-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rollstabilisierung eines Wasserfahrzeugs in Fahrt, vor Anker oder bei Nullgeschwindigkeit und/oder zur Kursbeeinflussung des Wasserfahrzeugs, mit einer flossentragenden Welle an der eine Leitflosse angeordnet ist, wobei die flossentragende Welle zum Ändern eines Ist-Anstellwinkels der Leitflosse im Wasser mittels einer elektromechanischen Antriebseinheit antreibbar ist und die Antriebseinheit mittels eines Fundamentes an dem Rumpf angeordnet ist.
-
Aus dem Stand der Technik sind Flossenstabilisatoren für Passagierschiffe, größere Yachten, Schwimmpontons und dergleichen in einer großen Variationsbreite bekannt. Hierbei kommen im Allgemeinen viereckige Flossenformen zum Einsatz. Bei den viereckigen Flossentypen wird zur Optimierung der hydrodynamisch wirksamen Flossenfläche zur Rollstabilisierung vor Anker bzw. bei Nullgeschwindigkeit des Schiffes angestrebt, den Flossenschaft möglichst nah an der vorderen Flossenkante anzuordnen.
-
Aus der
EP 2 172 394 B9 ist ein automatisches Antirollstabilisierungssystem eines Wasserfahrzeugs bekannt. Das vorbekannte System zur Stabilisierung von Rollbewegungen eines Wasserfahrzeugs vor Anker umfasst unter anderem eine Stabilisierungsflosse, die sich um eine Achse verdrehen kann und die quer zu einer Längserstreckung eines Rumpfes des Wasserfahrzeugs befestigt ist. Die Stabilisierungsflosse besitzt ein hydrodynamisches Profil, das im Betrieb von der Wasserströmung mit einer Relativbewegung in Bezug auf den Rumpf beaufschlagt wird, um eine hydrodynamische Hubkraft zu erzeugen. Weiterhin verfügt das System über eine Aktuatoranordnung, die dazu ausgebildet ist, eine Rotation der Stabilisierungsflosse um die besagte Achse zu bewirken, wobei die Aktuatoranordnung von einem Regulierungssystem in Abhängigkeit eines Rollsignals des Wasserfahrzeugs regelbar ist. Das Regulierungssystem weist zu diesem Zweck Sensormittel zur Erzeugung eines Rollsignals auf. Das Regulierungssystem ist zur Regelung der Winkellage der Stabilisierungsflosse mit einem Encoder gekoppelt. Das Regulierungssystem verfügt darüber hinaus über eine Mikroprozessorregelungseinheit, die dazu ausgelegt ist, das Rollsignal zu verarbeiten, das von den Sensormitteln bereitgestellt wird. Eine Ansteuereinheit dient zur Ansteuerung des Elektromotors. Die Aktuatoranordnung verfügt über einen Elektromotor, der über ein Planetenrad-Untersetzungsgetriebe mit der Stabilisierungsflosse verbunden ist, wobei eine Eingangswelle des Untersetzungsgetriebes an einer Ausgangswelle des Elektromotors angebaut ist und eine Ausgangswelle des Untersetzungsgetriebes relativ zu der Welle befestigt ist, die die Stabilisierungsflosse lagert, wobei der Encoder mit dem Elektromotor gekoppelt ist.
-
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Rollstabilisierung und/oder Kursbeeinflussung eines Wasserfahrzeugs mit einem reduzierten Einbauraumbedarf und verringerten Betriebsgeräuschen bei einer optimalen Regelbarkeit anzugeben.
