DE102021204000A1

DE102021204000A1 - Überwachungssystem einer Schiffsantriebsmaschine

Info

Publication number: DE102021204000A1
Application number: DE102021204000.4A
Authority: DE
Inventors: Jörg Amann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2022-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem (7) einer Schiffsantriebsmaschine (2), welche eine Abtriebswelle (3) aufweist, die für eine Übertragung einer Antriebsbewegung zu zumindest einer Schiffsantriebseinrichtung (5) vorgesehen ist. Zudem ist mindestens eine Sensoreinrichtung (8) vorgesehen. Um dabei eine möglichst zuverlässige Überwachung der Schiffsantriebsmaschine (2) zu ermöglichen, ist die mindestens eine Sensoreinrichtung (8) direkt auf der Abtriebswelle (3) der Schiffsantriebsmaschine (2) platziert. Dabei ist die mindestens eine Sensoreinrichtung (8) für eine unmittelbare Erfassung zumindest eines Parameters der Abtriebswelle (3) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem einer Schiffsantriebsmaschine, welche eine Abtriebswelle aufweist, die für eine Übertragung einer Antriebsbewegung zu zumindest einer Schiffsantriebseinrichtung vorgesehen ist, wobei mindestens eine Sensoreinrichtung vorgesehen ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Schiffsantriebsstrang sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Überwachungssystems einer Schiffsantriebsmaschine.
Bei Marinefahrzeugen mit einer oder mehreren Antriebsmaschinen wird üblicherweise die jeweilige Antriebsmaschine an einer Abtriebswelle mit einer Schiffsantriebseinrichtung verbunden, bei welcher es sich häufig um einen Schiffspropeller handelt. Eine abtriebsseitige Verbindung der jeweiligen Antriebsmaschine ist dabei zumeist über ein zwischenliegendes Schiffsgetriebe vorgenommen. Teilweise wird außerdem ein Überwachungssystem vorgesehen, über welches ein Zustand der jeweiligen Antriebsmaschine des Marinefahrzeugs überwacht werden kann.
So geht aus der US 6,273,771 B1 ein Überwachungssystem hervor, welches eine Vielzahl an Sensoreinrichtungen aufweist. Unter anderem ist dabei auch eine Sensoreinrichtung vorgesehen, über welche eine Schiffsantriebsmaschine überwacht werden kann, die für den Antrieb einer Schiffsantriebseinrichtung über eine Abtriebswelle ausgebildet ist.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Überwachungssystem einer Schiffsantriebsmaschine zu schaffen, wobei über dieses Überwachungssystem dabei eine möglichst zuverlässige Überwachung der Schiffsantriebsmaschine möglich sein soll.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Schiffsantriebsstrang mit zumindest einem erfindungsgemäßen Überwachungssystem ist zudem Gegenstand der Ansprüche 6 bis 9. Zudem betreffen die Ansprüche 10 bis 16 jeweils ein Verfahren zum Betreiben eines Überwachungssystems.
Gemäß der Erfindung ist bei einem Überwachungssystem einer Schiffsantriebsmaschine, welche eine Abtriebswelle aufweist, die für eine Übertragung einer Antriebsbewegung zu zumindest einer Schiffsantriebseinrichtung vorgesehen ist, mindestens eine Sensoreinrichtung vorgesehen. Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei der Schiffsantriebsmaschine dabei besonders bevorzugt um eine Verbrennungskraftmaschine, welche im verbauten Zustand an ihrer Abtriebswelle in einem Schiffsantriebsstrang mit der zumindest einen Schiffsantriebseinrichtung in Verbindung gebracht werden kann, um die durch die Verbrennungskraftmaschine erzeugte Antriebsbewegung auf die zumindest eine Schiffsantriebseinrichtung zu übertragen. Alternativ kann es sich bei der Schiffsantriebsmaschine aber auch um eine Elektromaschine handeln. Insbesondere ist die Schiffsantriebsmaschine dabei an ihrer Abtriebswelle mit einem nachfolgenden Schiffsgetriebe gekoppelt, wobei diese Koppelung dabei über eine zwischenliegende, elastische Kupplung vollzogen sein kann.
Das erfindungsgemäße Überwachungssystem der Schiffsantriebsmaschine ist vorliegend dafür vorgesehen, einen Zustand der Schiffsantriebsmaschine zu überwachen und dabei bevorzugt Unregelmäßigkeiten im Betrieb zu erkennen, welche auf einen Defekt, Verschleiß oder gar Ausfall einer der Komponenten der Schiffsantriebsmaschine hinweisen könnten.
