-
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für einen Schiffsantrieb. Der Schiffsantrieb umfasst einen Hauptantriebsmotor, ein Schiffsgetriebe und eine elektrische Maschine, die als Nebenantrieb einsetzbar ist. Die elektrische Maschine kann dabei in verschiedenen Betriebsarten entweder motorisch oder generatorisch betrieben werden. Derartige Hybridantriebe für Schiffe erlauben gegenüber rein verbrennungsmotorisch antreibbaren Schiffsantrieben einen erweiterten Anwendungsbereich.
-
Aus der
DE 10 2016 214 487 A1 ist ein Schiffsantriebssystem mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine bekannt. Das Schiffsantriebssystem umfasst ein gemeinsames Gehäuse für eine Getriebeanordnung und ein Drucklager. Das gemeinsame Gehäuse ist an ein Schiffsfundament angebunden. In einer Ausführung ist die elektrische Maschine dabei unmittelbar an das gemeinsame Gehäuse angebunden, sodass die elektrische Maschine über das gemeinsame Gehäuse an das Schiffsfundament angebunden ist.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Antriebsanordnung für einen Schiffsantrieb mit einem Schiffsgetriebe und einer elektrischen Maschine weiter zu verbessern. Insbesondere sollen ein einfacher Einbau und ein langfristig zuverlässiger Betrieb der Antriebsanordnung ermöglicht werden.
-
Diese Aufgaben werden durch eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Schiffantrieb gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
-
Demnach wird eine Antriebsanordnung für einen Schiffsantrieb vorgeschlagen. Die Antriebsanordnung umfasst ein Schiffsgetriebe und eine elektrische Maschine, wobei das Schiffsgetriebe wahlweise mittels eines mit der Antriebsanordnung verbindbaren Hauptantriebsmotors und/oder mittels der elektrischen Maschine angetrieben werden kann.
-
Die Antriebsanordnung weist ferner einen Tragrahmen auf, der mit einem Getriebegehäuse des Schiffsgetriebes und mit einem Gehäuse der elektrischen Maschine verbunden ist, sodass zumindest die Gewichtskräfte und Drehmomente der elektrischen Maschine mittels des Tragrahmens abgestützt sind. Die elektrische Maschine kann allein durch den Tragrahmen getragen werden, wodurch keine weitere Lagerstelle für die elektrische Maschine erforderlich ist. Der Tragrahmen ist so dimensioniert und angeordnet, dass er zumindest die auf die elektrische Maschine wirkenden Kräfte und Drehmomente gegenüber dem Getriebegehäuse abstützen kann. Der Tragrahmen kann daher auch als Tragstütze bezeichnet werden. In einer ersten Ausführungsform stützt der Tragrahmen die elektrische Maschine an dem Getriebegehäuse ab, während das Getriebegehäuse wiederum auf einem Schiffsfundament gelagert ist. Dies hat den Vorteil, dass die elektrische Maschine nicht separat über eine eigene Lagerung an einem Schiffsfundament abgestützt werden muss. Neben dem Entwicklungs- und Materialaufwand für eine eigene Lagerung der elektrischen Maschine kann dadurch der Ein- und Ausbau des Schiffsantriebs einfacher und schneller erfolgen, da das Schiffgetriebe samt elektrischer Maschine als ein Gesamtpaket eingebaut werden kann. Trotzdem ist die elektrische Maschine durch den Tragrahmen sicher und zuverlässig gelagert und befestigt.
-
Ein weiterer Vorteil der Tragrahmenanordnung ist die Bauraumeinsparung in Schiffslängsrichtung, da auf zusätzliche Wellenstücke sowie auf aufwändige versatzausgleichende Kupplungen im Antriebsstrang verzichtet werden kann. Derartige versatzausgleichende Kupplungen sind in Schiffsantrieben erforderlich, wenn eine elektrische Maschine über eine eigene Lagerung im Schiffsrumpf so zu sagen freistehend gelagert ist, wodurch im Betrieb Relativbewegungen und dadurch verursachter Versatz zwischen der elektrischen Maschine und einem damit verbundenen Schiffsgetriebe kompensiert werden müssen.
