AT525141A1 - Antriebsystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebsystem (2) umfassend zwei Elektromotoren (5) mit jeweils einer Rotorwelle (6), einen Propeller (7), eine Propellerwelle (8), wobei der Propeller (7) auf der Propellerwelle (8) angeordnet ist, und zumindest eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung (9) wobei jede der beiden Rotorwellen (6) der beiden Elektromotoren (5) mit zumindest einer Drehmoment-Übertragungsvorrichtung (9) verbunden ist, wobei die zumindest eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen (9) mit der einen Propellerwelle (8) verbunden ist.

Description

Übertragungsvorrichtung verbunden ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Boot mit einem Antriebsystem.

Außenbordantriebe gehören zu häufig verbreiteten Antriebsystemen für Sportboote. Ein Außenbordantrieb ist eine komplette Antriebseinheit, im Wesentlichen bestehend aus Gehäuse, Motor, Kraftübertragung, Untersetzungsgetriebe und Schiffspropeller. Der Außenbordantrieb wird in den meisten Fällen am Heckspiegel des Bootes angebracht und kann in konstruktive Baugruppen wie Oberteil, Schaft und Unterwasserteil gegliedert werden. Im Oberteil sitzt bei herkömmlichen Konzepten der Motor, der Schaft ist in der Länge bootsspezifisch und trägt die Antriebswelle. Der Unterwasserteil ist häufig mit einem Winkelgetriebe ausgestattet und führt nach Untersetzung über die Propellerwelle den Schiffspropeller an. Die Kühlung erfolgt meist mittels Impeller(pumpe), welche das Seewasser vom Unterwasserteil zum Oberteil befördert.

Neben Motoren die mit Benzin, Diesel oder Propangas betrieben werden, sind aus dem Stand der Technik auch bereits Elektroantriebe bekannt. Beispielsweise beschreibt die US 2018/079477 A1 ein Antriebsystem für ein Boot, umfassend: einen Motor; einen Verbindungsarm; einen Verkleidungsteil, eingerichtet, um an dem

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mindestens einen Propeller zurückzuziehen.

Die EP 3 590 821 A1 beschreibt einen Außenbordmotor mit einer ersten Propellerwelle und einer zweiten Propellerwelle, wobei die zweite Propellerwelle konzentrisch zur ersten Propellerwelle angeordnet ist, und wobei die erste Propellerwelle mit einer ersten Kraftübertragungsanordnung verbunden ist, um die erste Propellerwelle in einer ersten Richtung zu drehen, und wobei die zweite Propellerwelle mit einer zweiten Kraftübertragungsanordnung verbunden ist, um die zweite Propellerwelle in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung zu drehen, wobei der Außenbordmotor einen ersten Elektromotor mit einer ersten Motorwelle und einen zweiten Elektromotor mit einer zweiten Motorwelle umfasst, wobei die erste Motorwelle mit der ersten Kraftübertragungsanordnung verbunden ist, und wobei die zweite Motorwelle mit der zweiten Kraftübertra-

gungsanordnung verbunden ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Elektroantrieb anzugeben. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, die Einsetzbarkeit eines Elektroantriebes für ein Boot zu verbessern.

Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Antriebsystem dadurch gelöst, dass die zumindest eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung, insbesondere beide Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen, mit der Propeller-

welle verbunden ist/sind.

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Von Vorteil ist dabei, dass durch die Leistungsverbindung der Elektromotoren (beide wirken auf eine Propellerwelle) nicht nur die zur Verfügung stehende Gesamtleistung an sich verbessert werden kann, sondern kann damit auch eine höhere Variabilität des Antriebs erreicht werden. Es ist damit möglich Drehzahl/Brehmoment/Motorwirkungsgrad zu optimieren und je nach Auslastung den Propeller mit idealer Drehzahl zu betreiben. Dies wiederum erlaubt eine bessere Energieausnutzung, die gerade bei Akkumulatoren für eine höhere Streckenleistung von Bedeutung ist. Daneben kann damit auch eine Redundanz des Antriebsystems erreicht werden, wenn zwei Motoren und zwei DrehmomentÜbertragungssysteme zur Verfügung stehen. Von Vorteil ist bei der Aufteilung der bereitzustellenden Leistung auf zwei Motoren, dass damit die zur Verfügung stehende Kühloberfläche vergrößert wird, verglichen mit einem Motor gleicher Gesamtleistung, womit die Kühlung an sich effizienter oder zumindest konstruktiv einfacher gestaltet werden kann. Unterstützend wirkt dabei der geringere Leistungsbedarf je Motor, der zudem weitere Effizienzvorteile bietet bzw. womit die Dauerleistung des Antriebsystems verbessert werden kann. Es kann also mit dem Antriebsystem einerseits eine hohe Spitzenleistung und andererseits auch eine verbesserte Dauerleistung, verglichen mit derzeit bekannten Elektroantriebsyste-

men für Boote, erreicht werden.

Zur weiteren Verbesserung dieser Effekte kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass auf zumindest einer der beiden Rotorwellen, insbesondere auf beiden Rotorwellen, mehr als ein Elektromotor angeordnet ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Elektromotoren waagrecht (horizontal) angeordnet sind. Einerseits ermöglicht dieser Einbau eine Reduktion der Bauhöhe des Antriebsystems, womit die Integrierbarkeit in ein Boot bzw. generell ein Fortbewegungsmittel verbessert werden kann. Andererseits vereinfacht die horizontale Einbaulage neben den Kühlkanälen um den Stator auch eine direkte Rotorwellenkühlung. Im Falle eines

Innenläufers kann somit im Bedarfsfall die Rotorwelle als Hohlwelle ausgeführt

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Entsprechend einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Elektromotoren ausschließlich durch Asynchronmotoren oder eine Kombination aus zumindest einem Asynchronmotor und zumindest einem Synchronmotor gebildet sind. Bei einem ausschließlichen Einsatz von Asynchronmotoren kann auf den Einsatz von Permanentmagneten und damit auf den Einsatz von Seltenen Erden verzichtet werden, womit die Herstellung des Antriebsystems weniger anfällig auf Beschaffungsprobleme von Rohstoffen ist. Dieser Vorteil überwiegt dabei den schlechteren Teillastwirkungsgrad eines Asynchronmotors im Vergleich zu einem Synchronmotor. Hierbei hilft auch der Dualantrieb von zwei Asynchronmotoren, die durch eine intelligente Regelung der beiden Motoren den schlechteren Teillastwirkungsgrad zum Großteil kompensieren können. Beispielsweise kann dabei im unteren Lastbereich mit nur mit einem der beiden Elektromotoren gefahren werden, um die Teillast je Motor zu erhöhen. Andererseits ist es durch die Kombination von Synchron- und Asynchronmotor möglich, den unteren Teillastbereich durch den Synchronmotor abzudecken, womit ebenfalls besser auf den geringeren Teillastwirkungsgrad des Asynchronmotors reagiert werden kann.

Eine einfache Möglichkeit zum Betrieb des Antriebsystems mit nur einem der zumindest zwei Elektromotoren kann erreicht werden, insbesondere wenn das Antriebsystem zwei Synchronmotoren bzw. ausschließlich Synchronmotoren aufweist, wenn nach einer Ausführungsvariante der Erfindung eine der beiden Rotorwellen mit einer, insbesondere schaltbaren, Freilaufeinrichtung verbunden bzw.

versehen ist.

Wie an sich bekannt, weist das Antriebsystem im Einsatz als Bootsmotor, insbesondere als Außenbordmotor, eine Anti-Kavitationsplatte auf, die oberhalb des Propellers angeordnet ist. Dabei kann nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Elektromotoren an der AntiKavitationsplatte angeordnet sind. Es kann damit einem im Wesentlichen schaftunabhängige Konstruktion erreicht werden. Es ist bekannt, dass aufgrund ver-

schiedener Bootstypen bei „Außenbordern“ verschiedene Schaftlängen benötigt

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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Elektromotoren auf Höhe der Wasserlinie (insbesondere bei einer sogenannten Gleitfahrt) angeordnet sind. Es ist damit möglich die komplette Antriebseinheit in Form eines Auftriebskörpers auszubilden, womit eine verbesserte, direkte Kühlung der Elektromotoren und der Elektronikeinrichtung mit der Leistungselektronik erreichbar ist. Zudem wird damit eine kompakte, modulare und vor allem bootsunabhängige Konstruktion des Antriebsystems unterstützt, da die Antriebseinheit nicht in einem oberhalb der Wasserlinie angeordneten Oberteil des Antriebsystems integriert ist und somit die Anpassung auf die verschiedenen Transomhöhen einfacher ist.

