DE102012005055A1

DE102012005055A1 - Schiffsantrieb mit einem nabenlosen Propeller

Info

Publication number: DE102012005055A1
Application number: DE201210005055
Authority: DE
Inventors: Nicky Wolter; Christian Gierer; Torsten Preuß; Jürgen Friedrich
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-09-19
Also published as: WO2013135796A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit einem nabenlosen Propeller, umfassend die folgenden Bauteile beziehungsweise Merkmale: – einen Rotor mit einem Rotorring aus Kohlenstoffstahl; – mehrere vom Rotorring getragene Rotorblätter, die radial nach innen weisen; – mit einem Stator und einem Statorblechpaket; – mehrere von Rotorring getragene Permanentmagnete; – stirnseitige Tragringe, die den Rotorring mit den Permanentmagneten tragen; – die Permanentmagnete befinden sich in einem hermetisch abgeschlossenen Raum, der radial innen durch den Rotorring und radial außen durch eine Edelstahlhülse abgesperrt ist; – die Edelstahlhülse ist an ihren beiden axialen Enden mit den Tragringen fest und hermetisch dicht verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit einem nabenlosen Propeller.
Solche Propeller sind aus EP 1 739 007 A1 bekannt geworden.
Sie dienen dabei als Hauptantrieb für Schiffe, aber auch als Querstrahlantriebe. Sie sind besonders geeignet zum Bugsieren von Schiffen und werden daher mit Erfolg beispielsweise in Yachten und Schleppern angewandt, aber auch bei Bohrplattformen.
Die wesentlichen Bauelemente eines nabenlosen Propellers sind die folgenden:
Ein Rotor weist mehrere Rotorblätter auf, die radial nach innen weisen. Der Rotor trägt eine Vielzahl von Permanentmagneten. Ein Stator umgibt den Rotor. Der Stator weist ein Stator-Blechpaket auf oder besteht aus einem solchen.
Problematisch bei solchen nabenlosen Propellern ist die Kühlung. Beim Betrieb entstehen große Wärmemengen, die zuverlässig abgeführt werden müssen. Als Kühlmittel dient Seewasser. Dieses hat korrodierende Eigenschaften. Deshalb besteht ein weiteres Problem in der Korrosion der wasserberührten Bauteile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schiffsantrieb mit einem nabenlosen Propeller der oben genannten Bauart derart zu gestalten, dass sich eine effiziente Kühlung mit Seewasser erzielen lässt, und dass gleichzeitig das Korrosionsproblem gelöst wird.
Diese Aufgabe wird mit einem Schiffsantrieb gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigt in schematischer sehr allgemeiner Darstellung einen nabenlosen Propeller.
2 zeigt in einem Axialschnitt in vergrößerter Darstellung wesentliche Bauteile des Rotors des Propellers gemäß 1.
3 zeigt in schematischer Darstellung eine Bugsteuereinrichtung, wiederum in einem Axialschnitt.
4 zeigt in einer 3D-Ansicht einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Rotor.
5 zeigt in einer 3D-Ansicht einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Rotor mit einer anderen Befestigungsart der Rotorblätter.
Der in 1 gezeigte nabenlose Propeller umfasst einen Rotor 1 und einen Statur 2. Der Propeller kann als Hauptantrieb für ein Schiff dienen. Er kann aber auch der Quersteuerung eines Schiffes dienen. So kann er in den Rumpf eines Schiffes eingebaut sein und im Betrieb einen Wasserstrahl erzeugen, der horizontal und senkrecht zur Längsachse des Schiffes verläuft und an Backbord oder Steuerbord aus der Schiffshaut austritt.
Der in 2 dargestellte Rotor ist wie folgt aufgebaut:
Er umfasst einen Rotorring 3 aus Kohlenstoffstahl. Dieser ist an seinen beiden axialen Enden von zwei Tragringen 4 aus Edelstahl oder einem korrosionsgeschützten Kohlenstoffstahl getragen. Die Verbindung zwischen Rotorring 3 und Tragringen 4 ist beispielsweise eine Schweißverbindung – siehe die Schweißnaht 5. Jedoch ist auch eine andere Verbindungsart denkbar.
Rotorring 3 trägt eine Vielzahl von Permanentmagneten 6. Diese haben beispielsweise Stabform und können achsparallel oder senkrecht zur Achse angeordnet sein.
Die Magnete sind abgedeckt von einer Edelstahlhülse 7. Diese ist mit ihren axialen Endbereichen an den Tragringen 4, 4 fixiert. Wie man sieht, liegen die Endbereiche der Edelstahlhülse 7 auf der Mantelfläche der beiden Tragringe 4, 4 auf.
Die Fixierung kann mittels Laserschweißen geschehen. Die Schweißnaht 8 befindet sich in axialer Richtung so weit wie möglich am Ende der beiden Tragringe 4, 4. Hierdurch gelangt beim Schweißen nur eine geringe Wärmemenge in den Bereich der Permanentmagnete 6, und beeinträchtigt somit nicht deren magnetische Kraft. Das als Schweißverfahren ein Laserschweißverfahren verwendet wird, trägt ebenfalls hierzu bei. Statt des Laserschweißens oder zusätzlich hierzu können Edelstahlhülse 7 und die Tragringe 4, 4 auch miteinander verklebt werden. Auch ist ein Aufschrumpfen der Edelstahlhülse 7 denkbar. Auch können zwei oder drei dieser genannten Verfahren angewandt werden.
Zwischen der Edelstahlhülse 7 und den äußeren Mantelflächen der Permanentmagnete 6 verbleibt ein Spaltraum von beispielsweise 2 mm. Auch kann der Spaltraum eine geringere Stärke aufweisen, beispielsweise bis zu 0,5, oder eine größere Stärke von beispielsweise bis zu 5 mm.
