EP4026765A1 - Schiffsantrieb und damit ausgerüstetes schiff - Google Patents

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Publication number
EP4026765A1
EP4026765A1 EP21205374.8A EP21205374A EP4026765A1 EP 4026765 A1 EP4026765 A1 EP 4026765A1 EP 21205374 A EP21205374 A EP 21205374A EP 4026765 A1 EP4026765 A1 EP 4026765A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ship
propulsion system
stator
rotor
hull
Prior art date
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Pending
Application number
EP21205374.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Heer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schottel GmbH
Original Assignee
Schottel GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schottel GmbH filed Critical Schottel GmbH
Publication of EP4026765A1 publication Critical patent/EP4026765A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H2023/005—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements using a drive acting on the periphery of a rotating propulsive element, e.g. on a dented circumferential ring on a propeller, or a propeller acting as rotor of an electric motor

Definitions

  • the invention relates to a ship's propulsion system, comprising a tunnel-shaped housing and an electrically driven propeller arranged in the housing and having an annular rotor which carries a large number of propeller blades on its radially inner side and has a stator for driving the rotor on its radially outer side.
  • Such ship drives are known and are provided as so-called rim thrusters both as a main drive and as a maneuvering drive, for example in the form of transverse thrusters, particularly in passenger ships and large yachts. They form a space-saving and weight-reduced drive that converts the electrical energy directly into drive power without transmission losses.
  • the propeller blades are arranged on the radially inner side of the annular rotor and the rotor is enveloped by a stator arranged concentrically on the radially outer side, which also extends annularly around the circumference of the rotor over 360°.
  • the active part of the electrically driven propeller, formed by the stator is completely submerged, completely enclosing the rotor and at the same time forming the foundation for absorbing the propulsion forces.
  • the rotor is also mounted on the stator in sliding guides or the ends of the propeller blades protruding radially on the inside are mounted on a centrally arranged hub, which in turn is supported on the housing. Examples of such rim thrusters are in EP 1 739 007 A1 and the U.S. 3,708,251 A disclosed.
  • a disadvantage of such rim thrusters compared to a conventional transverse thruster is the complex installation and maintenance of the electrical active part of the motor located under water, in particular the stator, which can only be carried out by docking the ship equipped with the rim thruster. Although this problem can be circumvented by installing a relatively complex, large-scale well in the ship's hull, such a procedure is very cost-intensive and requires considerable installation space.
  • Another disadvantage of a rim thruster when used as a (main) drive with a nozzle, for example in the form of an azimuth drive or in a swing-out design is the comparatively large nozzle cross section, which is required to accommodate the rotor and stator.
  • Another disadvantage is the high gap losses of known rim thrusters.
  • the object of the invention is to propose a ship propulsion system of the type mentioned at the outset, in particular in the form of a rim thruster, which avoids the disadvantages of the prior art.
  • stator only extends over a partial peripheral area of the rotor.
  • Such a configuration makes it possible according to the invention to reduce the installation space of the ship's propulsion system required by the parts standing in the water, which has advantages in terms of flow technology.
  • stator can be arranged in relation to the annular rotor at a suitable position such that it can be arranged in a corresponding installation space in the ship's hull, so that it can be accessed via the ship's hull and in particular installed and removed without docking of the ship is required.
  • improved design options for the gap between rotor and stator according to the invention in order to minimize the gap losses.
  • annular rotor with a stator extending only over a partial circumferential area of the rotor is derived from linear drives, in which the usually long, straight rail of the linear drive is converted into a rotor with an annular extension.
  • the stator is arranged in the upper area of the propeller, for example when viewed in the direction of the propeller axis of rotation between a position at around 10:00 o'clock and at around 2:00 o'clock.
  • stator runs over a ring segment which is arranged concentrically to the rotor and is delimited by an angle of between approximately 90 and 150°, in particular approximately 120°.
  • the propeller blades and the rotor are rotatably mounted on a centrally arranged hub and the hub is supported on the housing.
  • the propeller blades and the rotor are rotatably mounted on a centrally arranged axis, wherein a hub can advantageously also be provided at the radially inner end of the propeller blades, which in turn can be arranged fixedly or rotatably on the central axis.
  • the rotor can also be fixed on the central axis and the axis itself can be rotatably mounted in the ship's hull.
  • Such an embodiment opens up the possibility of providing the ship's propulsion system according to the invention as an installation variant, e.g. as the main propulsion system of a ship.
  • the centrally arranged axle provided for mounting the rotor and the propeller blades can then be mounted and supported on or in the ship's hull, and optionally mounted rotatably, in a manner similar to a conventional shaft line.
  • the propeller thrust generated is introduced into the ship's hull via the axle. If the housing, which is preferred in this respect, has a nozzle profile, the nozzle thrust generated thereby can be introduced into the ship's hull at the same time via the housing.
  • the housing has a shaft in the area of its upper side, into which the stator can be inserted.
  • This insertion of the stator into the housing directly adjacent to the rotor can be facilitated in that, according to a further proposal of the invention, the stator is arranged in a watertight stator housing that can be inserted into the shaft.
  • stator housing can also be arranged in the shaft so that it can be adjusted in height.
  • the rotor can be formed with a multiplicity of permanent magnets which are arranged at regular intervals along the circumference of the rotor and are optionally coated.
  • the rotor can also be designed as a squirrel-cage rotor.
  • the propulsion system is cooled to a large extent by the water flowing around it.
