EP1928728B1 - Schiffsantrieb - Google Patents

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EP1928728B1
EP1928728B1 EP06753262.2A EP06753262A EP1928728B1 EP 1928728 B1 EP1928728 B1 EP 1928728B1 EP 06753262 A EP06753262 A EP 06753262A EP 1928728 B1 EP1928728 B1 EP 1928728B1
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EP
European Patent Office
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approximately
torque
propeller
propellers
propulsion unit
Prior art date
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EP06753262.2A
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French (fr)
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EP1928728A2 (de
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Reinhold Reuter
Manfred Heer
Peter Jansen
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Schottel GmbH
Original Assignee
Schottel GmbH
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Publication date
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    • B63H2005/1256—Podded azimuthing thrusters, i.e. podded thruster units arranged inboard for rotation about vertical axis with mechanical power transmission to propellers
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    • B63H20/00—Outboard propulsion units, e.g. outboard motors or Z-drives; Arrangements thereof on vessels
    • B63H2020/005—Arrangements of two or more propellers, or the like on single outboard propulsion units
    • B63H2020/006—Arrangements of two or more propellers, or the like on single outboard propulsion units of coaxial type, e.g. of counter-rotative type

Definitions

  • the present invention relates to a ship propulsion with double propeller according to the preamble of claim 1.
  • the propulsion unit includes a drive motor housed in the ship's hull with a vertical motor shaft at the lower end of which is provided a coupling to a vertical drive shaft terminating in a double propeller underwater housing with a differential having a horizontal gear from which to each Gears are driven by a suction propeller and a downstream propeller.
  • the FR 1317773 A discloses a marine propulsion system with a transmission device interposed between a torque transmission shaft and a propeller.
  • the present invention has and aims to improve double propeller propulsion and double propeller propulsion methods for ships.
  • the present invention also has and aims to improve double propeller drives and double propeller propulsion methods for ships and marine propulsion with a high temperature superconducting motor.
  • the invention has and in particular achieves the goal of improving double propeller drives with a high-temperature superconducting motor in such a way that good efficiency is maintained at high powers.
  • the invention has and continues to achieve, in particular, the aim of improving marine propulsion with a high-temperature superconducting motor in such a way that high performance is achieved on the propeller or propellers with simple means while maintaining good efficiency.
  • the torque transmission shaft only a fraction of the torque is transmitted to the two propellers at a corresponding speed, preferably about the torque transmission shaft only about 15% to about 40%, in particular about 20% to about 35%, and preferably about 25% to about 30% of the torque is transmitted to the two propellers at the appropriate speed.
  • front pinion and / or the rear pinion lie on the torque transmission shaft or is, and further preferably the front pinion and / or the rear pinion rotatably connected to the torque transmission shaft is or is.
  • front-wheel-front pair and / or the rear-wheel rear-pinion pair includes a reduction to achieve at least approximately the full torque at the respective propeller, wherein further preferably the Vordertellerrad- Front pinion pair and / or the rear-wheel-rear pinion pair has a reduction of about 2 to about 5, in particular about 2.5 to about 4.5, and preferably about 3 to about 4 or has.
  • the front gear means and the rear transmission means are designed so that the two propellers rotate in the same direction, or that are provided on at least one of the two propeller direction of rotation reversing means by means of which is adjustable that the two propellers turn in the same direction or in the opposite direction.
  • front transmission devices and the rear transmission devices are designed so that the two propellers rotate at different speeds, and in particular the front transmission devices and the rear transmission devices are designed so that the rear propeller rotates faster than the front propeller.
  • the ship propulsion system according to the invention may also be further developed by virtue of the fact that the two propellers have parallel or coaxial axes of rotation which are inclined at a different angle from the vertical by 90 °, so that the front propeller is lower than the rear propeller is located.
  • the smaller angle of the axes of rotation of the two propellers with the vertical is approximately 80 ° to approximately 89 °, in particular approximately 82 ° to approximately 87 °, and preferably at least approximately 85 °.
  • the drive means include a high-temperature superconducting motor.
  • the two in particular at least substantially coaxial propeller are rotatably mounted on or in the underwater nacelle.
  • Fig. 1 . 2 and 3 are each schematically in a longitudinal section examples of a marine propulsion S in the form of a double propeller drive 1, which is also referred to as a twin-propeller drive, shown for the basic use of a HTS engine in the principle of torque conversion immediately before the propellers.
  • the double propeller drive 1 includes a pear-like underwater nacelle 2 with a housed underwater gearbox 3 and two propellers 4 and 5.
  • the towards the stern of the ship (not shown) facing rear propeller 4 is to be regarded as a rear propeller 4, and towards the bow of the ship pointing front propeller 5 is to be regarded as a front propeller 5 accordingly.
  • the underwater transmission 3 includes a ring gear 6 and a bevel gear 7 on an axle shaft 8 to each propeller 4 and 5, to torque of in a ship's hull R, from which the underwater pod 2 projects downward, arranged drive means A via the underwater gear 3 to the two Propellers 4 and 5 to transfer.
  • the two planetary gear stages include in the usual way sun, planetary and ring gears and planet carrier 11, which are connected to the respective output shafts 12 and 13, respectively, on which the propellers 4 and 5 are arranged.
