DE3617425C2

DE3617425C2 -

Info

Publication number: DE3617425C2
Application number: DE19863617425
Authority: DE
Inventors: Erwin 4440 Rheine De Teroerde
Original assignee: Renk Tacke GmbH
Current assignee: Renk GmbH
Priority date: 1986-01-10
Filing date: 1986-05-23
Publication date: 1990-06-28
Also published as: DE3617425A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schiffsantriebsanlage mit mindestens vier Motoren zum Antrieb zweier Verstellpropeller und wenigstens eines Generators.

Bei Schiffen mit sehr unterschiedlichen Fahrprofilen bezüg lich Schiffsgeschwindigkeit, Manövrierfähigkeit und zugehö rigem, sehr unterschiedlichen Elektroenergiebedarf ist eine optimale Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Brennstof fes für die Antriebsmotoren sowie deren Betriebsstunden je Fahrroute von größter Wichtigkeit.

Schiffe, die über kurze Zeiten größte Antriebsleistungen er fordern, während langer Einsatzzeiten jedoch mit weniger als 50% Leistung oder weniger als 70% der möglichen Schiffsge schwindigkeit betrieben werden, sind vorwiegend mit vier Motoren ausgerüstet. Zu Schiffstypen dieser Art zählen bei spielsweise Versorgungsschiffe und Schlepper. Von den vier Motoren sind überwiegend nur zwei Motoren im Betrieb.

Kennzeichnend für diese Anlagen ist, daß die installierten bzw. betriebenen Motoren jeweils einem Propellerstrang zu geordnet sind, so daß voneinander unabhängige Backbord- und Steuerbordanlagen vorhanden sind.

Auch Nebenabtriebe, beispielsweise für Generatoren, sind nur von der ihnen zugeordneten Steuer- und Backbordmaschine antreibbar.

Bekannt ist auch der zunehmende Einsatz von Vater- und Sohn anlagen bei Doppelschraubern, wobei jeweils eine Vater- und Sohnanlage auf eine Schraube arbeitet. Vorausgesetzt wird auch hierbei, daß beide Propeller symmetrisch angetrieben werden müssen. Unter dieser Voraussetzung kann dann das Fahr profil in drei Bereiche unterteilt werden. Eine Querverbin dung zum Antrieb beider Propeller durch eine der Vater- und Sohnanlagen ist bisher noch nicht möglich gewesen.

Durch die Zeitschrift "Shipbuilding and Marine Engineering International", April, 1982, S. 192, wird auf eine Schiffsantriebsanlage mit einem Propeller hingewiesen, auf den zwei Motoren wirken. Die Motoren sind durch torsionssteife Kupplungen zuschaltbar. Mit dieser Ausführung soll die erhebliche elektrische Energie, die für den Antrieb der Lagerpumpen und für zwei Strahlruder benötigt wird, durch die Hauptmotoren erzeugbar sein. Eine Verdopplung der Anlage bei einer Zweiwellenausführung würde zu einer großen, ganz erheblichen Raum beanspruchenden Antriebseinheit führen, was den heutigen Ansprüchen an eine platzsparende Bauweise nicht entspricht. Außerdem ist es mit der bekannten Anlage nicht möglich, die zur Verfügung stehende Energie bei den eingangs genannten Schiffen mit sehr unterschiedlichen Fahrprofilen ständig wirtschaftlich einzusetzen.

Eine Getriebeanlage für ein Zweischraubenschiff zeigt die CH-PS 3 79 313. Sie ist für maximal zwei Motoren eingerichtet. Dabei ist jedem Motor ein Getriebeblock zugeordnet. Beide Getriebeblöcke sind untereinander durch eine querverlaufende Welle verbunden. Dadurch ist es möglich, einen Propeller durch beide Motoren oder beide Propeller durch einen Motor antreiben zu lassen. Für den Fall eines Propelleraussetzers kann die Anlage ohne Anhalten des Schiffes raschestens umgestellt werden, wobei gleichzeitig die defekt gewordenen Antriebsteile abschaltbar sind. Der gleichzeitige Einsatz von Hilfsmaschinen und eine wirtschaftliche Verteilung der zur Verfügung stehenden Antriebsenergie über die Hauptmotoren auf die einzelnen Teile der Gesamtanlage werden nicht erläutert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schiffsan triebsanlage mit mindestens vier Motoren zum Antrieb zweier Verstellpropeller so zu gestalten, daß eine optimale Ausnutzung der gesamten installierten, sich auf die einzelnen Antriebsmotoren verteilenden Leistungen unter Berücksichtigung des sehr unterschiedlichen Fahrprofils des Schiffes, der Motor- und Propellerkennfelder und des unterschiedlichen Einsatzes von Generatoren gewährleistet und zusätzlich/gleichzeitig eine kompakte Bauform erreicht wird. Die Erfindung als Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 aus.

Weitere, die Erfindung vorteilhaft gestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung bietet die Möglichkeit, durch einen Motor einer Doppelschraubenanlage mit mindestens vier Motoren beide Propel ler mit ökonomischer Drehzahl anzutreiben, und zwar unter Aus nutzung des Propellerkennfeldes und somit mit bestem Wir kungsgrad. Dabei kann, falls erforderlich, die restliche in stallierte Motorleistung zur Stromerzeugung verwendet werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung rein schematisch dargestellt und nachstehend erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Schaltskizze für die Übertragung der Antriebs leistungen von vier Motoren (jeweils 2 Motoren achsversetzt) auf zwei Propeller mit Nebenabtriebs möglichkeiten, wobei sämtliche Schaltkupplungen als Lastschaltkupplungen ausgeführt und die Kegelräder der Verbindungswelle zwischen den beiden Getriebe blöcken mit den Schaltritzeln verbunden sind,

Fig. 1A die Anordnung gemäß Fig. 1, jedoch mit jeweils 2 Motoren zur Leistungsabgabe auf jeweils eine An triebswelle,

Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1, jedoch mit im Stillstand schaltbaren Kupplungen an den Getriebeschaltstufen,

Fig. 2A wie Fig. 1A, jedoch mit im Stillstand schaltbaren Kupplungen an den Getriebeschaltstufen,

Fig. 3 ein Verstell-Propellerdiagramm zur Darstellung der gegenseitigen Abhängigkeit von Motorenleistung, Propellerdrehzahl, Propellersteigung und Schiffs geschwindigkeit, wobei in dem Diagramm das Motoren kennfeld einer Doppelschraubenanlage eingetragen ist, deren Propeller jeweils von bis zu vier Motoren ange trieben werden,

Fig. 4 ein Verstell-Propellerdiagramm gemäß Fig. 3, in welches das Motorenkennfeld einer Doppelschrauben anlage eingezeichnet ist, bei welcher jeweils zwei Motoren auf zwei Propeller wirken,

Fig. 5 ein Verstell-Propellerdiagramm gemäß Fig. 3 und 4, in welches das Motorenkennfeld einer Doppelschrau benanlage eingezeichnet ist, bei welcher beide Propeller von einem Motor bei ökonomischer Propel lerdrehzahl angetrieben werden, d. h., es wird eine Einsparung der installierten Leistung von ca. 10% erreicht bzw. bei gleicher Geschwindigkeit eine ca. 30% geringere Leistung investiert,

Fig. 6 bis 9 tabellarische Übersichten für Fahrmöglichkeiten mit einer Antriebsanlage gemäß Fig. 1, 2, 1A und 2A,

Fig. 10 eine Antriebsanordnung wie Fig. 1, jedoch sind die Kegelräder der Verbindungswelle zwischen den Ge triebeblöcken mit den Wellen der Schaltstufen ver bunden,

Fig. 10A eine Antriebsanordnung wie Fig. 1A, jedoch sind die Kegelräder der Verbindungswelle zwischen den Getrie beblöcken mit den Wellen der Schaltstufen verbunden,

Fig. 11 eine Antriebsanordnung wie Fig. 2, jedoch sind die Kegelräder der Verbindungswelle zwischen den Ge triebeblöcken mit den Wellen der Schaltstufen ver bunden,

Fig. 11A eine Antriebsanordnung wie Fig. 2A, jedoch sind die Kegelräder der Verbindungswelle zwischen den Ge triebeblöcken mit den Wellen der Schaltstufen ver bunden,

Fig. 12 und 13 tabellarische Übersichten für Fahrmöglichkeiten mit Antriebsanordnungen gemäß Fig. 10, 11, 10A und 11A,

Fig. 14 eine Prinzipskizze für die Schaltkupplungen der Verbindungswelle in größerem Maßstab.

