DE19826229C2 - Elektromotorische Antriebseinrichtung für ein Schiff - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Schiffsantriebe und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung einer elektromotori­ schen Antriebseinrichtung anzuwenden, deren aus Stator und Rotor bestehender Elektromotor zum Zwecke des direkten An­ triebes wenigstens eines Propellers gondelartig mittels eines schachtartigen Tragteiles an der Unterseite eines Schiffs­ rumpfes in einem strömungsgünstig gestalteten Gehäuse ange­ ordnet ist und bei der Teile des Elektromotors künstlich ge­ kühlt werden.

Bei einem bekannten Schiffsantrieb dieser Art ist als Motor ein dreiphasiger Wechselstrommotor mit einem Kurzschlußläufer verwendet, wobei der Läufer auf einer Hohlwelle aufsitzt, die ihrerseits über eine Kupplung mit der innerhalb der Hohlwelle verlaufenden Antriebswelle gekoppelt ist. Die Antriebswelle ist ihrerseits direkt mit dem Propeller gekoppelt. Bei diesem Schiffsantrieb ist der Stator des Motors in einen rohrförmi­ gen Rahmen eingepaßt, der seinerseits in ein rohrsattelarti­ ges Gehäuseteil des an der Unterseite des Schiffsrumpfes gon­ delartig mittels eines schachtartigen Tragteiles befestigten Gehäuses eingefügt ist. Die Kühlung des Motors einschließlich der Lager des Läufers erfolgt mit Frischwasser, das aus einem im Schiffsrumpf angeordneten Tank in das Innere des gondelar­ tig angeordneten Gehäuses gepumpt und im Kreislauf geführt wird (US 2,714,866 A).

Bei einem anderen bekannten Schiffsantrieb dieser Art, der für Antriebsleistungen von 10 MW und mehr ausgelegt werden kann, stützt sich der dynamoelektrische Motor mit seinem Sta­ tor über radial angeordnete Stegbleche in dem umgebenden Ge­ häuse ab; die hierzu verwendeten Stegbleche dienen zugleich zur Ausbildung von Kühlkanälen für ein aus dem Schiffsrumpf heraus zugeführtes und dort mittels eines Wärmetauschers rückgekühltes gasförmiges Kühlmittel. Die aufwendige Kühlein­ richtung ist dabei auf dem schachtartigen Tragteil angeord­ net. - Als Motor wird üblicherweise ein umrichtergespeister Synchronmotor mit einem fremderregten Läufer verwendet, wobei der Läufer durch Anordnung auf der hohl ausgebildeten, von Wasser durchströmten Antriebswelle zusätzlich gekühlt werden kann (US 5,403,216 A).

Zur Kühlung eines unter Wasser betriebenen Elektromotors ist es im übrigen bekannt, das als Kühlmittel verwendete Isolier­ öl so im Kreislauf zu pumpen, daß es in Kühlkanälen, die axi­ al im Bereich der Gehäusewandung verlaufen, Wärme an das um­ gebende Wasser abgibt (US 2,862,122 A).

Es ist weiterhin an sich bekannt, für den Kühlkreis einer im Schiffsrumpf angeordneten Antriebsmaschine eines Schiffes ei­ nen Wärmetauscher zu verwenden, der in den Mantelring des Propellers integriert ist (GB 2 260 805 A). - Außerdem ist es für ein torpedoartiges Unterwasserfahrzeug bekannt, den an­ treibenden Elektromotor mit einem Kühlrohr zu bewickeln, das eine Eintritts- und eine Austrittsöffnung aufweist, über die Seewasser ein- und auströmt (US 5 568 781).

Ausgehend von einer elektromotorischen Antriebseinrichtung für ein Schiff mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Pa­ tentanspruches 1 (US 5,403,216) liegt der Erfindung die Auf­ gabe zugrunde, Anordnung und Ausgestaltung des Kühlers zu vereinfachen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Kühler aus einem unterhalb des Schiffsrumpfes und in­ nerhalb des schachtartigen Tragteiles an dessen Wandung ange­ ordneten ringförmigen Kanal besteht, der mit Öffnungen zum Eintritt und Austritt des Kühlmittels versehen ist. Die Er­ findung sieht also vor, die Wandung des schachtartigen Trag­ teiles selbst als Teil eines Kühlers zu verwenden, und zwar als wärmeübertragendes Element zur Rückkühlung des Kühl­ mittels durch das umgebende Seewasser. Zur Optimierung der Kühlleistung sollten zusätzliche Kühlrippen vorgesehen sein, die in den ringförmigen Kanal hineinragen und mit der Wandung des Tragteiles verbunden sind.

Eine derartige Anordnung und Ausgestaltung des Kühlers ist platz- und gewichtssparend und vermeidet eine flexible Kopp­ lung zwischen verschiedenen Teilen der Kühleinrichtung, die einerseits dem drehbaren Teil der Antriebseinrichtung und an­ dererseits dem Schiffskörper zugeordnet sind.

