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Die Erfindung bezieht sich auf ein Schiff mit einer diesel-elektrischen Antriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
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Ein solches Schiff ist aus der Praxis bekannt. Die Azipod® genannte diesel-elektrische Antriebsvorrichtung umfasst eine L-förmige elektrische Antriebseinheit, bei der der Propeller zum Bug des Schiffes weist und insofern als ziehender Propeller ausgebildet ist und bei der die Steuereinrichtung zum Manövrieren des Schiffes in die Antriebsvorrichtung insofern integriert ist, als die elektrische Antriebseinheit 360° um eine etwa vertikale Achse drehbar ist. Die gesamte elektrische Antriebseinheit ist am Rumpf daher drehbar gelagert.
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Ein solches Antriebs- und Steuerkonzept hat nun innerhalb des Schiffsrumpfes und da insbesondere am Heck des Schiffes einen hohen Platzbedarf. Dies ist einerseits auf das sehr hohe Gewicht der gesamten Einheit zurückzuführen, welches aufwändig abgestützt abzuleiten ist. Andererseits ist auch Raum für die Belüftung, die Lagerung und die Rotationseinrichtung der Antriebseinheit innerhalb des Rumpfes vorzusehen.
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Da der Propeller zum Bug des Schiffes hin weisend angeordnet ist, ist der maximale Propellerdurchmesser durch den sogenannten Schaufel- oder Propellerspalt (englisch: tip-clearance), also den Abstand zwischen der äußeren Umfangsseite des Propellers und dem nächstgelegenen Teil des Rumpfes, beschränkt. Aufgrund der vorerwähnten Beschränkung des Propellerdurchmessers läuft dieser im Vergleich zu einem Propeller mit größerem Durchmesser bei höherer Drehzahl, so dass sich im Heckbereich des Schiffes generell eine turbulente Strömung ausbildet.
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Da der Propeller bei dieser Antriebsart um 360° drehbar ausgebildet ist, endet der Kiel in Längsrichtung des Schiffes vor dem zum Bug weisenden Propeller der Antriebseinheit. Der Kiel ist daher relativ kurz ausgebildet, wodurch die Gefahr eines Schlingerkurses des Schiffes besteht, oder das Schiff schlecht im Ruder liegt, was sich negativ auf die direktionale Kursstabilität des Schiffes auswirkt.
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Da zum Steuern des Schiffes relativ große Massen der elektrischen Antriebseinheit zu bewegen sind, wird zum Manövrieren viel Zeit benötigt, wodurch zumindest die schnelle Manövrierbarkeit des Schiffes eingeschränkt ist. Das strukturelle Design des Schiffes ist an die Antriebsvorrichtung angepasst, insbesondere ist die Rumpfform an die Antriebseinheit angepasst und bietet durch eine konkav ausgestaltete Heckform im Heck wenig Auftrieb. Gleichzeitig ist im Heckbereich aber das beträchtliche Gewicht der elektrischen Antriebseinheit und der damit verbundenen Steuereinrichtung aufzunehmen. Bei einer Yacht mit einer Länge von etwa 72 m hat die elektrische Antriebseinheit einschließlich der integrierten Steuereinrichtung ein Gewicht von etwa 34 Tonnen.