Sämtliche Freiräume zwischen Hülse, Magnetträger und Magneten sind mit einer Masse wie beispielsweise einem Harz-Härter-Gemisch ausgegossen.
Die Rotorblätter sind hier nicht gezeigt. Sie erstrecken sich radial nach innen zur Drehachse hin.
Rotor 1 ist vom Stator 2 umschlossen. Der Stator ist hier nicht dargestellt.
3 zeigt einen erfindungsgemäßen nabenlosen Propeller als Bestandteil eines Querstrahlantriebs. Dieser ist im Bug eines Schiffes eingebaut. Die Drehachse 1.3 des nabenlosen Propellers verläuft zugleich senkrecht zur Schiffs-Längsachse.
Der Querstrahlantrieb sitzt in einem Strömungsleitgehäuse 10, das seinerseits in einem Tunnel angeordnet ist, siehe die Tunnelwand 11, die Bestandteil des Schiffes ist. Das Strömungsleitgehäuse 10 ist an seinen beiden Enden düsenartig ausgebildet. Siehe die beiden Düsen 10.1 und 10.2. Den Düsen 10.1 und 10.2 sind Stromführungsleisten 12 zugeordnet, die ein Gitter miteinander bilden.
Aus dieser Figur erkennt man auch die Rotorblätter 1.1. Zwischen deren freien Enden befindet sich ein Freiraum, durch den beim Betrieb Wasser hindurchströmen kann.
Das genaue Positionieren des Querstrahlantriebs relativ zum Schiff ist wichtig. Es kommt somit darauf an, das Strömungsleitgehäuse 10 relativ zum Tunnelkanal genau und richtig zu positionieren, und zwar sowohl in Richtung senkrecht zur Drehachse 1.3, als auch parallel hierzu.
Zum Positionieren senkrecht zur Drehachse (in radialer Richtung) sind mehrere Positioniereinrichtungen 13 vorgesehen. Diese umfassen radial verschiebbare Stempel 13.1. Hiermit lässt sich das Strömungsleitgehäuse 10 in radialer Richtung genau und zuverlässig an der Tunnelwand 11 fixieren.
Zum Positionieren und Fixieren in axialer Richtung sind Fixierschrauben 14 vorgesehen.
Ganz wichtig ist bei einem nabenlosen Propeller der hier beschriebenen Bauart eine zuverlässige und ausreichende Kühlung. Eine solche wird vor allem dadurch ermöglicht, dass sich zwischen dem Strömungsleitgehäuse 10 und der Tunnelwand 11 ein Ringraum befindet. Dieser ist beim Betrieb des Querstrahlantriebs von Wasser durchströmt, das als Kühlwasser dient. Der Strom des Kühlwassers verläuft in Gegenrichtung zum Strom, den der Querstrahlabtrieb erzeugt. Angenommen, die vom Propeller erzeugte Hauptströmungsrichtung verläuft in der Figur von links nach rechts, so fließt der Kühlwasserstrom in der Figur von rechts nach links. Er tritt im Bereich zwischen Statorgehäuse und Strömungsleitgehäuse in den genannten Ringraum ein. Sodann durchströmt er diesen, und verläuft hierbei zwischen der Tunnelwand 11 und dem Stator 2, genauer gesagt einem Statorgehäuse 2.1.
Darüber hinaus findet eine weitere Wasserströmung statt, und zwar zwischen Rotor 1 und Stator 2. Zwischen diesen beiden herrscht ein Spalt 15. Diese Spaltströmung trägt ganz erheblich zur Kühlung des aus Rotor und Stator gebildeten Motors bei. Sie verläuft somit zusätzlich zu der oben genannten Strömung zwischen Tunnelwand 11 und Statorgehäuse 2.1.
Dabei tritt jedoch folgender Effekt auf: Das zwischen Rotor 1 und Stator 2 hindurchströmende Wasser führt eine Kreislaufströmung aus. Dieser Teilstrom verläuft somit nach dem Durchströmen des Ringspaltes zwischen Rotor 1 und Stator 2 radial nach innen. Sodann verläuft er parallel zur Ringströmung, aber in Gegenrichtung, schwenkt dann radial nach außen, und tritt wiederum in den Ringspalt zwischen Rotor 1 und Stator 2 ein. Durch den beschriebenen Strömungsverlauf findet eine intensive Kühlung des Motors statt.
4 zeigt ein Rotorblatt 1.1, das von einer gekrümmten Tragplatte 1.2 getragen ist. Diese beiden sind im vorliegenden Fall einteilig. Die Tragplatten sind in montiertem Zustand zu einem Ring zusammengefügt. Jede einzelne Tragplatte ist lediglich an den Tragringen fixiert.
Bei der Ausführungsform gemäß 5 ist zwischen jeweils zwei Tragplatten 1.2 eine Klemmleiste 16 vorgesehen. Nur eine der Tragplatten ist gezeigt. Die Klemmleiste hat einen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt, und die Kanten der benachbarten Tragplatten bilden demgemäß miteinander einen Keilspalt. Die Klemmleisten dienen somit zum Festspannen der Tragplatten.
Die Ausführungsform eines Schiffsantriebs gemäß Anspruch 1 erfüllt die Anforderungen in perfekter Weise.
Entscheidende Bauteile des Rotors sind seewassergeschützt. Dies gilt insbesondere für die Permanentmagnete. Durch die Gestaltung des Raumes, in dem sich die Magnete befinden, werden deren Induktion und deren Magnetkraft nicht beeinträchtigt. Der gesamte Aufbau des Rotors ist höchst einfach und daher kostengünstig.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
1.1: Rotorblatt
1.2: Tragplatte
1.3: Drehachse
2: Stator
2.1: Statorgehäuse
3: Rotorring
4: Tragring
5: Schweißnaht
6: Permanentmagnet
7: Edelstahlhülse
10: Strömungsleitgehäuse
10.1: Düse
10.2: Düse
11: Tunnelwand
12: Stromführungsleiste
13: Positioniereinrichtung
13.1: Stempel
16: Klemmleiste

