DE102021206519A1

DE102021206519A1 - Cooling of an electric nacelle drive

Info

Publication number: DE102021206519A1
Application number: DE102021206519.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Deeg; Andreas Junglewitz
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2021-06-24
Filing date: 2021-06-24
Publication date: 2022-12-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Gondelantrieb (1) für ein Schiff umfassend ein Gondelgehäuse (2), einen im Gondelgehäuse (2) angeordneten Elektromotor (3), einen Gondelschaft (4), mittels welchem das Gondelgehäuse (2) drehbar mit einem Schiffsrumpf verbindbar ist, wobei der Gondelschaft (4) an seiner Gondelschaft-Unterseite (5) mit dem Gondelgehäuse (2) verbunden ist, und eine Kühlvorrichtung (6) im Gondelschaft (4) zur Kühlung des Elektromotors (3), wobei die Kühlvorrichtung (6) einen atmosphärisch geschlossenen Arbeitsraum (7) mit einem in dem Arbeitsraum (7) eingeschlossenen Kühlmittel (8) umfasst, der durch eine Grundfläche (9), die durch die Gondelschaft-Unterseite (5) gebildet wird, eine der Grundfläche (9) gegenüberliegende Deckfläche (10) und eine die Grundfläche (9 mit der Deckfläche (10) verbindende Mantelfläche (11), die durch zumindest einen Teil des Gondelschafts (4) gebildet ist, begrenzt ist, wobei der Arbeitsraum (7) über die Grundfläche (9) mit dem Elektromotor (3) in thermischem Kontakt steht. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kühlen eines Elektromotors (3) eines elektrischen Gondelantriebs (1).The invention relates to an electric nacelle drive (1) for a ship, comprising a nacelle housing (2), an electric motor (3) arranged in the nacelle housing (2), a nacelle shaft (4), by means of which the nacelle housing (2) can be rotatably connected to a ship's hull , wherein the gondola shaft (4) is connected to the gondola housing (2) on its underside (5) of the gondola shaft, and a cooling device (6) in the gondola shaft (4) for cooling the electric motor (3), the cooling device (6) having a Atmospherically closed work space (7) with a coolant (8) enclosed in the work space (7), which comprises a base surface (9) formed by the underside (5) of the gondola shaft and a cover surface ( 10); electromotor or (3) is in thermal contact. The invention also relates to a method for cooling an electric motor (3) of an electric gondola drive (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Gondelantrieb für ein Schiff, der Gondelantrieb aufweisend ein Gondelgehäuse, einen im Gondelgehäuse angeordneten Elektromotor und einen Gondelschaft, mittels welchem das Gondelgehäuse drehbar mit einem Schiffsrumpf verbindbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen eines Elektromotors eines elektrischen Gondelantriebs.The invention relates to an electric nacelle drive for a ship, the nacelle drive having a nacelle housing, an electric motor arranged in the nacelle housing and a nacelle shaft, by means of which the nacelle housing can be rotatably connected to a ship's hull. Furthermore, the invention relates to a method for cooling an electric motor of an electric gondola drive.

Ein derartiger elektrischer Gondelantrieb kommt beispielsweise als Antriebseinheit bei einem Schiff oder allgemein bei einem Wasserfahrzeug zum Einsatz, wobei sich der Gondelantrieb im Allgemeinen außerhalb des Schiffsrumpfes und unterhalb des Wasserspiegels, insbesondere im Seewasser, befindet und einen Propeller antreibt.Such an electric nacelle drive is used, for example, as a drive unit on a ship or in a watercraft in general, with the nacelle drive generally being located outside the ship's hull and below the water level, in particular in sea water, and driving a propeller.

Derartige Gondelantriebe sind auch unter der Bezeichnung Pod-Antriebe bekannt und weisen üblicherweise eine elektrische Leistung im Megawattbereich, insbesondere von mehr als 5 MW auf. Abhängig von der Größe des Wasserfahrzeuges und dem Verwendungszweck des Gondelantriebes können aber auch elektrische Leistungen kleiner 5 MW zum Einsatz kommen. Dabei muss bei einem solchen elektrischen Gondelantrieb die Verlustwärme der elektrischen Maschine in geeigneter Form abgeführt werden, um die Maschine während des Betriebs auf einem konstanten und akzeptablen Temperaturniveau zu halten.Such nacelle drives are also known as pod drives and usually have an electrical output in the megawatt range, in particular more than 5 MW. Depending on the size of the watercraft and the intended use of the gondola drive, electrical power of less than 5 MW can also be used. With such an electric nacelle drive, the heat loss of the electric machine must be dissipated in a suitable form in order to keep the machine at a constant and acceptable temperature level during operation.

Die Kühlung von Elektromotoren wird häufig, sowohl aktiv als auch passiv, durch umgebende Medien wie Luft oder Wasser am äußeren Motorgehäuse vorgenommen. Die Kühlung im Innenraum erfolgt in der Regel durch Luft, in seltenen Fällen - weil teuer und fehleranfällig- durch eine Flüssigkeit.Electric motors are often cooled, both actively and passively, by ambient media such as air or water on the outer motor housing. The interior is usually cooled by air, in rare cases - because it is expensive and prone to errors - by a liquid.

