WO2013104658A1 - Binnenschiff und verfahren zum betrieb eines binnenschiffs - Google Patents
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- B63H23/24—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
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- Part load operation area unneeded electrical energy cached in a suitable energy storage Part load operation area unneeded electrical energy cached in a suitable energy storage.
- other energy storage can be used, such as hydrogen storage, if with the
- Electric motor regenerative electrical energy is generated when the ship's shaft is driven by the drive combustion ⁇ engine, or even if the ship is at anchor or moored at the pier, and the flow to the propeller rotation of the
- Fig. 2 is also another identical structure
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Binnenschiff (11) mit mindestens einer Antriebseinheit (1). Die Antriebseinheit (1) weist eine Schiffswelle (4), eine Antriebsverbrennungskraftmaschine (2), mindestens eine Generatorverbrennungskraftmaschine (7), einen elektrischen Generator und einen steuerbaren Elektromotor (5) auf. Die Antriebsverbrennungskraftmaschine (2) ist mit der Schiffswelle (4) in einem ersten Eingriffsbereich der Schiffswelle (4) mit der Schiffswelle (4) lösbar in Eingriff bringbar. Der steuerbare Elektromotor (5) ist mit der von einer Generatorverbrennungskraftmaschine (7) erzeugten elektrischen Energie betreibbar und kann die Schiffswelle (4) antreiben. Der steuerbare Elektromotor (5) steht in einem zu dem ersten Eingriffsbereich beabstandeten zweiten Eingriffsbereich der Schiffswelle (4) mit der Schiffswelle (4) unlösbar in Eingriff. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines Binnenschiffs (11) mit einer Antriebsverbrennungskraftmaschine (2), die in einem ersten Eingriffsbereich einer Schiffswelle (4) mit der Schiffswelle (4) lösbar in Eingriff bringbar ist und mit einem steuerbaren Elektromotor (5), der die Schiffswelle (4) antreiben kann. Der steuerbare Elektromotor (5) steht in einem zu dem ersten Eingriffsbereich beabstandeten zweiten Eingriffsbereich der Schiffswelle (4) mit der Schiffswelle (4) dauerhaft in Eingriff und hat nur etwa 50 % der Antriebsleistung der Antriebsverbrennungskraftmaschine (2). Das Binnenschiff (11) wird mindestens in einem Teillastbetriebsbereich mit dem steuerbaren Elektromotor (5) angetrieben.
Description
Binnenschiff und Verfahren zum Betrieb eines Binnenschiffs
Die Erfindung betrifft ein Binnenschiff mit mindestens einer Antriebseinheit, wobei die Antriebseinheit eine
Schiffswelle, eine Antriebsverbrennungskraftmaschine, mindestens eine Generatorverbrennungskraftmaschine, einen elektrischen Generator und einen steuerbaren Elektromotor aufweist, wobei die Antriebsverbrennungskraftmaschine mit der Schiffswelle in einem ersten Eingriffsbereich der
Schiffswelle mit der Schiffswelle lösbar in Eingriff bringbar ist, wobei die Generatorverbrennungskraftmaschine mit dem elektrischen Generator in Wirkverbindung steht, wobei mit dem elektrischen Generator elektrische Energie erzeugbar ist und wobei der steuerbare Elektromotor mit der von dem elektrischen Generator erzeugten elektrischen
Energie betreibbar ist und die Schiffswelle antreiben kann.
Bei dem Binnenschiff kann es sich unter anderem um ein Frachtschiff wie beispielsweise ein Güterschiff, ein
Containerschiff, ein Tankschiff oder ein
Autotransportschiff handeln. Es ist auch möglich, dass es sich bei dem Binnenschiff um ein Motorschiff in einem
Koppel- oder Schubverband handelt. Bei dem Binnenschiff kann es sich auch um ein Passagierschiff oder um ein
Arbeitsschiff handeln.