Entsprechend einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung, insbesondere beide Drehmoment-Übertragungseinrichtungen, zumindest abschnittsweise in einem Unterwasserschaft angeordnet ist/sind, der zwei voneinander distanzierte, insbesondere finnenartige, Abschnitte aufweist, wobei zwischen den Abschnitten ein Durchbruch ausgebildet ist. Mit dieser Ausbildung können die hydrodynamischen bzw. generell die strömungstechnischen Eigenschaften des Antriebsystems verbessert werden, womit die Energieausnutzung verbessert und damit die

Reichweite des Antriebsystems verbessert werden kann.

Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Unterwasserschaft wasserdicht ausgebildet ist, womit der Feuchtigkeits-

schutz von Komponenten des Antriebsystems vereinfacht werden kann.

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tung, zugeführt wird.

Von Vorteil ist dabei auch, dass damit das Antriebsystem in nur ein Gesamtgehäuse integriert werden kann, in dem neben den Elektromotoren auch eine Elektronikeinrichtung angeordnet sind, also auf gesonderte Einhausung der Elektromotoren bzw. der Elektronikeinrichtung verzichtet werden kann. Selbstverständlich kann aber ein Kondenswasserschutz dieser Komponenten zur Verfügung gestellt

werden.

Der Verzicht auf weitere Einhausungen ermöglicht nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung, dass die Elektromotoren ein Blechpaket aufweisen, das unmittelbar in das Gesamtgehäuse integriert ist und/oder dass die Elektronikeinrichtung unmittelbar an dem Gesamtgehäuse anliegend angeordnet ist. Mit dieser Ausbildung kann die Kühlung verbessert bzw. konstruktiv vereinfacht werden, da wärmeerzeugende Komponenten direkt anliegend an der Außenwand des Antriebsystems, die in Kontakt mit Wasser gelangt oder davon umspült wird, oder einer mit dieser Außenwand in direktem wärmeleitendem Kontakt stehenden Innenwand angeordnet werden kann. Zudem kann damit auch das Gesamtgewicht des Antriebsystems reduziert werden, was wiederum in Hinblick auf die Reichweite einer Akkuladung von Vorteil ist.

Es kann dabei zur Verbesserung dieser Effekte nach einer Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Anti-Kavitationsplatte Teil des Gesamtgehäuses ist, und dass die Elektronikeinrichtung unmittelbar an der Anti-Kavitationsplatte angeordnet ist.

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Entsprechend einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann zur Verbesserung der Leistungsmerkmale des Antriebsystems vorgesehen sein, dass die

Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen eine Untersetzung aufweisen.

Alternativ zu dem Antriebsystem mit den zumindest zwei Elektromotoren kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung auch vorgesehen sein, dass einer der beiden Elektromotoren mit seiner Rotorwelle durch eine leer mitlaufende Welle ersetzt ist, womit das Antriebsystem ohne großen Umbau auch für niedriger Leistungsklassen eingesetzt werden kann. Bei Bedarf kann dieses später durch den Einbau eines zweiten Elektromotors einfach nachgerüstet werden. Die Anzahl der Gleichteile kann damit für mehr Leistungsklassen erhöht werden.

Es kann nach einer weiteren Ausführungsvariante auch vorgesehen sein, dass zwischen der Propellerwelle und den beiden Elektromotoren ein Gegenlaufgetriebe angeordnet ist, mit dem ein zweiter Propeller gegenläufig zum Propeller angetrieben werden kann. Somit können mit dem Antriebsystem nach der Erfindung

auch der Vorteile von gegenläufigen Propellern erreicht werden.

Die Kühlung des Antriebsystems kann vereinfacht werden, wenn nach einer Ausführungsvariante der Erfindung im Gesamtgehäuse zumindest ein Kühlmittelkanal zur pumpenlosen, aktiven Statorkühlung angeordnet ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit einem Gesamtgehäuse gelöst, das mit zumindest einer Aufnahme zur direkten Aufnahme von zumindest einem gehäuselosen Elektromotor, insbesondere zumindest zwei gehäuselosen Elektromotoren, mit zumindest einem Kühlmittelkanal oder zumindest einer KühlmittelDurchführung zur pumpenlosen, aktiven Kühlung des Elektromotors, insbesondere des Stators des Elektromotors ausgebildet ist.

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Es zeigt jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 Ein Boot mit einem herkömmlichen Außenbordmotor und einem Antriebsystem nach der Erfindung;

Fig. 2 Das Antriebsystem nach der Erfindung in Schrägansicht; Fig. 3 Das Antriebsystem nach Fig. 2 in Explosionsdarstellung;

Fig. 4 Einen Längsschnitt durch das Antriebsystem nach Fig. 2 in Schrägan-

sicht; Fig. 5 Einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante des Antriebsystems; Fig. 6 Einen Querschnitt durch eine Ausführungsvariante des Antriebsystems; Fig. 7 Einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsvariante des Antriebsystems: Fig. 8 Die Darstellung eines Kühlmittelverlaufs einer Ausführungsvariante des

Antriebsystems in Ansicht von vorne;

Fig. 9 Die Darstellung eines Kühlmittelverlaufs einer Ausführungsvariante des Antriebsystems in Seitenansicht.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

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Es sei weiter darauf hingewiesen, dass im Rahmen dieser Beschreibung die Be-

griffe „Boot“ und „Schiff“ synonym verwendet werden.

Das Boot 1 ist insbesondere ein Motorboot, vorzugsweise ein Gleitboot oder Halbgleitboot. Das Antriebsystem 2 kann jedoch auch in einem Verdrängerboot eingesetzt werden. Weiter kann auch ein anderer Bootstyp, wie beispielsweise ein Segelboot, mit dem Antriebsystem 2 ausgestattet werden. Zudem kann das Antriebsystem 2 auch in anderen Bereichen Anwendung finden, wie beispielsweise in einem Antrieb für ein Fahrzeug oder eine Maschine außerhalb des Wassers, beispielsweise ein Landfahrzeug oder eine Baumaschine. Ebenso kann das An-

triebsystem 2 in einem Flugzeug oder einen Zeppelin, etc., eingesetzt werden.

Die bevorzugte Anwendung des Antriebsystems 2 ist jedoch als Außenbordmotor für ein Boot 1. Aufgrund der Kompaktheit kann das Antriebsystem 2 Jedoch relativ einfach auch in einem Boot, das für einen Innenbordmotor vorgesehen ist, anstelle

des Z-Antriebs verbaut werden.

Aus Fig. 1 ist deutlich der Größenunterschied zwischen dem herkömmlichen Antrieb 3 und dem Antriebsystem 2 nach der Erfindung erkennbar, obwohl beide eine vergleichbare „Leistungsklasse“ bzw. „Leistungscharakteristik“ aufweisen. Das Antriebsystem 2 ist deutlich kleiner und kompakter als der herkömmliche Antrieb 3. Dies ermöglicht beispielsweise einen Einbau des Antriebsystems 2 unterhalb einer strichliert angedeuteten Badeplattform 4.

Eine Ausführungsvariante des Antriebsystem 2 ist aus den Fig. 2 und 3 besser ersichtlich. Fig. 2 zeigt dabei das Antriebsystem 2 im zusammengebauten Zustand und Fig. 3 eine Explosionsdarstellung davon, wobei in Fig. 3 auf die Darstellung von Schrauben, etc., zur Verbesserung der Übersichtlichkeit verzichtet wurde. Das

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Antriebsystem 2 kann also mehr als die in den Fig. 2 und 3 für das Verständnis der Erfindung dargestellten Bestandteile aufweisen.

