Stromerzeugungsaggregat
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stromerzeugungsag gregat.
Wasserfahrzeuge und insbesondere relativ kleine Vergnü gungsboote benötigen für den Betrieb der elektrischen Ein richtungen eine äussere Stromquelle wenn die Antriebsmoto ren stillgesetzt werden. In einem Bootshafen mit elektrischer
Stromversorgung besteht kein Problem. da das elektrische
Netz des Bootes über entsprechende Kabel mit der Stromver sorgung verbunden werden kann. Wird das Boot jedoch auf
See stillgesetzt oder vom Ufer entfernt verankert. so kann die
Stromversorgung für die elektrischen Einrichtungen Probleme bereiten.
Bis anhin wurden für die Stromversorgung auf See Genera toren verwendet, die von Benzinmotoren angetrieben werden.
Im allgemeinen werden diese Benzinmotoren im Schiffsrumpf gelagert. wobei sie im Betrieb Lärm und störende Vibrationen erzeugen. Es sind schon Versuche unternommen worden, diese
Probleme durch Verwendung von relativ grossen. schalldämp fenden Verkleidungen und vibrationsdämpfende Befestigungs einrichtungen zu überwinden. Während diese Lösungen dazu beigetragen haben. Lärm und Vibrationen des Stromversor gungssystemes zu dämpfen. sind derartige Einrichtungen rela tiv unhandlich und unpraktisch zur Verwendung bei Vergnü gungsbooten.
Das Lärmproblem besteht allerdings auch bei Stromversor gungsaggregaten die an Land verwendet werden, beispiels weise auf Baustellen. Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Stromerzeugungsaggregates, das gestattet.
Lärm und Vibrationen auf einfache Weise zu dämpfen und gleichzeitig die Feuer- und Explosionsgefahr vermindert. Das erfindungsgemässe Stromerzeugungsaggregat ist gekennzeich net durch ein wasserdichtes Gefäss. das eine Brennkraftma maschine sowie einen mit dieser gekuppelten Stromerzeuger enthält, vom Gefäss abstehende Luftzufuhrmittel, um die
Brennkraftmaschine mit Luft zu versorgen. Auspuffmittel für die Verbrennungsprodukte sowie mit dem Stromerzeuger verbundene Kabelmittel, um Verbrauchern Strom zuzuführen, wobei das Gefäss ausgebildet ist, um bei Anordnung im Was 5er mit den Luftzufuhrmitteln oberhalb der Wasseroberfläche und mit den Auspuffmitteln unterhalb der Wasseroberfläche zu liegen.
Durch diese Massnahmen wird erreicht. dass Lärm und Vibrationen wesentlich gedämpft werden können, und zwar insbesondere deshalb. weil das Wasser als Schalldämpfer für die Auspuffgase wirkt. Wird der Stromerzeuger gemäss einer bevorzugten Ausführung als Versorgungseinrichtung für ein Boot verwendet. so kann durch die Ausbildung des Gefässes als schwimmfähiger Körper bzw. Anordnung desselben ausserhalb des Bootskörpers die Übertragung von Vibrationen auf denselben praktisch vollständig vermieden werden.
In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Stromerzeugungsaggregates dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1, ein an ein Boot angehängtes Stromerzeugungsaggregat im Aufriss.
Fig. 2, das Stromerzeugungsaggregat nach Fig. 1 im Aufriss.
Fig. 3. eine Stirnansicht nach der Linie III-III in Fig. 2,
Fig. A einen Schnitt durch das Auspuffventil entlang der Linie IV-IV in Fig. 2. und
Fig. s eine perspektivische. teilweise aufgebrochene Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles.