Bei dem erfindungsgemäßen Überwachungssystem ist mindestens eine Sensoreinrichtung vorgesehen, wobei dabei im Sinne der Erfindung unter einer „Sensoreinrichtung“ eine Baueinheit zu verstehen ist, die der Erfassung mindestens eines Parameters dient und dazu einen oder auch mehrere Sensoren aufweist. Bevorzugt ist der mindestens eine Sensor dabei in einem Gehäuse der Sensoreinrichtung aufgenommen, wobei diese neben dem Sensor weiter bevorzugt dann noch eine elektronische Schaltung aufweist. Besonders bevorzugt ist der mindestens eine Sensor durch je eine piezoelektrische Erfassungseinrichtung gebildet.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die mindestens eine Sensoreinrichtung direkt auf der Abtriebswelle der Schiffsantriebsmaschine platziert ist. Dabei ist die mindestens eine Sensoreinrichtung für eine unmittelbare Erfassung zumindest eines Parameters der Abtriebswelle vorgesehen. Mit anderen Worten ist also die mindestens eine Sensoreinrichtung unmittelbar auf der Abtriebswelle angeordnet, um auch unmittelbar an der Abtriebswelle mindestens einen Parameter der Abtriebswelle bestimmen zu können.
Eine derartige Ausgestaltung eines Überwachungssystems hat dabei den Vorteil, dass durch die unmittelbare Platzierung der mindestens einen Sensoreinrichtung auf der Abtriebswelle der Schiffsantriebsmaschine auch die direkte Erfassung mindestens eines Parameters der Abtriebswelle möglich wird, wodurch eine Erfassung dieses mindestens einen Parameters mit hoher Genauigkeit realisierbar ist. Denn durch die direkte und damit unmittelbare Anordnung der mindestens einen Sensoreinrichtung auf der Abtriebswelle erfolgt die Erfassung des mindestens einen Parameters direkt und ohne zwischenliegende, sonstige Bauteile. Dadurch wird auch verhindert, dass bei der Erfassung des zumindest einen Parameters Bestandteile eines Signals durch Beeinflussung anderer Bauteile überlagert und ggf. kaschiert werden. Insgesamt ist hierdurch eine Erfassung des mindestens einen Parameters der Abtriebswelle der Schiffsantriebsmaschine mit hoher Genauigkeit möglich.
Im Sinne der Erfindung ist unter der „direkten Platzierung“ der mindestens einen Sensoreinrichtung auf der Abtriebswelle zu verstehen, dass die mindestens eine Sensoreinrichtung unmittelbar, d.h. ohne sonstige zwischenliegende Bauteile, auf der Abtriebswelle angeordnet ist. Hierdurch wird auch die unmittelbare Erfassung des mindestens einen Parameters an der Abtriebswelle möglich.
Zwar ist auch bei dem Überwachungssystem der US 6,273,771 B1 eine Sensoreinrichtung vorgesehen, die einer Überwachung der Schiffsantriebsmaschine dient. Dabei ist allerdings nicht im Detail beschrieben, wo die mindestens eine Sensoreinrichtung für die Überwachung platziert ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine Sensoreinrichtung dazu vorgesehen, ein Schwingungssignal der Abtriebswelle unmittelbar an der Abtriebswelle der Schiffsantriebsmaschine zu erfassen. Bevorzugt wird dabei als Schwingungssignal insbesondere eine Beschleunigung der Abtriebswelle in Drehrichtung, eine Schwinggeschwindigkeit und/oder ein Schwingweg bestimmt. Die Erfassung eines Schwingungssignals an der Abtriebswelle hat dabei den Vorteil, dass anhand des Schwingungssignals auf geeignete Art und Weise eine Überwachung der Schiffsantriebsmaschine möglich ist. Denn eine Beschädigung, Verschleiß und/oder ein Ausfall einer der Komponenten der Schiffsantriebsmaschine zieht auch eine Veränderung der Betriebscharakteristik und damit auch des Schwingungsverhaltens nach sich, was somit anhand des Signals erkannt werden kann.
Entsprechend einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist die mindestens eine Sensoreinrichtung mit einer Zentraleinheit verbunden, welche dazu eingerichtet ist, Daten der mindestens eine Sensoreinrichtung zu verarbeiten. Dabei handelt es sich bei den Daten bevorzugt um Rohdaten in Form des zumindest einen durch die mindestens eine Sensoreinrichtung erfassten Parameters, wobei die Zentraleinheit in der Folge dann eine Verarbeitung dieser Rohdaten vornimmt. Alternativ dazu kann es sich bei den Daten aber auch um bereits durch die mindestens eine Sensoreinrichtung aufbereitete Daten handeln, die aus dem zumindest einen erfassten Parameter durch die mindestens eine Sensoreinrichtung ermittelt worden sind. Anhand der Daten kann die Zentraleinheit jeweils die Überwachung der Schiffsantriebsmaschine vornehmen.