-
Die eingangs genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die elektromechanische Antriebseinheit mit einem Synchronmotor gebildet ist, der mittels eines untersetzenden Exzentergetriebes die flossentragende Welle antreibt. Aufgrund der elektromechanischen Antriebseinheit ist eine räumlich kompakte, kostengünstige sowie geräuscharme Vorrichtung zur Rollstabilisierung eines Wasserfahrzeugs mit einem hohen Wirkungsgrad realisierbar. Die Vorrichtung erfordert im Vergleich zu hergebrachten elektro-hydraulischen Antrieben keine komplexe Verrohrung, so dass sich ein reduzierter Installations- und Wartungsaufwand ergibt. Die Vorrichtung ist mit geringen Ölmengen betreibbar und es entstehen keinerlei Querkräfte bei der Drehmomenterzeugung. Darüber hinaus ist die elektromechanische Antriebsvorrichtung ausgezeichnet elektronisch regelbar. Ein mit dem Schiffsrumpf verbundenes Fundament der Vorrichtung erfordert eine geringere Fertigungsgenauigkeit, wobei insbesondere keine Passbolzen mehr notwendig sind. Eine Wasserkühlung ist im Allgemeinen anstelle einer Luftkühlung erforderlich. Aufgrund der Wasserkühlung des Synchronmotors wird im Vergleich zu einer Luftkühlung ein nochmals niedrigerer Geräuschpegel und eine kompaktere Bauform erzielt.
-
Vorzugsweise weist das Exzentergetriebe zwei um bevorzugt 180° umfangsseitig zueinander versetzt angeordnete Zahnscheiben auf. Infolgedessen ergeben sich optimale Rundlaufeigenschaften bei einer zugleich minimierten Geräuschemission und einer hohen Drehmomentübertragungsfähigkeit. Darüber hinaus lässt sich durch ein geringfügiges umfangsseitiges gegeneinander Verdrehen der Zahnscheiben eine nahezu vollständige Spielfreiheit des Exzentergetriebes erreichen.
-
Bei einer technisch vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Rotorwelle des Synchronmotors zumindest abschnittsweise als eine Hohlwelle ausgebildet, in der eine Kupplung integriert ist. Hierdurch ist ein extrem platzsparender Aufbau gegeben. Die Kupplung ermöglicht darüber hinaus einen problemlosen Zusammenbau der Vorrichtung sowie die Integration in den Rumpf des Wasserfahrzeugs und vereinfacht die Wartung.
-
Bevorzugt ist der Rotorwelle des Synchronmotors eine Feststelleinrichtung zugeordnet. Infolgedessen kann die Vorrichtung, zum Beispiel bei Nichtgebrauch bzw. in einem Ruhezustand, mechanisch in einer vorgebbaren Position gehalten werden.
-
Im Fall einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Synchronmotor mittels einer Leistungselektronik angesteuert, die von einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung kontrolliert ist. Hierdurch ist eine umfassende Drehzahl- und Drehmomentregelung des Synchronmotors, zum Beispiel in einem Vierquadrantenbetrieb möglich. Vorzugsweise ist der Synchronmotor zur Gewährleistung einer optimalen Regelbarkeit als permanent erregte Synchronmaschine bzw. als s. g. bürstenloser Gleichstrommotor („brushless DC-Motor“) ausgeführt.
-
Im Fall einer günstigen technischen Weiterbildung weist der Synchronmotor mindestens einen Motorgeber auf, der einen Rotorlagesensor zur Ermittlung eines Rotorlagewinkels und einen Drehzahlsensor zur Ermittlung einer Anzahl von Umdrehungen der Rotorwelle umfasst. Hierdurch kann die Regelung des Synchronmotors weiter optimiert werden.
-
Vorzugsweise ist ein Ist-Anstellwinkel der flossentragenden Welle mittels eines dieser zugeordneten Drehwinkelsensors direkt erfassbar, wobei der Drehwinkelsensor zur Detektion mindestens einer vollen Umdrehung der flossentragenden Welle ausgebildet ist. Hierdurch ist der Anstellwinkel der flossentragenden Welle in Bezug zu dem anströmenden Wasser mit hoher Genauigkeit und unabhängig von der Rotorlage des Synchronmotors unmittelbar erfassbar. Ein etwaiger umfangsseitiger Versatz bzw. eine geringfügige Verdrehung zwischen der Rotorwelle des Synchronmotors und der flossentragenden Welle ist somit erkennbar.
-
Bei einer Weiterbildung sind der Rotorlagesensor und/oder der Drehwinkelsensor bevorzugt jeweils als Absolutsensoren ausgeführt. Hierdurch erübrigt sich im Vergleich zu inkrementalen Rotorlagesensoren und inkrementalen Drehwinkelsensoren ein Kalibrieren der Sensoren, beispielsweise nach einem Stromausfall oder nach einer längeren Betriebsdauer, auf eine definierte Position. Weiterhin wird eine Akkumulation etwaiger Messungenauigkeiten vermieden.