  • the stator can be additionally cooled in a targeted manner by water or air cooling.
  • Targeted water or air cooling offers the advantage over cooling via the circulating water that no growth can occur, which would progressively worsen the cooling performance.
  • the cooling capacity can be regulated with such forced cooling and the system can be kept at the optimum operating temperature.
  • the invention also relates to a ship with a hull and a tunnel running through the hull and a well which opens into the tunnel from above and into which a ship's drive described above is inserted, the housing of the ship's drive being in the area of the Well forms a section of the tunnel and this extent continues in alignment.
  • the well can be designed in a very simple and space-saving manner, since it only has to accommodate the ship's propulsion system, which can be used from above, in particular vertically over the hull.
  • stator in the ship's hull is accessible from the top of the well, which considerably simplifies both installation and maintenance, since the ship does not need to be docked.
  • tunnel-shaped housing of the ship's drive can also form the complete tunnel on the ship's side.
  • the ship's drive explained above is not inserted into a tunnel of the ship's hull or forms this, but the ship's drive is fastened or arranged in a known manner as a main or auxiliary drive on the hull of the ship below the waterline.
  • the ship's propulsion system is designed with a central axle, on which the propeller blades and the rotor can be rotated, optionally with the interposition of a hub rotatably mounted on the axle are mounted and the axle is optionally rotatably mounted and supported with one of its ends in the ship's hull, as is also known from conventional shaft drives.
  • the ship's propulsion system which is in principle similar to the tunnel installation variant, is rotatably mounted on the ship's hull about the vertical or vertical axis and can be rotated arbitrarily about this axis by means of a control drive in the manner of a rudder propeller.
  • the thrust jet can also be rotated in any direction around the axis in order to effect not only the propulsion but also the steering of the ship.
  • the ship's drive which is rigid or can be pivoted about the vertical axis, to be mounted on or in the ship's hull so that it can be retracted and extended, so that it can be retracted and deactivated, e.g can.
  • Such ship drives according to the invention which are provided below the waterline on the hull, preferably have a nozzle profile at at least one end of the tunnel-shaped housing, e.g. in the form of a correspondingly shaped ring attached to the end area of the housing. If the ship's propulsion system has only one preferred direction of flow, such a nozzle profile can only be provided on the outlet side of the housing. If the thrust direction is reversible, both ends of the tunnel-shaped housing are preferably equipped with such a nozzle profile.
  • the nozzle profile can advantageously be designed to be particularly slim, which reduces flow losses.
  • FIG. 6 shows a highly simplified sectional view of a ship with a hull 3 and a tunnel 30 running through the hull 3 transversely to the longitudinal axis of the hull 3, which accommodates a propeller 2 encased by a housing 1, with which a water flow in the tunnel 30 to the right or left according to accelerated the graphic representation and can be ejected from the hull 3, so that the ship, for example can be maneuvered transversely to the longitudinal axis.
  • the housing 1 accommodating the propeller 2 is tunnel-shaped, as will be explained in more detail below, and forms a section of the tunnel 30 in the area of the well 4, in which it continues the walls of the tunnel 30 flush or aligned.
  • the propeller 2 is constructed and electrically driven in the manner described below.
  • the entire drive unit is in further details from the figure 1 apparent.
  • an electric ship's propulsion system is inserted into the well shaft 40 in the vertical direction, which has a tunnel-shaped housing 1 that, when installed in the well shaft, continues the sections of the tunnel 30 in the area of the well 4, which in this respect is tubular with the geometry of the Tunnels 30 adapted dimensions is executed.
  • the electrically driven propeller 2 is arranged inside the tunnel-shaped housing 1 and carries a large number of propeller blades 21, usually five or seven such propeller blades 21.
  • the radially inner ends of the propeller blades 21 are fastened to a horizontally running hub 23 , which is rotatably mounted in a manner not shown by means of roller bearings on a fixed axis.
  • the hub 23 or its axis is connected to the housing 1 via a support structure with a plurality of struts 210 and is supported on it.
  • the bearing is usually lubricated with oil, and seals seal off the roller bearing space.
  • the radially outer ends of the propeller blades 21 are connected to an annular, permanently excited rotor 20 which rotates in the region of the inner surface of the tubular or tunnel-shaped housing 1.
  • a stator 22 is provided in a manner known per se, which carries a large number of windings for forming current-carrying coils and their external connections, which are collectively identified by reference numeral 221 in the figures.
  • the stator 22 is housed in an associated stator housing 220, which is sealed against the ingress of liquid on the tunnel side and is inserted into a shaft 10 placed on top of the tunnel-shaped housing 1, so that the stator 22 is positioned coaxially and directly adjacent to the annular rotor 20 .
  • the height of the stator 22 together with the housing 220 relative to the ring-shaped rotor 20 within the shaft 10 can be adjusted by means of a height adjustment (not shown in detail), for example in order to set the gap between the rotor 20 and the stator 22 exactly.
  • stator 22 is also inserted with its stator housing 220 from above into the shaft 10 of the housing 1 .
  • stator 22 together with its coils and external connections 221 is accessible upwards to the engine room arranged in the hull 3 of the ship and can be assembled and serviced from the hull 3 without the ship having to be docked.
  • stator 22 runs only in the upper area of the propeller 2 along a partial peripheral area of the rotor 20 in such a way that the stator 22 runs over a ring segment which is arranged concentrically to the rotor and which is delimited by an angle ⁇ of approximately 120°. Since the rotor 20 rotating below the stator 22 has a large number of permanent magnets 200 arranged at equal intervals, the rotor 20 together with the attached propeller blades 21 rotated by the stator 22, which is only arranged in a ring segment, and driven with the necessary drive torque.
