DE4230500A1 - Anordnung einer Wellengeneratoranlage an Bord von Schiffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Anordnung einer Wellengeneratoranlage zur Stromerzeugung an Bord von Schiffen, die aus einem Übersetzungsgetriebe und einem Generator besteht und die ihre Antriebsenergie über einen Wellenstrang direkt von der Hauptantriebsmaschine des Schiffes erhält.

Im Schiffbau, insbesondere bei Fracht- und Containerschiffen, sind ständig Bemühungen zur Minimierung der räumlichen Ausdehnung der Maschinenräume zugunsten einer Erweiterung der Ladekapazität und somit zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Schiffes zu beobachten. Dieser Notwendigkeit folgend werden die Hauptantriebsmaschine sowie die Hilfs- und Nebenaggregate immer weiter im Hinterschiff nach achtern verlagert bzw. Einzelaggregate in mehreren Ebenen stationiert.

Bei Wellengeneratoranlagen führte diese Entwicklung u. a. zur Umstellung von großbauenden langsamlaufenden Wellenstranggeneratoren auf schnellaufende und damit kleinbauende Wellengeneratoren, die über ein Übersetzungsgetriebe entweder von der Hauptantriebsmaschine direkt oder über die Antriebswelle der Hauptantriebsmaschine angetrieben werden. Bekannt ist auch die Anordnung der Wellengeneratoranlage vor der Hauptantriebsmaschine, d. h. auf der Gegenkupplungsseite des Motors. Zur Verringerung der in Anspruch genommenen Maschinenräume erfolgt die Anordnung der Generatoren entweder im rechten Winkel zur Hauptantriebsmaschine oder in Gegenrichtung parallel neben dieser (z. B. DE-OS 35 26 856). Bekannt ist auch ein Vorschlag, den Wellengenerator unterhalb der Antriebsmaschine achsparallel zu stationieren. Eine solche Anordnung ist jedoch aufgrund des aufwendigen Maschinenfundaments praktisch nur für kleinere Antriebsanlagen kostengünstig ausführbar.

In der Praxis hat sich die Stationierung der Wellengeneratoren parallel zur Antriebswelle der Hauptantriebsmaschine durchgesetzt.

Bei mittelschnellaufenden Hauptantriebsmaschinen werden die Wellengeneratoren in der Regel über den Nebenabtrieb (PTO) eines Untersetzungsgetriebes oder auf der Gegenkupplungsseite über ein spezielles Hochtreiber- oder Übersetzungsgetriebe durch die Leistungsabnahme von der Antriebswelle der Hauptantriebsmaschine angetrieben.

Bei langsamlaufenden Hauptantriebsmaschinen werden bei der Verwendung von Übersetzungsgetrieben diese vielfach als Standgetriebe in den Wellenstrang der Abtriebswelle eingegliedert.

Moderne Wellengeneratoranlagen werden drehelastisch und axialbeweglich an das System Antriebsmaschine-Wellenleitung-Propulsionsorgan angekoppelt, indem die Übersetzungsgetriebe als Tunnelgetriebe ausgeführt sind. Die Abtriebswelle wird dabei frei durch das Getriebe hindurchgeführt und die Abnahme des Drehmoments erfolgt über eine spezielle elastische Kupplung zwischen Wellenleitung und Hohlwelle des Übersetzungsgetriebes.

Wellengeneratorgetriebe sind sowohl als solche Standgetriebe als auch auf der Abtriebswelle als reitende Getriebe bekannt (DE-OS 30 46 679 und 33 31 481).

Beim Einsatz von Wellengeneratorgetrieben werden die Wellengeneratoren entweder achsparallel seitlich auf Maschinenfundamenthöhe oder oberhalb der Abtriebswelle oder direkt über der Abtriebswelle auf einem eigenen schiffsseitigen Generatorfundament stationiert. Mit dieser Anordnung wird bereits eine relativ günstige Maschinenraumauslastung erreicht, nicht jedoch in der Schiffslängsachse.