-
Als Hauptantriebsmotor kann insbesondere ein Verbrennungsmotor zur Anwendung kommen. Der Hauptantriebsmotor kann eine Grundlast beim Antrieb des Schiffs im Normalbetrieb abdecken, während die elektrische Maschine beispielsweise zusätzlich zu dem Hauptantriebsmotor zugeschaltet wird, um den Schiffsantrieb zeitweise mit einer Maximalleistung zu betreiben. Die elektrische Maschine kann das Schiff jedoch auch allein antreiben, um das Schiff bei einem Ausfall des Hauptantriebsmotors in einen Hafen zu bringen. Ein rein elektrischer Antrieb durch die elektrische Maschine kann auch genutzt werden, um das Schiff beispielsweise in sensiblen Hafenzonen, emissionsfrei und leise antreiben zu können. In einem generatorischen Betrieb kann die elektrische Maschine kann ferner als Generator zum Aufladen einer Batterie oder zur Energieversorgung von anderen elektrischen Verbrauchern auf dem Schiff genutzt werden.
-
Der Tragrahmen kann ferner Lagerstellen zur Verbindung mit einem Schiffsfundament aufweisen. Über diese Lagerstellen kann der Tragrahmen Kräfte und Drehmomente von dem Getriebegehäuse und dem Gehäuse der elektrischen Maschine auf das Schiffsfundament übertragen. Der Tragrahmen stützt gemäß dieser zweiten Ausführungsform das Schiffsgetriebe und die elektrische Maschine gegenüber dem Schiffsfundament ab. Insbesondere die Gewichtskräfte des Schiffsgetriebes und der elektrischen Maschine werden so über den Tragrahmen auf dem Schiffsfundament abgestützt. Aber auch andere Kräfte und Drehmoment, die beispielsweise über den Antriebsstrang auf das Schiffsgetriebe oder die elektrische Maschine wirken, können mittels des Tragrahmens gegenüber dem Schiffsfundament und einem Schiffsrumpf abgestützt werden. Der Tragrahmen gewährleistet somit eine sichere und zuverlässige Abstützung der elektrischen Maschine und des Schiffsgetriebes, ohne dass eine eigene Anbindung der elektrischen Maschine an dem Schiffsfundament erforderlich ist. Dies spart Material und Bauraum in dem Schiffsrumpf.
-
Die elektrische Maschine kann bei der vorliegende Antriebsanordnung an verschiedenen Stellen bzw. Seiten des Schiffsgetriebes angeordnet und mithilfe des Tragrahmens gelagert bzw. abgestützt werden, wobei vorteilhaft der vorhandene Bauraum in einem Schiffsrumpf berücksichtigt werden kann. Beispielsweise kann das Schiffsgetriebe auf einer Antriebsseite einen Hauptantriebsanschluss für den Hauptantriebsmotors und auf einer der Antriebsseite gegenüberliegenden Abtriebsseite einen Nebenantriebsanschluss für die elektrische Maschine aufweisen, sodass die elektrische Maschine auf der Abtriebsseite angeordnet ist. Auf der Abtriebsseite ragt die Abtriebswelle des Schiffsgetriebes aus dem Getriebegehäuse heraus. Die Abtriebswelle weist einen Abtriebsanschluss auf, über den die Abtriebswelle unmittelbar oder über weitere Antriebsstrangkomponenten mit einer Propellerwelle des Schiffs verbindbar ist. Die genannten Anschlüsse können jeweils in Form eines Teils einer nicht schaltbaren Kupplung beispielsweise als Schraubflansch ausgeführt sein. So kann die elektrische Maschine auf einer Abtriebsseite des Schiffsgetriebes versetzt zu der Abtriebswelle des Schiffsgetriebes angeordnet werden. Auf diese Weise kann auch ein herkömmlicher, rein verbrennungsmotorischer Schiffsantrieb einfach und quasi bauraumneutral um die elektrische Maschine zu einem Hybridantrieb erweitert werden. Durch die Verwendung des Tragrahmens können aufwändige Verstärkungen des Getriebegehäuses zum Abstützen und Tragen einer nachträglich installierten elektrischen Maschine vermieden werden.