  • sun, planetary and ring gears and planet carrier 11 which are connected to the respective output shafts 12 and 13, respectively, on which the propellers 4 and 5 are arranged.
  • the structure and the effect and function of such planetary gears 9 and 10 are known in principle to those skilled in the art, so that a detailed explanation thereof is dispensable here.
  • a smaller bulb diameter of the underwater transmission 3 can be realized compared to previous conventional designs, which represents a better efficiency of the system. Also different speeds are possible on the propellers 4 and 5, which allows a cheaper propeller design. Lower speeds and larger torques on the propellers 4 and 5 are possible without the disadvantage of a large ring gear diameter.
  • a planetary gear 10 with fixed planet carrier 11 'and the connection of a ring gear 14 to the propeller shaft 13 is executed, as in the schematic sectional view of Fig. 2 is shown, wherein the same or similar parts as those in the Fig. 1 are shown, are provided with the same reference numerals and will not be explained again to avoid the pure repetition, but for the explanations to Fig. 1 Reference is made.
  • FIG. 3 Another example of a ship propulsion S or double propeller drive 1 will be explained below.
  • this double propeller drive 1 according to the in the Fig. 3 has the same components and functions as the first example shown in the Fig. 1 is illustrated and explained above with reference thereto, will not be discussed again below, but it will be only with respect to the first example according to the Fig. 1 different components and functions below treated to avoid mere repetition.
  • the components and functions corresponding in the first and third examples reference is therefore made to the preceding description of the first example according to FIG Fig. 1 directed.
  • the differential gear 17, which in the double propeller drive 1 according to the in Fig. 3 illustrated third example is designed and designed to be used in conjunction with concurrent propellers 4 and 5 with not belonging to the invention planetary gears 9 and 10. Without limitations, however, it is also possible to realize the design and layout of the differential gear 17 such that such a differential gear 17 can be used for a relative to the propeller 4 and 5 opposite arrangement.
  • the variant of the marine propulsion S or double propeller drive 1 with a differential or differential 17 can be realized even with double or twin propeller 1 with only one bevel gear in the underwater gear 3 between the bevel gear pair 6 un the two propellers 4 and 5.
  • This can be implemented, for example, in that the axle shaft 8, which is likewise the axial connection of the two propeller shafts 12 and 13, is divided.
  • the drive means include at least one high temperature superconducting motor HTSLM housed in the ship's hull.
  • a high-temperature superconducting motor HTSLM is supplied with electric power, for example, from a diesel-electric plant.
  • a high-temperature superconducting motor HTSLM has a good efficiency, but requires in order to achieve correspondingly high levels of performance, which are needed on the propeller or propellers, a large and therefore very complex unit.
  • the high-temperature superconductor motor HTSLM smaller than would be required for a largely direct line transmission to the propeller or propeller otherwise conventional construction.
  • the drive means comprise at least one high-temperature superconducting motor HTSLM housed in the ship's hull.
  • HTSLM high-temperature superconducting motor housed in the ship's hull.
  • torque transmission devices which are connected between the drive means and the propeller or. These torque transmission devices are present, as well as in the other embodiments of the drive devices to the underwater nacelle accommodated, where Teiel these torque transfer devices are housed, which also in other embodiments in general terms, for example, can be so realized, but not necessarily so realized.
  • the torque transmitting devices according to the Fig. 4 include a ring gear-bevel gear pair in the underwater nacelle for transmitting only a portion of the torque and a planetary gear associated with each propeller within the underwater nacelle with a reduction to achieve at least approximately the full torque on the propellers.
  • HTSLM high-temperature superconducting motor
  • a smaller high temperature superconducting motor HTSLM has the advantage that the cooling requirements are lower.
  • the use of a high-temperature superconducting motor HTSLM is fundamentally made possible or at least essential on a ship facilitates, and on the other hand, the expenses for the "smaller" high-temperature superconducting motor HTSLM overall much lower than for a larger, ie in particular more powerful variant of a high-temperature superconducting motor HTSLM. This is achieved in a particularly advantageous manner, a much cheaper realization of the use of a high-temperature superconducting motor HTSLM on a ship.
  • a high-temperature superconducting motor HTSLM with a small torque can be used, since a higher, yet with a small high-temperature superconducting motor HTSLM achievable with relatively little effort speed in conjunction with the translation in the torque transfer devices, so for example in the underwater gear torque compensated.
  • the design with the above planetary gear is on the propeller or the propellers high torque available.
  • same power through a high speed but smaller torque can be provided by the inventive transmission in the torque transfer devices on the propeller or propellers again in the required high torque available.
  • a marine propulsion S or double propeller drive 21 with a Propulusionsech P the drive via a drive shaft AW preferably vertically.
  • the power transmission then branches in a nacelle housing H of the underwater nacelle 3 to an overhead and bottom pinion Ro or Ru.
  • the two pinions Ro and Ru each engage only in one of two ring gears 23 and 24, each forming with its associated pinion Ro and Ru one of two bevel gear stages K1 and K2.
  • These two separate bevel gear stages K1 and K2 may e.g. be realized by an axial angle ⁇ less than 90 °, by using a balance shaft 22 to compensate for angular or radial axial dislocations between the two pinions Ro and Ru or by correspondingly different gear diameter.
