EP4126654A1 - Wasserfahrzeug mit einem redundanten antriebssystem - Google Patents

Wasserfahrzeug mit einem redundanten antriebssystem

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Publication number
EP4126654A1
EP4126654A1 EP21712428.8A EP21712428A EP4126654A1 EP 4126654 A1 EP4126654 A1 EP 4126654A1 EP 21712428 A EP21712428 A EP 21712428A EP 4126654 A1 EP4126654 A1 EP 4126654A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive device
drive
watercraft
shaft
space
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP21712428.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Felix Dahl
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.)
Tkms GmbH
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Marine Systems 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 ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Marine Systems GmbH filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP4126654A1 publication Critical patent/EP4126654A1/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
    • B63H23/02—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing
    • B63H23/10—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing for transmitting drive from more than one propulsion power unit
    • 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
    • B63H23/02—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing
    • B63H23/10—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing for transmitting drive from more than one propulsion power unit
    • B63H23/12—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing for transmitting drive from more than one propulsion power unit allowing combined use of the propulsion power units
    • B63H23/14—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing for transmitting drive from more than one propulsion power unit allowing combined use of the propulsion power units with unidirectional drive or where reversal is immaterial
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B2241/00—Design characteristics
    • B63B2241/20—Designs or arrangements for particular purposes not otherwise provided for in this class
    • B63B2241/22—Designs or arrangements for particular purposes not otherwise provided for in this class for providing redundancy to equipment or functionality of a vessel, e.g. for steering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/08—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers of more than one propeller

Definitions

  • the invention relates to a watercraft with a redundant drive system, the drive devices of the drive system being arranged in an optimized manner.
  • watercraft in particular military ships, to have a redundant design.
  • such watercraft also have different drive systems, for example a diesel drive and a gas drive, the diesel drive being designed for low speed and long range and the gas drive being designed for very high speeds in the sprint range.
  • the watercraft according to the invention has a first drive device, a second drive device, the third drive device and a fourth drive device.
  • the watercraft also has a first shaft and a second shaft as well as a first propeller and a second propeller.
  • the first propeller is non-positively connected to the first shaft and the second propeller is non-positively connected to the second shaft.
  • the first shaft and the second shaft are arranged in the longitudinal direction of the watercraft.
  • the propellers are usually arranged at the stern of a watercraft.
  • the watercraft has a first drive space and a second drive space. The first drive space and the second drive space are thus separated from one another. This protects the other drive space in each case in the event that water or a fire occurs in one of the two drive spaces.
  • the first drive device and the third drive device are arranged in the first drive space
  • the second drive device and the fourth drive device are arranged in the second drive space. This means that even in the event of damage, 50% of the drive power is available, thus ensuring the redundancy of the drive system.
  • the watercraft has a first transmission and a second transmission.
  • the first transmission is arranged in the first drive space and the second transmission is arranged in the second drive space.
  • the first drive device and the third drive device are connected to the first shaft via the first gear
  • the second drive device and the fourth drive device are connected to the second shaft via the second gear.
  • the first shaft has a first axis of rotation and the second shaft has a second axis of rotation.
  • the vectors that run through the axes of rotation of the shafts have a horizontal component, which is aligned parallel to the longitudinal direction of the watercraft.
  • the vectors, which run through the axes of rotation of the shafts can have a vertical component, since the drive shafts with the propellers arranged at the end are usually arranged lower at the stern, thus falling slightly towards the stern.
  • a purely horizontal arrangement without vertical components is found in particular in SWATH ships and submarines.
  • the first drive device and the third drive device are arranged next to one another and the second drive device and the fourth drive device are arranged next to one another.
  • Side by side means, for example, the arrangement at the same distance from the bow or stern of the watercraft on the same horizontal plane.
  • a common drive device is a diesel engine.
  • the advantage of the diesel engine is its robustness and the very long range in the case of a transfer journey at normal speed.
  • Gas drives are also often used, which enable a high peak power and thus a very high speed. Therefore, gas drives are often found in military watercraft. It has also become established to combine both drive systems and equip a watercraft with both a diesel engine and a gas drive. As a result, the diesel engine is available as an efficient drive system during a normal transfer journey, and the gas drive is available at high speed and thus maneuverability in a combat situation.
  • electric motors as a drive device.
  • the necessary electrical energy can be made available, for example, and in particular from diesel generators, gas turbines, accumulators, fuel cells and / or nuclear reactors.
  • Propellers are sometimes referred to as ship propellers.
  • Drive space in the sense of the invention is to be understood as a separate, closed space.
  • the use of a first drive space and a second drive space thus means that in the event of a fire or water penetrating into one of the two drive spaces, the other drive space will not is affected.
  • the drive spaces are therefore preferably designed in such a way that the walls are fire-proof or fire-retardant or can be closed in a watertight manner by watertight bulkhead doors. If a drive room fails, the maximum available drive power is halved, but the watercraft is still able to move under its own power and thus remains maneuverable.
  • the drive spaces are preferably separated from one another in a watertight manner.
  • no direct connection between the first drive space and the second drive space for example a door, is provided. This avoids a potential weak point.
  • one of the shafts penetrates the drive space of the drive of the other shaft.
  • a seal is provided on the wall facing the drive space of the penetrating shaft, which seal prevents flames from jumping over or water from penetrating into this drive space.
