DE102005004985A1 - Drive system for sport boats and cruiser has small energy producers, with maximum power per energy producer below maximum needed propulsion output, are applied for production of propulsion output - Google Patents

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Abstract

Drive system has small energy producers, with maximum power per energy producer below maximum needed propulsion output, are applied for production of propulsion output. Power output of energy producers is coupled into common energy rail and energy is inferred from the energy rail to the drive of the propulsion elements. Propulsion elements construction units are used in the state of art such as ship propeller (5) or jet propulsion.

Description

  • Inhalt der Erfindung ist ein Antriebssystem für Sportboote und Motoryachten, das im Vergleich zum Stand der Technik die Ausfallsicherheit des Antriebs und die Manövrierbarkeit des Bootes im Störungsfall erhöht und gleichzeitig durch die Möglichkeit zur Verwendung von in Großserie gefertigten Standardmotoren die Kosten für Erstausrüstung und Wartung senkt. Ein erfindungsgemäß ausgeführtes Antriebssystem ist zur Bereitstellung der Antriebsenergie modular aus mehreren kleinen Energieerzeugern aufgebaut, die ihre Ausgangsleistung auf eine oder mehrere Energieschienen übertragen. Als Energieerzeuger können beispielsweise Verbrennungsmotoren oder Brennstoffzellen zum Einsatz kommen. Von den Energieschienen erfolgt die Übertragung der Antriebsleistung auf ein oder mehrere Vortriebseinheiten, die in Form einer Schiffsschraube oder anderer Vortriebsmethoden gemäß Stand der Technik ausgeführt sein können.content the invention is a drive system for pleasure boats and motor yachts, Compared to the prior art, the reliability of the Drive and maneuverability of the boat in case of failure elevated and at the same time by the possibility for use in mass production manufactured standard motors reduces the cost of original equipment and maintenance. One According to the invention executed drive system is modular to provide the drive power from several small energy producers built up their output power transfer one or more energy rails. As an energy producer can For example, internal combustion engines or fuel cells are used come. From the energy rails, the transmission of the drive power takes place on one or more propulsion units in the form of a propeller or other propulsion methods according to the state of the art can.
  • Bei bekannten Antrieben für Sportboote und Motoryachten arbeitet genau ein Verbrennungsmotor über Elemente zur Energieübertragung, die regelmäßig Wellen sowie Getriebe zur Drehzahlanpassung und Drehrichtungsumkehr umfassen, auf eine zugehörige Schiffsschraube (1). Je nach Größe, Ausstattung und Anwendungsbereich des Bootes sind üblicherweise ein oder zwei dieser Antriebseinheiten verbaut.In known engines for recreational craft and motor yachts works exactly on an internal combustion engine via elements for energy transmission, which regularly include shafts and gearboxes for speed adjustment and reversal of direction to an associated propeller ( 1 ). Depending on the size, equipment and scope of the boat usually one or two of these drive units are installed.
  • Die Verfügbarkeit eines Antriebs nach dem Stand der Technik ist von der Ausfallwahrscheinlichkeit der Komponenten Schraube, Welle mit Lagerung, Getriebe und Verbrennungsmotor abhängig. Fällt eine dieser Komponenten aus, ist ein Betrieb der Antriebseinheit nicht mehr möglich. Der Ausfall einer der genannten Komponenten führt bei Booten mit nur einer Motor/Schraube-Kombination zum Totalausfall des Antriebs und damit zur Manövrierunfähigkeit. Auch bei Booten mit zwei Motor/Schraube-Kombinationen wird die Manövrierbarkeit durch Ausfall einer Antriebseinheit erheblich eingeschränkt. Der einzige Verbrennungsmotor einer dergestalt ausgeführten Antriebseinheit ist aufgrund der hohen Zahl bewegter Teile die Komponente mit der höchsten Ausfallwahrscheinlichkeit im Antriebsstrang. Darüberhinaus erfolgt der Ausfall eines Verbrennungsmotors häufig plötzlich und in einer Art, die ohne erheblichen Aufwand für vorbeugende Diagnose und Wartung nicht vorhersehbar ist. Redundanzkonzepte durch Vorhalten eines gleichartigen Verbrennungsmotors sind bei Antrieben nach dem Stand der Technik aufgrund von Beschränkungen bei Bauraum, Gewicht und Kosten in der Bootsklasse, auf die die Erfindung abzielt, nicht realisierbar.The Availability of a drive according to the prior art is of the probability of failure the components screw, shaft with bearings, gears and internal combustion engine dependent. Falls one of these components, operation of the drive unit is not more is possible. The failure of one of these components leads to boats with only one Motor / screw combination to the total failure of the drive and thus to maneuverability. Also with boats two motor / screw combinations becomes maneuverability significantly reduced by failure of a drive unit. Of the single combustion engine of a drive unit designed in this way is due to the high number of moving parts, the component with the highest Failure probability in the drive train. In addition, the failure occurs of an internal combustion engine often and suddenly in a manner that without significant effort for preventive diagnosis and Maintenance is unpredictable. Redundancy concepts by holding of a similar internal combustion engine are in drives after the Prior art due to space limitations, weight and costs in the boat class targeted by the invention are not feasible.
