DE102015107165A1

DE102015107165A1 - Schiffsantrieb

Info

Publication number: DE102015107165A1
Application number: DE102015107165.7A
Authority: DE
Inventors: Volker Höfer; Jörg Scheid
Original assignee: Schottel GmbH
Current assignee: Schottel GmbH
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2016-11-10
Also published as: EP3292041A1; US20180086426A1; CN107531318A; WO2016177865A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit einem oberen Gehäuseteil, einer Gondel und einem sich zwischen dem oberen Gehäuseteil und der Gondel erstreckenden Schaft, wobei in der Gondel ein Unterwassergetriebe mit Eingangs- und Ausgangswelle angeordnet ist und die Eingangswelle mit einer durch den Schaft verlaufenden Antriebswelle verbunden ist, die von einem Elektromotor angetrieben wird, wobei der Elektromotor innerhalb des Schaftes angeordnet ist und die Antriebswelle umschließt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit einem oberen Gehäuseteil, einer Gondel und einem sich zwischen dem oberen Gehäuseteil und der Gondel erstreckenden Schaft, wobei in der Gondel ein Unterwassergetriebe mit Eingangs- und Ausgangswelle angeordnet ist und die Eingangswelle mit einer durch den Schaft verlaufenden Antriebswelle verbunden ist, die von einem Elektromotor angetrieben wird.
Derartige Schiffsantriebe sind bekannt und dienen dazu, mittels eines auf der Ausgangswelle montierten Propellers die auf die Antriebswelle aufgebrachte Antriebsenergie in Vortriebskraft umzusetzen.
Bei einem gattungsgemäßen Schiffsantrieb, wie er aus der DE 10 2010 055 778 A1 bekannt geworden ist, wird dazu ein im Bereich des oberen Gehäuseteils oberhalb des Schaftes angeordneter Elektromotor mit der Antriebswelle verbunden und treibt über das in der Gondel befindliche Unterwassergetriebe die Ausgangswelle und letztlich den darauf montierten Propeller an. Ein solcher Schiffsantrieb funktioniert üblicherweise nach dem so genannten dieselelektrischen Prinzip, d. h. ein Verbrennungsmotor innerhalb des Schiffes erzeugt elektrische Energie, die an den Elektromotor abgegeben wird.
Nachteilig beim bekannten Stand der Technik ist der Platzbedarf des im oberen Gehäuseteil angeordneten Elektromotors, der den höchsten Punkt des Antriebs bildet und einen hohen Schmiermittelbedarf aufweist, da sowohl die das Unterwassergetriebe umschließende Gondel als auch der Schaft ölgefüllt sein müssen.
Eine andere Möglichkeit der Integration eines Elektromotors in einen Schiffsantrieb, insbesondere einen Ruderpropeller stellen POD-Anlagen dar, bei denen der antreibende Elektromotor in der Gondel eingebaut ist. Bei einem solchen Antriebsystem wird jedoch eine entsprechend großvolumige Gondel benötigt, die strömungstechnische Nachteile mit sich bringt und überdies ist ein solcher Antrieb wartungsfeindlich, da der Motor im Wartungsfall nicht auf einfache Weise vom Schiffsrumpf aus gewartet werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schiffsantrieb der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der die Nachteile des Standes der Technik umgeht.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Elektromotor innerhalb des Schaftes angeordnet ist und die Antriebswelle umschließt.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden zwei Hauptvorteile erzielt. Zum einen wird der Elektromotor besonders platzsparend innerhalb des Schaftes integriert, d. h. er bildet nicht mehr den höchsten Punkt des Schiffsantriebes und das obere Gehäuseteil kann entsprechend kleiner ausgeführt werden. Zum anderen steht innerhalb des Schaftes eine große Bauraumlänge zur Verfügung, so dass der verwendete Elektromotor entsprechend lang ausgeführt werden kann, wodurch der Außendurchmesser desselben verringert werden kann, ohne Einbußen bei der Leistung hinnehmen zu müssen.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass durch Integration des Elektromotors in den Schaft das benötigte Ölvolumen im Schiffsantrieb reduziert wird, da ein großer Teil des bisher ölgefüllten Bauraumes durch den Elektromotor belegt wird.