  • an angle ⁇ smaller than 90 ° there is additionally the positive effect that the nacelle G in the direction of flow, which is symbolically represented by the arrows 27, is inclined.
  • the advantageous and therefore particularly preferred angle ⁇ of about 85 ° corresponds well to the usual flow angles of stern drives in ships.
  • the installation of the double propeller drive 21 in the nacelle diameter is very small and can be optimized be designed to lower speed for the front free-flowing propeller or front propeller 25 and correspondingly higher speed for the rear, working in the accelerated flow propeller or tail propeller 26.
  • the concept enables the realization of high performance for mechanical rudder propellers using common, obtainable wheelset dimensions.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit Doppelpropeller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Solche Doppelpropellerantriebe oder Twin-Propeller-Antriebe der Anmelderin werden in bekannten Ausführungen bis zu Leistungen von 2000 KW erfolgreich im Markt eingesetzt, siehe den Prospekt 'STP - The Schottel Twin Propeller' von November 1997.
  • Für größere Anwendungen wird konstruktionsbedingt durch den großen Durchmesser eines erforderlichen Tellerrades, der das Drehmoment der Propeller bei Propellerdrehzahl übertragen muss, der Unterwasser-Gondeldurchmesser so groß, wodurch ein beträchtlicher Wert des guten Wirkungsgrades eingebüßt wird.
  • In der US 2,479,119 A ist ein für einen Vortrieb eines Schiffes ausgelegter Schiffsantrieb mit einer Unterwassergondel offenbart, die unterhalb des Rumpfes des Schiffs angeordnet ist und Front- sowie Heckpropeller enthält, die über Wellen und Zahnräder von einem Motor im Inneren des Schiffs angetrieben werden.
  • Aus der US 3,127,865 A ist eine Propulsionseinheit für ein Wasserfahrzeug bekannt. Die Propulsionseinheit enthält einen Antriebsmotor, der im Schiffsrumpf untergebracht ist, mit einer vertikalen Motorwelle, an deren unteren Ende eine Kupplung zu einer vertikalen Antriebswelle vorgesehen ist, die in einem Doppelpropeller-Unterwassergehäuse mit einem Differenzial mit einem horizontalen Zahnrad endet, von dem aus mit jeweiligen Zahnrädern ein Ansaugpropeller und ein stromabwärtiger Propeller angetrieben werden.
  • Die FR 1317773 A offenbart einen Schiffsantrieb mit einer zwischen eine Drehmomentübertragungswelle und einen Propeller zwischengeschaltete Getriebeeinrichtung.
  • Aus der US 5,601,464 A ist ein Schiffsantrieb mit zwei benachbarten Propellern bekannt, wobei zwischen die Drehmomentübertragungswelle und die Propellerdrehachsen jeweils ein Planetengetriebe zwischengeschaltet ist.
  • Außerdem offenbart die US 6,186,922 A einen Doppelpropellerantrieb mit zwei benachbarten Propellern, die über ein Vorgelege von einer gemeinsamen Antriebswelle angetrieben werden.
  • Die vorliegende Erfindung hat und erreicht das Ziel, Doppelpropellerantriebe und Doppelpropellerantriebsverfahren für Schiffe zu verbessern. Die vorliegende Erfindung hat und erreicht ferner das Ziel, Doppelpropellerantriebe und Doppelpropellerantriebsverfahren für Schiffe sowie Schiffsantriebe mit einem Hochtemperatursupraleitermotor zu verbessern. Die Erfindung hat und erreicht insbesondere das Ziel, Doppelpropellerantriebe mit einem Hochtemperatursupraleitermotor derart zu verbessern, so dass bei hohen Leistungen ein guter Wirkungsgrad erhalten bleibt. Die Erfindung hat und erreicht weiterhin insbesondere das Ziel, Schiffsantriebe mit einem Hochtemperatursupraleitermotor derart zu verbessern, so dass mit einfachen Mitteln bei Erhaltung eines guten Wirkungsgrades eine hohe Leistung an dem Propeller oder den Propellern erreicht wird.
  • Diese Ziele werden mit einem Schiffsantrieb nach dem Anspruch 1 erreicht.
  • Entsprechend schafft die Erfindung einen Schiffsantrieb, mit zur Anordnung im Schiffsrumpf und einer außerhalb des Schiffsrumpfes zu legenden Unterwassergondel mit einem vorderen Frontropeller und einem hinteren Heckpropeller, wobei der Frontpropeller und der Heckpropeller an entgegengesetzten Seiten der Unterwassergondel angeordnet sind, sowie Drehmomentübertragungseinrichtungen zwischen den Antriebseinrichtungen und den Propellern, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtungen eine für beide Propeller gemeinsame Drehmomentübertragungswelle zur Übertragung von Drehmoment von den Antriebseinrichtungen bis in die Unterwassergondel enthalten, und wobei ferner
    die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Unterwassergondel angeordnete
    • Frontgetriebeeinrichtungen, die ein Fronttellerrad und in Eingriff damit ein zugeordnetes Frontritzel enthalten, das an die Drehmomentübertragungswelle gekoppelt ist, wobei das Fronttellerrad mit dem Frontpropeller gekoppelt ist, sowie
    • Heckgetriebeeinrichtungen enthalten, die ein Hecktellerrad und in Eingriff damit ein zugeordnetes Heckritzel enthalten, das an die Drehmomentübertragungswelle gekoppelt ist, wobei das Hecktellerrad mit dem Heckpropeller gekoppelt ist, und
    das Fronttellerrad-Frontritzel-Paar und das Hecktellerrad-Heckritzel-Paar je eine Untersetzung zur Erreichung zumindest annähernd des vollen Drehmoments an dem jeweiligen Propeller enthalten.
