-
Es wird ein Unterwasserfahrzeug beschrieben, welches mindestens eine Antriebseinrichtung, ein als Schwimm- oder Tauchkörper ausgebildetes Gehäuse und mindestens einen Propeller aufweist. Unterwasserfahrzeuge umfassen bspw. sogenannte DPVs (Diver Propulsion Vehicle), die wiederum sogenannte Tauchscooter umfassen. Mit Hilfe von DPVs kann sich ein Taucher unter Wasser über weitere Strecken bewegen, als dies ohne solche Unterwasserfahrzeuge möglich wäre. Zudem muss der Taucher keine Kraft aufbringen, um sich unter Wasser zu bewegen.
-
Unterwasserfahrzeuge weisen hierzu Antriebseinheiten mit einem Elektromotor auf. Probleme bestehen dabei in der Übertragung der Drehbewegung eines in einem Gehäuse aufgenommenen Elektromotors und einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Propellers. Bspw. ist es bekannt hierfür Magnetkupplungen vorzusehen.
-
WO 2011/038869 A2 offenbart eine magnetische Kupplung zwischen einem inneren Teil einer zweigeteilten Antriebswelle und dem äußeren, den Propeller tragenden Teil dieser Welle vorzusehen. Die entsprechenden Permanentmagneten am inneren und äußeren Abschnitt der zweigeteilten Welle sind durch einen Spalttopf getrennt, der als statisches Teil eine relativ einfache, da keine drehenden Teile aufweisende Abdichtung des Gehäuses mit sich bringt.
-
DE 20 2013 000 182 U1 offenbart eine Antriebseinheit für Unterwasserfahrzeuge mit einem Spalttopfmotor, der mit seinem druck- und wasserdicht in eine Gehäuseaufnahme eingesetzten Spalttopf einen Abschnitt des Gehäuses bildet. Der Stator des Spalttopfmotors mit seiner Steuereinrichtung und Energieversorgung ist innerhalb des Gehäuses angeordnet. Der außerhalb des Gehäuses liegende Rotor des Spalttopfmotors ist als Direktantriebswelle mit dem Propeller drehfest verbunden.
-
DE 20 2013 000 182 U1 gibt an, dass die in
WO 2011/038869 A2 offenbarte Antriebseinheit einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand aufgrund der zweigeteilten Welle aufweist und Magnetkupplungen in ihrer Drehmoment-Übertragung begrenzt sind, wobei es bei einem Versagen der magnetischen Kupplung zwischen den innen- und außenliegenden Magneten, zu einem „Durchrutschen“ des Antrieb kommen kann und deshalb ein gleichbleibender Vortrieb des Wasserfahrzeuges dadurch nicht gewährleistet ist.
-
Die aus dem Stand der Technik bekannten Antriebseinheiten weisen jedoch Nachteile auf. So ermöglicht die aus
DE 20 2013 000 182 U1 bekannte Antriebseinrichtung nur ein geringes Kühlen. Zwar kann eine Zwangsspülung von außerhalb des Gehäuses angeordneten Komponenten des Spalttopfmotors durch Spülöffnungen erreicht werden, wobei Umgebungswasser durch die Welle gepumpt wird, jedoch hat sich in der Praxis gezeigt, dass diese Kühlung eine zu geringe Kühlleistung aufweist. Zum einen ist die Pumpleistung sehr gering, was zu einer geringen Menge an Kühlflüssigkeit, sprich Wasser, für die zu kühlenden Komponenten führt, und zum anderen werden nur Abschnitte des Rotors gekühlt. Insbesondere werden die Komponenten der Antriebseinheit nicht ausreichend mit Wasser umspült. Der Elektromotor kann daher sehr hohe Temperaturen erreichen.
-
Ein weiteres Problem bei der aus
DE 20 2013 000 182 U1 bekannten Antriebseinrichtung ist die Lagerung des Rotors und der Welle. Die Welle ist über zwei Lager gehalten, die beabstandet zueinander und auch beabstandet zu den Enden der Welle sind. Diese mittige Lagerung führt dazu, dass die Welle im Betrieb des Spalttopfmotors sich nicht exakt um eine geplante Rotationsachse dreht, sondern ungleichmäßig rotiert. Dies liegt unter anderem daran, dass die mit der Welle verbundenen Schwungkörper – nämlich Rotor und Propeller – nicht über ein Lager gehalten sind. Vor allem der Propeller, der als Unwucht fungiert, beeinträchtigt die Rotation der Welle und führt zu einer Beschädigung der Antriebseinheit und weiterer Komponenten des Unterwasserfahrzeugs. Insbesondere wird auch deshalb keine ausreichende Kühlung erzielt.