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1739007 A1 [0002]

Claims

Schiffsantrieb mit einem nabenlosen Propeller, umfassend die folgenden Bauteile beziehungsweise Merkmale: 1.1 einen Rotor (1) mit einem Rotorring (3) aus Kohlenstoffstahl; 1.2 mehrere vom Rotorring (3) getragene Rotorblätter, die radial nach innen weisen; 1.3 mit einem Stator und einem Statorblechpaket; 1.4 mehrere von Rotorring (3) getragene Permanentmagnete (6); 1.5 stirnseitige Tragringe (4), die den Rotorring (3) mit den Permanentmagneten (6) tragen; 1.6 die Permanentmagnete (6) befinden sich in einem hermetisch abgeschlossenen Raum, der radial innen durch den Rotorring (3) und radial außen durch eine Edelstahlhülse (7) abgesperrt ist; 1.7 die Edelstahlhülse (7) ist an ihren beiden axialen Enden mit den Tragringen (4) fest und hermetisch dicht verbunden.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Edelstahlhülse (7) und den Tragringen (4) durch Laserschweißen oder durch Kleben oder durch Schrumpfen oder durch zwei oder drei dieser Maßnahmen hergestellt ist.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 3.1 jedes Rotorblatt (1.1) ist mit seinem Fuß mit einer gekrümmten Tragplatte (1.2) fest verbunden; 3.2 die Krümmung der Tragplatte (1.2) entspricht der Krümmung des Rotorringes (3); 3.3 im montierten Zustand sind die Tragplatten (1.2) zu einem Ring zusammengefügt.
Schiffsantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Tragplatte (1.2) mehr als ein Rotorblatt trägt.
Schiffsantrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Tragplatte (1.2) nur an den Tragringen (4) fixiert ist.
Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragplatte (1.2) unmittelbar am Rotorring (3) fixiert sind.