  • Die Leistungen an der Schraube liegen in der Bootsklasse, auf die die Erfindung zielt, je nach Größe und Geschwindigkeit des Bootes typisch zwischen 200kW und 2000kW. Bedingt durch die Leistungsanforderungen ist zur Erzeugung der Antriebsenergie nach dem Stand der Technik der Einsatz von Motoren für Marine-, Industrie- oder Nutzfahrzeuganwendungen erforderlich. Diese Motoren werden in vergleichsweise kleinen Stückzahlen gefertigt und weisen hohe Kosten pro Leistungseinheit auf. Kostengünstige Motoren kleinerer Leistung, wie sie beispielsweise in Großserie für den Einsatz im PKW gefertigt werden, sind durch die Korrelation von Motor- und Schraubenleistung nicht einsetzbar.The Performances on the screw are in the boat class to which the Invention aims, depending on size and speed of the boat typically between 200kW and 2000kW. Due to the Performance requirements is to generate the drive energy after the prior art, the use of engines for marine, industrial or Commercial vehicle applications required. These engines are in comparatively small quantities manufactured and have high cost per unit performance. Cost-effective engines smaller power, as for example in mass production for use are made in the car, are by the correlation of engine and Screw power can not be used.
  • Eine Erhöhung der Antriebsleistung während der Lebensdauer des Bootes, wie sie gerade im Bereich der Sportboote und Motoryachten auch nach der Erstausrüstung zur Verbesserung der Leistungsdaten häufig gewünscht wird, ist bei einem Antriebskonzept nach dem Stand der Technik nicht sinnvoll realisierbar, da eine Leistungserhöhung nur durch Austausch der Motoren gegen solche mit höherer Leistung möglich, dies jedoch aufgrund des hohen Anteils der Motoren am Gesamtpreis wirtschaftlich nicht vertretbar ist.A increase the drive power during the Lifetime of the boat, just like in the field of pleasure boats and motor yachts also after the original equipment to improve the Performance data frequently required is not in a drive concept according to the prior art reasonably feasible, since a power increase only by replacing the Motors against those with higher performance possible, However, this is due to the high proportion of engines in the total price economically unreasonable.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verfügbarkeit des Antriebs von Sportbooten und Motoryachten zu erhöhen und das Risiko des Eintritts einer Manövrierunfähigkeit zu reduzieren. Die Manövrierbarkeit bei häufig auftretenden Fehlern, insbesondere bei Ausfall eines Verbrennungsmotors, soll verbessert werden. Gleichzeitig soll eine Kostenersparnis gegenüber dem Stand der Technik erreicht werden. Als weiterer Effekt soll die Möglichkeit geschaffen werden, auch nach der Erstausrüstung eine Anpassung der Antriebsleistung während der Lebensdauer des Bootes wirtschaftlich sinnvoll zu erreichen.Of the Invention is based on the object, the availability of the drive of sports boats and motor yachts and to reduce the risk of the occurrence of a maneuverability. The maneuverability at frequent occurring errors, especially in case of failure of an internal combustion engine, should be improved. At the same time, a cost saving compared to the State of the art can be achieved. Another effect is the possibility be created, even after the original equipment an adjustment of the drive power while the life of the boat to achieve economic sense.
  • Die Erfindung besteht in einem Antriebssystem, in dem mehrere weitgehend unabhängig arbeitende kleinere Energieerzeuger ihre Leistung auf ein oder mehrere gemeinsame Energieschienen übertragen (2). Dabei ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleistung der einzelnen Energieerzeuger unterhalb der benötigten Maximalleistung der Vortriebseinheiten liegen und in eine Energieschiene gleichzeitig die Leistung aus mehreren Energieerzeugern gekoppelt werden kann.The invention consists in a drive system in which a plurality of largely independently operating smaller energy producers transmit their power to one or more common energy rails ( 2 ). The invention is characterized in that the output power of each power generator are below the required maximum power of the propulsion units and at the same time the power can be coupled from several energy generators in an energy rail.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäß ausgeführtes Antriebssystem gelöst. Eine Erhöhung der Verfügbarkeit des Antriebssystems wird erreicht, da der Ausfall eines Energieerzeugers zwar zu einer Reduktion der Antriebsleistung, nicht jedoch zum Totalausfall des Antriebssystems führt. Die Kosten der Erstausstattung können durch Rückgriff auf Energieerzeuger kleinerer Leistung, wie sie als Dieselmotoren in Serien-PKW zum Einsatz kommen, gesenkt werden. Die Erhöhung der Antriebsleistung während der Lebensdauer des Bootes ist durch Hinzufügen von weiteren Energieerzeugern in einem modularen System auch nach der Erstausrüstung möglich.The problem underlying the invention is achieved by a drive system according to the invention. An increase in the availability of the drive system is achieved because of the failure Although a power generator leads to a reduction of the drive power, but not to the total failure of the drive system. The cost of the initial equipment can be reduced by resorting to smaller-scale power generators, such as those used as diesel engines in production cars. The increase in drive power during the life of the boat is possible by adding additional power generators in a modular system even after the original equipment.