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Aufgrund der an der Antriebseinheit auftretenden Kräfte ist die Hauptdichtung der elektrischen Antriebs- und Steuereinheit bei dem bekannten Schiff extrem beansprucht. Diese Dichtung ist mechanisch aufwändig ausgestaltet und muss trotz ihres beträchtlichen Durchmessers enge Toleranzen erfüllen. Bei einer Undichtigkeit dieser Dichtung besteht die Gefahr von Wassereintritt in das Innere des Schiffsrumpfes, was beträchtliche Sicherheitsprobleme bis hin zum Sinken des Schiffes zur Folge haben kann. Insofern ist auch die Wartung eines derart ausgestalteten Schiffes relativ aufwändig und kostenintensiv.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schiff der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das wirtschaftlicher und komfortabler betreibbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schiff mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine elektrische Antriebseinheit an einem Kiel des Schiffes angebracht und über diesen mit dem Rumpf verbunden. Diese Ausbildung des erfindungsgemäßen Schiffes hat den Vorteil, dass die elektrische Antriebseinheit zum einen an einem Teil des Schiffes befestigt ist, der ohnehin am Schiff vorhanden ist. Der Kiel erfüllt damit eine Doppelfunktion. Er dient einerseits zum Halten des Kurses sowie dazu, das Schiff ruhig im Wasser zu halten. Andererseits dient der Kiel auch zum Anbringen der wenigstens einen elektrischen Antriebseinheit am Schiff, so dass der Kiel gewissermaßen als Adapter für die wenigstens eine elektrische Antriebseinheit ausgebildet sein kann. Durch die Anbringung der wenigstens einen elektrischen Antriebseinheit an einem Kiel wird insgesamt der Schwerpunkt des Schiffes nach unten hin verlagert, wodurch sich eine wesentlich höhere dynamische und statische Stabilität des Schiffes ergibt. Ferner ist es möglich, das Kieldesign, sollte dies zur Erfüllung der gewünschten Spezifikationen des Schiffes erforderlich sein, leicht, d. h. kostengünstig, zu verändern. Insofern ist das erfindungsgemäße Schiff leicht an die gewünschten Spezifikationen anpassbar, was insbesondere bei Einzelstückfertigung beträchtliche Vorteile nach sich zieht. Durch die leichte Anpassbarkeit des Kiels kann ferner das Propellerdesign optimiert werden, worauf später noch näher eingegangen wird. Besonders vorteilhaft kann die elektrische Antriebseinheit in standardisierter Form vorliegen, da der Kiel speziell angepasst und insbesondere auf Maß geliefert werden kann. Letztlich ist damit auch der Kiel unabhängig von der Form und der speziellen Ausbildung der elektrischen Antriebseinheit. Bei dem erfindungsgemäßen Schiff ist daher eine Maximierung der Kielfläche möglich, was zu den bereits zuvor erwähnten beträchtlichen Vorteilen hinsichtlich der Kursstabilität des Schiffes führt. Das erfindungsgemäße Schiff ist, da Leckagen praktisch nicht auftreten können, äußerst robust und für Spezialaufgaben im Gegensatz zu dem herkömmlichen Schiff mit der zuvor beschriebenen Hauptdichtung geeignet. Insofern kann das erfindungsgemäße Schiff als Eisbrecher ausgebildet sein oder im Marineschiffsbau zur Anwendung kommen. Ferner ist die Rumpfform nicht wie bei dem zuvor beschriebenen konventionellen Schiff an den Antrieb angepasst, so dass die Rumpfform eine konvexe Gestalt haben und daher deutlich mehr Nutzvolumen bieten kann. Das erfindungsgemäße Schiff ist daher äußerst effizient, komfortabel und sicher einsetzbar.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine elektrische Antriebseinheit fest mit dem einen Kiel verbunden, wobei vorzugsweise die Steuereinrichtung wenigstens ein verstellbares Ruderblatt aufweist. Insofern ist die elektrische Antriebseinheit gemäß der Erfindung nicht drehbar um eine vertikale Achse ausgebildet, wodurch die im Stand der Technik aufwändig gestalteten Verstelleinrichtungen innerhalb des Schiffsrumpfes entfallen können. Diese Ausgestaltung ermöglicht daher ebenfalls ein deutlich höheres Nutzvolumen des erfindungsgemäßen Schiffes im Bereich des Hecks als bei dem herkömmlichen Schiff. Es ist daher möglich, die elektrische Antriebseinheit erfindungsgemäß gewissermaßen im Kiel anzuordnen, was zudem eine relativ kostengünstige Möglichkeit der Anbringung der Antriebseinheit am Schiffsrumpf darstellt. Die vorerwähnte Steuereinrichtung kann deshalb, was die Ruderanlage betrifft, in herkömmlicher Weise ausgebildet sein. Insofern können bei dem erfindungsgemäßen Schiff sämtliche Antriebseinrichtungen, welche die herkömmliche elektrische Antriebseinheit um eine etwa vertikale Achse drehen, entfallen, was den zuvor bereits angedeuteten beträchtlichen Vorteil beim Nutzvolumen des Rumpfes und bei dessen Rumpfform nach sich zieht. Diese Ausbildung ermöglicht ferner einen praktisch wartungsfreien Einsatz der Antriebseinheit, was sich vorteilhaft auf die Betriebskosten des erfindungsgemäßen Schiffes auswirkt.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist jeder eine elektrische Antriebseinheit aufweisende Kiel lösbar am Rumpf des Schiffes befestigt. Insofern ist das Kieldesign kostengünstig veränderbar, so dass der Kiel leicht derart ausgebildet sein kann, dass das erfindungsgemäße Schiff die vom Hersteller oftmals garantierten Spezifikationen erfüllt.