Einige moderne Binnenschiffe weisen Diesel-elektrische Antriebseinheiten auf, bei denen die benötigte
Antriebsenergie sowohl unmittelbar von einer
Antriebsverbrennungskraftmaschine an einer Schiffwelle bereitgestellt wird als auch von einem steuerbaren
Elektromotor auf die Schiffswelle übertragen wird, wobei die zum Betrieb des steuerbaren Elektromotors erforderliche elektrische Energie von einer Generatorverbrennungs¬ kraftmaschine erzeugt wird. Des Weiteren besitzen solche Schiffe oft ein Bugtriebwerk, welches von einem
Dieselmotor, einer sonstigen Verbrennungskraftmaschine oder auch elektrisch angetrieben wird.
Durch die Verwendung solcher Antriebseinheiten ist es möglich, die Antriebsverbrennungskraftmaschine und die Generatorverbrennungskraftmaschine im Wesentlichen in Betriebsbereichen zu betreiben, die bezüglich der
jeweiligen Wirkungsgrade der Verbrennungskraftmaschinen besonders günstig sind. Auf diese Weise kann Kraftstoff eingespart und die laufenden Kosten reduziert werden. Um den steuerbaren Elektromotor bei Bedarf mit der
Schiffswelle in Eingriff bringen zu können bzw. wieder lösen zu können, sind üblicherweise aufwändige Getriebe mit entsprechenden Kupplungen zwischen dem steuerbaren
Elektromotor und der Schiffswelle vorgesehen. Diese
Getriebe und Kupplungen sind wartungsintensiv und
verursachen auch laufende Kosten.
Als Aufgabe der Erfindung wird es daher angesehen, ein Binnenschiff mit einer bekannten Antriebseinheit
dahingehend weiterzuentwickeln, dass ein Betrieb des
Binnenschiffs kostengünstiger möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der steuerbare Elektromotor als ein direkter Bestandteil der Antriebswelle eingesetzt wird. Dies kann auch nachträglich geschehen, indem ein Teil aus der Welle herausgeschnitten wird, die offenstehenden Enden mit Flanschen versehen werden und der Elektro-Motor dort zwischenhinein gesetzt wird. Dies kann insbesondere auch nachträglich in
bestehende Schiffe eingebracht werden. Der Elektromotor wird also dann in einem zu dem ersten Eingriffsbereich beabstandeten zweiten Eingriffsbereich der Schiffswelle mit der Schiffswelle unlösbar in Eingriff gebracht. Auf diese Weise wird die Schiffswelle von dem steuerbaren
Elektromotor direkt angetrieben, so dass auf eine Kupplung und gegebenenfalls auf ein entsprechendes Getriebe
verzichtet werden kann.
An dieser Stelle der Schiffswelle kann der Elektromotor auch als Wellentraglager oder Radiallager dienen, und radial wirkende Kräfte der Welle aufnehmen.
Der Elektromotor kann insbesondere bei einem nachträglichen Einbau gegen ein solches Lager ausgetauscht werden.
Zudem können ältere und lediglich mit einer
Antriebsverbrennungskraftmaschine betriebene Binnenschiffe auf unterschiedlichste Weise mit dem steuerbaren
Elektromotor nachgerüstet werden, da die
Hauptverbrennungskraftmaschine und der steuerbare
Elektromotor an verschiedenen Stellen bzw.
unterschiedlichen Abschnitten der Schiffswelle mit der
Schiffswelle in Eingriff gebracht werden können bzw.
stehen .
Insbesondere ist aber bei dem Einbau des Elektromotors vorgesehen, diesen von der Leistung erheblich reduziert auszulegen, und nur in Teillastbereichen das Schiff mit diesem Elektromotor anzutreiben, und die
Antriebsverbrennungskraftmaschine bei solchen Fahrten aus zuschalten .
Eine Antriebsverbrennungskraftmaschine ist in der
Leistungsauslegung so angelegt, dass sie bei starker
Strömung und voller Ladung immer noch stromaufwärts
Leistungsreserven für Notfälle hat.
So läuft ein solches Aggregat beispielsweise meist mit 80% seiner maximalen Leistung mit Ladung stromaufwärts.