  • Die Energieschienen können auf unterschiedliche Art ausgeführt werden. Sie können mechanischer Natur sein, vorzugsweise realisiert als gemeinsame rotierende Welle, auf die die Energieerzeuger – in diesem Fall vorzugsweise Verbrennungsmotoren – ihre Leistung übertragen. Die Energieschienen können hydraulischer Natur sein, vorzugsweise ausgeführt als Hydraulikkreislauf mit mehreren parallelgeschalteten Hydraulikpumpen, auf die die Energieerzeuger – in diesem Fall vorzugsweise ebenfalls Verbrennungsmotoren – ihre Ausgangsleistung übertragen. Weiterhin können die Energieschienen elektrischer Natur sein, ausgeführt als Stromkreis, auf den die Energieerzeuger – in diesem Fall vorzugsweise Verbrennungsmotoren mit Generator oder Brennstoffzellen zur direkten Stromerzeugung – ihre Ausgangsleistung übertragen.The Energy rails can executed in different ways become. You can be mechanical nature, preferably realized as a common rotating shaft to which the power generator - in this case, preferably internal combustion engines - transmit their power. The energy rails can be hydraulic in nature, preferably designed as a hydraulic circuit with several hydraulic pumps connected in parallel, to which the energy producers - in this Case preferably also internal combustion engines - transmit their output power. Furthermore you can be the energy rails of electrical nature, executed as Circuit on which the power generator - in this case, preferably Internal combustion engines with generator or fuel cells for direct Power generation - theirs Transmit output power.
  • Ergänzend zu den Antriebseinheiten können an die Energieschiene Speicherelemente zum Ausgleich von Variationen im Leistungsbedarf, wie sie bei Booten dieser Klasse, die im Regelfall kürzer als die Länge der Meereswellen sind, durch den Wechsel zwischen Fahrt vom Wellental auf den Wellenrücken und vom Wellenrücken in das Wellental entstehen. Die Speicherelemente können vorzugsweise als Speicher mechanischer Energie – beispielsweise in Form von Schwungrädern – oder als Speicher elektrischer Energie – beispielsweise in Form von Batterien oder Kondensatoren ausgeführt sein. Im Fall einer elektrischen Energieschiene kann die Energiespeicherung auch in einem Schwungrad mit Wandlung zwischen mechanischer und elektrischer Energie durch eine Motor-/Generatorkombination erfolgen.In addition to the drive units can the energy rail storage elements to compensate for variations in the power requirement, as with boats of this class, which as a rule shorter as the length the ocean waves are, by switching between drive from the trough on the wave ridges and from the wave back arise in the trough. The memory elements may preferably as a storage of mechanical energy - for example in the form of Flywheels - or as Storage of electrical energy - for example be designed in the form of batteries or capacitors. In the case of an electrical Energy rail can also store energy in a flywheel with conversion between mechanical and electrical energy a motor / generator combination done.
  • Von den Energieschienen wird die Antriebsleistung erfindungsgemäß auf eine oder mehrere Vortriebseinheiten – vorzugsweise ausgeführt als Schiffsschraube oder Strahlantrieb – übertragen. Die Übertragung auf die Vortriebseinheiten erfolgt bei mechanischer Ausführung der Energieschiene durch geeignete Getriebe, bei hydraulischer oder elektrischer Ausführung der Energieschiene entsprechend durch hydraulische oder elektrische Motoren.From the energy rails, the drive power according to the invention to a or several propulsion units - preferably designed as a ship's propeller or jet propulsion - transmitted. The transfer on the propulsion units takes place in mechanical execution of Power rail through suitable gear, hydraulic or electrical design the energy rail accordingly by hydraulic or electrical Engines.
  • Die Erfindung weist eine Reihe wesentlicher Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Diese Vorteile sind wirtschaftlicher wie auch technischer Natur. Neben Erfüllung der bereits genannten grundlegenden Anforderungen, die zur Aufgabenstellung der Erfindung gehören, ergeben sich durch ein erfindungsgemäß ausgelegtes Antriebssystem weitere Vorteile, die im Folgenden genannten sind. Diese Vorteile treten teilweise nur bei einzelnen Ausführungsformen der Energieschiene auf.The Invention has a number of significant advantages over the State of the art. These benefits are more economical also technical nature. Besides fulfillment of the already mentioned basic requirements that contribute to the task of the invention belong, result from a drive system designed according to the invention further advantages, which are mentioned below. These advantages Occur partially only in individual embodiments of the energy rail on.
  • Im Teillastbereich des Antriebs kann die benötigte Energie auch durch Betrieb nur eines Teiles der Energieerzeuger bereitgestellt werden. Die zur Energieerzeugung nicht benötigten Energieerzeuger können abgeschaltet werden, so daß sich eine Ersparnis an Kraftstoff und eine Erhöhung der Lebensdauer des Antriebssystems ergibt.in the Part load range of the drive can supply the required energy also through operation only a part of the energy producers are provided. The not needed for energy production Energy producers can be turned off, so that a saving in fuel and an increase in the life of the drive system results.
