DE102006026230B4

DE102006026230B4 - Antrieb für Schiffe

Info

Publication number: DE102006026230B4
Application number: DE200610026230
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-06-07
Also published as: DE102006026230A1

Abstract

Antrieb für Schiffe mit einer unter dem Heck angeordneten, unbeweglichen oder eine Ruderfunktion erfüllenden drehbaren Gondel (25), innerhalb der ein Elektromotor zum Antrieb von koaxialen gegenläufigen Schiffsschrauben (1–4) an beiden Gondelenden angeordnet ist, wobei der Elektromotor zwei um eine horizontale Achse drehbare, innere Rotoren (10, 11) aufweist, die mit den in Bezug auf die Gondel (25) äußeren Schiffsschrauben (1, 4) verbunden sind, und die inneren Rotoren (10, 11) jeweils von einem äußeren, gegenläufigen Rotor (8, 9) des Elektromotors topfförmig umgeben sind, wobei jeder äußere Rotor (8, 9) über eine Hohlwelle (6, 7) mit einer in Bezug auf die Gondel (25) inneren Schiffsschraube (2, 3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden inneren Rotoren (10, 11) auf einer horizontalen, durchgehenden, inneren Welle (5) mit Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die Hohlwellen (6, 7) koaxial zu dieser Welle (5) angeordnet sind und die Wellenenden der Welle (5) die äußeren Schiffschrauben (1,...