  • Bevorzugt ist dabei weiter vorgesehen, dass über die Drehmomentübertragungswelle nur ein Bruchteil des Drehmomentes an den beiden Propellern bei entsprechender Drehzahl übertragen wird, wobei vorzugsweise über die Drehmomentübertragungswelle nur ungefähr 15 % bis etwa 40 %, insbesondere ungefähr 20 % bis etwa 35 %, und vorzugsweise ungefähr 25 % bis etwa 30 % des Drehmomentes an den beiden Propellern bei entsprechender Drehzahl übertragen wird.
  • Eine andere bevorzugte weitere Ausgestaltung besteht darin, dass das Frontritzel und/oder das Heckritzel auf der Drehmomentübertragungswelle liegen bzw. liegt, und weiter vorzugsweise das Frontritzel und/oder das Heckritzel drehfest mit der Drehmomentübertragungswelle verbunden sind bzw. ist. Eine alternative oder zusätzliche Weiterbildung wird dadurch erreicht, dass das Fronttellerrad-Frontritzel-Paar und/oder das Hecktellerrad-Heckritzel-Paar eine Untersetzung zur Erreichung zumindest annähernd des vollen Drehmoments an dem jeweiligen Propeller enthalten bzw. enthält, wobei ferner mit Vorzug das Fronttellerrad-Frontritzel-Paar und/oder das Hecktellerrad-Heckritzel-Paar eine Untersetzung von ungefähr 2 bis etwa 5, insbesondere ungefähr 2,5 bis etwa 4,5, und vorzugsweise ungefähr 3 bis etwa 4 aufweisen bzw. aufweist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Schiffsantrieb kann ferner vorgesehen sein, dass die Frontgetriebeeinrichtungen und die Heckgetriebeeinrichtungen so ausgelegt sind, dass sich die beiden Propeller gleichsinnig drehen, oder dass auf wenigstens einen der beiden Propeller wirkende Drehrichtungsumkehreinrichtungen vorgesehen sind, mittels denen einstellbar ist, dass sich die beiden Propeller gleichsinnig oder entgegengesetzt drehen.
  • Noch eine andere bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass die Frontgetriebeeinrichtungen und die Heckgetriebeeinrichtungen so ausgelegt sind, dass sich die beiden Propeller unterschiedlich schnell drehen, wobei ferner insbesondere die Frontgetriebeeinrichtungen und die Heckgetriebeeinrichtungen so ausgelegt sind, dass sich der Heckpropeller schneller als der Frontpropeller dreht.
  • Es ist ferner bevorzugt, wenn auf wenigstens einen der beiden Propeller wirkende Drehzahlsteuereinrichtungen vorgesehen sind, mittels denen ein Drehzalverhältnis zwischen den beiden Probellern einstellbar ist.
  • Der Schiffsantrieb nach der Erfindung kann ferner dadurch mit Vorzug weitergebildet sein, dass die beiden Propeller parallele oder koaxiale Drehachsen aufweisen, die um einen von 90° verschiedenen Winkel gegen die Vertikale geneigt sind, so dass der Frontpropeller tiefer als der Heckpropeller liegt. In Weiterbildung davon ist es ferner bevorzugt, dass der kleinere Winkel der Drehachsen der beiden Propeller mit der Vertikalen ungefähr 80° bis etwa 89°, insbesondere ungefähr 82° bis etwa 87°, und vorzugsweise zumindest ungefähr 85° beträgt.
  • Besonders vorteilhaft ist die Kombination jeglicher vorstehender Ausgestaltungen mit dem weiteren vorzugsweisen Merkmal, wonach die Antriebseinrichtungen einen Hochtemperatursupraleitermotor enthalten.
  • Vorzugsweise sind die zwei insbesondere zumindest im wesentlichen koaxialen Propeller an oder in der Unterwassergondel drehbar gelagert.
  • Weitere bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und deren Kombinationen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung lediglich exemplarisch näher erläutert, in der
    • Fig. 1, 2, 3
    schematische Skizzen von nicht erfindungsgemäßen Beispielen von Doppelpropellerantrieben je in einem Längsschnitt zur Verdeutlichung der prinzipiellen Verwendung eines Hochtemperatursupraleitermotors zeigen, und
    Fig. 4
    eine schematische Skizze eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Doppelpropellerantriebs in einem Längsschnitt zeigt.
  • Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren und Abbildungen der Zeichnung bezeichnen gleiche oder ähnliche oder gleich oder ähnlich wirkende Komponenten.
  • In den Fig. 1, 2 und 3 sind jeweils schematisch in einem Längsschnitt Beispiele eines Schiffsantriebes S in Form eines Doppelpropellerantriebes 1, der auch als Twin-Propeller-Antrieb bezeichnet wird, für den grundsätzlichen Einsatz eines HTSL-Motors bei dem Prinzip der Drehmomentwandlung unmittelbar vor den Propellern gezeigt.
  • Der Doppelpropellerantrieb 1 enthält eine birnenartige Unterwassergondel 2 mit einem darin untergebrachten Unterwassergetriebe 3 sowie zwei Propellern 4 und 5. Der in Richtung zum Heck des Schiffes (nicht gezeigt) weisende hintere Propeller 4 ist als Heckpropeller 4 anzusehen, und der in Richtung zum Bug des Schiffes weisende vordere Propeller 5 ist entsprechend als Frontpropeller 5 anzusehen.
  • Das Unterwassergetriebe 3 enthält ein Tellerrad 6 und ein Kegelrad 7 auf einer Achswelle 8 zu jedem Propeller 4 und 5 hin, um Drehmoment von in einem Schiffsrumpf R, von dem die Unterwassergondel 2 nach unten absteht, angeordneten Antriebseinrichtungen A über das Unterwassergetriebe 3 zu den zwei Propellern 4 und 5 zu übertragen.
  • Es werden nun über das Tellerrad-Kegelrad-Paar 6, 7 im Unterwassergetriebe 3 beispielsweise insbesondere nur 25 - 30 % des Drehmomentes an den Propellern 4 und 5 bei entsprechender Drehzahl übertragen. Durch die Anordnung von nicht zur Erfindung gehörenden Planetengetrieben 9 und 10 mit der Untersetzung von 3 bis 4 wird erst vor den Propellern 4 und 5 das notwendige Propellermoment bei entsprechender Drehzahl erreicht. Unterschiedliche Untersetzungen der Planetengetriebe 9 und 10 ermöglichen eine optimale Propellerauslegung.
  • Bei dem Beispiel gemäß der Fig. 1 enthalten die beiden Planetenradstufen in üblicher Weise Sonnen-, Planeten- und Hohlräder sowie Planetenträger 11, die mit den jeweiligen Abtriebswellen 12 bzw. 13 verbunden sind, auf denen die Propeller 4 bzw. 5 angeordnet werden. Der Aufbau sowie die Wirkung und Funktion von solchen Planetengetrieben 9 und 10 sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, so dass eine detaillierte Erläuterung davon hier entbehrlich ist. Es sind ferner jegliche zum technischen Bereich von Planetengetrieben bekannten Ausgestaltungen im Zusammenhang mit dem vorliegenden Schiffsantrieb S bzw. Doppelpropellerantrieb 1 im Rahmen des fachmännischen Ermessens einsetzbar.
  • Durch die Ausgestaltung kann gegenüber bisherigen konventionellen Bauweisen ein kleinerer Birnendurchmesser des Unterwassergetriebes 3 realisiert werden, was einen besseren Wirkungsgrad der Anlage darstellt. Auch sind unterschiedliche Drehzahlen an den Propellern 4 und 5 möglich, was eine günstigere Propellerauslegung zulässt. Niedrigere Drehzahlen und größere Drehmomente an den Propellern 4 und 5 sind möglich, ohne den Nachteil eines großen Tellerraddurchmessers zu haben.
  • Nicht nur bei dem vorstehend erläuterten Beispiel gemäß der Fig. 1 ist eine Version mit gegenläufigen Propellern 4 und 5 möglich, wobei nicht zur Erfindung beitragend ein Planetengetriebe 10 mit festem Planetenträger 11' und der Verbindung von einem Hohlrad 14 zur Propellerwelle 13 ausgeführt ist, wie in der schematischen Schnittdarstellung der Fig. 2 gezeigt ist, worin gleiche oder ähnliche Teile wie diejenigen, die in der Fig. 1 gezeigt sind, mit denselben Bezugszeichen versehen sind und hier zur Vermeidung der reinen Wiederholung nicht nochmals erläutert werden, sondern dafür auf die Erläuterungen zur Fig. 1 Bezug genommen wird.
  • Bei diesem Konzept sind mit der Variation der Drehzahlen und der Drehrichtung in Verbindung mit dem kleinen Birnendurchmesser die Voraussetzungen für eine Wirkungsgradsteigerung von Twin-Propeller-Anlagen von mehr als 5 % gegenüber bisherigen konventionellen Bauweisen möglich.
  • Der Vollständigkeit halber wird in Bezug auf alle in den vorliegenden Unterlagen angegebenen Beispiele noch auf die beiden nicht zur Erfindung gehörenden Planetenradstufen 15 und 16 hingewiesen, die einen üblichen Aufbau mit Sonnen-, Planeten- und Hohlrädern aufweisen und daher hier nicht weiter erläutert werden brauchen.
  • Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 wird nachfolgend noch ein weiteres Beispiel eines Schiffsantriebes S bzw. Doppelpropellerantriebes 1 erläutert. Soweit dieser Doppelpropellerantrieb 1 gemäß dem in der Fig. 3 dargestellten Beispiel dieselben Komponenten und Funktionen hat wie das erste Beispiel, das in der Fig. 1 dargestellt ist und oben unter Bezugnahme darauf erläutert wurde, wird darauf nachfolgend nicht nochmals eingegangen, sondern es werden nur die bezüglich des ersten Beispiels gemäß der Fig. 1 unterschiedlichen Komponenten und Funktionen nachfolgend behandelt, um bloße Wiederholungen zu vermeiden. Bezüglich der bei dem ersten und dem dritten Beispiel übereinstimmenden Komponenten und Funktionen wird daher auf die vorangegangene Beschreibung zum ersten Beispiel gemäß der Fig. 1 verwiesen.
  • Bei dem in der Fig. 3 in einer schematischen Längsschnittskizze gezeigten Beispiel eines Schiffsantriebes S bzw. Doppelpropellerantriebes 1 ist ein Differentialgetriebe 17, das auch als Ausgleichsgetriebe bezeichnet wird, zwischen den beiden Propellern 4 und 5 vorgesehen. Durch die Anordnung des Differentialgetriebes 17 wird ein Lastenausgleich zwischen den beiden Propellern 4 und 5 erreicht, der die Belastung der beiden Propeller 4 und 5 in allen Betriebssituationen auf gleiches Niveau bringt oder auf gleichem Niveau hält. Das Differentialgetriebe 17, das bei dem Doppelpropellerantrieb 1 gemäß dem in der Fig. 3 dargestellten dritten Beispiel vorgesehen ist, ist gestaltet und ausgelegt,
    um in Verbindung mit gleichlaufenden Propellern 4 und 5 mit nicht zur Erfindung gehörenden Planetengetrieben 9 und 10 eingesetzt zu werden. Ohne Einschränkungen ist es jedoch auch möglich, die Ausgestaltung und Auslegung des Differentialgetriebes 17 derart zu realisieren, dass ein solches Differentialgetriebe 17 für eine betreffend die Propeller 4 und 5 gegenläufige Anordnung verwendet werden kann.
  • Der Aufbau sowie die Wirkung und Funktion eines solchen Differential- oder Ausgleichsgetriebes 17 ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt, so dass eine detaillierte Erläuterung davon hier entbehrlich ist. Es sind ferner jegliche zum technischen Bereich von Differential- oder Ausgleichsgetrieben bekannten Ausgestaltungen im Zusammenhang mit dem vorliegenden Doppelpropellerantrieb 1 im Rahmen des fachmännischen Ermessens einsetzbar.
  • Die Variante des Schiffsantriebes S bzw. Doppelpropellerantriebes 1 mit einem Differentialoder Ausgleichsgetriebe 17 kann auch bei Doppel- oder Twin-Propellerantrieben 1 mit nur einer Kegelradstufe im Unterwassergetriebe 3 zwischen dem Tellerrad-kegelrad-Paar 6 un den beiden Propellern 4 und 5 realisiert werden. Dies lässt sich beispielsweise dadurch umsetzen, dass die Achswelle 8, die gleichermaßen die axiale Verbindung der beiden Propellerwellen 12 und 13 ist, geteilt ist.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Antriebseinrichtungen wenigstens einen Hochtemperatursupraleitermotor HTSLM enthalten, der im Schiffsrumpf untergebracht ist. Ein solcher Hochtemperatursupraleitermotor HTSLM wird beispielsweise von einer dieselelektrischen Anlage mit elektrischer Leistung versorgt.
  • Grundsätzlich hat ein Hochtemperatursupraleitermotor HTSLM einen guten Wirkungsgrad, erfordert aber, um entsprechend hohe Leistungen erreichen zu können, die an dem Propeller oder den Propellern benötigt werden, ein großes und damit sehr aufwendiges Aggregat. Durch die vorliegende Erfindung wird im Rahmen dieses nun nachfolgend zu beschreibenden selbständigen Aspektes sowie eines diesbezüglichen Ausführungsbeispiels, das auch als Ausgestaltung und/oder Weiterbildung der übrigen Aspekte der vorliegenden Erfindung anzusehen ist, die Möglichkeit geschaffen, den Hochtemperatursupraleitermotor HTSLM kleiner auszuführen, als dies bei einer weitgehend direkten Leitungsübertragung an den Propeller oder die Propeller ansonsten bei herkömmlicher Bauweise erforderlich wäre. Da dabei im Wesentlichen die allgemeine technische Lehre gemäß den im Zusammenhang mit den Figuren der Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispiele genutzt wird, wird die diesbezügliche allgemeine und speziell auf die Figuren und Ausführungsbeispiele bezogene Beschreibung hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich in die vorliegende Erläuterung mit aufgenommen, um bloße Wiederholungen zu vermeiden. Da ferner für die nun zu beschreibende zusätzliche Technik keine graphische Darstellung für ihr Verständnis erforderlich ist, wird hier auch darauf verzichtet.
  • Der angesprochene weitere selbständige Aspekt der vorliegenden Erfindung sowie gleichzeitig auch die weitere Variante der vorstehend erläuterten Beispiele besteht, wie bereits erwähnt wurde, darin, dass die Antriebseinrichtungen wenigstens einen Hochtemperatursupraleitermotor HTSLM enthalten, der im Schiffsrumpf untergebracht ist. Wesentlich ist dabei ferner eine Übersetzungsrealisierung durch die Drehmomentübertragungseinrichtungen, die zwischen die Antriebseinrichtungen und den oder die Propeller geschaltet sind. Diese Drehmomentübertragungseinrichtungen sind vorliegend, wie auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen von den Antriebseinrichtungen bis in die Unterwassergondel geführt, wo Teiel dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen untergebracht sind, was auch bei anderen Ausgestaltungen ganz allgemein gesprochen beispielsweise so realisiert sein kann, aber nicht zwingend so realisiert sein muss.
  • Die Drehmomentübertragungseinrichtungen gemäß der Fig. 4 enthalten ein Tellerrad-Kegelrad-Paar in der Unterwassergondel zum Übertragen nur eines Teils des Drehmomentes sowie ein jedem Propeller innerhalb der Unterwassergondel zugeordnetes Planetengetriebe mit einer Untersetzung zur Erreichung zumindest annähernd des vollen Drehmoments an den Propellern. Damit kann ein gegenüber einer Variante ohne die Übersetzungsrealisierung wesentlich kleinerer Hochtemperatursupraleitermotor HTSLM verwendet werden. Dies ist wegen der spezifischen Erfordernisse eines Hochtemperatursupraleitermotors HTSLM von ganz entscheidendem Vorteil zum einen für die Nutzung der Vorteile eines Hochtemperatursupraleitermotors HTSLM an und für sich und letztlich überhaupt für die grundsätzliche Einsetzbarkeit eines Hochtemperatursupraleitermotors HTSLM im Schiffantriebsbereich, d.h. bei einem mobilen und platz- sowie auch versorgungstechnisch beschränkten Einsatz.
  • Ein kleinerer Hochtemperatursupraleitermotor HTSLM hat den Vorteil, dass die Kühlungserfordernisse geringer sind. Damit aber wird zum einen der Einsatz eines Hochtemperatursupraleitermotors HTSLM grundsätzlich auf einem Schiff erst ermöglicht oder zumindest wesentlich erleichtert, und sind zum anderen die Aufwendungen für den "kleineren" Hochtemperatursupraleitermotor HTSLM insgesamt wesentlich geringer als für eine größere, d.h. insbesondere leistungsstärkere Variante eines Hochtemperatursupraleitermotors HTSLM. Damit wird in besonders vorteilhafter Weise eine wesentlich günstigere Realisierung des Einsatzes eines Hochtemperatursupraleitermotors HTSLM auf einem Schiff erreicht. Erfindungsgemäß kann ein Hochtemperatursupraleitermotor HTSLM mit einem kleinen Drehmoment eingesetzt werden, da eine höhere, dennoch mit einem kleinen Hochtemperatursupraleitermotor HTSLM mit verhältnismäßig geringem Aufwand erzielbare Drehzahl in Verbindung mit der übersetzung in den Drehmomentübertragungseinrichtungen, also beispielsweise in dem Unterwassergetriebe Drehmoment kompensiert. Beispielsweise durch die Bauform mit dem o.g. Planetengetriebe steht an dem Propeller oder den Propellern ein hohes Drehmoment zur Verfügung. Bei somit im Vergleich zu einem leistungsstarken Motor bei dem kleinen Hochtemperatursupraleitermotor HTSLM gleicher Leistung durch eine hohe Drehzahl bei aber kleinerem Drehmoment kann durch das erfindungsgemäße Getriebe in den Drehmomentübertragungseinrichtungen an dem Propeller oder den Propellern wieder ein in erforderlicher Weise hohes Drehmoment zur Verfügung gestellt werden.
  • Bei dem in der Fig. 4 schematisch und teilweise geschnitten gezeigten Ausführungsbeispiel eines Schiffsantriebes S bzw. Doppelpropellerantriebes 21 mit einer Propulusionseinheit P erfolgt der Antrieb über eine Antriebswelle AW vorzugsweise vertikal. Die Kraftübertragung verzweigt sich dann in einem Gondelgehäuse H der Unterwassergondel 3 auf ein oben liegendes und unten liegendes Ritzel Ro bzw. Ru. Die beiden Ritzel Ro und Ru greifen jeweils nur in eines von zwei Tellerrädern 23 bzw. 24 ein, die jeweils mit ihrem zugehörigen Ritzel Ro und Ru eine von zwei Kegelradgetriebestufen K1 bzw. K2 bilden.
  • Diese zwei getrennten Kegelradgetriebestufen K1 und K2 können z.B. durch einen Achsenwinkel α kleiner 90°, durch Verwendung einer Ausgleichswelle 22 zur Kompensation winkliger oder radialer Achsversetzungen zwischen den beiden Ritzeln Ro und Ru oder auch durch entsprechend unterschiedliche Verzahnungsdurchmesser realisiert werden. Bei Anwendung eines Winkels α kleiner 90° ergibt sich zusätzlich der positive Effekt, dass die Gondel G in Anströmungsrichtung, die durch die Pfeile 27 symbolisch dargestellt ist, geneigt ist. Der vorteilhafte und daher insbesondere bevorzugte Winkel α von ca. 85° entspricht gut den üblichen Anströmungswinkeln von Heckantrieben bei Schiffen.
  • Dadurch, dass die zu übertragende Leistung auf zwei Getriebeeingriffe aufgeteilt wird und diese Getriebestufen K1 und K2 auch unterschiedliche Übersetzungen haben können, baut die Anlage des Doppelpropellerantriebes 21 im Gondeldurchmesser sehr klein und kann optimiert auf niedrigere Drehzahl für den vorderen frei angeströmten Propeller oder Frontpropeller 25 und entsprechend höhere Drehzahl für den hinteren, in der beschleunigten Strömung arbeitenden Propeller oder Heckpropeller 26 konstruiert werden.