  • Sofern ein Abschalten einzelner Energieerzeuger im Teillastbetrieb erfolgt und Energieerzeuger zum Einsatz kommen, die ein erhöhtes Betriebstemperaturniveau für optimalen Betrieb erfordern, kann vorzugsweise eine Vorwärmung der abgeschalteten Energieerzeuger durch die Abwärme der aktiven Energieerzeuger erfolgen. Durch diese Maßnahme wird ein verbessertes Anlaufverhalten bei Anstieg des Leistungsbedarfs sowie durch die Reduktion von Kaltstarts ein schonender Betrieb der Energieerzeuger verbunden mit einer Erhöhung der Lebenserwartung erreicht.Provided a shutdown of individual energy producers in part load operation takes place and energy producers are used, which is an elevated operating temperature level for optimal Operation may preferably be a preheating of the disconnected power generator through the waste heat the active energy producers take place. This measure is a improved start-up behavior with an increase in power consumption as well as By the reduction of cold starts a gentle operation of the energy producers associated with an increase reached the life expectancy.
  • Die bevorzugte Ausführung der Erfindung erfolgt mit einem elektrischen Stromkreis als gemeinsamer Energieschiene (3). Dabei arbeiten die Energieerzeuger – sofern sie nicht wie beispielsweise Brennstoffzellen unmittelbar elektrische Energie bereitstellen – vorzugsweise als Verbrennungsmotoren mit einem oder mehreren direkt zugeordneten Generatoren. Die Ausführung mit elektrischer Energieschiene führt zu weiteren Systemvorteilen, da elektrische Energie leicht zu leiten und verteilen ist und vorteilhaft zur Versorgung anderer Verbraucher genutzt werden kann.The preferred embodiment of the invention is carried out with an electrical circuit as a common energy rail ( 3 ). In this case, the energy producers - unless they provide such as fuel cells directly electrical energy - preferably as internal combustion engines with one or more directly associated generators. The design with electrical energy rail leads to further system advantages, since electrical energy is easy to conduct and distribute and can be advantageously used to supply other consumers.
  • Bei nach dem Stand der Technik ausgeführten Antrieben ist das Drehzahlverhältnis zwischen Verbrennungsmotor und Schraube festgelegt oder durch ein schaltbares Getriebe in Stufen veränderbar. Dies erfordert, daß die Drehzahl des Verbrennungsmotors gemäß dem für eine Fahrsituation erforderlichen Drehzahlbedarf der Schraube eingestellt wird. Da die Drehzahl/Drehmoment-Kurve der Schraube abhängig von äußeren Verhältnissen – etwa Wind oder Ladung des Bootes – variiert, kann in der konventionellen Anordnung der Verbrennungsmotor in den meisten Fällen nicht im optimalen Betriebspunkt betrieben werden.at According to the prior art drives is the speed ratio between internal combustion engine and screw set or by a shiftable transmission in stages variable. This requires that the Speed of the internal combustion engine according to the required for a driving situation Required speed of the screw is adjusted. Because the speed / torque curve depending on the screw from external conditions - such as wind or charge of the boat - varies, can in the conventional arrangement of the internal combustion engine in the most cases not operated at the optimum operating point.
  • Durch die bei einem erfindungsgemäß ausgeführten Antriebssystem insbesondere bei Einsatz einer elektrischen Energieschiene gegebene Entkopplung der Drehzahlen von Schraube und Verbrennungsmotoren ist der Betrieb der Verbrennungsmotoren im optimalen Arbeitspunkt möglich. Darüberhinaus können Schrauben mit einem erweiterten Bereich von Formen und Abmessungen zum Einsatz kommen, ohne daß dies wesentliche Auswirkung auf die Gesamtleistung des Antriebs hat. Durch die Entkopplung von Drehzahl des Verbrennungsmotor und Schraube kann bei einem erfindungsgemäß ausgeführten Antriebssystem auf ein Getriebe verzichtet werden, was die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems erhöht.The decoupling of the rotational speeds of the screw and the internal combustion engines, given the decoupling of the rotational speeds of the screw and internal combustion engines in the case of an inventive drive system, especially when using an electrical energy rail, is the operation of the combustion motors in the optimal operating point possible. In addition, screws with a wider range of shapes and dimensions can be used without substantially affecting the overall performance of the drive. Due to the decoupling of the rotational speed of the internal combustion engine and the screw, it is possible to dispense with a transmission in a drive system designed according to the invention, which increases the reliability of the overall system.
  • Bei einem erfindungsgemäß ausgeführten Antriebssystem ist eine direkte Kopplung mit der Vortriebseinheit nur bei den Komponenten des Antriebssystems zwischen Energieschiene und Schraube gegeben. Während sich diese Komponenten bei mechanisch ausgeführter Energieschiene im Idealfall auf Wellen und Lager beschränken, kommen bei hydraulisch oder elektrisch ausgeführter Energieschiene zusätzlich hydraulische oder elektrische Motoren zum Einsatz. Diese Motoren sind aufgrund des einfacheren mechanischen Aufbaus wesentlich ausfallsicherer als Verbrennungsmotoren. Insbesondere bei elektrischen Motoren sind Ausführungen möglich, bei denen es außer den Lagern für die Welle keine weiteren dem Verschleiß ausgesetzten mechanischen Teile gibt. Dies erhöht die Verfügbarkeit des Systems aus Schraube und Schraubenantrieb erheblich. Bei Ausfall eines der Energieerzeuger steht bei geeigneter Auslegung des Antriebssystems Energie für beide Schraubenantriebe – wenn auch in reduziertem Umfang – weiterhin zur Verfügung, die Manövrierfähigkeit bleibt erhalten.at a drive system designed according to the invention is a direct coupling with the propulsion unit only with the components of the drive system between power rail and screw given. While Ideally, these components are on mechanically executed power rail on Restrict shafts and bearings, hydraulic or electric power rail additionally hydraulic or electric motors are used. These engines are due the simpler mechanical structure much more fail-safe as internal combustion engines. In particular, in electric motors versions possible, where it except the camps for the shaft no further wear-exposed mechanical parts gives. This increases the Availability the system of screw and screw drive considerably. In case of failure one of the energy producers stands with a suitable design of the drive system Energy for both screw drives - if also on a reduced scale - continue to disposal, the maneuverability remains.
