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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor zum Antreiben eines Schiffs sowie ein Verfahren zur Notkühlung eines Elektromotors zum Antreiben eines Schiffs.
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Schiffe werden häufig von Elektromotoren angetrieben. Der Elektromotor treibt dabei die Schiffsschraube des Schiffs an. Dabei ist es notwendig, dass der Elektromotor eine möglichst hohe Verfügbarkeit aufweist. Insbesondere zur Kühlung der Ständerwicklung weist der Elektromotor eine Kühlvorrichtung auf. Die Kühlvorrichtung weist dabei in der Regel mindestens einen Lüfter zum Antrieb eines Luftkühlkreislaufs und mindestens einen Kühler auf. Fällt einer dieser Komponenten aus, ist ein Weiterbetrieb des Elektromotors im Allgemeinen nicht mehr oder nur im reduzierten Umfang möglich, was die Verfügbarkeit des Elektromotors reduziert.
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Insbesondere wenn das Schiff als Fregatte ausgebildet ist, ist eine besonders hohe Verfügbarkeit des Elektromotors, der das Schiff antreibt, erwünscht.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Verfügbarkeit eines Elektromotors zum Antreiben eines Schiffs zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Elektromotor zum Antreiben eines Schiffs, wobei der Elektromotor zur regulären Kühlung einer Statorwicklung des Elektromotors einen Luftkühlkreislauf aufweist, wobei der Elektromotor einen Lüfter zum Antreiben eines Luftstroms des Luftkühlkreislauf und einen Kühler zur Kühlung des Luftstroms aufweist, wobei der Luftkühlkreislauf derart ausgebildet ist, dass der Luftstrom von der Statorwicklung zum Kühler und vom Kühler zu dem Lüfter und von dem Lüfter zurück zur Statorwicklung strömt, wobei der Elektromotor eine öffenbare und verschließbare erste Öffnung aufweist, wobei der Elektromotor eine öffenbare und verschließbare zweite Öffnung aufweist, wobei der Elektromotor ein bewegbar angeordnetes Sperrelement aufweist, wobei mittels dem Sperrelement der Luftstrom zum Kühler sperrbar ist, wobei der Elektromotor derart ausgebildet ist, dass bei geöffneten ersten und zweiten Öffnungen und bei mittels des Sperrelements gesperrtem Luftstrom zum Kühler, Umgebungsluft des Elektromotors von den Lüftern über die geöffnete erste Öffnung von der Umgebung des Elektromotors angesaugt wird und zur Statorwicklung strömt und von der Statorwicklung über die zweite Öffnung aus dem Elektromotor strömt.
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Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Notkühlung eines Elektromotors zum Antreiben eines Schiffs, wobei der Elektromotor zur regulären Kühlung einer Statorwicklung des Elektromotors einen Luftkühlkreislauf aufweist, wobei der Elektromotor einen Lüfter zum Antreiben eines Luftstroms des Luftkühlkreislauf und einen Kühler zur Kühlung des Luftstroms aufweist, wobei der Luftkühlkreislauf derart ausgebildet ist, dass der Luftstrom von der Statorwicklung zum Kühler und vom Kühler zu dem Lüfter und von dem Lüfter zurück zur Statorwicklung strömt, wobei der Elektromotor eine öffenbare und verschließbare erste Öffnung aufweist, wobei der Elektromotor eine offenbare und verschließbare zweite Öffnung aufweist, wobei der Elektromotor ein bewegbar angeordnetes Sperrelement aufweist, wobei mittels dem Sperrelement der Luftstrom zum Kühler sperrbar ist, wobei bei Ausfall des Kühlers die Statorwicklung mittels Umgebungsluft gekühlt wird, indem die erste Öffnung geöffnet wird, mittels des Sperrelements der Luftstrom zum Kühler gesperrt wird und die zweite Öffnung geöffnet wird, wobei bei geöffneten ersten und zweiten Öffnungen und bei mittels des Sperrelements abgesperrtem Luftstrom zum Kühler, Umgebungsluft des Elektromotors von dem Lüfter über die geöffnete erste Öffnung von der Umgebung des Elektromotors angesaugt wird und zur Statorwicklung strömt und von der Statorwicklung über die zweite Öffnung aus dem Elektromotor strömt.
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Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch einen Elektromotor zum Antreiben eines Schiffs, wobei der Elektromotor zur regulären Kühlung einer Statorwicklung des Elektromotors einen Luftkühlkreislauf aufweist, wobei der Elektromotor mehrere Lüfter zum Antreiben eines Luftstroms des Luftkühlkreislauf und einen Kühler zur Kühlung des Luftstroms aufweist, wobei der Luftkühlkreislauf derart ausgebildet ist, dass der Luftstrom von der Statorwicklung zum Kühler und vom Kühler zu den Lüftern und von den Lüftern zurück zur Statorwicklung strömt, wobei der Elektromotor eine bewegbare Sperreinheit aufweist, über die bei Ausfall eines Lüfters die den ausgefallenen Lüfter durchströmende Luft sperrbar ist.