  • Des Weiteren ermöglicht das Konzept die Realisierung großer Leistungen für mechanische Ruderpropeller bei Verwendung üblicher, beschaffbarer Radsatzabmessungen.
  • Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmale ergeben sich, wie bereits oben angegeben, jeweils analog auch aus Vorrichtungs- bzw. Verfahrensbeschreibungen.
  • Die Erfindung ist anhand der Ausführungsbeispiele in der Beschreibung und in der Figur 4 lediglich exemplarisch dargestellt und nicht darauf beschränkt, sondern umfasst alle Variationen, Modifikationen, Substitutionen und Kombinationen, die im Rahmen des Anspruchs liegen.

Claims (14)

  1. Schiffsantrieb, mit Antriebseinrichtungen zur Anordnung im Schiffsrumpf und einer außerhalb des Schiffsrumpfes zu legenden Unterwassergondel (G) mit einem vorderen Front-propeller (25) und einem hinteren Heckpropeller (26), wobei der Frontpropeller und der Heckpropeller an entgegengesetzten Seiten der Unterwassergondel angeordnet sind, sowie Drehmomentübertragungseinrichtungen zwischen den Antriebseinrichtungen und den Propellern, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtungen eine für beide Propeller gemeinsame Drehmomentübertragungswelle (AW) zur Übertragung von Drehmoment von den Antriebseinrichtungen bis in die Unterwassergondel enthalten,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Drehmomentübertragungseinrichtungen ferner in der Unterwassergondel angeordnete
    - Frontgetriebeeinrichtungen, die ein Fronttellerrad (23) und in Eingriff damit ein zugeordnetes Frontritzel (Ro) enthalten, das an die Drehmomentübertragungswelle gekoppelt ist, wobei das Fronttellerrad mit dem Frontpropeller gekoppelt ist, sowie
    - Heckgetriebeeinrichtungen enthalten, die ein Hecktellerrad (24) und in Eingriff damit ein zugeordnetes Heckritzel (Ru) enthalten, das an die Drehmomentübertragungswelle gekoppelt ist, wobei das Hecktellerrad mit dem Heckpropeller gekoppelt ist, und
    dass das Fronttellerrad-Frontritzel-Paar und das Hecktellerrad-Heckritzel-Paar je eine Untersetzung zur Erreichung zumindest annähernd des vollen Drehmoments an dem jeweiligen Propeller enthalten.
  2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Frontritzel und/oder das Heckritzel auf der Drehmomentübertragungswelle liegen bzw. liegt.
  3. Schiffsantrieb nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Frontritzel und/oder das Heckritzel drehfest mit der Drehmomentübertragungswelle verbunden sind bzw. ist.
  4. Schiffsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Fronttellerrad-Frontritzel-Paar und/oder das Hecktellerrad-Heckritzel-Paar eine Untersetzung von ungefähr 2 bis etwa 5, insbesondere ungefähr 2,5 bis etwa 4,5, und vorzugsweise ungefähr 3 bis etwa 4 aufweisen bzw. aufweist.
  5. Schiffsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass über die Drehmomentübertragungswelle nur ein Bruchteil des Drehmomentes an den beiden Propellern bei entsprechender Drehzahl übertragen wird.
  6. Schiffsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass über die Drehmomentübertragungswelle nur ungefähr 15 % bis etwa 40 %, insbesondere 20 % bis etwa 35 %, und vorzugsweise ungefähr 25 % bis etwa 30 % des Drehmomentes an den beiden Propellern bei entsprechender Drehzahl übertragen wird.
  7. Schiffsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Frontgetriebeeinrichtungen und die Heckgetriebeeinrichtungen so ausgelegt sind, dass sich die beiden Propeller gleichsinnig drehen.
  8. Schiffsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf wenigstens einen der beiden Propeller wirkende Drehrichtungsumkehreinrichtungen vorgesehen sind, mittels denen einstellbar ist, dass sich die beiden Propeller gleichsinnig oder entgegengesetzt drehen.
  9. Schiffsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Frontgetriebeeinrichtungen und die Heckgetriebeeinrichtungen so ausgelegt sind, dass sich die beiden Propeller unterschiedlich schnell drehen.
  10. Schiffsantrieb nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Frontgetriebeeinrichtungen und die Heckgetriebeeinrichtungen so ausgelegt sind, dass sich der Heckpropeller schneller als der Frontpropeller dreht.
  11. Schiffsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf wenigstens einen der beiden Propeller wirkende Drehzahlsteuereinrichtungen vorgesehen sind, mittels denen ein Drehzahlverhältnis zwischen den beiden Propellern einstellbar ist.
  12. Schiffsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die beiden Propeller parallele oder koaxiale Drehachsen aufweisen, die um einen von 90° verschiedenen Winkel gegen die Vertikale geneigt sind, so dass der Frontpropeller tiefer als der Heckpropeller liegt.
  13. Schiffsantrieb nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der kleinere Winkel der Drehachsen der beiden Propeller mit der Vertikalen ungefähr 80° bis etwa 89°, insbesondere ungefähr 82° bis etwa 87°, und vorzugsweise zumindest ungefähr 85° beträgt.
  14. Schiffsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Antriebseinrichtungen einen Hochtemperatursupraleitermotor enthalten.
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