Nach einem Vorschlag der Erfindung erstreckt sich der Elektromotor sogar noch über den Schaft hinaus bis in den oberen Gehäuseteil, der für die Fixierung des erfindungsgemäßen Schiffsantriebs im Schiffsrumpf nach wie vor erforderlich ist.
Nach einem Vorschlag der Erfindung kann die Antriebswelle den Rotor des Elektromotors bilden oder mit diesem verbunden sein, so dass der erfindungsgemäße Schiffsantrieb mit besonders wenigen Teilen auskommt.
Nach einem alternativen Vorschlag der Erfindung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Antriebswelle über ein Untersetzungsgetriebe mit dem Elektromotor verbunden ist, welches beispielsweise im oberen Gehäuseteil angeordnet sein kann und als Planetengetriebe ausgebildet ist. Durch Anordnung eines solchen Untersetzungsgetriebes ist es möglich, einen von seinen Abmessungen her schlankeren Motor mit vergleichsweise weniger Drehmoment als bisher zur Verfügung zu stellen, der jedoch durch die Zwischenschaltung des Untersetzungsgetriebes die erforderlichen Antriebsmomente bereitzustellen vermag. Neben deutlich verringerten Anschaffungs- und Herstellungskosten für derartige Elektromotoren mit geringeren Abmessungen lassen sich diese auch in einem besonders schlank gehaltenen Schaft des Schiffsantriebes unterbringen, was wiederum strömungstechnische Vorteile mit sich bringt.
Bei dem erfindungsgemäßen Schiffsantrieb kann es sich insbesondere um einen Ruderpropeller handeln, der mit einem Verstellantrieb zum Drehen der Gondel und ggf. auch des damit verbundenen Schaftes um eine vertikale Achse ausgebildet ist. In diesem Falle ist der Verstellantrieb vorteilhaft im Bereich des oberen Gehäuseteils angeordnet und bildet den höchsten Punkt des erfindungsgemäßen Schiffsantriebes, wobei die Gesamthöhe des Verstellantriebes durch eine abgewinkelte Anordnung der Verstellmotoren weiter reduziert werden kann.
Neben der Anordnung eines einzelnen Untersetzungsgetriebes, vorzugsweise im oberen Gehäuseteil, können selbstverständlich auch weitere Untersetzungsstufen insbesondere in Form von Planetengetrieben z. B. innerhalb der Gondel vorgesehen sein, so dass sich Gesamtübersetzungen von i > 20 ergeben können.
Schließlich kann noch vorgesehen sein, die Antriebswelle über eine schaltbare Kupplung mit einem Oberwassergetriebe zu verbinden und von diesem anzutreiben, so dass neben dem Elektromotor auch ein weiterer, beispielsweise einem Schiff angeordneter Verbrennungsmotor Antriebskräfte auf die Ausgangswelle übertragen kann und auf diese Weise ein besonders platzsparender Hybridantrieb möglich wird.
Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 in einer schematisierten Seitenansicht eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schiffsantriebes;
2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung;
3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung;
4 die Kühlung einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
5 die Kühlung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Aus der 1 ist ein Schiffsantrieb gemäß einer ersten Ausführungsform ersichtlich, bei dem es sich um einen Ruderpropeller handelt, der mittels nicht näher dargestellter, an sich aber bekannter Verstellantriebe um eine vertikale Achse V drehbar ist.
Der Schiffsantrieb umfasst einen oberen Gehäuseteil 10, eine Gondel 12 und einen sich zwischen dem oberen Gehäuseteil 10 und der Gondel 12 erstreckenden Schaft 11. Während der obere Gehäuseteil 10 ortsfest in einem hier nicht dargestellten Schiffsrumpf verbaut ist, sind der Schaft 11 und die Gondel 12 mittels des Verstellantriebes um die Achse V verschwenkbar, um neben Vortrieb auch einen Steuerimpuls für das solchermaßen ausgerüstete Wasserfahrzeug zu erzeugen.
