesehen sein. Alternativerweise kann ein gemeinsames Regelungssystem vorgesehen sein, welches das erste und das zweite Gaszuführmittel unabhängig voneinander ansteuert. Somit ist es beispielsweise möglich, die Gaszuführmenge im Bereich der Propellerblattenden und im Bereich der Propellerblattmitte unterschiedlich einzustellen. Durch das Regelungssystem wird die optimale Gaszuführmenge, sowohl für das erste, beziehungsweise die ersten, Gaszuführmittel sowie auch für das zweite, beziehungsweise die zweiten, Gaszuführmittel ermittelt und diese dementsprechend angesteuert.
• Bevorzugterweise weist die Querstrahlruderanlage ferner einen den inneren Kanal aufnehmenden äußeren Kanal auf. Dabei sind der innere Kanal und der äußere Kanal derart zueinander angeordnet, dass zwischen einer Außenwand des inneren Kanals und einer Innenwand des äußeren Kanals zumindest bereichsweise ein äußerer Zwischenraum angeordnet ist. Bevorzugterweise ist der innere Kanal koaxial im äußeren Kanal angeordnet. Der äußere Zwischenraum zwischen innerem Kanal und äußerem Kanal ist vorzugsweise umlaufend unterbrochen oder nicht unterbrochen angeordnet. Dabei kann der äußere Kanal über die gesamte Länge des inneren Kanals oder auch nur bereichsweise angeordnet sein. Beispielsweise wäre es denkbar, den äußeren Kanal lediglich im Bereich des Propellers um den inneren Kanal herum anzuordnen. Vorteilhafterweise ist der äußere Kanal aber im Wesentlichen zylinderförmig oder tunnelförmig um den inneren Kanal herum und über die gesamte Länge des inneren Kanals angeordnet.
• Ferner ist bevorzugt, dass der äußere Zwischenraum zwischen innerem Kanal und äußerem Kanal nicht wasserdicht ausgebildet ist. Das bedeutet, dass das Wasser auch in diesen äußeren Zwischenraum eindringen kann. Ferner ist bevorzugt, dass der innere Kanal elastisch mittels elastischer Elemente im äußeren Kanal gelagert ist. Derartige Lagerelemente sind vorzugsweise im unteren und/oder oberen Bereich des inneren Kanals und des äußeren Kanals über deren Länge verteilt angeordnet. Des Weiteren ist im äußeren Zwischenraum zwischen innerem Kanal und äußerem Kanal vorzugsweise ein schallreduzierendes Mittel, z. B. ein mattenförmiges Element, angeordnet. Dabei kann das vorzugsweise mattenförmige schallreduzierende Element an der Außenwand des inneren Kanals oder an der Innenwand des äußeren Kanals flächig anliegen.
• Außerdem weist das Gaszuleitungssystem bevorzugterweise ein drittes Gaszuführmittel zur Zuführung von Gas, insbesondere Luft, in den äußeren Zwischenraum zwischen dem inneren Kanal und dem äußeren Kanal auf. Durch dieses dritte Gaszuführmittel kann zusätzlich zu der Zuführung von Gas in den inneren Kanal auch Gas, bevorzugterweise Luft, in den mit Wasser oder teilweise mit Wasser gefüllten äußeren Zwischenraum zwischen äußerer Wand des inneren Kanals und innerer Wand des äußeren Kanals zugeführt werden. Damit kann zusätzlich die Geräuschdämmung verbessert werden.
• Es ist ferner bevorzugt, dass zur Steuerung der Zufuhrmenge durch das dritte Gaszuführmittel ein aktives Regelungssystem vorgesehen ist. Hierbei kann ein separates Regelungssystem zur Steuerung der Gaszuführmenge durch das dritte, beziehungsweise die dritten, Gaszuführmittel oder ein gemeinsames Regelungssystem zur Steuerung der Gaszuführmengen durch das erste Gaszuführmittel, das zweite Gaszuführmittel und das dritte Gaszuführmittel vorgesehen sein. Besonders bevorzugterweise können die jeweiligen Gaszuführmengen unabhängig voneinander und separat angesteuert werden.
• Durch das Vorsehen eines aktiven Regelungssystems für die Steuerung der Gaszuführung, beziehungsweise der Gaszuführmengen, durch das erste Gaszuführmittel in den inneren Kanal und/oder das zweite Gaszuführmittel in den inneren Kanal und/oder das dritte Gaszuführmittel in den äußeren Zwischenraum zwischen inneren Kanal und äußeren Kanal kann die jeweilige Gaszuführmenge optimal in Abhängigkeit äußerer und vorgegebener Parameter angepasst werden. Beispielsweise können unterschiedlich hohe Gaszuführmengen in Abhängigkeit von der Propellerdrehzahl vorgesehen sein. Hierbei können ferner unterschiedliche Gaszuführmengen durch das erste Gaszuführmittel in den inneren Kanal und/oder das zweite Gaszuführmittel in den inneren Kanal und/oder das dritte Gaszuführmittel in den äußeren Zwischenraum zwischen innerem Kanal und äußeren Kanal vorgesehen sein. Ferner können bevorzugterweise die jeweiligen Gaszuführmengen optimal in Abhängigkeit anderer Parameter, wie beispielsweise des Drucks im inneren Kanal, des Volumenstroms im inneren Kanal, sowie des Drucks und des Volumenstroms in Leitungen und Rohren des Gaszuleitungssystems, optimal angesteuert werden. Somit kann die Schalldämmung aktiv in Abhängigkeit unterschiedlicher und vorgegebener Parameter optimal eingestellt werden. Insbesondere können hierbei durch separate Regelungssysteme oder ein gemeinsames Regelungssystem die Gaszuführmengen durch das erste Gaszuführmittel und das zweite Gaszuführmittel sowie auch durch das dritte Gaszuführmittel separat und unabhängig voneinander in Abhängigkeit der äußeren Parameter angepasst und eingestellt werden.
• Bevorzugterweise weist das Gaszuleitungssystem mindestens ein erstes Mittel, insbesondere Durchflussmengenventil, zur Einstellung der Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den inneren Kanal mittels des ersten Gaszuführmittels auf. Dabei ist dem ersten Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge ein erster Aktuator zugeordnet, wobei der erste Aktuator durch das Regelungssystem angesteuert wird. Somit ist bevorzugterweise vorgesehen, dass im Bereich der Zuleitung, das heißt in den Leitungen oder Rohren des Gaszuleitungssystems ein erstes Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den inneren Kanal mittels des ersten Gaszuführmittels angeordnet ist. Bei dem ersten Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge kann es sich um jedes geeignete Mittel zur Einstellung einer Gasdurchflussmenge durch Rohre oder Leitungen handeln. Insbesondere geeignet ist hierfür ein Durchflussmengenventil, mit dem die Gaszuführmenge in mehreren Stufen oder stufenlos geregelt werden kann. Im Unterschied zu den üblicherweise verwendeten Rückschlagventilen und Sperrventilen kann mittels eines Durchflussmengenventils nicht nur die Zuführung des Gases ein- beziehungsweise ausgeschaltet werden, sondern auch die genaue Menge, beziehungsweise Durchflussmenge des Gases durch das Ventil gesteuert werden. Durch die Ansteuerung des Durchflussmengenventils über den zugeordneten Aktuator durch das aktive Regelungssystem kann die gewünschte Gaszuführmenge aktiv eingestellt werden. Das erste Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge kann dabei an jeder geeigneten Stelle innerhalb des Gaszuleitungssystems angeordnet sein. Beispielsweise kann das erste Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge in einer gemeinsamen Zuleitung für die beiderseitig des Propellers angeordneten ersten Gaszuführmittel angeordnet sein. Des Weiteren können mehrere erste Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den inneren Kanal mittels der ersten Gaszuführmittel vorgesehen sein. Dies bedeutet, dass beispielsweise jeweils ein Durchflussmengenventil unmittelbar vor dem ersten Gaszuführmittel angeordnet sein kann. Ferner könnte ein Durchflussmengenventil in einer gemeinsamen Zuleitung für eine Gruppe von ersten Gaszuführmittel angeordnet sein. Durch ein Vorsehen von mehreren Durchflussmengenventilen zur Einstellung der Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den inneren Kanal mittels der ersten Gaszuführmittel kann somit durch das Regelungssystem aktiv die Gaszuführmenge durch die einzelnen Düsen in den inneren Kanal eingestellt werden. Vorteilhafterweise ist mindestens ein Durchflussmengenventil in einer gemeinsamen Zuleitung für alle ersten Gaszuführmittel vorgesehen.
• Zusätzlich zu dem ersten Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den inneren Kanal mittels des ersten Gaszuführmittels können weitere Ventile, beispielsweise Sperrventile, Rückschlagventile oder Steuerventile im Gaszuleitungssystem vorgesehen sein. Durch Sperrventile und Steuerventile kann beispielsweise ausgewählt werden, auf welcher Seite des Propellers die Gaszuführung durch die ersten Gaszuführmittel aktiviert werden soll. Durch das Vorsehen von zusätzlichen Rückschlagventilen kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass die Gaszuführung lediglich in eine Richtung stattfindet und kein Zurückströmen des Gases durch das Gaszuleitungssystem auftritt. Durch das Vorsehen von zusätzlichen Sperrventilen können einzelne erste Gaszuführmittel komplett abgeschaltet oder eingeschaltet werden. Die Funktionen der Sperrventile und Rückschlagventile oder Steuerventile können auch im ersten Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den inneren Kanal mittels des ersten Gaszuführmittels integriert sein. Beispielsweise könnte das Durchflussmengenventil die Funktion eines Rückschlagventils und Sperrventils beinhalten.
