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Die
Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit einer Antriebsmaschine,
gegebenenfalls einem Verteilergetriebe sowie zwei Abtriebswellen.
Auf jeder Abtriebswelle sitzt ein Propulsionsorgan.
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Mit
einem solchen Schiffsantrieb lässt
sich eine verhältnismäßig große Flexibilität des Betriebes erzielen.
Mit den beiden Propulsionsorganen sind unterschiedliche Fahrzustände möglich.
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Als
Antriebsmaschine kommt jede Art von Kraftmaschine in Betracht, beispielsweise
ein Dieselmotor oder eine Gasturbine oder ein Elektromotor. Auch
können
zwei oder mehrere Antriebsmaschinen vorgesehen werden, die mit dem
Verteilergetriebe in Triebverbindung stehen. Das Verteilergetriebe
dient als Bindeglied zwischen Hauptgetrieben, die den Antriebsmaschinen
nachgeschaltet sind.
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Die
Propulsionsorgane können
Schraubenpropeller oder sonstige Aggregate sein.
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Schiffsantriebe
der genannten Art sind für eine
bestimmte Maximalgeschwindigkeit für Geradeausfahrt ausgelegt,
zum Beispiel bezüglich
der Festigkeit der Bauteile.
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Während einer
Kurvenfahrt ändert
sich die Last der beiden Propulsionsorgane; die beiden Propulsionsorgane
werden unterschiedlich stark belastet. Das während der Kurvenfahrt innenliegende
Propulsionsorgan nimmt nämlich
ein deutlich höheres Drehmoment
auf, als bei gleicher Geschwindigkeit bei Geradeausfahrt. Das außenliegende
Propulsionsorgan hingegen nimmt bei Kurvenfahrt ein deutlich geringeres
Drehmoment auf, als dies bei gleicher Geschwindigkeit bei Geradeausfahrt
der Fall wäre. Das
höhere
Drehmoment des innenliegenden Schiffspropellers kann im Hinblick
auf die Festigkeit des gesamten Schiffsantriebes gefährlich werden.
Aus diesem Grunde muss bei Kurvenfahrt die Drehzahl der Antriebsmaschine
zurückgenommen
werden, um eine Überlastung des
Antriebsstranges durch das innenliegende Propulsionsorgan, und damit
auch des gesamten Schiffsantriebes zu vermeiden. Dies bedeutet,
dass die an sich verfügbare
Leistung der Antriebsmaschine beziehungsweise Antriebsmaschinen
bei Kurvenfahrt nicht genutzt werden kann, und dass bei Kurvenfahrt
die Geschwindigkeit zurückgenommen
werden muss. Der gesamte Schiffsantrieb wird somit bei Kurvenfahrt
nicht im selben Maße
genutzt, wie dies bei Geradeausfahrt der Fall ist. Handelt es sich
bei den Propulsionsorganen um Verstellpropeller, so kann auch die
Anstellung der Propellerblätter
des inneren Propellers reduziert werden. Dies verringt ebenfalls
die Belastung des inneren Propellers, hat jedoch dieselben Nachteile
wie bei einer Reduzierung der Gesamtleistung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schiffsantrieb der eingangs
genannten Art derart zu gestalten, dass die genannten Nachteile
vermieden werden. Dem gemäß sollen
bei Kurvenfahrt das Drehmoment und damit die Belastung des innenliegenden
Propulsionsorganes gesenkt, und das Drehmoment und damit die Belastung
des außenliegenden
Propulsionsorganes erhöht
werden. Ein solcher Ausgleich soll automatisch vorgenommen werden, das
heißt
ohne dass es einer besonderen Steuervorrichtung bedarf.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der selbständigen Ansprüche gelöst.
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Dem
gemäß wird dem
einzelnen Propulsionsorgan eine hydrodynamische Kupplung vorgeschaltet.
Solche Kupplungen umfassen bekanntlich ein Antriebsrad, auch Pumpenrad
genannt, und ein Abtriebsrad, auch Turbinenrad genannt. Beide bilden miteinander
einen torusförmigen
Arbeitsraum. Sie sind im Betrieb mit einem fließfähigen Medium gefüllt, beispielsweise
mit Öl.
Sie werden an einer Stelle im Antriebsstrang angeordnet, an welcher
die Leistungsteilung bereits stattgefunden hat. Dies bedeutet, dass
sie im Kraftfluss im allgemeinen unmittelbar vor dem Propulsionsorgan
sitzen.
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Anhand
der folgenden Beispiele ist erkennbar, was mit Kupplungen der genannten
Art erreicht werden kann, verglichen mit einem Schiffsantrieb gemäß dem Stande
der Technik.
