DE60118157T3

DE60118157T3 - Motoreinheit für schiffe

Info

Publication number: DE60118157T3
Application number: DE60118157T
Authority: DE
Inventors: Jukka Varis
Original assignee: ABB Oy
Current assignee: ABB Oy
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2021-01-27
Also published as: US20030166362A1; ES2208142T5; CN1396875A; DE60118157D1; AU2001231793A1; EP1250255B1; WO2001054972A1; KR100719792B1; US6921303B2; DE60118157T2; NO334906B1; NO20023594L; FI20000191A0; KR20020081279A; CN100366506C; DE01903824T1; FI115041B; ES2208142T1; JP2003520737A; US20050170709A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Triebwerkszellen-Anordnung für ein Schiff, wobei diese Anordnung ein Motorgehäuse im Wasser beinhaltet, einen in dem Gehäuse platzierten Motor, der mit Steuerungseinheiten sowie einem an der Welle des Motors angeordneten Propeller verbunden ist.
Eine konventionelle Motor-Anordnung für ein Schiff umfasst einen Motor, der innerhalb der Schiffshülle angeordnet ist, sowie einen Propeller, der am Ende einer Motorwelle, die sich in wasserdichter Weise durch diese Schiffshülle hindurch erstreckt, angeordnet ist. Wenn der Propeller sich dreht, bringt er das das Schiff umgebende Wasser in Bewegung und erzeugt somit eine Reaktionskraft, welche das Schiff vorwärts drückt. Solch ein Motor kann ein direkt eingesetzter Dieselmotor oder ähnlicher Verbrennungsmotor sein oder vorzugsweise ein elektrischer Motor, zu dem die notwendige elektrische Energie mittels eines konventionellen Verbrennungsmotors, einer Gasturbine, einer kerntechnischen Anlage oder dergleichen zugeführt wird. Das Lenken eines solchen Schiffs wird konventionellerweise derart durchgeführt, dass ein schwenkbar gelagertes Ruder im Kielwasser des Propellers vorgesehen ist, wobei das Ruder das Kielwasser ablenkt und somit eine Lateralkraft-Komponente in Bezug auf die Längsrichtung des Schiffs aufbringt.
Andere Typen von sogenannten Vortriebs-Einheiten sind ebenfalls bekannt, wobei der Propeller selbst zum Zwecke des Lenkens des Schiffs schwenkbar gelagert werden kann. Diese Schwenk-Bewegung kann mittels einer recht komplizierten Wellen-Anordnung oder auf eine solche Weise erreicht werden, dass der Propeller an der Welle eines Motors angeordnet ist, der an sich drehbar um eine vertikale Achse angeordnet ist. Diese letztere Anordnung wird Azimut-Vortriebsvorrichtung genannt und eine solche Vorrichtung ist beispielsweise im finnischen Patent Nr. 76977 vom selben Anmelder beschrieben, wobei diese Vorrichtung vom Anmelder unter der Handelsbezeichnung AZIPOD vermarktet wird.
Bis heute haben sämtliche für Schiffe eingesetzten Anordnungen gemeinsam, dass die Motoren an sich sowie andere Vorrichtungen und Mittel so angepasst sind, dass sie einen im Wesentlichen integralen Teil des Schiffs direkt von der Stufe Zustand des Bauens des Schiffs darstellen. Somit kann jede vollständige Reparatur oder ein Ersetzen des Motors kaum durchgeführt werden, bis das Schiff eingedockt ist, nachdem wesentliche Abschnitte des Schiffs zur Ermöglichung des Ersatzes entfernt wurden. Somit ist nur eine Reparaturarbeit einigermaßen einfach und leicht durchzuführen und daher ist üblicherweise das Ziel, einen beschädigten Propeller zu ersetzen, wohingegen es regelmäßig tatsächlich eine lange Zeit beansprucht, andere, ausgedehntere Reparaturen auszuführen. Die US 5,417,597 offenbart eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein weiterer Nachteil von Motoren-Anordnungen, die separat von jedem Schiff eingesetzt sind, ist der, dass die Anzahl von Motor-Alternativen dazu neigt, anzusteigen, und somit ein vollständiger Vorteil nicht für lange Serien beansprucht werden kann, da ein Motor in jedem Fall separat für jedes Schiff gebaut wird. Die Produktionskosten werden durch die Komplexität solcher Anordnungen und geringe Serien an Zahlen in unvorteilhafter Weise beeinflusst.
Eine Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde entwickelt, um diese Nachteile und andere durch die Vielfalt bewirkten Nachteile zu eliminieren, wobei die charakteristischen Merkmale diese Anordnung in den anhängenden Ansprüchen offenbart sind.