-
Bevorzugt ist mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung anhand des Rotorlagewinkels ein Soll-Anstellwinkel der Leitflosse berechenbar. Hierdurch ist eine von dem Drehwinkelsensor unabhängige Lageerfassung der Leitflosse bei Kenntnis des Untersetzungsverhältnisses des Exzentergetriebes möglich.
-
Vorzugsweise ist im Fall einer zu großen Abweichung zwischen dem berechneten Soll-Anstellwinkel und dem mittels des Drehwinkelsensors gemessenen Ist-Anstellwinkel der Leitflosse mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung eine Aktion, insbesondere ein Warnsignal, eine Rekalibrierung oder dergleichen, auslösbar. Hierdurch lässt sich die Genauigkeit der Lageregelung der Leitflosse weiter optimieren und lebensdauerlang aufrechterhalten.
-
Im Fall einer technisch vorteilhaften Ausgestaltung verlaufen die Rotorwelle des Synchronmotors, eine Eingangswelle des Exzentergetriebes, eine Ausgangswelle des Exzentergetriebes sowie die flossentragende Welle im Wesentlichen zueinander fluchtend. Hierdurch ergibt sich ein optimaler mechanischer Wirkungsgrad bei zugleich optimalen Rundlaufeigenschaften.
-
Bei einer technischen Weiterbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung derart an dem Rumpf des Wasserfahrzeugs angeordnet ist, dass eine Kursbeeinflussung des Wasserfahrzeugs nach Art einer Ruderanlage realisierbar ist. Hierdurch ist eine zusätzliche Funktionalität der Vorrichtung gegeben. Beispielsweise kann mindestens eine Vorrichtung im Bereich eines Hecks eines Wasserfahrzeugs angeordnet sein, wobei die flossentragende Welle mit der Leitflosse nach Art eines Ruders bzw. einer Ruderanlage im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Rumpfes und hierbei zugleich in Richtung der Erdbeschleunigung bzw. in Richtung des Gewässergrundes orientiert ist. Im Fall eines Einsatzes als Flossenstabilisator ist die Vorrichtung bzw. die Leitflosse hingegen im Wesentlichen parallel zur Wasseroberfläche oder in einem geringen Winkel zu dieser an dem Rumpf des Wasserfahrzeugs platziert. Beim Einsatz als Flossenstabilisator sind mindestens zwei Vorrichtungen paarweise sowie symmetrisch zueinander in Bezug zur Längsachse des Rumpfes des Wasserfahrzeugs bzw. an einer Steuerbordseite sowie einer Backbordseite des Rumpfes des Wasserfahrzeugs angeordnet. Eine Ruderanlage kann hingegen mit mindestens einer Vorrichtung realisiert sein. Auch im Fall eines Einsatzes der Vorrichtung als Ruder bzw. als Ruderanlage zur Kursbeeinflussung des Wasserfahrzeugs kann eine gewisse Stabilisierungswirkung gegenüber Rollbewegungen des Rumpfes des Wasserfahrzeugs im Wasser erzielt werden.
-
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen
- 1 ein Blockdiagramm einer exemplarisch als ein Flossenstabilisator eines Schiffes ausgebildeten Vorrichtung,
- 2 eine perspektivische Ansicht auf den Flossenstabilisator von 1 von schräg oben,
- 3 einen Teillängsschnitt des Flossenstabilisators von 2, und
- 4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer elektromechanischen Antriebseinheit des Flossenstabilisators.
-
Die 1 zeigt ein Blockdiagramm einer exemplarisch als ein Flossenstabilisator eines Schiffes ausgebildeten Vorrichtung. Eine Vorrichtung 100 zur Rollstabilisierung eines hier nicht dargestellten Wasserfahrzeugs in Fahrt, vor Anker oder bei Nullgeschwindigkeit durch das Wasser und/oder zur Kursbeeinflussung eines Wasserfahrzeugs ist hier lediglich exemplarisch als ein Flossenstabilisator 102 ausgeführt. Darüber hinaus ist es möglich, die Vorrichtung 100 so an einem Rumpf eines Wasserfahrzeugs zu platzieren, dass auch eine Kursbeeinflussung des Wasserfahrzeugs möglich ist und die Vorrichtung somit die Funktion einer herkömmlichen Ruderanlage übernimmt. Diese Konstellation ist in den Figuren nicht dargestellt.
