DE102013108161B4 - Method for operating a double-ended ferry - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Antrieb einer Doppelendfähre (1), wobei im Bereich von Bug (10) und Heck (11) jeweils mindestens ein Ruderpropeller (2a, 2b) vorgesehen ist, der von jeweils einer zugeordneten Antriebsanlage (3) angetrieben wird, die einen Verbrennungsmotor (30) und einen Elektromotor (32) umfasst und mit einer Steuerungseinrichtung (5) zur unabhängigen Steuerung der Antriebsanlagen (3) für die Ruderpropeller (2a, 2b), dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor und der Elektromotor jeder Antriebsanlage (3) unabhängig voneinander mittels der Steuerungseinrichtung (5) angesteuert werden, dergestalt, dass bei Streckenfahrt der Doppelendfähre (1) der in Fahrtrichtung voraus liegende Ruderpropeller mittels des Elektromotors (32) der zugeordneten Antriebsanlage (3) und der andere Ruderpropeller mittels des Verbrennungsmotors (30) der zugeordneten Antriebsanlage (3) angetrieben wird und bei Positionierbetrieb der Doppelendfähre (1) alle Ruderpropeller (2a, 2b) mittels der zugeordneten Elektromotoren (32) angetrieben werden.Method for driving a double-ended ferry (1), wherein in each case at least one rudder propeller (2a, 2b) is provided in the region of the bow (10) and the stern (11), which is driven by an associated drive system (3) which drives an internal combustion engine (3). 30) and an electric motor (32) and with a control device (5) for independent control of the drive systems (3) for the Rudderpropeller (2a, 2b), characterized in that the internal combustion engine and the electric motor of each drive system (3) independently by means of the control device (5) are controlled, such that when the double-ended ferry (1) moves, the rudder propeller ahead in the direction of travel by means of the electric motor (32) of the associated drive system (3) and the other rudder propeller by means of the internal combustion engine (30) of the associated drive system (30). 3) is driven and in positioning the Doppelendfähre (1) all Rudderpropeller (2a, 2b) by means of the zugeordne th electric motors (32) are driven.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antrieb einer Doppelendfähre wobei im Bereich von Bug und Heck jeweils mindestens ein Ruderpropeller vorgesehen ist, der von jeweils einer zugeordneten Antriebsanlage angetrieben wird, die einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfasst und mit einer Steuerungseinrichtung zur unabhängigen Steuerung der Antriebsanlagen für die Ruderpropeller.The invention relates to a method for driving a Doppelendfähre wherein at least one rudder propeller is provided in the region of the bow and stern, which is driven by a respective associated drive system comprising an internal combustion engine and an electric motor and with a control device for independent control of the drive systems for the rudder propellers.
Doppelendfähren der eingangs genannten Art sind bekannt und werden beispielsweise als Autofähren auf Flüssen und Seen oder als seegehende Schiffe im küstennahen Bereich z.B. zu Inseln oder in Fjorden eingesetzt.Double-ended ferries of the type mentioned in the introduction are known and are used, for example, as car ferries on rivers and lakes or as sea-going vessels in the vicinity of the shore, e.g. used to islands or in fjords.
Doppelendfähren mit einer Anlagenleistung von maximal 1.200 kW werden überwiegend mit Ruderpropellern ausgestattet, die direkt von einem Dieselmotor, meist über eine Gelenkwelle, angetrieben werden. Erst bei größeren Leistungen werden gas- bzw. dieselelektrische Antriebssysteme eingesetzt, die allerdings auch deutlich höhere Kosten hinsichtlich der Installation bedingen.Double-ended ferries with a maximum system output of 1,200 kW are mainly equipped with rudder propellers, which are directly driven by a diesel engine, usually via a cardan shaft. Gas or diesel-electric drive systems are only used for larger outputs, but they also result in significantly higher installation costs.