-
Die Anordnung der elektrischen Maschine auf der Abtriebsseite des Schiffsgetriebes vereinfacht ferner eine funktional sekundärseitige Anbindung der elektrischen Maschine, wodurch ein Betrieb bei abgekoppelter Primärseite mit hohem Wirkungsgrad möglich ist. Dies wird erreicht, indem der Hauptantriebsmotor und möglichst viele daran angekoppelte Komponenten des Hauptantriebsstrangs mittels einer schaltbaren Kupplung in dem Schiffsgetriebe abgekoppelt werden, während die elektrische Maschine nur die Sekundärseite des Schiffsgetriebes über dessen Abtriebswelle antreibt. So müssen im rein elektrischen Fahrbetrieb nur wenige Komponenten des Antriebsstrangs mit angetrieben werden, wodurch sich ein hoher Wirkungsgrad ergibt.
-
Der Tragrahmen kann eine der jeweiligen Ausführung der elektrischen Maschine und des Schiffsgetriebes angepasste Form und Bauart aufweisen. Er kann beispielsweise aus mehreren miteinander verschweißten und/oder verschraubten Rahmenteilen bestehen. Der Tragrahmen kann ferner Ausnehmungen an wenig beanspruchten Stellen und/oder Rippen zur Verstärkung stark belasteter Stellen aufweisen, wodurch insgesamt eine leichte Bauweise möglich ist.
-
Der Begriff des Schiffsfundaments kann sehr breit verstanden werden. Das Schiffsfundament kann auch Komponenten des Schiffsrumpfs wie Längsträger oder Spanten umfassen. Der Tragrahmen kann gegebenenfalls auch unmittelbar an solchen Komponenten des Schiffsrumpfs befestigt sein. Das Schiffsfundament kann speziell für die Antriebsanordnung vorgesehene und angepasste Bauteile umfassen, um die Antriebsanordnung in einem Schiffsrumpf zu positionieren und zu halten. Vorteilhaft können zwischen dem Tragrahmen und dem Schiffsfundament Dämpfungselemente vorgesehen sein, um eine Übertragung von Schwingungen aus dem Antriebsstrang auf den Schiffsrumpf und daraus folgende Geräusche zu minimieren.
-
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen der elektrischen Maschine und dem Schiffsgetriebe ein Untersetzungsgetriebe, insbesondere ein Stirnradgetriebe, angeordnet ist. Grundsätzlich ist auch ein Untersetzungsgetriebe in Planetenbauweise verwendbar. Mithilfe des Untersetzungsgetriebes können hohe Drehzahlen der elektrischen Maschine angepasst werden, an die für einen optimalen Vortrieb am Propeller geeignete geringere Drehzahlen einer Propellerwelle. Dabei können weitere Untersetzungen in dem Schiffsgetriebe berücksichtigt werden. Das Untersetzungsgetriebe kann ein eigenes Untersetzungsgetriebegehäuse aufweisen oder in einem gemeinsamen Gehäuse mit der elektrischen Maschine angeordnet werden. Ein Untersetzungsgetriebegehäuse kann gegebenenfalls auch von dem Tragrahmen getragen werden oder zumindest teilweise von dem Tragrahmen abgestützt werden. Dazu kann das Untersetzungsgetriebegehäuse entweder unmittelbar an dem Tragrahmen befestigt sein oder das Untersetzungsgetriebegehäuse ist an dem Getriebegehäuse des Schiffsgetriebes befestigt und wird dadurch gemeinsam mit der elektrischen Maschine über den Tragrahmen an dem Schiffsgetriebe abgestützt.