  • the electric drive is mainly cooled by the water flowing around it.
  • the stator 22 can be additionally cooled in a targeted manner by water or air cooling, which offers the advantage over cooling via the circulating water that no growth can occur, which increasingly impairs the cooling performance.
  • the cooling capacity can be easily controlled with such forced cooling and the system can be kept at the optimum operating temperature.
  • the tunnel-shaped housing 1 is not used as a separate component in a well 4 of the ship, not shown, but the tunnel 30 of the ship also takes over the function of the housing 1 of the ship's drive and takes the rotor 20 rotating.
  • the stator 22 with its stator housing 220 is inserted directly into the well 4 formed above the tunnel 30 and is therefore also accessible in this embodiment via the hull 3 of the ship.
  • the maintenance and handling of the electric drive of the propeller 2 is significantly simplified by the separation of the stator 22 from the rotor 20 provided according to the invention, which is further promoted by the fact that the entire drive can be operated without docking the ship via the well accessible from the hull 3 of the ship 4 can be done.
  • the figure 7 shows a ship's propulsion system that is modified compared to the previously explained embodiments, in which the same parts have been given the same reference numbers as above and are not explained separately again to avoid repetition.
  • the ship's drive shown is not used with its tunnel or tubular housing 1 in a tunnel 30 formed in the ship's hull 3, but is provided for external attachment to a ship's hull, not shown, below the waterline in order to serve as a propulsion drive.
  • the stator 22 is inserted from the inside of the ship's hull 3 via a suitably provided shaft 10 and an opening in the ship's hull 3 communicating therewith, without requiring docking.
  • slender nozzle profiles are provided at the two ends of the tunnel-shaped housing, which also serve as a water outlet for the water masses accelerated by the propeller 2, which are each formed by correspondingly shaped rings 100 fixed at the ends to the housing 1 .
  • the rings 100 also serve to support the struts 210 for holding the hub 23.
  • a nozzle profile can be used in both thrust directions.
  • the ship's propulsion system can be figure 7 also rotatably mounted on the ship's hull 3 about a vertical axis V and pivoted about the axis V by means of a steering drive, not shown, in order to be able to rotate the thrust jet arbitrarily about the axis V and to be able to steer the ship accordingly.
  • a retractable and extendable mount of the ship's propulsion system according to figure 7 be provided on the hull 3.
  • an axis 5 running on the axis of rotation of the rotor 20 is provided within the hub 23, on which the hub 23 is rigidly fastened or rotatably mounted.
  • the axle 5 protrudes axially at one end of the tunnel-shaped housing 1, while at the opposite end a ring 100 with a nozzle profile is arranged. In this respect, it is an asymmetric nozzle with a preferred direction opposite to the protruding axis 5.
  • Such a ship drive can be used as the main propulsion drive in the in Figure 8c schematically illustrated manner, for example, be attached to the stern of the ship's hull 3, so that the shaft 10 from the ship's hull 3 of the stator 22 can be used.
  • the propeller thrust can then be introduced via the axis 5 into the ship's hull 30, while the additionally generated nozzle thrust is transmitted via the housing 1 and the shaft 10 to the ship's hull.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb, umfassend ein tunnelförmiges Gehäuse (1) und einen im Gehäuse (1) angeordneten, elektrisch angetriebenen Propeller (2) mit einem ringförmigen Rotor (20), der auf seiner radial inneren Seite eine Vielzahl von Propellerblättern (21) trägt und auf seiner radial äußeren Seite einen Stator (22) zum Antrieb des Rotors (20) aufweist, wobei sich der Stator (22) lediglich über einen Teilumfangsbereich des Rotors (20) erstreckt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb, umfassend ein tunnelförmiges Gehäuse und einen im Gehäuse angeordneten, elektrisch angetriebenen Propeller mit einem ringförmigen Rotor, der auf seiner radial inneren Seite eine Vielzahl von Propellerblättern trägt und auf seiner radial äußeren Seite einen Stator zum Antrieb des Rotors aufweist.
  • Derartige Schiffsantriebe sind bekannt und werden als sogenannte Rim Thruster sowohl als Hauptantrieb wie auch als Manövrierantrieb, etwa in Form von Querstrahlern insbesondere bei Personenschiffen und großen Yachten vorgesehen. Sie bilden einen raumsparenden und gewichtsreduzierten Antrieb, der die elektrische Energie direkt und ohne Transmissionsverluste in Antriebskraft umsetzt. Bei den bekannten Rim Thrustern sind die Propellerblätter auf der radial inneren Seite des ringförmigen Rotors angeordnet und der Rotor ist von einem konzentrisch auf der radial äußeren Seite angeordneten Stator eingehüllt, der sich ebenfalls ringförmig um den Umfang des Rotors über 360° erstreckt. Damit ist der vom Stator gebildete Aktivteil des elektrisch angetriebenen Propellers vollkommen unter Wasser angebracht, umschließt den Rotor vollständig und bildet auch gleichzeitig das Fundament für die Aufnahme der Propulsionskräfte. Je nach Bauform des Rim Thrusters wird der Rotor zugleich am Stator in Gleitführungen gelagert oder aber die radial innenseitig vorstehenden Enden der Propellerblätter sind auf einer zentral angeordneten Nabe gelagert, die ihrerseits am Gehäuse abgestützt ist. Beispiele derartiger Rim Thruster sind in der EP 1 739 007 A1 und der US 3 708 251 A offenbart.