Klassische Doppelendfähren werden mit zwei Ruderpropellern angetrieben, jeweils eine Anlage im Bug bzw. Heck mitschiffs angeordnet. Die Ruderpropeller werden bei Dienstgeschwindigkeit und Streckenfahrt üblicherweise mit deutlich unterschiedlicher Leistungsaufnahme betrieben. Die in Fahrtrichtung voraus liegende Anlage wird nur mit geringer Drehzahl und Leistung betrieben, während die andere, achtere Anlage zwischen 70 bis 85 % der insgesamt benötigten Antriebsleistung aufbringt. Diese unterschiedliche Leistungsabfrage einer Doppelendfähre ist dadurch bedingt, da sich ansonsten ungünstige Auswirkungen auf den Gesamtleistungsbedarf der Fähre ergeben. Diese resultieren im Wesentlichen aus zwei Effekten. Zum einen führt der beschleunigte Propellerstrahl der in Fahrtrichtung voraus liegenden Anlage zu einer Erhöhung des Widerstandes der Fähre aufgrund einer Erhöhung des Reibungswiderstandes durch die beschleunigte Umströmung des Rumpfes und einer Vergrößerung des Druckwiderstandes, der von der jeweiligen Einbausituation abhängt. Zum anderen führt die erhöhte Anströmgeschwindigkeit bei der anderen, achtern liegenden Anlage zu einem verminderten Schub/Leistungsverhältnis, so dass der Schiffsgütegrad abnimmt. Die insoweit notwendige geringe Leistungsaufnahme der in Fahrtrichtung voraus liegenden Ruderpropeller-Antriebsanlage hat einen ungünstigen Betriebszustand des Dieselmotors zur Folge, und zwar sowohl in Bezug auf den spezifischen Kraftstoffverbrauch als auch auf die Schadstoffemission. Ein solcher ungünstiger Teillastbetrieb mit nur 15 bis 30 % der Auslegeleistungen macht einen erheblichen Anteil der gesamten Betriebszeit aus, insbesondere, wenn die Zeit an der Pier für das Be- und Entladen mit berücksichtigt wird. Hierbei ist zu beachten, dass Fähren am Pier bei Be- und Entladen üblicherweise im Fährservice nicht festgemacht werden, weshalb das Schiff mit den Antriebsanlagen an der Pier gehalten werden muss und sich auch hierbei ein zumeist niedriger Schub- und damit Leistungsbedarf ergibt.Classic double-ended ferries are propelled by two rudder propellers, each with an arrangement arranged in the bow or stern of the ship. The Rudderpropeller be operated at service speed and route usually with significantly different power consumption. The plant lying ahead in the direction of travel is operated only at low speed and power, while the other, eighth plant applies between 70 to 85% of the total required drive power. This different performance query of a double-ended ferry is due to this, otherwise there are unfavorable effects on the total power requirements of the ferry. These result essentially from two effects. On the one hand, the accelerated propeller jet of the plant lying ahead in the direction of travel leads to an increase in the resistance of the ferry due to an increase in the frictional resistance due to the accelerated flow around the fuselage and an increase in the pressure resistance, which depends on the respective installation situation. On the other hand, the increased flow velocity at the other, aft lying plant to a reduced thrust / power ratio, so that the ship grade decreases. The extent necessary low power consumption in the direction of forward rudder propeller drive system has an unfavorable operating condition of the diesel engine result, both in terms of specific fuel consumption and on the pollutant emission. Such an unfavorable partial load operation with only 15 to 30% of the lay-out performances accounts for a considerable proportion of the total operating time, in particular if the time at the pier for loading and unloading is taken into account. It should be noted that ferries at the pier during loading and unloading are usually not fixed in the ferry service, which is why the ship with the propulsion systems at the pier must be kept and this also results in a mostly low thrust and thus power requirements.