-
Die Vorrichtung 100 bzw. der Flossenstabilisator 102 umfasst unter anderem eine verschwenkbare flossentragende Welle 110, an der eine Leitflosse 112 bzw. eine Stabilisierungsflosse zur bevorzugten Bedämpfung von Rollbewegungen des Wasserfahrzeugs befestigt ist. Die flossentragende Welle 110 ist im Wesentlichen parallel zu einer hier gleichfalls nicht dargestellten Längsachse eines Rumpfes des vorzugsweise als ein Schiff ausgebildeten Wasserfahrzeugs orientiert, wobei die Leitflosse 112 in einem Ruhezustand bzw. inaktiven Zustand des Flossenstabilisators 102 im Wesentlichen parallel zu einer Wasseroberfläche (vgl. 2; Bezugsziffer 222) verläuft. Zum Ändern eines Ist-Anstellwinkels α der Leitflosse 112 ist die flossentragende Welle 110 mittels einer elektromechanischen Antriebseinheit 120 entsprechend verschwenkbar.
-
Die elektromechanische Antriebseinheit 120 umfasst unter anderem einen Synchronmotor 126, der mittels eines stark untersetzend wirkenden Exentergetriebes 130 die flossentragende Welle 110 drehend antreibt. Das Exzentergetriebe 130 weist vorzugsweise zwei, um 180° umfangsseitig zueinander versetzt angeordnete Zahnscheiben 132, 134 auf, wodurch eine weitgehende Spielfreiheit gewährleistet ist. Der detaillierte konstruktive Aufbau des mit einer herkömmlichen Evolventenverzahnung arbeitenden Exzentergetriebes 130 ist einem auf dem Gebiet der elektromechanischen Antriebstechnik tätigen Fachmann hinreichend geläufig, so dass an dieser Stelle zwecks Knappheit und Kürze der Beschreibung auf eine eingehende Erläuterung des Exzentergetriebes 130 verzichtet werden kann. Der Synchronmotor 126 verfügt weiterhin über eine Rotorwelle 136, die mittels einer im Betrieb nicht lösbaren Kupplung 138 mit einer Eingangswelle 140 des Exzentergetriebes 130 drehfest verbunden ist. Mittels einer langsam drehenden Ausgangswelle 142 treibt das Exzentergetriebe 130 die flossentragende Welle 110 mit der Leitflosse 112 an, so dass deren Ist-Anstellwinkel α in einem Bereich von 0° bis einschließlich 360° verschwenkbar ist. Der Rotorwelle 136 ist ferner eine Feststelleinrichtung 146 zugeordnet, mittels derer die Rotorwelle 136 zeitweise arretierbar ist, so dass zum Beispiel bei inaktivem Flossenstabilisator 102 die Leitflosse 112 in einer geeigneten Schwenkposition, die dem umgebenden Wasser einen möglichst geringen Strömungswiderstand entgegen setzt, festsetzbar bzw. gehalten ist. Die Rotorwelle 136 des Synchronmotors 126 ist bevorzugt zumindest abschnittsweise als eine Hohlwelle 150 ausgeführt, in der die Kupplung 138 platzsparend integriert ist. Die Hohlwelle 150 umgibt die Rotorwelle 136 des Synchronmotors 126 zu diesem Zweck zumindest abschnittsweise koaxial. Infolgedessen ist eine signifikante Reduzierung des axialen Einbauraumbedarfs der elektromechanischen Antriebseinheit 120 gegeben. Die Rotorwelle 136 des Synchronmotors 126, die Eingangswelle 140 des Exzentergetriebes 130, die Ausgangswelle 142 des Exzentergetriebes 130 sowie die flossentragende Welle 110 sind im Wesentlichen zueinander fluchtend ausgerichtet, woraus sich eine hohe Energieeffizienz gepaart mit einem geringen Einbauraumbedarf ergibt.