Der Nachteil der Kühlmethode mit komplett aktiver Motorkühlung mittels zirkulierter Luft besteht vor allem in der Notwendigkeit eines großen Rückkühlaggregates im Schiff und der Leitung des Kühlmediums aus dem Schiff (stehender Teil) in den Pod (sich drehender Teil). Hierzu sind zusätzliche Bauteile und höhere finanzielle Aufwendungen notwendig.The main disadvantage of the cooling method with fully active engine cooling using circulated air is the need for a large recooling unit in the ship and the ducting of the cooling medium from the ship (stationary part) into the pod (rotating part). This requires additional components and higher financial expenditure.

Bei einer aktiv betriebenen Kühlung mittels Kühlwasser wird häufig das Wasser mittels Wärmetauscher im Schiff heruntergekühlt, durch eine Drehdurchführung vom Schiff in den sich drehenden Pod übertragen und über die Oberfläche des Motors und wieder hinaus gepumpt. Diese Lösung ist viel aufwendiger, teurer und gefährlicher, da bei Wasseraustritt ein Kurzschluss entstehen könnte.With actively operated cooling using cooling water, the water is often cooled down by means of heat exchangers in the ship, transferred from the ship to the rotating pod through a rotary union and pumped over the surface of the engine and out again. This solution is much more complex, expensive and dangerous, since a short circuit could occur if water escapes.

Bei den komplett passiven Motorkühlungen mittels umgebenden Kühlwassers unterscheidet man zwischen einer ersten Lösung, bei der die durch den Schaft verdeckte Fläche des Gondelgehäuses vernachlässigt wird und die daher auch nur für kleine Leistungen geeignet ist, und einer zweiten Lösung, bei der diese durch den Schaft verdeckte Fläche mittels Kühldurchflüssen in einem Gehäuse am Übergang vom Gondelgehäuse zum Gondelschaft in die Kühlung einbezieht.In the case of completely passive engine cooling by means of surrounding cooling water, a distinction is made between a first solution, in which the area of the nacelle housing covered by the shaft is neglected and which is therefore only suitable for low power, and a second solution, in which this is covered by the shaft Includes area by means of cooling flows in a housing at the transition from the nacelle housing to the nacelle shaft in the cooling.

Die erste Lösung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die zu kühlende Motoroberfläche durch eine wärmeleitende feste Verbindung mit einem Teil der Schaftinnenfläche verbunden wird. Dies ist beispielsweise durch Ausgießen mit Aluminium möglich. Bei dieser Art der Wärmeübertragung ist der Temperaturgradient zwischen Seewasser und Motoraußenfläche die Triebkraft. Alternativ kann die erste Lösung auch mittels einer großen Anzahl von Heatpipes als thermische Verbindung zwischen Motoroberfläche und kühlender Schaftfläche eingesetzt werden. Hier sind Kapillarkräfte treibend und es gibt nur einen kleinen Temperaturgradienten.The first solution can be implemented, for example, in that the motor surface to be cooled is connected to part of the inner surface of the shaft by a thermally conductive fixed connection. This is possible, for example, by pouring out aluminum. With this type of heat transfer, the driving force is the temperature gradient between the sea water and the outer surface of the engine. Alternatively, the first solution can also be used by means of a large number of heat pipes as a thermal connection between the engine surface and the cooling skirt surface. Here capillary forces are driving and there is only a small temperature gradient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Gondelantrieb mit einer verbesserten Kühlung, sowie ein Verfahren zum Kühlen eines Elektromotors eines elektrischen Gondelantriebs bereitzustellen.The object of the invention is to provide an electric nacelle drive with improved cooling and a method for cooling an electric motor of an electric nacelle drive.

Die Erfindung löst die auf einen elektrischen Gondelantrieb gerichtete Aufgabe, indem sie vorsieht, dass bei einem derartigen elektrischen Gondelantrieb für ein Schiff, umfassend ein Gondelgehäuse, einen im Gondelgehäuse angeordneten Elektromotor, einen Gondelschaft, mittels welchem das Gondelgehäuse drehbar mit einem Schiffsrumpf verbindbar ist, wobei der Gondelschaft an seiner Gondelschaft-Unterseite mit dem Gondelgehäuse verbunden ist, und eine Kühlvorrichtung im Gondelschaft zur Kühlung des Elektromotors, die Kühlvorrichtung einen atmosphärisch geschlossenen Arbeitsraum mit einem in dem Arbeitsraum eingeschlossenen Kühlmittel umfasst, der durch eine Grundfläche, die durch die Gondelschaft-Unterseite gebildet wird, eine der Grundfläche gegenüberliegende Deckfläche und eine die Grundfläche mit der Deckfläche verbindende Mantelfläche, die durch zumindest einen Teil des Gondelschafts gebildet ist, begrenzt ist, wobei der Arbeitsraum über die Grundfläche mit dem Elektromotor in thermischem Kontakt steht. Diese passive Kühlmethode nutzt das nahe gelegene Kühlmedium (Seewasser) und die vorhandene Kühlfläche (Fläche an der Schaft-Unterseite).The invention solves the problem of an electric nacelle drive by providing that with such an electric nacelle drive for a ship, comprising a nacelle housing, an electric motor arranged in the nacelle housing, a nacelle shaft, by means of which the nacelle housing can be rotatably connected to a ship's hull, wherein the gondola shaft is connected to the gondola housing on its underside of the gondola shaft, and a cooling device in the gondola shaft for cooling the electric motor, the cooling device comprising an atmospherically closed working space with a coolant enclosed in the working space, which is formed by a base area formed by the underside of the gondola shaft is, a top surface opposite the base surface and a lateral surface connecting the base surface to the top surface, which is formed by at least a part of the nacelle shaft, is limited, the working space being thermally limited via the base surface with the electric motor hem contact. This passive cooling method uses the nearby cooling medium (seawater) and the existing cooling surface (surface on the underside of the shaft).