In Weiterbildung der Erfindung sind die mindestens eine Sensoreinrichtung und die Zentraleinheit kabellos miteinander verbunden, wodurch ein Datenaustausch zwischen der mindestens einen Sensoreinrichtung und der Zentraleinheit ohne Applikationsaufwand hergestellt werden kann. Besonders bevorzugt ist diese kabellose Verbindung dabei über Bluetooth realisiert.
Im Rahmen einer alternativen oder ergänzenden Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeit ist die Zentraleinheit mit einem externen, zentralen Datenspeicher verbindbar. Die Zentraleinheit kann also mit einem Datenspeicher verbunden werden, welcher extern vorgesehen ist. In vorteilhafter Weise besteht hierdurch die Möglichkeit, den mindestens einen, erfassten Parameter und auch die Verarbeitung des Parameters durch die Zentraleinheit zentral zu speichern und damit für mehrere Anwender abrufbar zu machen. Dabei handelt es sich bei dem zentralen Datenspeicher insbesondere um eine Cloud, mit welcher die Zentraleinheit im Rahmen einer Datenverbindung insbesondere kabellos verbunden werden kann.
Mindestens ein gemäß einer oder mehrerer der vorgenannten Varianten ausgestaltetes Überwachungssystem ist insbesondere Teil eines Schiffsantriebsstranges, wobei in diesem Antriebsstrang mindestens eine Antriebsmaschine vorgesehen ist, welcher an einer jeweiligen Abtriebswelle mit mindestens einer Schiffsantriebseinrichtung in Verbindung gebracht werden kann. Der mindestens einen Antriebsmaschine ist dabei je ein vorgenanntes Überwachungssystem zugeordnet, über welches zumindest ein Parameter der jeweiligen Abtriebswelle der mindestens einen Antriebsmaschine erfasst werden kann. Wie vorstehend beschrieben, ist dazu mindestens eine Sensoreinrichtung des jeweiligen Überwachungssystems direkt an der jeweiligen Abtriebswelle der mindestens einen Antriebsmaschine angeordnet.
In dem Schiffsantriebsstrang können dementsprechend ein oder mehrere Schiffsantriebsmaschine vorgesehen sein, die dabei jeweils bevorzugt als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt sind, im Einzelnen aber ggf. auch als Elektromaschine vorliegen können. Die mindestens eine Antriebsmaschine kann dabei mit mindestens einer Schiffsantriebseinrichtung in Verbindung gebracht werden, um eine Antriebsleistung der jeweiligen Antriebsmaschine auf die mindestens eine Schiffsantriebseinrichtung zu übertragen und damit einen Antrieb des jeweiligen Marinefahrzeugs zu realisieren. Bei der mindestens einen Schiffsantriebseinrichtung kann es sich um einen Schiffspropeller, einen Waterjet, einen Pod, einen Azimuth Thruster und ähnliches handeln.
In Weiterbildung eines vorgenannten Schiffsantriebsstranges steht die mindestens eine Antriebsmaschine an der jeweiligen Abtriebswelle mit einem Schiffsgetriebe in Verbindung, über welches eine Antriebsbewegung der jeweiligen Abtriebswelle der mindestens einen Antriebsmaschine zu der mindestens einen Schiffsantriebseinrichtung übersetzt werden kann. In der Folge kann über das zwischenliegende Schiffsgetriebe eine geeignete Übersetzung der Antriebsbewegung der mindestens einen Antriebsmaschine dargestellt werden.
Entsprechend einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schiffsantriebsstranges ist die mindestens eine Antriebsmaschine eine Hauptantriebsmaschine. Alternativ oder ergänzend dazu handelt es sich bei der mindestens einen Antriebsmaschine um eine Hilfsantriebsmaschine im Antriebsstrang. Im Sinne der Erfindung ist dabei mit einer Hauptantriebsmaschine eine Antriebsmaschine gemeint, welche in dem Schiffsantriebsstrang insbesondere zur Darstellung einer maximalen Antriebsleistung vorgesehen ist. Hingegen handelt es sich bei einer Hilfsantriebsmaschine um eine Antriebsmaschine, welche entweder nur für bestimmte Manöver des Marinefahrzeugs oder bei Fahrten mit niedriger Antriebsleistung herangezogen wird. So kann eine derartige Hilfsantriebsmaschine beispielsweise für Anlegemanöver oder Rangieren in einem Hafenbereich verwendet werden. Besonders bevorzugt ist eine Hauptantriebsmaschine dabei als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt, während es sich bei einer Hilfsantriebsmaschine auch um eine Elektromaschine handeln kann. Hierdurch besteht bei einem Marinefahrzeug die Möglichkeit, auch einen Antrieb der mindestens einen Schiffsantriebseinrichtung in Bereichen zu realisieren, in welchen aufgrund von Emissionsauflagen ein Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine nicht oder nur eingeschränkt möglich ist.