  • the penetrating shaft is surrounded by its own housing over the entire length of the penetration in order to be protected from the drive space of the other shaft. The housing is then connected to the respective walls in a fire-proof, gas-tight and / or watertight manner.
  • the first drive device, the second drive device, the third drive device and the fourth drive device are arranged between the first axis of rotation and the second axis of rotation.
  • This arrangement is not arbitrary but provides advantages.
  • the drive devices which are comparatively heavy, are thus arranged more centrally, which is better for the center of gravity and thus the stability of the watercraft.
  • this makes it easier to arrange two different drive devices so that, for example, the faster rotating drive device has a shorter distance to the shaft and the different transmission characteristics can be implemented more easily in a transmission.
  • This arrangement also makes it easier to guide a shaft past a drive space when the two drive spaces are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the watercraft.
  • first drive space and the second drive space are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the watercraft.
  • first drive device and the third drive device are arranged next to one another transversely to the longitudinal direction and the second drive device and the fourth drive device are also arranged next to one another transversely to the longitudinal direction.
  • the longitudinal direction of a watercraft results from the design from bow to stern and thus runs in the primary direction of movement (which can of course be changed through the use of oars).
  • transverse to the longitudinal direction is at right angles to the longitudinal direction and parallel to the horizontal, which corresponds to the surface of the water (without swell).
  • horizontal is parallel to the horizontal, which corresponds to the water surface (without waves).
  • Vertical is thus at right angles to the horizontal in the normal position.
  • the first drive device is at a shorter distance from the first shaft than the third drive device.
  • the second drive device has a shorter distance from the second shaft than the fourth drive device.
  • the first drive device and the second drive device are constructed identically and the third drive device and the fourth drive device are constructed identically. This achieves a symmetrical structure with symmetrical weight distribution and symmetrical distribution of forces when the drive devices are running.
  • the identical construction reduces complexity, simplifies procurement and reduces the number of different spare parts. Up to now it has often been customary to use similar, but only mirror-symmetrical drive devices (counter-rotating drive devices), which simplifies the structure, but makes procurement and spare parts storage more complex.
  • the first drive device and the second drive device are faster-running drive devices than the third drive device and the fourth drive device.
  • the first drive device and the second drive device have a shorter distance from the shaft, this is advantageous.
  • space remains in the transmission between the two adjacent drive devices, so that the slower running second drive device and fourth drive device can be translated to the higher number of revolutions of the first drive device and the second drive device.
  • the first drive device, the second drive device, the third drive device and the fourth drive device are of identical construction.
  • This embodiment has the result that procurement is simplified and the number of different spare parts is absolutely minimized. This is made possible by the fact that, due to the geometry in the two drive chambers, drive devices running in the same direction nevertheless drive shafts rotating in opposite directions, which is why different, namely counter-rotating drive devices have been used up to now.
  • the first drive device and the third drive device are arranged next to one another in the same running direction and the second drive device and the fourth drive device are arranged next to one another in the same running direction, the running direction of the first drive device and the running direction of the second drive device being opposite.
  • the four drive devices are particularly preferably arranged between the two transmissions, since in this way an operating medium supply, for example diesel or gas, and a discharge, for example for exhaust gas, can take place centrally between the four drive devices.
  • the second shaft runs in a shaft tunnel through the first drive space.
  • a shaft tunnel allows the second shaft to cross the first drive space, but is completely encapsulated in the shaft tunnel, so that the second shaft of one Damage event, for example a fire or water ingress in the first drive room, would not be affected.
  • the watercraft has a fifth drive device and a six drive device.
  • the drive device is arranged in the first drive space and the sixth drive device is arranged in the second drive space.
  • the fifth drive device is connected to the first transmission and the six
  • the drive devices are designed as electric motors.
  • the watercraft has at least a first generator and a second generator, the first generator being arranged in the first drive space and the second generator being arranged in the second drive space.
  • the first generator and the second generator are each a diesel generator.
  • the drive devices are designed as electric motors.
  • the watercraft has at least a first generator and a second generator.
  • the first generator is arranged in a first generator room and the second generator is arranged in a second generator room.
  • the first generator space is preferably electrically connected to the first drive space and the second drive space, and the second generator space is also electrically connected to the first drive space and the second drive space. This results in optimal redundancy, even if a generator room and a drive room fail.
  • the watercraft has a third drive space and a fourth drive space. Furthermore, the watercraft has a third shaft and a fourth shaft as well as a third propeller and a fourth propeller, the third propeller being arranged on the third shaft and the fourth propeller being arranged on the first shaft.
  • a third gear, which is connected to the third shaft, is arranged in the third drive space.
  • a fourth gear, which is connected to the fourth shaft, is arranged in the fourth drive space.
  • a fifth drive device and a seventh drive device are arranged in the drive space and are connected to the third transmission.
  • a sixth drive device and an eighth drive device are arranged in the fourth drive space and are connected to the fourth transmission. This allows the redundancy to be increased further, even if a drive room fails, 75% drive power is available.
  • FIG. 2 second exemplary watercraft
  • FIG. 3 third exemplary watercraft
  • FIG. 4 fourth exemplary watercraft
  • FIG. 5 fifth exemplary watercraft
  • a first exemplary watercraft 10 is shown in FIG. 1.
  • the watercraft 10 has a first drive space 100 and a second drive space 110.
  • a first drive device 20 and a third drive device 40 are located in the first drive space 100.
  • the first drive device 20 and the third drive device 40 are connected to the first shaft 60 via a first gear 120 and thus drive the first propeller 80.