  • Eine hinsichtlich der Verfügbarkeit des Antriebs besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung ergibt sich, wenn das Konzept der Energieschiene kaskadiert eingesetzt wird. Dies ergibt sich, wenn in Richtung des Flusses der Antriebsenergie von den Energieerzeugern zu den Vortriebselementen zwei Energieschienen gleichen oder unterschiedlichen Typs nacheinander angeordnet sind. Eine besonders vorteilhafte Realisierung der kaskadierten Anordnung ergibt sich, wenn eine erste Energieschiene hydraulisch oder elektrisch und eine zweite Energieschiene mechanisch ausgeführt ist. Die mechanisch ausgeführte zweite Energieschiene kann durch die Welle gebildet werden, die die Antriebsleistung auf das Vortriebselement überträgt. Dabei werden zwei oder mehr hydraulische oder elektrische Motoren auf diese Welle gesetzt und durch Energie versorgt, die aus einer oder mehreren hydraulisch oder elektrisch ausgeführten ersten Energieschienen entnommen wird. In diesem Fall kann bei Ausfall eines Motors auf der Vortriebswelle durch die verbleibenden Motoren weiterhin Antriebsleistung auf diese Welle übertragen werden. Besonders vorteilhaft ist diese Anordnung bei Ausführung der ersten Energieschiene als elektrischer Stromkreis, da verschiedene Bauformen von Elektromotoren im unbestromten Zustand fast ohne Verlustleistung und Verschleiß mitlaufen können, so daß auf den Einsatz einer Kupplung verzichtet werden kann.A in terms of availability the drive particularly advantageous embodiment of the invention results itself when the concept of the energy rail cascaded used becomes. This results when in the direction of the flow of the drive energy of the energy producers to the propulsion elements two energy rails same or different types are arranged one after the other. A particularly advantageous realization of the cascaded arrangement arises when a first power rail hydraulically or electrically and a second power rail is mechanically made. The mechanically executed second Power rail can be formed by the shaft that drives the power transmits to the driving element. there There are two or more hydraulic or electric motors set this wave and powered by one or the other taken from several hydraulically or electrically running first energy rails becomes. In this case, in case of failure of a motor on the propulsion shaft drive power continues to be transmitted to this shaft through the remaining motors become. This arrangement is particularly advantageous in the execution of first energy rail as an electrical circuit, since different types of electric motors in the de-energized state almost no power loss and run with wear can, so that on the use of a clutch can be dispensed with.
  • Wird ein Antriebssystem nach dem Stand der Technik als Wellen- oder Z-Antrieb ausgeführt, befindet sich der Antriebsmotor aufgrund von Baugröße und erforderlichen Anschlüssen regelmäßig im Inneren des Bootes, die Leistung wird durch Wellen und mechanische Getriebe auf die Schraube übertragen. Dies erfordert die Durchführung von bewegten Teilen durch die Wand des Schiffsrumpfes, was neben hohem Aufwand zu Dichtigkeitsproblemen führen kann. Bei einem erfindungsgemäß mit hydraulisch oder elektrisch ausgeführter Energieschiene realisierten Antriebssystem kann aufgrund der geringeren Baugröße entsprechender hydraulischer oder elektrischer Motoren der Energiewandler für die Schraube außerhalb des dichten Bootsrumpfes in einer Kammer untergebracht werden, die gegenüber dem Rumpfinneren dicht ist. Bei Anordnungen ähnlich dem Z-Antrieb, die sich durch gute Trimmbarkeit und daraus folgend Energieeffizienz bei hohen Geschwindigkeiten auszeichnen, kann der Antrieb der Schraube in einer Achse mit der Schraube selbst in eine Gondel integriert werden. Dichtigkeitsprobleme werden vermieden, der Wartungsaufwand wird reduziert, die Antriebseinheit kann als Modul ausgeführt und im Störungsfall komplett ausgetauscht werden.Becomes a drive system according to the prior art designed as a shaft or Z drive, is located The drive motor due to size and required connections regularly inside of the boat, the power is provided by shafts and mechanical gears transferred to the screw. This requires implementation of moving parts through the wall of the ship's hull, what next high effort can lead to leakage problems. In an inventive with hydraulic or electrically executed Power rail realized drive system can be more appropriate due to the smaller size hydraulic or electric motors of the energy converter for the screw outside the dense boat hull be housed in a chamber, the across from the hull inside is tight. In arrangements similar to the Z-drive, which is through good trimmability and consequent energy efficiency high speed, can drive the screw integrated in one axle with the screw itself in a nacelle become. Leakage problems are avoided, the maintenance is reduced, the drive unit can be designed as a module and in case of failure completely replaced.