In Fig. 1 ist mit 1(1 ein Stromerzeugungsaggregat bezeich net, das ein wasserdichtes Gefäss l aufweist, welches teilweise im Wasser eingetaucht ist und mit dem Heck eines Bootes 14 durch eine Leine 15 verbunden ist.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht. besteht das Gefäss l aus zwei Fiberglas-Halbschalen 16 und 1 8. die horizontal verlaufende Umfangsflansche 20 und 22 besitzen. Eine Dichtung 24, die zwischen den Flanschen 70 und 27 angeordnet ist. verhindert den Eintritt von Wasser in das Gefäss. wobei die Halbschalen an den Flanschen über Klemmelemente 76 zusammengehalten werden,
An der oberen Halbschale sind zwei Laschen 28 und 3() vorgesehen. um das Herausheben des Gefässes aus dem Wasser bei Nichtgebrauch des Stromerzeugungsaggregates zu erleichtern.
Die Lasche 28 am Bug des Gefässes 12 umfasst ein Verankerungsstück 32, an welchem ein Teil der Verbin dungsleine 15 zu befestigt ist. Das Verankerungsstück 32 verhindert das Abreissen der Verbindungsleine 15 zu auf der Seite des Gefässes 12. wenn dieses hinter dem Boot nachgeschleppt oder unter dem Einfluss von Wind oder Strömung vom Boot weggetrieben wird,
Eine Brennkraftmaschine 34. welche entweder mit Benzin oder Dieselöl betrieben sein kann. ist im zentralen Teil des Gefässes 1 2 angeordnet und mit einem Wechselstromgenerator gekuppelt. um Strom zu erzeugen.
Der erzeugte Strom wird über elektrische Kabel 38, die innerhalb der Verbin dungsleine l zu verlaufen. dem Boot bzw. dessen Netz zugeführt. Das freie Ende 40 der Verbindungsleine l zu erstreckt sich durch das Verankerungsglied 3'. um die Kabel 38 mit dem Wechselstromgenerator 36 zu verbinden. Das Heck des Gefässes 12 enthält einen Treibstofftank 42. der für die Versorgung der Brennkraftmaschine 34 dient. und gleichzeitig einen zusätzlichen Balast zur teilweisen Eintauchung des Gefässes in das Wasser bildet. Der Tank 42 füllt den Heckteil des Gefässes bzw, der Halbschalen 16 und 1 8 vollständig aus.
und ist mit einem Stutzen 44 versehen, der sich durch die Halbschale 16 hindurch erstreckt. Der Stutzen 44 ist mit einer selbsten lüftenden Kappe 46 verschlossen. um das Ausfliessen von Treibstoff aus dem Tank 42 zu vermeiden.
Die für die Verbrennung benötigte Luft wird durch ein Schnorchelrohr 48 zugeführt. dessen Endteil 5(1 sich durch eine Öffnung in der Schalenhälfte 16 erstreckt und eine Verbindung zwischen der Atmosphäre und der Brennkraftmaschine 34 herstellt. Die Öffnung 52 kann mit einer Dichtung versehen sein. um den Zutritt von Wasser in das Gefäss 12 zu verhindern.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. besitzt der Endteil 50 des Schnorchelrohres 48 ein L'-förmiges Teilstück 54. dessen freies Ende 56 nach unten gerichtet ist. Das freie Ende 56 trägt einen durchlässigen Käfig 58. welcher einen Kugelventilkörper 60 enthält. Der Druchmesser des Kugelventilkörpers 60 ist so gewählt. dass beim Eintauchen des freien Endes 56 die Kugel gehohen und gegen dieses Ende gedrückt wird. um den Zutritt von Wasser in das Schnorchelrohr 48 und die Brennkraftmaschine 34 zu verhindern.
Bei normalen Betriebsbedingungen liegt das Ende 56 des Schnorchelrohres 48 über der Wasser öberfläche und die Kugel 60 liegt auf dem Grund des Käfigs 58. wodurch das Ende 56 mit der Atmosphäre in Verbindung steht, Die durch das Ende 56 des Schnorchelrohres 48 eintretende Luft fliesst durch dessen entgegengesetztes Ende 62 in die mit diesem verbundene Verkleidung des Wechselstromgenerators 36. Beim Durchtritt durch die Verkleidung 64 kühlt die Luft den Wechselstromgenerator 36 und vergrössert dessen Betriebsbereich. Die Luft wird daraufhin der Brennkraftmaschine 34 zugeführt. wo sie mit Treibstoff aus dem Tank 42 vermischt wird.
Die Verkleidung kann mit einem Filter (nicht dargestellt) versehen sein, welcher in der Lage ist. durch das Schnorchelrohr eintretende Feuchtigkeit aufzufangen und aus dem Luftstrom vor dem Zutritt zur Brennkraftmaschine ab7uscheiden.
Die Verbrennungsprodukte aus der Brennkraftmaschine 4 werden durch eine Auspuffleitung 66 abgeführt. welche ein Auslassende 68 aufweist. das sich durch die Halbschale 18 erstreckt und gestattet. die Verbrennungsgase unterhalb der Wasseroberfläche auszustossen. Um den Durchtritt des Endteiles 68 durch die Halbschale 18 zu gestatten. besitzt diese eine Öffnung 70, die mit einer nicht dargestellten Dichtung versehen ist. um den Zutritt von Wasser in das Gefäss zu verhindern. Das freie Ende 72 der Auspuffleitung 68 ist gegen den Bug des Gefässes 17 gerichtet. so dass die Abgase. die aus diesem austreten. das Gefäss 12 vom Boot 14 unter voller Ausnützung der Länge der Verbindungsleitung 1-; wegbewegen.
Auf diese Weise wird beim Betrieb des Stromerzeugungsag gregates l 10 das Gefäss 12 sich immer in einem beträchtlichen Abstand vom Boot 14 halten und in einem gewissen Ausmass auch der Einwirkung von Wind und Strömung entgegenwirken.
Wie schon erwähnt. taucht das Gefäss 12 teilweise in das Wasser ein und wenn der Treibstofftank 42 gefüllt ist befinden sich 60S des Gefässes unterhalb der Wasserlinie. Durch das Eintauchen des Gefässes 12 werden Lärm und Vibrationen.
die von der Brennkraftmaschine stammen. durch das umgebende Wasser absorbiert und das Boot 14 von diesen isoliert.
Der Lärm. der im Betrieb des Stromerzeugungsaggregates entsteht. wird im weiteren auch durch die Entfernung vermindert. in welcher das Gefäss bezüglich des Bootes infolge der Anordnung des Auspuffes 66 gehalten wird.
Das freie Ende 72 der Auspuffleitung 68 ist mit einem Ventilelement 74 versehen. das den Austritt der Verbrennungsgase aus der Leitung 68 gestattet. jedoch den Eintritt von Wasser in die Leitung 68 bei Stillsetzung des Stromerzeugungsaggregates verhindert. Das Ventilelement 74 besitzt ein rohrförmiges Endstück. das das Ende 72 der Leitung 68 aufnimmt und mit diesem wasserdicht verbunden ist. Ein zentrales. flexibles Balgstück 78 schliesst an das rohrförmige Teilstück an. Das Balgstück wird durch eine nicht dargestellte Schraubenfeder versteift. um dessen rohrförmigen Querschnitt aufrechtzuerhalten und den freien Durchfluss von Verbrennungsgasen zu gewährleisten.
Das Austrittsende SO des Ventilelementes 74 bildet den eigentlichen Verschlussteil und. wie aus dem Schnitt nach Fig. 4 ersichtlich ist. wird dieses durch ein Paar flacher Seitenteile 82 gebildet die zwischen sich einen Schlitz 84 begrenzen. Der Schlitz 84 steht mit den rohrförmigen Teilen 78 und 76 in Verbindung. Wenn sich die Brennkraftmaschine in Betrieb befindet. so ist der Abgasdruck ausreichend. um die Seitenteile 82 für den Austritt der Verbrennungsgase zu trennen. Wird die Brennkraftmaschine jedoch stillgesetzt. so wird der Schlitz 84 geschlossen. um den Eintritt von Wasser zu verhindern.