Für den Betrieb der Kühlvorrichtung wählt man ein Kühlmittel, das an der Gondelschaft-Unterseite, also am abgedeckten Motorbereich, in flüssiger Phase vorliegt, dort durch Erwärmen verdampft und aufsteigt und an der Innenseite des Gondelschafts, der direkten Kontakt mit dem Seewasser hat und an dieses Wärme abgeben kann, wieder kondensiert. Das Kühlmittel ist elektrisch nichtleitend, sodass bei Kühlmittelaustritt, anders als bei Wasser, kein Kurzschluss entstehen kann. Eine Kühlung mittels Luft ist technisch nicht möglich, da die Wärmekapazität der Luft hierzu nicht ausreicht.For the operation of the cooling device, a coolant is selected which is present in the liquid phase on the underside of the gondola shaft, i.e. on the covered engine area, evaporates there by heating and rises and on the inside of the gondola shaft that has direct contact with the seawater and can give off heat to it, condenses again. The coolant is electrically non-conductive so that, unlike with water, no short circuit can occur if the coolant escapes. Cooling with air is technically not possible, since the heat capacity of the air is not sufficient for this.

Zum thermischen Transport wird die Verdampfungsenthalpie genutzt. Im oberen Motorbereich wird die Wärme an das flüssige Kühlmittel abgegeben, das verdampft. Der Dampf steigt innerhalb des Schaftes auf und kondensiert innen an den Seitenflächen des Schaftes. Bei der Kondensation wird die Wärme an die Seitenflächen abgegeben, durch den Werkstoff geleitet und außen an das Seewasser abgegeben. Das kondensierte Kühlmittel kann mittels Schwerkraft in den „Sumpf“ des oberen Motorbereichs zurückfließen, um dort erneut zu verdampfen.The enthalpy of vaporization is used for thermal transport. In the upper part of the engine, the heat is given off to the liquid coolant, which evaporates. The vapor rises inside the shaft and condenses on the inside of the side surfaces of the shaft. During condensation, the heat is given off to the side surfaces, conducted through the material and given off to the sea water on the outside. The condensed coolant is allowed to flow back by gravity into the "sump" at the top of the engine to vaporize again.

Dieser Kreislauf wird als Thermosiphon bezeichnet. Die Besonderheit dieser Entwärmung besteht zum einen darin, dass die Wärmeenergie in eine Phasenumwandlung von flüssig in gasförmig investiert wird. Dabei bleibt die Temperatur des Mediums nahezu konstant. Bei der Kondensation vom Aggregatzustand gasförmig in flüssig wird diese Wärmeenergie wieder abgegeben, ebenfalls ohne wesentliche Temperaturänderung. Die Triebkraft dieses Kreislaufs ist also nicht die Temperatur, sondern der Druck, der sich aus der Volumenänderung beim Phasenübergang ergibt, sowie die Schwerkraft, die für den Rückfluss des Kühlmittels sorgt.This circuit is called a thermosiphon. The special feature of this heat dissipation is, on the one hand, that the heat energy is invested in a phase change from liquid to gas. The temperature of the medium remains almost constant. During the condensation from a gaseous state to a liquid, this thermal energy is released again, also without any significant temperature change. The driving force of this cycle is not temperature, but pressure, which results from the change in volume during the phase transition, and gravity, which causes the coolant to flow backwards.