• Ferner ist bevorzugterweise vorgesehen, dass das Gaszuleitungssystem mindestens ein zweites Mittel, insbesondere Durchflussmengenventil, zur Einstellung der Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den inneren Kanal mittels des zweiten Gaszuführmittels aufweist. Dabei ist dem zweiten Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge ein zweiter Aktuator zugeordnet, wobei der zweite Aktuator durch das Regelungssystem angesteuert wird. Somit ist bevorzugterweise vorgesehen, dass die Gaszuführmenge durch das zweite, beziehungsweise die zweiten, Gaszuführmittel in den inneren Kanal durch ein separates, nämlich zweites, Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge, insbesondere Durchflussmengenventil, eingestellt werden kann. Wie auch beim ersten Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den inneren Kanal mittels des ersten Gaszuführmittels kann das zweite Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den inneren Kanal mittels des zweiten Gaszuführmittels in einer gemeinsamen Zuleitung zu den zweiten Gaszuführmitteln angeordnet sein. Ferner können mehrere zweite Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den inneren Kanal mittels der zweiten Gaszuführmittel vorgesehen sein. Somit kann auch die Gaszuführmenge durch mehrere zweite Gaszuführmittel unterschiedlich angesteuert und eingestellt werden.
• Des Weiteren ist bevorzugterweise vorgesehen, dass das Gaszuleitungssystem mindestens ein drittes Mittel, insbesondere Durchflussmengenventil, zur Einstellung der Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den äußeren Zwischenraum mittels des dritten Gaszuführmittels aufweist. Dabei ist dem dritten Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge ein dritter Aktuator zugeordnet, wobei der dritte Aktuator durch das Regelungssystem angesteuert wird.
• Durch das Vorsehen von mindestens drei separaten Mitteln zur Einstellung der Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den inneren Kanal mittels dem ersten und dem zweiten Gaszuführmittel sowie für die Gaszuführung in den äußeren Zwischenraum mittels des dritten Gaszuführmittels kann die Gaszuführmenge durch das erste, beziehungsweise die ersten, Gaszuführmittel und durch das zweite, beziehungsweise die zweiten, Gaszuführmittel sowie auch durch das dritte, beziehungsweise die dritten, Gaszuführmittel individuell eingestellt und angesteuert werden. Durch das Vorsehen mehrerer erster Mittel, mehrerer zweiter Mittel und mehrerer dritter Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge können jeweils zusätzlich die Gaszuführmengen für einzelne oder mehrere zugeordnete erste, zweite und dritte Gaszuführmittel eingestellt werden.
• Das Regelungssystem weist bevorzugterweise ferner mindestens ein erstes Mittel, zur Ermittlung des Volumenstroms des Wassers im inneren Kanal auf. Bevorzugterweise ist das erste Mittel zur Ermittlung des Volumenstroms des Wassers im inneren Kanal als Mittel zur Berechnung oder Schätzung des Volumenstroms des Wassers im inneren Kanal ausgebildet. Alternativerweise könnte das erste Mittel zur Ermittlung des Volumenstroms des Wassers im inneren Kanal auch als Volumenstromsensor ausgebildet und im inneren Kanal angeordnet sein. Hierzu können auch mehrere Volumenstromsensoren verteilt im inneren Kanal angeordnet sein. Aufgrund der inhomogenen Verteilung des Volumenstroms innerhalb des inneren Kanals, können bei Verwendung mehrerer Volumenstromsensoren ein Maximalwert, Minimalwert oder auch ein Durchschnittswert des Volumenstroms im inneren Kanal ermittelt werden.
• Der durch das erste Mittel zu Ermittlung des Volumenstroms ermittelte Wert dient als Parameter zur Regelung und Ansteuerung des, beziehungsweise der, Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge, beispielsweise des oder der Durchflussmengenventile. Bevorzugterweise wird der Volumenstrom, beziehungsweise der Durchsatz, des Wassers im inneren Kanal auf Basis der vom Propeller aufgenommenen Leistung und/oder der Propellerdrehzahl durch das erste Mittel zur Ermittlung des Volumenstroms des Wassers im inneren Kanal abgeschätzt oder berechnet. Somit ist bevorzugt, dass das erste Mittel zur Ermittlung des Volumenstroms des Wassers im inneren Kanal als Modul, beispielsweise als Softwaremodul oder Hardwaremodul, des Regelungssystems ausgebildet ist.
• Durch das Vorsehen eines Mittels zur Ermittlung des Volumenstroms des Wassers im inneren Kanal, kann die Gaszuführmenge durch die jeweiligen Gaszuführmittel in Abhängigkeit von der Strömung durch den inneren Kanal angesteuert beziehungsweise eingestellt werden.
• Es können auch mehrere Volumenstromsensoren innerhalb des inneren Kanals angeordnet sein. Beispielsweise könnten mehrere Volumenstromsensoren in Längsrichtung des inneren Kanals beabstandet zueinander angeordnet sein. Damit könnten unterschiedliche Volumenströme im Eingangs-, Ausgangs- und mittigen Bereich des inneren Kanals ermittelt werden. Durch eine derartig genaue Ermittlung des Volumenstroms an unterschiedlichen Orten innerhalb des inneren Kanals können die einzelnen Gaszuführmengen durch die unterschiedlichen Gaszuführmittel individuell angesteuert und eingestellt werden. Ferner können mehrere Volumenstromsensoren in radialer Ausrichtung verteilt im inneren Kanal angeordnet sein. Somit könnte der Volumenstrom im Bereich der Propellerblattenden und auch im Bereich der Propellermitte, sowie in Zwischenbereichen, separat ermittelt werden. Insbesondere dadurch könnte beispielsweise eine individuelle Ermittlung der optimalen Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den inneren Kanal mittels des ersten Gaszuführmittels und für die Gaszuführung in den inneren Kanal mittels des zweiten Gaszuführmittels ermittelt werden.
• Des Weiteren ist bevorzugt, dass das Regelungssystem mindestens ein zweites Mittel, insbesondere einen Volumenstromsensor, zur Ermittlung des Volumenstroms des Gases im Gaszuleitungssystem aufweist. Dabei ist das zweite Mittel zur Ermittlung des Volumenstroms im Gaszuleitungssystem angeordnet. Durch das Vorsehen eines zweiten Mittels zur Ermittlung des Volumenstroms im Gaszuleitungssystem kann zusätzlich zu dem Volumenstrom im inneren Kanal auch der Volumenstrom in den einzelnen Zuleitungen zu den unterschiedlichen Gaszuführmitteln individuell ermittelt werden. Die hierdurch ermittelten Werte dienen ebenfalls als Parameter zur Regelung und Ansteuerung der Durchflussmengenventile. Es können ebenfalls mehrere zweite Volumenstromsensoren im Gaszuleitungssystem angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Volumenstromsensor in einer gemeinsamen Zuleitung für mehrere oder alle Gaszuführmittel angeordnet sein. Ferner können separate Volumenstromsensoren in den einzelnen Abzweigungen für die unterschiedlichen Gaszuführmittel angeordnet sein. Beispielsweise kann jeweils ein Volumenstromsensor für die Ermittlung des Volumenstroms des Gases durch alle ersten Gaszuführmittel und alle zweiten Gaszuführmittel und alle dritten Gaszuführmittel vorgesehen sein.
• Des Weiteren ist bevorzugterweise vorgesehen, dass das Regelungssystem mindestens ein erstes Mittel, insbesondere einen Temperatursensor, zur Ermittlung einer Temperatur aufweist. Ferner ist bevorzugterweise vorgesehen, dass das Regelungssystem mindestens ein erstes Mittel, insbesondere einen Drucksensor, zur Ermittlung eines Druckes aufweist. Dabei sind das erste Mittel zur Ermittlung einer Temperatur und/oder das erste Mittel zur Ermittlung eines Druckes im Gaszuleitungssystem angeordnet. Der oder die durch den Temperatursensor und/oder Drucksensor ermittelten Werte dienen ebenfalls als Parameter zur Regelung und Ansteuerung der Durchflussmengenventile. Durch das Vorsehen von Temperatursensoren und/oder Drucksensoren im Gaszuleitungssystem können weitere Parameter zusätzlich zum Volumenstrom für die aktive Regelung der Gasdurchflussmengen berücksichtigt werden. Ferner ist bevorzugterweise vorgesehen, dass wie auch bei den Volumenstromsensoren mehrere Temperatur- und Drucksensoren im Gaszuleitungssystem angeordnet sind. Beispielsweise kann in einer gemeinsamen Zuleitung ein Temperatursensor und/oder Drucksensor angeordnet sein. Ferner können in den einzelnen Abzweigungen zu den einzelnen Gaszuführmitteln separate Temperatur- und/oder Drucksensoren angeordnet sein.
• Es ist ferner bevorzugt, dass das Regelungssystem ein Mittel zur Messung oder Ermittlung der Propellerdrehzahl und/oder ein Mittel zur Messung oder Ermittlung der Propellerdrehrichtung und/oder ein Mittel zur Messung oder Ermittlung eines Geräuschpegels aufweist. Somit kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Propellerdrehzahl und/oder die Propellerdrehrichtung als weitere Parameter für die aktive Regelung und somit für die Ermittlung der Gaszuführmenge der einzelnen Gaszuführmittel dienen.
• Besonders bevorzugterweise ist somit der Volumenstrom des Wassers im inneren Kanal, der Volumenstrom des Gases im Gaszuleitungssystem, der Druck im Gaszuleitungssystem, die Temperatur im Gaszuleitungssystem, die Propellerdrehzahl sowie die Propellerdrehrichtung als Parameter für die Ermittlung und Einstellung einer optimalen Gaszuführmenge für das erste, das zweite und dritte Gaszuführmittel vorgesehen.
• Durch das Vorsehen eines weiteren Mittels zur Messung oder Ermittlung eines Geräuschpegels kann die aktive Regelung vorteilhafterweise als adaptive Regelung betrieben werden. Somit können die einzelnen ermittelten Parameter zur aktiven Einstellung der optimalen Gaszuführmenge in einer ersten Regelungsstufe vorgesehen sein. In einer zweiten Regelungsstufe kann dann die Gaszuführmenge weiter in Abhängigkeit eines ermittelten oder gemessenen Geräuschpegels erhöht oder verringert werden. Somit kann beispielsweise in einer ersten Stufe in Abhängigkeit ermittelter Parameter eine optimale Gaszuführmenge anhand vorgegebener Werte, beispielsweise einer vorgegebenen Tabelle oder einer vorgegebenen Kennlinie, ermittelt werden. Nach Einstellung dieser Gaszuführmenge oder Gaszuführmengen wird der Geräuschpegel, bevorzugterweise an unterschiedlichen Stellen, gemessen. In einer zweiten Regelungsstufe wird dann die Gaszuführmenge erhöht oder verringert. Durch ein erneutes Messen des Geräuschpegels kann ermittelt werden, ob in einer Wiederholung der zweiten Regelungsstufe nunmehr die Gaszuführmenge weiter erhöht oder verringert werden muss. Bevorzugterweise wird diese zweite Regelungsstufe in vorgegebenen Zeitabständen regelmäßig wiederholt. Durch eine derartige adaptive Regelung kann eine optimale Ermittlung der Gaszuführmenge für die ersten, zweiten und dritten Gaszuführmittel ermittelt werden. Die adaptive Regelung könnte in der zweiten Regelungsstufe auch von einem anderen geeigneten Parameter anstelle des Geräuschpegels beeinflusst werden.