Im Sinne der Erfindung kann ein erfindungsgemäßer Schiffsantriebsstrang dementsprechend ein oder mehrere Schiffsantriebsmaschinen aufweisen, wobei bevorzugt ein Schiffsgetriebe vorgesehen ist, über welche eine durch die eine oder die mehreren Schiffsantriebsmaschine erzeugte Antriebsbewegung zu einer oder mehreren Schiffsantriebseinrichtungen unter Übersetzung übertragen wird.
Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Verfahren zum Betreiben eines Überwachungssystems einer Schiffsantriebsmaschine, wobei zumindest ein Parameter einer Antriebswelle der Schiffsantriebsmaschine über mindestens eine, unmittelbar an der Antriebswelle angeordnete Sensoreinrichtung direkt an der Antriebswelle erfasst wird. In vorteilhafter Weise kann durch die direkte Erfassung des mindestens einen Parameters an der Antriebswelle eine Bestimmung des Parameters mit hoher Genauigkeit verwirklicht werden. Wesentlich für das Verfahren ist dabei, wie schon zu dem vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Überwachungssystem beschrieben, dass die Erfassung direkt und damit unmittelbar an der Antriebswelle der Schiffsantriebsmaschine vorgenommen wird.
Entsprechend einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die mindestens eine Sensoreinrichtung ein Schwingungssignal der Antriebswelle erfasst. Bevorzugt handelt es sich dabei bei dem mindestens einen Schwingungssignal um eine Beschleunigung, eine Schwinggeschwindigkeit und/oder einen Schwingweg. Durch Erfassung von Schwingungen der Antriebswelle kann eine Überwachung der Schiffsantriebsmaschine auf besonders zuverlässige Art und Weise realisiert werden. Bevorzugt wird das mindestens eine erfasste Schwingungssignal dabei einer Ordnungsanalyse unterzogen, wodurch durch Auftragen des Energiegehalts der Schwingungen über der Ordnung eine dahingehende Analyse möglich wird, in welchem Bereich der Schiffsantriebsmaschine es ggf. zu einer Abweichung von einem vorherigen, beeinträchtigungsfreien Zustand gekommen ist. So kann anhand einer Ordnungsanalyse beispielsweise auch darauf geschlossen werden, bei welchem der Zylinder einer als Verbrennungskraftmaschine ausgeführten Schiffsantriebsmaschine ein veränderter Zustand vorliegt. Ggf. ist es im Rahmen der Erfindung zudem denkbar, basierend auf dem gemessenen Signal einen Effektivwert zu ermitteln und für die Überwachung zu verwenden.
Alternativ oder ergänzend zu der vorgenannten Ausführungsform wird anhand des zumindest einen, erfassten Parameters ein Zustand der Schiffsantriebsmaschine anhand einer Abweichung von je einem Normalverlauf überprüft. Im Rahmen des Verfahrens wird also der zumindest eine Parameter, welcher mittels der zumindest einen Sensoreinrichtung des Überwachungssystems erfasst wurde, mit einem zugehörigen Verlauf verglichen, welcher basierend auf einem Normalzustand erstellt wurde. Dabei wird der Zustand der Schiffsantriebsmaschine anhand einer Abweichung von diesem Normalzustand bestimmt.
In Weiterbildung der vorgenannten Variante wurde der Normalverlauf durch das Überwachungssystem eingelernt. Dies hat den Vorteil, dass somit ein jeweiliger individueller Normalverlauf für die jeweilige Schiffsantriebsmaschine erstellt wird, da insbesondere bei der Erfassung eines Schwingungssignals als Parameter schon geringfügig unterschiedliche bauliche Gegebenheiten zu unterschiedlichen Signalverläufen führen können. Wird daher der Normalverlauf durch das Überwachungssystem eingelernt, so wird diesen Gegebenheiten Rechnung getragen. Besonders bevorzugt erfolgt das Einlernen dabei bei einer Erstinbetriebnahme eines Schiffsantriebsstranges, in welchem die Schiffsantriebsmaschine vorgesehen ist.
Weiter bevorzugt wird die Überprüfung durch Abgleich des zumindest einen, erfassten Parameters mit einer Schwelle durchgeführt, die basierend auf dem Normalverlauf bestimmt wurde. Es wird also basierend auf den Normalverlauf eine Schwelle festgelegt, ab deren Überschreiten ein Verlassen des Normalverlaufs erkannt wird. Insbesondere wird die Schwelle dabei durch Hinzurechnen eines Offsetwerts zu dem Normalverlauf ermittelt.
Es ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, dass ein Überschreiten der Schwelle als Ereignis erfasst wird, welches angezeigt und/oder gespeichert wird. Ein Überschreiten der Schwelle durch den erfassten, zumindest einen Parameter wird also als Ereignis deklariert, wobei daraufhin eine entsprechende Anzeige aktiviert oder eine Speicherung dieses Ereignisses oder auch beide vorgenannte Maßnahmen durchgeführt werden. Besonders bevorzugt erfolgt eine Speicherung dabei in einem Ringspeicher, wodurch auch ein dem Ereignis vorhergehender Zustand und ein ggf. auf das Ereignis nachfolgender, wieder normaler Zustand mit abgespeichert werden kann.