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Schiffsantrieb
gemäß Stand
der Technik
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- – Der
Schiffsantrieb umfasst einen Antriebsmotor, ein Leistungsverzweigungsgetriebe,
zwei diesem nachgeschaltete Wellen mit jeweils einem Propeller.
- – Das
Schiff hat eine Geschwindigkeit von 14,5 kn.
- – Das
Schiff schwenkt um 10 Grad aus der Fahrtrichtung und tritt in eine
Kurvenfahrt ein.
- – Drehmoment
und Last des bei Kurvenfahrt innenliegenden Propellers steigen um
70 Prozent, während
Drehmoment und Last des außenliegenden
Propellers um 20 Prozent abfallen. Damit ergibt sich ein Lastverhältnis von
ca. 2,1.
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Schiffsantrieb
gemäß der Erfindung
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- – Der
Schiffsantrieb ist aufgebaut wie beim Stande der Technik, jedoch
ist jedem Propeller eine hydrodynamische Kupplung vorgeschaltet.
- – Die
Betriebsdaten sind zunächst
dieselben.
- – Während der
Kurvenfahrt fällt
die Drehzahl des innenliegenden Propellers um 10 Prozent ab, während Drehmoment
und Last des außenliegenden
und des innenliegenden Propellers um 10 Prozent ansteigen. Auf beide
Propeller wirken etwa die gleichen Drehmomente.
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Es
ist anzustreben, die Anlage derart auszulegen, dass bei Kurvenfahrt
auf beide Proplutionsorgane ein gleich großes Drehmoment und damit auch eine
gleich große
Last einwirken.
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Die
Erfindung sowie der Stand der Technik sind anhand der Zeichnung
näher erläutert. Darin
ist im einzelnen folgendes dargestellt:
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1 zeigt
schematisch in Draufsicht ein Schiff mit einem Antrieb gemäß der Erfindung.
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2 zeigt
schematisch einen Schiffsantrieb gemäß dem Stande der Technik.
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3 zeigt
ein Diagramm, bei welchem der Verlauf der Drehmomente über den
Drehzahlen dargestellt ist, und zwar für ein Schiffsgetriebe ohne
Turbokupplung und für
ein Schiffsgetriebe mit Turbokupplung.
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Das
in 1 gezeigte Schiff 1 weist einen Antrieb
auf, der die folgenden Aggregate umfasst:
Eine Gasturbine 2 leitet
Drehmoment in ein Leistungsverteilergetriebe 3 ein. Das
Leistungsverteilergetriebe 3 teilt Drehmoment in zwei Antriebsstränge auf,
nämlich
einen ersten Antriebsstrang 4.1 und einen zweiten Antriebsstrang 4.2.
Die beiden Antriebsstränge
sind gleich aufgebaut. Sie enthalten dieselben Aggregate. Dabei
handelt es sich jeweils um eine hydrodynamische Kupplung 5.1 beziehungsweise 5.2,
um ein Untersetzungsgetriebe 6.1, 6.2, eine Abtriebswelle 7.1, 7.2,
einen Elektromotor 8.1, 8.2 sowie einen Propeller 9.1, 9.2 mit
feststehenden Schaufelblättern.
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Statt
der Gasturbine könnte
auch eine andere Art von Antriebsmaschine gewählt werden, beispielsweise
ein Dieselmotor oder ein Elektromotor. Auch ist es denkbar, zwei
oder mehrere Antriebsmaschinen zu verwenden.
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Das
Leistungsverteilergetriebe 3 gibt Drehmoment an die beiden
Antriebsstränge 4.1, 4.2 ab. Hier
kommt zunächst
jeweils eine hydrodynamische Kupplung 5.1 beziehungsweise 5.2.
Diese sind in üblicher
Weise aufgebaut. Jede hydrodynamische Kupplung umfasst ein Pumpenrad
sowie ein Turbinenrad. Diese beiden bilden miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum.
Dabei kann es sich bei den Kupplungen 5.1 und 5.2 um
solche mit einer „steifen" Charakteristik handeln,
aber auch mit einer „elastischen" Charakteristik.
Kupplungen mit steifer Charakteristik sind zum Beispiel solche,
bei welchen die Schaufeln schräg
gestellt sind. Kupplungen mit elastischer Charakteristik sind zum
Beispiel solche, bei denen die Schaufeln unter einem Winkel von
90° zur Radialebene
angeordnet sind. Auch lässt
sich die Steifigkeit bzw. Elastizität durch Wahl des Füllungsgrades
oder der Größe der Kupplung
wählen.
