DE10060067A1 - Propulsionsantrieb und Verfahren zum Antreiben eines Schiffs - Google Patents

Abstract

Es werden ein Propulsionsantrieb und ein Verfahren zum Antreiben eines Schiffs vorgeschlagen. Ein um eine vertikale Achse drehbarer Rotor weist mehrere, verstellbar gelagerte Flügel auf. Eine Optimierung des Wirkungsgrads oder Maximierung der Schubkraft bei jeder Fahrgeschwindigkeit wird dadurch ermöglicht, daß die Flügel mechanisch voneinander unabhängig verstelbar sind, wobei die Verstellungen bzw. wirkenden Verstellkräfte frei vorgebbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Propulsionsantrieb gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 bzw. 16 sowie ein Verfahren zum Antreiben eines Schiffs gemäß dem Oberbegriffs des Anspruchs 24.

Unter dem Begriff "Propulsionsantrieb" ist hier primär ein Schiffsantrieb zu verstehen, wobei der Propulsionsantrieb einen Propeller bzw. Rotor mit zu­ mindest im wesentlichen vertikaler Drehachse aufweist.

Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein sogenannter Voith- Schneider-Propeller. Hier sind an einem um eine vertikale Achse drehbaren Rotor Flügel gelagert, die vertikal aus einem Boden eines zugeordneten Schiffs herausragen und jeweils um ihre vertikale Achse verstellbar sind. Ei­ ner Drehbewegung des Rotors sind Schwingungsbewegungen der einzelnen Propellerflügel um ihre jeweilige Achse überlagerbar. Die Amplitude der os­ zillierenden Flügelbewegung - Verstellung der Flügel - bestimmt die erzeug­ te Schubkraft. Die Phasenlage bezüglich der Drehung des Rotors legt die Schubrichtung fest.

Beim Voith-Schneider-Propeller sind alle Flügel von einer gemeinsamen Ver­ stellmechanik angelenkt, wobei der Rotor über eine Hohlwelle antreibbar ist, durch die sich ein auf die Verstellmechanik wirkender Stellhebel erstreckt. Die Verstellmechanik ist aufwendig und erfordert - insbesondere im Hinblick auf einsatzgerechte Verstellmöglichkeiten - einen beträchtlichen Mindest­ durchmesser des Rotors.

Weitere Nachteile des Voith-Schneider-Propellers liegen darin, daß die Flügel nur bedingt verstellbar sind und daß die Flügel einer Zwangssteuerung mit nur bedingten Änderungsmöglichkeiten des Verlaufs der Verstellung in Ab­ hängigkeit von der Drehung des Rotors unterliegen. Beispielsweise ist es ungünstig, wenn sich der Flügel auf seiner Zykloidenbahn quer zur Strö­ mungsrichtung des Wassers stellt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Propulsions­ antrieb und ein Verfahren zum Antreiben eines Schiffs anzugeben, wobei ein verhältnismäßig einfacher, kompakter und dementsprechend kostengünstiger Aufbau sowie eine universelle Einsetzbarkeit und insbesondere eine Optimie­ rung verschiedener Größen, wie Schubkraft und Wirkungsgrad bei verschie­ denen Geschwindigkeiten, ermöglicht werden.

Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Propulsionsantrieb gemäß Anspruch 1 bzw. 16 oder ein Verfahren gemäß Anspruch 24 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung liegt darin, jedem Flügel am Rotor einen separaten Verstellantrieb zuzuordnen, so daß die Flügel me­ chanisch unabhängig voneinander verstellbar sind. Insbesondere sind peri­ odische Verstellungen der Flügel und/oder ist eine auf den jeweiligen Flügel - vorzugsweise periodisch in Abhängigkeit von der Drehlage des Rotors - wirkende Verstellkraft zumindest im wesentlichen frei vorgebbar. Dies führt zu mehreren Vorteilen.