Die
Weiterhin beschreibt die JP H09- 58 580 A die Verwendung von Ruderpropellern zum Antrieb von Doppelendfähren.Furthermore, JP H09-58 580 A describes the use of rudder propellers for driving double-ended ferries.
Aus der
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die Ausgestaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgesehen.To achieve the object, the embodiment is provided with the features of claim 1 according to the invention.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous embodiments and modifications of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung schlägt vor, den Verbrennungsmotor und den Elektromotor jeder Antriebsanlage unabhängig voneinander mittels der Steuerungseinrichtung anzusteuern, dergestalt, dass bei Streckenfahrt der Doppelendfähre der in Fahrtrichtung voraus liegende Ruderpropeller mittels des Elektromotors der zugeordneten Antriebsanlage und der andere Ruderpropeller mittels des Verbrennungsmotors der zugeordneten Antriebsanlage angetrieben wird und bei Positionierbetrieb der Doppelendfähre alle Ruderpropeller mittels der zugeordneten Elektromotoren angetrieben werden.The invention proposes to drive the internal combustion engine and the electric motor of each drive system independently of each other by means of the control device, such that when driving the double-ended ferry ahead in the direction of travel rudder propeller is driven by the electric motor of the associated drive system and the other Rudderpropeller means of the internal combustion engine of the associated drive system and in positioning the Doppelendfähre all Rudderpropeller be driven by means of the associated electric motors.
Erfindungsgemäß umfasst jede den Ruderpropellern zugeordnete Antriebsanlage einen Verbrennungsmotor und zusätzlich einen Elektromotor, so dass ein Hybridantrieb gebildet wird, der für den Antrieb des zugeordneten Ruderpropellers vorgesehen ist, wobei der Verbrennungsmotor und der Elektromotor unabhängig voneinander mittels der Steuerungseinrichtung ansteuerbar sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, bei Streckenfahrt der Doppelendfähre den in Fahrtrichtung voraus liegenden Ruderpropeller mittels des Elektromotors der zugeordneten Antriebsanlage und den anderen Ruderpropeller mittels des Verbrennungsmotors der zugeordneten Antriebsanlage anzutreiben, wodurch sich besonders vorteilhafte Betriebszustände ergeben. In diesem Fall kann nämlich der in Fahrtrichtung voraus liegende, im Bugbereich angeordnete Ruderpropeller wie bisher mit nur geringer Leistungsaufnahme betrieben werden, die ohne Weiteres von einem entsprechend dimensionierten Elektromotor emissionsfrei zur Verfügung gestellt werden kann. Die Hauptantriebsleistung wird nach wie vor bei der achtern liegenden weiteren Antriebsanlage erzeugt, und zwar durch den dort in der Antriebsanlage vorhandenen Verbrennungsmotor, der im optimalen Leistungsbereich gefahren werden kann. According to the invention, each drive system associated with the rudder propellers comprises an internal combustion engine and additionally an electric motor, so that a hybrid drive is provided which is provided for driving the associated rudder propeller, wherein the internal combustion engine and the electric motor can be controlled independently of one another by means of the control device. According to the invention, it is provided that the control device is set up to drive the rudder propeller ahead in the direction of travel during travel of the double-ended ferry by means of the electric motor of the associated drive system and the other rudder propellers by means of the internal combustion engine of the associated drive system, resulting in particularly advantageous operating states. In this case, namely, in the direction of travel lying ahead, arranged in the bow area Rudder propeller can be operated as before with only low power consumption, which can be provided by a correspondingly dimensioned electric motor emission-free without further notice. The main drive power is still generated at the aft lying further drive system, by the existing there in the drive system internal combustion engine, which can be driven in the optimum power range.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, dass bei Positionierbetrieb der Doppelendfähre, etwa Liegezeit an der Pier zum Be- und Entladen alle Ruderpropeller mittels der zugeordneten Elektromotoren angetrieben werden, so dass während dieser Zeit der Dieselmotor beider Antriebsanlagen abgeschaltet, damit Treibstoff und Emissionen eingespart werden können und die geringe notwendige Antriebsleistung ausschließlich von den jeweiligen Elektromotoren der Antriebsanlagen bereitgestellt wird.In addition, it is provided that the control device is set up so that in positioning the Doppelendfähre about lying time at the pier for loading and unloading all Rudderpropeller be driven by means of the associated electric motors, so turned off during this time, the diesel engine both propulsion systems, thus fuel and emissions can be saved and the low required drive power is provided exclusively by the respective electric motors of the drive systems.
Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Ausgestaltung an den beiden Antriebsanlagen vorgesehenen Elektromotoren werden hinsichtlich ihres Nennpunktes für eine deutlich geringere Drehzahl ausgelegt, können aber bei konstanter Leistung auch bis zur maximalen Drehzahl des Dieselmotors betrieben werden.The provided in the embodiment of the invention on the two drive systems electric motors are designed with respect to their nominal point for a much lower speed, but can be operated at constant power and up to the maximum speed of the diesel engine.
Nach einem Vorschlag der Erfindung weisen die Elektromotoren der Antriebsanlagen eine Nennleistung auf, die etwa 60 bis 70 % der Nennleistung des installieren Dieselmotors bzw. zwischen 35 bis 40 % der insgesamt pro Ruderpropeller installierten Leistung entspricht, wodurch der Elektromotor in der Lage ist, sowohl beim Positionierbetrieb als auch bei Streckenfahrt im Rahmen des Antriebs des in Fahrtrichtung voraus liegenden Ruderpropellers die benötigte Antriebsleistung aufzubringen.According to one proposal of the invention, the electric motors of the drive systems have a rated power corresponding to about 60 to 70% of the rated power of the installed diesel engine or between 35 to 40% of the total installed per rudder propeller power, whereby the electric motor is able to both in Positioning operation as well as driving in the course of the drive in the direction of travel upstream rudder propeller to apply the required drive power.
Diese Auslegung ergibt sich im Wesentlichen aus den Anforderungen an den Standschub, den üblichen Leistungsabstufungen der verfügbaren Verbrennungs-, insbesondere Dieselmotoren und der Intention, eine kleinere Baugröße des Verbrennungsmotors einsetzen zu können.This design results essentially from the requirements of the stall thrust, the usual power ratings of available combustion, especially diesel engines and the intention to be able to use a smaller size of the internal combustion engine.
Nach einem Vorschlag der Erfindung ist der Elektromotor direkt in die Wellenleitung des Verbrennungsmotors integriert, wobei alternativ auch möglich ist, den Elektromotor über eine eigene Antriebswelle den Ruderpropeller antreiben zu lassen oder über einen Riemenantrieb den Ruderpropeller anzutreiben.According to a proposal of the invention, the electric motor is integrated directly into the shaft line of the internal combustion engine, wherein alternatively it is also possible to drive the electric motor via its own drive shaft the rudder propeller or to drive the rudder propeller via a belt drive.
Mit der erfindungsgemäß möglichen Verwendung eines zusätzlichen Elektromotors pro Antriebsanlage der Ruderpropeller lässt sich der ausgeprägte Teillastbetrieb der in Fahrtrichtung voraus liegenden Antriebsanlage des zugeordneten Ruderpropellers vermeiden. Die Betriebsstundenzahl des Verbrennungsmotors sinkt erheblich und die Wartungsintervalle vergrößern sich. Der Verbrennungsmotor kann überdies zumeist eine Baugröße kleiner gewählt werden als im Stand der Technik.With the possible use according to the invention of an additional electric motor per drive system of the rudder propellers, the pronounced part-load operation of the drive system of the associated rudder propeller lying ahead in the direction of travel can be avoided. The number of operating hours of the internal combustion engine drops considerably and the maintenance intervals increase. In addition, the internal combustion engine can usually be chosen smaller than in the prior art.