• Ferner ist bevorzugt, dass das Regelungssystem eine Rechnereinheit aufweist. Eine Rechnereinheit weist üblicherweise einen Prozessor oder einen Controller, einen Speicher sowie eine Regelungssoftware auf. Durch die Regelungssoftware kann der Algorithmus für die aktive und/oder adaptive Regelung bereitgestellt werden. Der Prozessor oder der Controller dient der Ausführung dieser Software. Im Speicher kann sowohl die Regelungssoftware sowie auch eine Tabelle oder Kennlinie beziehungsweise mehrere Tabellen oder Kennlinien für optimale Gaszuführmengen in Abhängigkeit unterschiedlicher Parameter abgespeichert werden. Ferner könnte im Speicher ein separater Bereich für die adaptive Regelung vorgesehen sein, in welchem die in der zweiten Regelungsstufe korrigierten und kontinuierlich verbesserten Gaszuführmengen in Abhängigkeit von einer bestimmten Parameterkombination abgespeichert werden. Somit kann zu einem späteren Zeitpunkt auf bereits optimiertere Werte zurückgegriffen werden.
• Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das Gaszuleitungssystem eine Gasquelle, vorzugsweise einen Kompressor aufweist. Grundsätzlich könnte das eine Ende des Gaszuleitungssystems auch offen ausgebildet sein, damit mittels Unterdruck am anderen Ende des Gaszuleitungssystems, beispielsweise im Bereich der Gaszuführmittel, Umgebungsluft durch das Gaszuleitungssystem angezogen werden kann. Bevorzugterweise ist jedoch als Gasquelle eine Drucklufterzeugungseinrichtung, besonders bevorzugterweise ein Kompressor, vorgesehen. Des Weiteren kann das Regelungssystem mit dem Kompressor verbunden sein, beziehungsweise eine Ansteuerung des Kompressors vorgesehen sein. Somit könnten durch das Regelungssystem nicht nur die Durchflussmengenventile mittels derer zugeordneten Aktuatoren angesteuert werden, sondern auch zentral der Kompressor, beziehungsweise dessen Leistung, erhöht oder verringert werden. Des Weiteren könnte beispielsweise die eingestellte Leistung, oder die Temperatur des Kompressors als Parameter für die Ermittlung einer optimalen Gaszuführmenge für das Regelungssystem herangezogen werden.
• Des Weiteren ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Regelung der Gaszuführmenge in einen inneren Kanal einer Querstrahlruderanlage für Wasserfahrzeuge, insbesondere Schiffe, vorgesehen. Das erfindungsgemäße Regelungsverfahren ist dabei für eine Querstrahlruderanlage vorgesehen, welche einen inneren Kanal, in welchem ein Propeller angeordnet ist und wobei der innere Kanal als Querschubkanal ausgebildet ist, und ein Gaszuleitungssystem, wobei das Gaszuleitungssystem ein erstes Gaszuführmittel zur Zuführung von Gas, insbesondere Luft, in den inneren Kanal aufweist. Ferner weist das Gaszuleitungssystem der Querstrahlruderanlage für das erfindungsgemäße Regelungsverfahren ein Regelungssystem zur Regelung der Gaszuführmenge in den inneren Kanal durch das erste Gaszuführmittel auf. Für das erfindungsgemäße Regelungsverfahren sind die folgenden Schritte vorgesehen:
• a) Ermitteln eines Volumenstroms des Wassers im inneren Kanal durch Schätzen, Berechnen oder Messen, und/oder Ermitteln eines Volumenstroms des Gases im Gaszuleitungssystem, und/oder
• b) Ermitteln einer Temperatur und/oder eines Drucks im Gaszuleitungssystem, und
• c) Ansteuern eines ersten Aktuators, wobei der erste Aktuator einem ersten Mittel, insbesondere Durchflussmengenventil, zur Einstellung der Gaszuführmenge in den inneren Kanal zugeordnet ist.
• Es handelt sich somit erfindungsgemäß um eine aktive Regelung, womit die Gaszuführmenge in den inneren Kanal aktiv eingestellt und geregelt werden kann, wobei die Regelung in Abhängigkeit der Parameter Volumenstrom des Wassers im inneren Kanal und/oder Volumenstrom des Gases im Gaszuleitungssystem und/oder Temperatur im Gaszuleitungssystem und/oder Druck im Gaszuleitungssystem beeinflusst wird.
• Bevorzugterweise wird zusätzlich zum ersten Aktuator, welcher einem ersten Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge in den inneren Kanal zugeordnet ist, ein zweiter Aktuator angesteuert. Der bevorzugte zweite Aktuator ist dabei einem zweiten Mittel, insbesondere Durchflussmengenventil, zur Einstellung der Gaszuführmenge in den inneren Kanal angeordnet. Bevorzugterweise wird hierbei die Gaszuführmenge durch ein zweites Gaszuführmittel zur Zuführung von Gas in den inneren Kanal eingestellt.
• Des Weiteren ist bevorzugt, dass ein dritter Aktuator angesteuert wird, welcher einem dritten Mittel, insbesondere Durchflussmengenventil, zur Einstellung der Gaszuführmenge in einen äußeren Zwischenraum zwischen innerem Kanal und einem den inneren Kanal aufnehmenden äußeren Kanal zugeordnet ist.
• Somit ist bevorzugterweise vorgesehen, dass bei dem Regelungsverfahren nach Ermitteln der Parameter, wie beispielsweise Volumenstrom des Wassers im inneren Kanal, Volumenstrom des Gases im Gaszuleitungssystem, Temperatur im Gaszuleitungssystem oder Druck im Gaszuleitungssystem, mehrere Aktuatoren, bevorzugterweise drei Aktuatoren angesteuert werden, um die Gaszuführmenge einzustellen und zu regeln. Bevorzugterweise wird durch das Ansteuern eines ersten Aktuators die Gaszuführmenge in den inneren Kanal durch ein erstes Gaszuführmittel eingestellt. Durch die Ansteuerung eines zweiten Aktuators wird bevorzugterweise die Gaszuführmenge in den inneren Kanal durch ein zweites Gaszuführmittel eingestellt. Des Weiteren wird bevorzugterweise durch das Ansteuern eines dritten Aktuators die Gaszuführmenge in den äußeren Zwischenraum zwischen innerem Kanal und äußerem Kanal durch ein drittes Gaszuführmittel eingestellt.
• Ferner ist bevorzugt, dass das Regelungsverfahren eine aktive Regelung mit mindestens einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe aufweist. Durch eine zwei- oder mehrstufige Regelung kann eine adaptive Regelung bereitgestellt werden. Wobei unter aktiver Regelung zu verstehen ist, dass die Gaszuführmengen aktiv in Abhängigkeit von gemessenen und/oder ermittelten Parametern eingestellt und geregelt werden, ist unter adaptiver Regelung eine selbstanpassende Regelung zu verstehen. Somit werden bei der adaptiven Regelung die einstellbaren Größen, nämlich die Gaszuführmengen oder die den Mitteln zur Einstellung der Gaszuführmenge bzw. deren zugeordneter Aktuatoren zugeführte Signale, selbstständig angepasst und geändert. Somit sind beispielsweise auch größere und kleinere Änderungen, sowie sprunghafte Anpassungen möglich.
• Während der ersten Stufe wird die Gaszuführmenge basierend auf vorgegebenen Kennwerten ermittelt. Dies kann beispielsweise nach Ermittlung der Parameter aus einer Tabelle oder eine Kennlinie, welche in einem Speicher einer Rechnereinheit abgespeichert ist, ermittelt werden. In einer zweiten Stufe kann die nach der ersten Stufe eingestellte Gaszuführmenge korrigiert und angepasst werden. Dabei wird vorzugsweise ein Geräuschpegel, vorzugsweise an unterschiedlichen Orten des Querstrahlruders oder des Wasserfahrzeuges, ermittelt und im nächsten Schritt die Gaszuführmenge erhöht oder verringert. Durch erneute Ermittlung des Geräuschpegels nach angepasster Gaszuführmenge kann erkannt werden, ob sich der Geräuschpegel erhöht oder verringert hat. In Abhängigkeit von diesem Ergebnis kann die Gaszuführmenge weiter korrigiert und angepasst werden. Die Größe der einzelnen Korrekturschritte kann dabei in Abhängigkeit der gemessenen Parameter, beispielsweise des Geräuschpegels, variieren. Beispielsweise kann eine grobe Anpassung und Korrektur mit größeren Schritten vorgesehen sein wenn der gemessene Geräuschpegel stark von einem Sollwert abweicht. Wobei eine Anpassung und Korrektur mit kleineren Schritten vorgesehen sein kann, wenn der gemessene Geräuschpegel einen kleineren Abstand vom Sollwert aufweist.
• Die adaptive Regelung kann dabei auf unterschiedlichen Algorithmen basieren. Beispielsweise kann der Optimierungsalgorithmus in der zweiten Regelungsstufe als stochastischer Algorithmus, im Sinne eines Gradientenverfahrens oder Korrelationsverfahrens, oder als anderweitiger und geeigneter Optimierungsalgorithmus ausgebildet sein.
• Das aktive und adaptive Regelungsverfahren ist somit in der Lage neue, optimierte Regelungsansätze selbstständig zu lernen und diese adaptiv zu regeln, wenn sich die äußeren Umstände, beziehungsweise die gemessenen und ermittelten Parameter, ändern. Bei diesen Parametern kann es sich beispielsweise um einen Geräuschpegel, die Propellerdrehzahl, den Volumenstrom im inneren Kanal und/oder im Gaszuleitungssystem, eine Temperatur oder einen Druckes handeln.
• Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die zweite Stufe in vorgegebenen Zeitabständen regelmäßig wiederholt wird. Damit kann eine kontinuierliche Anpassung und Korrektur der Gaszuführmenge vorgenommen werden. Durch eine derartige adaptive Regelung, beziehungsweise durch ein derartiges adaptives Regelungsverfahren zur Regelung der Gaszuführmenge kann eine optimale Geräuschdämmung erreicht werden. Durch Auswahl geeigneter Zeitabstände kann sichergestellt werden, dass der resultierende Geräuschpegel minimal gehalten werden kann.
