DE10143713B4 - Elektrische Antriebseinrichtung für ein Schiff - Google Patents

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Abstract

Elektrische Antriebseinrichtung (100) für ein Schiff, bestehend aus einem an der Unterseite eines Schiffsrumpfes gondelartig anzuordnenden, strömungsgünstig gestalteten Gehäuse (12), in dem ein aus Stator (5) und Rotor (4) bestehender Elektromotor angeordnet ist,
wobei an die den Rotor (4) tragende Antriebswelle (1) wenigstens ein Propeller (2, 3) angekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stator (5) über Drehlager (9) am Rotor (4) fixiert ist und dass sich die aus Stator' (5) und Rotor (4) gebildete Baueinheit sowohl am Gehäuse (12) als auch auf der Antriebswelle (1) elastisch abstützt.

Description

  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Antriebseinrichtungen für Schiffe und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung eines Elektromotors anzuwenden, der aus einem Stator und einem Rotor besteht und in einem an der Unterseite eines Schiffrumpfes gondelartig anzuordnen, strömungsgünstig gestalteten Gehäuse angeordnet ist und bei dem der Rotor von einer in dem Gehäuse gelagerten Welle getragen ist, an die wenigstens ein Propeller angekoppelt ist.
  • Bei einer bekannten Antriebseinrichtung dieser Art ist der Rotor als permanenterregter Rotor ausgebildet und besteht aus einer Tragkonstruktion mit rohrartigem Tragkörper und einem magnetisch aktiven Teil. Der Rotor ist auf einer wenigstens einen Propeller tragenden und im Gehäuse der Antriebseinrichtung gelagerten Antriebswelle angeordnet. Der Stator als elektrisch und magnetisch aktives Teil ist in das Gehäuse der Antriebseinrichtung kraftschlüssig eingepasst. Die Kühlung des Elektromotors erfolgt dabei durch Wärmeabfuhr über das Gehäuse an das umgebende Wasser. Zur Kühlung der Wickelköpfe des Stators kann im Inneren des Gehäuses Luft oder ein Isolieröl umgewälzt werden (WO 97/49605). Alternativ kommt die Verwendung einer speziellen Wärmebrücke in Betracht ( DE 199 02 837 C1 ). Zusätzliche Kühlmaßnahmen können in der Verwendung von im schachtartigen Tragteil der Antriebseinrichtung angeordneten Rückkühlern bestehen ( DE 198 26 229 C2 ).
  • Bei einer anderen bekannten Antriebseinrichtung mit gondelartig angeordnetem Elektromotor ist der Stator mit radialem Ab stand in dem Gehäuse angeordnet, um Stator und Rotor mit einem aus dem Schiffsrumpf über spezielle Kühlkanäle zugeführten gasförmigen Kühlmittel kühlen zu können ( US 5,403,216 A ).
    •
  • Ausgehend von einer Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Antriebseinrichtung so auszubilden, dass sie Schockbelastungen standhalten kann und damit auch für Anwendungen in Einsatzgebieten geeignet ist, in denen starke Unterwasser-Druckwellen auftreten können.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Stator über Drehlager am Rotor fixiert ist und dass sich die aus Stator und Rotor gebildete Baueinheit sowohl am Gehäuse als auch auf der Antriebswelle elastisch abstützt.
  • Bei einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung bilden die mit einer großen Masse ausgestatteten elektrisch und magnetisch aktiven Teile des Antriebsmotors eine Einheit, die innerhalb des Gehäuses sowie auf der Antriebswelle "gedämpft" gelagert ist. Bei plötzlichen Druckeinwirkungen von außen auf das Gehäuse und die Antriebswelle der Antriebseinrichtung wirken sich diese zeitlich verzögert und damit schockreduziert auf die elektrisch und magnetisch aktiven Teile des Motors aus. Die über die Aufhängung der gondelartig angeordneten Antriebseinrichtung am Schiffsrumpf angreifenden mechanischen Kräfte, insbesondere Biegemomente, werden dadurch reduziert. – Die elastische bzw. gedämpfte Anordnung der elektrisch und magnetisch aktiven Teile des elektrischen Antriebmotors bewirkt weiterhin eine Reduzierung des von der Antriebseinrichtung ausgehenden Körperschalls, wodurch die akustische Ortung eines mit einer derartigen Antriebseinrich tung ausgestatteten Schiffes erschwert ist. – Die starre mechanische Kopplung zwischen dem Rotor und dem Stator des elektrischen Antriebsmotors hat bei Motoren, bei denen der Rotor für die Zwecke der Erregung mit Permanentmagneten bestückt ist, den weiteren Vorteil, dass der Luftspalt zwischen Rotor und Stator auch bei Schockbeanspruchungen der Antriebseinrichtung konstant bleibt und daher sehr klein gewählt werden kann.
  • In Ausgestaltung der Erfindung besteht der Rotor aus einem rohrartigen Tragkörper und einem auf den Tragkörper aufgesetzten Aktivteil, welches auf der Antriebswelle elastisch abgestützt ist, während der Stator auf dem Tragkörper des Rotors gelagert ist und sich am Gehäuse elastisch abstützt. Zweckmäßig ist dabei die Lagerung des Rotors auf der Antriebswelle sowohl in axialer als auch in radialer Richtung weich, aber in Umfangsrichtung drehmomentsteif ausgelegt.