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Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Notkühlung eines Elektromotors zum Antreiben eines Schiffs, wobei der Elektromotor zur regulären Kühlung einer Statorwicklung des Elektromotors einen Luftkühlkreislauf aufweist, wobei der Elektromotor mehrere Lüfter zum Antreiben eines Luftstroms des Luftkühlkreislauf und einen Kühler zur Kühlung des Luftstroms aufweist, wobei der Luftkühlkreislauf derart ausgebildet ist, dass der Luftstrom von der Statorwicklung zum Kühler und vom Kühler zu den Lüftern und von den Lüftern zurück zur Statorwicklung strömt, wobei der Elektromotor eine bewegbare Sperreinheit aufweist, über die bei Ausfall eines Lüfters die den ausgefallenen Lüfter durchströmende Luft gesperrt wird.
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Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausbildungen des Elektromotors ergeben sich analog zu vorteilhaften Ausbildungen des Verfahrens und umgekehrt.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Sperrelement als Klappe ausgebildet ist, denn eine Ausbildung des Sperrelements als Klappe stellt eine besonders einfache Ausbildung des Sperrelements dar.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Sperreinheit als Absperrschieber ausgebildet ist, denn eine Ausbildung der Sperreinheit als Absperrschieber stellt eine besonders einfache Ausbildung der Sperreinheit dar.
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Ferner erweist sich ein Schiff, das den erfindungsgemäßen Elektromotor zum Antreiben des Schiffs aufweist, als vorteilhaft. Das Schiff kann dabei z. B. als Fregatte ausgebildet sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Elektromotor mit geöffneten Öffnungen,
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2 einen erfindungsgemäßen Elektromotor mit geschlossenen Öffnungen,
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3 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Elektromotors bei Kühlung des Elektromotors mittels eines Luftkühlkreislaufs,
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4 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Elektromotors bei Kühlung des Elektromotors mittels Umluft,
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5 eine zu 4 zugehörige Frontansicht des Elektromotors und
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6 eine Detailansicht von zwei Lüftern des erfindungsgemäßen Elektromotors in Form einer Schnittansicht.
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Es sein an dieser Stelle angemerkt, das in den Figuren der Übersichtlichkeit halber nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen Elektromotors dargestellt sind.
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In 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßer Elektromotor 1 zum Antreiben eines Schiffs dargestellt, wobei in 2 der Elektromotor 1 im regulären Betrieb bei dem die Kühlung des Elektromotors 1 mittels eines Luftkühlkreislaufs erfolgt, dargestellt ist und in 1 der Elektromotor 1, bei Kühlung des Elektromotors mittels Umluft, d. h. im Fall des Ausfalls des Kühlers des Elektromotors dargestellt ist. Der Elektromotor 1 weist eine Motoreinheit 30 und eine Kühlvorrichtung 31, die an der Motoreinheit 30 angeordnet ist, auf. Der Elektromotor 1 weist im Rahmen des Ausführungsbeispiels an seiner Oberseite 15 zwei erste Öffnungen 2a und 2b und an einer senkrechten Seitenwand 16 des Elektromotors 1 eine zweite Öffnung 3a auf. Weiterhin weist der Elektromotor 1 im Rahmen des Ausführungsbeispiels an der der senkrechten Seitenwand 16 gegenüber liegenden Seitenwand 16' eine weitere zweite Öffnung 3b (siehe 5), die analog zur zweiten Öffnung 3a ausgebildet ist, auf. Im Normalbetrieb des Elektromotors 1, d. h. wenn der Elektromotor 1 mittels eines Luftkühlkreislaufs gekühlt wird, sind die ersten und die zweiten Öffnungen im Rahmen des Ausführungsbeispiels mit Deckeln verschlossen, wobei in 2 die nur die Deckel 2a', 2b' und 3a' dargestellt sind. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels können die ersten und die zweiten Öffnungen somit durch Entfernen der Deckel geöffnet werden und durch Aufsetzen der Deckel auf die jeweils zugehörige Öffnung verschlossen werden.
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Es handelt sich somit um öffenbare und verschließbare Öffnungen.
