DE102020202674A1 - Hybrid thruster propulsion - Google Patents
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- Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
- Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions
Abstract
Die Erfindung betrifft einen Strahlruderhybridantrieb (10), der ein Getriebe (11), eine Verbindungswelle (12) und eine Propellerwelle (13) umfasst. Die Propellerwelle (13) ist über die Verbindungswelle (12) und das Getriebe (11) wahlweise von einem Verbrennungsmotor (14), von einer elektrischen Maschine (15) oder von dem Verbrennungsmotor (14) und der elektrischen Maschine (15) antreibbar. Das Getriebe (11) weist eine erste Eingangswelle (16) auf, die mit dem Verbrennungsmotor (14) verbindbar oder verbunden ist. Das Getriebe (11) weist ferner eine zweite Eingangswelle (17) auf, die mit der elektrischen Maschine (15) verbindbar oder verbunden ist. Dabei ist die zweite Eingangswelle (17) mit einem Winkel von weniger als 90 Grad zu der ersten Eingangswelle (16) angeordnet.Ferner wird ein Schiffsantrieb mit zwei Strahlruderhybridantrieben (10, 20) vorgeschlagen.The invention relates to a hybrid thruster (10) which comprises a gear (11), a connecting shaft (12) and a propeller shaft (13). The propeller shaft (13) can be driven either by an internal combustion engine (14), by an electrical machine (15) or by the internal combustion engine (14) and the electrical machine (15) via the connecting shaft (12) and the gearbox (11). The transmission (11) has a first input shaft (16) which can be or is connected to the internal combustion engine (14). The transmission (11) also has a second input shaft (17) which can be or is connected to the electrical machine (15). The second input shaft (17) is arranged at an angle of less than 90 degrees to the first input shaft (16). Furthermore, a ship propulsion system with two hybrid thruster propulsion systems (10, 20) is proposed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strahlruderhybridantrieb für ein Wasserfahrzeug, bei dem eine Propellerwelle wahlweise von einem Verbrennungsmotor und/oder von einer elektrischen Maschine antreibbar ist. Ferner wird ein Schiffsantrieb mit zwei Strahlruderhybridantrieben vorgeschlagen.The present invention relates to a hybrid thruster drive for a watercraft, in which a propeller shaft can optionally be driven by an internal combustion engine and / or by an electrical machine. A ship propulsion system with two hybrid thruster propulsion systems is also proposed.
Strahlruderantriebe werden häufig auch gemäß dem englischsprachigen Begriff als Thruster bezeichnet. Strahlruderantriebe sind in der Vergangenheit typischerweise von einem Verbrennungsmotor angetrieben worden. In letzter Zeit werden verstärkt auch elektrische Maschinen verwendet, um Strahlruder anzutreiben. Dabei werden unter anderem auch sogenannte Hybridantriebe eingesetzt, bei denen ein Strahlruderantrieb wahlweise durch einen Verbrennungsmotor, durch eine elektrische Maschine oder durch beide gleichzeitig antreibbar ist. Die elektrische Maschine kann dabei beispielsweise zusätzlich zum Verbrennungsmotor betrieben werden, um eine größere maximale Antriebsleistung zu nutzen. Ferner kann das Schiff aber auch nur mittels der elektrischen Maschine angetrieben werden, beispielsweise um lokal emissionsfrei fahren zu können. Ferner kann beispielsweise ein höherer Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors dadurch erreicht werden, dass ungünstige Teillastbetriebsphasen des Verbrennungsmotors vermieden werden, indem das Schiff zeitweise nur mittels der elektrischen Maschine angetrieben wird.Thruster drives are often referred to as thrusters according to the English term. In the past, thruster drives have typically been powered by an internal combustion engine. Recently, electrical machines have also been used increasingly to drive thrusters. Among other things, so-called hybrid drives are also used, in which a thruster drive can optionally be driven by an internal combustion engine, by an electric machine or by both at the same time. The electric machine can, for example, be operated in addition to the internal combustion engine in order to use a greater maximum drive power. Furthermore, the ship can also only be driven by means of the electric machine, for example in order to be able to drive locally emission-free. Furthermore, for example, a higher degree of efficiency of the internal combustion engine can be achieved by avoiding unfavorable partial load operating phases of the internal combustion engine by temporarily driving the ship only by means of the electrical machine.