Ein Vorteil liegt darin, daß die Verstellung, der Flügel ohne weiteres an die je­ weilige Fahrgeschwindigkeit angepaßt werden kann, um beispielsweise im­ mer einen optimalen Wirkungsgrad oder eine maximale Schubkraft zu errei­ chen. Ein herkömmlicher Schiffsantrieb, wie ein Voith-Schneider-Propeller, ist demgegenüber auf eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit ausgelegt, bei der ein optimaler Wirkungsgrad oder eine maximale Schubkraft erreicht wird.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß eine sehr einfache Anpassung des Pro­ pulsionsantriebs an unterschiedliche Drehzahlen bzw. Drehgeschwindigkei­ ten, mit denen der Rotor angetrieben wird, durch entsprechend geänderte Verstellung der Flügel möglich ist. Es ist also keine Auslegung auf eine be­ stimmte Antriebsdrehzahl erforderlich, wie ansonsten üblich, so daß der vor­ schlagsgemäße Propulsionsantrieb universeller einsetzbar ist. In diesem Zu­ sammenhang wird darauf hingewiesen, daß der vorschlagsgemäße Propulsi­ onsantrieb vorzugsweise derart eingesetzt wird, daß bei zumindest weitge­ hend konstanter Drehzahl des Rotors die Schubkraft ausgehend von null auf einen gewünschten Wert durch entsprechende Verstellung der Flügel gesteigert und bei Bedarf wieder abgesenkt wird. Dies wird nachfolgend auch kurz als Einstellung der Schubkraft bezeichnet.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß - je nach Wahl und Ausbildung bzw. An­ steuerung der Verstellantriebe der Flügel - die Flügel keine vollständige Dre­ hung bezüglich des Schiffs bzw. des sie umgebenden Mediums ausführen müssen. Vielmehr kann eine derartige Verstellung vorgesehen werden, daß die Rotation des Rotors kompensiert wird, so daß sich die Flügel jeweils nur begrenzt verschwenken. Dies gestattet eine Optimierung des Wirkungsgrads und/oder eine Minimierung von Turbulenzen bzw. sonstigen unerwünschten Strömungseigenschaften.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß keine Zwangssteuerung der Verstellung für die Flügel vorgesehen ist. Vielmehr kann alternativ oder zusätzlich zur Steuerung bzw. Regelung der Verstellung - Verstellweg oder Verstellwin­ kel - der Flügel eine Steuerung bzw. Regelung oder Begrenzung der auf den jeweiligen Flügel wirkenden Verstellkraft vorgesehen sein. So kann beispiels­ weise eine übermäßige Belastung der Flügel und/oder Lager des Propul­ sionsantriebs vermieden oder begrenzt werden, wodurch höhere Standzeiten, längere Wartungsintervalle und/oder geringer belastbare und damit leichtere bzw. kompaktere Konstruktionen ermöglicht werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weisen die Verstellan­ triebe jeweils einen elektromagnetisch arbeitenden Stellmotor auf. Der Begriff "Stellmotor" ist hier in einem weiten Sinne zu verstehen, insbesondere kann es sich hierbei um einen Schwenkantrieb handeln, der lediglich ein begrenz­ tes Verschwenken des zugeordneten Flügels um dessen Verstellachse be­ wirkt. Ein wesentlicher Aspekt liegt darin, daß ein derartiger Stellmotor ver­ hältnismäßig einfach und kostengünstig aufgebaut sein kann, da die erforder­ lichen Kräfte zur Verstellung der Flügel je nach deren Ausbildung/Form und Lagerung - überraschenderweise verhältnismäßig gering sind.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung, die insbesondere bei Einsatz von elektromagnetisch arbeitenden, getriebelos mit den Flügeln ge­ koppelten Stellmotoren als Verstellantriebe sehr einfach realisierbar ist, zeich­ net sich dadurch aus, daß die Verstellung der Flügel bedarfsweise freigegeben wird, die Flügel also bedarfsweise frei verschwenkbar um ihre Verstellachsen sind. Dies ermöglicht einen geringen Strömungswiderstand, insbesondere bei stehendem Rotor, so daß der Propulsionsantrieb ideal als temporär zuschalt­ barer Hilfsantrieb, Antrieb für ein Segelschiff o. dgl. einsetzbar ist.

Eine weitere, auch unabhängig realisierbare Idee der vorliegenden Erfindung liegt darin, dem Rotor eine elektromagnetische Maschine zum Antrieb des Rotors und/oder zur Erzeugung elektrischer Energie bei Drehung des Rotors zuzuordnen. Insbesondere ist dabei vorgesehen, daß die Maschine getriebe­ los mit dem Rotor gekoppelt ist und/oder den Rotor lagert, so daß sich ein einfacher, kompakter Aufbau ergibt.