Die in den Figuren der Zeichnungen verwendeten Bezugszei chen bedeuten im Einzelnen:

M _I, M _II
Antriebsmotoren der Backbordseite
M _III, M _IV	Antriebsmotoren der Steuerbordseite
K₁, K₂	Schaltkupplungen der Antriebsmotoren
K₃, K₄	Schaltkupplungen der Getriebeschaltstufen (in Fig. 2 und Fig. 11 als im Stillstand schaltbare Kupplung ausgeführt)
K₅	Schaltkupplungen der Verbindungswelle
W₁, W₂	Motorabtriebswellen
W₃	Propellerwellen
W₄, W₅	Kupplungshohlwellen
W₆	Verbindungswelle zwischen den Getriebeblöcken der Backbord- und Steuerbordseite
S₁	Getriebestufe der Propellerwelle
S₂	Verbindungsstufe zwischen den Kupplungen K₃, K₄
S₃	Verbindungsstufe zwischen den Motorabtriebswellen W₁, W₂
S₄	Verbindungsstufe zwischen den Motorenabtriebswellen W₁, W₂ und einer Nebenabtriebswelle (Generator G₁)
S₅	Kegelradschaltstufe zur Verbindung der Getriebeblöcke mit der Verbindungswelle W₆
G₁	Stromgeneratoren im Nebenantrieb
G₂	Stromgenerator in der Verbindungswelle W₆
K₆	nichtschaltbare Ausgleichskupplungen an den Arbeitsmaschinen (G₁, G₂ oder Pumpen)
K₇	nichtschaltbare Ausgleichskupplungen an den Antriebsmaschinen M _I bis M _IV
L₁, L₂	Traglager der Verbindungswelle
L₃, L₄	Kupplungslager der Schaltkupplung K₅

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1, 2, 1A und 2A besteht die gesamte Antriebsanlage aus zwei spiegelbildlich angeordneten Getriebeblöcken zwischen den Propellerwellen W ₃. Die gesamtinstallierte Leistung ist auf die vier An triebsmotoren M _I-M _IV verteilt.

Die Getriebeblöcke sind miteinander durch eine Verbindungs welle W ₆ verbunden. Zwischen der Welle W ₆ und den Getriebe blöcken sind Lastschaltkupplungen K ₅ eingesetzt. Sie sind als Lamellenschaltkupplungen ausgeführt und zeigen eine be sondere kompakte Bauweise, da die Kupplungselemente jeweils zwischen den Wellenlagern L ₁ und L ₂ angeordnet sind. Der dadurch gewonnene Raum kann ausgenutzt werden für einen Ge nerator G ₂, der mit beidseitig angeordneten, nichtschalt baren Ausgleichskupplungen in die Welle W ₆ eingesetzt ist. Die Getriebeblöcke beinhalten weiterhin ein zweistufiges Schaltgetriebe, das über die Kupplungen K ₃ und K ₄ geschal tet wird und unterschiedliche Propellerdrehzahlen bei gleicher Motordrehzahl ermöglicht. Die Kraftverläufe eines Antriebsmotors allein oder in Kombination mit den übrigen Motoren zum Antrieb jeweils beider Propeller und/oder der Generatoren, sind in den Fig. 6 bis 9 übersichtlich dar gestellt. Die Schaltmöglichkeiten und entsprechende Kraft verläufe für die Antriebsanlagen mit Kupplungsanordnungen gemäß Fig. 10, 10A, 11 und 11A können den Tabellen der Fig. 12 und 13 entnommen werden.