-
Der Synchronmotor 126 wird von einer Leistungselektronik 160 angesteuert, die aus dem Bordnetz 162 des Wasserfahrzeugs bzw. des Schiffes gespeist ist. Das Bordnetz 162 ist hier nur beispielhaft als ein dreiphasiges Drehstromnetz mit einem Nullleiter ausgeführt. Ein etwaiger Schutzleiter ist nicht dargestellt. Die Leistungselektronik 160 wird von einer leistungsfähigen digital-elektronischen Steuer- und/oder Regeleinrichtung 166 umfassend kontrolliert bzw. angesteuert. Mittels eines Lagesensors 170 sind beispielsweise die räumliche Lage sowie die Bewegungen oder die Drehraten des Wasserfahrzeugs bzw. des Schiffs in allen drei Raumrichtungen vollständig erfassbar. Somit sind sämtliche Roll-, Nick- sowie Gierbewegungen des Rumpfes des Schiffes messbar. Der Lagesensor 170 kann aus Vereinfachungsgründen als ein Rollsensor 172 ausgeführt sein, so dass zumindest Rollbewegungen des Rumpfes des Wasserfahrzeugs von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 160 erfasst werden können. Der Synchronmotor 126 weist weiterhin einen mit der Rotorwelle 136 gekoppelten Motorgeber 176 auf, der mindestens einen Rotorlagesensor 178 sowie mindestens einen Drehzahlsensor 180 umfasst. Mit Hilfe des Rotorlagesensors 178 ist ein Rotorlagewinkel φ des Synchronmotors 126 ermittelbar, so dass Stator- oder Rotorwicklungen des Synchronmotors 126 entsprechend zeitlich versetzt ansteuerbar bzw. bestrombar sind. Darüber hinaus gestattet der Drehzahlsensor 180 zumindest eine Erfassung einer Anzahl n von der Rotorwelle 136 vollzogenen Umdrehungen. Weiterhin ist der aktuelle Ist-Anstellwinkel α der flossentragenden Welle 110 und damit der Leitflosse 112 im Wasser von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 166 mittels eines Drehwinkelsensors 186 direkt, das heißt unabhängig von der Rotorlage des Synchronmotors 126 mit hoher Genauigkeit erfassbar. Der Drehwinkelsensor 186 an der flossentragenden Welle 110 ist bevorzugt zur Erfassung mindestens einer vollen Umdrehung der flossentragenden Welle 110 ausgebildet. Hierdurch ist der aktuelle Ist-Anstellwinkel α der flossentragenden Welle 110 in Bezug zum anströmenden Wasser mit hoher Genauigkeit und unabhängig von der Rotorlage des Synchronmotors unmittelbar von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 166 erfassbar. Ein etwaiger umfangsseitiger Versatz bzw. eine geringfügige Verdrehung zwischen der Rotorwelle 136 des Synchronmotors 126 und der flossentragenden Welle 110 ist detektierbar und durch eine geeignete Ansteuerung des Synchronmotors 126 mittels der von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 166 kontrollierten Leistungselektronik 160 kompensierbar, woraus eine optimale Rollstabilisierung des Schiffes resultiert.
-
Vorzugsweise sind sowohl der Rotorlagesensor 178 als auch der Drehwinkelsensor 186 jeweils als so genannte Absolutsensoren mit hoher Präzision ausgeführt, so dass unter anderem eine Rekalibrierung aufgrund sich akkumulierender Messungenauigkeit oder nach einem Stromausfall entbehrlich ist.
-
Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 166 ist darüber hinaus dazu ausgebildet, anhand des gemessenen Rotorlagewinkels φ einen zur optimalen Rollstabilisierung des Schiffes jeweils vorzugebenden Soll-Anstellwinkel β der Leitflosse 112 zu ermitteln, so dass die flossentragende Welle 110 der Leitflosse 112 mittels des von der Leistungselektronik 160 angesteuerten Synchronmotors 126 über das zwischen geschaltete Exzentergetriebe 100 entsprechend verdreht werden kann. Dieser Regelvorgang erfolgt bevorzugt unter gleichzeitiger Berücksichtigung der von dem Lagesensor 170 gelieferten Messwerte betreffend die räumliche Lage des Schiffes im Wasser. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 166 ist ferner dazu ausgebildet, im Fall einer zu großen Abweichung zwischen dem berechneten Soll-Anstellwinkel β und dem mittels des Drehwinkelsensors 186 gemessenen Ist-Anstellwinkel α der flossentragenden Welle 110 mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 166 zusätzlich eine Aktion 192, beispielsweise in der Form eines Warnsignals, einer Rekalibrierung des Flossenstabilisators 102 oder dergleichen auszulösen.