Das Antriebsystem 2 nach den Fig. 2 und 3 umfasst zwei Elektromotoren 5, die jeweils auf einer Rotorwelle 6 angeordnet sind, einen Propeller 7 (auch als Schiffschraube bezeichenbar), der drehfest mit einer Propellerwelle 8 (auch als Propellerachse bezeichenbar, insbesondere wenn zwei gegenläufige Propeller 7 angeordnet werden) verbunden ist, sowie zwei DrehmomentÜbertragungsvorrichtungen 9, wobei jede der beiden Rotorwellen 6 der beiden Elektromotoren 5 mit zumindest einer Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 verbunden ist. In der bevorzugten Ausführungsvariante sind beide Rotorwellen 6

mit jeder der beiden Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 verbunden.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Anordnung von zwei DrehmomentÜbertragungsvorrichtungen 9 in Hinblick auf die Redundanz des Systems von Vorteil ist. Die zumindest zwei Elektromotoren 5 können aber auch mit nur einer einzigen Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 mit der Propellerwelle 8 verbunden sein. Die folgenden Ausführungen zu den DrehmomentÜbertragungsvorrichtungen 9 sind daher entsprechend adaptiert auf die Ausführung des Antriebsystems 2 mit nur einer Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 übertragbar. Beispielsweise können die zumindest zwei Elektromotoren 5 auch nur mit einem (Zahn)Riemen als Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 mit der Propellerwelle 8 verbunden sein. Es ist dabei möglich, dass bei Anordnung von nur einer Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 diese breiter (in axialer Richtung) ausgeführt ist als eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 bei einer Ausführung mit zwei Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9, beispielsweise die Breite aufweist, die die im Folgenden beschriebenen zwei Drehmoment-

Übertragungsvorrichtungen 9 zusammen aufweisen.

Die Elektromotoren 5 weisen jeweils einen mit der jeweiligen Rotorwelle 6 drehfest verbundenen Rotor 10 und einen den Rotor umgebenden Stator 11 auf, wobei die Statoren 11 Je ein Blechpaket mit Wicklungen aufweisen. Ein derartiger Aufbau von Elektromotoren 5 an sich ist bekannt.

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Prinzipiell kann jeder geeignete Elektromotor 5 in dem Antriebsystem 2 eingesetzt werden. Bevorzugt werden jedoch Elektromotor 5 eingesetzt, die eine Dauerleistung von je zumindest 40 kW, insbesondere zumindest 50 kW, aufweisen. Es ist weiter bevorzugt, wenn die Elektromotoren 5 jeweils ein Blechpaket mit einem Durchmesser von maximal 200 mm, insbesondere maximal 170 mm, beispielsweise zwischen 100 mm und 170 mm, aufweisen. Die Länge der Elektromotoren 5 kann beispielsweise zwischen 250 mm und 400 mm betragen. Es kann damit, bezogen auf die Baulänge, eine höhere Dauerleistung des Antriebsystems 2 erreicht

werden.

Die Wicklung der Statoren 11 kann beispielsweise ein herkömmliche Drahtwicklung sein. Vorzugsweise wird jedoch eine Hairpin Wicklung oder eine I-Pin Wicklung eingesetzt, womit ein relativ hoher Kupferfüllfaktor der in Richtung auf den jeweiligen Rotor 10 offenen Wicklungsnuten 12 der Blechpakete und damit ein relativ hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann.

Die Wicklungsnuten 12 können beispielswiese einen rechteckigen, einen trapezförmigen, etc., Querschnitt haben.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die Elektromotoren 5 Kurzschlusskäfigläufer (Asynchronmaschine), insbesondere in Verbindung mit Hairpin oder I-

Pin Wicklungen der Statoren 11.

Zur Reduktion von sogenannten Skin Effekten kann vorgesehen werden, dass die Elektromotoren 5 mit Wechselstrom mit einer maximalen Frequenz von 1000 Hz, vorzugsweise maximal 500 Hz, insbesondere einer maximalen Frequenz zwischen 200 Hz und 600 Hz, betrieben werden.

Bevorzugt weisen die Elektromotoren 5 keine Permanentmagneten auf, sodass

also das Antriebsystem 2 ausschließlich Asynchronmotoren aufweisen kann.

Es ist weiter bevorzugt, wenn die Elektromotoren 5 nicht in einem gesonderten Gehäuse angeordnet sind, sondern gemäß einer Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 direkt in ein Gesamtgehäuse 13 des Antriebsystems 2 integriert sind. Das Gesamtgehäuse 13, das die äußere Hülle des Antriebsystems 2 zumin-

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dest teilweise bildet, kann dazu für die Anordnung der Elektromotoren 5 Aufnahmen 14 aufweisen, die insbesondere einen kreisrunden Querschnitt aufweisen können. Diese Aufnahmen 14 sind bevorzugt einstückig mit dem Gesamtgehäuse 13 bzw. einem Teil des Gesamtgehäuses 13, wie z.B. einem Aufnahmeteil 15 für die Elektromotoren 5, ausgebildet. Das Gesamtgehäuse 13 bzw. die metallischen Bestandteile des Gesamtgehäuses 13 sind bevorzugt Gussteile. Sie können aber

auch anders gefertigt sein, beispielsweise mittels 3D-Druck.

Die direkte Integration der Elektromotoren 5 (des Blechpakets der Statoren 12) in das Gesamtgehäuse 13 ermöglicht eine verbesserte thermische Anbindung der Elektromotoren 5 an das Gesamtgehäuse 13 und damit eine verbesserte Kühlung der Elektromotoren 5 über die Ableitung zumindest eines Teils der im Betrieb entstehenden Wärme über das Gesamtgehäuse 13, das zumindest teilweise in unmittelbarem Kontakt mit dem Wasser steht, in dem das Boot 1 betrieben wird. Darüber hinaus ermöglicht der Verzicht auf eine zusätzliche Einhausung der Elektromotoren 5 eine Reduktion des Gewichts und der Baugröße des Antriebsystems 2, womit u.a. auch die Reichweite des Elektroantriebs erhöht werden kann.

Die Elektromotoren 5 können vertikal eingebaut werden. Bevorzugt werden Sie aber waagrecht, d.h. in horizontaler Lage, eingebaut, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Elektromotoren 5, d.h. die Rotorwellen 6, werden mit ihrer Längserstreckung (in Axialrichtung) bevorzugt parallel zur Propellerwelle 8 im Antriebsystem 2 angeordnet, um damit einerseits die Bauhöhe des Antriebsystem 2 zu reduzieren, und um andererseits gegebenenfalls die Übertragung des Drehmoments von den Elektromotoren 5 auf den Propeller 7 bzw. die Propellerwelle 8 zu vereinfachen.

Obwohl in Fig. 3 nur zwei Elektromotoren 5 dargestellt sind, kann nach einer Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 vorgesehen sein, dass auf zumindest einer der beiden Rotorwellen 6, insbesondere auf beiden Rotorwellen 6, mehr als ein Elektromotor 5 angeordnet ist, wie dies in Fig. 5 andeutungsweise dargestellt ist. Beispielsweise können auf diese Weise zwei oder mehr Elektromotoren 5 in der Axialrichtung hintereinander (in Serie) auf einer oder auf beiden Rotorelle(n) 6 an-

geordnet sein.