Aus der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Strahlruderhybridantrieb zu schaffen, der insbesondere im Hinblick auf den knappen vorhandenen Bauraum auf einem Schiff weiter verbessert ist. Ferner soll ein Schiffsantrieb mit zwei Strahlruderhybridantrieben angegeben werden, der einen kompakten Aufbau aufweist.The object of the present invention is to create a hybrid thruster drive which is further improved, in particular with regard to the limited space available on a ship. Furthermore, a ship propulsion system with two hybrid thruster propulsion systems is to be specified, which has a compact structure.
Diese Aufgabe wird durch einen Strahlruderhybridantrieb mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch einen Schiffsantrieb mit den Merkmalen von Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a hybrid thruster with the features of
Es wird ein Strahlruderhybridantrieb mit einem Getriebe, einer Verbindungswelle und einer Propellerwelle vorgeschlagen, wobei die Propellerwelle über das Getriebe und die Verbindungswelle antreibbar ist. Dabei ist die Verbindungswelle orthogonal zu der Propellerwelle angeordnet. Typischerweise ist die Verbindungswelle vertikal angeordnet und die Propellerwelle verläuft zumindest annähernd horizontal. Die beiden Wellen können beispielsweise über ein am unteren Ende der vertikalen Verbindungswelle angeordnetes Kegelradgetriebe miteinander verbunden sein. Über die genannten Bauteile kann die Propellerwelle wahlweise von einem Verbrennungsmotor oder von einer elektrischen Maschine angetrieben werden. Die Propellerwelle kann auch gleichzeitig von dem Verbrennungsmotor und von der elektrischen Maschine angetrieben werden, beispielsweise, um in bestimmten Betriebsphasen eine maximale Antriebsleistung zu nutzen.A hybrid thruster drive with a gearbox, a connecting shaft and a propeller shaft is proposed, the propeller shaft being drivable via the gearbox and the connecting shaft. The connecting shaft is arranged orthogonally to the propeller shaft. Typically, the connecting shaft is arranged vertically and the propeller shaft runs at least approximately horizontally. The two shafts can be connected to one another, for example, via a bevel gear arranged at the lower end of the vertical connecting shaft. The propeller shaft can be driven either by an internal combustion engine or by an electric machine via the components mentioned. The propeller shaft can also be driven by the internal combustion engine and the electric machine at the same time, for example in order to use maximum drive power in certain operating phases.
Das Getriebe weist eine erste Eingangswelle auf, die mit dem Verbrennungsmotor verbindbar oder verbunden ist. Die erste Eingangswelle kann also entweder permanent oder über eine schaltbare Kupplung mit einer Kurbel- oder Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verbunden sein. Das Getriebe weist ferner eine zweite Eingangswelle auf, die mit der elektrischen Maschine verbindbar oder verbunden ist. Auch im Antriebsstrang der elektrischen Maschine kann also eine schaltbare Kupplung vorgesehen sein.The transmission has a first input shaft which can be or is connected to the internal combustion engine. The first input shaft can therefore be connected to a crankshaft or output shaft of the internal combustion engine either permanently or via a switchable clutch. The transmission also has a second input shaft which can be or is connected to the electrical machine. A switchable clutch can therefore also be provided in the drive train of the electrical machine.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zweite Eingangswelle mit einem Winkel von weniger als 90 Grad zu der ersten Eingangswelle angeordnet ist. Eine solche Anordnung der zweiten Eingangswelle ermöglicht besonders bauraumsparende Anordnungen der elektrischen Maschine und damit des ganzen Strahlruderhybridantriebs. Insbesondere können so mehrere Strahlruderhybridantriebe auf einem Schiff eng beieinander angeordnet werden.It is provided according to the invention that the second input shaft is arranged at an angle of less than 90 degrees to the first input shaft. Such an arrangement of the second input shaft enables particularly space-saving arrangements of the electrical machine and thus of the entire hybrid thruster drive. In particular, several hybrid thruster drives can be arranged close together on a ship.