Vorzugsweise ist der Propulsionsantrieb derart ausgebildet, daß zwischen An­ trieb durch die Maschine - motorischer Betrieb - und Erzeugung elektrischer Energie - generatorischer Betrieb - umgeschaltet werden kann. So ergibt sich eine universelle Einsetzbarkeit. Insbesondere kann dann der Propulsi­ onsatrieb - beispielsweise bei einem Segelboot - wahlweise als motorischer Antrieb oder beim Segeln als Generator zur Stromerzeugung eingesetzt wer­ den.

Weitere Aspekte, Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Er­ findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung eines vorschlagsgemäßen Ausführungsbeispiels. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schiffs mit einem vor­ schlagsgemäßen Propulsionsantrieb;

Fig. 2 eine vereinfachte, schematische Teilschnittansicht des Propulsi­ onsantriebs gemäß Fig. 1; und

Fig. 3a), b) Diagramme des Verstellwinkels und der Verstellkraft eines Flü­ gels in Abhängigkeit von der Drehlage des Rotors.

Fig. 1 zeigt in sehr vereinfachter Darstellung eine bevorzugte Ausführungs­ form eines vorschlagsgemäßen Propulsionsantriebs 1 für ein Schiff 2. Bei­ spielsweise handelt es sich bei dem Schiff 2 um ein Segelschiff, einen Schlepper o. dgl. Jedoch ist der vorschlagsgemäße Propulsionsantrieb 1 auch bei Frachtern, Passagierschiffen u. dgl., also universell einsetzbar.

Der Propulsionsantrieb 1 weist einen um eine zumindest im wesentlichen ver­ tikale Achse 3 drehbaren Propeller bzw. Rotor 4 auf. Am Rotor 4 sind mehre­ re Flügel 5 verstellbar gelagert, wie in Fig. 1 schematisch angedeutet.

Die Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Teilschnitt des vorschlags­ gemäßen Propulsionsantriebs 1 und eines Bodenabschnitts 6 des Schiffs 2. Der Propulsionsantrieb 1 ist beim Darstellungsbeispiel außenseitig - also im schematisch angedeuteten Wasser 7 - am Bodenabschnitt 6 angeordnet.

Die Flügel 5 erstrecken sich zumindest im wesentlichen parallel zur Drehach­ se 3 des Rotors 4, also zumindest im wesentlichen senkrecht zum Bodenab­ schnitt 6 in das Wasser 7.

Jedem Flügel 5 ist ein separater Verstellantrieb 8 zugeordnet, so daß die Flü­ gel 5 mechanisch unabhängig voneinander verstellbar sind. Die Verstellan­ triebe 8 sind, wie in Fig. 2 schematisch angedeutet, beim Darstellungsbeispiel am Rotor 4 angeordnet bzw. in diesen integriert. Mittels der Verstellantriebe 8 sind die Flügel 5 jeweils um eine - zumindest im wesentlichen zur Drehach­ se 3 des Rotors 4 parallele - Verstellachse 9 verschwenkbar bzw. drehbar, al­ so verstellbar.

Vorzugsweise weisen die Verstellantriebe 8, wie beim Darstellungsbeispiel, je­ weils einen elektromagnetisch arbeitenden Stellmotor 10 im eingangs ge­ nannten Sinne auf. Die Stellmotoren 10 sind beispielsweise jeweils durch eine Spulenanordnung 11 und einen zugeordneten Dauermagneten 12 gebildet, wobei der Dauermagnet 12 vorzugsweise unmittelbar mit dem zugeordneten Flügel 5 bzw. einem Schaft- oder Wellenabschnitt 13 des zugeordneten Flü­ gels 5 verbunden bzw. davon gebildet ist. Durch Anlegen eines entsprechen­ den Stroms bzw. einer entsprechenden Spannung an die Spulenanordnung 11 ist der zugeordnete Dauermagnet 12 und damit der zugeordnete Flügel 5 verstellbar, beispielsweise verschwenkbar oder drehbar. Dementsprechend wird je nach Bedarf von der Spulenanordnung 11 beispielsweise ein Drehfeld oder ein zumindest im wesentlichen statisches Magnetfeld erzeugt.

Die Stellmotoren 10 können je nach Bedarf selbstverständlich auch mehrpo­ lig ausgebildet sein, wobei zusätzlich oder alternativ zu den Dauermagneten 12 auch Elektromagnete vorgesehen sein können.