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Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass nicht nur zwei Elektromotoren 5 parallel zueinander angeordnet sein können, sondern auch mehr als zwei, beispielsweise drei oder vier, etc. Der Begriff „parallel“ ist hierbei nicht zwingend geometrisch zu verstehen, sondern insbesondere in Hinblick auf die Leistungssteigerung des Antriebsystems 2. Im Rahmen der Erfindung ist nämlich vorgesehen, dass beide Elektromotoren 5 (und damit auch die DrehmomentÜbertragungsvorrichtung 9 bzw. bei zwei Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 auch diese beiden) mit der gleichen Propellerwelle 8, also leistungssteigernd, verbunden sind. Bei mehr als zwei („parallelen“) Elektromotoren 5 können auch mehr als zwei Propellerwellen 8 und auch mehr als zwei Propeller 7 vorhanden sein, solange die Bedingung erfüllt ist, dass zumindest zwei Elektromotoren 5 im Sinne der Erfindung leistungssteigernd mit nur einer der mehreren Propellerwellen 8 verbunden sind. Es können beispielsweise jeweils zumindest zwei Elektromotoren 5 mit jeweils einer der mehreren Propellerwellen leistungsübertragend verbunden sein. Es ist aber auch möglich, dass das Boot 1 oder generell das Fahrzeug mehr als ein erfindungsgemäßes Antriebsystem 2 aufweist, beispielsweise zwei oder drei, etc., wobei die mehreren Antriebsysteme 2 ebenfalls eine Leistungssteigerung für das Boot 1 oder das Fahrzeug ermöglichen. Weiter besteht die MÖöglichkeit, dass das Antriebsystem 2 zwei gegenläufige Propeller aufweist, z.B. nach dem bekannten Duoprop-Prinzip, wobei in diesem Fall zwischen der Propellerwelle 8 (die in diesem Fall besser als Antriebswelle bezeichnet wird), auf die die beiden Elektromotoren 5 wirken, und den beiden gegenläufigen, konzentrischen Propellern 7 ein Duoprop-Getriebe bzw. ein Gegenlaufgetriebe angeordnet ist. Das Gegenlaufgetriebe kann z.B. auch mittels eines Winkelgetriebes mit mehreren Kegelrädern ausgeführt sein.

Die Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 können als Zahnradgetriebe ausgeführt sein. Dazu kann auf den Rotorwellen 6 jeweils einem Zahnrad und auf der Propellerwelle 8 ein Zahnrad oder zwei Zahnräder verdrehgesichert angeordnet sein. Zwischen diesen Zahnrädern können noch Zwischenzahnräder angeordnet werden. Beispielsweise kann das Zahnradgetriebe des Antriebsystems 2 als Pla-

netengetriebe ausgeführt sein.

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Vorzugsweise sind die Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 allerdings als Umschlingungstriebe ausgeführt, beispielsweise mit einer Kette oder einem Riemen, bzw. weisen sie diese auf. Besonders bevorzugt sind die DrehmomentÜbertragungsvorrichtungen 9 Zahnriemen 16 bzw. weisen diese auf, wie dies aus Fig. 3 und besser aus Fig. 4, die einen Schnitt durch einen Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 zeigt, zu ersehen ist.

Mit den Riementrieben, insbesondere den Zahnriementrieben, können Öl- und wartungsfreie Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 bereitgestellt werden, womit die Betriebskosten des Antriebsystems 2 reduziert werden können. Zudem kann damit der Verschleiß reduziert werden.

Für die Führung der Riemen können entsprechend verdrehgesicherte Riemenräder vorgesehen werden. Dabei kann auf jeder der Rotorwellen 6 ein Riemenrad oder können zwei Riemenräder (bei zwei Riemen die beide mit jeder Rotorwelle 6 wirkungsverbunden sind) und auf der Propellerwelle 8 ein zweispuriges Riemenrad oder zwei Riemenräder vorgesehen werden. Die Riemenräder können gegebenenfalls mit einem Bord versehen werden, um das herabrutschen der Riemen zu vermeiden. Es ist auch möglich, die Riemenräder einstückig mit den Wellen auszubilden, beispielsweise als Guss- oder Sinterbauteil.

Es sei noch einmal darauf hingewiesen, dass auch nur eine DrehmomentÜbertragungsvorrichtung 9 angeordnet sein kann. In diesem Fall kann die Propel-

lerwelle 8 dementsprechend auch nur ein Riemenrad aufweisen.

Es ist auch möglich, dass die Riemen direkt auf die Rotorwellen 6 und/oder die Propellerwelle 8 wirken. Gegebenenfalls können dabei ebenfalls Bordscheiben vorgesehen sein, die auf den Wellen angeordnet sein.

Für den Fall, dass Zahnriemen 16 verwendet werden, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Oberflächen der Rotorwellen 6 und/oder der Propellerwelle 8 im Bereich der Anlage des Zahnriemens 16/der Zahnriemen 16 mit einer Verzahnung versehen sind, wie dies anhand der Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 nach Fig. 6 zu ersehen ist. Bei dieser Ausführungsvariante weisen die beiden Ro-

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torwellen 6 eine Verzahnung 17 auf der Oberfläche 18 und die Propellerwelle 8 eine Verzahnung 19 auf der Oberfläche 29 auf, wobei beiden Zahnriemen 16 in die Verzahnung 19 der Propellerwelle 8 eingreifen. Einerseits hat die Ausbildung der Verzahnung 17 auf den Oberfläche 18 der Rotorwellen 6 und oder einer Verzahnung auf der Propellerwelle 8 den Vorteil, dass das Antriebsystem 2 weniger Bauteile und damit weniger Gewicht aufweist. Andererseits ist damit eine Untersetzung einfacher realisierbar, da damit auf den Rotorwellen 6 ein sehr kleiner Durchmesser der Zahnriementriebe erreicht werden kann, der folglich auch einen kleineren Durchmesser des Zahnriementriebes auf der Propellerwelle 8 ermöglicht (gilt für Riementriebe des Antriebsystems generell). Mit der Untersetzung ist es möglich, die Propellerdrehzahl des Antriebsystems 2 einfacher an hinsichtlich Form, Geometrie, Größe, etc. unterschiedliche Propeller 7 anzupassen. Die Untersetzung kann beispielsweise eine Motordrehzahl zwischen 5000 U/min bis 7000 U/min auf ein Propellerdrehzahl zwischen 3000 U/min bis 5000 U/min reduzieren.

Diese Angaben sind aber nur beispielhaft zu verstehen.

Die Ausbildung der Verzahnung auf den Oberflächen der Rotorwellen 6 und/oder Propellerwelle 8 kann spanend, beispielsweise durch Fräsen, aber auch durch andere Verfahren, z.B. durch Pressen, etc., erfolgen.

Um hinsichtlich der Untersetzung mehr Variabilität zu haben, ist bei den Ausführungsvariante nach Fig. 3 eine Riemenscheibe 21 vorgesehen, die drehfest mit der Propellerwelle 8 verbunden ist, und die vorzugsweise anstelle der Propellerwelle 8 die Verzahnung 19 aufweist. Durch den Einsatz einer Riemenscheibe 21 können unterschiedliche Durchmesser an der Propellerwelle 8 bereitgestellt werden.

Es ist aber auch möglich, dass zumindest eine zusätzliche Übersetzungsstufe über ein Vorgelegegetriebe, das zwischen den Elektromotoren 5 (und der Propellerwelle 8) angeordnet wird, vorgesehen wird, um damit ebenfalls eine größere Variabilität des Antriebsystems 2 hinsichtlich Hochdrehzahl-Konzepte zu erreichen.

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Die Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 sind ebenfalls im Gesamtgehäuse 13 bzw. einem Teil des Gesamtgehäuses 13, insbesondere zumindest teilweise in einem Unterwasserschaft 22 (also einem Schaft des Antriebsystems 2, der in Einbaulage am Boot 1 unter Wasser liegt), angeordnet. Der Unterwasserschaft 22 kann einerseits mit einem Propellerwellen-Aufnahmeteil 23 und andererseits mit dem Aufnahmeteil 15 für die Elektromotoren 5 des Gesamtgehäuses 13 verbunden sein. Wie bereits erwähnt kann das Gesamtgehäuse 13 auch einstückig ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass der Propellerwellen-Aufnahmeteil 23 mit dem Unterwasserschaft 22 und/oder mit dem Aufnahmeteil 15 ausgebildet sein.