Der große Vorteil dieser Lösung liegt in der vollständigen Anbindung der Motoroberfläche an die Schaftfläche. Es ist kein apparativer Aufwand nötig, lediglich eine Abschottung des Thermosiphonbereiches. Es sind keine Energie oder zusätzliche Apparaturen notwendig, die den Prozess in Gang halten. Daraus resultiert, dass auch keine Redundanzen vorgesehen werden müssen, kein technisches Versagen möglich und keine Instandhaltung notwendig ist.The great advantage of this solution lies in the complete connection of the engine surface to the shaft surface. There is no need for equipment, only a sealing off of the thermosiphon area. No energy or additional equipment is required to keep the process going. As a result, no redundancies have to be provided, no technical failure is possible and no maintenance is necessary.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Deckfläche in ihrem Mittenbereich in Richtung der Grundfläche, sodass die Deckfläche zumindest zum Teil der Mantelfläche gegenüber angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass das verdampfte Kühlmittel aus der Mitte des Gondelschafts verdrängt und hin zur Mantelfläche geführt wird, wo es kondensiert.In an advantageous embodiment of the invention, the top surface extends in its central area in the direction of the base surface, so that the top surface is at least partially arranged opposite the lateral surface. This has the advantage that the vaporized coolant is displaced from the middle of the nacelle shaft and is guided towards the lateral surface, where it condenses.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Form der Grundfläche des Arbeitsraumes komplementär zur Form des Gondelgehäuses im Bereich der Verbindung von Gondelschaft und Gondelgehäuse gebogen, so dass möglichst wenig Abstand zwischen dem Elektromotor als Wärmequelle und dem Kühlmittel im Arbeitsraum herrscht.In a further advantageous embodiment of the invention, the shape of the base area of the working space is curved to complement the shape of the pod housing in the area where the pod shaft and pod housing are connected, so that there is as little distance as possible between the electric motor as the heat source and the coolant in the working space.

Es ist zweckmäßig, wenn bei einem elektrischen Gondelantrieb mit einem die Grundfläche umfassenden, ein kondensiertes Kühlmittel aufnehmenden und an den Elektromotor thermisch angekoppelten Verdampferbereich der Elektromotor im Betrieb kontinuierlich eine Temperatur oberhalb der Siedetemperatur des Kühlmittels aufweist, so dass eine entsprechend kontinuierliche Wärmeabfuhr gewährleistet ist.It is expedient if, in the case of an electric nacelle drive with an evaporator area that encompasses the base area, receives a condensed coolant and is thermally coupled to the electric motor, the electric motor continuously has a temperature above the boiling point of the coolant during operation, so that corresponding continuous heat dissipation is ensured.

Ebenso zweckmäßig ist es, wenn der elektrische Gondelantrieb einen über die Mantelfläche des Arbeitsraums an den Gondelschaft thermisch angeschlossenen Kondensatorbereich aufweist, wodurch eine Wärmeabfuhr an das den Gondelschaft umgebende Seewasser gewährleistet ist.It is just as expedient if the electric nacelle drive has a condenser area which is thermally connected to the nacelle shaft via the lateral surface of the working space, as a result of which heat dissipation to the sea water surrounding the nacelle shaft is ensured.

Vorteilhafter Weise ist eine Trennvorrichtung im Arbeitsraum so angeordnet, dass verdampftes Kühlmittel im Wesentlichen zwischen der Deckfläche und der Trennvorrichtung aufsteigen und kondensiertes Kühlmittel an der Mantelfläche zurückgeführt werden kann. Dadurch wird das Kühlmittel enger zwischen Verdampfung und Kondensation geführt.A separating device is advantageously arranged in the working space in such a way that evaporated coolant can essentially rise between the top surface and the separating device and condensed coolant can be returned to the lateral surface. As a result, the coolant is guided more closely between evaporation and condensation.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn Abtropfeinrichtungen im Arbeitsraum des Kühlmittels an der Mantelfläche angeordnet sind, um das Kondensat weg von der Mantelfläche und zurück in den Bereich der zu kühlenden Gondelschaft-Unterseite zu führen.Furthermore, it is advantageous if dripping devices are arranged in the working space of the coolant on the lateral surface in order to guide the condensate away from the lateral surface and back into the area of the underside of the nacelle shaft to be cooled.

Ebenso ist es vorteilhaft, wenn Kühlrippen im Arbeitsraum des Kühlmittels an der Mantelfläche angeordnet sind und somit die Wärmeübertragungsfläche und somit auch die Effizienz der Kühlvorrichtung zu vergrößern.It is also advantageous if cooling ribs are arranged on the jacket surface in the working space of the coolant, thus increasing the heat transfer surface and thus also the efficiency of the cooling device.

Es ist zweckmäßig, wenn der Kondensatorbereich eine größere innere Oberfläche als der Verdampferbereich besitzt, da im Allgemeinen die Wärmeleitfähigkeit eines Stoffes in der Reihenfolge der Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig abnimmt und somit die geringere Wärmeleitfähigkeit des gasförmigen Kühlmittels im Kondensatorbereich im Vergleich zu flüssigen Kühlmittel im Verdampferbereich durch die größere Fläche, über die die Wärmeübertragung stattfindet, zumindest teilweise kompensiert wird.It is useful if the condenser area has a larger internal surface than the evaporator area, since the thermal conductivity of a substance generally decreases in the order of the aggregate states solid, liquid and gaseous and thus the lower thermal conductivity of the gaseous coolant in the condenser area compared to liquid coolant in the Evaporator area is at least partially compensated by the larger area over which the heat transfer takes place.

Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Kühlen eines Elektromotors eines elektrischen Gondelantriebs, der Gondelantrieb aufweisend ein Gondelgehäuse, einen im Gondelgehäuse angeordneten Elektromotor, einen Gondelschaft, mittels welchem das Gondelgehäuse drehbar mit einem Schiffsrumpf verbindbar ist, wobei der Gondelschaft an seiner Gondelschaft-Unterseite mit dem Gondelgehäuse verbunden ist und eine Kühlvorrichtung im Gondelschaft wobei der Gondelschaft eine Kühlvorrichtung mit einem geschlossenen Arbeitsraum für ein Kühlmittel aufweist, der durch eine Grundfläche, die durch die Gondelschaft-Unterseite gebildet wird, eine der Grundfläche gegenüberliegende Deckfläche und eine die Grundfläche mit der Deckfläche verbindende Mantelfläche, die durch zumindest einen Teil des Gondelschafts gebildet ist, begrenzt ist, bei dem Wärme des Elektromotors im Bereich der Gondelschaft-Unterseite an das Kühlmittel im Arbeitsraum übertragen wird, welches zumindest teilweise verdampft und innerhalb des Arbeitsraums aufsteigt und Wärme über die Mantelfläche an den Gondelschaft umgebendes Seewasser überträgt und dabei kondensiert und mittels Schwerkraft zur Grundfläche zurückkehrt.The object directed to a method is achieved by a method for cooling an electric motor of an electric nacelle drive, the nacelle drive having a nacelle housing, an electric motor arranged in the nacelle housing, a nacelle shaft, by means of which the nacelle delgehäuse is rotatably connected to a ship's hull, the nacelle shaft being connected to the nacelle housing on its nacelle shaft underside and a cooling device in the nacelle shaft, the nacelle shaft having a cooling device with a closed working space for a coolant which is formed by a base surface which is formed by the nacelle shaft is formed on the underside, a cover surface opposite the base surface and a lateral surface connecting the base surface with the cover surface, which is formed by at least part of the nacelle shaft, is limited, in which heat from the electric motor in the area of the underside of the nacelle shaft is transferred to the coolant in the working space , which at least partially evaporates and rises within the working space and transfers heat to the seawater surrounding the nacelle shaft via the lateral surface and thereby condenses and returns to the base surface by gravity.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn verdampftes Kühlmittel mithilfe einer zwischen Mantelfläche und Deckfläche angeordneten Trennvorrichtung zwischen Trennvorrichtung und Deckfläche aufwärts und zumindest teilweise kondensiertes Kühlmittel zwischen Trennvorrichtung und Mantelfläche abwärts zurück zur Grundfläche geführt wird.It is expedient if evaporated coolant is guided upwards between the separating device and the top surface and at least partially condensed coolant is guided downwards between the separating device and the peripheral surface back to the base surface using a separating device arranged between the lateral surface and the top surface.

Es ist vorteilhaft, wenn das kondensierte Kühlmittel über Abtropfeinrichtungen von der Mantelfläche weggeleitet wird.It is advantageous if the condensed coolant is conducted away from the lateral surface via drip devices.

Die Einsatzdauer des Thermosiphons ist mit der Lebenszeit des Schiffes identisch, da die verwendete Flüssigkeit quasi nicht altert und rückstandsfrei verdampft und kondensiert. Die üblicherweise verwendeten Kühldurchflüsse verlieren an Effizienz durch Bewuchs, der bei Dockungen immer wieder entfernt werden muss. Der Bewuchs an Schaftaußenflächen ist durch die Umströmung mit hoher Geschwindigkeit davon eher nicht betroffen.The service life of the thermosiphon is identical to the lifetime of the ship, since the liquid used practically does not age and evaporates and condenses without leaving any residue. The commonly used cooling flows lose efficiency due to growth, which has to be removed again and again when docking. The growth on the outer surfaces of the socket tends not to be affected by the high-speed flow around it.

Die Anbindung des Motorgehäuses an den Schaft kann auf vergleichsweise einfache Weise erfolgen. Die Herstellung kann ebenfalls vereinfacht und als preisgünstige Schweißkonstruktion ausgeführt werden.The motor housing can be connected to the shaft in a comparatively simple manner. The production can also be simplified and run as an inexpensive welded construction.

Der Schaft muss in der Anbindungsebene zum Motorgehäuse nicht mehr aufgeweitet werden, um eine kavitationsfreie Einströmung in die Kühldurchflüsse zu ermöglichen, sondern kann schmaler ausgeführt werden, was zu einer Wirkungsgraderhöhung führt.The shank no longer has to be widened in the connection plane to the motor housing in order to enable cavitation-free inflow into the cooling passages, but can be made narrower, which leads to an increase in efficiency.

Dadurch, dass Kühldurchbrüche entfallen, wird der strömungstechnische Widerstand verkleinert und somit steigt der Gesamtwirkungsgrad. Sowohl die Gestaltung der Kühldurchflüsse (Hydrodynamik und Engineering) als auch die fertigungstechnische Realisierung sind aufwendig und teuer und können hier entfallen. Die Unterbrechung der Anbindung des Schaftes an das Motorgehäuse durch die Kühldurchflüsse führt auf Grund der Kerbwirkung zu lokalen hohen Spannungen.Due to the fact that there are no cooling breakthroughs, the flow resistance is reduced and thus the overall efficiency increases. Both the design of the cooling flow (hydrodynamics and engineering) and the production-related implementation are complex and expensive and can be omitted here. The interruption of the connection of the shaft to the motor housing through the cooling passages leads to high local stresses due to the notch effect.