Das Darstellungsbeispiel dient lediglich einer Veranschaulichung. Selbstver­ ständlich sind auch andere konstruktive Lösungen möglich. Beispielsweise sind beim Darstellungsbeispiel die Verstellantriebe 8 bzw. deren Stellmotoren 10 direkt, also getriebelos mit den Flügeln 5 gekoppelt. Jedoch ist auch eine indirekte Kopplung bzw. Anlenkung möglich.

Den Verstellantrieben 8 ist jeweils eine, ebenfalls am Rotor 4 angeordnete Steuereinheit 14 zugeordnet. Auf die Funktionen der Steuereinheit 14 wird später noch näher eingegangen.

Zur drahtlosen Energieversorgung und/oder drahtlosen Ansteuerung der Verstellantriebe 8 und der Steuereinheiten 14 ist der Rotor 4 mit einer geeig­ neten Spulenanordnung 15 versehen. Beispielsweise wird in der Spulenan­ ordnung 15 bei Rotation des Rotors 4 durch nicht dargestellte, stationäre Dauermagnete eine Spannung induziert, die der Energieversorgung der Steuereinheiten 14 und der Verstellantriebe 8 dient. Zusätzlich oder alternativ kann beispielsweise mittels eines entsprechenden, verhältnismäßig hochfre­ quenten Wechselfeldes die Übertragung der erforderlichen Signale zur An­ steuerung der Steuereinheiten 14 und der Verstellantriebe 8 erfolgen. Jedoch sind hier auch andere Lösungen realisierbar.

Der Drehantrieb des Rotors 4 erfolgt beim Darstellungsbeispiel durch eine elektromagnetische Maschine 16, also durch einen Elektromotor. In Fig. 2 ist hierzu eine Spulenanordnung 17 angedeutet, die entsprechend auf den Rotor 4 wirken kann, so daß der Rotor 4 bedarfgerecht antreibbar bzw. drehbar ist. Die Spulenanordnung 17 kann bedarfsweise auch unmittelbar mit der Spu­ lenanordnung 15 zur drahtlosen Energieübertragung und/oder Signalüber­ tragung zusammenwirken.

Die Maschine 16 ist hier unmittelbar, also getriebelos, mit dem Rotor 4 gekop­ pelt und dient außerdem der unmittelbaren Lagerung des Rotors 4, wie durch Drehlager 18 angedeutet, wobei der Rotor 4 beim Darstellungsbeispiel die Maschine 16 bzw. einen von der Spulenanordnung 17 gebildeten Stator 19 ringförmig umgibt. So ergibt sich ein sehr einfacher, hochgradig kompakter Aufbau mit insbesondere geringer axialer Bauhöhe.

Ein besonderer Vorteil beim Darstellungsbeispiel liegt darin, daß der vor­ schlagsgemäße Propulsionsantrieb 1 zusammen mit seiner Antriebsmaschine 16 außen am Schiff 2 bzw. dessen Bodenabschnitt 6 anbringbar ist, also kei­ ne Durchgangsöffnung für eine Antriebswelle oder ein sonstiges bewegli­ ches bzw. drehbares Element erforderlich ist.

Eine unmittelbare - also getriebelose - Kopplung der Antriebsmaschine 16 mit dem Rotor 4 ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Beispielsweise könnte die Maschine 16, oder ein sonstiger Motor, wie ein Dieselmotor oder ein anderer Elektromotor, im Inneren des Schiffs 2 angeordnet sein und den Rotor 4 über eine nicht dargestellte Antriebswelle und ggf ein nicht darge­ stelltes Getriebe o. dgl. antreiben.

Die Maschine 16 bzw. die Spulenanordnung 17 ist, wie in Fig. 2 durch den gestrichelten Pfeil 20 angedeutet, an eine Einrichtung 21 zur Energieversor­ gung und/oder an eine Steuereinrichtung 22 angeschlossen, die in Fig. 1 an­ gedeutet sind. Die Versorgungseinrichtung 21 umfaßt beispielsweise eine Batterie 23 und einen Generator 24, der von einem Dieselmotor 25 o. dgl. an­ treibbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Versorgungseinrichtung 21 beispielsweise auch eine nicht dargestellte Brennstoffzelle o. dgl. aufweisen.