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In 3 ist eine zu 2 zugehörige Schnittansicht des Elektromotors 1 dargestellt, bei der der Elektromotor 1 mittels eines Luftkühlkreislaufs gekühlt wird. Der Elektromotor 1 weist zur regulären Kühlung, d. h. wenn die Elemente der Kühlvorrichtung 31 ordnungsgemäß arbeiten, einer Statorwicklung 9, welche im Betrieb des Elektromotors 1 ein Magnetfeld erzeugt, einen Luftkühlkreislauf auf, wobei der Luftstrom und die Richtung des Luftstroms des Luftkühlkreislaufs mit entsprechenden Pfeilen dargestellt sind, wobei der Übersichtlichkeit halber nur zwei Pfeile 6 mit einem Bezugszeichen versehen sind. Der Elektromotor 1 weist im Rahmen des Ausführungsbeispiels vier Lüfter auf, wobei der Übersichtlichkeit halber in 3 nur ein Lüfter 5 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Lüfter treiben den Luftstrom des Luftkühlkreislaufs an. Weiterhin weist der Elektromotor 1 einen Kühler 4 zur Kühlung des Luftstroms auf. Der Luftstrom durchströmt dabei den Kühler 4 und wird hierdurch abgekühlt. Der Kühler weist Rohre auf, die von einer Kühlflüssigkeit, wie z. B. Wasser durchströmt werden. Der Luftstrom strömt dabei von der Statorwicklung 9 durch in ein Statorjoch 21 angeordneten Schlitzen 10 zum Kühler 4 und von dort zu den Lüftern und von den Lüftern zurück zur Statorwicklung 9, wobei der Luftstrom in einen zwischen dem Rotor des Elektromotors 1 und dem Statorjoch 21 des Elektromotors 1 angeordneten Spalt 40 strömt. Der Rotor des Elektromotors 1 umfasst dabei die um die Rotationsachse R rotierbar angeordneten Elemente des Elektromotors 1, wie z. B. die Welle 8 des Elektromotors 1 und das Rotorjoch 20 des Elektromotors 1. Der Stator des Elektromotors 1 umfasst dabei die ruhend angeordneten Elemente des Elektromotors 1, wie z. B. das Statorjoch 21 und die Statorwicklung 9.
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Weiterhin weist der Elektromotor 1 im Rahmen des Ausführungsbeispiels zwei bewegbar angeordnete Sperrelemente auf, wobei der Übersichtlichkeit halber nur ein Sperrelement 7 in 3 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels sind die Sperrelemente drehbar angeordnet und vorzugsweise in Form von Klappen ausgebildet. Mittels der Sperrelemente ist der von der Statorwicklung 9 zum Kühler strömende Luftstrom sperrbar. In 3 sind die Sperrelemente gerade in einer Position, in der der Luftstrom zum Kühler nicht gesperrt ist. Fällt nun aus irgendwelchen Gründen der Kühler aus, so muss nicht wie bei handelsüblichen Motoren der Betrieb des Elektromotors beendet werden, sondern der erfindungsgemäße Elektromotor 1 kann auf eine Umluftkühlung umgeschaltet werden. Dieser Zustand ist in 4 und 1 dargestellt. Bei Ausfall des Kühlers wird die Statorwicklung 9 mittels Umgebungsluft gekühlt, indem die ersten Öffnungen 2a und 2b durch Entfernen der Deckel 2a' und 2b' geöffnet werden und mittels der Sperrelemente der Luftstrom zum Kühler gesperrt und somit unterbrochen wird. Hierzu werden die Sperrelemente, d. h. im Rahmen des Ausführungsbeispiels die Klappen in die in 4 dargestellte Position gedreht. Weiterhin werden die zweiten Öffnungen geöffnet, indem der Deckel 3a' und der weiterer in 2 nicht dargestellte, an der der senkrechten Seitenwand 16 gegenüber liegenden Seitenwand 16' angeordnete Deckel, der die Öffnung 3b verschließt (siehe 5), entfernt werden. Anstatt dem Entfernen der Deckel können diese auch z. B. auch nur aufgeklappt werden und auf diese Weise die ersten und zweiten Öffnungen geöffnet werden.
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Es ist denkbar, dass das Aufklappen der Deckel zum Öffnen der ersten und zweiten Öffnung und das Bewegen der Sperrelemente auch gegebenenfalls automatisiert durchgeführt werden kann.