  • a second drive device 30 and a fourth drive device 50 are located in the second drive space 110.
  • the second drive device 30 and the fourth drive device 50 are connected to the second shaft 70 via a second gear 130 and thus drive the second propeller 90.
  • first drive device 20, the second drive device 30, the third drive device 40 and the fourth drive device 50 are arranged between the first axis of rotation 62 of the first shaft 60 and the second axis of rotation 72 of the second shaft 70. Furthermore, they are arranged symmetrically about the longitudinal axis 12 of the watercraft 10, which results in a very good distribution of force and weight.
  • the first drive device 20, the second Drive device 30, the third drive device 40 and the fourth drive device 50 are arranged between the first transmission 120 and the second transmission 130. This results in the fact that the direction of rotation of the first shaft and the second shaft are opposite when four identical drive devices are used, as a result of which an optimal drive for the watercraft 10 is achieved.
  • the reversed installation of the second drive device 30 and the fourth drive device 50 with the same direction of rotation would result in a Generate rotation of the second shaft 70 counterclockwise.
  • the type of installation alone means that different drive devices with opposite directions of rotation can be dispensed with, which simplifies procurement and maintenance.
  • the second example shown in FIG. 2 deviates only minimally from the first example shown in FIG. 1. Only the first drive space 100 and the second drive space 110 are larger, as a result of which the second shaft 70 runs through the first drive space 100. In order to withdraw the shaft 70 from the influences from the first drive space 100 or to reduce influences from the first drive space 100 on the shaft 70, the shaft 70 is protected by a shaft tunnel 140 in the example shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 differs from the first example shown in FIG. 1 in that the first transmission 120 and the second transmission 130 are arranged in the middle, that is, between the drive devices 20, 30, 40, 50 is.
  • the difference in the first example is small, with the first shaft 60 and the second shaft 70 becoming more comparable in length.
  • the fourth example shown in FIG. 4 represents a variation of the third example with a shaft tunnel 140, corresponding to the difference between the first example and the second example.
  • the fifth example shown in FIG. 5 differ in that the position of the first drive space 100 and the second drive space 110 as well as the ok
  • the disadvantage here is that the first gear 120 is arranged in a straight extension of the first shaft 60 and the second gear 130 in a straight extension of the second shaft 70 and are not arranged at a 90 ° angle to one another in the first three examples.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug (10) mit einem redundanten Antriebssystem, wobei die Antriebsvorrichtungen (20, 30, 40, 50) des Antriebssystems optimiert angeordnet sind.

Description

Wasserfahrzeug mit einem redundanten Antriebssystem
Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug mit einem redundanten Antriebssystem, wobei die Antriebsvorrichtungen des Antriebssystems optimiert angeordnet sind.
Es ist üblich, dass Wasserfahrzeuge insbesondere Militärschiffe, redundant ausgeführt sind. Teilweise verfügen solche Wasserfahrzeuge auch über verschiedene Antriebssysteme beispielsweise über einen Dieselantrieb und einen Gasantrieb, wobei der Dieselantrieb für geringe Geschwindigkeit und hoher Reichweite ausgelegt ist und der Gasantrieb sehr hohe Geschwindigkeiten im Sprintbereich.
Auch ist bekannt, auf Wasserfahrzeugen verschiedene Sektion zu bilden, welche gegeneinander abgeschottet sind, um beispielsweise im Fall eines Wassereinbruchs oder eines Feuers möglichst nur eine Sektion und damit die in der einen Sektion befindlichen Geräte zu verlieren.
Gerade Antriebsvorrichtungen haben aufgrund ihres hohen Gewichts und der durch die erzeugte Bewegung auftretenden Kräfte einen großen Einfluss auf die Stabilität von Wasserfahrzeugen, sodass deren Anordnung Einfluss auf viele Eigenschaften des Wasserfahrzeugs hat.
Aus der US 2008 / 0009208 A1 ist ein Antriebssystem mit vier Motoren, zwei Wellen und zwei Propellern für ein Wasserfahrzeug bekannt.
Aus der MTU Friedrichshafen GmbFI: Technical Project Guide, Marine Application, Part 1 - General, Juni 2003, S. 1 ,2,7-44,7-45 - Firmenschrift sind Anordnungen für CODAD und CODOG Antriebe für Wasserfahrzeuge bekannt.