Nachfolgend werden einige Steuerungs- und Einsatzmöglichkeiten des vor­ schlagsgemäßen Propulsionsantriebs 1 näher erläutert.

Jeder Flügel 5 ist mittels seines zugeordneten Verstellantriebs 8 verstellbar, also um seine Verstellachse 9 verschwenkbar bzw. drehbar. Die in Fig. 1 für einen Flügel 5 angedeutete Verstellung 26 - Auslenkung aus einer zumindest im wesentlichen tangentialen Schwenklage - variiert periodisch mit der Dre­ hung des Rotors 4. Die Verstellung 26 ist also zur Rotation des Rotors 4 syn­ chronisiert.

Fig. 3a) zeigt einen beispielhaften Verlauf 27 der Verstellung 26 eines Flügels 5 in Abhängigkeit von der Drehlage des Rotors 4. Hier ist anzumerken, daß es sich lediglich um ein Darstellungsbeispiel handelt, das keinen Anspruch darauf erhebt, daß eine derartige Verstellung zu einem Vortrieb bzw. Schub in einer bestimmten Richtung führt.

Die weiteren Flügel 5 werden korrespondierend zu ihrer jeweiligen Lage bzw. Position am Rotor 4 phasenversetzt gemäß Verlauf 27 verstellt. Bei ent­ sprechender Wahl des Verlaufs 27 ergibt sich dann eine in einer nicht darge­ stellten Richtung wirkende Schubkraft, die das Schiff 2 entsprechend an­ treibt. Die Richtung der Schubkraft ist durch die Phasenlage der Verstellung 26 bzw. des Verlaufs 27 eines Flügels 5 relativ zur Rotation des Rotors 4 festgelegt.

Die Stärke bzw. Größe der Schubkraft wird bei konstanter Drehgeschwin­ digkeit des Rotors 4 durch Verkleinerung oder Vergrößerung der Verstellung 26, also Modifizierung des Verlaufs 27 erreicht. Fig. 3a) verdeutlicht beispiel­ haft anhand der gestrichelten Linie 28, daß mit dem vorschlagsgemäßen Pro­ pulsionsantrieb 1 eine quasi beliebige Modifikation des Verlaufs 27 im Ge­ gensatz zum Stand der Technik realisierbar ist, die Verstellung 26 in Abhän­ gigkeit von der Drehlage des Rotors 4 frei vorgebbar bzw. festlegbar ist. De­ mentsprechend kann eine Optimierung des Wirkungsgrads oder Maximie­ rung der Schubkraft bei jeder beliebigen Fahrgeschwindigkeit des Schiffs 2 durch entsprechende Ansteuerung und entsprechendes Verstellen der Flügel 5 erreicht werden.

Die Verstellung 26 eines Flügels 5 ist insbesondere dahingehend zu verste­ hen, daß der Flügel 5 um einen bestimmten Verstellweg bzw. Verstellwinkel an einer bestimmten Drehlage des Rotors 4 verstellt wird. Der Verlauf 27 gibt also einen Sollwert für die realisierte Steuerung oder Regelung durch den Verstellantrieb 8 an. Eine wesentliche Idee der vorliegenden Erfindung liegt nun darin, daß anstelle oder zusätzlich zur Verstellung 26 im vorgenannten Sinne eine auf den Flügel 5 durch den zugeordneten Verstellantrieb 8 ausge­ übte Verstellkraft - wie durch Pfeil 29 in Fig. 1 angedeutet - vorgebbar ist. Beispielsweise kann analog zur Verstellung 26 ein periodischer Verlauf 30 für die auf einen Flügel 5 wirkende Verstellkraft 29 vorgesehen sein, wie in Fig. 3b) beispielhaft dargestellt. Auch bezüglich Fig. 3b) ist anzumerken, daß es sich hier lediglich um ein Darstellungsbeispiel handelt, das keinen Anspruch auf Einsatzfähigkeit unter praktischen Bedingungen erhebt.

Die Vorgabe der Verstellkraft 29 als Grenzwert für die Verstellantriebe 8 kann insbesondere im Hinblick auf Vermeidung einer Überlastung der Flügel 5 oder sonstiger Komponenten oder Lager des Propulsionsantriebs 1 vorteil­ haft sein, wobei je nach Ausführung eine Steuerung oder Regelung der auf einen Flügel 5 durch den zugeordneten Verstellantrieb 8 ausgeübten Ver­ stellkraft 29 realisiert sein kann.

