DE102012103814A1

DE102012103814A1 - Antriebsvorrichtung für ein Schiff

Info

Publication number: DE102012103814A1
Application number: DE102012103814A
Authority: DE
Inventors: Michael Glieden
Original assignee: Schottel GmbH
Current assignee: Schottel GmbH
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2013-11-07
Also published as: CN104411581A; EP2844551A1; WO2013164175A8; CA2868490A1; KR20150004356A; US20150139803A1; JP2015515939A; WO2013164175A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Schiff, umfassend einen Ruderpropeller mit einer Propellerwelle und mit einer die Propellerwelle über ein Winkelgetriebe antreibenden Vertikalwelle, welche mittels eines elektrischen Antriebsmotors drehantreibbar ist, und eine Hubvorrichtung zum Bewegen des Ruderpropellers zwischen einer eingefahrenen Position innerhalb des Schiffes und einer ausgefahrenen Betriebsposition außerhalb des Schiffes, wobei, zwischen dem elektrischen Antriebsmotor und der Vertikalwelle ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Schiff, umfassend einen Ruderpropeller mit einer Propellerwelle und einer die Propellerwelle über ein Winkelgetriebe antreibenden Vertikalwelle, welche mittels eines elektrischen Antriebsmotors drehantreibbar ist, und eine Hubvorrichtung zum Bewegen des Ruderpropellers zwischen einer eingefahrenen Position innerhalb des Schiffes und einer ausgefahrenen Betriebsposition außerhalb des Schiffes.
Antriebsvorrichtungen der eingangs genannten Art sind bekannt, wobei der Ruderpropeller aufgrund seiner Drehbarkeit um die Hochachse dem solchermaßen ausgerüsteten Schiff eine hohe Manövrierfähigkeit verleiht. Neben feststehenden Installationen, bei denen der Antriebsmotor innerhalb des Schiffsrumpfes und der Ruderpropeller stets außerhalb des Schiffsrumpfes angeordnet ist, finden auch ausfahrbare Anordnungen von Ruderpropellern Anwendung, bei denen der Ruderpropeller bei Nichtgebrauch innerhalb des Schiffsrumpfes angeordnet ist und im Bedarfsfalle, etwa zum Manövrieren innerhalb eines Hafens oder auf See, z. B. im dynamischen Positionierbetrieb aus dem Schiffsrumpf in eine Betriebsposition außerhalb des Schiffes ausgefahren wird.
Bei den bislang üblichen Antriebsvorrichtungen der genannten Art mit einem Ruderpropeller wird die Antriebsleistung entweder von einem horizontal angeordneten Antriebsmotor auf die Vertikalwelle und von dort auf die erneut im wesentlichem horizontal liegende Propellerwelle übertragen, was eine zweimalige Umlenkung des Kraftflusses um jeweils 90 Grad bedingt, so dass man in diesem Zusammenhang auch von einem sogenannten Z-Antrieb spricht, oder aber der Antriebsmotor treibt die Vertikalwelle direkt an, so dass lediglich eine Umlenkung um 90 Grad auf die im wesentlichem horizontal verlaufende Propellerwelle nötig ist, so dass man in diesem Falle von einem sogenannten L-Antrieb spricht.
Der Antrieb von mittels einer Hubvorrichtung ausfahrbaren Ruderpropellern erfolgt üblicherweise durch an die Vertikalwelle direkt gekoppelte elektrische Antriebsmotoren in Form eines L-Antriebes oder aber durch horizontal über ein Oberwassergetriebe mit vorgeschalteter Ausrückkupplung gekoppelte Diesel- oder elektrische Antriebsmotoren in Form eines Z-Antriebes. Insbesondere für große Anlagen spielt hierbei die Bauhöhe eine wichtige Rolle, da der vorhandene Bauraum in Maschinenräumen eines Schiffes sehr begrenzt sein kann. Aufgrund der geforderten Ein- und Ausfahrbarkeit des Ruderpropellers wird an Bauraum ca. das Zweifache des Unterwasserteils der Antriebsvorrichtung zuzüglich Platzbedarfs für das Oberwasserteil und im Schiff erforderliche Fundamente, Portale und Aggregate für die Hubvorrichtung benötigt. Unabhängig von der Ausführung des Antriebes als L- oder Z-Antrieb stellt dabei der eingesetzte Antriebsmotor stets einen der höchsten Punkte der Antriebsvorrichtung dar und beeinflusst somit maßgeblich den Raumbedarf bzw. Bauraum der Antriebsvorrichtung. Sofern, wie in jüngerer Zeit verstärkt gefordert, Hybrid-Antrieb mit parallelem oder alternativem Betrieb durch Elektro- und Diesel-Motoren vorgesehen ist, steigert sich der Raumbedarf noch weiter, was einen unerwünscht hohen konstruktiven Aufwand nach sich zieht.
Darüber hinaus bedingen die bisherigen Antriebsvorrichtungen den Einsatz von elektrischen Antriebsmotoren mit mittleren Drehzahlbereich und hohem Drehmoment, um den Drehzahlbereich in etwa identisch mit dem Drehzahlbereich eines Dieselmotors auszulegen. Derartige Elektromotoren mit mittleren Drehzahlbereich und hohem Drehmoment sind jedoch sehr schwer und weisen hohes Volumen auf, verbunden mit den bereits angesprochenen Nachteilen für den benötigten Bauraum.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße Vorschlag sieht vor, zwischen dem elektrischen Antriebsmotor und der Vertikalwelle ein Untersetzungsgetriebe vorzusehen.
Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird es möglich, anstelle schwerer, teurer und voluminöser Elektromotoren mit mittlerem Drehzahlbereich und hohem Drehmoment einen deutlich kleineren und leichteren, schnell laufenden Elektromotor als elektrischen Antriebsmotor vorzusehen, dessen hohe Drehzahlen durch das vorgesehene Untersetzungsgetriebe auf einen geeigneten Drehzahlbereich für den Antrieb der Vertikalwelle unter gleichzeitiger Drehmomenterhöhung untersetzt werden. Nach einem Vorschlag der Erfindung wird das Untersetzungsgetriebe als horizontales Koppelgetriebe, insbesondere als Stirnradgetriebe mit vertikal verlaufenden Stirnradachsen ausgebildet. Auf diese Weise wird es möglich, den elektrischen Antriebsmotor mit seiner Antriebswelle achsparallel zur Vertikalwelle anzuordnen.