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Vorteilhafterweise ist der Propeller in Fahrtrichtung des Schiffes am hinteren Ende der wenigstens einen elektrischen Antriebseinheit vorgesehen und als Druckpropeller ausgebildet. Damit ist der Propeller gut anströmbar und, was sein Design betrifft, in weiten Grenzen gestaltbar. Es ist lediglich der Durchmesser der Antriebsnabe der wenigstens einen elektrischen Antriebseinheit durch die Leistung des bzw. der Elektromotoren festgelegt. Alle anderen Variablen des Propellers können weitgehend frei optimiert werden. Dadurch lässt sich bei dem erfindungsgemäßen Schiff ein höherer Propellerwirkungsgrad realisieren. Die zuvor erwähnte Beschränkung durch den Propellerspalt stellt bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Schiff kein Problem dar, da, wie zuvor erwähnt, der Propeller am hinteren Ende der Antriebseinheit angebracht ist und insofern ohnehin ein größerer Spalt zwischen der äußeren Begrenzungslinie des Propellers und dem Schiffsrumpf besteht. Insofern lässt sich erfindungsgemäß ein Schaufelspalt bzw. Propellerspalt problemlos von 25% oder mehr des Propellerdurchmessers erzielen.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Propeller mit seinem unteren Bereich unterhalb der unteren Konturlinie des Rumpfes angeordnet und in diesem Bereich frei anströmbar. Gerade mit seinem unteren Bereich erzielt ein Propeller den Vortrieb, so dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine höhere Leistung und damit einen besseren Wirkungsgrad ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Propeller fünf oder sieben Blätter auf. Dadurch lässt sich der Propellerwirkungsgrad weiter optimieren, so dass der erfindungsgemäße Propeller letztlich eine große Propellerfläche aufweist und damit einen hohen, für den Vortrieb zu nutzenden Druck aufbauen kann. Ein derartiger Propeller ist wesentlich laufruhiger als die im Stand der Technik verwendeten Propeller mit drei oder höchstens vier Blättern, verursacht geringere Vibrationen und Schallemissionen, so dass die wenigstens eine elektrische Antriebseinheit äußerst wirtschaftlich herstellbar und betreibbar ist. Sie benötigt keinerlei im Schiffsrumpf liegende (Inbord)-Peripherieanbindung und bietet somit dem Schiffsdesigner ein hohes Maß an Gestaltungsfreiheit im dreiachsigen Raum.
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Vorteilhafterweise hat der Propeller einen relativ großen Durchmesser, wobei vorzugsweise das Verhältnis zwischen dem erfindungsgemäßen Propellerdurchmesser und einem herkömmlichen Propellerdurchmesser mindestens 1,3 beträgt und der Propeller die gewünschte Antriebsleistung im Vergleich zu einem Propeller mit geringerem Durchmesser bei niedrigerer Drehzahl zur Verfügung stellt. Diese Weiterbildung trägt mit dazu bei, die Gefahr einer Kavitation und damit einer Schädigung der Propellerblätter weitgehend auszuschließen. Ein größerer Propellerdurchmesser ermöglicht bei gleicher Leistung eine geringere Propellerdrehzahl, so dass der erfindungsgemäß ausgestaltete Propeller deutlich eher als ein herkömmlich ausgebildeter Propeller im laminaren Strömungsbereich betreibbar ist. Eine geringere Gefahr des Auftretens einer Kavitation trägt mit zu geringen Wartungs- und damit letztlich Betriebskosten des erfindungsgemäßen Schiffes bei, da der Propeller eine deutlich höhere Lebensdauer als ein herkömmlicher Propeller aufweisen kann.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist die wenigstens eine elektrische Antriebseinheit mehrere in Reihe angeordnete Elektromotoren auf. Die mehreren, vorzugsweise zwei Elektromotoren laufen zusammen und treiben die Propeller-Antriebswelle gemeinsam an. Dadurch ist die wenigstens eine elektrische Antriebseinheit redundant ausgelegt, so dass selbst beim Ausfall eines Elektromotors das erfindungsgemäße Schiff mit Hilfe des zweiten Elektromotors noch voll manövrierfähig ist. Die mehreren in Reihe angeordneten Elektromotoren ermöglichen ferner, den Durchmesser der wenigstens einen elektrischen Antriebseinheit kleiner als bei einer vergleichbaren Antriebseinheit mit nur einem Elektromotor auszugestalten. Auch dieses Merkmal trägt mit zu geringeren Strömungsverlusten und damit zu einer effizienten Handhabung des erfindungsgemäßen Schiffes bei.