Wird das Gefäss 1 2 durch das Boot 14 nachgeschleppt. so hat die Strömung zur Folge. dass das Ventilelement 74 durch Deformation des flexiblen Teiles 78 aus der Fahrtrichtung abgelenkt wird. Hierdurch kann der Betrieb der Brennkraftmaschine 34 auch dann aufrechterhalten werden. wenn sich das Boot 14 in Bewegung befindet: der Eintritt zum Schlitz X4 ist von der Fahrtrichtung abgekehrt. so dass. trotzdem dieser durch den Abgasdruck offen gehalten wird. Wasser nicht in diesen hinein gedrückt werden kann.
Das Gefäss 1 2 enthält auch ein System zur Selbstentleerung.
das ein Venturi-Syphonrohr 86 umfasst. dessen eines Ende 8s sich in das Abgasrohr 66 hinein erstreckt (Fig. 2). während- dem das entgegengesetzte Ende 9() bis in die Nähe des Bouens ul der Schalenhälfte 1 8 reicht. Wenn die Abgase von der Brennkraftmaschine durch die Leitung 66 am Ende 88 vorbeiströmen. wird der Druck in diesem durch die Venturi-Wirkung herabgesetzt und die Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Gefässes 12 und dem Ende des Rohres 88 reicht aus.
um am Boden 92 gesammeltes Wasser durch das Rohr aufsteigen und in das Rohr 66 abfliessen zu lassen. um durch das Ventil 74 aus dem Auspuff auszutreten.
Die untere Schalenhälfte 1 8 besitzt an ihrem Heck eine Stabilisierungsflosse 94, welche dazu dient. das Umkippen des Gefässes 17 unter extremen Wind- oder Strömungsverhältnissen zu verhindern. Danehen stabilisiert die Flosse 94 das Gefäss auch wenn dieses durch das Boot 14 nachgeschleppt wird. In der Nachbarschaft des Buges besitzt das Gefäss 12 zwei zusätzliche Flossen 96. die die Flosse 94 in ihrer Wir- kung unterstützen. Darüber hinaus definieren diese Flossen eine Dreipunktabsützung für das Gefäss 17 (wie aus Fig. 3 besser ersichtlich ist). wenn dieses aus dem Wasser herausgehoben und beispielsweise auf dem Bootsdeck abgestellt wird.
Die Flossen 94 und 96 wirken auch mit den Flanschen 20 und 22. welche im Betrieb des Stromerzeugungsaggregates im Wasser eingetaucht sind, zusammen, um der Tendenz des Gefässes, um seine Längsachse zu rotieren, entgegenzuwirken.
Diese Tendenz ergibt sich als Folge des Reaktionsmomentes der rotierenden Teile der Brennkraftmaschine 34 und des Wechselstromgenerators 36. Die Umfangsflanschen 20 und 22 sind von einer im Querschnitt rohrförmigen Stosstange umgeben, die an das geschlossene Gefäss 12 angeformt werden kann. Die Stosstange 98 hilft mit, Beschädigungen am Boot 14 und an den Flanschen 20 und 22 zu verhindern, wenn das Gefäss 12 das Boot rammen sollte, während sich das erstere im Wasser befindet.
Währenddem im vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ein Wechselstromgenerator Verwendung findet, kann auch ein konventioneller Gleichstromgenerator verwendet werden.