Aus Ogar O.B., Nitonye, S. and John-Flope, I.: Design Analysis and Optimal Matching of a Controllable Pitch Propeller to the Hüll and Diesel Engine of a CODOG System; Journal of Power and Energy Engineering, 6, 2018, S. 53, 55 [online] sind CODOG, CODAG und CODAD Antriebssysteme für Wasserfahrzeuge bekannt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein vollständig redundanten Antriebssystem zu schaffen, welches gleichzeitig eine optimale Verteilung der Antriebsvorrichtungen in Wasserfahrzeug aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Wasserfahrzeug mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug weist eine erste Antriebsvorrichtung, eine zweite Antriebsvorrichtung, die dritte Antriebsvorrichtung und eine vierte Antriebsvorrichtung auf. Weiter weist das Wasserfahrzeug eine erste Welle und eine zweite Welle sowie einen ersten Propeller und einen zweiten Propeller auf. Der erste Propeller ist mit der ersten Welle kraftschlüssig verbunden und der zweite Propeller ist mit der zweiten Welle kraftschlüssig verbunden. Die erste Welle und die zweite Welle sind in Längsrichtung des Wasserfahrzeugs angeordnet. Die Propeller sind üblicherweise am Heck eines Wasserfahrzeugs angeordnet. Das Wasserfahrzeug weist einen ersten Antriebsraum und einen zweiten Antriebsraum auf. Der erste Antriebsraum und der zweite Antriebsraum sind somit voneinander getrennt. Hierdurch ist der jeweils andere Antriebsraum geschützt, falls es in einem der beiden Antriebsräume zu einem Wassereinbruch oder einem Feuer kommt. Damit ist selbst in einem solchen Fall einer der beiden Antriebsräume voll einsatzfähig. Die erste Antriebsvorrichtung und die dritte Antriebsvorrichtung sind in dem ersten Antriebsraum angeordnet, die zweite Antriebsvorrichtung und die vierte Antriebsvorrichtung sind in dem zweiten Antriebsraum angeordnet. Hierdurch stehen selbst im Schadensfall 50 % der Antriebsleistung zur Verfügung, die Redundanz des Antriebssystems ist somit gewährleistet. Das Wasserfahrzeug weist ein erstes Getriebe und ein zweites Getriebe auf. Das erste Getriebe ist im ersten Antriebsraum angeordnet und das zweite Getriebe ist im zweiten Antriebsraum angeordnet. Die erste Antriebsvorrichtung und die dritte Antriebsvorrichtung sind über das erste Getriebe mit der ersten Welle verbunden und die zweite Antriebsvorrichtung und die vierte Antriebsvorrichtung sind über das zweite Getriebe mit der zweiten Welle verbunden. Die erste Welle weist eine erste Rotationsachse auf und die zweite Welle weist eine zweite Rotationsachse auf. Die Vektoren, welche durch die Rotationsachsen der Wellen verlaufen, weisen eine horizontale Komponente auf, welche parallel zur Längsrichtung des Wasserfahrzeugs ausgerichtet ist. Zusätzlich können die Vektoren, welche durch die Rotationsachsen der Wellen verlaufen, eine senkrechte Komponente aufweisen, da die Antriebswellen mit den am Ende angeordneten Propellern heckseitig üblicherweise tiefer angeordnet sind, somit leicht zu Heck hin abfallen angeordnet werden. Eine rein horizontale Anordnung ohne senkrechte Komponente findet sich insbesondere in SWATH Schiffen sowie Unterseebooten. Die erste Antriebsvorrichtung und die dritte Antriebsvorrichtung sind nebeneinander angeordnet und die zweite Antriebsvorrichtung und die vierte Antriebsvorrichtung sind nebeneinander angeordnet. Nebeneinander bedeutet beispielsweise die Anordnung in gleicher Entfernung zum Bug oder Heck des Wasserfahrzeugs auf der gleichen horizontalen Ebene.
Auf Wasserfahrzeugen werden verschiedene Antriebsvorrichtungen verwendet. Eine übliche Antriebsvorrichtung ist ein Dieselmotor. Vorteil des Dieselmotors ist die Robustheit sowie die sehr hohe Reichweite im Falle einer Transferfahrt mit normaler Geschwindigkeit. Ebenso werden oftmals Gasantriebe verwendet, welche eine hohe Spitzenleistung und damit eine sehr hohe Geschwindigkeit ermöglichen. Daher sind Gasantriebe bei militärischen Wasserfahrzeugen oft zu finden. Ebenso hat sich etabliert beide Antriebssysteme zu kombinieren und ein Wasserfahrzeug sowohl mit Dieselmotor als auch mit Gasantrieb auszustatten. Hierdurch steht während einer normalen Transferfahrt der Dieselmotor als effizientes Antriebssystem zur Verfügung, und in einer Gefechtssituation der Gasantrieb eine hohe Geschwindigkeit und damit Manövrierfähigkeit. Des Weiteren ist es ebenfalls etabliert, Elektromotoren als Antriebsvorrichtung zu verwenden. Hierbei kann die notwendige elektrische Energie beispielsweise und insbesondere aus Dieselgeneratoren, Gasturbinen, Akkumulatoren, Brennstoffzellen und/oder Kernreaktoren zur Verfügung gestellt werden.
Propeller werden gelegentlich auch als Schiffsschraube bezeichnet.
Antriebsraum im Sinne der Erfindung ist als getrennter abgeschlossener Raum zu verstehen. Die Verwendung eines ersten Antriebsraumes und eines zweiten Antriebsraumes führen somit dazu, dass im Falle eines Feuers oder eindringenden Wasser in einem der beiden Antriebsräume der andere Antriebsraum hiervon nicht betroffen ist. Die Antriebsräume sind also bevorzugt so ausgestaltet, dass die Wände feuerfest oder feuerhemmend sind oder durch wasserdichte Schotttüren wasserdicht verschließbar sind. Durch den Ausfall eines Antriebsraumes ist dann die maximal zur Verfügung stehende Antriebsleistung halbiert, das Wasserfahrzeug ist jedoch noch immer in der Lage, sich aus eigener Kraft zu bewegen und bleibt somit manövrierfähig. Somit sind die Antriebsräume vorzugsweise wasserdicht gegeneinander abgetrennt. Vorzugsweise ist keine direkte Verbindung zwischen dem ersten Antriebsraum und dem zweiten Antriebsraum, beispielsweise eine Tür, vorgesehen. Hierdurch kann ein potentieller Schwachpunkt vermieden werden.