Besonders bevorzugt wird das vorgenannte Verfahren dabei im Zusammenspiel der zumindest einen Sensoreinrichtung mit einer Zentraleinheit eines erfindungsgemä-ßen Überwachungssystems durchgeführt, welches mit der zumindest einen Sensoreinrichtung kabellos in Verbindung steht. Durch diese Zentraleinheit wird dabei insbesondere eine Erfassung eines Ereignisses, also die Überschreitung einer Schwelle durch den erfassten Parameter, in einen externen, zentralen Datenspeicher übertragen, wodurch dieses Ereignis zentral eingesehen und damit dessen Ursache ermittelt werden kann. Bei mehreren Schiffsantriebsmaschinen und damit auch mehreren Überwachungssystemen kann die Zentraleinheit dabei auch für mehrere Sensoreinrichtungen verantwortlich sein.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht eines Schiffsantriebsstranges entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ein beispielhafter Verlauf eines Schwingungssignals, welches an einer Abtriebswelle einer Schiffsantriebsmaschine des Schiffsantriebsstranges aus 1 erfasst wurde; und
3 bis 6 je eine schematische Darstellung eines Schiffsantriebsstranges entsprechend jeweils einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung.

Aus 1 geht eine schematische Darstellung eines Schiffsantriebsstranges 1 hervor, welcher für die Anwendung bei einem Marinefahrzeug vorgesehen ist. Der Schiffsantriebsstrang 1 ist dabei entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet und umfasst eine Schiffsantriebsmaschine 2, bei welcher es sich insbesondere um eine Verbrennungskraftmaschine handelt. Diese Verbrennungskraftmaschine ist dabei als Hauptantriebsmaschine im Schiffsantriebsstrang 1 vorgesehen.
Die Schiffsantriebsmaschine 2 ist an einer Abtriebswelle 3 in Form ihrer Kurbelwelle mit einem nachfolgenden Schiffsgetriebe 4 verbunden, über welches eine durch die Schiffsantriebsmaschine 2 erzeugte und mittels der Abtriebswelle 3 in das Schiffsgetriebe 4 eingeleitete Antriebsbewegung zu einer Schiffsantriebseinrichtung 5 übersetzt wird. Dabei handelt es sich bei dieser Schiffsantriebseinrichtung 5 um einen Schiffspropeller 6.
Der Schiffsantriebsmaschine 2 ist zudem ein Überwachungssystem 7 zugeordnet, welches für eine Überwachung eines Zustands der Schiffsantriebsmaschine 2 vorgesehen ist. Dabei umfasst dieses Überwachungssystem 7 eine Sensoreinrichtung 8, welche unmittelbar auf der Abtriebswelle 3 der Schiffsantriebsmaschine 2 platziert ist. Bevorzugt umfasst diese Sensoreinrichtung 8 dabei eine - vorliegend nicht weiter im Detail dargestellten - piezoelektrische Erfassungseinrichtung und eine elektronische Schaltung, wobei über die Sensoreinrichtung 8 dabei ein Schwingungssignal der Abtriebswelle 3 direkt an der Abtriebswelle 3 erfasst werden kann.
Innerhalb des Überwachungssystems 7 steht die Sensoreinrichtung 8 mit einer Zentraleinheit 9 in Verbindung, wobei über diese Verbindung Daten der Sensoreinrichtung 8 an die Zentraleinheit 9 übermittelt werden können. Die Verbindung ist dabei im vorliegenden Fall kabellos realisiert, insbesondere als Bluetooth-Verbindung.
Zum einen ist es dabei möglich, dass das durch die Sensoreinrichtung 8 erfasste Schwingungssignal an die Zentraleinheit 9 übermittelt wird, wobei seitens der Zentraleinheit 9 dann eine Verarbeitung des übermittelten Schwingungssignals vorgenommen wird. Alternativ dazu kann aber auch die Sensoreinrichtung 8 selbst bereits eine Verarbeitung des Schwingungssignals vornehmen, wobei im Folgenden dann die bereits verarbeiteten Daten weiter an die Zentraleinheit 9 übermittelt werden.