Vorzugsweise liegen die Rotationsachsen der ersten und der zweiten Eingangswelle in einer gemeinsamen Ebene. Besonders bevorzugt ist die gemeinsame Ebene orthogonal zu der Verbindungswelle angeordnet. Damit entspricht die gemeinsame Ebene einer Horizontalebene. Die Begriffe horizontal und vertikal beziehen sich auf einen Strahlruderhybridantrieb, der in einem in ruhigem Wasser liegenden oder fahrenden Schiff eingebaut ist.The axes of rotation of the first and second input shafts preferably lie in a common plane. The common plane is particularly preferably arranged orthogonally to the connecting shaft. The common plane thus corresponds to a horizontal plane. The terms horizontal and vertical refer to a hybrid thruster that is installed in a ship lying or moving in calm water.
Das Getriebe kann in einer Ausführung ein verdrehfest mit der Verbindungswelle verbundenes Tellerrad aufweisen, welches mit einem ersten Kegelrad und mit einem zweiten Kegelrad im Eingriff steht. Dabei ist das erste Kegelrad verdrehfest mit der ersten Eingangswelle und das zweite Kegelrad verdrehfest mit der zweiten Eingangswelle verbunden. In einer anderen Ausführung kann zumindest eines der beiden Kegelräder auch über eine schaltbare Kupplung mit der jeweils zugeordneten Eingangswelle verbindbar sein.In one embodiment, the transmission can be a non-rotatably connected to the connecting shaft Have ring gear which meshes with a first bevel gear and with a second bevel gear. The first bevel gear is non-rotatably connected to the first input shaft and the second bevel gear is non-rotatably connected to the second input shaft. In another embodiment, at least one of the two bevel gears can also be connected to the respectively assigned input shaft via a switchable coupling.
Des Weiteren umfasst die vorliegende Erfindung einen Schiffsantrieb mit einem ersten und einem zweiten Strahlruderhybridantrieb. Dabei ist zumindest einer der beiden Strahlruderhybridantriebe so ausgebildet wie oben beschrieben. Das heißt, dass zumindest bei einem der beiden Strahlruderhybridantriebe die zweite Eingangswelle mit einem Winkel von weniger als 90 Grad zu der ersten Eingangswelle angeordnet ist, wodurch verschiedene Anordnungen möglich sind, die im Hinblick auf den vorhandenen knappen Bauraum in und auf einem Schiff besonders vorteilhaft sind.The present invention further comprises a ship propulsion system with a first and a second hybrid thruster propulsion system. At least one of the two hybrid thruster drives is designed as described above. This means that at least in one of the two hybrid thruster drives, the second input shaft is arranged at an angle of less than 90 degrees to the first input shaft, which allows various arrangements that are particularly advantageous in view of the tight installation space available in and on a ship .