Aufgrund der Anordnung der Antriebsräume zueinander kann es vorgesehen sein, dass eine der Wellen den Antriebsraum des Antriebs der anderen Welle durchdringt. Bei solch einer Anordnung ist an der Wand zum Antriebsraum der durchdringenden Welle eine Dichtung vorgesehen, die ein Überspringen von Flammen oder Eindringen von Wasser in diesen Antriebsraum verhindert. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die durchdringende Welle von einer eigenen Umhausung über die gesamte Länge der Durchdringung umgeben ist, um gegen den Antriebsraum der anderen Welle geschützt zu sein. Die Umhausung ist dann mit den jeweiligen Wänden feuerfest, gasdicht und/oder wasserdicht verbunden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die erste Antriebsvorrichtung, die zweite Antriebsvorrichtung, die dritte Antriebsvorrichtung und die vierte Antriebsvorrichtung zwischen der ersten Rotationsachse und der zweiten Rotationsachse angeordnet. Diese Anordnung ist nicht willkürlich, sondern liefert Vorteile. Zum einen werden die Antriebsvorrichtungen, welche vergleichsweise schwer sind, dadurch zentraler angeordnet, was für den Schwerpunkt und somit die Stabilität des Wasserfahrzeugs besser ist. Zum anderen ist es hierdurch einfacher möglich, zwei unterschiedliche Antriebsvorrichtungen anzuordnen, sodass beispielsweise die schneller drehende Antriebsvorrichtung eine kürzere Entfernung zur Welle aufweist und hierdurch die unterschiedlichen Übertragungscharakteristika in einem Getriebe einfacher umgesetzt werden können. Weiter ist durch diese Anordnung es auch einfacher eine Welle an einem Antriebsraum vorbeizuführen, wenn die beiden Antriebsräume in Längsrichtung des Wasserfahrzeugs hintereinander angeordnet sind. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der erste Antriebsraum und der zweite Antriebsraum in Längsrichtung des Wasserfahrzeugs hintereinander angeordnet. Somit sind die erste Antriebsvorrichtung und die dritte Antriebsvorrichtung quer zur Längsrichtung nebeneinander angeordnet und die zweite Antriebsvorrichtung und die vierte Antriebsvorrichtung sind ebenfalls quer zur Längsrichtung nebeneinander angeordnet.
Die Längsrichtung eines Wasserfahrzeugs ergibt sich aus der Bauform vom Bug zum Heck und verläuft somit in die primäre Fortbewegungsrichtung (welche durch den Einsatz von Rudern naturgemäß geändert werden kann). Quer zur Längsrichtung ist in Normallage des Wasserfahrzeugs rechtwinklig zur Längsrichtung und parallel zur Horizontalen, welche der Wasseroberfläche (ohne Wellengang) entspricht. Horizontal ist entsprechend in Normallage des Wasserfahrzeugs parallel zur Horizontalen, welche der Wasseroberfläche (ohne Wellengang) entspricht. Senkrecht steht somit rechtwinklig zur Horizontalen bei Normallage.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste Antriebsvorrichtung einen kürzeren Abstand zur ersten Welle auf als die dritte Antriebsvorrichtung. Weiter weist die zweite Antriebsvorrichtung einen kürzeren Abstand der zweiten Welle auf als die vierte Antriebsvorrichtung. Die erste Antriebsvorrichtung und die zweite Antriebsvorrichtung sind baugleich ausgeführt und die dritte Antriebsvorrichtung und die vierte Antriebsvorrichtung sind baugleich ausgeführt. Hierdurch wird ein symmetrischer Aufbau mit symmetrischer Gewichtsverteilung und symmetrischer Kräfteverteilung beim Laufen der Antriebsvorrichtungen erreicht. Gleichzeitig wird durch die Baugleichheit die Komplexität reduziert, die Beschaffung vereinfacht und die Zahl der unterschiedlichen Ersatzteile reduziert. Bisher war es oft üblich, ähnliche, aber nur spiegelsymmetrische Antriebsvorrichtungen (gegenläufige Antriebsvorrichtung) zu verwenden, was zwar den Aufbau vereinfacht, aber Beschaffung und Ersatzteillagerung komplexer gestaltet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die erste Antriebsvorrichtung und die zweite Antriebsvorrichtung schneller laufende Antriebsvorrichtungen als die dritte Antriebsvorrichtung und die vierte Antriebsvorrichtung. Da die erste Antriebsvorrichtung und die zweite Antriebsvorrichtung einen kürzeren Abstand zur Welle aufweisen, ist dieses vorteilhaft. Gleichzeitig verbleibt Raum im Getriebe zwischen den beiden jeweils benachbarten Antriebseinrichtungen, damit hier eine Übersetzung von den langsamer laufenden zweiten Antriebsvorrichtung und vierten Antriebsvorrichtung auf die höhere Umdrehungszahl der ersten Antriebsvorrichtung und der zweiten Antriebsvorrichtung erfolgen kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die erste Antriebsvorrichtung, die zweite Antriebsvorrichtung, die dritte Antriebsvorrichtung und die vierte Antriebsvorrichtung baugleich ausgeführt. Diese Ausführungsform führt dazu, dass die Beschaffung vereinfacht wird und die Anzahl unterschiedlicher Ersatzteile absolut minimiert wird. Dieses wird dadurch ermöglicht, dass aufgrund der Geometrie in den beiden Antriebsräumen gleichlaufende Antriebsvorrichtungen dennoch gegenläufig rotierende Wellen antreiben, weshalb bisher üblicherweise