• Um eine optimierte Geräuschdämmung zu gewährleisten, ist ferner erfindungsgemäß eine Querstrahlruderanlage für Wasserfahrzeuge, insbesondere Schiffe vorgesehen, welche einen inneren Kanal, in welchem ein Propeller angeordnet ist und einen den inneren Kanal aufnehmenden äußeren Kanal, wobei der innere Kanal über elastische Elemente an dem äußeren Kanal elastisch gelagert ist und wobei der innere Kanal und der äußere Kanal derart zueinander angeordnet sind, dass zwischen einer Außenwand des inneren Kanals und einer Innenwand des äußeren Kanals zumindest bereichsweise ein äußerer Zwischenraum angeordnet ist, vorgesehen.
• Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Querstrahlruderanlage einen Resonanzerzeuger zur Regelung einer Schwingung des inneren Kanals innerhalb des äußeren Kanals auf. Bevorzugterweise ist hierzu ein Resonanzerzeuger im Bereich der elastischen Lagerung angeordnet. Die elastische Lagerung des inneren Kanals im äußeren Kanal dient generell bereits der Geräuschdämmung. Der resultierende Geräuschpegel ist allerdings stark abhängig von der Frequenz und der Amplitude der Schwingung des inneren Kanals innerhalb des äußeren Kanals. Deshalb ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schwingung im Bereich der elastischen Lagerelemente aktiv durch das Vorsehen eines oder mehrerer Resonanzerzeuger geregelt und eingestellt werden kann.
• Hierfür kann eine Regelung beziehungsweise ein Regelungssystem vorgesehen sein, durch welches der oder die Resonanzerzeuger zur Regelung einer Schwingung des inneren Kanals innerhalb des äußeren Kanals, in Abhängigkeit von ermittelten Parametern, beispielsweise des Volumenstroms des Wassers im inneren Kanal, eines Geräuschpegels an einer vordefinierten Stelle der Querstrahlruderanlage oder des Wasserfahrzeuges oder der resultierenden Schwingung des inneren Kanals innerhalb des äußeren Kanals, eingestellt werden.
• Des Weiteren ist bevorzugterweise der Resonanzerzeuger als Schwingungsaktuator zur Erhöhung der Schwingung und/oder als Schwingungsdämpfer zur Dämpfung der Schwingung ausgebildet. Dabei ist besonders bevorzugterweise ein Resonanzerzeuger vorgesehen, welcher sowohl die Schwingung erhöhen sowie auch die Schwingung dämpfen kann. Alternativerweise sind separate Resonanzerzeuger zur Erhöhung der Schwingung und zur Dämpfung der Schwingung vorgesehen. Des Weiteren ist bevorzugt, dass mindestens ein Resonanzerzeuger im Bereich jeder elastischen Lagerung des inneren Kanals innerhalb des äußeren Kanals angeordnet ist.
• Die Querstrahlruderanlage weist ferner bevorzugterweise ein Mittel zur Ermittlung der Schwingung des inneren Kanals innerhalb des äußeren Kanals auf. Dadurch kann der Schalleintrag ins Wasserfahrzeug, insbesondere ins Schiff, ermittelt werden oder die Vibration in der elastischen Lagerung ermittelt werden. Der ermittelte Wert für den resultierenden Schalleintrag ins Wasserfahrzeug oder die Vibration in der elastischen Lagerung kann in einer zweiten Regelungsstufe für eine aktive Regelung als Eingangsparameter zur Korrektur beziehungsweise Anpassung der Ansteuerung des Resonanzerzeugers dienen.
• Des Weiteren ist bevorzugt, dass das Mittel zur Ermittlung der Schwingung des inneren Kanals innerhalb des äußeren Kanals ein Schwingungssensor ist. Besonders bevorzugterweise sind mehrere Mittel zur Ermittlung der Schwingung des inneren Kanals innerhalb des äußeren Kanals vorgesehen. Beispielsweise können mehrere Schwingungssensoren an unterschiedlichen und voneinander beabstandeten Orten im Bereich des äußeren Kanals oder in anderen Bereichen der Querstrahlruderanlage und/oder des Wasserfahrzeuges angeordnet sein. Aufgrund der beabstandeten Anordnung mehrerer Schwingungssensoren ist es möglich, die Ausbreitung des Schalls ins Wasserfahrzeug genauer zu bestimmen und die hierbei ermittelten Werte als Parameter für die Korrektur und Anpassung der Ansteuerung der Resonanzerzeuger für die adaptive Regelung zu verwenden.
• Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zur Regelung einer Schwingung des inneren Kanals innerhalb des äußeren Kanals einer Querstrahlruderanlage vorgesehen. Das Regelungsverfahren weist dabei die folgenden Schritte auf:
• a) Ermitteln einer Schwingungsstärke des inneren Kanals innerhalb des äußeren Kanals und/oder eines Geräuschpegels,
• b) Erhöhen oder Dämpfen der Schwingungsstärke mittels eines Resonanzerzeugers basierend auf der in Schritt a) ermittelten Schwingungsstärke und/oder des ermittelten Geräuschpegels.
• Unter der zu ermittelten Schwingungsstärke sind sowohl die Amplitude der Schwingung sowie auch die Frequenz zu verstehen. Die Amplitude, sowie auch die Frequenz der Schwingung des inneren Kanals innerhalb des äußeren Kanals, dienen demnach als Parameter für die aktive Regelung.
• Nach erstmaligem Ermitteln einer Schwingungsstärke und Ansteuern des Resonanzerzeugers kann in einer weiteren Stufe die resultierende Schwingungsstärke und/oder der resultierende Geräuschpegel nochmals ermittelt und die Schwingungsstärke korrigiert und angepasst werden. Hierdurch wird nicht nur eine aktive, sondern auch eine adaptive Regelung bereitgestellt.
• Unter aktiver Regelung ist zu verstehen, dass die Schwingungsstärke aktiv in Abhängigkeit von einem Geräuschpegel und/oder einer Schwingungsstärke eingestellt und geregelt wird. Hierbei wird die einzustellende Schwingungsstärke in Abhängigkeit des in Schritt a) ermittelten Wertes aus vorgegebenen Kennwerten (beispielsweise einer Tabelle oder einer Kennlinie) ermittelt. Unter adaptiver Regelung ist eine selbstanpassende Regelung zu verstehen. Somit wird bei der adaptiven Regelung die einstellbare Größe, nämlich die Schwingungsstärke, selbstständig angepasst und geändert. Somit sind beispielsweise auch größere und kleinere Änderungen, sowie sprunghafte Anpassungen möglich.
• Beispielsweise kann in einer ersten Stufe in Schritt a) eine Schwingungsstärke gemessen werden und anschließend in Schritt b) in Abhängigkeit der gemessenen Schwingungsstärke die Schwingungsstärke mittels eines Resonanzerzeugers erhöht oder gedämpft werden. Daran anschließend kann in einer zweiten Stufe-Schritt a) wiederholt werden, wobei nun der resultierende Geräuschpegel gemessen und mit einem Sollwert verglichen wird. In Abhängigkeit von diesem Vergleichsergebnis wird die Schwingungsstärke in einem weiteren Schritt b) adaptiv angepasst oder korrigiert.
• Bevorzugterweise werden die zwei Schritte a) und b) der Regelung in vorgegebenen und regelmäßigen Zeitabständen wiederholt. Somit kann über einen längeren Gesamtzeitraum der Geräuschpegel beziehungsweise der Schalleintrag ins Wasserfahrzeug, minimal gehalten werden. Selbst bei Veränderungen von äußeren Einflüssen wird dabei sichergestellt, dass die Resonanzerzeuger optimal angesteuert werden und somit die Schwingungsstärke regelmäßig auf einem optimierten Wert gehalten wird.
• Die Größe der einzelnen Korrekturschritte kann dabei in Abhängigkeit der gemessenen Parameter, beispielsweise des Geräuschpegels, variieren. Beispielsweise kann eine grobe Anpassung und Korrektur mit größeren Schritten vorgesehen sein wenn der gemessene Geräuschpegel stark von einem Sollwert abweicht. Wobei eine Anpassung und Korrektur mit kleineren Schritten vorgesehen sein kann, wenn der gemessene Geräuschpegel einen kleineren Abstand vom Sollwert aufweist.
• Die adaptive Regelung kann dabei auf unterschiedlichen Algorithmen basieren. Beispielsweise kann der Optimierungsalgorithmus in der zweiten Regelungsstufe als stochastischer Algorithmus, oder im Sinne eines Gradientenverfahrens oder Korrelationsverfahrens, oder als anderweitiger und geeigneter Optimierungsalgorithmus ausgebildet sein.
• Das aktive und adaptive Regelungsverfahren ist somit in der Lage neue, optimierte Regelungsansätze selbstständig zu lernen und diese adaptiv zu regeln, wenn sich die äußeren Umstände, beziehungsweise die gemessenen und ermittelten Parameter, ändern. Bei diesen Parametern kann es sich beispielsweise um einen Geräuschpegel oder eine Schwingungsstärke handeln.
• Beschreibung der Zeichnungen
• Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 schematisch einen senkrechten Querschnitt durch ein Querstrahlruder,
• 2 schematisch einen weiteren senkrechten Querschnitt durch ein Querstrahlruder,
• 3 schematisch einen weiteren senkrechten Querschnitt durch ein Querstrahlruder, und
• 4 schematisch einen Längsschnitt durch das Querstrahlruder und ein Regelungssystem.
• In 1 ist schematisch ein Querschnitt durch ein Querstrahlruder 100 abgebildet. Das Querstrahlruder 100 umfasst einen inneren Kanal 30. Der innere Kanal 30 nimmt den Propeller 25 auf und ist im Bereich des Propellers 25 doppelwandig ausgebildet, wobei die Innenwand 30‘ des inneren Kanals 30 von einem Tunnelrohr 20 und die äußere Wand von einem kastenförmigen Gehäuse 301 gebildet sind. Das Tunnelrohr 20 geht durch den gesamten Schiffskörper hindurch, wohingegen das kastenförmige Gehäuse 301 nur im mittleren Bereich, des Querstrahlruders 100, in dem auch der Propeller 25 angeordnet ist, vorgesehen ist.
• Der Propeller 25 ist mit einem Antriebsmotor 26, z. B. einem Elektromotor, über ein Winkelgetriebe, welches in einem Getriebegehäuse 24 angeordnet ist, verbunden.
• Die Außenfläche des Tunnelrohrs 20 ist mit 21a bezeichnet. Die seitlichen Öffnungen des inneren Kanals 30 sind mit 120 und 121 gekennzeichnet.