-
Das Gehäuse der elektrischen Maschine kann einen Befestigungsflansch zur Verbindung mit dem Tragrahmen aufweisen. Mithilfe des Befestigungsflansches kann die elektrische Maschine einfach an dem Tragrahmen befestigt werden. Der Befestigungsflansch kann im einfachsten Fall als eine bearbeitete Fläche ausgeführt sein, die beim Zusammenbau mit einer geeigneten Gegenfläche an dem Tragrahmen zur Anlage kommt.
-
Gemäß einer Ausführung kann ferner vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und der Tragrahmen aufeinander abgestimmte Positionierelemente aufweisen. Die Positionierelemente sind insbesondere dazu vorgesehen eine Rotorwelle der elektrischen Maschine zumindest annähernd koaxial zu einer Getriebewelle des Schiffsgetriebes oder des Untersetzungsgetriebes zu positionieren bzw. zu zentrieren. Beispielsweise kann das Gehäuse der elektrischen Maschine oder der genannte Befestigungsflansch eine zylindrische oder konische Zentrierfläche aufweisen, die in einer Einbaulage an einer dazu passenden Gegenfläche an dem Getriebegehäuse anliegt. Daneben sind auch Zentrierstifte und dazu ausgerichtete Zentrierbohrungen als Positionierelemente anwendbar. Der genannte Befestigungsflansch und/oder die genannten Positionierelemente können vorzugsweise an einer dem Schiffsgetriebe zugewandten Stirnseite des Gehäuses der elektrischen Maschine angeordnet sein. Sie können jedoch zumindest teilweise auch an einer oder mehreren Seitenflächen des Gehäuses der elektrischen Maschine angeordnet sein.
-
Die Erfindung umfasst ferner einen Schiffsantrieb mit einem Hauptantriebsmotor und mit einer Antriebsanordnung gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungen.
-
Weitere Merkmale der Erfindung sind der anliegenden Figur und der folgenden Figurenbeschreibung zu entnehmen.
-
Dabei zeigen die
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung in einem Schiffsantrieb und
- 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung in einem Schiffsantrieb mit einem Untersetzungsgetriebe.
-
Die in 1 dargestellte Antriebsanordnung 1 eines Schiffsantriebs umfasst ein Schiffsgetriebe 2 mit einem Getriebegehäuse 6 und eine mit dem Schiffsgetriebe 2 antriebswirksam verbundene elektrische Maschine 3. Das Schiffsgetriebe 2 kann wahlweise mittels eines mit der Antriebsanordnung 1 verbundenen Hauptantriebsmotors 4 oder mittels der elektrischen Maschine 3 angetrieben werden. Zur antriebswirksamen Verbindung des Hauptantriebsmotors 4 mit dem Schiffsgetriebe 2 weist das Schiffsgetriebe 2 auf seiner Antriebsseite 18 einen Hauptantriebsanschluss 19 auf.
-
Der Hauptantriebsanschluss 19 ist ein Verbindungsflansch, der an einem aus dem Getriebegehäuse 6 herausragenden Ende einer Hauptantriebswelle 21 des Schiffsgetriebes 2 angeordnet ist. Eine Antriebswelle 28 des Hauptantriebsmotors 4 weist einen dazu passenden weiteren Verbindungsflansch auf, sodass die Antriebswelle 28 mittels der beiden Verbindungsflansche verdrehfest mit der Hauptantriebswelle 4 des Schiffsgetriebes 2 verbunden werden kann.