Innerhalb der Gondel 12 ist ein Unterwassergetriebe 120 aufgenommen, welches eine Eingangswelle 121 sowie eine Ausgangswelle 122 trägt, die etwa unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Die horizontal verlaufende Ausgangswelle 122 trägt exemplarisch einen mit 16 gekennzeichneten Propeller an einem ihrer Enden, mit welchem sie aus der Gondel 12 herausgeführt ist.
Die Eingangswelle 121 des Unterwassergetriebes 120 ist mit einer nicht näher dargestellten Antriebswelle 13 verbunden, die von einem Elektromotor 14 angetrieben wird. Dieser Elektromotor 14 bezieht seine Energie beispielsweise aus geeigneten Energiespeichern innerhalb des Schiffes oder aus einem Verbrennungsmotor, um einen dieselelektrischen Antrieb zu realisieren.
Zur Schaffung eines besonders kompakten Antriebes ist der Elektromotor 14 innerhalb des Schaftes 11 angeordnet und umschließt die Antriebswelle, wobei sich der Elektromotor 14 bis in den oberen Gehäuseteil 10 erstreckt.
Eine solche Ausgestaltung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Antriebswelle 13 innerhalb des Elektromotors als dessen Rotor ausgebildet ist oder aber mit diesem verbunden ist.
Infolge der gewählten Anordnung des Elektromotors 14 innerhalb des Schaftes 11, ggf. bis in den oberen Gehäuseteil 10 erstreckend, wird ein besonders kompakter Antrieb erhalten, der sich leicht und mit nur äußerst geringem Platzbedarf in einem Wasserfahrzeug integrieren lässt. Dazu ist es üblicherweise vorgesehen, dass lediglich das obere Gehäuseteil 10 innerhalb des Schiffsrumpfes aufgenommen wird, während der Schaft 11 sowie die Gondel 12 unterseitig aus dem Schiffsrumpf herausragen und sich unter Wasser befinden.
Das obere Gehäuseteil 10 beherbergt somit lediglich einen Teil des Elektromotors 14 sowie den Verstellantrieb, während der übrige Teil des Elektromotors 14 innerhalb des Schaftes angeordnet ist.
Aufgrund der Anordnung des Elektromotors 14 im Schaft 11 und teilweise in das obere Gehäuseteil 10 erstreckend kann eine sehr lange Ausführung des Elektromotors 14 in den Antrieb integriert werden, die eine bedeutende Reduktion seines Außendurchmessers gestattet. Dadurch erreicht der Schaft 11 trotz der Aufnahme des Elektromotors 14 eine für die Umströmung vorteilhaft geringen Querschnitt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 kommt eine gegenüber 1 leicht abgewandelte Ausgestaltung zur Anwendung, wobei in diesem Ausführungsbeispiel wie auch in den folgenden Ausführungsbeispielen der Propeller 16 nicht mehr eingezeichnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel gemäß 2 verläuft die Antriebswelle durchgängig durch den Elektromotor 14 hindurch und ist mit der Eingangswelle 121 des Unterwassergetriebes 122 gekoppelt, wobei der Elektromotor 14 über ein im oberen Gehäuseteil 10 aufgenommenes zwischengeschaltetes Untersetzungsgetriebe in Form eines Planetengetriebes auf die Antriebswelle 13 einwirkt. Dieses Planetengetriebe treibt der Elektromotor 14 über eine Hohlwelle an, innerhalb derer die Antriebswelle verläuft. Durch Anordnung eines solchen Untersetzungsgetriebes wird vom Elektromotor 14 nur ein geringes Antriebsdrehmoment gefordert, so dass dessen Abmessungen weiter reduziert werden können und der Elektromotor 14 auch in einem nur geringe Abmessungen aufweisenden Schaft 14 angeordnet werden kann.