• Der von der Außenwandfläche 21a des Tunnelrohrs 20 und von der Innenwandfläche 30a des kastenförmigen Gehäuses 301 gebildete innere Zwischenraum 31 ist mit einem Dämmmaterial, bevorzugterweise mit einer Sandfüllung 35, ausgefüllt, wobei für das Dämmmaterial alle solche Materialien zum Einsatz kommen können, die in etwa gleiche schallmindernde Eigenschaften aufweisen, wobei anstelle von Sand auch entsprechend geeignete Kunststoffe eingesetzt werden können.
• Der innere Kanal 30 ist in einem äußeren Kanal 32 angeordnet. Der äußere Kanal 32 kann sich über die gesamte Länge des inneren Kanals 30 erstrecken, jedoch auch so lang bemessen sein, dass Bereiche benachbart zu den seitlichen Öffnungen 120, 121 des inneren Kanals 30 von dem äußeren Kanal 32 ausgespart werden. Das bedeutet, dass der äußere Kanal 32 sich nicht über die gesamte Länge des inneren Kanals 30 erstrecken muss.
• Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das mit der Sandfüllung 35 versehene kastenförmige Gehäuse 301 bis unterhalb des Tunnelrohres 20 geführt, sodass das Tunnelrohr 20 im inneren Zwischenraum 31 des doppelwandigen Bereichs des inneren Kanals 30 angeordnet ist. Die Sandfüllung 35 umgibt somit gänzlich das Tunnelrohr 20 in diesem Bereich und liegt wie ein fester Ring um das Tunnelrohr 20.
• Der innere Kanal 30, umfassend das Tunnelrohr 20 und das kastenförmige Gehäuse 301 einschließlich der Sandfüllung 35, sowie das Getriebegehäuse 24 und der Propeller 25 sind über federnd-elastische Elemente 39, wie z. B. über Elemente aus Gummi oder anderen geeigneten Materialien, in dem äußeren Kanal 32 elastisch gelagert. Der äußere Kanal 32 ist Teil der Schiffsstruktur. Im Bereich des kastenförmigen Gehäuses 301 ist der äußere Kanal 32 in Bezug auf seine Form an die Form des kastenförmigen Gehäuses 301 angepasst, sodass ein im Wesentlichen gleichbleibender äußerer Zwischenraum 33 zwischen der Innenwand 32‘ des äußeren Kanals 32 und der Außenwand 301‘ des inneren Kanals 30, beziehungsweise des kastenförmigen Gehäuses 301 entsteht. Der äußere Kanal 32 kann über die gesamte Länge des Querstrahlruders 100 und somit über die gesamte Breite des Wasserfahrzeugs in diesem Bereich vorgesehen sein oder auch nur bereichsweise.
• Im inneren Kanal 30 ist eine Vielzahl von ersten Gaszuführmitteln 60a, insbesondere Luftdüsen, zur Lufteinblasung in den Innenraum des inneren Kanals 30 angeordnet. Diese ersten Gaszuführmittel 60a stehen über einen Ringkanal 31 in Verbindung, dem über eine Gasquelle 65, insbesondere Drucklufterzeugungsvorrichtung, Luft zugeführt wird.
• Die ersten Gaszuführmittel 60a sind ringförmig in der Wand des Tunnelrohres 20 angeordnet. Dabei sind die ersten Gaszuführmittel 60a beidseitig des Propellers 25 und beabstandet zum Propeller 25 angeordnet. Somit ist auf jeder der beiden Seiten des Propellers 25, beabstandet zum Propeller 25 in der Wand des Tunnelrohres 20 ein Ringkanal 21 mit jeweils mehreren ersten Gaszuführmitteln 60a angeordnet. Die ersten Gaszuführmittel 60a sind über ein Gaszuleitungssystem 111 mit der Gasquelle 65 verbunden. Das Gaszuleitungssystem 111 kann dabei aus mehreren Leitungen beziehungsweise Rohren, bestehen. Ferner weist das Gaszuleitungssystem 111 zusätzlich Ventile und ein Regelungssystem 130 auf. Definitionsgemäß sind die ersten Gaszuführmittel 60a sowie auch die Gasquelle 65 dem Gaszuleitungssystem 111 zugeordnet.
• Im äußeren Zwischenraum 33 zwischen dem inneren Kanal 30 und dem äußeren Kanal 32 ist ein als Kunststoffmatte 80 ausgebildetes mattenförmiges Element vorgesehen. Die Kunststoffmatte 80 umfasst ein geschlossenzelliges Kunststoffmaterial, indem eine Vielzahl von Luftbläschen eingeschlossen ist. Die Kunststoffmatte 80 liegt flächig an der Außenseite 301‘ des inneren Kanals 30 an und ist an diesem mittels Klebung befestigt. Die Kunststoffmatte 80 verläuft umlaufend beziehungsweise über den gesamten Umfang beziehungsweise die gesamte Länge des Zwischenraumes 33. Die Kunststoffmatte 80 ist durchgehend und einstückig ausgebildet.
• Das doppelwandige Gehäuse des inneren Kanals 30, sowie der mit der Sandfüllung 35 ausgefüllte innere Zwischenraum 31, sowie das Vorsehen eines äußeren Zwischenraums 33 zwischen innerem Kanal 30 und äußerem Kanal 32 dienen bereits zur Geräuschdämmung der Querstrahlruderanlage 100. In Abhängigkeit von der Drehzahl des Propellers 25 kann durch den Propeller 25 der Wasserdruck an der Saugseite des Propellers 25 soweit absinken, dass Kavitationsblasen auftreten, die sehr schnell wieder kollabieren. Dabei entstehen hammerartige Schläge, die sich über den inneren Kanal 30 und den äußeren Kanal 32 in das Schiffsinnere als Körperschall, sowie durchs Wasser als Wasserschall verbreiten. Durch die Zuführung von Gas in den inneren Kanal 30 durch die ersten Gaszuführmittel 60a kann eine derartige Blattkavitation 90 im Bereich der Propellerblattspitzen und somit die damit einhergehenden Kavitationsgeräusche weiter reduziert werden. Da die ersten Gaszuführmittel 60a beidseitig des Propellers 25 an der inneren Wand 30‘ des inneren Kanals 30 angeordnet sind, kann die Lufteinblasung in den inneren Kanal 30 immer in Anströmrichtung kurz vor dem Propeller 25 erfolgen. Somit wird jeweils auf der Anströmseite des Propellers 25 Luft durch die ersten Gaszuführmittel 60a in den inneren Kanal 30 zugeführt.
• Das Zuführen von Luft in den inneren Kanal 30 ist bereits durch den Stand der Technik bekannt. Da eine derartige Gaszuführung allerdings lediglich ein- und ausschaltbar ausgebildet ist und die Gaszuführmenge nicht aktiv geregelt werden kann, ist die Gaszuführmenge in den inneren Kanal 30 in der Regel konstant, beziehungsweise kann sich allenfalls indirekt aufgrund eines veränderten Druckes im inneren Kanal leicht verändern. Beispielsweise kann bei steigernder Propellerdrehzahl der Unterdruck auf der Anströmseite im inneren Kanal 30 ansteigen, was in diesen Bereichen eine leichte Erhöhung des eingeblasenen Luftvolumens zur Folge hat. Durch eine derartige indirekte Regelung ist eine optimierte Zuführmenge des Gases in den inneren Kanal 30 nicht unter allen Bedingungen gegeben.
• In den 1 bis 3 ist jeweils dieselbe schematische Ansicht eines Querschnitts einer Querstrahlruderanlage 100 gezeigt. Ferner ist gezeigt, wie sich die Blattkavitation 90 in Abhängigkeit von der Leistung des Propellers 25 ändern kann. Unter Ausdehnung der Kavitation 90 ist die Ausdehnung des Bereichs in dem am Propellerblatt in Abhängigkeit von der jeweiligen Propellerleistung Kavitation 90 auftreten kann zu verstehen.
• In 1 ist die Ausdehnung der Kavitation 90 auf der Propelleransaugseite bei 50 % Leistung des Propellers 25 gezeigt.
• Dagegen ist in 2 die Ausdehnung der Kavitation 90 auf der Propelleransaugseite bei 70 % gezeigt.
• 3 zeigt die Ausdehnung der Kavitation 90 auf der Propelleransaugseite bei 100 % Leistung des Propellers 25.
• Um eine optimale Gaszuführmenge zu ermitteln und in den inneren Kanal 30 zuzuführen, weist das Gaszuleitungssystem 111 ein Regelungssystem 130 mit einer aktiven Regelung auf.
• In 4 ist ein Längsschnitt durch die Querstrahlruderanlage 100 gezeigt. Ferner ist in 4 das Gaszuleitungssystem 111 bestehend aus mehreren Rohren, einer Gasquelle 65, ersten Gaszuführmittel 60a, zweiten Gaszuführmitteln 60b, dritten Gaszuführmittel 60c, zahlreiche Mittel 40, 41, 42, 43, 43a, 44, 44a zur Einstellung der Gaszuführmenge, Ventile 46, 46a, 47, 47a, 48 und einem Regelungssystem 130 gezeigt.
• Das Regelungssystem 130 mit der aktiven Regelung dient dazu, optimale Gaszuführmengen zur Zuführung des Gases in den inneren Kanal 30 durch die ersten Gaszuführmittel 60a und die zweiten Gaszuführmittel 60b, sowie eine optimale Gaszuführmenge für die Zuführung von Gas durch die dritten Gaszuführmittel 60c in den äußeren Zwischenraum zwischen innerem Kanal 30 und äußerem Kanal 32 zu ermitteln und einzustellen. Die ersten Gaszuführmittel 60a sind, wie bereits zu 1 beschrieben, beidseitig des Propellers 25 im inneren Kanal 30 über einen Ringkanal 61 an der Innenwand 30‘ des inneren Kanals angebracht. Die ersten Gaszuführmittel 60a dienen somit der Zuführung von Gas in den inneren Kanal 30 im Bereich der Propellerblattspitzen.
• Die zweiten Gaszuführmittel 60b sind ebenfalls beidseitig des Propellers 25 zur Zuführung von Gas in den inneren Kanal 30 innerhalb des inneren Kanals 30 angeordnet. Dabei sind die zweiten Gaszuführmittel 60b in Längsrichtung des inneren Kanals 30 beabstandet zu den ersten Gaszuführmitteln 60a, sowie mit einem größeren Abstand zum Propeller 25 angeordnet. Dabei sind die zweiten Gaszuführmittel 60b im Bereich der ersten Öffnung 120 des inneren Kanals und im Bereich der zweiten Öffnung 121 des inneren Kanals angeordnet. In dem Bereich der beiden Öffnungen 120, 121 sind ebenfalls Gitter angeordnet. Diese Gitter dienen in erster Linie dazu, den Eintritt von Abfall in den inneren Kanal 30 zu vermeiden. An diesen Gittern können die zweiten Gaszuführmittel 60b angeordnet sein. Dadurch ist es möglich, die zweiten Gaszuführmittel 60b im Gegensatz zu den ersten Gaszuführmitteln 60a in einem Abstand zur Innenwand 30‘ des inneren Kanals 30 anzuordnen. Das heißt, dass die zweiten Gaszuführmittel 60b in radialer Richtung einen unterschiedlichen Abstand zur Innenwand 30‘ des inneren Kanals 30 aufweisen können. Somit kann eine Zuführung der Luft in den inneren Kanal nicht nur im Bereich der Propellerblattspitzen durch die ersten Gaszuführmittel 60a, sondern auch im Bereich der Propellerblattmitten durch die zweiten Gaszuführmittel 60b stattfinden.
• Die dritten Gaszuführmittel 60c sind im Bereich der Innenwand 32‘ des äußeren Kanals 32 angeordnet und dienen der Zuführung von Luft in den äußeren Zwischenraum 33 zwischen dem inneren Kanal 30 und dem äußeren Kanal 32.
• Sämtliche Gaszuführmittel 60a, 60b, 60c sind über Leitungen beziehungsweise Rohre des Gaszuleitungssystems 111 mit der Gasquelle 65 verbunden. Das Gaszuleitungssystem 111 weist dabei einzelne Abzweigungen beziehungsweise Zuleitungen, für einzelne Gruppen von Gaszuführmitteln 60a, 60b, 60c auf. Somit ist beispielsweise jeweils ein separater Zuleitungsstrang zur Zuführung der Luft für die backbordseitig angeordneten ersten Gaszuführmittel 60a, sowie auch für die backbordseitig angeordneten zweiten Gaszuführmittel 60b, sowie auch für die steuerbordseitig angeordneten ersten Gaszuführmittel 60a, sowie auch für die steuerbordseitig angeordneten zweiten Gaszuführmittel 60b und für die dritten Gaszuführmittel 60c vorgesehen. Die beiden Zuleitungsstränge für die backbord- und steuerbordseitig angeordneten ersten Gaszuführmittel münden in einen gemeinsamen Zuleitungsstrang für die ersten Gaszuführmittel 60a. Die beiden backbord- und steuerbordseitig angeordneten Zuführungsstränge für die zweiten Gaszuführmittel 60b münden in einen gemeinsamen Zuführungsstrang für die zweiten Gaszuführmittel 60b. Schließlich münden alle gemeinsamen Zuführungsstränge in einen einzigen Zuführungsstrang, welcher mit der Gasquelle 65 verbunden ist.
• Sowohl in den separaten Gaszuführungssträngen, sowie auch in den gemeinsamen Gaszuführungssträngen sind Mittel 40, 41, 42, 43, 43a, 44, 44a zur Einstellung der jeweiligen Gaszuführmenge angeordnet. Dabei handelt es sich um Durchflussmengenventile, mittels derer die genaue Gaszuführmenge eingestellt werden kann. Im Gegensatz zu einfachen Rückschlag- oder Sperrventilen kann mittels eines solchen Durchflussmengenventils in mehreren Stufen oder stufenlos die genaue Gaszuführmenge eingestellt werden.
• Durch das Regelungssystem 130 wird die gewünschte Gaszuführmenge in den inneren Kanal 30 durch die ersten Gaszuführmittel 60a über einen dem ersten Mittel 40 zur Einstellung der Gaszuführmenge zugeordneten ersten Aktuator 50 eingestellt. Nach Abzweigung des gemeinsamen Zuführungsstranges für die Gaszuführung zu den ersten Gaszuführmitteln 60a ist in dem jeweiligen Strang für die steuerbordseitige und backbordseitige Gaszuführung durch die ersten Gaszuführmittel 60a jeweils ein weiteres Mittel 43, 43a zur Einstellung der Gaszuführmenge und ein jeweils dem Mittel 43, 43a zugeordneter Aktuator 53, 53a angeordnet. Dies ermöglicht eine genaue Ansteuerung und Einstellung der Gaszuführmengen in den inneren Kanal 30 durch die ersten Gaszuführmittel 60a.
• Zur Einstellung der Gaszuführmenge in den inneren Kanal 30 durch die zweiten Gaszuführmittel 60b sind ebenfalls separate Mittel 41, 44, 44a zur Einstellung der Gaszuführmengen vorgesehen. Diesen Mitteln 44, 44a, 41 ist ebenfalls jeweils ein Aktuator 51, 54, 54a angeordnet, welcher durch das Regelungssystem 130 angesteuert werden kann.
• Zur Einstellung der Gaszuführmenge in den äußeren Zwischenraum 33, zwischen dem inneren Kanal 30 und äußeren Kanal 32 ist ein drittes Mittel 42 zur Einstellung der Gaszuführmenge mit einem zugeordneten dritten Aktuator 52 vorgesehen.
• Zusätzlich zu den Mitteln 40, 41, 42, 43, 43a, 44, 44a zur Einstellung der Gaszuführmengen sind in den einzelnen Zuleitungssträngen ferner Sperrventile 46, 46a, 47, 47a, 48 vorgesehen. Diese Sperrventile 46, 46a, 47, 47a, 48 dienen zum Öffnen und Schließen der Zuleitungsstränge beziehungsweise des Ein- und Ausschaltens der Gaszuführung für einzelne Stränge.
• Zur Ermittlung der einzelnen optimalen Gaszuführmengen für die unterschiedlichen Gaszuführmittel 60a, 60b und 60c dienen unterschiedliche Parameter. Dabei handelt es sich insbesondere um den Volumenstrom im inneren Kanal 30, den Volumenstrom im Gaszuleitungssystem 111, den Druck im Gaszuleitungssystem 111, die Temperatur im Gaszuleitungssystem 111, die Propellerdrehzahl, die Propellerdrehrichtung sowie den Geräuschpegel. Zur Ermittlung des Volumenstroms im inneren Kanal 30 ist ein erstes Mittel 131 zur Ermittlung des Volumenstroms vorgesehen. Hierbei handelt es sich um ein Softwaremodul oder Hardwaremodul zur Schätzung oder Berechnung des Volumenstroms des Wassers im inneren Kanal auf Basis der vom Propeller 25 aufgenommenen Leistung und/oder der Propellerdrehzahl. Des Weiteren sind zur Ermittlung der unterschiedlichen Volumenströme in den verschiedenen Strängen des Gaszuleitungssystems 111 ein zweites Mittel 132, 133, 134 zur Ermittlung des Volumenstroms im Gaszuleitungssystem 111 angeordnet. Des Weiteren ist zur Ermittlung des Drucks in den verschiedenen Strängen des Gaszuleitungssystems 111 jeweils ein Mittel 136, 136a, 136b, 136c zur Ermittlung des Drucks im Gaszuleitungssystem 111 angeordnet. Zur Ermittlung der Temperatur im Gaszuleitungssystem 111 ist ein erstes Mittel 135 zur Ermittlung der Temperatur im Gaszuleitungssystem 111 angeordnet. Des Weiteren sind ein Mittel 137 zur Messung oder Ermittlung der Propellerdrehzahl, ein Mittel 138 zur Messung oder Ermittlung der Propellerdrehrichtung und ein Mittel 139 zur Messung oder Ermittlung eines Geräuschpegels vorgesehen.
• Die Ausgänge der vorgenannten Sensoren und Mittel zur Ermittlung oder Messung einzelner Parameter werden dem Algorithmus der aktiven Regelung zugeführt und dienen der Ermittlung einer optimierten Gaszuführmenge für jeden einzelnen Bereich, z. B. für die Gaszuführung durch die ersten Gaszuführmittel 60a, für die Gaszuführung durch die zweiten Gaszuführmittel 60b, sowie für die Gaszuführung durch die dritten Gaszuführmittel 60c.
• Durch die Möglichkeit, die Gaszuführmenge in jedem einzelnen Bereich individuell und unabhängig voneinander optimal ermitteln und regeln zu können, ist eine aktive Regelung für die Gaszuführmenge und somit für die Reduzierung des Geräuschpegels bereitgestellt. Um diese Regelung weiter zu verbessern, ist ferner eine adaptive Regelung implementiert. Hierzu weist der Regelungsalgorithmus mindestens zwei Stufen auf. In einer ersten Stufe werden die unterschiedlichen und vorgenannten Parameter ermittelt und hieraus basierend auf einer vorab abgespeicherten Tabelle oder Kennlinie optimierte Gaszuführmengen ermittelt. Am Ende dieses ersten Regelungsschritts werden die ermittelten Gaszuführmengen für die einzelnen Bereiche über die Steuerungsventile eingestellt. In einer zweiten Regelungsstufe werden die beschriebenen und vorgenannten Parameter, insbesondere der Geräuschpegel erneut ermittelt. Im Anschluss daran wird die Gaszuführmenge für einzelne Bereiche erhöht oder verringert. Im Anschluss daran werden die einzelnen Parameter, insbesondere wieder der Geräuschpegel, nochmals ermittelt und die beiden zuletzt ermittelten Geräuschpegel miteinander verglichen. In Abhängigkeit davon, ob sich der Geräuschpegel erhöht oder verringert hat, werden dann die Gaszuführmengen für die einzelnen Bereiche weiter erhöht oder verringert. Dieser zweite Regelungsschritt mit der kontinuierlichen Messung und dem kontinuierlichen Vergleich der ermittelten Geräuschpegel wird in vordefinierten Zeitabständen regelmäßig wiederholt. Somit kann sichergestellt werden, dass eine optimale Auswahl der Gaszuführmengen für jeden einzelnen Bereich regelmäßig ermittelt und korrigiert wird. Für diese adaptive Regelung ist es ferner vorgesehen, dass die in der zweiten Regelungsstufe regelmäßig ermittelten korrigierten Gaszuführmengen für die einzelnen Bereiche in einem separaten Speicherbereich in einer Rechnereinheit des Regelungssystems 130 zur späteren Verwendung abgespeichert werden. Somit handelt es sich bei der adaptiven Regelung auch um eine selbstlernende Regelung.
• Durch die Aufhängung des inneren Kanals 30 innerhalb des äußeren Kanals 32 mittels elastischer Elemente 39 wird ebenfalls die Geräuschübertragung reduziert. Zur weiteren Verbesserung sind im Bereich der elastischen Elemente 39, beziehungsweise der Aufhängung des inneren Kanals 30 im äußeren Kanal 32, Resonanzerzeuger 59 zur Regelung und Einstellung einer gewünschten Schwingung vorgesehen. Durch den Resonanzerzeuger 59 kann die Schwingung des inneren Kanals 30 innerhalb des äußeren Kanals 32 erhöht oder gedämpft werden. Die für die Ermittlung einer optimalen Schwingung notwendigen Parameter werden durch Mittel 141 zur Ermittlung der Schwingung des inneren Kanals 30 innerhalb des äußeren Kanals 32, sowie auch durch Mittel 139 zur Messung oder Ermittlung eines Geräuschpegels ermittelt und vom Regelungssystem 130 verarbeitet. Durch die Mittel 141 zur Ermittlung der Schwingung des inneren Kanals 30 innerhalb des äußeren Kanals 32 kann im Bereich der elastischen Elemente 39, beziehungsweise der Aufhängung des inneren Kanals 30 innerhalb des äußeren Kanals 32, die aktuelle Schwingungsstärke, das heißt, die Amplitude der aktuellen Schwingung sowie die Frequenz der aktuellen Schwingung, ermittelt werden. Durch das Mittel 139 zur Messung oder Ermittlung eines Geräuschpegels kann der aktuelle und tatsächliche Geräuschpegel in unterschiedlichen Bereichen am Schiffskörper ermittelt werden. Basierend auf diesen beiden ermittelten Parametern kann durch einen aktiven und bevorzugterweise adaptiven Regelungsmechanismus durch das Regelungssystem 130 eine optimale Schwingung ermittelt werden, damit der Geräuschpegel möglichst minimal gehalten werden kann. Hierbei sind, wie bei dem Regelungsverfahren für die Ermittlung und Einstellung der Gaszuführmengen, mindestens zwei Verfahrensschritte für eine adaptive Regelung vorgesehen. Dabei wird die einzustellende Schwingung im ersten Regelungsschritt basierend auf den ermittelten Parametern und einer vorab abgespeicherten Tabelle oder Kennlinie ermittelt. Im zweiten Regelungsschritt wird die Schwingung in Abhängigkeit von neu ermittelten Parametern kontinuierlich korrigiert und angepasst.
• Bezugszeichenliste