-
Auf einer der Antriebsseite 18 gegenüberliegenden Abtriebsseite 20 weist das Schiffsgetriebe 2 einen Abtriebsanschluss 22 und einen Nebenantriebsanschluss 25 für die elektrische Maschine 3 auf. Über den Abtriebsanschluss 22 ist eine Abtriebswelle 23 des Schiffsgetriebes 2 mit einer Propellerwelle 24 verbunden, über die ein Propeller zum Antrieb des Schiffs antreibbar ist. Über den Nebenantriebsanschluss 25 ist eine Rotorwelle 16 der elektrischen Maschine 3 mit einer Getriebewelle 17 des Schiffsgetriebes 2 antriebswirksam verbunden. Die Rotorwelle 16 der elektrischen Maschine 3 ist koaxial zu der Getriebewelle 17 angeordnet. Die Rotorwelle 16 ist parallel zu der Abtriebswelle 23 des Schiffsgetriebes 2 angeordnet. Die elektrische Maschine 3 ist also auf der Abtriebsseite 20 versetzt zu der Abtriebswelle 23 des Schiffsgetriebes 2 angeordnet. Es sind jedoch auch Ausführungen möglich, bei denen die Abtriebswelle 23 schräg gegenüber der Rotorwelle 16 der elektrischen Maschine 3 verläuft.
-
Das Schiffsgetriebe 2 umfasst verschiedene Übersetzungsstufen in Form von Stirnradstufen zur Drehzahlanpassung und zur Drehrichtungsumkehr zwischen der Hauptantriebswelle 21 und der Abtriebswelle 23, sowie der Getriebewelle 17. Mithilfe von schaltbaren Kupplungen, vorliegend Lamellenkupplungen, kann entweder Vorwärtsfahrt, Rückwärtsfahrt oder eine Neutralstellung eingestellt werden. Eine weitere schaltbare Kupplung ist vorgesehen, um die elektrische Maschine 3 vom Rest des Schiffsgetriebes 2 an- und abkuppeln zu können. Mithilfe einer geeigneten Ansteuerung der schaltbaren Kupplungen in dem Schiffsgetriebe 2 können auch die oben beschriebenen Betriebsarten des Hybridantriebs gesteuert werden. Die schaltbaren Kupplungen und die Übersetzungsstufen sind allesamt in dem Getriebegehäuse 6 angeordnet.
-
Die Antriebsanordnung 1 umfasst ferner einen Tragrahmen 5, der mit dem Getriebegehäuse 6 und mit einem Gehäuse 7 der elektrischen Maschine 3 derart verbunden ist, dass die Gewichtskräfte der elektrischen Maschine 3 mittels des Tragrahmens 5 an dem Getriebegehäuse 6 abgestützt sind. Der Tragrahmen 5 ist der besseren Unterscheidung halber mit Strichlinien eingezeichnet. Neben den Gewichtskräften stützt der Tragrahmen 5 gegebenenfalls auch Drehmomente und andere Kräfte ab, die auf die elektrische Maschine 3 wirken, sodass die elektrische Maschine 3 keine weitere Abstützung oder Fundamentierung gegenüber dem Schiffsrumpf benötigt. Die gesamte Masse und gegebenenfalls das gesamte Drehmoment der elektrischen Maschine 3 werden bei dieser ersten Ausführungsform über den Tragrahmen 5 und das Getriebegehäuse 6 getragen bzw. abgestützt. Dazu weist das Getriebegehäuse 6 Lagerstellen 8, 9 auf, über die das Schiffsgetriebe 2, und mit ihm die elektrische Maschine 3, auf einem Schiffsfundament 10 gelagert ist. Die Lagerstellen 9, 10 können auch elastische Lagerelemente aufweisen, um eine unerwünschte Schwingungs- und Geräuschübertragung von dem Schiffsantrieb auf das Schiffsfundament 10 und weiter in den Schiffsrumpf zu vermeiden.