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Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens vier Stabilisatoren vorgesehen, wobei vorzugsweise jeweils ein Stabilisator backbord- und steuerbordseitig im vorderen, zum Bug weisenden Schiffsabschnitt und jeweils ein Stabilisator backbord- und steuerbordseitig im hinteren, zum Heck weisenden Schiffsabschnitt vorgesehen ist und vorzugsweise alle Stabilisatoren innerhalb eines vertikal nach unten hin projizierten Umrisses des Schiffes angeordnet sind. Damit liegt das erfindungsgemäße Schiff einerseits ruhig im Wasser oder lässt sich auch bei höherem Wellengang deutlich komfortabler stabilisieren. Andererseits trägt das Merkmal, dass keiner der Stabilisatoren über die Gesamtbreite des Schiffes vorsteht, mit dazu bei, dass ein Beschädigen der Stabilisatoren, beispielsweise durch einen Kontakt des Schiffes mit anderen Schiffen oder mit einer Kaimauer, nahezu ausgeschlossen ist. Damit ist das erfindungsgemäße Schiff sehr wirtschaftlich und komfortabel betreibbar.
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Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung bilden. Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht eines Teils eines Schiffes mit einer diesel-elektrischen Antriebsvorrichtung;
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2 eine schematische, teilweise Seitenansicht des Schiffes gemäß 1 im vergrößerten Maßstab; und
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3 eine schematische, teilweise Rückansicht des Schiffes gemäß 1.
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In 1 ist schematisch in einer teilweisen Seitenansicht ein Schiff 1 dargestellt. Das Schiff kann insbesondere aber nicht ausschließlich eine Motor- oder Segelyacht, beispielsweise eine Motoryacht mit einer Länge von etwa 70 m sein. Es ist klar, dass das erfindungsgemäße Schiff auch eine deutlich geringere oder eine deutlich größere Länge aufweisen kann.
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Das Schiff 1 hat eine diesel-elektrische Antriebsvorrichtung 2. Diese Antriebsvorrichtung hat wenigstens eine außerhalb des Rumpfes 3 des Schiffes 1 angeordnete elektrische Antriebseinheit 4, die mit dem Rumpf 3 verbunden ist und wenigstens einen Propeller 5 aufweist. Gemäß den 1 bis 3 hat das Schiff eine elektrische Antriebseinheit 4 mit einem Propeller 5. Es wird darauf hingewiesen, dass die elektrische Antriebseinheit 4 auch mehrere Propeller aufweisen kann und dass insgesamt auch mehr als eine elektrische Antriebseinheit 4, insbesondere zwei elektrische Antriebseinheiten, am Schiff vorgesehen sein können.
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Ferner hat das Schiff 1 eine Steuereinrichtung 6 zum Manövrieren des Schiffes.
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Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine elektrische Antriebseinheit 4 an einem Kiel 7 des Schiffes 1 angebracht und über diesen Kiel mit dem Rumpf 3 verbunden. Das Schiff kann auch mehrere Kiele aufweisen, insbesondere auch solche, die keine elektrische Antriebseinheit haben.
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Wie in den 1 bis 3 schematisch angedeutet, ist die wenigstens eine elektrische Antriebseinheit 4 fest mit dem einen Kiel 7 verbunden. Die Steuereinrichtung 6 ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und weist wenigstens ein verstellbares Ruderblatt 10 auf. Gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind zwei Ruderblätter 10 vorgesehen, wobei zwischen den beiden Ruderblättern und beabstandet von diesen die elektrische Antriebseinheit 4 mit ihrem Propeller 5 angeordnet ist. Es ist klar, dass die Ruderblätter 10 um eine etwa vertikale Achse 11 verstellbar sind.
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Wie genauer in der vergrößerten Darstellung gemäß 2 veranschaulicht, ist der die elektrische Antriebseinheit 4 aufweisende Kiel 7 lösbar am Rumpf 3 des Schiffes befestigt. Der Kiel kann beispielsweise am Rumpf eingesteckt, angeflanscht und/oder angeschraubt sein. In den 1 und 2 sind die Schraubverbindungen 12 lediglich schematisch angedeutet.