Bei der Verwendung von zwei Strahlruderantrieben in einem Schiffsantrieb ist häufig eine parallele Anordnung der jeweils zugeordneten beiden Verbrennungsmotoren vorgesehen. Insbesondere werden dabei zwei Verbrennungsmotoren in der Längsrichtung des Schiffes parallel zueinander angeordnet um den vorhandenen Bauraum in einem Schiffsrumpf vorteilhaft auszunutzen. Dadurch ergibt sich bei der Hybridbauweise, dass die erste Eingangswelle des ersten Strahlruderhybridantriebs bzw. dessen Getriebes parallel zu der ersten Eingangswelle des zweiten Strahlruderhybridantriebs bzw. dessen Getriebes angeordnet ist. Bei dieser Anordnung bietet nun die erfindungsgemäße Ausführung zumindest einer der beiden Strahlruderhybridantriebe die Möglichkeit einer sehr kompakten Bauweise des gesamten Schiffsantriebs. Dazu kann die zweite Eingangswelle des ersten Strahlruderhybridantriebs mit einem Winkel von weniger als 90 Grad zu der ersten Eingangswelle des ersten Strahlruderhybridantriebs angeordnet sein, während die zweite Eingangswelle des zweiten Strahlruderhybridantriebs mit einem Winkel von mehr als 90 Grad zu der ersten Eingangswelle des zweiten Strahlruderhybridantriebs angeordnet ist. Abgesehen von der unterschiedlichen Winkellage der beiden zweiten Eingangswellen gegenüber der jeweils zugeordneten ersten Eingangswelle können die beiden Strahlruderhybridantriebe im Wesentlichen identisch aufgebaut sein. Auf diese Weise können zumindest weitgehend identische Bauteile für beide Strahlruderhybridantriebe verwendet werden, was beispielsweise Ersatzteil- und Lagerkosten reduziert.When using two thruster drives in a ship drive, a parallel arrangement of the two associated internal combustion engines is often provided. In particular, two internal combustion engines are arranged parallel to one another in the longitudinal direction of the ship in order to make advantageous use of the available installation space in a ship's hull. In the case of the hybrid design, this results in the first input shaft of the first hybrid thruster drive or its transmission being arranged parallel to the first input shaft of the second hybrid thruster or its transmission. With this arrangement, the embodiment according to the invention now offers at least one of the two hybrid thruster drives the possibility of a very compact design of the entire ship drive. For this purpose, the second input shaft of the first hybrid thruster drive can be arranged at an angle of less than 90 degrees to the first input shaft of the first hybrid thruster drive, while the second input shaft of the second hybrid thruster drive is arranged at an angle of more than 90 degrees to the first input shaft of the second hybrid thruster drive . Apart from the different angular position of the two second input shafts with respect to the respectively assigned first input shaft, the two hybrid thruster drives can be constructed essentially identically. In this way, at least largely identical components can be used for both hybrid thruster drives, which, for example, reduces spare parts and storage costs.
Gemäß einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die erste Eingangswelle parallel zu der zweiten Eingangswelle angeordnet ist, dass die zweite Eingangswelle des ersten Strahlruderhybridantriebs mit einem Winkel zwischen 30 und 60 Grad zu der ersten Eingangswelle des ersten Strahlruderhybridantriebs angeordnet ist, und dass die zweite Eingangswelle des zweiten Strahlruderhybridantriebs mit einem Winkel zwischen 120 und 150 Grad zu der ersten Eingangswelle des zweiten Strahlruderhybridantriebs angeordnet ist. Mit einer solchen Anordnung der jeweiligen Eingangswellen der beiden Strahlruderhybridantriebe können die beiden Strahlruderhybridantriebe besonders kompakt, d.h. bauraumsparend aneinander angeordnet werden.According to a further embodiment it is provided that the first input shaft is arranged parallel to the second input shaft, that the second input shaft of the first hybrid thruster is arranged at an angle between 30 and 60 degrees to the first input shaft of the first hybrid thruster, and that the second input shaft of the second hybrid thruster drive is arranged at an angle between 120 and 150 degrees to the first input shaft of the second hybrid thruster drive. With such an arrangement of the respective input shafts of the two hybrid thruster drives, the two hybrid thruster drives can be arranged next to one another in a particularly compact manner, i.e. in a space-saving manner.
Schließlich ist bei einer besonders bevorzugten Ausführung vorgesehen die zweite Eingangswelle des ersten Strahlruderhybridantriebs mit einem Winkel von 45 Grad zu der ersten Eingangswelle des ersten Strahlruderhybridantriebs angeordnet ist, und dass die zweite Eingangswelle des zweiten Strahlruderhybridantriebs mit einem Winkel von 135 Grad zu der ersten Eingangswelle des zweiten Strahlruderhybridantriebs angeordnet ist.Finally, in a particularly preferred embodiment, the second input shaft of the first hybrid thruster drive is arranged at an angle of 45 degrees to the first input shaft of the first hybrid thruster drive, and that the second input shaft of the second hybrid thruster drive is arranged at an angle of 135 degrees to the first input shaft of the second Thruster hybrid drive is arranged.