-
Demgegenüber besteht die Aufgabe darin, ein Unterwasserfahrzeug anzugeben, wobei eine verbesserte Kühlung der Antriebseinrichtung erreicht wird. Zusätzlich soll das Unterwasserfahrzeug langlebig und leistungsfähig ausgebildet sein.
-
Die Aufgabe wird durch ein Unterwasserfahrzeug mit den in Anspruch 1 angegebenen technischen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen im Detail angegeben.
-
Bei einem Unterwasserfahrzeug mit mindestens einer Antriebseinrichtung, einem Gehäuse und mindestens einem Propeller, welches die vorstehend genannte Aufgabe löst,
- – weist die Antriebseinrichtung einen bürstenlosen Spalttopfmotor mit einem Spalttopf, einem Stator und einem Rotor auf,
- – bildet der Spalttopfmotor mit seinem druck- und wasserdicht in eine Gehäuseaufnahme eingesetzten Spalttopf einen Abschnitt des Gehäuses,
- – ist der Stator zusammen mit einer Steuereinrichtung und einer Energieversorgungeinheit innerhalb des Gehäuses angeordnet, und
- – ist der Rotor außerhalb des Gehäuses angeordnet und als Direktantriebswelle mit dem Propeller drehfest verbunden.
-
Darüber hinaus ist die Direktantriebswelle zusätzlich zu mindestens einem Lager über eine Lagereinrichtung drehbar an einem Boden des Spalttopfs gelagert und eine mit dem Rotor verbundene Rotorwelle weist Strömungshilfen auf.
-
Durch die Lagerung eines unteren Abschnitts der Direktantriebswelle ist die Welle gegen ein ungleichmäßiges Rotieren gesichert. Die Lagerung der Welle an dem Ende, welches dem als Unwucht fungierenden Propeller entgegengesetzt ist, stabilisiert die Welle im Betrieb der Antriebseinrichtung. Daher werden Beschädigungen der Welle und der Antriebseinrichtung sowie weiterer Komponenten des Unterwasserfahrzeugs verhindert. Ferner erlaubt die sichere Lagerung der Welle eine verbesserte Zufuhr von Kühlflüssigkeit (Umgebungswasser). Darüber hinaus erlaubt die sichere Lagerung der Welle das Vorsehen von Strömungshilfen an der Welle. Die Strömungshilfen sind konstruktive Elemente, die das Ansaugen von Umgebungswasser unterstützen und damit die Menge an Umgebungswasser, welches zu den zu kühlenden Komponenten geführt wird. Hierzu weist das Unterwasserfahrzeug bspw. eine Einströmöffnung an der Welle auf. Über die Einströmöffnung kann Umgebungswasser durch eine als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle weiteren Komponenten des Unterwasserfahrzeugs zugeführt werden. Durch die Strömungshilfen wird die Durchflussgeschwindigkeit des Umgebungswassers gegenüber der aus
DE 20 2013 000 182 U1 beschriebenen Antriebseinrichtung wesentlich erhöht.
-
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung kann der Spalttopfmotor daher auch mit höheren Drehzahlen betrieben werden.
-
Der Antriebsmotor ist wie für die Antriebseinrichtung von
DE 20 2013 000 182 U1 beschrieben, ein Spalttopfmotor, der mit seinem druck- und wasserdicht in eine Gehäuseaufnahme eingesetzten Spalttopf einen Abschnitt des Gehäuses bildet. Der Stator des Spalttopfmotors mit seiner Steuereinrichtung und Energieversorgung ist innerhalb des Gehäuses angeordnet. Der außerhalb des Gehäuses liegende Rotor des Spalttopfmotors ist als Direktantriebswelle über die Welle mit dem Propeller drehfest verbunden.
-
Ein Unterwasserfahrzeug kann auch mehrere Antriebseinrichtungen aufweisen, wobei jede der Antriebseinrichtungen einen Spalttopfmotor mit einem außerhalb des Gehäuses liegenden Rotor aufweist, der als Direktantriebswelle über eine Welle mit einem Propeller drehfest verbunden ist. Demgemäß können auch mehrere Direktantriebswellen und mehrere Propeller vorgesehen sein. In einer beispielhaften Ausführung weist ein Unterwasserfahrzeug eine Antriebseinrichtung und in einer weiteren Ausführungsform weist ein Unterwasserfahrzeug zwei Antriebseinrichtungen auf. In noch weiteren Ausführungsformen können Unterwasserfahrzeuge auch drei, vier usw. Antriebseinrichtungen aufweisen.