Allerdings ist die Verwendung eines Wechselstromgenerators vorzuziehen, da dabei der Kommutator und damit die Möglichkeit der Funkenbildung entfällt. Dies ist für die Sicherheit des Stromerzeugungsaggregates von besonderer Bedeutung, da das Gefäss 17 geschlossen ist und im Innern desselben infolge des vorhandenen Treibstoffes bzw. der Treibstoffdämpfe Explosionsgefahr besteht,
Um Beschädigungen des Gefässes 12 im Falle einer Explosion herabzusetzen und um Zugang zum Innern des Gefässes zu ermöglichen, ist in der oberen Schalenhälfte 16 ein mit Federn befestigter Deckel 100 angebracht. Der Deckel 100 umfasst einen ringförmigen Teil 102, der sich in eine Oeffnung 104 in der oberen Schalenhälfte 16 hineinerstreckt und der einen ringförmigen Flansch 106 besitzt, welcher auf der Oberfläche der Schalenhälfte aufliegt.
Der Flansch 106 kann mit einer nicht dargestellten Dichtung versehen sein, um einen wasserdichten Abschluss zu gewährleisten. Das Ende 108 des Flansches 106 ist mit der Schalenhälfte 16 durch ein Scharnier 107 verbunden (Fig. 2), so dass der Deckel 100 beim Öffnen nach oben verschwenkt werden kann. Das entgegengesetzte Ende 110 des Flansches 106 wird mittels eines Riegelelementes 112 gegen die Schalenoberfläche gedrückt, das auf einem Zapfen 114 verschiebbar ist. Der Zapfen 114 besitzt an seinem oberen Ende einen Anschlag 116, gegen welchen sich eine Schraubenfeder 118, die auf den Zapfen aufgesetzt ist, abstützt, und welche am Riegelelement 112 angreift, um dieses nach unten zu drücken. Zum Öffnen des Deckels 100 wird das Riegelelement 112 entgegen der Wirkung der Feder 118 nach aufwärts gezogen, so dass dieses den Deckel 100 freigibt.
Im Falle einer Explosion innerhalb des Gefässes 12 wird der Deckel 100 nach oben gedrückt und hebt dabei das Riegelelement 112 entgegen der Wirkung der Feder 118 an, bis die Kante 110 des Flansches 106 vollständig freigegeben wird, so dass sich der Explosionsdruck im Innern des Gefässes durch die Öffnung 104 abbauen kann.
Wie schon erwähnt, bestehen die Halbschalen 16 und 18 aus Fiberglas und sind relativ starr und besitzen eine relativ hohe Strukturfestigkeit. Die Stärke der Feder 118 ist so gewählt, dass der Deckel 100 freigegeben wird, bevor ein Innendruck erreicht ist, welcher für eine Beschädigung der Schalenhälften ausreichen würde. Überdies ist Fiberglas ein relativ guter Wärmeleiter und ist somit in der Lage, durch die Brennkraftmaschine erzeugte Wärme in das umgebende Wasser abzuleiten.
Um den Betrieb des Stromerzeugungsaggregates 10 vom Boot 14 aus zu erleichtern ist die Verbindungsleine 15 mit zusätzlichen Drähten für die Steuerung der Brennkraftmaschine versehen. Von diesen Drähten stellt der Draht 120 die Verbindung zwischen einem Steuerelement auf dem Boot 14 und einem Elektromagneten an der Brennkraftmaschine 34 her, welcher für die Inbetriebsetzung derselben die Luftklappe betätigt. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine wird durch einen Regler in Abhängigkeit von der Belastung des Wechselstromgenerators in üblicher Weise gesteuert. Zudem ist ein Erdungsleiter 122 für das Gefäss und ein Leiter 124 für das Anlassen der Brennkraftmaschine vorgesehen, welcher mit einer auf dem Boot vorgesehenen Batterie verbunden ist.
Der Anlassermotor (nicht dargestellt) für die Brennkraftmaschine 34 kann ausgebildet sein, um mit der Brennkraftmaschine während des Betriebes im Eingriff zu bleiben, um in beschränktem Ausmass Gleichstrom zu erzeugen. Dieser Gleichstrom kann für den Betrieb der Positionsleuchten am Gefäss 12 vorgesehen sein, wie beispielsweise für die Leuchte 126, welche am Schnorchelrohr 48 befestigt ist. In Fig. 5 ist eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemässen Stromerzeugungsaggregates dargestellt, das an Land verwendet werden kann, und zwar beispielsweise als Stromversorgung für die elektrischen Einrichtungen einer Baustelle. Dabei ist ein geschlossener Tank 200 vorgesehen. der eine Motorgeneratoreinheit 202-204 innerhalb eines Gehäuses aufnimmt, das als wasserdichtes Gefäss ausgebildet ist.
Die Motorgeneratoreinheit entspricht der Einheit 34-36 des Ausführungsbeispieles nach den Fig. 1-4.
Der Tank 200 besitzt einen abnehmbaren Deckel 206, um den Zugang zum Innern bzw. das Einsetzen der Motorgeneratoreinheit zu ermöglichen. Der Tank ist ausgebildet, um eine bestimmte Menge Flüssigkeit wie z. B. Wasser, das bei 208 angedeutet ist, aufzunehmen, und das Volumen ist ausreichend, um die Motorgeneratoreinheit vollständig eingetaucht aufzunehmen.
Der Tank besitzt eine Öffnung 210, durch welche Wasser zugeführt werden kann, sowie eine Kappe 212, die die Öffnung 210 abschliesst. Weiterhin ist ein Ablauf 214 vorgesehen, der durch einen Hahn 216 beherrscht wird und gestattet den Tank zu entleeren.
Zur Abstützung der Motorgeneratoreinheit ist im Innern des Tankes eine Wiege 218 vorgesehen und Federn 220 dienen zur nachgiebigen Positionierung der Motorgeneratoreinheit innerhalb des Tankes 200. Luftzufuhrmittel, wie z. B. die Leitung 222, erstrecken sich von der Motorgeneratoreinheit 202-204 durch den Tankdeckel 206, um atmosphärische Luft durch den Generator der Brennkraftmaschine zuzuführen und dabei den Generator zu kühlen sowie den notwendigen Sauerstoff für die Verbrennung zu liefern. Treibstoff für die Brennkraftmaschine kann aus einem äusseren Treibstofftank zugeführt werden oder es kann innerhalb des Tankes bzw. innerhalb des die Motorgeneratoreinheit umschliessenden wasserdichten Gehäuses ein Treibstoffbehälter vorgesehen sein.
Die Verbrennungsprodukte werden durch einen Auspuff 224 direkt in das Wasser 208 abgeleitet und das offene Ende des Auspuffes 224 ist so gerichtet, dass die Verbrennungsprodukte eine kreisförmige Strömung im Tank erzeugen, wodurch das Wasser kontinuierlich um die Motorgeneratoreinheit zirkuliert und diese dabei kühlt. Ein Auspuffrohr 226 ist im Deckel 206 des Tankes 200 vorgesehen, so dass die Verbrennungsgase, die durch das Wasser 208 im Tank 200 strömen, in die Atmosphäre austreten können.
Da die Verbrennungsprodukte direkt in das Wasser im Tank 200 abgeleitet werden, wirkt dieses als Schalldämpfer und gleichzeitig als Isolation, um die Feuer- und Explosionsgefahr herabzusetzen. Das Wasser dämpft dabei auch die Motorgeräusche.
Es kann erwünscht werden, das Wasser innerhalb des Tankes 200 zusätzlich zu kühlen, und zu diesem Zweck können Kühlrippen 230 an den Aussenflächen des Tankes vorgesehen sein, um durch Wärmeleitung Wärme aus dem Wasser abzuziehen und die Wärme durch Konvektion an die Atmosphäre abzugeben. Zusätzlich können Kühlrohre 232 vorgesehen sein, um ein Kühlmittel im Tank zirkulieren zu lassen, das über eine Kühleinheit 205 umgewälzt wird.
Die elektrische Energie, welche die Generatoreinheit 204 erzeugt, wird durch Leiter 234, die mit dem Generator ver bunden sind, durch den Tankdeckel hindurch den Verbrauchern zugeführt.