In 2 ist ein Verlauf eines Schwingungssignals als Einzelsignal 10 beispielhaft dargestellt. Das Einzelsignal 10 wird im Folgenden mit einem zugehörigen Normalverlauf abgeglichen, welcher mit Erstinbetriebnahme des Schiffsantriebsstranges 1 eingelernt wurde. Anhand des Normalverlaufs wird dabei eine Schwelle 11 mittels eines Offset-Werts definiert, die in 2 für das Einzelsignal 13 angedeutet ist. Ein Überschreiten der Schwelle 11 wird durch die Zentraleinheit 9 erfasst. Wie in 2 beispielhaft angedeutet, wird ein Überschreiten dieser Schwelle 11 durch das jeweilige Einzelsignal 10 durch die Zentraleinheit 9 als Ereignis 12 erfasst, wobei die Zentraleinheit 9 in der Folge ein Warnsignal ausgibt. Des Weiteren wird das Ereignis 12 durch die Zentraleinheit 9 in einem zentralen, externen Datenspeicher 13 abgespeichert, welcher in 1 angedeutet ist und bei dem es sich um eine Cloud handelt. Die Abspeicherung erfolgt dabei in einem Ringspeicher, wobei bei der Abspeicherung neben dem eigentlichen Ereignis 12 auch ein davor liegender Zeitabschnitt und ein nachfolgender Zeitabschnitt abgespeichert werden. Dieser Speicherbereich 14 ist dabei ebenfalls in 2 angedeutet.
Aufgrund der Erfassung des Ereignisses 12 und dessen Abspeicherung kann somit erkannt werden, dass es hinsichtlich der Schiffsantriebsmaschine 2 zu einer Abweichung von einem Normalbetrieb gekommen ist. Mit Erfassung eines Ereignisses kann zudem eine Ordnungsanalyse des durch die Sensoreinrichtung 8 erfassten Schwingungssignals vorgenommen werden, um durch Zuordnung der Schwingungen zu ermitteln, bei welcher der Komponenten der Schiffsantriebsmaschine 2 diese Abweichung von dem Normalbetrieb aufgetreten ist. Da zudem eine Abspeicherung in dem externen, zentralen Datenspeicher 13 erfolgt ist, kann diese Analyse auch aus der Ferne und von einer, nicht auf dem Marinefahrzeug befindlichen Person durchgeführt werden. Allerdings besteht auch für die Besatzung des Marinefahrzeugs durch Zugriff auf die Zentraleinheit 9 die Möglichkeit, sich das Ereignis 12 und die damit einhergehende Analyse direkt anzeigen zu lassen.
Ferner geht aus 3 eine schematische Darstellung eines Schiffsantriebsstranges 15 entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hervor. Dabei entspricht dieser Schiffsantriebsstrang 15 weitestgehend dem Schiffsantriebsstrang 1 aus 1, wobei im Unterschied dazu nun neben der Schiffsantriebsmaschine 2 noch eine weitere Schiffsantriebsmaschine 16 als Hilfsantriebsmaschine vorgesehen ist, welche über eine Abtriebswelle 17 ebenfalls mit dem Schiffsgetriebe 4 in Verbindung steht. Dabei kann über diese Schiffsantriebsmaschine 16 alternativ oder ergänzend zu der Schiffsantriebsmaschine 2 ein Antrieb des Schiffspropeller 6 des Marinefahrzeugs vorgenommen werden. Bevorzugt ist die Schiffsantriebsmaschine 16 dabei von ihrer Leistung her kleiner ausgeführt als die Schiffsantriebsmaschine 2, wobei es sich bei der Schiffsantriebsmaschine 16 ebenfalls um eine Verbrennungskraftmaschine oder auch um eine Elektromaschine handeln kann.
Auch an der Abtriebswelle 17 der Schiffsantriebsmaschine 16 ist eine Sensoreinrichtung 18 eines Überwachungssystems 19 unmittelbar angeordnet, wobei die Sensoreinrichtung 18 dabei für die direkte Erfassung eines Schwingungssignals der Abtriebswelle 17 vorgesehen ist. Dem Überwachungssystem 19 ist dabei ebenfalls die Zentraleinheit 9 zugeordnet, welche mit der Sensoreinrichtung 18 kabellos in Verbindung steht, um die Daten der Sensoreinrichtung 18 abrufen zu können. Vorliegend wird ein Schwingungssignal dabei in analoger Weise verarbeitet, wie dies bei dem Schwingungssignal der Sensoreinrichtung 8 des Überwachungssystems 7 der Fall ist und wie es zu den 1 und 2 beschrieben worden ist. Dementsprechend wird auch hier ein Signal mit einer zugehörigen Schwelle abgeglichen und auf Ereignisse überprüft. Auch ansonsten entspricht die Ausführungsform nach 3 der Variante nach 1, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Zudem zeigt 4 eine schematische Ansicht eines Schiffsantriebsstranges 20 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei auch dieser Schiffsantriebsstrang 20 dabei im Wesentlichen der Variante nach 1 entspricht. So weist auch der Schiffsantriebsstrang 20 die Schiffsantriebsmaschine 2 auf, welche an der Abtriebswelle 3 mit dem nachfolgenden Schiffsgetriebe 4 in Verbindung steht. Zusätzlich ist aber nun noch eine weitere Schiffsantriebsmaschine 21 als Hauptantriebsmaschine vorgesehen, welche ebenfalls bevorzugt als Verbrennungskraftmaschine vorliegt und deren Leistung im Wesentlichen der Schiffsantriebsmaschine 2 entspricht. Über das zwischenliegende Schiffsgetriebe 4 werden dabei Antriebsleistungen der beiden Schiffsantriebsmaschinen 2 und 21 zu dem Schiffspropeller 6 hin übersetzt.