Nach einem Vorschlag der Erfindung ist der elektrische Antriebsmotor unterhalb des Untersetzungsgetriebes positioniert, so dass der Kraftfluss ausgehend von der vertikal angeordneten Antriebswelle des elektrischen Antriebsmotors vom Untersetzungsgetriebe zweimal um 90 Grad auf die Vertikalwelle umgelenkt wird, d. h. es wird ein Antrieb nach Art eines umgekehrten U realisiert. Auf diese Weise wird der elektrische Antriebsmotor nicht mehr als höchster Punkt der Antriebsvorrichtung positioniert, sondern kann neben der Vertikalwelle und unterhalb des Untersetzungsgetriebes angeordnet werden, so dass sich eine bislang nicht realisierbare bedeutende Verringerung der Baugröße erreichen lässt, die durch die im Rahmen der Erfindung mögliche Auswahl eines kleinen und schnell laufenden Elektromotors weiter gesteigert wird.
Wenn überdies auf der Vertikalwelle eine Verbindung zu einem Oberwassergetriebe durchgeführt wird, welches in herkömmlicher Bauform über eine Schaltkupplung eine Verbindung zu einem Dieselmotor herstellt, kann ein besonders platzsparender Hybridantrieb realisiert werden. In diesem Falle wird über ein Ritzel des als Stirnradgetriebe ausgeführten Untersetzungsgetriebes die Verbindung zu einem vertikal angeordneten elektrischen Antriebsmotor gemäß der Erfindung hergestellt, der z. B. auf der Steuergetriebeplatte neben dem Oberwassergetriebe montiert ist. Das Ritzel kann auf das Rad des Stirnradgetriebes in Form eines Hohlrades oder in paralleler Bauform wirken, so dass die notwendige Untersetzung für den bevorzugt schnell drehenden elektrischen Antriebsmotor komfortabel hergestellt werden kann.
Nach einem Vorschlag der Erfindung sind der elektrische Antriebsmotor und das Untersetzungsgetriebe mittels der Hubvorrichtung gemeinsam mit dem Ruderpropeller bewegbar.
Nach einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der elektrische Antriebsmotor ortsfest innerhalb des Schiffes angeordnet ist, während das Untersetzungsgetriebe mittels der Hubvorrichtung gemeinsam mit dem Ruderpropeller bewegbar ist und eine Kupplung zwischen dem Antriebsmotor und dem Untersetzungsgetriebe vorgesehen ist, mittels derer der Antriebsmotor bei in Betriebsposition bewegtem Ruderpropeller an das Untersetzungsgetriebe ankuppelbar ist.
Sofern die Vertikalwelle der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung zusätzlich zu dem elektrischen Antriebsmotor mit einem weiteren Antriebsmotor antreibbar ist, z. B. im Rahmen einer Hybridanordnung mit einem Verbrennungsmotor antreibbar ist, kann der elektrische Antriebsmotor bei Nichtgebrauch auch als Generator betrieben werden, um zur Energieerzeugung genutzt zu werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der im Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt die einzige Figur in stark schematisierter Darstellung eine Antriebsvorrichtung 1 für ein Schiff, bei dem ein Ruderpropeller 10 in an sich bekannter Ausführung mittels einer nicht näher dargestellten Hubvorrichtung in Pfeilrichtung H vertikal entlang seiner Mittelachse M innerhalb eines im Schiffsrumpf angeordneten Schachtes 16 verfahrbar ist, um entweder in die in der Zeichnung dargestellte Betriebsposition verfahren zu werden, in welcher der Ruderpropeller 10 außerhalb des Schiffsrumpfes angeordnet ist oder aber bei Nichtgebrauch vollständig in den Schacht 16 innerhalb des Schiffsrumpfes eingefahren zu werden.
Der Antrieb des Ruderpropellers 10 erfolgt in an sich bekannter Weise über eine sich entlang der Mittelachse M erstreckende Vertikalwelle 11, die an ihrem unteren Ende ein Kegelrad trägt, welches als Bestandteil eines Winkelgetriebes 100 die horizontal verlaufende Propellerwelle 101 und damit letztlich den am Ende der Propellerwelle 101 befestigten Propeller 102 antreibt.
Die Vertikalwelle 11 ist innerhalb eines Rohrs 14 geführt, welches zu einer Steuergetriebeplatte 13 führt, mit welchem die gesamte Einheit in nicht näher dargestellter Weise um 360 Grad um die Mittelachse M verschwenkt werden kann, so dass mittels des Ruderpropellers 10 das Schiff auch gesteuert werden kann.
Oberhalb der Steuergetriebeplatte 13 und insoweit im dargestellten Ausführungsbeispiel am höchsten Punkt der Antriebsvorrichtung ist ein Untersetzungsgetriebe 15 in Form eines horizontal angeordneten Stirnradgetriebes mit Stirnrädern 15a, 15b vorgesehen, welches von einem besonders kompakten und schnell laufenden elektrischen Antriebsmotor 12 angetrieben wird. Der elektrische Antriebsmotor 12 weist zu diesem Zweck eine sich achsparallel zur Vertikalwelle erstreckende Antriebswelle 120 auf, deren Mittelachse mit A gekennzeichnet ist und die das durchmesserkleinere Stirnrad 15a antreibt, welches seinerseits für den Antrieb des mit größerem Durchmesser versehenen Stirnrades 15b sorgt, welches auf der Vertikalwelle 11 montiert ist. Insoweit wird die Drehzahl des schnell laufenden Elektromotors 12 ins langsame untersetzt, nämlich auf eine für den Einsatz an einer Vertikalwelle 11 eines Ruderpropellers geeignete Drehzahl, wobei gleichzeitig das wirksame Drehmoment des Antriebsmotors 12 entsprechend erhöht wird.
Entscheidend für den besonders geringen Platzbedarf der Antriebsvorrichtung ist es, dass durch diese Anordnung mit vertikal verlaufender Antriebswelle des elektrischen Antriebsmotors, horizontal verlaufendem Untersetzungsgetriebe und dann erneut vertikal verlaufender Vertikalwelle 11 der Kraftfluss in Form eines umgekehrten U's erfolgt und der elektrische Antriebsmotor 12 unterhalb der Steuergetriebeplatte 13 und unterhalb des Untersetzungsgetriebes 15 in einem bislang bei derartigen ausfahrbaren Ruderpropellern nicht genutzten Raum angeordnet werden kann. Da überdies infolge der Verwendung eines Untersetzungsgetriebes 15 ein besonders schnell drehender und damit leichterer und kleinerer elektrischer Antriebsmotor 12 verwendet werden kann, wird eine weitere Reduzierung des Platzbedarfs erreicht.