100

Querstrahlruderanlage

20

Tunnelrohr

21a

Außenwand des Tunnelrohrs

25

Propeller

26

Antriebsmotor für den Propeller

30

innerer Kanal

30‘

Innenwand des inneren Kanals

30a

Innenwand des kastenförmigen Gehäuses des inneren Kanals

31

innerer Zwischenraum

32

äußerer Kanal

32‘

Innenwand des äußeren Kanals

33

äußerer Zwischenraum

35

Sandfüllung

39

elastische Elemente

40

erstes Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge

41

zweites Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge

42

drittes Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge

43

viertes Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge

43a

fünftes Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge

44

sechstes Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge

44a

siebtes Mittel zur Einstellung der Gaszuführmenge

46

erstes Sperrventil

46a

zweites Sperrventil

47

drittes Sperrventil

47a

viertes Sperrventil

48

fünftes Sperrventil

50

erster Aktuator

51

zweiter Aktuator

52

dritter Aktuator

53

vierter Aktuator

53a

fünfter Aktuator

54

sechster Aktuator

54a

siebter Aktuator

59

Resonanzerzeuger

60a

erstes Gaszuführmittel

60b

zweites Gaszuführmittel

60c

drittes Gaszuführmittel

61

Ringkanal

65

Gasquelle

80

Kunststoffmatte

90

Blattkavitation

111

Gaszuleitungssystem

120

erste Öffnung des inneren Kanals

121

zweite Öffnung des inneren Kanals

130

Regelungssystem

131

erstes Mittel zur Ermittlung des Volumenstroms

132

zweites Mittel zur Ermittlung des Volumenstroms

133

drittes Mittel zur Ermittlung des Volumenstroms

134

viertes Mittel zur Ermittlung des Volumenstroms

135

erstes Mittel zur Ermittlung der Temperatur

136

erstes Mittel zur Ermittlung des Drucks

136a

zweites Mittel zur Ermittlung des Drucks

136b

drittes Mittel zur Ermittlung des Drucks

136c

viertes Mittel zur Ermittlung des Drucks

137

Mittel zur Messung oder Ermittlung der Propellerdrehzahl

138

Mittel zur Messung oder Ermittlung der Propellerdrehrichtung

139

Mittel zur Messung oder Ermittlung eines Geräuschpegels

141

Mittel zur Ermittlung der Schwingung des inneren Kanals innerhalb

des

äußeren Kanals

301

kastenförmiges Gehäuse

301‘

Außenwand des inneren Kanals

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 2803336 A [0005]
• WO 84/03078 A [0006]
• WO 03/047966 A2 [0007]

Claims (30)