Wie aus dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ersichtlich, können auch weitere Untersetzungsstufen, beispielsweise im Bereich der Gondel 12, wie mit Bezugszeichen 15a angedeutet, vorgesehen werden. Beispielsweise kann die Ausgangswelle 122 mit einem als Planetengetriebe ausgebildeten Untersetzungsgetriebe 15a verbunden sein und über dieses angetrieben werden. Auf diese Weise können Gesamtübersetzungen von i > 20 realisiert werden. Durch gezielte Anpassung der Übersetzungen der Planetenstufen 15, 15a kann zudem ein sehr kleines Tellerrad im Unterwassergetriebe 120 verwendet werden, was sehr günstige L/D-Verhältnisse bedingt.
Bei allen vorangehend erläuterten Ausführungsformen wird auch das benötigte Ölvolumen im Schiffsantrieb reduziert, da ein großer Teil des zur Verfügung stehenden Bauraumes bereits durch den Elektromotor 14 im Schaft 11 und im oberen Gehäuseteil 10 ausgefüllt wird. Je nach Ausführungsform des Schiffsantriebes kann eine Reduktion des Ölvolumens lediglich auf das Unterwassergetriebe innerhalb der Gondel 12 erfolgen.
Es versteht sich, dass die vorangehend erläuterten Schiffsantriebe nicht nur starr in einem Schiffsrumpf eingebaut sein können, sondern entlang der Hochachse V auch als ausfahrbare Schiffsantriebe Verwendung finden können. Auch hierbei bietet die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung des Elektromotors 14 innerhalb des Schaftes bedeutende Vorteile.
Schließlich ist aus den 4 und 5 anhand zweier Ausführungsbeispiele gemäß 1 ersichtlich, wie das innerhalb der Gondel 12 angeordnete Unterwassergetriebe sowie der Elektromotor 14 gekühlt werden können.
Gemäß Ausführungsbeispiel der 4 erfolgt die Kühlung der Antriebskomponenten ausschließlich über umströmendes Wasser W unterhalb des Schiffsrumpfes S, während im Ausführungsbeispiel gemäß 5 noch ein zusätzlicher Kühlmittelkreislauf K innerhalb des Schiffsantriebes zusätzlich zur Kühlung mittels des umströmenden Wassers W vorgesehen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010055778 A1 [0003]

Claims

Schiffsantrieb mit einem oberen Gehäuseteil (10), einer Gondel (12) und einem sich zwischen dem oberen Gehäuseteil (10) und der Gondel (12) erstreckenden Schaft (11), wobei in der Gondel (12) ein Unterwassergetriebe (120) mit Eingangs- und Ausgangswelle (121, 122) angeordnet ist und die Eingangswelle (121) mit einer durch den Schaft (11) verlaufenden Antriebswelle (13) verbunden ist, die von einem Elektromotor (14) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) innerhalb des Schaftes (11) angeordnet ist und die Antriebswelle (13) umschließt.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) sich über den Schaft hinaus bis in den oberen Gehäuseteil (10) erstreckt.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (13) den Rotor des Elektromotors (14) bildet oder mir diesem verbunden ist.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (13) über ein Untersetzungsgetriebe (15) mit dem Elektromotor (14) verbunden ist.
Schiffsantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (15) im oberen Gehäuseteil angeordnet ist.
Schiffsantrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (15) als Planetengetriebe ausgebildet ist.
Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er als Ruderpropeller mit einem Verstellantrieb zum Drehen der Gondel (12) um eine vertikale Achse (V) ausgebildet ist.
Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er als aus einem Schiffsrumpf ausfahrbarer Antrieb ausgebildet ist.
Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (13) über eine schaltbare Kupplung mit einem Oberwassergetriebe verbindbar und von diesem antreibbar ist.
Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (122) mit einem als Planetengetriebe ausgebildeten Untersetzungsgetriebe (15a) verbunden ist.