unterschiedliche, nämlich gegenläufige Antriebsvorrichtungen verwendet wurden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die erste Antriebsvorrichtung und die dritte Antriebsvorrichtung in gleicher Laufrichtung nebeneinander angeordnet sind und die zweite Antriebsvorrichtung und die vierte Antriebsvorrichtung in gleicher Laufrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei die Laufrichtung der ersten Antriebsvorrichtung und die Laufrichtung der zweiten Antriebsvorrichtung entgegengesetzt sind. Dieses wird bevorzugt dadurch erreicht, dass die vier Antriebsvorrichtungen zwischen den zwei Getrieben angeordnet sind oder dass die beiden Getrieben zwischen den vier Antriebsvorrichtungen angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die vier Antriebsvorrichtungen zwischen den zwei Getrieben angeordnet, da so eine Betriebsmittelzuführung, beispielsweise Diesel oder Gas, sowie eine Abführung, beispielsweise für Abgas zentral zwischen den vier Antriebsvorrichtungen erfolgen kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verläuft die zweite Welle in einem Wellentunnel durch den ersten Antriebsraum. Ein Wellentunnel ermöglicht, dass die zweite Welle zwar räumlich den ersten Antriebsraum durchquert, aber in dem Wellentunnel vollständig gekapselt ist, sodass die zweite Welle von einem Schadensereignis, beispielsweise einem Feuer oder einem Wassereinbruch im ersten Antriebsraum nicht betroffen wäre.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Wasserfahrzeug eine fünfte Antriebsvorrichtung und eine sechs Antriebsvorrichtung auf. Die fünfte
Antriebsvorrichtung ist im ersten Antriebsraum angeordnet und die sechste Antriebsvorrichtung ist im zweiten Antriebsraum angeordnet. Entsprechend ist die fünfte Antriebsvorrichtung mit dem ersten Getriebe verbunden und die sechs
Antriebsvorrichtung ist mit dem zweiten Getriebe verbunden ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Antriebsvorrichtungen als Elektromotoren ausgeführt. Das Wasserfahrzeug weist wenigstens einen ersten Generator und einen zweiten Generator auf, wobei der erste Generator im ersten Antriebsraum und der zweite Generator im zweiten Antriebsraum angeordnet ist. Beispielsweise sind der erste Generator und der zweite Generator jeweils ein Dieselgenerator.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Antriebsvorrichtungen als Elektromotoren ausgeführt. Das Wasserfahrzeug wenigstens einen ersten Generator und einen zweiten Generator auf. Der erste Generator ist in einem ersten Generatorraum und der zweite Generator ist in einem zweiten Generatorraum angeordnet. Bevorzugt ist der erste Generatorraum elektrisch mit dem ersten Antriebsraum und dem zweiten Antriebsraum verbunden und ebenso ist der zweite Generatorraum elektrisch mit dem ersten Antriebsraum und dem zweiten Antriebsraum verbunden. Hierdurch ergibt sich die optimale Redundanz, selbst wenn ein Generatorraum und ein Antriebsraum ausfallen.
In einer weiteren ausufernden Erfindung weist das Wasserfahrzeug einen dritten Antriebsraum und einen vierten Antriebsraum auf. Ferner weist das Wasserfahrzeug eine dritte Welle und eine vierte Welle sowie einen dritten Propeller und einen vierten Propeller auf, wobei der dritte Propeller auf der dritten Welle angeordnet ist und der vierte Propeller auf der ersten Welle angeordnet ist. Im dritten Antriebsraum ist ein drittes Getriebe angeordnet, welches mit der dritten Welle verbunden ist. Im vierten Antriebsraum ist ein viertes Getriebe angeordnet, welches mit der vierten Welle verbunden ist. Im dritten Antriebsraum ist eine fünfte Antriebsvorrichtung und eine siebte Antriebsvorrichtung angeordnet und mit dem dritten Getriebe verbunden. Im vierten Antriebsraum ist eine sechste Antriebsvorrichtung und eine achte Antriebsvorrichtung angeordnet und mit dem vierten Getriebe verbunden. Hierdurch kann die Redundanz weiter gesteigert werden, selbst bei einem Ausfall eines Antriebsraumes stehen und 75 % Antriebsleistung zur Verfügung.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 erstes beispielhaftes Wasserfahrzeug Fig. 2 zweites beispielhaftes Wasserfahrzeug Fig. 3 drittes beispielhaftes Wasserfahrzeug Fig. 4 viertes beispielhaftes Wasserfahrzeug Fig. 5 fünftes beispielhaftes Wasserfahrzeug
In Fig. 1 ist ein erstes beispielhaftes Wasserfahrzeug 10 gezeigt. Das Wasserfahrzeug 10 weist einen ersten Antriebsraum 100 und einen zweiten Antriebsraum 110 auf. In dem ersten Antriebsraum 100 steht eine erste Antriebsvorrichtung 20 und einen dritte Antriebsvorrichtung 40. Die erste Antriebsvorrichtung 20 und die dritte Antriebsvorrichtung 40 sind über ein erstes Getriebe 120 mit der ersten Welle 60 verbunden und treiben so den ersten Propeller 80 an. In dem zweiten Antriebsraum 110 steht eine zweite Antriebsvorrichtung 30 und eine vierte Antriebsvorrichtung 50. Die zweite Antriebsvorrichtung 30 und die vierte Antriebsvorrichtung 50 sind über ein zweites Getriebe 130 mit der zweiten Welle 70 verbunden und treiben so den zweiten Propeller 90 an.