1. Querstrahlruderanlage (100) für Wasserfahrzeuge, aufweisend einen inneren Kanal (30), in welchem ein Propeller (25) angeordnet ist und wobei der innere Kanal (30) als Querschubkanal ausgebildet ist, und ein Gaszuleitungssystem (111), wobei das Gaszuleitungssystem (111) ein erstes Gaszuführmittel (60a) zur Zuführung von Gas, insbesondere Luft, in den inneren Kanal (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaszuleitungssystem (111) ein Regelungssystem (130) zur Regelung der Gaszuführmenge in den inneren Kanal (30) durch das erste Gaszuführmittel (60a) aufweist.
2. Querstrahlruderanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaszuleitungssystem (111) ein zweites Gaszuführmittel (60b) zur Zuführung von Gas, insbesondere Luft, in den inneren Kanal (30) aufweist, wobei das zweite Gaszuführmittel (60b) zumindest mit einem Gasaustrittsende beabstandet zu einer Innenwand (30‘) des inneren Kanals (30) angeordnet ist.
3. Querstrahlruderanlage gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Kanal (30) eine erste Öffnung (120) und eine zweite Öffnung (121) aufweist, wobei das zweite Gaszuführmittel (60b) im Bereich der ersten Öffnung (120) und/oder der zweiten Öffnung (121) angeordnet ist
4. Querstrahlruderanlage gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig des Propellers (25) jeweils mindestens ein erstes Gaszuführmittel (60a) und ein zweites Gaszuführmittel (60b) und bevorzugt in Längsrichtung des inneren Kanals (30) beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei die ersten Gaszuführmittel (60a) in Radialrichtung des inneren Kanals (30) unterschiedlich zu den zweiten Gaszuführmitteln (60b) angeordnet sind.
5. Querstrahlruderanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstrahlruderanlage (100) ferner einen den inneren Kanal (30) aufnehmenden äußeren Kanal (32) aufweist, wobei der innere Kanal (30) und der äußere Kanal (32) derart zueinander angeordnet sind, dass zwischen einer Außenwand (301‘) des inneren Kanals (30) und einer Innenwand (32‘) des äußeren Kanals (32) zumindest bereichsweise ein äußerer Zwischenraum (33) angeordnet ist.
6. Querstrahlruderanlage gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaszuleitungssystem (111) ein drittes Gaszuführmittel (60c) zur Zuführung von Gas, insbesondere Luft, in den äußeren Zwischenraum (33) aufweist.
7. Querstrahlruderanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaszuleitungssystem (111) mindestens ein erstes Mittel (40), insbesondere Durchflussmengenventil, zur Einstellung der Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den inneren Kanal (30) mittels des ersten Gaszuführmittels (60a) aufweist, wobei dem mindestens ersten Mittel (40) zur Einstellung der Gaszuführmenge ein erster Aktuator (50) zugeordnet ist, wobei der erste Aktuator (50) durch das Regelungssystem (130) angesteuert wird.
8. Querstrahlruderanlage gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaszuleitungssystem (111) mindestens ein zweites Mittel (41), insbesondere Durchflussmengenventil, zur Einstellung der Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den inneren Kanal (30) mittels des zweiten Gaszuführmittels (60b) aufweist, wobei dem mindestens zweiten Mittel (41) zur Einstellung der Gaszuführmenge ein zweiter Aktuator (51) zugeordnet ist, wobei der zweite Aktuator (51) durch das Regelungssystem (130) angesteuert wird.
9. Querstrahlruderanlage gemäß Anspruch 5 in Kombination mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaszuleitungssystem (111) mindestens ein drittes Mittel (42), Insbesondere Durchflussmengenventil, zur Einstellung der Gaszuführmenge für die Gaszuführung in den äußeren Zwischenraum (33) mittels des dritten Gaszuführmittels (60c) aufweist, wobei dem mindestens dritten Mittel (42) zur Einstellung der Gaszuführmenge ein dritter Aktuator (52) zugeordnet ist, wobei der dritte Aktuator (52) durch das Regelungssystem (130) angesteuert wird.
10. Querstrahlruderanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungssystem (130) mindestens ein erstes Mittel (131) zur Ermittlung des Volumenstroms des Wassers im inneren Kanal (30) aufweist, wobei das erste Mittel (131) zur Ermittlung des Volumenstroms des Wassers im inneren Kanal (30) als Mittel zur Schätzung, Berechnung oder Messung ausgebildet ist.
11. Querstrahlruderanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungssystem (130) mindestens ein zweites Mittel (132), insbesondere einen Volumenstromsensor, zur Ermittlung des Volumenstroms des Gases im Gaszuleitungssystem (111) aufweist, wobei das zweite Mittel (132) zur Ermittlung des Volumenstroms im Gaszuleitungssystem (111) angeordnet ist.
12. Querstrahlruderanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungssystem (130) mindestens ein erstes Mittel (135), insbesondere einen Temperatursensor, zur Ermittlung einer Temperatur und/oder ein erstes Mittel (136), insbesondere einen Drucksensor, zur Ermittlung eines Druckes aufweist, wobei das erste Mittel (135) zur Ermittlung einer Temperatur und/oder das erste Mittel (136) zur Ermittlung eines Druckes im Gaszuleitungssystem (111) angeordnet ist.
13. Querstrahlruderanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungssystem (130) ein Mittel (137) zur Messung oder Ermittlung der Propellerdrehzahl und/oder ein Mittel (138) zur Messung oder Ermittlung der Propellerdrehrichtung und/oder ein Mittel (139) zur Messung oder Ermittlung eines Geräuschpegels aufweist.
14. Querstrahlruderanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungssystem (130) eine Rechnereinheit aufweist.
15. Querstrahlruderanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungssystem (130) eine aktive und/oder adaptive Regelung aufweist.
16. Querstrahlruderanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaszuleitungssystem (111) eine Gasquelle (65), vorzugsweise einen Kompressor, aufweist.
17. Verfahren zur Regelung der Gaszuführmenge in einen inneren Kanal (30) einer Querstrahlruderanlage (100), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Ermitteln eines Volumenstroms des Wassers im inneren Kanal (30) durch Schätzen, Berechnen oder Messen, und/oder Ermitteln eines Volumenstroms des Gases im Gaszuleitungssystem (111), und/oder b) Ermitteln einer Temperatur und/oder eines Drucks im Gaszuleitungssystem (111), und c) Ansteuern eines ersten Aktuators (50), wobei der erste Aktuator (50) einem ersten Mittel (40), insbesondere Durchflussmengenventil, zur Einstellung der Gaszuführmenge in den inneren Kanal (30) zugeordnet ist.
18. Verfahren zur Regelung der Gaszuführmenge in einen inneren Kanal (30) einer Querstrahlruderanlage (100) gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich den folgenden Schritt aufweist: Ansteuern eines zweiten Aktuators (51), wobei der zweite Aktuator (51) einem zweiten Mittel (41), insbesondere Durchflussmengenventil, zur Einstellung der Gaszuführmenge in den inneren Kanal (30) zugeordnet ist.
19. Verfahren zur Regelung der Gaszuführmenge in einen inneren Kanal (30) einer Querstrahlruderanlage (100) gemäß einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich den folgenden Schritt aufweist: Ansteuern eines dritten Aktuators (52), wobei der dritte Aktuator (52) einem dritten Mittel (42), insbesondere Durchflussmengenventil, zur Einstellung der Gaszuführmenge in einen äußeren Zwischenraum (33) zwischen inneren Kanal (30) und einem den inneren Kanal (30) aufnehmenden äußeren Kanal (32) zugeordnet ist.
20. Verfahren zur Regelung der Gaszuführmenge in einen inneren Kanal (30) einer Querstrahlruderanlage (100) gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine adaptive Regelung mit mindestens einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe aufweist, wobei während der ersten Stufe die Gaszuführmenge basierend auf vorgegebenen Kennwerten ermittelt wird und wobei während der zweiten Stufe die nach der ersten Stufe eingestellte Gaszuführmenge basierend auf einem ermittelten Geräuschpegel, oder einer ermittelten Propellerdrehzahl, oder einem ermittelten Volumenstrom, oder einer ermittelten Temperatur, oder einem ermittelten Druck korrigiert oder angepasst wird.
21. Verfahren zur Regelung der Gaszuführmenge in einen inneren Kanal (30) einer Querstrahlruderanlage (100) gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stufe in vorgegebenen Zeitabständen wiederholt wird.
22. Querstrahlruderanlage (100) für Wasserfahrzeuge, aufweisend einen inneren Kanal (30), in welchem ein Propeller (25) angeordnet ist, und einen den inneren Kanal (30) aufnehmenden äußeren Kanal (32), wobei der innere Kanal (30) über elastische Elemente (39) an dem äußeren Kanal (32) elastisch gelagert ist, wobei der innere Kanal (30) und der äußere Kanal (32) derart zueinander angeordnet sind, dass zwischen einer Außenwand (301‘) des inneren Kanals (30) und einer Innenwand (32‘) des äußeren Kanals (32) zumindest bereichsweise ein äußerer Zwischenraum (33) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstrahlruderanlage (100) ferner einen Resonanzerzeuger (59) zur Regelung einer Schwingung des inneren Kanals (30) innerhalb des äußeren Kanals (32) aufweist, wodurch der Resonanzerzeuger (59) durch ein Regelungssystem (130) angesteuert wird.
23. Querstrahlruderanlage gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzerzeuger (59) als Schwingungsaktuator zur Erhöhung der Schwingung und/oder als Schwingungsdämpfer zur Dämpfung der Schwingung ausgebildet ist.
24. Querstrahlruderanlage gemäß einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstrahlruderanlage (100) ferner ein Mittel (141) zur Ermittlung der Schwingung des inneren Kanals (30) innerhalb des äußeren Kanals (32) aufweist.
25. Querstrahlruderanlage gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (141) zur Ermittlung der Schwingung des inneren Kanals (30) innerhalb des äußeren Kanals (32) ein Schwingungssensor ist.
26. Querstrahlruderanlage gemäß einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Resonanzerzeuger (59) im Bereich der elastischen Elemente (39) vorgesehen sind, wobei ein Resonanzerzeuger (59) als Schwingungsaktuator zur Erhöhung der Schwingung und ein anderer Resonanzerzeuger (59) als Schwingungsdämpfer zur Dämpfung der Schwingung ausgebildet ist.
27. Querstrahlruderanlage gemäß einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungssystem (130) eine aktive und/oder adaptive Regelung aufweist.
28. Verfahren zur Regelung einer Schwingung des inneren Kanals (30) innerhalb des äußeren Kanals (32) einer Querstrahlruderanlage (100), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Ermitteln einer Schwingungsstärke des inneren Kanals (30) innerhalb des äußeren Kanals (32) und/oder eines Geräuschpegels, und b) Erhöhen oder Dämpfen der Schwingungsstärke mittels eines Resonanzerzeugers (59) basierend auf der in Schritt a) ermittelten Schwingungsstärke und/oder des ermittelten Geräuschpegels.
29. Verfahren zur Regelung einer Schwingung des inneren Kanals (30) innerhalb des äußeren Kanals (32) einer Querstrahlruderanlage (100) gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das das Verfahren eine adaptive Regelung mit mindestens einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe aufweist, wobei während der ersten Stufe die in Schritt b) einzustellende Schwingungsstärke basierend auf vorgegebenen Kennwerten ermittelt wird und wobei während der zweiten Stufe die nach der ersten Stufe eingestellte Schwingungsstärke basierend auf einem ermittelten Geräuschpegel, oder einer ermittelten Schwingungsstärke korrigiert oder angepasst wird.
30. Verfahren zur Regelung einer Schwingung des inneren Kanals (30) innerhalb des äußeren Kanals (32) einer Querstrahlruderanlage (100) gemäß Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass Schritte a) und b) in vorgegebenen Zeitabständen wiederholt werden.

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