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Bei geöffneten ersten und zweiten Öffnungen und bei mittels den Sperrelementen abgesperrtem Luftstrom zum Kühler wird die Umgebungsluft des Elektromotors 1 von den Lüftern über die geöffneten ersten Öffnungen von der Umgebung des Elektromotors angesaugt, so dass der Lufteintritt 7a im Rahmen des Ausführungsbeispiels auf der Oberseite 15 des Elektromotors 1 erfolgt. Durch den Schnittverlauf bedingt sind in dem in 4 dargestellten Schnitt die ersten Öffnungen nicht zu sehen. Die Luft strömt dann von den im Rahmen des Ausführungsbeispiels als Radiallüfter ausgebildeten Lüftern zur Statorwicklung 9 und von der Statorwicklung 9 über die zweiten Öffnungen aus dem Elektromotor 1, so dass der Luftaustritt 7b, wie in 5 dargestellt, seitlich aus den senkrechten in Richtung der Rotationsachse R verlaufenden beiden Seitenwänden 16 und 16' des Elektromotors 1 erfolgt.
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Eine weitere Möglichkeit, wie es zum Ausfall oder negativen Beeinträchtigung der Kühlung des Elektromotors kommen kann ist der Ausfall eines Lüfters. Infolge der bei einem Ausfall eines Lüfters herrschenden Druckverhältnisse strömt ein großer Teil des Luftstroms in den ausgefallenen Lüfter, was in einer unzureichenden Kühlung der Statorwicklung 9 resultiert. Der erfindungsgemäße Elektromotor 1 weist zur Realisierung einer Notkühlung bei Ausfall eines Lüfters eine bewegbare Sperreinheit 11 auf, über die bei Ausfall eines Lüfters, die den ausgefallenen Lüfter durchströmende Luft sperrbar ist, so dass diese den ausgefallenen Lüfter nicht mehr durchströmt. Die Sperreinheit 11 ist dabei im Rahmen des Ausführungsbeispiels in Form eines Absperrschiebers, der z. B. in Form eines rechteckförmigen Blechs ausgebildet sein kann, ausgebildet. An den Luftaustrittsöffnungen der Lüfter (siehe 1, 2 und 6) sind Schlitze 12a und 12b angeordnet, in die im Rahmen des Ausführungsbeispiels die Sperreinheit 11 hineingeschoben wird und der Luftaustritt des betreffenden Lüfters hierdurch verschlossen wird. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist dabei die Sperreinheit 11 in einem zwischen den beiden Lüftern 5 und 5' angeordneten Schlitz 12c angeordnet und wird bei Ausfall des Lüfters 5 oder des Lüfters 5' aus dem Schlitz 12c herausgezogen und in den den ausgefallenen Lüfter zugeordneten Schlitz 12a oder 12b eingeführt. Alternativ ist auch denkbar, dass das Bewegen der Sperreinheit 11 in den Schlitz 12a oder 12b automatisiert erfolgt, indem die Sperreinheit 11 automatisiert zum Absperren der Lüfteraustrittsöffnungen bewegt wird.
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Infolge der abgesperrten Luftaustrittsöffnung des ausgefallenen Lüfters kommt es zu keinem Druckverlust am ausgefallenen Lüfter und der Luftkühlkreislauf bleibt durch die verbliebenen ordnungsgemäß arbeitenden Lüfter aufrecht erhalten.
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Bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor und den beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Notkühlung des Elektromotors mittels Umschalten auf Umluftkühlung (bei Ausfall des Kühlers) kann zusätzlich, falls der Elektromotor mindestens zwei Lüfter aufweist und einer der Lüfter ausfällt, die den ausgefallenen Lüfter durchströmende Luft mittels der bewegbaren Sperreinheit gesperrt werden und somit die Umluftkühlung auch bei zusätzlichen Ausfall eines Lüfters aufrechterhalten werden. Der Elektromotor ist entsprechend ausgebildet.
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Es sei angemerkt, dass der erfindungsgemäße Elektromotor auch nur eine einzelne erste und zweite Öffnung oder mehr als zwei erste und zweite Öffnungen aufweisen kann. Die erste Öffnung oder die erste Öffnungen sind dabei vorzugsweise an der Oberseite 15 des Elektromotors angeordnet. Die zweite Öffnung oder die zweiten Öffnungen sind dabei vorzugsweise an mindestens einer senkrechten Seitenwand 16 des Elektromotors angeordnet.
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Weiterhin sei angemerkt, dass in den Figuren gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. In 1 und 2 ist die Sperreinheit 11 in ihrer Ruheposition wenn kein Lüfter ausgefallen ist dargestellt, während in 6 gerade der Lüfter 5 ausgefallen ist und somit die Sperreinheit 11 gerade im Schlitz 12a angeordnet ist.
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Somit kann der erfindungsgemäße Elektromotor 1 bei Ausfall des Kühlers und/oder bei Ausfall eines Teils der Lüfter weiterbetrieben werden, so dass die Schiffsschraube weiter mit Hilfe des Elektromotors 1 angetrieben werden kann.