  • Die radial starre Lagerung des Stators auf dem Tragkörper des Rotors erfolgt zweckmäßig mit handelsüblichen Radial- und Axiallagern, die bevorzugt als Wälzlager ausgebildet sind. – Für die Lagerung der Rotorwelle werden dagegen zweckmäßig Gleitlager verwendet, vorzugsweise solche mit hydrostatischem Ölumlauf.
  • Zur elastischen Abstützung des Rotors auf der Welle können handelsübliche Dämpfungselemente verwendet werden, wie sie beispielsweise für elastische Kupplungen in einem Wellstrang gebräuchlich sind. Für derartige Dämpfungselemente ist es wesentlich, dass sie in radialer und axialer Richtung des Rotors elastisch und in Umfangsrichtung des Rotors drehmomentsteif ausgelegt sind.
  • Für die elastische Abstützung des Stators am Gehäuse der Antriebseinrichtung können gleichartige Dämpfungselemente wie zur Abstützung des Rotors auf der Welle verwendet werden.
  • Da wegen der elastischen Abstützung des Stators am Gehäuse der Antriebseinrichtung zwischen dem Stator und dem Gehäuse ein Zwischenraum entsteht, kann die Kühlung des Stators nicht allein durch Wärmeabfuhr über das Gehäuse an das umgebende Wasser erfolgen. Es müssen daher zusätzliche Kühlmaßnahmen ergriffen werden. Hierzu kann mit Rückkühlern gearbeitet werden, die im Bereich der Wand des die Antriebseinrichtung mit dem Schiffsrumpf verbindenden Tragschachtes oder im Schiffsrumpf angeordnet sind, wobei ein flüssiges Kühlmittel, insbesondere Wasser, diese Rückkühler sowie entsprechende Bohrungen im Blechpaket des Stators bzw. in einem das Blechpaket umgebenden Kühlring durchströmt. Eine solche Kühlung kann auch den Wickelköpfen des Stators zugeordnet werden. Im übrigen kann auch eine zirkulierende Luftströmung erzeugt werden, die die Wickelköpfe des Stators umströmt und im Bereich des Tragschachtes der Antriebseinrichtung rückgekühlt wird. Gegebenenfalls können auch die Bilgenräume der Antriebseinrichtung, d. h. die an den Enden der Antriebswelle angeordneten Gehäuseteile, für Rückkühlzwecke verwendet werden.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der neuen Antriebseinrichtung ist in den 1 bis 3 dargestellt.
  • Dabei zeigt
  • 1 eine Antriebseinrichtung in schematischer Darstellung im Längsschnitt und
  • die 2 und 3 eine konstruktive Ausgestaltung für die Anordnung gemäß 1.
  • 1 zeigt die Antriebswelle 1 einer elektromotorischen Antriebseinrichtung 100 für ein Schiff, wobei die Antriebswelle an jedem Ende einen Propeller 2 bzw. 3 trägt. Von dem die Antriebswelle 1 antreibenden Elektromotor ist nur die obere Hälfte im Schnitt dargestellt. Dieser Elektromotor besteht aus einem Rotor 4 und einem Stator 5, wobei der Rotor eine elektrisch aktive Schicht 6 in Form von Permanentmagneten aufweist und auf einem rohrartigen Tragkörper 7 angeordnet ist. – Der Stator 5 weist ein mehrteiliges Traggehäuse 8 auf, welches über Drehlager 9 am Tragkörper 7 des Rotors fixiert ist.
  • Die aus Rotor 5 und Stator 6 bestehende Baueinheit stützt sich mittels elastischer Dämpfungselemente 10 und 11 zum einen an der Antriebswelle 1 und zum anderen an einem den Elektromotor und die Antriebswelle aufnehmenden Gehäuse 12 ab. Die Antriebswelle 1 ist dabei über Drehlager 13 in dem Gehäuse 12 gelagert.
  • Dem Gehäuse 12 ist ein Tragschacht 14 zur Befestigung der Antriebseinrichtung 100 am Rumpf eines Schiffes zugeordnet. Der Tragschacht 14 kann doppelwandig ausgebildet oder mit vertikal umlaufenden Kühlkanälen 16 versehen sein, beispielsweise zur Führung von Kühlluft.
  • Zur Kühlung des Stators 5, insbesondere der Wickelköpfe 15, kann beispielsweise an dem einen Ende des Elektromotors Kühlluft aus dem Tragschacht 14 in den Innenraum zwischen Traggehäuse 8 und Tragkörper 7 eingespeist und am anderen Ende des Elektromotors abgeführt werden. Die Kühlluft könnte innerhalb des Elektromotors zwischen der elektrisch aktiven Schicht 6 des Rotors und dem Tragkörper 7 in Achsrichtung strömen. – Zur Kühlung des Stators bzw. der Statorwicklungen könnte das Statorgehäuse 8 Strömungskanäle aufweisen, die von aus dem Tragschacht 14 zugeführtem Kühlwasser durchströmt werden.
  • Gemäß 2 und dem etwas vergrößerten Ausschnitt gemäß 3 ist der aus Rotor 24 und Stator 25 bestehende Elektromotor in einem strömungsgünstig gestalteten Gehäuse 32 angeordnet, welches mittels des Tragschachtes 39 gondelartig unterhalb eines Schiffsrumpfes positionierbar ist. Das Traggehäuse 28 des Stators ist über Drehlager 29, die als Pendelrollenlager ausgebildet sind, am Tragkörper 27 des Rotors 24 fixiert. Dieser Tragkörper stützt sich über Dämpfungselemente 30 elastisch an der Antriebswelle 21 ab. Die Dämpfungselemente 30 sind dabei an Ringflanschen 18 und 19 axial fixiert.
  • Das Traggehäuse 28 des Stators stützt sich über Dämpfungselemente 31 am Gehäuse 32 ab. Diese Dämpfungselemente bestehen jeweils aus einem Gummikörper 17, der über Bolzen 35/36 mechanisch mit dem Tragkörper 28 und dem Gehäuse 32 gekoppelt ist.
  • Die den Rotor tragende Antriebswelle 21 ist mittels Gleitlagern 33 und 34 im Gehäuse 32 gelagert. Die Gleitlager sind dabei mittels Dichteinrichtungen 37/38 gegen das umgebende Wasser abgedichtet.