Eine Vielzahl von nennenswerten Vorteilen wird unter Verwendung einer solchen modularen Anordnung erzielt, insbesondere in Verbindung mit dem vorab genannten Azimut-Vortriebssystemen, wobei diese Vorteile im Folgenden detaillierter unter Bezugnahme auf unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgestellt werden. In der beispielhaften Beschreibung wird Bezug genommen auf die beiliegenden Zeichnungen, wobei
1 ein schematischer Schnitt ist, der ein Beispiel einer Ausführungsform einer modularen Motoranordnung in Verbindung mit einem Azimut-Vortriebssystem offenbart,
2 in korrespondierender Weise eine bevorzugte Ausführungsform einer modularen Motoreinheit offenbart, wobei die Ausführungsform zwei im Wesentlichen identische Motoreinheiten umfasst, und
3 eine Lösung offenbart, in der eine Motoreinheit in einer solchen Weise installiert ist, dass die Propellerwelle aus der Horizontalen versetzt angeordnet ist.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst eine modulare Motoreinheit 1 gemäß der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen einen elektrischen Motor 2, der eine Welle 3 aufweist, die mit einem Propeller 4 versehen ist. Ein äußeres Gehäuse 5 der Motoreinheit ist vorzugsweise so angeordnet, dass der Motor 2 seine Kühlung direkt durch das Gehäuse 5 von dem umgebenden Wasser 6 erhält, wie dies detaillierter in einer ebenfalls anhängigen Patentanmeldung erläutert wird. Somit bildet die Motoreinheit 1 als solche einen strukturellen Teil des Schiffs, der direkt in Kontakt mit dem Wasser steht, wodurch das äußere Gehäuse 5 der Motoreinheit 1 zur gleichen Zeit als Schiffshülle am Ort des Motors 2 dient oder mit einer solchen Hülle verglichen werden kann.
Die Motorwelle 3 ist in Lagern 7 an beiden Enden des Motors in einer an sich bekannten Weise befestigt und in Verbindung mit Lager-Dichtringen, die an sich bekannt sind, geeignet so angeordnet, dass das Innere 8 des Motors vorzugsweise vollständig vom umgebenden Wasser 6 und ebenso vom Inneren 10 einer Befestigungsanordnung 9 isoliert ist.
Die Motoreinheit beinhaltet Befestigungselemente, geeigneterweise in der Form eines Flanschs 11, durch die die Motoreinheit an korrespondierenden Flanschelementen 16, 16a, 16b, die an der Befestigungsanordnung 9 angeordnet sind, angebracht werden kann. Die modulare Motoreinheit 1 bildet als solche eine Art Verlängerung der Befestigungsanordnung 9, die sich in das Wasser hinein erstreckt, d. h. hauptsächlich solch ein Teil der Vortriebsvorrichtung, die im Stand der Technik üblicherweise als „Gondel” bezeichnet wird, wenn sie am Ende eines drehbaren Arms platziert ist. Um die Anordnung so effektiv wie möglich zu gestalten, zeigt 1 schematisch unter Verwendung des Bezugszeichens 13, dass die Verbindungen zum Motor 2 so wie die Energiezufuhr, die Steuerung und Überwachungselemente, jede Art von Schmier- und/oder Kühlelement usw. vorzugsweise über einen zentralen Verbinder mit der Befestigungsanordnung 10 bzw. der Schiffshülle 12 verbunden sind.
Verschiedene erhebliche Vorteile werden mittels einer generellen Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt. Zuerst kann der Motoreinheit ein extrem kompaktes Design gegeben werden. Da die in Rede stehende Vorrichtung zu einem großen Ausmaß aus Standardteilen besteht, die als solche für eine Vielzahl von Anwendungen erhältlich sind, kann die Motoreinheit 12, welche selbst eine ebenfalls komplexe Technologie enthält, in großer Serie ohne jede signifikante Betrachtung der schlussendlichen Anwendung reduziert werden. Dies gewährleistet ebenfalls, dass die Zufuhr von schwer erhältlichen Teilen für die Motoreinheit sehr ausgedehnt werden kann, beginnend mit vollständigen Einheiten, die als solche als Güter im Lager der wichtigsten Bootsjachten erhältlich sind oder sogar an Bord des Schiffs mitgeführt werden.
Aufgrund ihres kompakten Designs stellt die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung einen signifikant geringeren Querschnitt in Strömungsrichtung verglichen mit den derzeit vorliegenden zur Verfügung, was eine bessere Vortriebs-Effizienz mit einem kleineren Propeller zur Verfügung stellt. Es ist ebenfalls üblicherweise möglich, kleinere Lager 7 zu verwenden. Ein wichtiger Vorteil ist ebenfalls die Tatsache, dass sie leicht fähig ist, Redundanzen einzufügen.
Hinsichtlich der Aspekte der Produkt-Lieferung und Instandhaltung ermöglicht die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung eine schnelle Produktion und kürzere Lager-Zeiten. Die Instandhaltung ist schnell und einfach aufgrund der Auswechselbarkeit und der Standardmodelle, was ein signifikanter Vorteil hinsichtlich der Tatsache ist, dass ein Schiff, das Tage zur Instandhaltung oder Reparatur festliegt, extrem teuer werden kann.
Vorzugsweise stellt die in 1 offenbarte Anordnung funktional das Azimut-Vortriebssystem dar, welches oben beschrieben wurde, die gesamte Anordnung 9 ist um eine vertikale Achse A-A drehbar. Somit ersetzt die Anordnung inklusive des Motors die Propeller-Ruder-Anordnung einer althergebrachten Technologie und stellt neben anderen Dingen eine bessere Effizienz und verglichen hiermit verbesserte Dreh-Eigenschaften zur Verfügung. Die Anordnung 9 in der Ausführungsform gemäß 1 umfasst einen vorzugsweise im Wesentlichen hohlen und geeigneterweise zumindest zu einem gewissen Maße gekrümmten Körperteil, der mittels Flanschen zur Drehung, Energiezufuhr und Steuerung, die im Stand der Technik an sich bekannt sind und die nur andeutungsweise mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnet sind, durch Flansche an den Anordnungen angebracht sind. Aufgrund der gekrümmten Befestigungsanordnung dreht sich die gesamte Vorrichtung in optimaler Weise in ähnlicher Art wie die bisher bekannten Azimut-Vortriebsvorrichtungen.
Die direkte Kühlung durch das äußere Gehäuse 5 der Motoreinheit 1, wie dies durch eine ebenfalls anhängige Patentanmeldung eingeführt wurde, kann insbesondere gut durch die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, wobei eine für eine ausgewogene Kühlung erforderliche Symmetrie leicht erreicht wird. Aufgrund der modularen Struktur liegen keine derartigen externen Teile der Einheit vor, die Diskontinuitäten in Bezug auf die Kühlung bewirken würden und somit wird überall Zugang für das umgebende Wasser 6, um als Kühlmittel zu dienen, bereitgestellt. Mit dieser Anordnung kann eine konventionelle Kühlung inklusive Führungen und spezieller Anordnungen vermieden werden. Somit wird die Produktion der Motoreinheit erleichtert und beschleunigt und das Gewicht der Einheit wird gering und somit kann die Größe jeder Produktions-Gerätschaft, die für die Produktion der Einheit erforderlich ist, ebenfalls reduziert werden.
Eine besonders bevorzugte Lösung wird in 2 dargestellt, wobei zwei modulare Motoreinheiten 1 und 1a, die an einer gemeinsamen drehbaren Anordnung 9a angebracht sind, verwendet werden. Diese Motoreinheiten 1 und 1a können jeweils eine separate Energiezufuhr oder eine gemeinsame Energiezufuhr aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform können die zwei Motoren 2 und 2a nacheinander, falls notwendig, des Weiteren mechanisch mittels einer Kupplung, die generell mit dem Bezugszeichen 15 versehen ist, verbunden werden. Alternativ können die Motoren 1 und 1a ebenfalls in entgegengesetzten Richtungen betrieben werden. Somit bietet die Anordnung hier die Möglichkeit sowohl einer gemeinsamen Steuerung der zwei Motoren 2, 2a als auch einer individuellen Steuerung, so dass jeder Motor durch seine eigene Steuerung angetrieben wird.
In den in den 1 und 2 oben beschriebenen Ausführungsformen sowie der später diskutierten und in 3 beschriebenen Ausführungsform wurden die Motoreinheiten 1, 1a gemäß der vorliegenden Erfindung an drehbaren Arm-Anordnungen angebracht, um ein Azimut-Vortriebssystem zur Verfügung zu stellen.
Schließlich zeigt 3, dass eine modulare Motoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung in besonderen Anwendungen ebenfalls so befestigt werden kann, dass die Richtung der Motorwelle von der Horizontalen abweicht.
Oben wurden beispielhaft einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart, jedoch wird für den Fachmann klar ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen alleine beschränkt ist, sondern in vielen unterschiedlichen Arten innerhalb des Schutzbereichs der anhängenden Ansprüche modifiziert werden kann.

Claims

Triebwerkszellen-Anordnung für ein Schiff, wobei die Anordnung ein im Wasser (6) angeordnetes Motorengehäuse sowie einen darin angeordneten elektrischen Motor (2, 2a) beinhaltet, und des Weiteren hierzu gehörige Steuereinrichtungen und einen an der Motorwelle (3, 3a) angeordneten Propeller (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Motorengehäuse als separate modulare Motoreinheit (1) angeordnet ist, dass die separate modulare Motoreinheit (1) Befestigungsmittel (11) zum Anbringen der separaten modularen Motoreinheit an einem Schiff (12) beinhaltet, dass die separate modulare Motoreinheit (1) ein derartiges Bauteil des Schiffes (12) darstellt, das in direktem Kontakt mit dem Wasser (6) steht, dass das Befestigungsmittel erste Flanschmittel (11) beinhaltet, durch die die separate modulare Motoreinheit (1) an entsprechenden zweiten Flanschmitteln angebracht werden kann (16, 16a, 16b, 16c), die an einem separaten an dem Schiff (12) angeordneten Abstützsystem angeordnet werden kann, und dass die an dem Schiff (12) angebrachten separaten Abstützmittel einen drehbaren Aufbau (9) umfassen, der um eine vertikale Achse (A-A) drehbar ist, wobei der drehbare Aufbau an dem Schiff (12) über den im Wesentlichen horizontalen Schiffsboden angebracht ist, wodurch der rotierbare Aufbau (9) an seinem oberen Ende eine Schwenkvorrichtung (14) zum Drehen des drehbaren Aufbaus (9) beinhaltet, insbesondere in Verbindung mit dem Lenken des Schiffs (12), sowie einen Gleitring oder gleichwirkende Mittel zum Befördern der Energiezufuhr des Motors und/oder zum Regeln und/oder zum Ausführen ähnlicher Funktionen an einer oder mehreren an dem drehbaren Aufbau (9) angeordneten separaten modularen Motoreinheiten (1, 1a).
Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Flanschmittel (11) und die zweiten Flanschmittel (16, 16a, 16b, 16c), die an dem separaten Abstützsystem angeordnet sind, Verbindungsmittel (13) zur Energiezufuhr, zur Regelung und für ähnliche Funktionen für den elektrischen Motor (2, 2a) aufweisen.
Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare Aufbau (9) einen im Wesentlichen gebogenen Stützarm aufweist, der die zweiten Flanschmittel (16) an einem Ende zum Anbringen der separaten modularen Motoreinheit (1, 1a) an dem drehbaren Aufbau (9) aufweist.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare Aufbau (9) einen im Wesentlichen vertikalen Zentralkörper (9a) sowie verschiedene daran angeordnete zweite Flanschmittel (16a, 16b), geeigneterweise zwei zweite Flanschmittel (16a, 16b), an denen jeweils eine separate modulare Motoreinheit (1, 1a) entsprechend angebracht werden kann, umfasst, so dass die Wellen (3, 3a) der elektrischen Motoren (2, 2a) im Wesentlichen in einer gemeinsamen horizontalen Ebene geeigneterweise so angeordnet sein werden, dass die Wellen, wenn notwendig, miteinander verkuppelt werden können (15).
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Flanschmittel (16, 16a, 16b) des drehbaren Aufbaus (9) derart angeordnet sind, dass sich die Propellerwelle (3, 3a) der separaten Motoreinheit (1, 1a) im Wesentlichen horizontal erstreckt.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Flanschmittel (16) des drehbaren Aufbaus (9) derart angeordnet sind, dass sich die Propellerwelle der zumindest einen separaten Motoreinheit (1) in einer Richtung erstreckt, welche von der horizontalen Richtung abweicht.
Anordnung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1, bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die separate Motoreinheit (1, 1a) einen elektrischen Motor (2, 2a) beinhaltet, der zu wesentlichen Teilen über die Gehäusestruktur (5) der separaten modularen Motoreneinheit direkt durch ein außerhalb der separaten modularen Motoreneinheit (1, 1a) angeordnetes Medium (6) gekühlt wird.
Anordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die separate modulare Motoreinheit (1, 1a) mit zusätzlichen Mitteln zum In-Bewegung-Setzen eines Mediums innerhalb der separaten modularen Motoreinheit (1, 1a) versehen ist, um den Wärmetransfer zwischen dem elektrischen Motor (2, 2a) und dem außerhalb der separaten modularen Motoreneinheit (1, 1a) angeordneten Medium (6) zu erhöhen.