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Wie den Figuren im Einzelnen zu entnehmen ist, ist der Propeller 5 in Fahrtrichtung des Schiffes 1 gemäß Pfeil A am hinteren Ende 13 der elektrischen Antriebseinheit 4 vorgesehen und als Druckpropeller ausgebildet. Mit seinem unteren Bereich 14 ist der Propeller 5 unterhalb der unteren Konturlinie 15 des Rumpfes 3, auch Basis genannt, angeordnet und in diesem Bereich frei anströmbar. Dies lässt sich insbesondere der Darstellung der 3 entnehmen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Propeller 5 fünf oder sieben Blätter 16, wobei in 3 die Ausführungsform mit sieben Blättern 16 gezeigt ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Propeller 5 einen relativ großen Durchmesser 17. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis zwischen dem erfindungsgemäßen Propellerdurchmesser 17 und einem herkömmlichen Propellerdurchmesser mindestens 1,3; somit stellt der Propeller 5 die gewünschte Antriebsleistung im Vergleich zu einem Propeller mit geringerem Durchmesser bei niedrigerer Drehzahl zur Verfügung. Ferner ist die Drehachse 20 der elektrischen Antriebseinheit 4 bzw. des Propellers 5 um ein Maß 21 unterhalb der Wasserlinie 22 angeordnet, das dasjenige eines herkömmlichen Propellers deutlich übersteigt. Damit besteht bei dem erfindungsgemäß angebrachten und ausgebildeten Propeller weniger leicht die Gefahr, dass die Blätter 16 des Propellers durch Kavitation angegriffen und zerstört werden.
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Wie in den 1 und 2 angedeutet, weist die elektrische Antriebseinheit 4 mehrere in Reihe angeordnete Elektromotoren 23 auf, wobei gemäß der dargestellten Ausführungsform zwei Elektromotoren pro elektrischer Antriebseinheit vorgesehen sind. Weitere, zur diesel-elektrischen Antriebsvorrichtung 2 gehörende Komponenten 24, wie zum Beispiel ein Dieselmotor und ein Generator, sind in den 1 und 2 lediglich schematisch angedeutet.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind am Rumpf 3 des Schiffes 1 wenigstens vier Stabilisatoren 25, 26, 30, 31 vorgesehen. Wie in den 1 und 3 angedeutet ist jeweils ein Stabilisator 31, 26 backbord- und steuerbordseitig im vorderen, zum Bug 32 weisenden Schiffsabschnitt 33 und jeweils ein Stabilisator 30, 25 backbord- und steuerbordseitig im hinteren, zum Heck 34 weisenden Schiffsabschnitt 35 angeordnet. In der in 1 dargestellten Seitenansicht ist der vordere, steuerbordseitige Stabilisator 26 lediglich strichpunktiert angedeutet. Es ist klar, dass die Stabilisatoren 25, 26, 30, 31 jeweils um eine schräg verlaufende Achse 36 verstellbar bzw. rotierbar sind. Wie in 3 gezeigt, sind alle Stabilisatoren 25, 26, 30, 31 innerhalb eines vertikal nach unten hin projizierten Umrisses des Schiffes angeordnet und liegen somit vollständig innerhalb der Gesamtbreite des Schiffes 1. Kein Abschnitt der Stabilisatoren steht also über die Maximalbreite des Schiffes vor.
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Wie ferner in 3 gezeigt, erstreckt sich die elektrische Antriebseinheit 4 symmetrisch zu einer vertikalen Ebene 37 mittschiffs. Ebenso erstreckt sich der Kiel 7 symmetrisch zu dieser Ebene. Der untere Teil 40 des Kiels 7 überragt den unteren Totpunkt des Propellers 5 um ein geringes Maß nach unten hin, so dass letzterer auch bei Grundberührung des Kiels vor einer Beschädigung geschützt ist.
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Wie zuvor erwähnt können auch mehrere elektrische Antriebseinheiten, insbesondere zwei elektrische Antriebseinheiten, vorgesehen sein. Vorzugsweise weist ein Schiff bei einer derartigen Ausführungsform pro elektrischer Antriebseinheit einen eigenen, gesonderten Kiel auf. Es ist wie erwähnt auch möglich, mehrere Kiele, insbesondere auch solche ohne elektrische Antriebseinheit, am Rumpf vorzusehen.
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Es ist ferner möglich, die Drehachse 20 des Propellers in Höhe der unteren Konturlinie 15 und damit in Höhe der Basis des Rumpfes anzuordnen. Der untere Teil 40 des Kiels überragt die untere Konturlinie 15 des Rumpfes nach unten hin.
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Damit ist ein Schiff geschaffen, das deutlich wirtschaftlicher und komfortabler als herkömmliche Schiffe betreibbar ist.