-
Die Strömungshilfen können an einer inneren Spülbohrung der Rotorwelle angeordnet sein, und/oder die Strömungshilfen können an einer Außenseite der Rotorwelle angeordnet sein. In weiteren Ausführungen wird das Umgebungswasser nicht durch eine mittige Öffnung den Komponenten zugeführt, sondern über einen Kanal, der bspw. die Rotorwelle umgibt. Die Rotorwelle ist dann abschnittsweise über Lager abgestützt und gelagert, wobei die Strömungshilfen sich zwischen den Lagerabschnitten an der Außenseite der Rotorwelle befinden.
-
Die Strömungshilfen können Lamellen und/oder Schaufeln sein. Die Strömungshilfen sind derart ausgebildet, dass während der Rotation der Rotorwelle die Lamellen und/oder die Schaufeln Umgebungswasser ansaugen und dabei einen wesentlich höheren Durchsatz von Umgebungswasser bereitstellen als dies bspw. bei der aus
DE 20 2013 000 182 U1 bekannten Antriebseinrichtung möglich ist.
-
Analog zu den Ausführungen von
DE 20 2013 000 182 U1 kann der Spalttopf über einen Trägerflansch in der Gehäuseaufnahme gehalten sein.
-
Weiterhin kann der Trägerflansch eine Lagerplatte mit einer Lagerbuchse halten, an der Lager für den Propeller angeordnet sind.
-
Auch können die Lager für den Propeller Gleitlager, insbesondere Keramikgleitlager sein.
-
Darüber hinaus kann die Direktantriebswelle zweiteilig ausgeführt sein und einen inneren mit dem Rotor gekoppelten Wellenabschnitt und einen äußeren mit dem Propeller ausgebildeten Wellenabschnitt aufweisen, der formschlüssig auf den inneren Wellenabschnitt aufsetzbar ist. Der äußere Wellenabschnitt kann formschlüssig auf den inneren Wellenabschnitt aufgesetzt, bspw. aufgeklemmt oder aufgerastet sein. Der mindestens eine Propeller kann dabei in weiteren Ausführungen leicht abnehmbar sein, was ein Entfernen des Propellers bei Störungen ermöglicht.
-
Ferner kann das Unterwasserfahrzeug einen Strömungskörper aufweisen, welcher an dem dem mindestens einen Propeller zugewandten Ende des Gehäuses angeordnet ist.
-
Auch kann das Unterwasserfahrzeug Spülöffnungen aufweisen, über welche die mindestens eine Antriebseinrichtung und die Welle mittels Umgebungswasser kühlbar sind.
-
Darüber hinaus kann das Unterwasserfahrzeug eine Bedienungseinrichtung aufweisen, die in einen Haltegriff an dem Gehäuse integriert ist.
-
Die Einstellposition des Schiebegriffs kann über im Gehäuse angebrachte Reed-Kontakte erfassbar sein.
-
Schließlich kann das Unterwasserfahrzeug auch eine Notabschalteinrichtung mit einer mit einem Nutzer des Unterwasserfahrzeugs verbundene Magnetschalteinrichtung am Gehäuse aufweisen, deren Schaltstellung durch einen im Gehäuse angeordneten Reed-Kontakt erfassbar ist.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen.
-
In den Zeichnungen zeigt:
-
1 eine Seiteneinsicht eines Unterwasserscooters,
-
2 eine Draufsicht auf den Unterwasserscooter gemäß 1,
-
3 einen axialen Vertikalschnitt des Unterwasserscooters entlang der Schnittlinie III-III nach 2,
-
4 einen vergrößerten, teilweisen Schnitt analog 3 des Unterwasserscooters im Bereich der Antriebs- und Bedienungseinrichtung.
-
In den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehene Komponenten entsprechen im Wesentlichen einander, sofern nichts anderes angegeben ist. Darüber hinaus wird darauf verzichtet Bestandteile zu zeigen und zu beschreiben, welche nicht wesentlich zum Verständnis der hierin offenbarten technischen Lehre sind.
-
In den
1 bis
4 ist ein Unterwasserfahrzeug gezeigt, welches im Wesentlichen so ausgebildet ist, wie der in
DE 20 2013 000 182 U1 beschriebene Unterwasserscooter. Für die Beschreibung der Komponenten des Unterwasserscooters wird auf die Beschreibung in den Absätzen [0022] bis [0032] von
DE 20 2013 000 182 U1 Bezug genommen.