  • Ein Nachteil derartiger Rim Thruster gegenüber einem herkömmlichen Querstrahler ist der aufwändige Einbau sowie die Wartung des unter Wasser befindlichen elektrischen Aktivteils des Motors, insbesondere des Stators, welche nur durch Dockung des mit dem Rim Thruster ausgerüsteten Schiffes durchführbar ist. Dieses Problem kann durch Einbau eines relativ aufwendigen, großräumigen Brunnens im Schiffskörper zwar umgangen werden, jedoch ist eine solche Vorgehensweise sehr kostenintensiv und erfordert erheblichen Bauraum. Ein weiterer Nachteil eines Rim Thrusters in der Anwendung als (Haupt-) Antrieb mit Düse, etwa in Form eines Azimutantriebs oder in Swing-out Bauweise, liegt in dem vergleichsweise großen Düsenquerschnitt, den die Aufnahme des Rotors und Stators bedingt. Ein weiterer Nachteil sind die hohen Spaltverluste bekannter Rim Thruster.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schiffsantrieb der eingangs genannten Art, insbesondere in Form eines Rim Thrusters, vorzuschlagen, der die Nachteile des Standes der Technik umgeht.
  • Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die Ausgestaltung eines Schiffsantriebs mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 vorgeschlagen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Der erfindungsgemäße Vorschlag sieht vor, dass sich der Stator lediglich über einen Teilumfangsbereich des Rotors erstreckt. Durch eine solche Ausgestaltung ist es erfindungsgemäß möglich, den durch die im Wasser stehenden Teile benötigten Bauraum des Schiffsantriebes zu verkleinern, was strömungstechnische Vorteile mit sich bringt. Darüber hinaus kann der Stator in Bezug auf den ringförmigen Rotor an einer geeigneten Position derart angeordnet werden, dass er in einem entsprechenden Einbauraum im Schiffsrumpf angeordnet werden kann, sodass er über den Schiffsrumpf zugänglich und insbesondere ein- und ausgebaut werden kann, ohne dass eine Dockung des Schiffes erforderlich ist. Weiterhin ergeben sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung verbesserte Gestaltungsmöglichkeiten für den Spalt zwischen Rotor und Stator, um die Spaltverluste zu minimieren.
  • Die Anordnung eines ringförmigen Rotors mit einem lediglich über einen Teilumfangsbereich des Rotors sich erstreckenden Stator wird von Linearantrieben abgeleitet, in dem die üblicherweise lang gestreckte geradlinige Schiene des Linearantriebs in einen Rotor mit ringförmiger Erstreckung überführt wird.
  • Es hat sich im Rahmen der Erfindung überraschend gezeigt, dass mit einer solchen Anordnung ein elektrisch angetriebener Propeller eines Schiffsantriebs auch im Dauerbetrieb mit hoher Leistung und überaus vorteilhaften konstruktiven Auslegungsmöglichkeiten geschaffen werden kann.
  • Nach einem Vorschlag der Erfindung wird der Stator im oberen Bereich des Propellers angeordnet, beispielhaft etwa bei Betrachtung in Richtung der Propellerdrehachse zwischen einer Position bei etwa 10:00 Uhr und bei etwa 2:00 Uhr.
  • Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung verläuft der Stator über ein konzentrisch zum Rotor angeordnetes Ringsegment, welches von einem Winkel zwischen etwa 90 und 150° begrenzt ist, insbesondere etwa 120°.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Propellerblätter und der Rotor auf einer zentral angeordneten Nabe drehbar gelagert sind und die Nabe am Gehäuse abgestützt ist.
  • In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Propellerblätter und der Rotor auf einer zentral angeordneten Achse drehbar gelagert, wobei vorteilhaft ebenfalls eine Nabe am radial inneren Ende der Propellerblätter vorgesehen sein kann, die ihrerseits auf der zentralen Achse feststehend oder drehbar gelagert angeordnet sein kann. Auch kann der Rotor auf der zentralen Achse feststehend und die Achse selbst drehbar im Schiffsrumpf gelagert sein.
  • Eine solche Ausführungsform eröffnet die Möglichkeit, den erfindungsgemäßen Schiffsantrieb als Einbauvariante, z.B. als Hauptantrieb eines Schiffes vorzusehen. Die zur Lagerung des Rotors und der Propellerblätter vorgesehene zentral angeordnete Achse kann dann ähnlich einer konventionellen Wellenleitung am bzw. im Schiffsrumpf gelagert und abgestützt sowie ggf. drehbar gelagert werden. Der erzeugte Propellerschub wird über die Achse in den Schiffsrumpf eingeleitet. Sofern das Gehäuse, was insoweit bevorzugt ist, ein Düsenprofil aufweist, kann der damit erzeugte Düsenschub zugleich über das Gehäuse in den Schiffsrumpf eingeleitet werden.
  • Nach einem Vorschlag der Erfindung weist das Gehäuse im Bereich seiner Oberseite einen Schacht auf, in welchen der Stator einsetzbar ist. Dieses Einsetzen des Stators in das Gehäuse unmittelbar benachbart zum Rotor kann dadurch erleichtert werden, dass nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung der Stator in einem wasserdichten und in den Schacht einsetzbaren Statorgehäuse angeordnet ist.