  • Weitere Vorteile eines erfindungsgemäß ausgeführten Antriebssystems ergeben sich insbesondere bei elektrisch ausgeführter Energieschiene durch die Möglichkeit zum Verzicht auf anderenfalls zusätzlich erforderliche Komponenten. So werden nach dem Stand der Technik Sportboote und Motoryachten regelmäßig mit zusätzlichen Generatoren zur Bereitstellung der Energie für elektrische Bordausrüstung ausgestattet. Diese zusätzlichen Generatoren sind erforderlich, da die Motoren des Schiffsantriebs fest mit der Welle gekoppelt sind und somit nicht in allen Betriebsfällen zum Antrieb eines Generators zur Verfügung stehen. Durch die Entkopplung von Energieerzeuger und Schraubenantrieb bei einem erfindungsgemäß ausgelegten Antriebssystem können Energieerzeuger des Hauptantriebs – ausgeführt als Verbrennungsmotor mit zugehörigem Generator oder als Brennstoffzelle – auch bei stehender Schraube zur Bereitstellung elektrischer Energie eingesetzt werden. Der Verbau eines separaten Generators ist nicht mehr erforderlich, gleichzeitig steht aufgrund der Leistungsfähigkeit der Antriebsgeneratoren elektrische Energie in höherem Maße zur Verfügung, als dies üblicherweise bei Einsatz separater Generatoren der Fall ist.Further Advantages of an inventively designed drive system result in particular with electrically executed power rail through the possibility to waive otherwise required additional components. So are the state of the art sports boats and motor yachts regularly with additional Generators equipped to provide the energy for onboard electrical equipment. This extra Generators are required because the engines of the marine propulsion are firmly coupled to the shaft and thus not in all operating cases for Drive a generator available. By decoupling of power generator and screw drive in an inventively designed Drive system can Power generator of the main drive - designed as an internal combustion engine with associated Generator or as a fuel cell - even with a stationary screw be used to provide electrical energy. The shoring a separate generator is no longer required, at the same time is due to the performance The drive generators electrical energy available to a greater extent than usual when using separate generators is the case.
  • Da in Form eines Verbrennungsmotors ausgeführte Energieerzeuger für erfindungsgemäß realisierte Antriebssysteme mit kleineren Leistungen und Hubräumen ausgeführt sind als dies nach dem Stand der Technik der Fall ist, kann die Kapazität der Starterbatterien kleiner ausgeführt werden. Nach Starten eines Motors kann die Leistung zum Starten weiterer Motoren dem bereits laufenden Energieerzeuger entnommen werden. Der Einsatz dedizierter Anlasser ist nicht erforderlich, da bei geeigneter Auslegung Leistung von der Energieschiene auf die Motorwelle gekoppelt und zum Starten des Verbrennungsmotors genutzt werden kann. Im Falle einer elektrisch ausgeführten Energieschiene erfolgt dies über Generatoren, die auch im Umkehrbetrieb als Motoren nutzbar sind.Since designed in the form of an internal combustion engine power generator for inventively realized drive systems are designed with smaller power and displacement than this the technology is the case, the capacity of the starter batteries can be made smaller. After starting an engine, the power to start other engines can be taken from the already running power generator. The use of dedicated starters is not required because, with a suitable design, power from the power rail can be coupled to the motor shaft and used to start the internal combustion engine. In the case of an electrically running power rail, this is done by generators, which are also used in reverse mode as motors.
  • Die Verfügbarkeit elektrischer Energie bei einem erfindungsgemäß ausgeführten Antriebssystem mit elektrisch realisierter Energieschiene in Verbindung mit vergleichsweise kostengünstigen Elektromotoren erlaubt darüberhinaus neue Konzepte zum Antrieb und Navigieren im Bereich geringer Leistung. So kann beispielsweise beim Navigieren im Hafenbereich auf den Betrieb der Schrauben des Hauptantriebs völlig verzichtet werden, wenn kleine leistungsschwächere Antriebe, wie sie in Form kostengünstiger Elektroantriebe beispielsweise für Querstrahlruder zum Einsatz kommen, alternativ zum Hauptantrieb verwendet werden. Im Gegensatz zu den Schrauben des Hauptantriebs können diese kleinen Antriebe durch Gitteranordnungen gekapselt werden, so daß die Gefahr von Schäden durch im Wasser treibende Gegenstände wie Ankerleinen ebenso wie die Gefahr von Verletzungen im Wasser befindlicher Personen wesentlich reduziert werden.The Availability electrical energy in an inventively designed drive system with electric realized energy rail in conjunction with relatively inexpensive Electric motors allowed beyond new concepts for driving and navigating in the area of low power. So For example, when navigating the port area on the operation the screws of the main drive are completely dispensed with, if small lower performers Drives, as in the form of cost-effective electric drives, for example for transverse thruster be used, be used as an alternative to the main drive. Unlike the screws of the main drive, these can small drives are encapsulated by grid arrangements, so that the danger of damage by floating objects such as anchor lines as well such as the risk of injury to persons in the water be significantly reduced.