Bei den beschriebenen Ausführungen des Schiffsantriebs mit zwei Strahlruderhybridantrieben können die beiden Winkel zwischen der jeweiligen zweiten Eingangswelle und der zugeordneten ersten Eingangswelle vorzugsweise so gewählt sein, dass die beiden zweiten Eingangswellen parallel zueinander angeordnet sind. Mit den beiden zweiten Eingangswellen des Getriebes können auch die zugeordneten beiden elektrischen Maschinen in ihrer Längsausrichtung parallel zueinander angeordnet sein, wodurch sich ein erheblicher Bauraumvorteil ergibt. Die Längsausrichtung der elektrischen Maschinen bezieht sich beispielsweise auf die Ausrichtung einer Rotorwelle der jeweiligen elektrischen Maschine, welche verdrehfest mit der jeweils zugeordneten zweiten Eingangswelle des Getriebes verbunden ist.In the described embodiments of the ship propulsion system with two hybrid thruster drives, the two angles between the respective second input shaft and the associated first input shaft can preferably be selected such that the two second input shafts are arranged parallel to one another. With the two second input shafts of the transmission, the associated two electrical machines can also be arranged parallel to one another in their longitudinal alignment, which results in a considerable advantage in terms of installation space. The longitudinal alignment of the electrical machines relates, for example, to the alignment of a rotor shaft of the respective electrical machine, which is connected non-rotatably to the respectively assigned second input shaft of the transmission.
Im Folgenden wird die Erfindung und deren Vorteile anhand der in den anliegenden Figuren abgebildeten Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.In the following, the invention and its advantages are explained in more detail with reference to the exemplary embodiments shown in the accompanying figures.
Dabei zeigen
-
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Strahlruderhybridantriebs in einer Seitenansicht; -
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Strahlruderhybridantriebs in einer Draufsicht und -
3 ein erfindungsgemäßer Schiffsantrieb mit zwei Strahlruderhybridantrieben in einer schematischen Darstellung.
-
1 a schematic representation of a hybrid thruster according to the invention in a side view; -
2 a schematic representation of a hybrid thruster according to the invention in a plan view and -
3 a ship drive according to the invention with two thruster hybrid drives in a schematic representation.
Der in der
In
Die Verbindungswelle
Ebenfalls in der
Die Rotationsachsen
Das Getriebe
In der
Der Verbrennungsmotor
Die beiden Verbrennungsmotoren
Um die beiden Strahlruderhybridantriebe
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zweite Eingangswelle
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- SchiffsantriebShip propulsion
- 22
- Schiffsrumpf Hull
- 1010
- StrahlruderhybridantriebHybrid thruster propulsion
- 1111
- Getriebetransmission
- 1212th
- VerbindungswelleConnecting shaft
- 1313th
- PropellerwellePropeller shaft
- 1414th
- VerbrennungsmotorInternal combustion engine
- 1515th
- elektrische Maschineelectric machine
- 1616
- erste Eingangswellefirst input shaft
- 1717th
- zweite Eingangswellesecond input shaft
- 1818th
- schaltbare Kupplungswitchable clutch
- 1919th
- Umlenkgetriebe Deflection Gear
- 2020th
- StrahlruderhybridantriebHybrid thruster propulsion
- 2121
- Getriebetransmission
- 2222nd
- VerbindungswelleConnecting shaft
- 2323
- PropellerwellePropeller shaft
- 2424
- VerbrennungsmotorInternal combustion engine
- 2525th
- elektrische Maschineelectric machine
- 2626th
- erste Eingangswellefirst input shaft
- 2727
- zweite Eingangswelle second input shaft
- 3030th
- Propellerpropeller
- 3131
- RotationsachseAxis of rotation
- 3232
- RotationsachseAxis of rotation
- 3434
- TellerradCrown wheel
- 3535
- erstes Kegelradfirst bevel gear
- 3636
- zweites Kegelradsecond bevel gear
- 3737
- RotationsachseAxis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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2020
- 2020-03-03 DE DE102020202674.2A patent/DE102020202674A1/en not_active Ceased
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Legal Events
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R003 | Refusal decision now final |