  • Zur Beeinflussung der Spaltmaße kann das Statorgehäuse überdies höhenverstellbar in den Schacht angeordnet sein.
  • Der Rotor kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung mit einer Vielzahl von Permanentmagneten ausgebildet sein, die in regelmäßigen Abständen entlang des Umfangs des Rotors angeordnet und gegebenenfalls beschichtet sind.
  • Neben einem solchen permanent erregten Rotor kann nach einem alternativen Vorschlag der Erfindung der Rotor auch als Kurzschlussläufer ausgeführt sein.
  • In jeder Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schiffsantriebes erfolgt die Kühlung des Antriebes maßgeblich durch das umströmende Wasser. Gegebenenfalls kann der Stator gezielt durch Wasser- oder Luftkühlung zusätzlich gekühlt werden. Eine gezielte Wasser- oder Luftkühlung bietet gegenüber der Kühlung über das umströmende Wasser den Vorteil, dass kein Bewuchs auftreten kann, der die Kühlleistung zunehmend verschlechtert.
  • Außerdem ist die Kühlleistung bei einer solchen Zwangskühlung regelbar und die Anlage kann in optimaler Betriebstemperatur gehalten werden.
  • Die Erfindung betrifft in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ferner auch ein Schiff mit einem Rumpf und einem durch den Rumpf verlaufenden Tunnel und einem von oben in den Tunnel einmündenden Brunnen, in den ein vorangehend erläuterter Schiffsantrieb eingesetzt ist, wobei das Gehäuse des Schiffsantriebes im Bereich des Brunnens einen Teilabschnitt des Tunnels ausbildet und diesen insoweit fluchtend fortsetzt. Der Brunnen kann dabei sehr einfach und platzsparend ausgelegt werden, da er lediglich den von oben, insbesondere vertikal über den Rumpf einsetzbaren Schiffsantrieb aufnehmen muss.
  • Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass der Stator im Schiffsrumpf von der Oberseite des Brunnens her zugänglich ist, was sowohl den Einbau als auch die Wartung erheblich vereinfacht, da auf eine Dockung des Schiffes verzichtet werden kann.
  • Als weitere Variante ist denkbar, die Funktion des tunnelförmigen Gehäuses des Schiffsantriebes unmittelbar in den schiffsseitig vorgesehenen Tunnel zu integrieren.
  • Darüber hinaus kann das tunnelförmige Gehäuse des Schiffsantriebes auch den kompletten schiffseitigen Tunnel bilden.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist der vorangehend erläuterte Schiffsantrieb nicht in einen Tunnel des Schiffsrumpfes eingesetzt oder bildet diesen, sondern der Schiffsantrieb ist in bekannter Weise als Haupt- oder Nebenantrieb am Rumpf des Schiffes unterhalb der Wasserlinie befestigt oder angeordnet.
  • Nach einer möglichen Ausführungsform ist der Schiffsantrieb mit einer zentralen Achse ausgebildet, auf der die Propellerblätter und der Rotor, ggf. unter Zwischenschaltung einer auf der Achse drehbar gelagerten Nabe drehbar gelagert sind und die Achse ist mit einem ihrer Enden ggf. drehbar im Schiffsrumpf gelagert und abgestützt, wie es auch von konventionellen Wellenantrieben bekannt ist.
  • Nach einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ist der im Prinzip ähnlich wie der in der Tunneleinbauvariante ausgebildete Schiffsantrieb um die Hoch- bzw. eine vertikale Achse drehbar am Schiffsrumpf gelagert und kann nach Art eines Ruderpropellers beliebig um diese Achse mittels eines Steuerungsantriebes gedreht werden. Entsprechend kann auch der Schubstrahl in jede Richtung um die Achse gedreht werden, um neben der Propulsion auch die Steuerung des Schiffes zu bewirken.
  • Schließlich kann auch vorgesehen sein, den starren oder um die vertikale Achse schwenkbaren Schiffsantrieb ein- und ausfahrbar am bzw. im Schiffsrumpf zu lagern, so dass er z.B. bei Streckenfahrt eingefahren und deaktiviert und beim Manövrieren, z.B. während eines Anlegemanövers ausgefahren und in Betrieb genommen werden kann.
  • Derartige erfindungsgemäße Schiffsantriebe, die unterhalb der Wasserlinie am Rumpf vorgesehen werden, weisen vorzugsweise an mindestens einem Ende des tunnelförmigen Gehäuses ein Düsenprofil auf, z.B. in Form eines entsprechend ausgeformten und am Endbereich des Gehäuses befestigten Ringes. Sofern der Schiffsantrieb nur eine bevorzugte Strömungsrichtung aufweist, kann lediglich ausgangsseitig des Gehäuses ein solches Düsenprofil vorgesehen sein. Wenn die Schubrichtung umkehrbar ist, werden bevorzugt beide Enden des tunnelförmigen Gehäuses mit einem solchen Düsenprofil ausgestattet. Das Düsenprofil kann in vorteilhafter Weise besonders schlank ausgeführt werden, wodurch Strömungsverluste reduziert werden.
  • Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine erste Ausführungsform eines Schiffsantriebes gemäß der Erfindung in einer Explosionsdarstellung;
    Figur 2
    die Ausgestaltung gemäß Figur 1 in montierter Konfiguration aus einem veränderten Blickwinkel betrachtet;
    Figur 3
    die Ausgestaltung gemäß Figur 2 in einer vertikalen Schnittdarstellung;
    Figur 4
    eine weitere Ausführungsform eines Schiffsantriebes gemäß der Erfindung;
    Figur 5
    einen vertikalen Schnitt durch die Ausführungsform gemäß Figur 4;
    Figur 6
    in schematisierten Darstellung ein mit einem Schiffsantrieb ausgerüstetes Schiff;
    Figur 7
    eine weitere Ausführungsform eines Schiffsantriebes gemäß der Erfindung;
    Figur 8a
    eine weitere Ausführungsform eines Schiffsantriebes gemäß der Erfindung in einer Vorderansicht;
    Figur 8b
    den Schiffsantrieb gemäß Figur 8a in einer perspektivischen Darstellung von der Rückseite her betrachtet;
    Figur 8c
    in schematischer Darstellung den Anbau des Schiffsantriebes gemäß Figuren 8a und 8b an einen Schiffsrumpf.
  • Aus der Figur 6 ist in einer stark vereinfachten Schnittdarstellung ein Schiff mit einem Rumpf 3 sowie einem quer zur Längsachse des Rumpfes 3 durch diesen verlaufenden Tunnel 30 dargestellt, der einen von einem Gehäuse 1 eingehüllten Propeller 2 aufnimmt, mit welchem ein Wasserstrom im Tunnel 30 nach rechts oder links gemäß der zeichnerischen Darstellung beschleunigt und aus dem Rumpf 3 ausgestoßen werden kann, womit das Schiff beispielsweise quer zur Längsachse manövriert werden kann. Das den Propeller 2 aufnehmende Gehäuse 1 ist, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, seinerseits tunnelförmig ausgebildet und bildet im Bereich des Brunnens 4 einen Teilabschnitt des Tunnels 30, in dem es die Wandungen des Tunnels 30 bündig bzw. fluchtend fortsetzt. Der Propeller 2 wird in der nachfolgend beschriebenen Weise aufgebaut und elektrisch angetrieben.
  • Die gesamte Antriebseinheit ist in weiteren Details aus der Figur 1 ersichtlich. Man erkennt die beidseits des Brunnens 4 aus dem Brunnenschacht 40 horizontal herausführenden Abschnitte des Tunnels 30, die in den entsprechenden, hier nicht dargestellten Rumpföffnungen enden.
  • Von der Oberseite des Brunnens 4 her wird ein elektrischer Schiffsantrieb in den Brunnenschacht 40 in vertikaler Richtung eingesetzt, der ein in Einbaulage im Brunnenschacht die Abschnitte des Tunnels 30 im Bereich des Brunnens 4 fortsetzendes tunnelförmiges Gehäuse 1 aufweist, welches insoweit rohrförmig mit an die Geometrie des Tunnels 30 angepassten Abmessungen ausgeführt ist.
  • Innerhalb des tunnelförmigen Gehäuses 1 ist der elektrisch angetriebene Propeller 2 angeordnet, der eine Vielzahl von Propellerblättern 21 trägt, üblicherweise fünf oder sieben derartige Propellerblätter 21. Zur drehbaren Lagerung des Propellers 2 sind die radial inneren Enden der Propellerblätter 21 auf einer horizontal verlaufenden Nabe 23 befestigt, die in nicht näher dargestellter Weise mittels Wälzlagern auf einer feststehenden Achse drehbar gelagert ist. Die Nabe 23 bzw. deren Achse ist über eine Stützstruktur mit mehreren Streben 210 mit dem Gehäuse 1 verbunden und an diesem abgestützt. Die Lagerung ist üblicherweise ölgeschmiert, Dichtungen dichten den Wälzlagerraum ab.
  • Die radial äußeren Enden der Propellerblätter 21 sind mit einem ringförmigen, permanent erregten Rotor 20 verbunden, der im Bereich der Innenoberfläche des rohrförmigen bzw. tunnelförmigen Gehäuses 1 rotiert.
  • Für den elektrischen Drehantrieb des permanent erregten Rotors 20 ist in an sich bekannter Weise ein Stator 22 vorgesehen, der eine Vielzahl von Wicklungen zur Ausbildung stromdurchflossener Spulen sowie deren externe Anschlüsse trägt, die in den Figuren zusammenfassend mit Bezugszeichen 221 gekennzeichnet sind. Der Stator 22 ist in einem zugeordneten Statorgehäuse 220 untergebracht, welches tunnelseitig gegen Zutritt von Flüssigkeit abgedichtet ist und in einen an der Oberseite des tunnelförmigen Gehäuses 1 aufgesetzten Schacht 10 eingesetzt wird, sodass der Stator 22 koaxial und unmittelbar angrenzend an den ringförmigen Rotor 20 positioniert wird. Durch eine nicht näher dargestellte Höhenverstellung kann der Stator 22 mitsamt des Gehäuses 220 zum ringförmigen Rotor 20 innerhalb des Schachts 10 höhenjustiert werden, etwa um den Spalt zwischen Rotor 20 und Stator 22 exakt einzustellen.
  • Wie insbesondere auch aus den weiteren Darstellungen des Schiffsantriebes gemäß Figuren 2 und 3 in der Einbaulage ersichtlich wird, ist nicht nur das Gehäuse 1 von oben in den Brunnenschacht 40 des Brunnens 4 eingesetzt, sondern auch der Stator 22 ist mit seinem Statorgehäuse 220 gleichermaßen von oben in den Schacht 10 des Gehäuses 1 eingesetzt. Somit ist insbesondere der Stator 22 mitsamt seiner Spulen und externen Anschlüsse 221 nach oben zum im Rumpf 3 des Schiffes angeordneten Maschinenraum hin zugänglich und kann aus dem Rumpf 3 montiert und gewartet werden, ohne dass das Schiff gedockt werden müsste.