In Fig. 3b) ist durch gestrichelte Linien 31 angedeutet, daß auch bei dem Verlauf 30 der Verstellkraft 29 quasi beliebige Modifikationen beim vor­ schlagsgemäßen Propulsionsantrieb 1 möglich sind.

Die Verstellkraft 29 kann bedarfsweise auch zusätzlich zur Verstellung 26, beispielsweise als Grenzwert, beim Betrieb des Propulsionsantriebs 1 Be­ rücksichtigung finden.

Die Steuereinheiten 14 und/oder die Steuereinrichtung 22 bzw. ein nicht dargestellter Steuercomputer o. dgl. speichert erforderliche Verstellparameter, funktionale Zusammenhänge, Wertetabellen o. dgl., um eine stufenlose oder zumindest quasi stufenlose Steuerung des Propulsionsantriebs 1, also eine insbesondere zumindest im wesentlichen stufenlose Einstellung der Schub­ kraft und Schubrichtung zu ermöglichen. Beispielsweise sind hierbei ver­ schiedene Programme bzw. Verläufe 27, 30 aus einem nicht dargestellten Speicher o. dgl. abrufbar, um je nach Bedarf ein entsprechendes Verhalten des Propulsionsantriebs - optimaler Wirkungsgrad, maximale Schubkraft o. dgl. - bei einer aktuellen oder gewünschten Fahrgeschwindigkeit zu errei­ chen.

Gemäß einer Ausführungsvariante können die beispielhaft in Fig. 3 darge­ stellten Verläufe 27 und/oder 30 je nach gewünschter Schubkraft mit einem Faktor multipliziert werden, der beispielsweise zwischen 0 und 1 frei wählbar ist. Dementsprechend ergibt sich dann eine frei einstellbare Schubkraft. Auf diese Weise ergeben sich jeweils ähnliche Verläufe, jedoch mit geringerer Maximalamplitude und dementsprechend geringerer Schubkraft. Die Modifi­ kationen 28 und 31 verdeutlichen, daß ein wesentlicher Unterschied der vor­ schlagsgemäßen Lösung darin liegt, daß auch nicht ähnliche Änderungen vorgenommen werden können, die Verstellung 26 und/oder die Verstellkraft 29 sind also völlig frei in Abhängigkeit von der Drehlage des Rotors 4 vor­ gebbar bzw. festlegbar.

Gemäß einer besonders bevorzugten. Ausführungsvariante ist der vor­ schlagsgemäße Propulsionsantrieb 1 bzw. dessen elektromagnetische Ma­ schine 16 zur Erzeugung von elektrischer Energie umschaltbar. In diesem Fall wird der Rotor 4 durch vorbeiströmendes Wasser 7 gedreht und die Ma­ schine 16 arbeitet als Generator zur Erzeugung elektrischer Energie. Dies ist besonders vorteilhaft bei Segelschiffen, die sonst keinen Generator zur Er­ zeugung elektrischer Energie an Bord haben.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der Propulsionsantrieb 1 entsprechend auch als Windkraftmaschine zur Stromerzeugung einsetzbar ist, wobei dann der Rotor 4 mit vertikaler Drehachse 3 durch Wind angetrieben wird und die zu­ geordnete Maschine 16 Strom erzeugt. Bisherige Windrotoren weisen ledig­ lich starre, also nicht verstellbare Flügel 5 auf. Demgegenüber erlaubt die vor­ schlagsgemäße Lösung eine einzelweise Flügelverstellung. So kann eine Op­ timierung des Wirkungsgrads und/oder eine Minimierung der bei Betrieb auf­ tretenden Windgeräusche erreicht werden. Selbstverständlich hat dann die Steuerung die aktuelle Windrichtung und/oder Windstärke bei der Festle­ gung der optimalen Verläufe 27 bzw. 30 und deren Phasenlage für eine opti­ male Flügelverstellung zu berücksichtigen. Hierbei ergeben sich natürlich auch entsprechende Vorteile und Varianten bei der Berücksichtigung der Verstellkräfte 29 zusätzlich oder alternativ zu Verstellungen 26.

Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß die separaten Verstellantriebe 8 und insbesondere die Verwendung der vorzugsweise vorgesehenen, getrie­ belos auf die Flügel 5 einwirkenden Stellmotoren 10 ein sehr einfaches Frei­ geben der Schwenkbewegung der Flügel 5 um ihre Verstellachsen 9 - bei­ spielsweise durch einfaches Abschalten der Verstellantriebe 8 - ermöglicht, so daß insbesondere bei stehendem Rotor 4 die Flügel 5 jeweils eine Schwenklage mit möglichst geringem Strömungswiderstand einnehmen können. Dementsprechend kann bei abgeschaltetem Propulsionsantrieb 1 das Schiff 2 bedarfsweise mit sehr geringem Strömungswiderstand durch das Wasser 7 gleiten. Dies ist insbesondere bei Segelschiffen o. dgl. vorteilhaft.

Die Steuerung der Verstellantriebe 8 kann wahlweise zentral - insbesondere mittels der Steuereinrichtung 22 - und/oder dezentral durch die jeweiligen Steuereinheiten 14 erfolgen. Im letzten Fall kann es genügen, die Steuerein­ heiten 14 nacheinander über eine serielle Schnittstelle - ggf auch drahtlos - anzusprechen bzw. anzusteuern.

Insbesondere koordiniert bzw. synchronisiert die Steuereinrichtung 22 die Rotation des Rotors 4 und die Ansteuerung der Steuereinheiten 14/Verstell­ antriebe 8 und damit das Verstellen der Flügel 5. Hierzu erforderliche Taktge­ ber, Positionssensoren, Inkrementalgeber, Winkelgeber, Geschwindigkeits­ messer oder sonstige Sensoren sind aus Vereinfachungsgründen nicht darge­ stellt.

Insbesondere können auch entsprechende Sensoren zur Erfassung der ak­ tuellen Verstellage der Flügel 5 vorgesehen sein. Dann bietet sich die Reali­ sierung einer Lageregelung in Verbindung mit dem zugeordneten Verstellan­ trieb 8 an. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Beispielsweise kann auch eine Lagesteuerung genügen, so daß die eingangs genannten Sensoren nicht unbedingt erforderlich sind. Entsprechendes gilt bei Vorgabe der Ver­ stellkraft 29 zum Verstellen eines Flügels 5.

Claims (28)

1. Propulsionsantrieb (1) für ein Schiff (2) mit einem um eine vertikale Achse (3) drehbaren Rotor (4) und mehreren, am Rotor (4) verstellbar gelagerten Flügeln (5), dadurch gekennzeichnet, daß jedem Flügel (5) ein separater Verstellantrieb (8) zugeordnet ist, so daß die Flügel (5) mechanisch unabhängig voneinander verstellbar sind.

2. Propulsionsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (5) unabhängig voneinander verstellbar sind.

3. Propulsionsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellantriebe (8) unabhängig voneinander ansteuerbar sind.

4. Propulsionsantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellantriebe (8) am Rotor (4) angeordnet sind.

5. Propulsionsantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellantriebe (8) elektrisch und insbesondere drahtlos ansteuerbar sind.

6. Propulsionsantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellantriebe (8) jeweils einen insbesondere elek­ tromagnetisch arbeitenden Stellmotor (10) ausweisen, der mit dem zugeord­ neten Flügel (5), insbesondere direkt und/oder getriebelos, gekoppelt und/ oder gebildet ist.

7. Propulsionsantrieb nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rotor (5) eine Spulenanordnung (15) für die Versorgung der Ver­ stellantriebe (8) mit elektrischer Energie aufweist.

8. Propulsionsantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel (5) mittels des zugeordneten Verstellan­ triebs (8) periodisch in Abhängigkeit von der Drehlage des Rotors (4) verstellbar ist, wobei die Verstellantriebe (8) entsprechend der Position des zu­ geordneten Flügels (5) am Rotor (4) phasenversetzt ansteuerbar sind und insbesondere wobei die Phasenlage der Ansteuerung der Verstellantriebe (8) ausschließlich elektrisch bzw. elektronisch einstellbar ist.

9. Propulsionsantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine periodische Verstellung (26) eines Flügels (5) in Abhängigkeit von der Drehlage des Rotors (4) frei vorgebbar ist.

10. Propulsionsantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ver­ schiedene, zueinander nicht ähnliche, periodische Verläufe (27) der Verstel­ lungen (26) für einen Flügel (5) auswählbar sind.

11. Propulsionsantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine periodisch auf einen Flügel (5) in Abhängigkeit von der Drehlage des Rotors (4) wirkende Verstellkraft (29) vorgebbar ist.

12. Propulsionsantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ver­ schiedene periodische Verläufe (30) der Verstellkraft (29) auswählbar sind.

13. Propulsionsantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Verstellparameter vorgebbar und insbesondere speicher­ bar sind, die eine periodische Verstellung (26) eines Flügels (5) in Abhängig­ keit von der Drehlage des Rotors (4) und/oder eine periodisch auf einen Flü­ gel (5) in Abhängigkeit von der Drehlage des Rotors (4) wirkende Verstell­ kraft (29) vorgeben bzw. festlegen.

14. Propulsionsantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verstellantrieb (8) in Abhängigkeit von einer vor­ gegebenen Verstellung (26) und/oder Verstellkraft (29) und insbesondere auch in Abhängigkeit von der Drehlage des Rotors (4) steuerbar oder regel­ bar ist.

15. Propulsionsantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubkraft des Propulsionsantriebs (1) durch ent­ sprechendes Verstellen der Flügel (5) einstellbar ist und/oder daß die Verstellantriebe (8) derart ausgebildet und/oder freischaltbar sind, daß die Flügel (5), insbesondere bei stehendem Rotor (4), um ihre Verstellachsen (9) frei schwenkbar sind.

16. Propulsionsantrieb (1), insbesondere für ein Schiff (2), mit einem um eine vertikale Achse (3) drehbaren Rotor (4) und mehreren, am Rotor (4) verstell­ bar gelagerten Flügeln (5), insbesondere nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Propulsionsantrieb (1) eine dem Rotor (4) zugeordnete elektroma­ gnetische Maschine (16) zum Antrieb des Rotors (4) und/oder zur Erzeugung elektrischer Energie bei Drehung des Rotors (4) aufweist.

17. Propulsionsantrieb nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine (16) getriebelos mit dem Rotor (4) gekoppelt ist.

18. Propulsionsantrieb nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine (16) den Rotor (4) lagert.

19. Propulsionsantrieb nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rotor (4) einen Stator (19) der Maschine (16) ringför­ mig umgibt.

20. Propulsionsantrieb nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Propulsionsantrieb (1) mit der Maschine (16) außen am Schiff (2) anbringbar sind.

21. Propulsionsantrieb nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Propulsionsantrieb (1) zwischen Antrieb und Erzeu­ gung elektrischer Energie umschaltbar ist.

22. Propulsionsantrieb nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Propulsionsantrieb (1) eine Einrichtung (21) zur Ver­ sorgung mit elektrischer Energie, insbesondere eine Batterie (23), ein vorzugsweise durch einen Dieselmotor (25) antreibbarer Generator (24) und/ oder eine Brennstoffzelle, zugeordnet ist.

23. Propulsionsantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (13) des Rotors (4), die Verstellachsen (9) der Flügel (5) und insbesondere Längsachsen der Flügel (5) zumindest im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.

24. Verfahren zum Antreiben eines Schiffs (2), wobei ein Rotor (4) mit mehre­ ren, verstellbar gelagerten Flügeln (5) um eine vertikale Achse (3) rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß periodische Verstellungen (26) der Flügel (5) und/oder eine auf den je­ weiligen Flügel (5) wirkende Verstellkraft (29) frei vorgebbar ist bzw. sind.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (5) jeweils eine periodische Verstellung (26) in Abhängigkeit von der Drehlage des Rotors (4) mit zu der Position des jeweiligen Flügels (5) am Rotor (4) kor­ respondierem Phasenversatz ausführen.

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß ver­ schiedene, zueinander nicht ähnliche Verläufe (27) periodischer Verstellun­ gen (26) für einen Flügel (5) auswählbar sind.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß Flügel (5) derart verstellt werden, daß die Rotation des Rotors (4) nach einer Umdrehung des Rotors (4) kompensiert wird, so daß sich die Flügel (5) bezüglich des Schiffs (2) nur begrenzt verschwenken.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß den Flügeln (5) jeweils zugeordnete Verstellantriebe (8) in Abhängigkeit von der gewünschten Verstellung (26) und/oder Verstellkraft (29) als Soll­ wert und insbesondere auch in Abhängigkeit von der Drehlage des Rotors (4) gesteuert oder geregelt werden.