Allgemein ist festzustellen, daß diese Anlagen für jedes Aggregat ein eigenständiges Fundament benötigen. Eine solche Ausführung ist bauaufwendig. Insbesondere bei geteilten Fundamenten und bei unterschiedlichen Anschlußpunkten an den Schiffskörper führen die im Schiffskörper auftretenden Schiffskörperverformungen zu zusätzlichen Belastungen, die von der Kupplung zwischen Getriebe und Wellengenerator kompensiert werden müssen.

Ein weiterer Vorschlag zur Optimierung der Wellengeneratoranordnung sieht vor, den Wellengenerator analog dem Tunnelgetriebe als Hohlwellengenerator mit eigenem schiffsseitigem Fundament auszuführen. Trotz dieser raumsparenden Ausführungsformen bleibt weiterhin das Problem der Baulänge, bezogen auf die Maschinenraumlängsachse. Insbesondere ergeben sich aber Probleme bei der Lagerung, da sowohl die Schiffskörperverformung als auch die Wellenbiegung im Betrieb bei der Gestaltung der Lager berücksichtigt werden muß. Das trifft besonders bei einer reitenden Anordnung dieser Generatoren auf der Abtriebswelle zu (s. DD-AP 274 802 und 279 147).

Ausgehend von den genannten Problemen verfolgt die Erfindung das Ziel der Minimierung des Standflächenbedarfs für Wellengeneratoranlagen an Bord von Schiffen in der Schiffslängsachse unter Vermeidung eines schiffsseitigen Generatorfundaments.

Im Ergebnis soll erreicht werden, daß die Maschinenraumgröße zugunsten des Schiffsladeraumes verringert und gleichzeitig negative Einflüsse auf das System Übersetzungsgetriebe-Wellengenerator, die aus Schiffskörperverformungen resultieren, vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die schiffsseitige Fundamentierung der kompletten Wellengeneratoranlage auf einem gemeinsam räumlich auf das Übersetzungsgetriebe bezogenen Fundament erfolgt, und daß dementsprechend der Wellengenerator über dem Getriebe in vertikal stehender Lage gegenüber der Schiffslängsachse stationiert ist und daß dazu das Wellengeneratorgetriebe mit einer Kegelradstufe mit vertikal orientierter Abtriebswelle ausgestattet ist, die drehelastisch mit der Generatorwelle gekoppelt ist. Die Stationierung des Wellengenerators kann direkt auf dem Getriebe oder über einen Adapter auf diesem erfolgen. Der Adapter kann sowohl als Einzelelement als auch als Teil des Getriebes ausgeführt werden. Im zweiten Fall bildet er eine tunnelartige Erweiterung des Getriebegehäuses, in welchem gleichzeitig die Lagerung der Kegelritzelwelle erfolgt. Eine weitere Ausführungsform der Abstützung des Wellengenerators besteht darin, daß dieser auf einem portalartigen Brückenträger gelagert wird und daß dieser Brückenträger das Getriebe überspannt und direkt auf dem Fundament des Getriebes befestigt ist.

Die Fundamentierung der vorgeschlagenen Wellengeneratoranlage kann neben einer schiffsseitigen Lagerung auch auf der Abtriebswelle der Hauptantriebsmaschine reitend erfolgen.

Die Wellengeneratoranlage kann auch auf der Gegenkupplungsseite der Hauptantriebsmaschine angeordnet werden, wobei eine Ankopplung an das freie Ende der Kurbelwelle unter Zwischenschaltung einer elastischen Kupplung erfolgt. Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung der Anordnung einer Wellengeneratoranlage an Bord von Schiffen entfällt das sonst schiffsseitig erforderliche Generatorfundament. Insgesamt reduziert sich bei dieser Lösung die Gesamtbaulänge des Wellengeneratoraggregates, da nur noch die Längsausdehnung des Getriebes zu berücksichtigen ist. Damit ist die Voraussetzung geschaffen, die Hauptantriebsmaschine weiter nach achtern zu versetzen, so daß auf diese Weise der verfügbare Laderaum vergrößert werden kann. Gleichzeitig werden Bauaufwand und Materialeinsatz für die Fundamentierung wie auch für die Wellenleitung verringert. Die Dreh- und Biegesteifigkeit der Wellenleitung wird erhöht. Ein wesentlicher Vorteil ergibt sich durch die vollständige Abkopplung des Generators vom Schiffskörper. Schiffskörperverformungen mit ihren daraus resultierenden unerwünschten Einflüssen werden vom Wellengeneratoraggregat mit Sicherheit ferngehalten.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Lösung an mehreren Ausführungsvarianten nochmals verdeutlicht. Es zeigt