Auffallend ist, dass die erste Antriebsvorrichtung 20, die zweite Antriebsvorrichtung 30, die dritte Antriebsvorrichtung 40 und die vierte Antriebsvorrichtung 50 zwischen der ersten Rotationsachse 62 der ersten Welle 60 und der zweiten Rotationsachse 72 der zweiten Welle 70 angeordnet sind. Weiter sind in dieser symmetrisch um die Längsachse 12 des Wasserfahrzeugs 10 angeordnet, was eine sehr gute Kraftverteilung und Gewichtsverteilung ergibt. Weiter sind die erste Antriebsvorrichtung 20, die zweite Antriebsvorrichtung 30, die dritte Antriebsvorrichtung 40 und die vierte Antriebsvorrichtung 50 zwischen dem ersten Getriebe 120 und dem zweiten Getriebe 130 angeordnet. Hierdurch ergibt sich, dass bereits durch die Aufstellung bei Verwendung vier gleichartige Antriebsvorrichtungen die Drehrichtung der ersten Welle und der zweiten Welle entgegengesetzt sind, wodurch ein optimaler Antrieb für das Wasserfahrzeug 10 erreicht wird. Würden beispielsweise die erste Antriebsvorrichtung 20 und die dritte Antriebsvorrichtung 40 in Längsrichtung 12 des Wasserfahrzeugs 10 im Uhrzeigersinn laufen und so beispielsweise die erste Welle 60 im Uhrzeigersinn drehen, so würde durch die umgedrehte Aufstellung der zweiten Antriebsvorrichtung 30 und der vierten Antriebsvorrichtung 50 bei gleicher Drehrichtung eine Drehung der zweiten Welle 70 entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugen. Somit kann alleine durch die Art der Aufstellung auf verschiedene Antriebsvorrichtungen mit gegenläufige Drehrichtung verzichtet werden, was Beschaffung und Wartung vereinfacht.
Das in Fig. 2 gezeigte zweite Beispiel weicht nur minimal von dem in Fig. 1 gezeigten ersten Beispiel ab. Lediglich der erste Antriebsraum 100 und der zweite Antriebsraum 110 sind größer, wodurch die zweite Welle 70 durch den ersten Antriebsraum 100 verläuft. Um die Welle 70 den Einflüssen aus dem ersten Antriebsraum 100 zu entziehen oder Einflüssen aus dem ersten Antriebsraum 100 auf die Welle 70 zu reduzieren, ist die Welle 70 in dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel durch einem Wellentunnel 140 geschützt.
In Fig. 3 ist ein drittes Beispiel gezeigt, welche sich von dem in Fig. 1 gezeigten ersten Beispiel dadurch unterscheidet, dass das erste Getriebe 120 und das zweite Getriebe 130 in der Mitte, also zwischen den Antriebsvorrichtungen 20, 30, 40, 50 angeordnet ist. Der Unterschied im ersten Beispiel ist gering, wobei die erste Welle 60 und die zweite Welle 70 in der Länge vergleichbarer werden.
Das in Fig. 4 gezeigte vierte Beispiel stellt Variation des dritten Beispiels mit einem Wellentunnel 140 dar, entsprechend dem Unterschied zwischen dem ersten Beispiel und dem zweiten Beispiel.
Das in Fig. 5 gezeigte fünfte Beispiel unterscheiden sich dadurch, dass die Position des ersten Antriebsraums 100 und des zweiten Antriebsraums 110 sowie der io
Antriebsvorrichtungen 20, 30, 40, 50 und der Getriebe 120, 130 um 90° gedreht ist. Nachteilig ist hierbei, dass das erste Getriebe 120 in gerader Verlängerung der ersten Welle 60 und das zweite Getriebe 130 in gerader Verlängerung der zweiten Welle 70 angeordnet sind und nicht den ersten drei Beispielen im 90 ° Winkel zueinander angeordnet sind.