Der Unterwasserschaft 22 kann allseitig geschlossen ausgeführt sein. Bevorzugt ist er jedoch durch zwei voneinander distanzierte, insbesondere finnenartige, Abschnitte 24 gebildet bzw. weist diese auf, wobei zwischen den Abschnitten 24 ein Durchbruch 25 ausgebildet ist. Mit dieser Ausführungsvariante kann das Strömungsverhalten des Antriebsystems 2 verbessert werden, da das Wasser durch den Durchbruch 25 hindurchfließen kann und somit der Unterwasserschaft 22 einen geringeren Strömungswiderstand (Wasserverdrängung) bildet. Einer der Abschnitte 24 kann dabei für die Abwärtsbewegung des Zugmittels, also insbesondere des Zahnriemens 16, in Richtung auf die Propellerwelle 8 hin, und der andere Abschnitt 24 für die Aufwärtsbewegung des Zugmittels, also insbesondere des Zahnriemens 16, in Richtung auf die jeweilige Rotorwelle 6 hin verwendet werden.

Im Falle der Ausbildung der Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 als oder mit einem Zugmittel können diese gemäß einer weiteren Ausführungsvariante einen in das Antriebsystem 2 integrierten Spanner, beispielsweise einen Kettenspanner oder insbesondere einen (Zahn) Riemenspanner 26, vorzugsweise Rückenspannrollen, aufweisen. Mit dem Spanner kann zusätzlich der Abstand auf den Durchmesser der Riemenschiebe 21 auf der Propellerwelle 8 eingestellt werden. Es ist dabei möglich, dass die voranstehend erwähnten Bordscheiben ausschließlich auf den Spannern angeordnet sind.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die Rotorwellen 6 und die Propellerwelle 8 auf Lagern 27, wie z.B. Gleitlager oder vorzugsweise Kugellager, gelagert

sind.

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Unterhalb des Propellerwellen-Aufnahmeteils 23 kann eine Finne 28 angeordnet sein, die mit dem Propellerwellen-Aufnahmeteil 23 verbunden ist, um damit die

Strömungseigenschaften des Antriebsystems 2 zu verbessern.

Das Antriebsystem 2 weist weiter eine Elektronikeinrichtung 29 auf. Diese Elektronikeinrichtung 29 umfasst insbesondere elektronische Bauteile für die Steuerung und/oder Regelung der beiden Elektromotoren 5. Beispielsweise kann die Elektronikeinrichtung zumindest einen Umrichter (Wechselrichter zum Umwandeln der vom Energiespeicher gelieferten Gleichspannung in eine Wechselspannung zur Versorgung und Regelung der Elektromotoren 5), Kondensatoren, Transistoren, IGBT’s, etc., aufweisen.

Die Elektronikeinrichtung 29 ist vorzugsweise ebenfalls im Gesamtgehäuse 13 angeordnet, insbesondere im Aufnahmeteil 15 für die Elektromotoren 5. Beispielsweise kann die Elektronikeinrichtung 29 zwischen den beiden Elektromotoren 5 und vorzugsweise unmittelbar anliegend an einer Wand des Gesamtgehäuses angeordnet sein, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist, die eine weitere Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 ausschnittsweise von vorne und geschnitten zeigt. Mit der direkten Anlage kann die Kühlung der Elektronikeinrichtung 29 verbessert werden, da die Wärmeabfuhr über den Werkstoff des Gesamtgehäuses 13 und das dieses benetzende Wasser erfolgen kann, wie dies bereits zu den Elektromotoren 5 beschrieben wurde. Die Elektronikeinrichtung 29 kann mit dem Gesamtgehäuse verschraubt und/oder formschlüssig, beispielsweise durch Verpressen, und/oder stoffschlüssig verbunden werden, beispielsweise mit einem wärme-

leitenden Kleber.

Das Antriebsystem 2 weist eine Anti-Kavitationsplatte 30 (auch als AntiVentilationsplatte bezeichenbar) auf. Die Anti-Kavitationsplatte 30 ist oberhalb des Propellers 7 und beabstandet zu diesem angeordnet. Gemäß einer weiteren, ebenfalls aus Fig. 7 ersichtlichen Ausführungsvariante des Antriebsystems 2, kann dabei vorgesehen sein, dass die Anti-Kavitationsplatte 30 Teil des Gesamtgehäuses 13 ist, insbesondere den Boden des Aufnahmeteils 15 für die Elektromotoren 5 bildet. Die Elektronikeinrichtung 29 kann dabei vorzugsweise unmittelbar an der

Anti-Kavitationsplatte 30 angeordnet sein. Wie ebenfalls aus Fig. 7 ersichtlich ist,

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können die Elektromotoren 5 ebenfalls an der Anti-Kavitationsplatte 30 angeordnet

sein.

Generell kann nach einer Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 vorgesehen sein, dass die Elektromotoren 5 im Bereich der Wasserlinie W angeordnet sind. Die Wasserlinie W ist in Fig. 2 für die Gleitfahrt (untere Wasserlinie Wu) und für die Verdrängerfahrt (obere Wasserlinie Wo) eingezeichnet. Wie zu ersehen ist, liegt der Aufnahmeteil 15 für die Elektromotoren 5 zwischen diesen beiden Wasserlinien W bzw. wird von diesen begrenzt. Der Aufnahmeteil 15 kann aber auch über die Wasserlinie W für die Verdrängerfahrt hinausragen.

Wu entspricht der normierten Transomhöhe und somit der Lage bei („schneller“) Gleitfahrt.

Zusätzlich kann mit einer Höhenverstellvorrichtung das Gleitverhalten bzw. das Kühlverhalten verbessert werden, indem das Antriebsystem 2 relativ zum Boot 1 höher oder tiefer gestellt wird. Die Höhenverstellvorrichtung kann in die am Boot angeordnete Aufhängung für das Antriebssystem 2 integriert oder ein gesonderter Bauteil sein. Beispielsweise kann die Höhenverstellvorrichtung durch zwei relativ in ihrer Höhenlage verstellbare Elemente, wie z.B. Platten, gebildet sein bzw. diese umfassen. Die beiden Elemente können z.B. mittels eines Zahnradtriebes gegeneinander verstellbar ausgeführt sein. Andere Verstelltriebe sind ebenfalls einsetzbar.

Die Elektronikeinrichtung 29 umfasst eine Leistungselektronik bzw. Leistungselektronikbauteile, wie z.B. die genannten IGBT’s. Mit Hilfe der Elektronikeinrichtung 29 bzw. deren Ansteuerung ist eine Verbesserung der Leistungscharakteristik des Antriebsystems 2 im Teillastbereich der als Asynchronmotoren ausgebildeten Elektromotoren 5 erreichbar. Es ist bekannt, dass Asynchronmotoren im Vergleich zu Synchronmotoren systembedingt immer einen schlechteren Teillastwirkungsgrad aufweisen. Mit der Elektronikeinrichtung 29 kann jedoch ein Wirkungsgrad des Antriebsystems 2 auch bei Verwendung von zwei Asynchronmotoren von mehr als 90 % erreicht werden. Dies wird einerseits durch den Antrieb mit mehr als einem Elektromotor 5 ermöglicht, indem im Teillastbereich (unteren Lastbe-

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reich) von nur einem der beiden oder der mehreren Elektromotoren 5 Leistung zur Drehmomentübertragung an den Propeller 7 abgerufen wird. Dadurch, dass im unteren Lastbereich nur einer der beiden bzw. mehreren Elektromotoren 5 betrieben wird, kann dieser im Bereich des oberen Teillastbereichs bis Volllast betrieben werden, also mit mehr Leistungsabgabe pro Motor als bei gleichzeitigem Betrieb

mit zwei Elektromotoren 5.

Bevorzugt wird eine feldorientierte Regelung (Vektorregelung) für die Leistungsregelung der Elektromotoren 5 mit wirkungsgrad-optimierendem Master/Slave Be-

trieb von den zwei oder mehreren Elektromotoren 5 eingesetzt.

Nach einer anderen Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 kann auch vorgesehen sein, dass zumindest ein Asynchronmotor mit zumindest einem Synchronmotor kombiniert wird. Die Regelung kann dabei so erfolgen, dass im unteren Leistungsbereich nur von dem zumindest einen Synchronmotor Leistung bezogen wird, und dass im oberen Leistungsbereich nur der zumindest eine Asynchronmotor betrieben wird oder sowohl der zumindest eine Asynchronmotor und der zu-

mindest eine Synchronmotor betrieben werden.