Wie in 4 zu erkennen ist, ist auch an einer Abtriebswelle 22 der Schiffsantriebsmaschine 21 eine Sensoreinrichtung 23 unmittelbar platziert, über welche ein Schwingungssignal der Abtriebswelle 22 der Schiffsantriebsmaschine 21 direkt erfasst werden kann. Über die Abtriebswelle 22 ist die Schiffsantriebsmaschine 21 mit dem Schiffsgetriebe 4 verbunden. Die Sensoreinrichtung 23 ist einem Überwachungssystem 24 zugeordnet, wobei die Sensoreinrichtung 23 innerhalb dieses Überwachungssystems 24 kabellos mit der Zentraleinheit 9 verbunden ist. Insofern ist die Zentraleinheit 9 gleichzeitig Teil des Überwachungssystems 7, als auch Teil des Überwachungssystems 24. Wie bereits zu 1 und anhand von 2 beschrieben, wird dabei auch eine Verarbeitung des Schwingungssignals der Sensoreinrichtung 23 vorgenommen. Auch im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 4 der Variante nach 1, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Schiffsantriebsstranges 25 gemäß einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung. Dabei entspricht diese Ausgestaltungsmöglichkeit weitestgehend der vorhergehenden Variante nach 4, mit dem Unterschied, dass das Schiffsgetriebe 4 abtriebsseitig neben dem Schiffspropeller 6 nun noch mit einer weiteren Schiffsantriebseinrichtung 26 verbunden ist, die ebenfalls als Schiffspropeller 27 vorliegt. Ansonsten entspricht die Ausführungsform nach 5 der Variante nach 4, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Schließlich geht noch aus 6 eine schematische Ansicht eines Schiffsantriebsstranges 28 entsprechend einer fünften Ausführungsform der Erfindung hervor. Dieser Schiffsantriebsstrang 28 entspricht dabei im Wesentlichen dem Schiffsantriebsstrang 1 aus 1, mit dem Unterschied, dass die Abtriebswelle 3 der Schiffsantriebsmaschine 2 nun über eine zwischenliegende Kupplung 29 mit einer Eingangswelle 30 des nachgeschalteten Schiffsgetriebes 4 verbunden ist. Vorliegend ist die Kupplung 29 dabei als elastische Kupplung ausgebildet. Neben dem Überwachungssystem 7, über welches mittels der Sensoreinrichtung 8 ein Schwingungssignal unmittelbar an der Abtriebswelle 3 erfasst werden kann, ist zudem noch eine Sensoreinrichtung 31 vorgesehen, welche einer Erfassung eines Schwingungssignals an der Eingangswelle 30 dient.
Die Sensoreinrichtung 31 ist dabei Teil eines Überwachungssystems 32, innerhalb von welchem das durch die Sensoreinrichtung 31 erfasste Signal ebenfalls an die Zentraleinheit 9 übermittelt werden kann. Dies erfolgt dabei erneut kabellos. Da insofern beidseitig der Kupplung 29 je eine Sensoreinrichtung 8 bzw. 31 angeordnet ist, kann in der Folge durch Verarbeitung der Schwingungssignale der beiden Sensoreinrichtungen 8 und 31 auch eine Funktion der Kupplung 29 überwacht werden. Hierzu werden die Schwingungssignale mit entsprechenden Normalverläufen abgeglichen. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 6 sonst der Variante nach 1, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen eines Überwachungssystems kann eine zuverlässige Überwachung einer Schiffsantriebsmaschine realisiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Schiffsantriebsstrang
2: Schiffsantriebsmaschine
3: Abtriebswelle
4: Schiffsgetriebe
5: Schiffsantriebseinrichtung
6: Schiffspropeller
7: Überwachungssystem
8: Sensoreinrichtung
9: Zentraleinheit
10: Einzelsignal
11: Schwelle
12: Ereignis
13: Datenspeicher
14: Speicherbereich
15: Schiffsantriebsstrang
16: Schiffsantriebsmaschine
17: Abtriebswelle
18: Sensoreinrichtung
19: Überwachungssystem
20: Schiffsantriebsstrang
21: Schiffsantriebsmaschine
22: Abtriebswelle
23: Sensoreinrichtung
24: Überwachungssystem
25: Schiffsantriebsstrang
26: Schiffsantriebseinrichtung
27: Schiffspropeller
28: Schiffsantriebsstrang
29: Kupplung
30: Eingangswelle
31: Sensoreinrichtung
32: Überwachungssystem

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

US 6273771 B1 [0003, 0012]

Claims

Überwachungssystem (7; 19; 24; 32) einer Schiffsantriebsmaschine (2; 16; 21), welche eine Abtriebswelle (3; 14; 22) aufweist, die für eine Übertragung einer Antriebsbewegung zu zumindest einer Schiffsantriebseinrichtung (5; 5, 26) vorgesehen ist, wobei mindestens eine Sensoreinrichtung (8; 18; 23) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensoreinrichtung (8; 18; 23) direkt auf der Abtriebswelle (3; 14; 22) der Schiffsantriebsmaschine (2; 16; 21) platziert ist, und dass die mindestens eine Sensoreinrichtung (8; 18; 23; 31) für eine unmittelbare Erfassung zumindest eines Parameters der Abtriebswelle (3; 14; 22) ausgebildet ist.