Die gemäß der Erfindung vorgesehene Ausgestaltung und Anord­ nung des Kühlers ist besonders für Schiffsantriebe geeignet, wie sie in der älteren Patentanmeldung PCT/DE 97/01292 vom 24.06.1997/Prioritätsanmeldung DE 196 27 323.4 beschrieben sind und die sich dadurch auszeichnen, daß der Elektromotor mit einem permanentmagneterregten und daher verlustarmen Ro­ tor ausgestattet ist, daß der Stator formschlüssig in das strömungsgünstig gestaltete Gehäuse eingepaßt ist und daß der Innenraum des den Elektromotor aufnehmenden Gehäuses frei von einem strömenden Kühlmittel ist. Diese Ausgestaltung des Elektromotors ermöglicht bei entsprechender Ausnutzung eine direkte Kühlung allein durch das umgebende Seewasser. Ver­ lustwärme, die bei höherer Ausnutzung in Abhängigkeit von der Auslegung des Elektromotors in den Wickelköpfen, im Ständer­ eisen und/oder im Wicklungskupfer im Blechpaketbereich des Stators entstehen kann und die nicht über das Gehäuse direkt an das umgebende Seewasser abgeführt werden kann, muß mit Hilfe eines zusätzlichen Kühlers abgeführt werden. Das Abfüh­ ren dieser Verlustwärme kann vorteilhaft mit einem gemäß der Erfindung ausgestalteten Kühler erfolgen, indem Kühlrohre von dem ringartigen Kühlkanal zu den Wickelköpfen des Stators und gegebenenfalls auch zu in Umfangsrichtung gleichmäßig ver­ teilt angeordneten axialen Kühlkanälen im Stator führen.

Ein Ausführungsbeispiel einer elektromotorischen Antriebsein­ richtung mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Kühler ist in den Fig. 1 bis 5 dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung die Zuordnung des Kühlers zur Antriebseinrichtung,

Fig. 2 und 3 den ringförmigen Kanal des Kühlers in Ansicht und Querschnitt,

Fig. 4 die Zuordnung von Kühlrohren zu den Wickel­ köpfen und

Fig. 5 die Anordnung von Kühlkanälen im Blechpaket des Stators.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Teil eines Schiffsrumpfes 1, in dessen Heckbereich eine elektromotori­ sche Antriebseinrichtung angeordnet ist. Hierzu befindet sich ein aus Stator 5 und permanentmagneterregtem Rotor 6 beste­ hender Elektromotor 4 in einem strömungsgünstig gestalteten Gehäuse 2, wobei der Stator in das rohrförmige Gehäuseteil 3 eingepaßt ist. Das Gehäuse 2 mit dem Elektromotor 4 ist über ein schachtartiges Tragteil 7 am bzw. im Schiffsrumpf 1 befe­ stigt.

Innerhalb des schachtartigen Tragteiles 7 ist oberhalb des Gehäuses 2 ein Kühler 10 angeordnet, der gemäß den Fig. 2 und 3 im wesentlichen aus einem ringförmigen Kanal 11 be­ steht, der an der Innenseite der Wandung 12 des Tragteiles 7 angeordnet ist. Der im Querschnitt rechteckige Kühlkanal wird einerseits von der Wandung 12 des Tragteiles 7, dann von ei­ ner oberen und einer unteren Querwand 14 bzw. 15 und einer inneren Wandung 13 gebildet. In diesen ringförmigen Kanal ra­ gen noch Kühlrippen 16 hinein, die von der Wandung 12 ausge­ hen. Der in Umfangsrichtung des Tragteiles 7 verlaufende Kühlkanal 11 ist an einer Stelle durch eine Trennwand 19 un­ terbrochen und beidseits der Trennwand sind eine Eintritts­ öffnung 17 und eine Austrittsöffnung 18 für ein flüssiges Kühlmittel angeordnet.

Gemäß Fig. 1 gehen von der Eintrittsöffnung 17 und der Aus­ trittsöffnung 18 Kühlrohre 20 zu den Wickelköpfen 51 des Sta­ tors 5 und Kühlrohre 21 zum Blechpaket 52 des Stators 5. Ge­ mäß Fig. 4 sind die Kühlrohre 20 an der Außenseite und im Inneren der Wickelköpfe 51 angeordnet. Gemäß Fig. 5 sind im Statorblechpaket 52 in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete Kühlkanäle 53 vorgesehen, an die die Kühlrohre 21 angeschlossen werden können.

Zum Umlauf des Kühlmittels ist jeweils eine Pumpe 22 bzw. 23 vorgesehen.

Claims (4)

1. Elektromotorische Antriebseinrichtung für ein Schiff, deren aus Stator und Rotor bestehender Elektromotor mittels eines schachtartigen Tragteiles gondelartig an der Unterseite des Schiffes in einem strömungsgünstig gestalteten Gehäuse angeordnet ist
und die einen Kühler zur Rückkühlung eines im Kreislauf ge­ führten Kühlmittels zur Kühlung von Teilen des Elektromotors aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühler (10) aus einem unterhalb des Schiffsrumpfes (1) und innerhalb des schachtartigen Tragteiles (7) an dessen Wandung (12) angeordneten ringförmigen Kanal (11) besteht, der mit Öffnungen (17, 18) zum Eintritt und Austritt des Kühl­ mittels versehen ist.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, bei der in den ringförmigen Kanal (11) Kühlrippen (16) hin­ einragen, die mit der Wandung (12) des Tragteiles (7) verbun­ den sind.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Rotor (6) des Elektromotors als permanentmagnet­ erregter Rotor ausgebildet ist,
bei der weiterhin der Stator (5) des Elektromotors form­ schlüssig in das strömungsgünstig gestaltete Gehäuse (2, 3) eingepaßt ist
und bei der an den ringförmigen Kanal (11) des Kühlers Kühl­ rohre (20) zur Kühlung der Wickelköpfe (51) des Stators ange­ schlossen sind.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, bei der an den ringförmigen Kühlkanal (11) weitere Kühlrohre (21) angeschlossen sind, die in in Umfangsrichtung gleich­ mäßig verteilt angeordnete axiale Bohrungen (53) des Stators angeschlossen sind.