Vorzugsweise weisen die Umrichter (150 kVA je Umrichter) eine Breite von maximal 160 mm, insbesondere zwischen 100 mm und 160 mm, auf. Dies wird durch die vollständige, gehäuselose Integration von IGBT’s bzw. leistungstragenden Bauteilen (der Leistungselektronik) in das Gesamtgehäuse 13 und durch die angesprochene passive Komponentenkühlung ermöglicht.

Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr können am Gesamtgehäuse weitere Kühlrippen 31 (siehe Fig. 2) angeordnet werden. Die in Fig. 2 dargestellte Kühlrippe 31 dient auch als Spritzschutz. Anstelle dieser Kühlrippe 31 oder zusätzlich dazu können Kühlrippen 31 auch an einer anderen, insbesondere mit Wasser im Kontakt stehenden, Stelle des Gesamtgehäuses 13 angeordnet sein, beispielsweise an der Unterseite des Gesamtgehäuses 13. Ebenso kann eine Verbesserung der Wärmeabfuhr erreicht werden, wenn die Anti-Kavitationsplatte 30 aus einem Metall besteht, das bei 20 °C eine Wärmeleitfähigkeit von zumindest 40 W/m.K, insbesondere zumindest 50 W/m.K, aufweist. Beispielsweise kann die Anti-

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Kavitationsplatte 30 aus einem Stahl oder Aluminium oder einer Aluminiumlegie-

rung (zumindest teilweise) bestehen.

Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr kann weiter fakultativ oder ergänzend dazu vorgesehen sein, dass die Anti-Kavitationsplatte 30 eine Dicke aufweist, die zwischen 10 mm und 50 mm beträgt.

Nach einer Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Elektromotor 5 oder eine der Rotorwellen 6 mit einer Freilaufeinrichtung 32 versehen ist, wie dies in Fig. 5 strichliert angedeutet ist. Damit kann mit einfachen Mitteln wahlweise zumindest einer der Elektromotoren 5 aus der Leistungsabgabe an die Propellerwelle 8 genommen werden. Vorzugsweise

ist die Freilaufeinrichtung 32 eine schaltbare Freilaufeinrichtung 32.

Obwohl die Anordnung der (genannten) Wärme erzeugenden Komponenten des Antriebsystems 2 an der Anti-Kavitationsplatte 30 die bevorzugte ist, können zumindest einzelne dieser Komponenten auch an anderen Stellen im Gesamtgehäuse 13 angeordnet werden, wobei solche Bereiche bevorzugt werden, die im Betrieb des Antriebsystems 2 von Wasser umspült oder benetzt werden, um auch für diese Ausführungen eine verbesserte passive Kühlung zu ermöglichen. Eine passive Kühlung ist auch mit Luft möglich.

Zusätzlich zu dieser passiven Kühlung (d.h. ohne eigenes Kühlmedium) kann auch eine weitere fluidische (aktive) Kühlung der Elektromotoren 5 und/oder der Leistungselektronik bzw. der Elektronikeinrichtung 29, insbesondere mit Wasser, erfolgen. Dazu kann im Bereich der Propellerwelle 8, insbesondere an deren vorderem Ende, eine Wassereintrittsöffnung 33 vorgesehen sein, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Es sei dazu auch auf die Fig. 8 und 9 verwiesen, die die Ausführungsvarianten des Antriebsystems 2 mit aktiver Kühlung zeigen.

Das an der Wassereintrittsöffnung 33 während der Fahrt eintretende Wasser kann über Kanäle 34 in Richtung Aufnahmeteil 15 des Gesamtgehäuses 13 gefördert werden, insbesondere pumpenlos, vorzugsweise alleine aufgrund des anliegen-

den Druckes (Staudruck) an der Wassereintrittsöffnung 33. Im Aufnahmeteil 15

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kann das Fluid/Wasser über weitere Kanäle 35, die beispielsweis in den Wänden der Aufnahmen 14 der Elektromotoren 5 ausgebildet sind, entlang der Elektromotore 5 weitergeleitet werden, um dann beispielsweise rückwärtig über eine Was-

seraustrittsöffnung 36 (siehe auch Fig. 3) das Gesamtgehäuse 13 wieder zu ver-

lassen, und damit aufgenommene Wärme aus dem Antriebsystem 2 zu entfernen.

Die Anzahl, die Größe bzw. die Geometrie und die Verteilung der in den Fig. gezeigten Kanäle im Antriebsystem 2 dient nur der Veranschaulichung des Prinzips der aktiven Kühlung und soll nicht beschränkend für den Schutzumfang verstanden werden. Generell wird zur aktiven Kühlung jedoch ein axialer, ummantelnder

Verlauf, in Bezug auf die Statoren 11, bevorzugt.

Der beschriebene Unterwasserschaft 22, d.h. die beiden Abschnitte 24, die der zumindest teilweisen Aufnahme der Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 dienen, sind vorzugsweise wasserdicht ausgeführt, um damit die gehäuselose Integration von elektronischen Bauteilen bzw. der Elektromotoren im Antriebsystem 2 zu vereinfachen. Zusätzlich können zur Vermeidung von Kondenswasser innerhalb des Gesamtgehäuses 13, insbesondere des Aufnahmeteils 15, am/im Gesamtgehäuse 13 zumindest eine Membran, z.B. eine PTFE-Membran, oder zumindest eine Druckausgleichvorrichtung vorgesehen werden, um Luftfeuchtigkeit vom Innenbereich des Gesamtgehäuses 13 nach außen abzuführen, gleichzeitig aber den Wassereintritt in das Gesamtgehäuse 13 an diesen Stellen zu verhin-

dern.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 kann auch vorgesehen werden, dass zur Kühlung die Rotorwellen 6 als Hohlwellen ausgebildet sind, sodass innerhalb der Rotorwellen 6 ein, gegebenenfalls zusätzlicher, Kühlkanal 37 ausgebildet werden kann, wie dies ebenfalls in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Die Wasserversorgung bzw. die Versorgung mit Kühlmittel kann ebenfalls über die, gegebenenfalls weiteren, Wassereintrittsöffnungen 38 erfolgen, die bevorzugt unterhalb der Anti-Kavitationsplatte 30 angeordnet sind. Der Austritt des Kühlmittels kann über die Wasseraustrittsöffnung 36 (oder eine weitere Wasseraustrittsöffnung) erfolgen. Mit der Rotorkühlung kann der Wärmeübergang vom

Rotor 10 auf den Stator 11 reduziert werden, womit die Statorwicklung besser vor

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Überhitzung geschützt werden kann. Insgesamt kann damit eine Staudruck Kühlmittelkühlung zur Verfügung gestellt bzw. ausgebildet werden, womit die Kühlung der Elektromotoren 5 und der Elektronik des Antriebsystems 2 verbessert werden

kann.

Der Innenraum der Elektromotoren 5 und/oder der Bereich in dem die Elektronikeinrichtung 29 angeordnet sein kann, kann mit einer Abschlussplatte 39 (siehe Fig. 3) abgedichtet werden. Zwischen dieser Abschlussplatte 39, in die oder durch die gegebenenfalls auch die Rotorwellen 6 hinein- oder hindurchragen können, und einer Abschlussverkleidung 40, die die Wasseraustrittsöffnung 36 aufweist, kann ein Volumen für die Aufnahme des Kühlmittels aus dem Kühlkanal 37 bereit-

gestellt werden.

Am vorderen Ende des Antriebsystems 2 kann ebenfalls ein Verkleidungsprofil 41 am Gesamtgehäuse 13 angeordnet sein, um damit das Strömungsverhalten des Antriebsystems 2 zu verbessern.

Zur weiteren Verbesserung der Sicherheit des Antriebsystems 2 können nicht nur zumindest zwei Elektromotoren 5 verbaut sein, sondern auch zwei Elektronikein-

richtungen 29, womit auch die Schaltkreise redundant gestaltet werden können.