-
Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 166 ist ferner dazu vorgesehen, zumindest periodische Rollbewegungen und im Idealfall auch sämtliche Nick- und Gierbewegungen des Schiffes im Wasser anhand der von den Sensoren gelieferten Messsignale bzw. Messwerte mittels geeigneter Ansteuerung des Synchronmotors 126 mit Hilfe der Leistungselektronik 160 möglichst wirkungsvoll zu bedämpfen. Zu diesem Zweck sind innerhalb der bevorzugt digital-elektronischen Steuer- und/oder Regeleinrichtung entsprechende Regelungsalgorithmen implementiert.
-
Die 2 illustriert eine perspektivische Ansicht auf den Flossenstabilisator von 1 von schräg oben. Der Flossenstabilisator 102 ist mittels eines Fundamentes 200 innenseitig an einer Rumpfhaut 202 eines Rumpfes 204 eines Schiffes 206 befestigt. Das Schiff 206 ist hier lediglich exemplarisch als ein Beispiel für ein beliebiges Wasserfahrzeug 208 mit einem Rumpf angeführt, bei dem der erfindungsgemäße Flossenstabilisator 102 zum Einsatz kommen kann. An der durch die Rumpfhaut 202 hindurchgeführten flossentragenden Welle 110 ist die Leitflosse 112 befestigt. Eine Längsmittelachse 210 der flossentragenden Welle 110 verläuft im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse 216 des Rumpfes 204 des Schiffes 206. Mittels der elektromechanischen Antriebseinheit 120 ist der Ist-Anstellwinkel α der flossentragenden Welle 110 und damit der Leitflosse 112 in Bezug zum umgebenden Wasser 220 in einem Bereich von vorzugsweise 0° bis zu 360° bzw. zwischen ± 180° einschließlich der jeweiligen Intervallgrenzen verschwenkbar. In der in 2 illustrierten Stellung der Leitflosse 112 verläuft diese hier lediglich exemplarisch im Wesentlichen parallel sowie unterhalb zu einer zeichnerisch lediglich angedeuteten Wasseroberfläche 222, das heißt der Ist-Anstellwinkel α der Leitflosse 112 ist hier beispielhaft auf einen Ist-Anstellwinkel α von ungefähr 0° eingestellt.
-
Ein Einbauwinkel γ zwischen der Längsmittelachse 210 der flossentragenden Welle 110 und der parallel zur xy-Ebene des Koordinatensystems 224 verlaufenden Horizontalebene kann grundsätzlich zwischen 0° und 90° liegen. Bei einem Einbauwinkel γ von 90° verläuft die Längsmittelachse 210 der flossentragenden Welle 110 der Leitflosse 112 des Flossenstabilisators 102 senkrecht zu der Horizontalebene und damit parallel zur Orientierung der Erdbeschleunigung g, wobei die Rumpfhaut 202 im Bereich eines Bodens des Schiffes 206 oder des Wasserfahrzeugs 208 verläuft.
-
Wird der Flossenstabilisator 102 mit einem Einbauwinkel γ von ungefähr 90°, beispielsweise in einem Hinterschiffbereich (Heck) und dort üblicherweise hinter dem Propeller des Schiffes 206 oder des Wasserfahrzeugs 208 angeordnet, kann die Vorrichtung 100 zusätzlich als eine Ruderanlage zur Kursbeeinflussung des Schiffes 206 wirken. Verläuft die Längsmittelachse 210 unter einem Einbauwinkel γ von etwa 0°, das heißt in etwa parallel zur Horizontalebene bzw. parallel zu der xy-Ebene 224 (Wasseroberfläche 222) und somit auch senkrecht zur Richtung der Erdbeschleunigung g, so ist eine Ruderwirkung des Flossenstabilisators 102 ausgeschlossen. Im Allgemeinen liegt der Einbauwinkel γ von nicht in den Rumpf 204 des Schiffes 206 oder des Wasserfahrzeugs 208 einschwenkbaren Flossenstabilisatoren bei einem Wert von etwa 45°.