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Schiffe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bekannt ist aus der DE 296 19 385 U1 ein Schiffsantrieb mit einer Rudergondel, innerhalb welcher sich ein Elektromotor befindet, der zwei Schiffsschrauben in Drehung versetzt. In der Horinzontalachse der Gondel befindet sich eine Welle, an die ein Rotor des Elektromotors angebracht ist und an beiden Enden der Welle sind die Bewegungsantriebe des Schiffes montiert – einzelne Schiffsschrauben. Die bekannte Konstruktion des Schiffsantriebs hat Mängel.
Ihr erster Mangel ist der niedrige Wirkungsgrad der Triebwerke, der 70% nicht übersteigt. Der andere Mangel der bekannten Konstruktion ist ihr großes Gesamtmaß und die Masse des Elektromotors. Aus der US 7 026738 B1 ist ein gattungsgemäßer Antrieb für ein Schiff mit einem Elektromotor bekannt. Der Elektromotor in Form eines unipolaren Elektromotors ist innerhalb einer Gondel montiert, an beiden Seiten der Gondel sind gegenläufige Schiffsschrauben angeordnet. Der unipolare Elektromotor vom zylindrischen Typ hat vier Wellen, am Ende welcher vier Hohlzylinder montiert sind, die mit Hilfe von Stirnschleifkontakten miteinander verbunden sind. Im Zentralbereich des Elektromotors ist ein Dauermagnet montiert. Von außen hat der Elektromotor einen massiven zylindrischen Magnetleiter. Wie bekannt ist, hat der unipolare Elektromotor wesentliche Mängel, weshalb er im Schiffbau nicht angewendet wird. Er hat eine niedrige Nominalspannung und der Strom ist um die dutzende Male größer als bei den Elektromotoren anderer Typen. Es entsteht das Problem der Herstellung eines sicheren Schleifkontaktes. Der große Wert des Nominalstroms führt dazu, dass der Wirkungsgrad des unipolaren Elektromotors niedriger als bei einem Synchronmotor ist. Ein anderer Mangel des unipolaren Elektromotors ist das große Volumen und Gewicht pro Leistungseinheit wegen des Vorhandenseins von magnetleitenden Stahlzylindern und Magnetleitern. In diesem Falle ist das Volumen und Gewicht um ein Mehrfaches größer als das Volumen und Gewicht eines Synchronmotors und der Wirkungsgrad niedriger. Die Leistung pro Volumeneinheit der Gondel ist um ein Mehrfaches kleiner als bei der Montage eines Synchronmotors.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Wirkungsgrad des gattungsgemäßen Antriebes zu steigern sowie das Gesamtmaß und die Masse des Elektromotors bei einfachem Aufbau zu verringern und dadurch die Leistung in Bezug auf eine Volumeneinheit der Gondel zu steigern. Gelöst wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Antrieb durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
An der Gondel des Schiffes werden Triebwerke in der Form zweier gleichachsiger Schiffsschrauben entgegengesetzter Drehrichtung montiert. Die Haupteigenschaft dieses Triebwerks ist das Fehlen des Energieaufwands für das Drehen des Wasserstroms. Dank der Reduzierung der hydraulischen Verluste steigert sich der Wirkungsgrad des Schiffsantriebs auf 15% im Vergleich zur Einzelschiffsschraube. Der Elektroantrieb der gleichachsigen Schiffsschrauben entgegengesetzter Drehrichtung wird mit Hilfe eines Elektromotors mit gegenläufigen Rotoren verwirklicht, der in der Horizontalachse der Gondel angeordnet ist. Das Hauptmerkmal des Elektromotors besteht darin, dass dank der Drehung der Rotoren gegeneinander und der Steigerung der Frequenz der elektromotorischen Kraft in der Ankerwicklung, das Gesamtmaß und die Masse des Elektromotors im Vergleich zur traditioneller Konstruktion auf die Hälfte verringert wird. Der Elektromotor wird über einen Frequenzwandler an einen Elekrogenerator angeschlossen. Der Generator und der Frequenzwandler sind in dem Heckbereich innerhalb des Schiffsrumpfs angeordnet. Der Elektromotor hat vier Rotoren: zwei äußere und zwei innere. Die inneren Rotoren, die an einer inneren Welle des Elektromotors angebracht sind, drehen zwei Schiffsschrauben – die vordere Bug- und die hintere Heckschraube, die an beiden Enden der Gondel montiert sind.
Der äußere rechte Rotor wird an einer rechten Hohlwelle montiert, er dreht die hintere Bugschiffsschraube.
Der äußere linke Rotor wird an einer linken Hohlwelle montiert, er dreht die vordere Heckschiffsschraube.
Der Anker des Elektromotors hat zwei Rotoren mit zwei Beschickungskörpern, die an der inneren Welle angebracht sind. in jedem Beschickungskörper befindet sich eine Dreiphasenwicklung des Ankers der traditionellen Konstruktion.
Die Wicklungen der äußeren Rotoren des Elektromotors werden jeweils an die innere zylindrische Fläche eines Hohlzylinders des äußeren rechten und des linken Rotors befestigt, der eine „⌈”-artige geometrische Form hat. Die Wicklungen der äußeren Rotoren, die in Beschickungspakete verlegt sind, haben eine traditionelle Konstruktion. Ein Schleifkontakt der äußeren Rotoren ist jeweils auf der rechten und linken Hohlwelle am Stirnteil der Rotoren zur Stromzufuhr angeordnet, und ein Schleifkontakt des Ankers ist an die innere Welle zwischen dem linken und rechten Körper des Ankers angeordnet. Zwischen der Nabe der inneren Schiffsschraube und der Stirn des äußeren Rotors in der Gondel sind auf beiden Seiten Quertrennwände aufgestellt. In diesen Trennwänden werden Traglager befestigt, in denen sich die äußeren und inneren Rotoren des Elektromotors drehen. Das Konstruktionsschema der Anordnung des Elektromotors innerhalb der Gondel wird an 1 durch ein Ausführungsbeispiel dargestellt.
Ein Bugantrieb einer Gondel 25 besteht aus einer vorderen Schiffsschraube 1 und einer hinteren Schiffsschraube 2. Ein Heckantrieb der Gondel hat eine vordere Schiffsschraube 3 und eine hintere Schiffsschraube 4. Die Flügel jeder Schiffsschraube sitzen an ihrer Nabe.
Die Naben der Schiffsschraube 1 und 4 werden an einer inneren Welle 5 angebracht.
Die Nabe der Schiffsschraube 2 ist an einer Hohlwelle 6 angebracht und die Nabe der Schiffsschraube 3 an einer Hohlwelle 7.
Am anderen Ende der Hohlwelle 6 befindet sich ein rechter äußerer Rotor 8 und am Ende der Hohlwelle 7 befindet sich ein linker äußerer Rotor 9. Der Anker des Elektromotors besteht aus zwei inneren Rotoren – dem rechten 10 und dem linken 11 mit jeweils einer Wicklung 12 und 13 in Form einer Dreiphasenwicklung. Die äußeren Rotoren des Elektromotors bestehen aus zwei Teilen. Sie beinhalten eine Wicklung 14 und 15, die in Beschickungspakete verlegt und im Inneren zylindrischer Hohlräume von Hohlkörpern der Rotoren 8 und 9 befestigt sind. Der Strom wird in die Wicklung 14 mit Hilfe eines Schleifkontakts 16 geleitet, der an der Hohlwelle 6 befestigt ist und in die Wicklung 15 mit Hilfe eines Schleifkontakts 17, der an der Hohlwelle 7 befestigt ist.
Ein an der Welle 5 montierter Schleifkontakt 18 stellt die Stromzuführung in die Wicklungen 12 und 13 sicher. Die Hohlwelle 6 wird in einen Traglager 19 und die Hohlwelle 7 in einem Traglager 20 montiert. Die innere Welle 5 dreht sich ebenfalls in Traglagern.
Zur Befestigung der Lagerknoten des Elektromotors werden innerhalb der Gondel von beiden Seiten Quertrennwände 21 und 22 montiert. Zur hermetischen Abschließung der Wellen werden zwischen der Welle 5 und den Hohlwellen 6 und 7 von beiden Enden der Gondel Dichtungen 23 und 24 montiert. Zur Verringerung des hydraulischen Widerstandes hat der Rumpf der hermetisch abgeschlossenen Gondel 25 ein Bugverkleidungsblech 26 und ein Heckverkleidungsblech 27.
Der Schiffsantrieb funktioniert folgendermaßen: der Elektromotor wird an einen Elektrogenerator über einen Frequenzwandler angeschlossen. Bei der Zuführung der Spannung über die Schleifkontakte 16 und 17 in die Wicklungen 14 und 15 wird der Elektromotor in Erregung versetzt.
Bei der Zuführung der Spannung über den Schleifkontakt 18 in die Wicklungen 12 und 13 entsteht in denselben elektrischer Strom, der mit dem Magnetfeld zusammenwirkt, dass durch die Wicklungen 14 und 15 erzeugt wird. Im Ergebnis des Zusammenwirkens entsteht ein elektromagnetisches Moment, das die Rotoren 10 und 11 in Bewegung setzt, die an der inneren Welle 5 angebracht sind und die Schiffsschrauben 1 und 4 werden gedreht. Gleichzeitig damit beginnen sich die äußeren Rotoren 8 und 9, die an den Hohlwellen 6 und 7 angebracht sind, unter dem Einfluss des elektromagnetisches Moments in die entgegengesetzte Richtung zu drehen, indem sie die Schiffsschrauben 2 und 3 in Bewegung setzen.
Mit Hilfe des Frequenzwandlers wird die Stromfrequenz in den Wicklungen 12 und 13 bis zur nominalen Drehfrequenz gebracht.