Darüber hinaus besteht der Vorteil, dass nach Ausfall eines Verbrennungsmotors innerhalb einer Antriebsanlage eine zusätzliche Redundanz gegeben ist, so dass kleinere Reparaturen oder Servicearbeiten nahezu ohne Einschränkungen des normalen Fährbetriebes möglich sind.In addition, there is the advantage that after failure of an internal combustion engine within a drive system additional redundancy is given, so that minor repairs or service work are possible with almost no restrictions of the normal ferry operation.
Weiterer Vorteil der erfindungsgemäß pro Antriebsanlage zusätzlich vorgesehenen Elektromotoren ist in der sehr guten Dosierbarkeit des Schubes für An- und Ablegemanöver zu sehen. Der Elektromotor hat im Gegensatz zum Verbrennungsmotor keine feste Leerlaufdrehzahl und kann mit frei wählbarer Drehzahl gefahren werden, so dass die sonst erforderliche verschleiß- und verbrauchsintensive Schlupfkupplung entfällt und der Schub sehr feinfühlig reguliert werden kann.Another advantage of the present invention per drive system additionally provided electric motors can be seen in the very good controllability of the thrust for arrival and Ablegemanöver. The electric motor has in contrast to the internal combustion engine no fixed idle speed and can be driven at a freely selectable speed, so that the otherwise required wear and consumption-intensive slip clutch is eliminated and the thrust can be very sensitively regulated.
Weiterhin ist es möglich, dass die Steuerungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass die Ruderpropeller gemeinsam vom Elektromotor und Verbrennungsmotor der zugeordneten Antriebseinrichtung angetrieben werden, so dass zum einen ein Boost-Mode realisiert werden kann, bei dem bei hohen Schubanforderungen der Dieselmotor mit dem Elektromotor gekoppelt gefahren werden kann, wodurch sich ein deutlich höheres verfügbares Moment, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen ergibt, was bei Extremmanövern und schwierigen Wetterverhältnissen von besonderem Vorteil ist.Furthermore, it is possible for the control device to be set up in such a way that the rudder propellers are driven jointly by the electric motor and internal combustion engine of the associated drive device so that, on the one hand, a boost mode can be realized in which the diesel engine is coupled to the electric motor during high thrust demands can be, resulting in a significantly higher available torque, especially at low speeds, which is particularly advantageous in extreme maneuvers and difficult weather conditions.
Außerdem ist es bei diesem kombinierten Antrieb mittels Verbrennungs- und Elektromotor möglich, den Verbrennungsmotor kleiner auslegen zu können, da die im Vergleich fehlende Antriebsleistung vom Elektromotor bereitgestellt werden kann. Dies bringt Kostenvorteile und ergibt eine zum reinen Verbrennungsmotorantrieb äquivalente Antriebsleistung pro Ruderpropeller. Auch dieser im Vergleich kleinere Verbrennungsmotor kann im optimalen Leistungsbereich gefahren werden.In addition, it is possible in this combined drive by means of combustion and electric motor to be able to design the internal combustion engine smaller, since the missing in comparison Drive power can be provided by the electric motor. This brings cost advantages and results in a pure combustion engine drive equivalent drive power per rudder propeller. Even this comparatively smaller internal combustion engine can be driven in the optimum power range.
Vergleicht man den Wirkungsgrad des Gesamtsystems mit einem dieselelektrischen Antriebskonzept, so ergeben sich erhebliche Vorteile für die erfindungsgemäße Auslegung. Diese resultieren im Wesentlichen aus deutlich geringeren Installationskosten sowie kleineren Umwandlungsverlusten.Comparing the efficiency of the overall system with a diesel-electric drive concept, there are considerable advantages for the inventive design. These result mainly from significantly lower installation costs and smaller conversion losses.
Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren angetriebene Doppelendfähre kann zudem ausschließlich mit Elektromotoren der Antriebsanlagen betrieben werden, so dass im Falle einer entsprechenden Abgasnachbehandlung vorhandener Dieselgeneratoren sich auch ein emissionsarmer Betrieb in Umweltzonen mit strengen Auflagen realisieren lässt.A driven by the novel double-ended ferry can also be operated exclusively with electric motors of the drive systems, so that in the case of a corresponding exhaust aftertreatment existing diesel generators also low-emission operation in environmental zones can be implemented with strict conditions.
Die für den Betrieb der Elektromotoren innerhalb der Antriebsanlagen erforderliche elektrische Leistung kann beliebig bereitgestellt werden. Nach einem Vorschlag der Erfindung wird ein zusätzlicher Generator in das Bordnetz integriert bzw. ein größerer Generatorsatz verwendet. Alternativ kann der Dieselgenerator direkt den Frequenzumrichter speisen (Inselbetrieb) und es sind keine Anpassungen des Bordnetzes bzw. Powermanagements erforderlich. Das ist insbesondere deshalb möglich, weil die installierte zusätzliche Leistung sich weitgehend an der benötigen Propulsionsleistung orientiert und diese relativ genau bekannt ist, da sie sich aus der Dienstgeschwindigkeit für den Betrieb der Fahre ableiten lässt.The required for the operation of the electric motors within the drive systems electrical power can be provided arbitrarily. According to a proposal of the invention, an additional generator is integrated in the electrical system or a larger generator set is used. Alternatively, the diesel generator can directly feed the frequency converter (isolated operation) and no adjustments to the vehicle electrical system or power management are required. This is particularly possible because the installed additional power is largely based on the required Propulsionsleistung and this is relatively accurate known, since it can be derived from the service speed for the operation of the ferry.
Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgen anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen:
-
1 in stark vereinfachter Darstellung das Antriebskonzept einer Doppelendfähre gemäß der Erfindung; -
2 in schematisierter Darstellung die Antriebsanlagen der Doppelendfähre gemäß1 .
-
1 in a greatly simplified representation of the drive concept of a double-ended ferry according to the invention; -
2 in a schematic representation of the drive systems of the double-ended ferry according to1 ,
Aus der
Charakteristisch für derartige Doppelendfähren ist es jedoch, dass sie üblicherweise im Bereich von Bug
Aus der
Um die Elektromotoren
Mittels der Steuerungseinrichtung
Wenn die Doppelendfähre
In diesem Betriebszustand, der von der hier nicht dargestellten Brücke entsprechend vorgewählt wird, aktiviert die Steuerungseinrichtung
Auch während des An- und Ablegens der Doppelendfähre
Geht die Doppelendfähre
Im Folgenden soll der Fall beschrieben werden, dass die Doppelendfähre
In diesem Fahrzustand sorgt die Steuerungseinrichtung
Fährt die Doppelendfähre
Alternativ ist auch möglich, mittels der Steuerungseinrichtung
Selbstverständlich ist es auch bei besonders großer Leistungsanforderung möglich, einen oder beide Ruderpropeller
Der wesentliche Vorteil der vorangehend beschriebenen Erfindung liegt darin, dass bei Streckenfahrt und in Positionierbetrieb mit entsprechend geringer Leistungsanforderung zumindest eines der Ruderpropeller
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- DoppelendfähreDouble-ended
- 2a2a
- RuderpropellerRudderpropeller
- 2b2 B
- RuderpropellerRudderpropeller
- 33
- Antriebsanlagepower plant
- 44
- DieselgeneratorDiesel generator
- 55
- Steuerungseinrichtungcontrol device
- 1010
- Bugbow
- 1111
- HeckRear
- 3030
- Dieselmotordiesel engine
- 3131
- Antriebswelledrive shaft
- 3232
- Elektromotorelectric motor
- 3333
- Antriebswelledrive shaft
Claims (6)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |