DE102017127724A1 - drive arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung (1) umfassend einen Hauptantrieb (3) und einen oder mehrere vom Hauptanatrieb (3) antreibbaren Generatoren (9) zur Erzeugung elektrischer Energie auf einem Schiff, die von dem Hauptantrieb (3) über ein einstufiges, ein Getriebegehäuse (10a) aufweisendes Getriebe (10) antreibbar sind, wobei der Hauptantrieb (3) eine Kurbelwelle (1) aufweist und diese mittelbar über eine elastische Kupplung (6) mit dem einstufigen Getriebe (10) so gekoppelt ist, dass die Drehbewegung der Kurbelwelle (1) zum Antrieb der PTO-Generatoren (9) auf eine Getriebeeingangswelle (5) des Getriebes (10) übertragen wird, wobei die PTO-Generatoren (9) konzentrisch um die Getriebeeingangswelle (5) des Getriebes (10) angeordnet sind. The invention relates to a drive arrangement (1) comprising a main drive (3) and one or more generators (9) which can be driven by the main drive unit (3) for generating electrical energy on a ship which is driven by the main drive (3) via a single-stage transmission housing (3). 10a) having gear (10) are drivable, wherein the main drive (3) has a crankshaft (1) and this indirectly via a flexible coupling (6) with the single-stage gear (10) is coupled so that the rotational movement of the crankshaft (1 ) is transmitted to drive the PTO generators (9) to a transmission input shaft (5) of the transmission (10), wherein the PTO generators (9) are arranged concentrically around the transmission input shaft (5) of the transmission (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Antriebsanordnung (Hybrid-Antriebsanordnung) gemäß den Merkmalen von Anspruch 1. Demnach betrifft die Erfindung eine Antriebsanordnung aus einem Hauptantrieb und wenigstens einem Generator, der mittelbar oder unmittelbar von dem Hauptantrieb antreibbar ist.The invention relates to a hybrid drive assembly (hybrid drive assembly) according to the features of
Ein sogenannter Nebenabtrieb (auch als Zapfwelle oder nach der Abkürzung des englischen Begriffs power take-off als PTO bezeichnet) stellt vor allem bei Land- und Wasserfahrzeugen eine zumeist zuschaltbare mechanische Antriebsquelle an einem Nebenausgang des Getriebes bereit. Die mechanische Antriebsenergie kann z. B. direkt über eine Gelenkwelle oder Antriebswelle genutzt werden, um ein Getriebe anzutreiben.A so-called power take-off (also referred to as PTO or after the abbreviation of the English term power take-off as PTO) provides a mostly switchable mechanical drive source at a secondary output of the transmission, especially in land and water vehicles. The mechanical drive energy can z. B. can be used directly via a propeller shaft or drive shaft to drive a transmission.
Zur Stromerzeugung auf Schiffen wird unter anderem ein Generator direkt von der Hauptmaschine angetrieben, was als „Power Take Off (PTO)“ bekannt ist. Bei Schiffen sind zum Beispiel sogenannte Wellengeneratoren bekannt. Wellengeneratoren sind nicht wie ein typischer Bordnetzgenerator mit einem eigenem Diesel gekuppelt, sondern werden über einen Getriebestrang vom Hauptdiesel bzw. dem Propellerstrang angetrieben. Im normalen PTO-Betrieb (Power Take Out betrieb) versorgt dieser Generator das Bordnetz eines Schiffes mit Energie. Im PTI-Betrieb (Power Take In Betrieb) kann der Bordnetzgenerator z. B. als Synchronmotor, gespeist durch die Generatoren der Hilfsdieselaggregate entweder im PTH (Power Take Home) oder im Booster Modus arbeiten. Der so bezeichnete PTH-Modus soll bei Ausfall des Hauptantriebes die Manövrierfähigkeit des Schiffes absichern und gewährleisten, dass der nächste Hafen angesteuert werden kann.For power generation on ships, among other things, a generator is driven directly from the main engine, which is known as "Power Take Off (PTO)". In ships, for example, so-called wave generators are known. Wave generators are not coupled with their own diesel as a typical on-board generator, but are driven by a gear train from the main diesel or the propeller strand. In normal PTO operation (power take-out operation), this generator supplies the electrical system of a ship with energy. In PTI mode (power take in operation), the on-board power generator z. B. as a synchronous motor, powered by the generators of the auxiliary diesel engines work either in PTH (Power Take Home) or booster mode. The so-called PTH mode is to ensure the maneuverability of the ship in case of failure of the main drive and ensure that the next port can be controlled.
Der Antrieb kann z. B. auf der Vorderseite der Hauptmaschine platziert sein als auch auf der Propellerwellenseite. Verschiedenste Lösungen mit und ohne Getriebe sind hierbei geläufig. Auf der Propellenwellenseite ist die Lösung mittels Tunnelgetriebe, welches über die Propellerwelle angetrieben wird, weit verbreitet. Aufgrund von begrenzten Platzverhältnissen auf Schiffen sind je nach Schiffstyp und Schiffsbauart verschiedene Optionen zur räumlichen Anordnung des Generators notwendig. In diversen Anwendungsfällen kann jedoch ein PTO nur auf der Vorderseite des Hauptmotors angeordnet werden. Hier ist ein besonders kurz bauender PTO erforderlich, um möglichst wenig Laderaum im Schiff hierfür verwenden zu müssen.The drive can z. B. be placed on the front of the main engine as well as on the propeller shaft side. Various solutions with and without gearbox are common. On the propeller shaft side, the solution by means of tunnel gear, which is driven by the propeller shaft, widespread. Due to the limited space available on ships, depending on the type of vessel and the type of ship, various options for the spatial arrangement of the generator are necessary. In various applications, however, a PTO can only be placed on the front of the main engine. Here is a particularly short-built PTO required to use as little cargo space in the ship for this purpose.
Bei den im Stand der Technik bekannten Lösungen ergeben sich unter anderem die folgenden Probleme und Aufgabenstellungen. Es werden Platz sparende Bauweisen benötigt, um eine optimale Ausnutzung von Bauraum zu erhalten, die mit wenigen Bauteilen kostengünstig realisierbar sind und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Ferner besteht ein Bedürfnis danach, eine Lösung vorzusehen, mit der unterschiedliche Energiebedarfsmengen für unterschiedliche Anwendungsfälle abgedeckt werden können ohne allerdings das Basiskonzept jeweils ändern zu müssen. Des Weiteren wäre es von Nutzen, bei der Realisierung eines solchen Lösungskonzepts allgemein verfügbare Standardbaugruppen verwenden zu können. Dies hat nicht nur den Vorteil in der kostengünstigen Realisierung, sondern auch in der besseren globalen Verfügbarkeit solcher Standartbaugruppen bei Instandhaltungs- und Reparaturmaßnahmen.Among the solutions known in the prior art, among other things, the following problems and problems arise. Space-saving construction methods are required in order to obtain the optimum utilization of installation space, which can be implemented inexpensively with few components and which has a high degree of efficiency. Furthermore, there is a need to provide a solution with which different energy requirements for different applications can be covered without, however, having to change the basic concept in each case. Furthermore, it would be useful to be able to use generally available standard modules in the realization of such a solution concept. This not only has the advantage in the cost-effective implementation, but also in the better global availability of such standard assemblies in maintenance and repair measures.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Ziele im Rahmen der Erstellung eines einfachen und kostengünstigen Energiegewinnungskonzepts elektrischer Energie für Schiffe vorzuschlagen.The invention is therefore based on the object to propose the aforementioned objectives in the context of creating a simple and cost-effective energy production concept of electrical energy for ships.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the feature combination according to
Ein erster Grundgedanke der Erfindung liegt darin, eine Antriebsanordnung umfassend einen Hauptantrieb und einen oder mehrere vom Hauptanatrieb antreibbaren PTO-Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie auf einem Schiff vorgeschlagen, die mit dem Hauptantrieb über ein einstufiges Getriebe antreibbar verbunden sind. Insbesondere wird hierzu ein so bezeichnetes Multidrive-Konzept vorgeschlagen, d. h. die Verwendung bevorzugt von mehrerer kleiner Generatoren. Durch die gewünschte Anzahl und Kombination solcher in der Leistung kleineren Generatoren, kann in Summe die gewünschte Gesamtleistung erzeugt werden, die vorzugsweise auch skaliert zur Verfügung steht.A first basic idea of the invention is to propose a drive arrangement comprising a main drive and one or more main drive PTO generators for generating electrical energy on a ship, which are drivably connected to the main drive via a single-stage transmission. In particular, for this purpose, a so-called multidrive concept is proposed, d. H. the use preferably of several small generators. By the desired number and combination of such smaller in the performance of generators, the desired total power can be generated in total, which is preferably also available scaled.
Ein weiterer Aspekt des erfinderischen Konzepts besteht darin, eine Hybridlösung vorzusehen, was eine Kombination von einem einstufigen Getriebe und jeweils einem mittelschnelllaufenden Generator bedeutet. Dadurch ergeben sich erfahrungsgemäß kompakte und kostengünstige Gesamtbaugruppen.Another aspect of the inventive concept is to provide a hybrid solution, which means a combination of a single-stage transmission and a medium-speed generator respectively. As a result, experience shows that compact and cost-effective overall assemblies.
Ebenfalls ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verbindung der Generatoren mit dem Hauptantrieb. Hierbei wird erfindungsgemäß eine Positionierung einer elastischen Kupplung außerhalb des Motors bzw. des Getriebegehäuses vorgeschlagen, was eine gute Zugänglichkeit bei gleichzeitig kompakter Bauweise ermöglicht.Also, an aspect of the present invention relates to the connection of the generators with the main drive. Here, a positioning of an elastic coupling outside of the engine or the transmission housing is proposed according to the invention, which allows good accessibility while compact design.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine Antriebsanordnung umfassend einen Hauptantrieb und einen oder mehrere vom Hauptanatrieb antreibbaren PTO-Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie auf einem Schiff vorgeschlagen, die mit dem Hauptantrieb über ein einstufiges Getriebe antreibbar verbunden sind, wobei der Hauptantrieb eine Kurbelwelle aufweist und diese mittelbar über eine elastische Kupplung mit dem einstufigen Getriebe so gekoppelt ist, dass die Drehbewegung der Kurbelwelle zum Antrieb der PTO-Generatoren auf eine Getriebeeingangswelle des Getriebes übertragen wird, wobei die PTO-Generatoren konzentrisch um die Getriebeeingangswelle des Getriebes angeordnet sind. Durch diese modulare kompakte Bauweise lassen sich unterschiedliche Leistungsstufen der Antriebsanordnung je nach Anzahl der konzentrisch angeordneten Generatoren realisieren („Konzept Multi-Drive“). Hierdurch können auch in der Bauform und Leistungsstufe kleinere Standardgeneratoren zum Einsatz kommen.According to the invention for this purpose, a drive assembly comprising a main drive and one or more PTO generators driven by Hauptanatrieb for generating electrical energy on a ship proposed that with the Main drive via a single-stage gear are drivingly connected, wherein the main drive has a crankshaft and this is indirectly coupled via a flexible coupling with the single-stage gearbox so that the rotational movement of the crankshaft is transmitted to drive the PTO generators on a transmission input shaft of the transmission the PTO generators are arranged concentrically around the transmission input shaft of the transmission. Due to this modular compact design, different power levels of the drive arrangement can be realized depending on the number of concentrically arranged generators ("multi-drive concept"). As a result, smaller standard generators can also be used in the design and performance level.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Hauptantrieb (Main Engine) eine Dieselmaschine.In a preferred embodiment, the main engine is a diesel engine.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kurbelwelle des Hauptantriebs mittelbar über eine Zwischenwelle mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist. Weiter vorteilhaft ist es, wenn dabei die Getriebeeingangswelle als Hohlwelle ausgeführt ist, durch die die Zwischenwelle hindurchgeführt ist.In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the crankshaft of the main drive is indirectly connected via an intermediate shaft with the transmission input shaft. It is also advantageous if in this case the transmission input shaft is designed as a hollow shaft through which the intermediate shaft is passed.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elastische Kupplung außerhalb des Getriebegehäuses, vorzugsweise direkt vor dem Getriebe angeordnet ist. Dadurch kann die elastische Kupplung z. B. auf der Vorderseite des Getriebes platziert werden, wodurch sich der benötigte Bauraum wesentlich reduziert. Des Weiteren werden Wartungs- und Kontrollarbeiten an der elastischen Kupplung vereinfacht.In a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the elastic coupling is arranged outside the gear housing, preferably directly in front of the gearbox. This allows the elastic coupling z. B. placed on the front of the transmission, which significantly reduces the required space. Furthermore, maintenance and inspection of the flexible coupling are simplified.