Überwachungssystem (7; 19; 24; 32) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensoreinrichtung (8; 18; 23) dazu vorgesehen ist, ein Schwingungssignal, insbesondere eine Beschleunigung, eine Schwinggeschwindigkeit und/oder einen Schwingweg, der Abtriebswelle (3; 14; 22) unmittelbar an der Abtriebswelle (3; 14; 22) der Schiffsantriebsmaschine (2; 16; 21) zu ermitteln.
Überwachungssystem (7; 19; 24; 32) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensoreinrichtung (8; 18; 23) mit einer Zentraleinheit (9) verbunden ist, welche dazu eingerichtet ist, Daten der mindestens einen Sensoreinrichtung (8; 18; 23) zu verarbeiten.
Überwachungssystem (7; 19; 24; 32) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensoreinrichtung (8; 18; 23) und die Zentraleinheit (9) kabellos miteinander verbunden sind, bevorzugt über Bluetooth.
Überwachungssystem (7; 19; 24; 32) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (9) mit einem externen, zentralen Datenspeicher (13) verbindbar ist.
Schiffsantriebsstrang (1; 15; 20; 25; 28), umfassend mindestens eine Schiffsantriebsmaschine (2; 2, 16; 2, 21), welche an einer jeweiligen Abtriebswelle (3; 14; 22) mit mindestens einer Schiffsantriebseinrichtung (5; 5, 26) in Verbindung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Schiffsantriebsmaschine (2; 2, 16; 2, 21) je ein Überwachungssystem (7; 7, 19; 7, 24) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 zugeordnet ist, über welches zumindest ein Parameter der jeweiligen Abtriebswelle (3; 14; 22) unmittelbar erfassbar ist.
Schiffsantriebsstrang (1; 15; 20; 25; 28) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schiffsantriebsmaschine (2; 2, 16; 2, 21) an der jeweiligen Abtriebswelle (3; 14; 22) mit einem Schiffsgetriebe (4) in Verbindung steht, über welches eine Antriebsbewegung der jeweiligen Abtriebswelle (3; 14; 22) der mindestens einen Schiffsantriebsmaschine (2; 2, 16; 2, 21) zu der mindestens einen Schiffsantriebseinrichtung (5; 5, 26) übersetzbar ist.
Schiffsantriebsstrang (1; 15; 20; 25; 28) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schiffsantriebsmaschine (2; 21) eine Hauptantriebsmaschine ist.
Schiffsantriebsstrang (15) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schiffsantriebsmaschine (16) eine Hilfsantriebsmaschine ist.
Verfahren zum Betreiben eines Überwachungssystems (7; 19; 24; 32) einer Schiffsantriebsmaschine (2; 16; 21), wobei zumindest ein Parameter einer Abtriebswelle (3; 14; 22) der Schiffsantriebsmaschine (2; 16; 21) über mindestens eine, unmittelbar an der Abtriebswelle (3; 14; 22) angeordnete Sensoreinrichtung (8; 18; 23) direkt an der Abtriebswelle (3; 14; 22) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch die mindestens eine Sensoreinrichtung (3; 14; 22) mindestens ein Schwingungssignal der Abtriebswelle (3; 14; 22) ermittelt wird, insbesondere eine Beschleunigung, eine Schwinggeschwindigkeit und/oder ein Schwingweg.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine ermittelte Schwingungssignal einer Ordnungsanalyse unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des zumindest einen, erfassten Parameters ein Zustand der Schiffantriebsmaschine (2; 16; 21) anhand einer Abweichung von je einem Normalverlauf überprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Normalverlauf durch das Überwachungssystem eingelernt wurde.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung durch Abgleich des zumindest einen, erfassten Parameters mit einer Schwelle (11) durchgeführt wird, die basierend auf dem Normalverlauf bestimmt wurde.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überschreiten der Schwelle als Ereignis (12) erfasst wird, welches angezeigt und/oder gespeichert wird.