Fig. 1 eine Schiffsantriebsanlage mit in der Propellerwelle integrierter Wellengeneratoranlage,

Fig. 2 eine Schiffsantriebsanlage mit einer auf der Gegenkupplungsseite der Hauptantriebsmaschine angekoppelten Wellengeneratoranlage,

Fig. 3 die Einzeldarstellung der Wellengeneratoranlage nach Fig. 1,

Fig. 4 die Einzeldarstellung der Wellengeneratoranlage nach Fig. 2,

Fig. 5 die Lagerung des Generators auf einem Brückenträger in der Seitenansicht.

Die in Fig. 1 gezeigte Schiffsantriebsanlage besteht aus der Hauptantriebsmaschine 1, der Wellengeneratoranlage (die sich aus dem Hohlwellengetriebe 4 als Übersetzungsgetriebe, der elastischen Wellenkupplung 3, dem Generator 6, dem Adapter 5 und der Kupplung 7 zusammensetzt) sowie der Wellenleitung 2 mit dem entsprechenden Propulsionsorgan (Fest- oder Verstellpropeller). Wie Fig. 1 und insbesondere Schnitt A-A sowie Fig. 3 zeigen, ist der Generator 6 gegenüber der Schiffslängsachse senkrecht auf dem Hohlwellengetriebe 4 stehend angeordnet. Zwischen dem Generator 6 und Hohlwellengetriebe 4 ist ein Adapter 5 angeordnet, der einen höhenanpaßbaren Einbauraum für die Kupplung 7 freihält. Die Kupplung 7 kann als elastische Kupplung ausgebildet sein.

Durch diese stehende Anordnung des Generators 6 oberhalb des Hohlwellengetriebes 4 wird die axiale Ausdehnung der Wellengeneratoranlage auf die Länge des Getriebes 4 bzw. auf die Fundamentbaulänge des Getriebefundaments 10 begrenzt.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht insbesondere darin, daß ein separates Generatorfundament nicht mehr erforderlich ist. In der praktischen Anwendung führt diese Lösung zu einer wesentlichen Vereinfachung der Konstruktion und Verringerung des Material- und Bauaufwandes für die Wellengeneratoranlage um ca. 50%. Insbesondere durch die extrem kurze axiale Baulänge des Aggregates ist es möglich, bei den üblichen Einsatzfällen die Hauptmaschine 1 um mindestens 2 Meter nach achtern zu verlagern. Um diesen Betrag könnte der vor dem Maschinenraum liegende Schiffsladeraum erweitert werden.

Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß bei dieser Generatoranordnung eine exakte Lagepositionierung des Generators 6 gegenüber dem Getriebe 4 erreicht wird. Insbesondere die aus dem Schiffskörper wirkenden Verformungskräfte werden mit Sicherheit von der Kupplung 7 zwischen Getriebe 4 und Wellengenerator 6 ferngehalten. Auch ergibt sich durch diese Anordnung eine bessere Zugänglichkeit zur Propellerwelle 2.