-
3 zeigt ferner eine Lagereinrichtung 60, über welche das dem Propeller 4 gegenüberliegende Ende der Rotorwelle 38 an dem Boden 36 des Spalttopfs 28 drehbar gelagert ist. Die zusätzliche Lagerung über die Lagereinrichtung 60 verhindert ein ungleichmäßiges Rotieren der Rotorwelle 38 sowie der gesamten Direktantriebswelle mitsamt dem Rotor 37. Hierdurch wird verhindert, dass bspw. der Rotor 37 bei hohen Geschwindigkeiten an die Wand 33 anschlägt.
-
Die Lagereinrichtung
60 ermöglicht es daher, dass die Antriebseinrichtung
3 mit höheren Geschwindigkeiten betrieben werden kann als die aus
DE 20 2013 000 182 U1 bekannte Antriebseinrichtung.
-
Wie in 4 gezeigt, weist der Stutzen 46 in der Spülbohrung 52 eine Vielzahl von Strömungshilfen 70 auf. 4 zeigt die Strömungshilfen 70 in einer rein schematischen Darstellung. Die Strömungshilfen 70 sind bspw. Lamellen, Schaufeln oder schaufelartige Elemente. Die Strömungshilfen 70 sind so ausgebildet und an der Innenwand der Spülbohrung 52 angeordnet, dass bei einer Rotation der Rotorwelle 38 Umgebungswasser stärker angesaugt wird als bei Wellen ohne solche Strömungshilfen 70.
-
Gegenüber dem aus
DE 20 2013 000 182 U1 bekannten Unterwasserscooter erfolgt damit eine bessere Kühlung des Spalttopfmotors
27. Die bessere Kühlung resultiert aus der Anordnung der Strömungshilfen
70 und der Lagereinrichtung
60, aufgrund welcher die Rotorwelle
38 mit deutlich höheren Drehzahlen betrieben werden kann und weshalb auch ein stärkeres Ansaugen von Umgebungswasser erreicht wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gehäuse
- 2
- Deckel
- 3
- Antriebseinrichtung
- 4
- Propeller
- 5
- Schutzring
- 6
- Lagerstreben
- 7
- Haltegriff
- 8
- Wangen
- 9
- Wangen
- 10
- Griffstück
- 11
- Griffstück
- 12
- Bedienungseinrichtung
- 13
- Schiebegriff
- 14
- Ende
- 15.1
- Griffmulde
- 15.2
- Griffmulde
- 15.3
- Griffmulde
- 16
- Stufenkulisse
- 17.1
- Kulissenstufe
- 17.2
- Kulissenstufe
- 17.3
- Kulissenstufe
- 18
- Permanentmagnet
- 19
- Reed-Schalter
- 20.0
- Schaltkontakt
- 20.1
- Schaltkontakt
- 20.2
- Schaltkontakt
- 20.3
- Schaltkontakt
- 21
- Steuereinrichtung
- 22
- Notabschalteinrichtung
- 23
- Reed-Schalter
- 24
- Hebel
- 25
- Seil
- 26
- Permanentmagnet
- 27
- Spalttopfmotor
- 28
- Spalttopf
- 29
- Gehäuseaufnahme
- 30
- Trägerflansch
- 31
- Ringrand
- 32.1
- Dichtring
- 32.2
- Dichtring
- 32.3
- Dichtring
- 33
- Wand
- 34
- Statorwicklung
- 35
- Akkumulatorpack
- 36
- Boden
- 37
- Rotor
- 38
- Rotorwelle
- 39
- Permanentmagnet
- 40
- Abdeckring
- 41.1
- Keramik-Gleitlager
- 41.2
- Keramik-Gleitlager
- 42
- Lagerbuchse
- 43
- Lagerplatte
- 44
- Strömungskörper
- 45.1
- Fixierschraube
- 45.2
- Fixierschraube
- 46
- Stutzen
- 47
- äußerer Wellenabschnitt
- 48
- Gleitscheibe 48
- 49
- Verrastung
- 50
- Deckel
- 51
- Einströmöffnung
- 52
- Spülbohrung
- 53
- Abzugsöffnung
- 54
- Kanal
- 60
- Lagereinrichtung
- 70
- Strömungshilfe
- R
- Rotationsachse
-
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
-
- WO 2011/038869 A2 [0003, 0005]
- DE 202013000182 U1 [0004, 0005, 0006, 0007, 0012, 0014, 0017, 0018, 0034, 0034, 0036, 0038]