  • Wesentliches Merkmal der dargestellten Anordnung ist es dabei, dass der Stator 22, wie insbesondere aus der Figur 3 ersichtlich, lediglich im oberen Bereich des Propellers 2 entlang eines Teilumfangsbereichs des Rotors 20 verläuft, und zwar dergestalt, dass der Stator 22 über ein konzentrisch zum Rotor angeordnetes Ringsegment verläuft, welches von einem Winkel α von etwa 120° begrenzt wird. Da der sich unterhalb des Stators 22 drehende Rotor 20 über eine Vielzahl von in gleichen Abständen angeordnete Permanentmagnete 200 verfügt, wird nach Art eines in Ringform verlegten Linearantriebes der Rotor 20 mitsamt der daran befestigten Propellerblätter 21 von dem lediglich in einem Ringsegment angeordneten Stator 22 in Rotation versetzt und mit dem nötigen Antriebsmoment angetrieben.
  • Die Kühlung des elektrischen Antriebes erfolgt maßgeblich durch das umströmende Wasser. Gegebenenfalls kann der Stator 22 gezielt durch Wasser- oder Luftkühlung zusätzlich gekühlt werden, was gegenüber der Kühlung über das umströmende Wasser den Vorteil bietet, dass kein Bewuchs auftreten kann, der die Kühlleistung zunehmend verschlechtert. Außerdem ist die Kühlleistung bei einer derartigen Zwangskühlung leicht regelbar und die Anlage kann in optimaler Betriebstemperatur gehalten werden.
  • Demgegenüber zeigen die Darstellungen gemäß Figuren 4 und 5 eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, bei der gleiche Teile gleiche Bezugszeichen erhalten haben und zur Vermeidung von Wiederholungen nicht nochmals erläutert werden, sofern dies nicht zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist.
  • Im Gegensatz zur Ausgestaltung gemäß Figuren 1 bis 3 ist das tunnelförmige Gehäuse 1 nicht als gesondertes Bauteil in einen Brunnen 4 des nicht dargestellten Schiffes eingesetzt, sondern der Tunnel 30 des Schiffes übernimmt zugleich auch die Funktion des Gehäuses 1 des Schiffsantriebes und nimmt den Rotor 20 rotierend auf. Insoweit wird bei dieser Ausgestaltung der Stator 22 mit seinem Statorgehäuse 220 unmittelbar in den oberhalb des Tunnels 30 ausgebildeten Brunnen 4 eingesetzt und ist somit auch bei dieser Ausgestaltung über den Rumpf 3 des Schiffes zugänglich.
  • Es versteht sich, dass anstelle der Anordnung einer Vielzahl von Magneten 200 auf dem Rotor 20 auch die Ausgestaltung eines Rotors 20 als Kurzschlussläufer in Betracht kommen kann.
  • Mit dem vorangehend erläuterten Schiffsantrieb wird ein deutlich verringerter Strömungswiderstand durch erheblich kleinere Flächen, die senkrecht in der Strömung stehen, erreicht.
  • Darüber hinaus wird die Wartung und Handhabung des elektrischen Antriebes des Propellers 2 durch erfindungsgemäß vorgesehene Trennung des Stators 22 vom Rotor 20 deutlich vereinfacht, was noch dadurch gefördert wird, dass der gesamte Antrieb ohne Dockung des Schiffes über den vom Rumpf 3 des Schiffes her zugänglichen Brunnen 4 erfolgen kann.
  • Die Figur 7 zeigt einen gegenüber den vorangehend erläuterten Ausführungsformen abgewandelten Schiffsantrieb, bei dem gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie im Vorangehenden erhalten haben und zur Vermeidung von Wiederholungen nicht nochmals gesondert erläutert werden.
  • Der in Figur 7 dargestellte Schiffsantrieb wird mit seinem tunnel- bzw. rohrförmigen Gehäuse 1 nicht in einen im Schiffsrumpf 3 ausgebildeten Tunnel 30 eingesetzt, sondern ist zur außenseitigen Befestigung an einem nicht dargestellten Schiffsrumpf unterhalb der Wasserlinie vorgesehen, um als Propulsionsantrieb zu dienen. Auch hierbei wird der Stator 22 über einen geeignet vorgesehenen Schacht 10 und eine hiermit kommunizierende Öffnung im Schiffsrumpf 3 vom Innern des Schiffsrumpfes 3 her eingesetzt, ohne eine Dockung zu erfordern.
  • Um die Effizienz dieses Antriebes zu erhöhen, sind an den beiden Enden des tunnelförmigen Gehäuses, die zugleich als Wasseraustritt für die vom Propeller 2 beschleunigten Wassermassen dienen, schlank ausgeführte Düsenprofile vorgesehen, die jeweils von entsprechend geformten und endseitig am Gehäuse 1 befestigten Ringen 100 gebildet sind. Die Ringe 100 dienen auch der Abstützung der Streben 210 für die Halterung der Nabe 23. Infolge der beidseitigen Anordnung der Ringe 100 kann in beiden Schubrichtungen ein Düsenprofil genutzt werden.
  • Darüber hinaus kann der Schiffsantrieb gemäß Figur 7 auch um eine vertikale Achse V drehbar am Schiffsrumpf 3 befestigt und mittels eines nicht dargestellten Steuerungsantriebes um die Achse V geschwenkt werden, um den Schubstrahl beliebig um die Achse V drehen und das Schiff entsprechend steuern zu können.