Hohe Lebensdauer, vereinfachte Konstruktion und erhöhter Wirkungsgrad sparen am Ende auch Kosten, so dass die Erfindung einen wirtschaftlichen Vorteil mit sich bringt.Long service life, simplified construction and increased efficiency ultimately also save costs, so that the invention brings with it an economic advantage.

Der Einsatz eines Thermosiphons zum Wärmeabtransport hat den Vorteil, dass ein Kreisprozess genutzt wird, der durch den Druckunterschied auf Grund der Volumenänderung sowie der Schwerkraft, die für den Rückfluss des Kühlmittels sorgt, angetrieben wird und weder zusätzliche Energie noch Geräte, wie z.B. Pumpen, notwendig sind. Es ist ein autarkes wartungsfreies Verfahren, das besonders für den schwer zugänglichen Bereich sehr vorteilhaft ist.The use of a thermosiphon for heat removal has the advantage that a cyclic process is used, which is driven by the pressure difference due to the change in volume and gravity, which ensures that the coolant flows back, and no additional energy or devices such as pumps are required are. It is a self-sufficient, maintenance-free process that is particularly advantageous for areas that are difficult to access.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich:

1 einen elektrischen Gondelantrieb im Schnitt,
2 einen Gondelschaft eines elektrischen Gondelantriebs im Schnitt,
3 eine horizontale Anordnung der Abtropfeinrichtung,
4 eine geneigte Anordnung der Abtropfeinrichtung (geneigt nach vorne oder hinten),
5 eine unterbrochene Anordnung der Abtropfeinrichtung,
6 eine überlappende unterbrochene Anordnung der Abtropfeinrichtung und
7 eine gegeneinander geneigte Anordnung der Abtropfeinrichtung.

The invention is explained in more detail by way of example with reference to the drawings. They show schematically and not to scale:

1 an electric gondola drive in section,
2 a nacelle shaft of an electric nacelle drive in section,
3 a horizontal arrangement of the draining device,
4 an inclined arrangement of the drainer (inclined forwards or backwards),
5 an interrupted arrangement of the drip device,
6 an overlapping discontinuous arrangement of the drainer and
7 a mutually inclined arrangement of the drainer.

Die Darstellung nach 1 zeigt einen elektrischen Gondelantrieb 1 für ein Schiff umfassend ein Gondelgehäuse 2, einen im Gondelgehäuse 2 angeordneten Elektromotor 3, einen Gondelschaft 4, mittels welchem das Gondelgehäuse 2 drehbar mit einem Schiffsrumpf verbindbar ist, wobei der Gondelschaft 4 an seiner Gondelschaft-Unterseite 5 mit dem Gondelgehäuse 2 verbunden ist, und eine Kühlvorrichtung 6 im Gondelschaft 4 zur Kühlung des Elektromotors 3.The representation after 1 shows an electric nacelle drive 1 for a ship, comprising a nacelle housing 2, an electric motor 3 arranged in the nacelle housing 2, a nacelle shaft 4, by means of which the nacelle housing 2 can be rotatably connected to a ship's hull, the nacelle shaft 4 being connected to the nacelle housing on its underside 5 of the nacelle shaft 2 is connected, and a cooling device 6 in the nacelle shaft 4 for cooling the electric motor 3.

Weiter zeigt 1 die Kühlvorrichtung 6 umfassend einen atmosphärisch geschlossenen Arbeitsraum 7, mit einem eingeschlossenen Kühlmittel 8. Der Arbeitsraum 7 wird durch eine Grundfläche 9, die durch die Gondelschaft-Unterseite 5 gebildet wird, eine der Grundfläche 9 gegenüberliegende Deckfläche 10 und eine die Grundfläche 9 mit der Deckfläche 10 verbindende Mantelfläche 11, die durch zumindest einen Teil des Gondelschafts (4) gebildet ist, begrenzt und ist über die Grundfläche 9 mit dem Elektromotor 3 in thermischem Kontakt. Next shows 1 the cooling device 6 comprising an atmospherically closed working space 7 with an enclosed coolant 8. The working space 7 is formed by a base area 9, which is formed by the underside 5 of the gondola shaft a cover surface 10 opposite the base surface 9 and a lateral surface 11 connecting the base surface 9 to the cover surface 10, which is formed by at least part of the gondola shaft (4), and is in thermal contact with the electric motor 3 via the base surface 9.

Im Ausführungsbeispiel der 1 erstreckt sich die Deckfläche 10 in ihrem Mittenbereich 12 in Richtung der Grundfläche 9, sodass die Deckfläche 10 zumindest zum Teil der Mantelfläche 11 gegenüber angeordnet ist.In the embodiment of 1 the top surface 10 extends in its central region 12 in the direction of the base surface 9, so that the top surface 10 is at least partially arranged opposite the lateral surface 11.