Claims

Antrieb für Schiffe mit einer unter dem Heck angeordneten, unbeweglichen oder eine Ruderfunktion erfüllenden drehbaren Gondel (25), innerhalb der ein Elektromotor zum Antrieb von koaxialen gegenläufigen Schiffsschrauben (1–4) an beiden Gondelenden angeordnet ist, wobei der Elektromotor zwei um eine horizontale Achse drehbare, innere Rotoren (10, 11) aufweist, die mit den in Bezug auf die Gondel (25) äußeren Schiffsschrauben (1, 4) verbunden sind, und die inneren Rotoren (10, 11) jeweils von einem äußeren, gegenläufigen Rotor (8, 9) des Elektromotors topfförmig umgeben sind, wobei jeder äußere Rotor (8, 9) über eine Hohlwelle (6, 7) mit einer in Bezug auf die Gondel (25) inneren Schiffsschraube (2, 3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden inneren Rotoren (10, 11) auf einer horizontalen, durchgehenden, inneren Welle (5) mit Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die Hohlwellen (6, 7) koaxial zu dieser Welle (5) angeordnet sind und die Wellenenden der Welle (5) die äußeren Schiffschrauben (1, 4) aufnehmen, die inneren und äußeren Rotoren (8, 9, 10, 11) des Elektromotors mit Wicklungen (12, 13, 14, 15) versehen sind und auf der Welle (5) zwischen den inneren Rotoren (10, 11) ein Schleifkontakt (18) zur Stromzuführung zu den inneren Rotoren (10, 11) angeordnet ist.
Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (12, 13) der inneren Rotoren (10, 11) als Dreiphasenwicklungen ausgeführt sind.
Antrieb nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder äußere Rotor (8, 9) einen mit der zugehörigen Hohlwelle (6, 7) verbundenen Hohlzylinder aufweist, an dessen innerer Seite die Wicklung (14, 15) angebracht ist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Hohlwellen (6, 7) Schleifkontakte (16, 17) zur Stromzuführung zu den Wicklungen (14, 15) der äußeren Rotoren (8, 9) angeordnet sind.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung von Traglagern (19, 20) für die Hohlwellen (6, 7) und die Welle (5) zwei Quertrennwände (21, 22) in der Gondel (25) vorgesehen sind.