-
Ein rechtwinkliges Koordinatensystem 224 veranschaulicht die räumliche Lage sämtlicher Komponenten in Relation zueinander. Die Längsachse 216 des Rumpfes 204 des Schiffes 206 verläuft annäherungsweise parallel zur x-Achse und die Längsmittelachse 210 der flossentragenden Welle 110 ist im Wesentlichen parallel zur y-Achse bzw. quer zur Längsachse 216 des Rumpfes 204 orientiert, während die z-Achse des Koordinatensystems 224 parallel zur Erdbeschleunigung g bzw. zur Wirkungsrichtung der Gravitation in etwa orthogonal zu der Wasseroberfläche 222 gerichtet ist. Die vorrangig mittels der Vorrichtung 100 bzw. des Flossenstabilisators 102 zu bedämpfenden Rollbewegungen des Rumpfes 204 des Schiffes 206 erfolgen um die x-Achse des Koordinatensystems 224, während Nickbewegungen um die y-Achse und Gierbewegungen um die z-Achse herum erfolgen.
-
Die elektromechanische Antriebseinheit 120 umfasst wiederum unter anderem den Synchronmotor 126 mit dem diesen nachgeschalteten Exzentergetriebe 130 zur Realisierung einer hohen mechanischen Untersetzung.
-
Die 3 zeigt einen Teillängsschnitt des Flossenstabilisators von 2. Der Flossenstabilisator 102 ist mittels des Fundamentes 200 mit der Rumpfhaut 202 des Rumpfes 204 des Schiffes 206 bzw. eines Wasserfahrzeugs 208 fest verbunden. Die flossentragende Welle 110 ist durch die Rumpfhaut 202 des Schiffs 206 dichtend hindurchgeführt und mittels der elektromechanischen Antriebseinheit 120 um ihre Längsmittelachse 210 verdrehbar. Die mit der flossentragenden Welle 110 verbundene Leitflosse 112 ist in der Darstellung von 3 nicht eingezeichnet. Die elektromechanische Antriebseinheit 120 des erfindungsgemäßen Flossenstabilisators 102 umfasst erneut den Synchronmotor 126, dessen vorzugsweise als Hohlwelle 150 ausgebildete Rotorwelle 136 mittels der Kupplung 138 mit dem Exzentergetriebe 130 drehfest verbunden ist. Das Exzentergetriebes 130 ist seinerseits drehfest mit der flossentragenden Welle 110 gekoppelt.
-
Die Kupplung 138 ist als ein Teilaspekt der Erfindung zumindest abschnittsweise koaxial innerhalb der Hohlwelle 150 angeordnet, woraus sich entlang der Längsmittelachse 210 eine beträchtliche Reduzierung des erforderlichen axialen Einbauraums des Flossenstabilisators 102 ergibt. Die mechanische Kupplung 138 ist nicht zum kurzzeitigen Öffnen oder Lösen bestimmt. Vielmehr vereinfacht die Kupplung 138 unter anderem die Montage sowie eine gegebenenfalls erforderliche Demontage des Flossenstabilisators 102 zu Reparaturzwecken, Wartungszwecken oder dergleichen. Darüber hinaus ist aus der 3 ersichtlich, dass die Rotorwelle 136 des Synchronmotors 126, die Kupplung 138, das Exzentergetriebe 130 sowie die flossentragende Welle 110 entlang der Längsmittelachse 210 fluchtend zueinander ausgerichtet sind, woraus eine hohe Energieeffizienz des Flossenstabilisators 102 resultiert.