Außerdem ist im Ausführungsbeispiel der 1 die Form der Grundfläche 9 des Arbeitsraumes 7 erkennbar komplementär zur Form des Gondelgehäuses 2 im Bereich der Verbindung von Gondelschaft 4 und Gondelgehäuse 2 gebogen.In addition, in the embodiment 1 the shape of the base 9 of the working space 7 recognizable as complementary to the shape of the nacelle housing 2 in the area of the connection between the nacelle shaft 4 and the nacelle housing 2 .

Der Arbeitsraum weist sowohl einen die Grundfläche 9 umfassenden, ein kondensiertes Kühlmittel 8 aufnehmenden und an den Elektromotor 3 thermisch angekoppelten Verdampferbereich 13, als auch einen über die Mantelfläche 11 an den Gondelschaft 4 thermisch angeschlossenen Kondensatorbereich 14 auf.The working space has both an evaporator area 13 that encompasses the base area 9 , receives a condensed coolant 8 and is thermally coupled to the electric motor 3 , and a condenser area 14 that is thermally connected to the nacelle shaft 4 via the lateral surface 11 .

In der 1 ist auf der linken Seite eine Ausführungsform des Gondelantriebs 1 gezeigt, deren Kühlvorrichtung 6 ohne Trennvorrichtung 15 ausgeführt ist. Auf der rechten Seite ist eine Ausführungsform des Gondelantriebs 1 mit Trennvorrichtung 15 gezeigt. Die Trennvorrichtung 15 im Arbeitsraum 7 ist so angeordnet, dass verdampftes Kühlmittel 8 im Wesentlichen zwischen dem Mittenbereich 12 der Deckfläche 10 und der Trennvorrichtung 15 aufsteigen und kondensiertes Kühlmittel 8 an der Mantelfläche 11 zurückgeführt werden kann bzw. einfach aufgrund der Schwerkraft in den Verdampferbereich 13 zurückkehrt.In the 1 an embodiment of the nacelle drive 1 is shown on the left-hand side, the cooling device 6 of which is designed without a separating device 15 . An embodiment of the nacelle drive 1 with a separating device 15 is shown on the right-hand side. The separating device 15 in the working space 7 is arranged in such a way that evaporated coolant 8 essentially rises between the central region 12 of the top surface 10 and the separating device 15 and condensed coolant 8 can be returned to the lateral surface 11 or simply returns to the evaporator region 13 due to gravity .

2 zeigt Ausführungsbeispiele ohne (linke Seite) und mit Trennvorrichtung 15 (rechte Seite), bei denen Abtropfeinrichtungen 16 im Arbeitsraum 7 des Kühlmittels 8 an der Mantelfläche 11 angeordnet sind. In ähnlicher Weise lassen sich auch Kühlrippen im Arbeitsraum 7 an der Mantelfläche 11 anordnen (nicht gezeigt). 2 shows exemplary embodiments without (left side) and with a separating device 15 (right side), in which dripping devices 16 are arranged in the working space 7 of the coolant 8 on the lateral surface 11 . In a similar way, cooling ribs can also be arranged in the working space 7 on the lateral surface 11 (not shown).

Die 1 und 2 sind zwar nicht maßstabsgetreu, es ist aber richtig, dass der Kondensatorbereich 14 eine größere innere Oberfläche als der Verdampferbereich 13 besitzt.the 1 and 2 Although not drawn to scale, it is true that the condenser section 14 has a larger internal surface area than the evaporator section 13 .

Im Betrieb wird im oberen Motorbereich im Betrieb entstehende Wärme an das Kühlmittel 8 im Verdampferbereich 13 abgegeben (siehe Wärmestrom 17 vom Elektromotor 3). Das Kühlmittel 8 verdampft. Der Kühlmitteldampf 18 steigt innerhalb des Gondelschaftes 4 auf und kondensiert innen an den Seitenflächen des Gondelschaftes 4 bzw. an der Mantelfläche 11 des Arbeitsraumes 7. Bei der Kondensation wird Wärme an die Mantelfläche 11 abgegeben, durch den Werkstoff geleitet und außen an das Seewasser abgegeben (siehe Wärmestrom 19). Das kondensierte Kühlmittel 8 kann mittels Schwerkraft in den Verdampferbereich 13 zurückfließen (Rückfluss 20 des Kühlmittels 8 nach Kondensation), um dort erneut zu verdampfen.During operation, heat generated during operation in the upper engine area is given off to the coolant 8 in the evaporator area 13 (see heat flow 17 from the electric motor 3). The coolant 8 evaporates. The coolant vapor 18 rises within the nacelle shaft 4 and condenses on the inside on the side surfaces of the nacelle shaft 4 or on the lateral surface 11 of the working space 7. During the condensation, heat is given off to the lateral surface 11, conducted through the material and given off to the sea water on the outside ( see heat flow 19). The condensed coolant 8 can flow back into the evaporator area 13 by gravity (backflow 20 of the coolant 8 after condensation) in order to evaporate again there.