Anhand der Propellerkennfeder, dargestellt in den Figuren 3 bis 5, können für verschiedene Leistungsaufnahmen der beiden Verstellpropeller bzw. für unterschiedliche Fahr geschwindigkeiten die wirtschaftlichsten Maschinenkombina tionen mit Leistungsaufteilungen unter Berücksichtigung der Blattsteigungen der Propeller bestimmt werden, so daß die Anlage über das gesamte Fahrprofil äußerst energiespa rend gefahren werden kann.

Claims

1. Schiffsantriebsanlage mit folgenden Merkmalen:

- es sind mindestens vier Motoren (M _I, M _II, M _III,M _IV) zum Antrieb zweier Verstellpropeller und wenigstens eines Generators (G₁) vorgesehen,
- jedem Verstellpropeller ist ein Getriebeblock
- - mit einer ersten und zweiten Welle (W₁, W₂) für die Motoren (M _I, M _II, M _III,M _IV),
- - mit einer Abtriebswelle (W₃) für den Verstellpropeller und
- - mit einer oder mehreren Abtriebswellen für Nebenantriebe (G₁) zugeordnet,
- es ist eine Verbindungswelle (W₆) zur Verbindung der beiden Getriebeblöcke vorgesehen, welche
- - rechtwinklig zu den Wellen (W₁, W₂) angeordnet und
- - durch Schaltkupplungen (K₅) mit den Wellen (W₂) kuppelbar ist,
- jedem Motor (M _I, M _II, M _III,M _IV) ist unmittelbar eine Schaltkupplung (K₁, K₂) zur Kopplung mit den Wellen (W₁, W₂) zugeordnet,
- je eine Hohlwellenschaltkupplung (K₃) ist auf den ersten Wellen (W₁) und je eine Hohlwellenschaltkupplung (K₄) ist auf den zweiten Wellen (W₂) angeordnet;
- es sind folgende Getriebestufen/Zahnradpaare vorgesehen:
- Stufe 1 (S₁): Zahnrad auf der Hohlwelle (W₄) der Hohlwellenschaltkupplung (K₃) - Zahnrad auf der Propellerwelle (W₃),
- Stufe 2 (S₂): Zahnrad auf der Hohlwelle (W₅) der Hohlwellenschaltkupplung (K₄) - Zahnrad auf der Hohlwelle (W₄) der Hohlwellenschaltkupplung (K₃),
- Stufe 3 (S₃): Zahnrad auf der Welle (W₁) - Zahnrad auf der Welle (W₂),
- Stufe 4 (S₄): Zahnrad auf der Generatorwelle - Zahnrad auf der Welle (W₂),
- Stufe 5 (S₅): Kegelrad am Verbindungswellenstrang (W₆) - Kegelrad auf der Hohlwelle (W₅), der Hohlwellenschaltkupplung (K₄) - oder auf der zweiten Welle (W₂),
- die Motoren (M _I, M _II, M _III,M _IV) sind auf der der Schiffsmitte zugewandten Seite der jeweilig zugehörigen Propellerwelle (W₃) angeordnet.

2. Schiffsantriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß in die Verbindungswelle (W₆) ein Generator (G₂) eingesetzt ist.

3. Schiffsantriebsanlage nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Propeller Motoren unterschiedlicher Leistungen und Drehzahlen zugeordnet sind.

4. Schiffsantriebsanlage für zwei Verstellpropeller, denen jeweils ein Getriebeblock zugeordnet ist, welche untereinander durch eine Verbindungswelle mit Schaltkupplungen verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplungen (K₅) zwischen der Verbindungswelle (W₆) und den Getriebeblöcken als Lamellenschaltkupplungen ausgebildet sind und jede der Schaltkupplungen zwischen den beiden Lagern (L₁, L₂) der fliegend ausgebildeten Kegelritzel bzw. Kegelradwelle angeordnet ist.

5. Schiffsantriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplungen als Lastschaltkupplungen ausgebildet sind.