Claims

Antriebsvorrichtung (1) für ein Schiff, umfassend einen Ruderpropeller (10) mit einer Propellerwelle (101) und mit einer die Propellerwelle (101) über ein Winkelgetriebe (100) antreibenden Vertikalwelle (11), welche mittels eines elektrischen Antriebsmotors (12) drehantreibbar ist, und eine Hubvorrichtung zum Bewegen des Ruderpropellers (10) zwischen einer eingefahrenen Position innerhalb des Schiffes und einer ausgefahrenen Betriebsposition außerhalb des Schiffes, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem elektrischen Antriebsmotor (12) und der Vertikalwelle (11) ein Untersetzungsgetriebe (15) vorgesehen ist.
Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (15) als Stirnradgetriebe mit vertikal verlaufenden Stirnradachsen ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (12) eine Antriebswelle (120) aufweist, die achsparallel zur Vertikalwelle (11) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (12) unterhalb des Untersetzungsgetriebes (15) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (12) und das Untersetzungsgetriebe (15) mittels der Hubvorrichtung gemeinsam mit dem Ruderpropeller (10) bewegbar sind.
Antriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (12) und das Untersetzungsgetriebe (15) ortsfest innerhalb des Schiffes angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (12) ortsfest innerhalb des Schiffes angeordnet ist und das Untersetzungsgetriebe (15) mittels der Hubvorrichtung mit dem Ruderpropeller (10) bewegbar ist und eine Kupplung zwischen dem elektrischen Antriebsmotor (12) und dem Untersetzungsgetriebe (15) vorgesehen ist, mittels derer der elektrische Antriebsmotor (12) bei in Betriebsposition bewegtem Ruderpropeller (10) an das Untersetzungsgetriebe (15) ankuppelbar ist.
Antriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertikalwelle (11) zusätzlich zu dem elektrischen Antriebsmotor (12) mit einem weiteren Antriebsmotor antreibbar ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (12) als Generator betreibbar ist.