Die 3 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsformen bzw. Anordnungen für die Abtropfeinrichtungen 16. Diese können horizontal, wie in 3, oder geneigt (nach vorne oder hinten), wie in 4 gezeigt, angeordnet sein. Die Anordnung der Abtropfeinrichtungen 16 kann zusammenhängend sein, oder, wie in 5 gezeigt, unterbrochen. Weitere mögliche Anordnungen sind in den 6 (überlappende unterbrochene Anordnung) und 7 (gegeneinander geneigte Anordnung der Abtropfeinrichtung 16) gezeigt.the 3 until 7 show different embodiments or arrangements for the draining devices 16. These can be horizontal, as in 3 , or tilted (forwards or backwards), as in 4 shown to be arranged. The arrangement of the drip devices 16 can be contiguous, or, as in 5 shown, interrupted. Other possible arrangements are in the 6 (overlapping interrupted arrangement) and 7 (arrangement of the draining device 16 inclined towards one another).

Claims

Electric nacelle drive (1) for a ship, comprising a nacelle housing (2), an electric motor (3) arranged in the nacelle housing (2), a nacelle shaft (4), by means of which the nacelle housing (2) can be rotatably connected to a ship's hull, the nacelle shaft (4) is connected to the nacelle housing (2) on its nacelle shaft underside (5), and a cooling device (6) in the nacelle shaft (4) for cooling the electric motor (3), characterized in that the cooling device (6) has an atmospheric closed work space (7) with a coolant (8) enclosed in the work space (7), which is formed by a base surface (9) formed by the underside (5) of the gondola shaft, a cover surface (10) opposite the base surface (9). ) and a lateral surface (11) connecting the base (9) to the top surface (10), which is formed by at least a part of the gondola shaft (4), the working space (7) being connected via the base (9) to the electric motor ( 3) is in thermal contact.

Electric gondola drive (1) according to claim 1 , wherein the top surface (10) extends in its central region (12) in the direction of the base surface (9), so that the top surface (10) is at least partially arranged opposite the lateral surface (11).

Electric gondola drive (1) according to one of Claims 1 or 2 , wherein the shape of the base (9) of the working space (7) is curved to complement the shape of the gondola housing (2) in the region of the connection between the gondola shaft (4) and the gondola housing (2).

Electric nacelle drive (1) according to one of the preceding claims, with an evaporator area (13) which encompasses the base area (9), accommodates a condensed coolant (8) and is thermally coupled to the electric motor (3), with a temperature continuously above the boiling point during operation the electric motor (3) having the coolant (8).

Electric nacelle drive (1) according to one of the preceding claims, with a capacitor region (14) thermally connected to the nacelle shaft (4) via the lateral surface (11).

Electric nacelle drive (1) according to one of the preceding claims, wherein a separating device (15) is arranged in the working space (7) in such a way that evaporated coolant (8) rises essentially between the top surface (10) and the separating device (15) and condensed coolant (8) can be traced back to the lateral surface (11).

Electric nacelle drive (1) according to one of the preceding claims, wherein dripping devices (16) are arranged in the working space (7) of the coolant (8) on the lateral surface (11).

Electric nacelle drive (1) according to one of the preceding claims, wherein cooling ribs (17) are arranged in the working space (7) of the coolant (8) on the lateral surface (11).

Electric nacelle drive (1) according to one of the preceding claims, in which the condenser region (14) has a larger internal surface area than the evaporator region (13).

Method for cooling an electric motor (3) of an electric nacelle drive (1), the nacelle drive (1) having a nacelle housing (2), an electric motor (3) arranged in the nacelle housing (2), a nacelle shaft (4), by means of which the nacelle housing ( 2) can be rotatably connected to a ship's hull, the nacelle shaft (4) being connected to the nacelle housing (2) on its nacelle shaft underside (5) and a cooling device (6) in the nacelle shaft (4), the nacelle shaft (4) being a cooling device (6) with a closed working space (7) for a coolant (8), which is formed by a base (9) formed by the underside (5) of the gondola shaft, a cover surface (10) opposite the base (9) and a lateral surface (11) connecting the base surface (9) to the top surface (10), which is formed by at least part of the gondola shaft (4), characterized in that heat from the electric motor (3) in the area of the underside of the gondola shaft (5) is transferred to the coolant (8) in the working space (7), which at least partially evaporates and rises within the working space (7) and transfers heat via the lateral surface (11) to the sea water surrounding the nacelle shaft (4) and thereby condenses and, by means of gravity, Base (9) returns.

procedure after claim 10 , wherein evaporated coolant (8) with the aid of a separating device (15) arranged between the lateral surface (11) and the top surface (10) upwards between the separating device (15) and the top surface (10) and at least partially condensed coolant (8) between the separating device (15) and the lateral surface (11) downwards back to the base (9).

Procedure according to one of Claims 10 or 11 , wherein the condensed coolant (8) is conducted away from the lateral surface (11) via drip devices (16).