Claims (5)

  1. Elektrische Antriebseinrichtung (100) für ein Schiff, bestehend aus einem an der Unterseite eines Schiffsrumpfes gondelartig anzuordnenden, strömungsgünstig gestalteten Gehäuse (12), in dem ein aus Stator (5) und Rotor (4) bestehender Elektromotor angeordnet ist, wobei an die den Rotor (4) tragende Antriebswelle (1) wenigstens ein Propeller (2, 3) angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) über Drehlager (9) am Rotor (4) fixiert ist und dass sich die aus Stator' (5) und Rotor (4) gebildete Baueinheit sowohl am Gehäuse (12) als auch auf der Antriebswelle (1) elastisch abstützt.
  2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; dass der Rotor (4) aus einem rohrartigen Tragkörper (7) und einem auf den Tragkörper aufgesetzten Aktivteil (6) besteht, welches auf der Antriebswelle (1) elastisch abgestützt ist, und dass der Stator (5) auf dem Tragkörper (7) des Rotors (4) gelagert ist und sich am Gehäuse (12) elastisch abstützt.
  3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung (6) des Rotors (4) auf der Antriebswelle (1) in axialer und radialer Richtung weich und in Umfangsrichtung drehmomentsteif ausgelegt ist.
  4. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehlager (9) als Wälzlager ausgebildet sind.
  5. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (13) für die Lagerung der Antriebswelle (1) als Gleitlager ausgebildet sind.
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