  • Verzeichnis der Abbildungendirectory of the pictures
  • 1 zeigt eine Antriebsanordnung für Sportboote und Motoryachten gemäß Stand der Technik 1 shows a drive assembly for sport boats and motor yachts according to the prior art
  • 2 zeigt das Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Antriebssystems für Sportboote und Motoryachten 2 shows the basic principle of a drive system according to the invention for pleasure boats and motor yachts
  • 3 zeigt ein Beispiel zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems mit elektrischer Energieschiene in Ausführung als Gleichspannungsnetz 3 shows an example of the execution of a drive system according to the invention with electrical power rail in the form of a direct voltage network
  • Zu 1:
  • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Motorwelle
    3
    Getriebe
    4
    Welle zur Schraube
    5
    Schiffsschraube
    To 1 :
    1
    internal combustion engine
    2
    motor shaft
    3
    transmission
    4
    Shaft to the screw
    5
    propeller
  • Zu 2:
  • 1
    Energieerzeuger
    2
    Energieschiene
    3
    Vortriebselement
    4
    Energiespeicher (optional)
    Gestrichelte Konturen kenn
    zeichnen optionale Einheiten
    To 2 :
    1
    energy producers
    2
    power rail
    3
    propulsion element
    4
    Energy storage (optional)
    Dashed contours mark
    draw optional units
  • Zu 3:
  • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Motorwelle
    3
    Generator
    4
    Energieschiene als Gleichspannungsnetz
    5
    Elektromotor
    6
    Welle zur Schiffsschraube
    7
    Schiffsschraube
    8
    Brennstoffzelle
    9
    Schwungrad
    10
    Welle
    11
    Motor/Generatorkombination
    12
    Weitere Verbraucher
    Gestrichelte Konturen kennzeichnen optionale
    Einheiten. Erfindungsgemäß müssen jedoch
    mindestens zwei Energieerzeuger an die
    Energieschiene gekoppelt sein.
    To 3 :
    1
    internal combustion engine
    2
    motor shaft
    3
    generator
    4
    Energy rail as a direct voltage network
    5
    electric motor
    6
    Wave to the propeller
    7
    propeller
    8th
    fuel cell
    9
    flywheel
    10
    wave
    11
    Motor / generator combination
    12
    Other consumers
    Dashed contours identify optional
    Units. However, according to the invention
    at least two energy producers to the
    Be coupled energy rail.

Claims (20)

  1. Antriebssystem für Sportboote und Motoryachten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Vortriebsleistung mehrere kleine Energieerzeuger mit einer Maximalleistung je Energieerzeuger unterhalb der maximal benötigten Vortriebsleistung zum Einsatz kommen, daß die Ausgangsleistung der Energieerzeuger in eine gemeinsame Energieschiene gekoppelt wird und daß die Energie zum Antrieb der Vortriebselemente der Energieschiene entnommen wird. Als Vortriebselemente kommen Bauteile nach dem Stand der Technik wie Schiffsschraube oder Strahlantrieb zum Einsatz.Propulsion system for recreational craft and motor yachts, characterized in that for generating the propulsion power several small power generator with a maximum power per power generator below the maximum required propulsion power used, that the output of the power generator is coupled in a common energy rail and that the energy to drive the propulsion elements the energy rail is removed. As propulsion elements components according to the prior art such as propeller or jet propulsion are used.
  2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieschiene mechanisch ausgeführt ist und die Energie durch die Bewegung der Energieschiene übertragen wird.Drive system according to Claim 1, characterized that the Energy rail mechanically executed is and transfers the energy through the movement of the energy rail becomes.
  3. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieschiene als hydraulischer Kreis ausgeführt ist und die Energie durch den Fluß eines Hydraulikmediums übertragen wird.Drive system according to Claim 1, characterized that the Energy rail is designed as a hydraulic circuit and energy through the flow of one Transfer hydraulic medium becomes.
  4. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieschiene als elektrischer Stromkreis ausgeführt ist und die Energie als elektrische Leistung übertragen wird.Drive system according to Claim 1, characterized that the Power rail is designed as an electrical circuit and the energy is transmitted as electrical power.
  5. Antriebsystem nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieerzeugung durch einen oder mehrere Verbrennungsmotoren mit zugeordneten Getrieben, Pumpen oder Generatoren erfolgt.Drive system according to claims 1-4, characterized in that the power generation by ei NEN or more internal combustion engines with associated gears, pumps or generators takes place.
  6. Antriebssystem nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieerzeugung durch Brennstoffzellen erfolgt.Drive system according to Claims 1-4, characterized that the Energy production by fuel cells takes place.
  7. Antriebssystem nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieerzeugung durch Kombination von Energieerzeugern mit unterschiedlichen Wirkprinzipien erfolgt.Drive system according to Claims 1-4, characterized that the Energy generation by combining energy producers with different ones Active principles takes place.
  8. Antriebssystem nach Anspruch 1–7, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der Betriebssituation nur ein Teil der Energieerzeuger aktiv ist.Drive system according to Claims 1-7, characterized that depends on the operating situation, only a part of the energy producers is active.