Zur Verbesserung der Robustheit des Elektroniksystems, insbesondere der Elektronikeinrichtung 29, können diverse Vorkehrungen getroffen werden, wie beispielsweise Federkontakte anstelle von Lötkontakte, um damit die Bruchgefahr

von Verbindungsstellen zu reduzieren.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann das Antriebsystem 2 in einen Oberteil 42, einen den Unterwasserschaft 22 aufweisenden Mitteilteil 43 und einen Unterwasserteil 44 unterteilt werden. Der Mittelteil 43 ragt dabei ebenfalls ins Wasser. Der Unterwasserteil 44 wird durch die Propellerwelle 8 und den Propeller 7 definiert. Der Aufnahmeteil 15 für die Elektromotoren 5 gehört zum Mittelteil 43.

Der Oberteil 42, der strömungsoptimiert ausgebildet sein kann, kann einen Aufnahmebereich 45 für die Anordnung einer in Fig. 1 dargestellten Befestigungsvor-

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richtung 46 aufweisen, mit der das Antriebsystem 2 an einem Heckspiegel 47 des Bootes 1 angeordnet werden kann.

Die Erfindung betrifft also insbesondere ein neuartiges Konzept für einen Außenbordantrieb für ein Boot 1. Dieses Konzept integriert bevorzugt die komplette Antriebseinheit auf Höhe der Anti-Ventilationsplatte in Form eines Auftriebskörpers, um eine direkte Kühlung sowie eine kompakte, modulare und vor allem bootsunabhängige Konstruktion zu erreichen. Mit bootsunabhängiger Konstruktion sind im Wesentlichen Bootstypen, welche für Innenbordantriebe mit Z-Getriebe ausgelegt sind, sowie alle Bootstypen für Außenbordantriebe gemeint. Bei zuletzt genanntem Bootstyp erhält man zudem den Vorteil der einfachen Anpassung auf die verschiedenen Transomhöhen, da die Antriebseinheit nicht im Oberteil integriert ist. Mit dem Antriebsystem 2 können folgende Vorteil erreicht werden: tiefer Schwerpunkt; kompaktere, leichtere und im Wesentlichen schaftlängenunabhängige Konstruktion; einfacheres bzw. direktes Kühlsystem ist realisierbar; Auftriebskörper übernimmt neben der Anti-Ventilationsplatte zusätzlich eine Funktion ähnlich wie bei Hydrofoils, womit das Boot 1 schneller bzw. leichter in den Gleitmodus gelangt; Auftriebskörper dient neben der Antiventilationsplatte auch als Schutzkörper bei Eingriff von oben; das Antriebssystem 2 ist in der Wasserlinie W integriert womit Nutzraum für eine Badeplattform 4 erreicht werden kann. Bei Außenbordantrieben kann der Propeller 7 als Zugpropeller oder Schubpropeller ausgeführt sein.

Im Vergleich zu Innenbordsystemen mit Z-Getriebe hat das Antriebsystem 2 den Vorteil einer einfacheren Montage, von weniger Gewicht (Entfall des gesamten ZGetriebes, integrierte Konstruktion, etc.), einer einfach realisierbaren vertikalen Verstellfunktion des Antriebes, eine Liftfunktion bei Innenbordern, weniger Laufgeräusche und Vibrationen im Boot 1, mehr Stauraum im Boot 1 bzw. mehr Platz für

Akkumulatoren, und es ist ein einfacheres bzw. direktes Kühlsystem realisierbar.

Weiter kann die Kühlung des Antriebsystems 2 gegebenenfalls gänzlich ohne Pumpen, also insbesondere auch ohne die üblichen Impellerpumpen, ausgeführt sein, womit das Antriebsystem 2 weniger Verschleißteile aufweisen kann.

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Aufgrund des bevorzugt redundant ausgeführten Antriebssystems 2 ist das System sehr ausfallssicher.

Das Antriebsystem 2 vereinigt die klassischen Vorteile eines Außenbordmotors, wie die Wendigkeit (gelenkter Propeller 7) und Montagefreundlichkeit, das auch die Trimmbarkeit übernimmt, und kann diese mit diversen Vorteilen eine Z-

Antriebes, wie z.B. der tiefe Schwerpunkt, kombinieren. Aufgrund des Wegfalls des Oberteils von handelsüblichen Außenbordmotoren entsteht im Bereich des

Hecks zusätzlicher Nutzraum.

Das Antriebsystem 2 kann neben Booten 1 mit Heckspiegel für einen Außenbordantrieb auch auf Booten 1, die konstruktiv für Z-Antriebe (Innenbordantrieb + ZGetriebe) ausgelegt sind, verwendet werden. Bei Booten 1 mit Innenbordantrieb und Z-Getriebe entsteht im Schiffsrumpf genügend Platz um die Akkumulatoren anstelle des Motors und des Tanks einzubauen. Dieser Platz eignet sich auch besonders hinsichtlich der Gewichtsverteilung. Da das Antriebsystem 2 im Vergleich zum Z-Antrieb im Außenbereich liegt, entstehen am Boot 1 weniger Laufgeräusche bzw. Vibrationen.

Neben den genannten Bestandteilen des Antriebsystems 2 kann das Gesamtsystem auch einen Gashebel zur Regelung des Vorschubs, eine zentrales Bedienelement/Anzeigeelement für den Benutzer, eine übergeordnete Steuerung für die Verwertung der generierten Daten und als zentrale Schnittstelle zu den Komponenten des Bootes 1/des Fahrzeuges, und vor allem auch einen Energiespeicher, wie vorzugsweise einen Akkumulator, umfassen. Der Energiespeicher kann ein Hochspannungsspeicher sein. Beispielsweise kann der Energiespeicher zur Bereitstellung einer Gleichspannung von 400 V ausgelegt sein.

Anstelle oder zusätzlich zu einem Akkumulator kann auch eine andere Energieversorgung integriert werden, beispielsweise eine Brennstoffzelle oder ein Methanolgenerator. PV-Module für die Energieversorgung von Steuerungen und Regelungen sind ebenfalls einsetzbar.

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Die zumindest eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 kann neben der Momentenübertragung auch die Leistungskopplung der Elektromotoren 5 sowie die Untersetzungsfunktion und konstruktive Ausgestaltungen des Unterwasserteils bzw. Unterwasserschafts 22 übernehmen, um damit die hydrodynamischen Eigenschaften und die Verschleißeigenschaften zu verbessern.

Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten des Antriebsystems 2, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind. Weiter können Einzelmerkmale der beschriebenen bzw. gezeigten Ausführungsvarianten eine eigenständige Erfindung darstellen. So kann insbesondere ein Antriebsystem 2, insbesondere für ein Boot 1, umfassend einen, zwei oder mehr als zwei Elektromotoren 5 mit, insbesondere jeweils, einer Rotorwelle 6, weiter umfassend zumindest einen Propeller 7, eine Propellerwelle 8, wobei der Propeller 7 auf der Propellerwelle 8 angeordnet ist, und eine oder zwei DrehmomentÜbertragungsvorrichtungen 9, wobei gegebenenfalls jede der oder mehrere Rotorwellen 6 der Elektromotoren 5 mit der/einer DrehmomentÜbertragungsvorrichtung 9 verbunden ist, eine eigenständige Erfindung darstellen,

wenn diese zumindest eines der nachfolgenden Merkmale aufweist:

- zumindest einen, insbesondere zwei oder mehr Elektromotor(en) 5, insbesondere Asynchronmotor(en) (Kurzschlusskäfigläufer) mit einer I-Pin oder Hairpin Wicklung des Stators 11 oder der Statoren 12, und/oder

- die gehäuselose Anordnung eines, insbesondere zweier oder mehrerer Elektromotoren, insbesondere Asynchronmotoren, in das Gesamtgehäuse 13 (womit eine verbesserte direkte, insbesondere pumpenlose, Kühlmöglichkeit der Elektromotoren 5 über das Gesamtgehäuse 13 erreicht werden kann), und/oder