-
Der Aufbau und die Funktion der in der 2 dargestellten zweite Ausführungsform der Antriebsanordnung ist größtenteils gleich wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 1. Daher sind gleiche Bauteile in den beiden Figuren mit dem jeweils gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich durch zwei zusätzliche Merkmale von der ersten Ausführungsform. Erstens sind die Lagerstellen 26 und 27 zur Abstützung der Antriebsanordnung auf dem Schiffsfundament 10 in dem zweiten Ausführungsbeispiel an dem Tragrahmen 5 angeordnet. Zweitens ist zwischen der elektrischen Maschine 3 und dem Schiffsgetriebe 2 bei der zweiten Ausführungsform ein Untersetzungsgetriebe 11 in Form eines Stirnradgetriebes angeordnet. Andere Ausführungsformen der Erfindung können selbstverständlich auch nur eines dieser beiden zusätzlichen Merkmale aufweisen und ansonsten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der 1 ausgeführt sein.
-
Da die Lagerstellen 26 und 27 zur Abstützung der Antriebsanordnung an dem Tragrahmen 5 angeordnet sind, trägt der Tragrahmen 5 sowohl die elektrische Maschine 3 als auch das Schiffsgetriebe 2 und stützt diese auf dem Schiffsfundament 10 ab. Auch bei der zweiten Ausführungsform benötigt also die elektrische Maschine 3 keine eigene bzw. unmittelbare Lagerung oder Abstützung gegenüber dem Schiffsfundament 10. Stattdessen ist die elektrische Maschine 3 mittelbar über den Tragrahmen 5 in dem Schiffsfundament 10 gelagert.
-
Bei beiden gezeigten Ausführungsformen ist jeweils ein Befestigungsflansch 14 an dem Gehäuse 7 der elektrischen Maschine 3 zur Verbindung mit dem Tragrahmen 5 vorgesehen. Die elektrische Maschine 3 kann so einfach und schnell an dem Tragrahmen 5 befestigt werden, beispielsweise mit geeigneten Schraubverbindungen. Schraubverbindungen können auch verwendet werden, um den Tragrahmen 5 mit dem Getriebegehäuse 6 des Schiffsgetriebes 2 zu verbinden.
-
Mithilfe des Tragrahmens 5 kann die elektrische Maschine 3 auch gegenüber dem Schiffsgetriebe 2 bzw. dem Untersetzungsgetriebe 11 ausgerichtet und zentriert werden. Dazu sind an der elektrischen Maschine 3 und an dem Tragrahmen 5 aufeinander abgestimmte Positionierelemente 15 vorgesehen. Die Positionierelemente 15 können die Rotorwelle 16 der elektrischen Maschine 3 koaxial zu der jeweils zugeordneten Getriebewelle 13 bzw. 17 des Schiffsgetriebes 2 oder des Untersetzungsgetriebes 11 positionieren. Mit anderen Worten wird dabei die elektrische Maschine 3 mithilfe der Positionierelemente in ihrer gewünschten Position zentriert. Dazu weist der genannte Befestigungsflansch als Positionierelement 15 eine Zentrierfläche auf, die in der Einbaulage an einer dazu passenden Gegenfläche an dem Tragrahmen 5 anliegt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Antriebsanordnung
- 2
- Schiffsgetriebe
- 3
- elektrische Maschine
- 4
- Hauptantriebsmotor
- 5
- Tragrahmen
- 6
- Getriebegehäuse
- 7
- Gehäuse
- 8
- Lagerstelle
- 9
- Lagerstelle
- 10
- Schiffsfundament
- 11
- Untersetzungsgetriebe
- 12
- Untersetzungsgetriebegehäuse
- 13
- Getriebewelle
- 14
- Befestigungsflansch
- 15
- Positionierelemente
- 16
- Rotorwelle
- 17
- Getriebewelle
- 18
- Antriebsseite
- 19
- Hauptantriebsanschluss
- 20
- Abtriebsseite
- 21
- Hauptantriebswelle
- 22
- Abtriebsanschluss
- 23
- Abtriebswelle
- 24
- Propellerwelle
- 25
- Nebenantriebsanschluss
- 26
- Lagerstelle
- 27
- Lagerstelle
- 28
- Antriebswelle
-
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
-
- DE 102016214487 A1 [0002]