Bezugszeichen
10 Wasserfahrzeug
12 Längsrichtung des Wasserfahrzeugs
20 erste Antriebsvorrichtung
30 zweite Antriebsvorrichtung
40 dritte Antriebsvorrichtung
50 vierte Antriebsvorrichtung
60 erste Welle
62 erste Rotationsachse
70 zweite Welle
72 zweite Rotationsachse
80 erster Propeller
90 zweiter Propeller
100 erster Antriebsraum
110 zweiter Antriebsraum
120 erstes Getriebe
130 zweites Getriebe
140 Wellentunnel

Claims

Patentansprüche
1. Wasserfahrzeug (10), wobei das Wasserfahrzeug (10) eine erste Antriebsvorrichtung (20), eine zweite Antriebsvorrichtung (30), eine dritte Antriebsvorrichtung (40) und eine vierte Antriebsvorrichtung (50) aufweist, wobei das Wasserfahrzeug (10) eine erste Welle (60) und eine zweite Welle (70) aufweist, wobei das Wasserfahrzeug (10) einen ersten Propeller (80) und einen zweiten Propeller (90) aufweist, wobei der erste Propeller (80) mit der ersten Welle (60) kraftschlüssig verbunden ist und der zweite Propeller (90) mit der zweiten Welle (70) kraftschlüssig verbunden ist, wobei die erste Welle (60) und die zweite Welle (70) in Längsrichtung (12) des Wasserfahrzeugs (10) angeordnet sind, wobei das das Wasserfahrzeug (10) ein erstes Getriebe (120) und ein zweites Getriebe (130) aufweist, wobei die erste Antriebsvorrichtung (20) und die dritte Antriebsvorrichtung (40) über das erste Getriebe (120) mit der ersten Welle (60) verbunden sind, wobei die zweite Antriebsvorrichtung (30) und die vierte Antriebsvorrichtung (50) über das zweite Getriebe (130) mit der zweiten Welle (70) verbunden sind, wobei die erste Welle (60) eine erste Rotationsachse (62) aufweist, wobei die zweite Welle (70) eine zweite Rotationsachse (72) aufweist, wobei die erste Antriebsvorrichtung (20) und die dritte Antriebsvorrichtung (40) nebeneinander angeordnet sind, wobei die zweite Antriebsvorrichtung (30) und die vierte Antriebsvorrichtung (50) nebeneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserfahrzeug (10) einen ersten Antriebsraum (100) und einen zweiten Antriebsraum (110) aufweist, wobei die erste Antriebsvorrichtung (20) und die dritte Antriebsvorrichtung (40) in dem ersten Antriebsraum (100) angeordnet sind, wobei die zweite Antriebsvorrichtung (30) und die vierte Antriebsvorrichtung (50) in dem zweiten Antriebsraum (110) angeordnet sind, wobei das erste Getriebe (120) im ersten Antriebsraum (100) angeordnet ist, wobei das zweite Getriebe (130) im zweiten Antriebsraum (110) angeordnet ist, wobei.
2. Wasserfahrzeug (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsvorrichtung (20), die zweite Antriebsvorrichtung (30), die dritte Antriebsvorrichtung (40) und die vierte Antriebsvorrichtung (50) zwischen der ersten Rotationsachse (62) und der zweiten Rotationsachse (72) angeordnet sind.
3. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antriebsraum (100) und der zweite Antriebsraum (110) in Längsrichtung (12) des Wasserfahrzeugs (10) hintereinander angeordnet sind, wobei die erste Antriebsvorrichtung (20) und die dritte Antriebsvorrichtung (40) quer zur Längsrichtung (12) nebeneinander angeordnet sind, wobei die zweite Antriebsvorrichtung (30) und die vierte Antriebsvorrichtung (50) quer zur
Längsrichtung (12) nebeneinander angeordnet sind.
4. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsvorrichtung (20) einen kürzeren Abstand zur ersten Welle (60) aufweist als die dritte Antriebsvorrichtung (40), wobei die zweite Antriebsvorrichtung (30) einen kürzeren Abstand der zweiten Welle (70) aufweist als die vierte Antriebsvorrichtung (50), wobei die erste Antriebsvorrichtung (20) und die zweite Antriebsvorrichtung (30) baugleich ausgeführt sind, wobei die dritte Antriebsvorrichtung (40) und die vierte
Antriebsvorrichtung (50) baugleich ausgeführt sind.
5. Wasserfahrzeug (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste
Antriebsvorrichtung (20) und die zweite Antriebsvorrichtung (30) schneller laufende Antriebsvorrichtungen sind als die dritte Antriebsvorrichtung (40) und die vierte Antriebsvorrichtung (50).
6. Wasserfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsvorrichtung (20), die zweite Antriebsvorrichtung (30), die dritte Antriebsvorrichtung (40) und die vierte
Antriebsvorrichtung (50) baugleich ausgeführt sind.
7. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsvorrichtung (20) und die dritte
Antriebsvorrichtung (40) in gleicher Laufrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei die zweite Antriebsvorrichtung (30) und die vierte Antriebsvorrichtung (50) in gleicher Laufrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei die Laufrichtung der ersten Antriebsvorrichtung (20) und die Laufrichtung der zweiten Antriebsvorrichtung (30) entgegengesetzt sind.
8. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (70) in einem Wellentunnel (140) durch den ersten Antriebsraum (100) verläuft.
9. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug (10) eine fünfte Antriebsvorrichtung und eine sechs Antriebsvorrichtung aufweist, wobei die fünfte Antriebsvorrichtung im ersten Antriebsraum (100) angeordnet ist, wobei die sechste
Antriebsvorrichtung im zweiten Antriebsraum (110) angeordnet ist, wobei die fünfte Antriebsvorrichtung mit dem ersten Getriebe (120) verbunden ist, wobei die sechs Antriebsvorrichtung mit dem zweiten Getriebe (130) verbunden ist.
10. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtungen (20, 30, 40, 50) als
Elektromotoren ausgeführt sind, wobei das Wasserfahrzeug (10) wenigstens einen ersten Generator und einen zweiten Generator aufweist, wobei der erste Generator im ersten Antriebsraum (100) angeordnet ist, wobei der zweite Generator im zweiten Antriebsraum (110) angeordnet ist.
11. Wasserfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtungen (20, 30, 40, 50) als
Elektromotoren ausgeführt sind, wobei das Wasserfahrzeug (10) wenigstens einen ersten Generator und einen zweiten Generator aufweist, wobei der erste Generator in einem ersten Generatorraum angeordnet ist, wobei der zweite Generator in einem zweiten Generatorraum angeordnet ist.
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