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Auch
können
die Kupplungen regelbar oder nicht regelbar sein. Sind sie nicht
regelbar, so bleibt der Füllungsgrad
der Kupplung im Normalbetrieb unverändert.
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Den
beiden Kupplungen 5.1 und 5.2 ist jeweils ein
Getriebe 6.1, 6.2 nachgeschaltet. Diese beiden
Getriebe haben zwei Funktionen: zum einen arbeiten sie als Untersetzungsgetriebe,
um die hohe Drehzahl von den hydrodynamischen Kupplungen 5.1 und 5.2 auf
eine niedrigere Drehzahl zu bringen, so wie bei Schiffsschrauben
notwendig und üblich. Zum
anderen dienen sie aber auch dazu, den gegenseitigen Abstand der
nachfolgenden Abtriebswellen 7.1 und 7.2 und damit
der beiden Propeller 9.1, 9.2 zu definieren.
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Im
vorliegenden Falle befinden sich die beiden hydrodynamischen Kupplungen 5.1, 5.2 zwischen
dem Leistungsverteilergetriebe 3 und den beiden Getrieben 6.1, 6.2.
Es ist aber auch möglich,
die beiden hydrodynamischen Kupplungen 5.1 und 5.2 den
beiden Getrieben 6.1, 6.2 nachzuschalten.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß dem Stande
der Technik erkennt man wiederum eine Gasturbine 2, ein
Leistungsverteilergetriebe 3, zwei Untersetzungsgetriebe 6.1, 6.2,
zwei hydrodynamische Kupplungen 5.1, 5.2 sowie
zwei Antriebsmotoren 10.1, 10.2.
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Es
handelt sich somit um drei Antriebsmaschinen, nämlich die Gasturbine 2 sowie
die Antriebsmotoren 10.1, 10.2, die von jeglicher
Bauart sein können.
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Die
Gasturbine 2 kann für
sich alleine Drehmoment erzeugen, das über die beiden Abtriebswellen 7.1, 7.2 den
Propellern 9.1, 9.2 zugeleitet werden. Zusätzlich oder
ebenfalls für
sich alleine können
die beiden Abtriebsmotoren 10.1, 10.2 arbeiten.
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Auch
bei dieser vorbekannten Ausführungsform
sind die beiden hydrodynamischen Kupplungen 5.1, 5.2 vorhanden.
Jedoch sind sie im Gegensatz zur Erfindung nicht dem Leistungsverteilergetriebe 3 nachgeschaltet.
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Aus
dem in 3 gezeigten Diagramm erkennt man folgendes: Auf
der Ordinate des Drehmoment aufgetragen, auf der Abszisse die Drehzahl.
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Die
Kurven betreffen zwei Schiffsgetriebe, nämlich ein Getriebe ohne Turbokupplung,
und ein Getriebe mit Turbokupplungen, wobei das Getriebe mit Turbokupplungen
bei gleicher Maximalbelastung des Backbord-Antriebsstranges ein
deutlich höheres Summen-Antriebsmoment
ergibt.
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Die
einzelnen Kurven zeigen folgendes:
- (a) Kennlinie
der Turbokupplungen im unteren Drehzahlbereich
- (b) Kennlinie der Turbokupplungen im höheren Drehzahlbereich
- (c) Drehmomentgrenze (je Antriebsstrang)
- (d) Drehmoment Steuerbord ohne Turbokupplung
- (e) Drehmoment Steuerbord mit Turbokupplung
- (f) Drehmomentgrenze Leistungsverteilgetriebe (Summe der Antriebsleistungen)
- (g) Drehmoment Gasturbine
- (h) Drehmoment Backbord mit Turbokupplung
- (i) Drehmoment Backbord ohne Turbokupplung
- (j) Summe der Drehmomente mit Turbokupplung
- (k) Summe der Drehmomente ohne Turbokupplung
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- 1
- Schiff
- 2
- Gasturbine
- 3
- Leistungsverteilergetriebe
- 4.1
- Antriebsstrang
- 4.2
- Antriebsstrang
- 5.1
- hydrodynamische
Kupplung
- 5.2
- hydrodynamische
Kupplung
- 6.1
- Untersetzungsgetriebe
- 6.2
- Untersetzungsgetriebe
- 7.1
- Abtriebswelle
- 7.2
- Abtriebswelle
- 9.1
- Propeller
- 9.2
- Propeller
- 10.1
- Antriebsmaschine
- 10.2
- Antriebsmaschine