  • Ferner kann auch eine ein- und ausfahrbare Halterung des Schiffsantriebes gemäß Figur 7 am Schiffsrumpf 3 vorgesehen sein.
  • Bei der in den Figuren 8a bis 8c dargestellten weiteren Ausführungsform eines Schiffsantriebes ist innerhalb der Nabe 23 eine auf der Drehachse des Rotors 20 verlaufende Achse 5 vorgesehen, auf der die Nabe 23 starr befestigt oder drehbar gelagert ist. Die Achse 5 steht an einem Ende des tunnelförmigen Gehäuses 1 axial vor, während am gegenüberliegenden Ende ein Ring 100 mit Düsenprofil angeordnet ist. Es handelt sich insoweit um eine asymmetrische Düse mit einer Vorzugsrichtung entgegen der vorstehenden Achse 5.
  • Ein solcher Schiffsantrieb kann als Haupt-Propulsionsantrieb in der in Figur 8c schematisch dargestellten Weise z.B. am Heck des Schiffsrumpfes 3 befestigt werden, so dass über den Schacht 10 aus dem Schiffsrumpf 3 der Stator 22 einsetzbar ist.
  • Die rückwärtig, d.h. entgegen der Vorzugsschubrichtung vorstehende Achse 5 wird in den Schiffsrumpf 3 geführt und dort abgestützt sowie bei starr befestigter Nabe 23 ggf. drehbar gelagert, wie es von konventionellen Wellenantrieben bekannt ist. Der Propellerschub kann sodann über die Achse 5 in den Schiffsrumpf 30 eingeleitet werden, der zusätzlich erzeugte Düsenschub hingegen wird über das Gehäuse 1 und den Schacht 10 an den Schiffsrumpf übertragen.
  • Ein solcher Schiffsantrieb gemäß Figuren 8a bis 8c kann von daher sowohl für Neuinstallationen als auch als Ersatz für einen konventionellen Wellenantrieb an bereits vorhandenen Schiffen Verwendung finden.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1:
    Gehäuse
    2:
    Propeller
    3:
    Rumpf
    4:
    Brunnen
    5:
    Achse
    10:
    Schacht
    20:
    Rotor
    21:
    Propellerblätter
    22:
    Stator
    23:
    Nabe
    30:
    Tunnel
    40:
    Brunnenschacht
    100:
    Ring
    200:
    Permanentmagnet
    210:
    Streben
    220:
    Statorgehäuse
    221:
    Anschlüsse und Wicklungen
    α:
    Winkel
    V:
    vertikale Achse

Claims (14)

  1. Schiffsantrieb, umfassend ein tunnelförmiges Gehäuse (1) und einen im Gehäuse (1) angeordneten, elektrisch angetriebenen Propeller (2) mit einem ringförmigen Rotor (20), der auf seiner radial inneren Seite eine Vielzahl von Propellerblättern (21) trägt und auf seiner radial äußeren Seite einen Stator (22) zum Antrieb des Rotors (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stator (22) lediglich über einen Teilumfangsbereich des Rotors (20) erstreckt.
  2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (22) im oberen Bereich des Propellers (2) angeordnet ist.
  3. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (22) über ein konzentrisch zum Rotor (20) angeordnetes Ringsegment verläuft, welches von einem Winkel (α) zwischen 90 und 150 ° begrenzt ist.
  4. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerblätter (21) und der Rotor (20) auf einer zentral angeordneten Nabe (23) drehbar gelagert sind und die Nabe am Gehäuse (1) abgestützt ist.
  5. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerblätter (21) und der Rotor (20) auf einer zentral angeordneten Achse (5) drehbar gelagert sind.
  6. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) im Bereich seiner Oberseite einen Schacht (10) aufweist, in welchen der Stator (22) einsetzbar ist.
  7. Schiffsantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (22) in einem wasserdichten und in den Schacht (10) einsetzbaren Statorgehäuse (220) angeordnet ist.
  8. Schiffsantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorgehäuse (220) höhenverstellbar in dem Schacht (10) angeordnet ist.
  9. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) mit einer Vielzahl von Permanentmagneten (200) entlang seines Umfanges versehen oder als Kurzschlussläufer ausgeführt ist.
  10. Schiff mit einem Rumpf (3) und einem durch den Rumpf (3) verlaufenden Tunnel (30) und einem von oben in den Tunnel (30) einmündenden Brunnen (4), in den ein Schiffsantrieb gemäß einem der vorangehenden Ansprüche eingesetzt ist, wobei das Gehäuse (1) des Schiffsantriebes im Bereich des Brunnens (4) einen Teilabschnitt des Tunnels (30) ausbildet.
  11. Schiff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (22) im Schiffsrumpf (3) von der Oberseite des Brunnens (4) her zugänglich ist.
  12. Schiff mit einem Rumpf (3) und einem am Rumpf (3) unterhalb einer Wasserlinie angeordneten Schiffsantrieb gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
  13. Schiff nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das tunnelförmige Gehäuse (1) an einem oder beiden Enden mit einem ein Düsenprofil aufweisenden Ring (100) ausgebildet ist.
  14. Schiff nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schiffsantrieb um eine vertikale Achse (V) drehbar am Rumpf (3) befestigt und/oder ein- und ausfahrbar am Rumpf (3) angeordnet ist.
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