Die Verbindung zwischen dem Dieselmotor und dem Getriebe erfolgt durch eine solche elastische Kupplung, welche Schwingungen dämpfen kann und räumliche Verlagerungen zwischen der Kurbelwelle des Dieselmotors und der Getriebewelle ausgleichen kann. Eine solche Kupplung ist vorzugsweise eine Kupplung mit elastischen Gummielementen oder mit einem Feder-Öl-Dämpfer System.The connection between the diesel engine and the transmission is made by such a flexible coupling, which can dampen vibrations and can compensate for spatial displacements between the crankshaft of the diesel engine and the transmission shaft. Such a coupling is preferably a coupling with elastic rubber elements or with a spring-oil-damper system.
Ferner wird die Getriebeeingangswelle vorzugsweise direkt im Getriebegehäuse mittels Lager gelagert. Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Getriebeeingangswelle ein Getriebeeingangszahnrad aufweist und koaxial zur Kurbelwelle angeordnet ist.Furthermore, the transmission input shaft is preferably mounted directly in the transmission housing by means of bearings. It is also advantageous if the transmission input shaft has a transmission input gear and is arranged coaxially with the crankshaft.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Getriebeeingangszahnrad jeweils mit antriebsseitigen, auf einer Generatorwelle angebrachten Ritzeln des oder der Generatoren verzahnt ist, um diese mittels Drehbewegung der Getriebeeingangswelle anzutreiben.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the transmission input gear is meshed with each drive-side, mounted on a generator shaft pinions of the generator or generators to drive them by means of rotational movement of the transmission input shaft.
Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, dass das einstufige Getriebe mit einem hohen Übersetzungsverhältnis i, vorzugsweise im Bereich von i = 5 bis 15, weiter vorzugsweise mit i = 10 ausgebildet ist, so dass die Drehzahl des Hauptantriebs zum Antrieb der PTO-Generatoren entsprechend angehoben wird. Denkbar sind auch noch höhere Übersetzungsverhältnisse. Alternativ würde eine zweite Getriebestufe zwar die Generatordrehzahl weiter erhöhen, jedoch mit negativen Auswirkungen auf die Gesamtkosten, den Wirkungsgrad und die Komplexität, sowie den erforderlichen Bauraum. Diese Aufteilung von gezielter Drehzahlerhöhung und verwendbarer Generatorgröße wird im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als „Hybrid-Konzept“ bezeichnet.It is further provided with advantage that the single-stage transmission with a high transmission ratio i, preferably in the range of i = 5 to 15, more preferably i = 10 is formed, so that the speed of the main drive to drive the PTO generators increased accordingly becomes. Also conceivable are even higher transmission ratios. Alternatively, a second gear stage would still increase the generator speed, but with negative effects on the total cost, the efficiency and the complexity, as well as the required installation space. This division of targeted speed increase and usable generator size is referred to in the context of the present invention as a "hybrid concept".
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn der oder die PTO-Generatoren direkt am Getriebegehäuse angeflanscht oder befestigt sind. Darüber hinaus ist es weiter von Vorteil, wenn das Getriebegehäuse direkt an dem Gehäuse des Hauptantriebs befestigt ist.It is also advantageous if the PTO or the generators are flanged or attached directly to the gear housing. Moreover, it is further advantageous if the transmission housing is attached directly to the housing of the main drive.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figur näher dargestellt.Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to FIG.
Es zeigt:
-
1 eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung.
-
1 an exemplary embodiment of the invention.
In der
Der Hauptantrieb
Der dargestellte PTO-Generator
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kurbelwelle
Das Getriebe weist ein Getriebegehäuse
Der PTO-Generator
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiments. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use.
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