- die Anordnung nur eines Elektromotors 5 und einer zweiten, leerlaufenden

Welle ohne Motor, insbesondere im Gesamtgehäuse 13, und/oder

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die Kombination zumindest eines Riementriebes, insbesondere mehrerer Riementriebe, mit einer Untersetzung bzw. mit Untersetzungen und insbesondere mit zumindest einem Spanner, insbesondere jeweils einem Spanner pro Riementrieb, insbesondere einer Rückenspannrolle, und/oder mit einem Unterwasserschaft 22, der zwei oder mehrere Abschnitte 24 aufweist, zwischen denen ein Durchbruch 25 ausgebildet ist, und/oder

die Anordnung von zumindest einer Rückenspannrolle in einem Riementrieb, die den Abstand für die Abschnitte des Unterwasserschaftes 22 definiert und konstruktiv auf den Untersetzungsdurchmesser der Propellerwelle

8 ausgelegt ist, und/oder

die Ausbildung einer Verzahnung auf der oder den Rotorwelle(n) 6 für den kämmenden Eingriff eines Zahnriemens (pro Rotorwelle 6), und/oder

ein Ölfreies oder mehrere Ölfreie Zahnriemengetriebe, und/oder

die direkte, insbesondere pumpenlose, (Durchfluss)Kühlung des Elektromotors 5 oder der Elektromotoren 5 über die Ausbildung der Rotorwelle(n) 6 als Hohlwelle zur Bildung zumindest eines Kühlkanals 37 in der oder den Rotorwelle(n) 6, und/oder

eine Höhenverstellvorrichtung in der Aufhängung des Antriebsystems 2 bei Booten 1 für Z-Antrieb, und/oder

einen Zugpropeller bei einem Außenbordmotor, und/oder

die gehäuselose Integration des oder der Umrichter oder der Leistungselektronik im Gesamtgehäuse 13 des Antriebsystems 2, und/oder

die, insbesondere unmittelbare, Anordnung des Elektromotors 5 oder der Elektromotoren 5 und/oder der Elektronikeinrichtung 29 bzw. der Leistungselektronikbausteine, wie Umrichter, Kondensatoren, IGBT’s, auf der Anti-Kavitationsplatte 30, und/oder

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- die Anordnung von zumindest einem Elektromotor 5 in einem Antriebsystem 2 mit mehreren Rotorwellen6, wobei die motorlosen Rotorwellen leer

mitlaufen, und/oder

- die Steuerung von mehreren Elektromotoren 5 im Master/Slave Betrieb, um damit die schlechteren Teillastwirkungsgrade der Elektromotoren 5 zumin-

dest teilweise zu kompensieren,

- ein Antriebssystem 2 mit zumindest einem Elektromotor 5 auf einer ersten Rotorwelle 6 und mit einer zweiten mit der ersten Rotorwelle 6 mitlaufenden

„Rotorwelle“ ohne Motor

- ein Antriebsystem, dessen Gehäuse ab der Anti-Kavitationsplatte 30 als Auftriebskörper ausgebildet ist, der in Ruhelage des Bootes 1 zumindest teilweise unterhalb der Wasserlinie W liegt.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Antriebsystems 2 dieses bzw. dessen Bestandteile

nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt sind.

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Bezugszeichenliste

Boot Antriebsystem Antrieb Badeplattform Elektromotor Rotorwelle Propeller Propellerwelle DrehmomentÜbertragungsvorrichtungen Rotor

Stator Wicklungsnut Gesamtgehäuse Aufnahme Aufnahmeteil Zahnriemen Verzahnung Oberfläche Verzahnung Oberfläche Riemenscheibe Unterwasserschaft Propellerwellen-Aufnahmeteil Abschnitt Durchbruch Riemenspanner Lager

Finne

Elektronikeinrichtung

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

Anti-Kavitationsplatte Kühlrippe Freilaufeinrichtung Wassereintrittsöffnung Kanal

Kanal Wasseraustrittsöffnung Kühlkanal Wassereintrittsöffnung Abschlussplatte Abschlussverkleidung Verkleidungsprofil Oberteil

Mittelteil Unterwasserteil Aufnahmebereich Befestigungsvorrichtung Heckspiegel Wasserlinie

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Claims (20)

Patentansprüche

1. Antriebsystem (2), insbesondere für ein Boot (1), umfassend zumindest zwei Elektromotoren (5) mit jeweils einer Rotorwelle (6), einen Propeller (7), eine Propellerwelle (8), wobei der Propeller (7) auf der Propellerwelle (8) angeordnet ist, und zumindest eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung (9), insbesondere zwei Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen (9), wobei jede der beiden Rotorwellen (6) der beiden Elektromotoren (5) mit zumindest einer, insbesondere mit jeder, Drehmoment-Übertragungsvorrichtung (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen (9) mit der einen Propellerwelle (8) verbunden ist, insbesondere beide Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen (9), mit der einen Propellerwelle (8) verbunden sind.

2, Antriebsystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest einer der beiden Rotorwellen (6), insbesondere auf beiden Rotorwellen (6), mehr als ein Elektromotor (5) angeordnet ist.

3. Antriebsystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (5) waagrecht angeordnet sind.

4. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (5) ausschließlich durch Asynchronmotoren oder eine Kombination aus zumindest einem Synchronmotor und zumindest

einem Asynchronmotor gebildet sind.

5. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Rotorwellen (6) mit einer, insbesondere schaltbaren, Freilaufeinrichtung (32) verbunden ist.

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6. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Anti-Kavitationsplatte (30) aufweist, die oberhalb des Propellers (7) angeordnet ist, wobei die Elektromotoren (5) an der AntiKavitationsplatte (30) angeordnet sind.

7. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (5) auf Höhe der Wasserlinie (W) ange-

ordnet sind.

8. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung (9), insbesondere die beiden Drehmoment-Übertragungseinrichtungen (9), zumindest abschnittsweise in einem Unterwasserschaft (22) angeordnet sind, der zwei voneinander distanzierte, insbesondere finnenartige, Abschnitte (24) aufweist, wobei zwischen den Abschnitten (24) ein Durchbruch (25) ausgebildet ist.

9. Antriebsystem (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass

der Unterwasserschaft (22) wasserdicht ausgebildet ist.

10. Antriebsystem (2) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem der beiden Abschnitte (24), vorzugsweise in beiden Abschnitten (24), des Unterwasserschafts (22) zumindest ein Kanal (34) für ein

Kühlmittel oder eine Kühlmittel-Durchführung angeordnet ist.

11. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Gesamtgehäuse (13) aufweist, in dem neben den Elektromotoren (5) auch eine Elektronikeinrichtung (29) angeordnet ist.

12. Antriebsystem (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (5) ein Blechpaket aufweisen, das unmittelbar in das Ge-

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samtgehäuse (13) integriert ist und/oder dass die Elektronikeinrichtung (29) unmittelbar an dem Gesamtgehäuse (13) anliegend angeordnet ist.

13. Antriebsystem (2) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anti-Kavitationsplatte (30) Teil des Gesamtgehäuses (13) ist, und dass die Elektronikeinrichtung (29) unmittelbar an der Anti-Kavitationsplatte (30) angeordnet ist.

14. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwellen (6) als Hohlwellen ausgebildet sind.

15. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen (9) eine Unter-

setzung aufweisen oder mit einer Untersetzung kombiniert sind.

16. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Elektromotoren (5) mit Rotorwelle (6) durch eine leer mitlaufende Welle ersetzt ist.

17. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Propellerwelle (8) und den beiden Elektromotoren (5) ein Gegenlaufgetriebe angeordnet ist, mit dem ein zweiter Propeller gegenläufig zum Propeller (7) angetrieben werden kann.

18. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Gesamtgehäuse (13) zumindest ein Kühlmittelkanal zur pumpenlosen, aktiven Statorkühlung angeordnet ist.

19. Gesamtgehäuse (13) mit zumindest einer Aufnahme (14) zur direkten Aufnahme von zumindest einem gehäuselosen Elektromotor (5), insbesondere

zumindest zwei gehäuselosen Elektromotoren (5), mit zumindest einem Kühlmit-

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telkanal oder zumindest einer Kühlmittel-Durchführung zur pumpenlosen, aktiven

Kühlung des Elektromotors (5), insbesondere des Stators (11) des Elektromotors

(5).

20. Boot (1) mit einem Antriebsystem (2) und/oder mit einem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und/oder das Gehäuse als Gesamtgehäuse (13) nach Anspruch 19 aus-

gebildet ist.

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