-
Die 4 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer elektromechanischen Antriebseinheit des Flossenstabilisators. Der Flossenstabilisator 102 ist mittels des Fundamentes 200 innenseitig an der Rumpfhaut 202 des Rumpfes 204 des Schiffes 206 befestigt. Die mittels der elektromechanischen Antriebseinheit 120 um ihre Längsmittelachse 210 verdrehbare flossentragende Welle 110 ist wasserdichtend durch die Rumpfhaut 202 geführt. Die elektromechanische Antriebseinheit 120 umfasst den Synchronmotor 126, die Kupplung 138 sowie das Exzentergetriebe 130 mit der flossentragenden Welle 110 sowie der daran befestigten Leitflosse 112. Der Synchronmotor 126 weist als ein rein optisches Ausführungsbeispiel für den Drehwinkelsensor 186 ein zeigerartiges, mechanisches Anzeigeelement 230 auf, um den aktuellen Ist-Anstellwinkel α der flossentragenden Welle 110 der Leitflosse 112 im Inneren des Rumpfes 204 des Schiffes 206 für einen Betrachter optisch zu visualisieren. Das Anzeigeelement 230 ist zu diesem Zweck mechanisch auf geeignete Weise mit der flossentragenden Welle 110 gekoppelt. Die Leitflosse 112 verfügt über ein stromlinienförmig gestaltetes Querschnittsprofil 232 mit einer Anströmkante 234 und einer Abströmkante 236 für das umgebende Wasser 220.
-
Der hier nur exemplarisch als ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung beschriebene Flossenstabilisator 102 zur Rollstabilisierung eines Schiffes erfordert einen reduzierten Einbauraumbedarf, verursacht nur minimale Betriebsgeräusche und weist eine optimale Regelbarkeit zur optimalen Bedämpfung von unerwünschten Rollbewegungen um die Längsachse des Schiffes 206 auf.
-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zur Rollstabilisierung eines Wasserfahrzeugs (208) in Fahrt, vor Anker oder bei Nullgeschwindigkeit und/oder zur Kursbeeinflussung des Wasserfahrzeugs (208), mit einer flossentragenden Welle (110) an der eine Leitflosse (112) angeordnet ist, wobei die flossentragende Welle (110) zum Ändern eines Ist-Anstellwinkels (α) der Leitflosse (112) im Wasser (220) mittels einer elektromechanischen Antriebseinheit (120) antreibbar ist und die Antriebseinheit (120) mittels eines Fundamentes (200) an dem Rumpf (204) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die elektromechanische Antriebseinheit (120) mit einem Synchronmotor (126) gebildet ist, der mittels eines untersetzenden Exzentergetriebes (130) die flossentragende Welle (110) antreibt. Hierdurch weist die Vorrichtung (100) einen beträchtlich reduzierten Einbauraumbedarf auf, verursacht nur geringe Betriebsgeräusche und ist zudem optimal elektronisch regelbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Vorrichtung
- 102
- Flossenstabilisator
- 110
- flossentragende Welle
- 112
- Leitflosse
- 120
- Antriebseinheit (Anstellwinkel)
- 126
- Synchronmotor
- 130
- Exentergetriebe
- 132
- Zahnscheibe
- 134
- Zahnscheibe
- 136
- Rotorwelle (Synchronmotor)
- 138
- Kupplung
- 140
- Eingangswelle
- 142
- Ausgangswelle
- 146
- Feststelleinrichtung
- 150
- Hohlwelle
- 160
- Leistungselektronik
- 162
- Bordnetz
- 166
- Steuer- und/oder Regeleinrichtung
- 170
- Lagesensor
- 172
- Rollsensor
- 176
- Motorgeber
- 178
- Rotorlagesensor
- 180
- Drehzahlsensor
- 186
- Drehwinkelsensor
- 192
- Aktion
- 200
- Fundament
- 202
- Rumpfhaut
- 204
- Rumpf
- 206
- Schiff
- 208
- Wasserfahrzeug
- 210
- Längsmittelachse (flossentragende Welle)
- 216
- Längsachse (Rumpf)
- 220
- Wasser
- 222
- Wasseroberfläche
- 224
- Koordinatensystem
- 230
- Anzeigeelement
- 232
- Querschnittsprofil
- 234
- Anströmkante
- 236
- Abströmkante
- g
- Erdbeschleunigung (Gravitation)
- α
- Ist-Anstellwinkel (Stabilisierungsflosse)
- β
- Soll-Anstellwinkel (Stabilisierungsflosse)
- γ
- Einbauwinkel
- φ
- Rotorlagewinkel
- n
- Anzahl Umdrehungen
-
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
-