Fig. 2 zeigt die Anordnung der Wellengeneratoranlage auf der Gegenkupplungsseite der Hauptantriebsmaschine 1. Das Übersetzungsgetriebe 8 ist mittels einer elastischen, nach freier Wahl auch schaltbaren Kupplung 3 mit dem freien Kurbelwellenende der Kurbelwelle 11 gekoppelt. Wie Fig. 4 und Schnitt B-B in Fig. 2 zeigen, ist der Generator 6 direkt auf das Getriebe 8 aufgesetzt. Die Funktion des in Fig. 1 beschriebenen Adapters 5 wird bei dieser Ausführungsvariante dahingehend erreicht, daß diese Adapter als tunnelartiger Getriebeaufbau mit dem Gehäuse des Getriebes 8 eine konstruktive Einheit bildet. Innerhalb dieses tunnelartigen Getriebeaufbaus erfolgt die Lagerung der Kegelritzelwelle. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß das übrige Getriebegehäuse neben der Aufnahme der aus den Zahneingriffen resultierenden Kräfte auf die Hüllfunktion für die Getriebezahnräder begrenzt werden kann. Damit kann der Materialaufwand für das Getriebegehäuse gesenkt werden.

Neben der Ausführung nach Fig. 1 und 2 zeigt die Abbildung nach Fig. 5 die Stationierung des Wellengenerators 6 über dem Übersetzungsgetriebe 8 auf einem portalartigen Brückenträger 9, der das Übersetzungsgetriebe 8 überspannt und gemeinsam mit diesem auf dem Fundament 10 gelagert ist. Die Lagerung des Brückenträgers 9 und des Übersetzungsgetriebes 8 erfolgt entweder parallel oder kammartig auf dem Fundament 10. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß eine freie Zugänglichkeit zur Kuppung 7 gegeben ist. Das Übersetzungsgetriebe 8 kann konstruktiv vereinfacht werden, da eine Belastung des Getriebes durch die Massenkräfte des Wellengenerators 6 entfällt.

Claims (7)

1. Anordnung einer Wellengeneratoranlage zur Stromerzeugung an Bord von Schiffen, die aus einem Übersetzungsgetriebe und einem Generator besteht und die ihre Antriebsenergie über einen Wellenstrang direkt von der Hauptantriebsmaschine des Schiffes erhält, dadurch gekennzeichnet, daß die schiffsseitige Fundamentierung des Systems Wellengenerator- Übersetzungsgetriebe auf einem gemeinsamen, räumlich auf das Getriebe (4, 8) abgegrenzten Fundament (10) erfolgt, indem der Wellengenerator (6) über dem Getriebe (4, 8) in vertikal stehender Lage gegenüber der Schiffslängsachse stationiert ist und daß dazu das Getriebe (4, 8) mit einer Kegelradstufe mit einer vertikal orientierten Abtriebswelle ausgestattet ist, die drehelastisch mit der Generatorwelle gekoppelt ist.

2. Anordnung einer Wellengeneratoranlage nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellengenerator (6) auf dem Getriebe (4, 8) stehend gelagert ist.

3. Anordnung einer Wellengeneratoranlage nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wellengenerator (6) und dem Getriebe (4) ein Adapter (5) vorgesehen ist.

4. Anordnung einer Wellengeneratoranlage nach Pkt. 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (5) einseitig mit dem Getriebe (8) zu einer konstruktiven Einheit zusammengefügt ist und daß in diesem tunnelartigen Getriebegehäuseabschnitt die Lagerung der Kegelritzwelle erfolgt.

5. Anordnung einer Wellengeneratoranlage nach Pkt. 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellengenerator (6) auf einem portalartigen Brückenträger (9) stehend gelagert ist und daß dieser Brückenträger (9) direkt auf dem Fundament (10) des Getriebes (8) befestigt ist.

6. Anordnung einer Wellengeneratoranlage nach Pkt. 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der schiffsseitigen Fundamentierung der Wellengenerator (6) mit dem Getriebe (8) auf der Wellenleitung (2) der Hauptantriebsmaschine (1) reitend gelagert ist.

7. Anordnung einer Wellengeneratoranlage nach Pkt. 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das System Übersetzungsgetriebe-Wellengenerator auf der Gegenkupplungsseite der Hauptantriebsmaschine (1) angeordnet und mit dem freien Ende der Kurbelwelle verbunden ist.