  9. Antriebssystem nach Anspruch 1–8, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Energie für weitere, nicht zu Antriebszwecken eingesetzte Verbraucher, genutzt wird.Drive system according to claims 1-8, characterized that the generated energy for other, not used for driving purposes consumer used becomes.
  10. Antriebssystem nach Anspruch 1–9, dadurch gekennzeichnet, daß genau eine Energieschiene zum Einsatz kommt.Drive system according to Claims 1-9, characterized that exactly an energy rail is used.
  11. Antriebssystem nach Anspruch 1–9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Energieschienen gleichen Typs zum Einsatz kommen.Drive system according to Claims 1-9, characterized that several Energy rails of the same type are used.
  12. Antriebssystem nach Anspruch 1–9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Energieschienen unterschiedlichen Typs zum Einsatz kommen.Drive system according to Claims 1-9, characterized that several Energy rails of different types are used.
  13. Antriebssystem nach Anspruch 1–9, 11, 12, dadurch gekennzeichnet, daß Energieschienen – sofern erforderlich mit zwischengekoppelten Wandlungselementen – kaskadiert zum Einsatz kommen.Drive system according to Claims 1-9, 11, 12, characterized that energy rails - provided required with interlinked conversion elements - cascaded be used.
  14. Antriebssystem nach Anspruch 1–13, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß der Energie von den Energieerzeugern zu den Antriebselementen auf fest eingestellen Übertragungswegen erfolgt.Drive system according to claims 1-13, characterized that the River of Energy from the power generators to the drive elements on solid set transmission paths he follows.
  15. Antriebssystem nach Anspruch 1–13, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß der Energie von den Energieerzeugern zu den Antriebselementen auf im Betrieb veränderlichen Übertragungswegen erfolgt. Die Veränderung kann durch Elemente wie Kupplungen, Ventile oder Schalter erfolgen.Drive system according to claims 1-13, characterized that the flow of energy from the power generators to the drive elements in operation variable transmission paths he follows. The change Can be done by elements such as couplings, valves or switches.
  16. Antriebssystem nach Anspruch 1–5, 7–15, dadurch gekennzeichnet, daß Verbrennungsmotoren als Energieerzeuger zum Einsatz kommen und das Starten dieser Motoren durch Rückkopplung von Energie aus der Energieschiene über die zugeordneten Getriebe, Pumpen oder Generatoren erfolgt.Drive system according to claims 1-5, 7-15, characterized that internal combustion engines as Energy producers are used and starting these engines through feedback of energy from the energy rail via the assigned gears, Pumps or generators takes place.
  17. Antriebssystem nach Anspruch 1–16, dadurch gekennzeichnet, daß abgeschaltete Energieerzeuger durch die Abwärme aktiver Energieerzeuger auf erhöhter Temperatur gehalten werden und dadurch ein schonender Schnellstart bei Ansteigen des Leistungsbedarfs ermöglicht wird.Drive system according to Claims 1-16, characterized that shut off Energy generator by the waste heat active energy producer on elevated Temperature are kept and thus a gentle quick start is made possible with an increase in the power requirement.
  18. Antriebssystem nach Anspruch 1–17, dadurch gekennzeichnet, daß neben Energieerzeugern und -verbrauchern auch Energiespeicher an die Energieschiene gekoppelt sind, die kurzfristig auftretende Schwankungen im Leistungsbedarf ausgleichen. Die Energiespeicher können mechanische Energie, vorzugsweise in Form von kinetischer Energie, sowie elektrische Energie, vorzugsweise elektrochemisch oder als Ladung, speichern und – sofern erforderlich über Wandler wie eine Kombination aus Motor und Generator – mit der Energieschiene austauschen.Drive system according to Claims 1-17, characterized that beside Energy producers and consumers also energy storage to the energy rail coupled, the short-term fluctuations in power requirements compensate. The energy storage can mechanical energy, preferably in the form of kinetic energy, as well as electrical energy, preferably electrochemically or as charge, store and - if necessary via converter like a combination of engine and generator - replace with the power rail.
  19. Antriebssystem nach Anspruch 1–18, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Schraube durch Wandlung hydraulischer oder elektrischer Energie in die benötigte mechanische Energie außerhalb des dichten Bootsrumpfes erfolgt und die Durchführung bewegter Teile durch den Bootsrumpf für Antriebszwecke vermieden wird.Drive system according to claims 1-18, characterized that the Driving the screw by conversion hydraulic or electrical Energy in the needed mechanical energy outside the dense boat hull takes place and the implementation of moving parts the boat hull for Drive purpose is avoided.
  20. Antriebssystem nach Anspruch 1–19, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau des Antriebssystems modular in einem Baukastensystem erfolgt, bei dem die einzelnen Komponenten des Antriebssystems als vorgefertigte Module realisiert sind, die eine einfache Zusammenstellung oder Ergänzung des Antriebssystems durch Wartungsbetriebe oder Bootseigner ermöglichen.Drive system according to Claims 1-19, characterized that the Construction of the drive system is modular in a modular system, at which the individual components of the drive system as prefabricated Modules are realized that are a simple compilation or Supplement of the Drive system by maintenance companies or boat owners allow.
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