Unter Berücksichtigung der hohen Wartungskosten eines solchen Aggregats und der Betrachtung hinsichtlich
Wirkungsgrad, Verbrauchskosten und Wartung ist die Fahrt eines solchen Schiffs im Teillastbereich, z.B. also stromabwärts - dann meist mit nur unter 50% oder sogar nur unter 20 % Last - äußerst unrentabel oder ineffizient.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Elektromotor nur für Teillastfahrten einzuschalten und in dieser Zeit das Antriebsverbrennungskraftmaschine auszuschalten,
aus zukuppeln .
Es ist jedoch auch denkbar bei neuen Schiffen das
Hauptantriebsaggregat, die
Antriebsverbrennungskraftmaschine welche meistens als Hauptdieselaggregat bezeichnet wird so auszulegen, dass es
bei 100% betrieben wird, und wohingegen eine
Leistungsreserve auf Anforderung vom Elektro
hinzugenommen werden kann.
Da der Elektromotor nur auf ca. 20% vom Hauptwirkungsgrad ausgelegt werden muss, kann dieser sehr klein und günstig sein .
Ebenfalls reduziert in der Leistung kann dann auch die Generatorverbrennungskraftmaschine sowie der Generator ausgelegt werden. Auch diese wird deutlich günstiger und kleiner, als wenn der gesamte Elektroantrieb wie üblich auf 100% der Hauptverbrennungskraftmaschine ausgelegt wird. Erfindungsgemäß hat deshalb der Elektromotor weniger als 50% der Abgabeleistung der Hauptverbrennungskraftmaschine, zum Beispiel auch etwa nur 20% der Abgabeleistung der
Hauptverbrennungskraftmaschine .
Um den steuerbaren Elektromotor drehzahlvariabel betreiben zu können ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der
steuerbare Elektromotor mit einem Frequenzumrichter
elektrisch leitend verbindbar ist. Der Frequenzumrichter bzw. ein entsprechender Wechselrichter kann beispielsweise in IGBT-Technik ausgeführt sein.
Zweckmäßigerweise kann der Frequenzumrichter mit dem steuerbaren Elektromotor elektrisch leitend verbunden werden, sobald Antriebsenergie von dem steuerbaren
Elektromotor auf die Schiffswelle übertragen werden soll. Es ist aber auch möglich, wie herkömmlich die
Antriebsenergie ausschließlich über die Antriebs¬ verbrennungskraftmaschine an der Schiffswelle
bereitzustellen. In diesem Fall kann die elektrische
Verbindung mit dem Frequenzumrichter getrennt werden, so dass beispielsweise ein Rotor des steuerbaren Elektromotors nahezu widerstandsfrei über die Schiffswelle angetrieben wird und rotiert. Alternativ kann der Elektro-Motor dann aber auch als Generator betrieben werden.
Um von der Antriebsverbrennungskraftmaschine oder der
Generatorverbrennungskraftmaschine erzeugte Energie, die für den Antrieb des Binnenschiffs momentan nicht benötigt wird Zwischenspeichern zu können ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Antriebseinheit eine Batterie oder einen sonstigen Energiespeicher aufweist. In diesem
Speicher kann von dem elektrischen Generator über die
Generatorverbrennungskraftmaschine erzeugte elektrische Energie gespeichert werden. Es ist aber auch möglich den steuerbaren Elektromotor als Generator zu betreiben und von der Antriebsverbrennungskraftmaschine erzeugte und auf die Schiffswelle übertragene Energie über den steuerbaren
Elektromotor im Generatorbetrieb in elektrische Energie zu transformieren und in der Batterie zu speichern. Es ist aber auch denkbar und zweckmäßigerweise vorgesehen,
elektrische Energie aus anderen Energiequellen in der
Batterie zu speichern.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem steuerbaren Elektromotor um einen Synchronmotor oder um einen
Asynchronmotor. Synchronmotoren und Asynchronmotoren sind verhältnismäßig kostengünstig herzustellen und wartungsarm. Darüber hinaus können Synchronmotoren und Asynchronmotoren in dem für die Verwendung bei einer Antriebseinheit
erforderlichen Drehzahl- und Lastbereich betrieben werden.
Um die Kosten für ein Binnenschiff mit der Antriebseinheit weiter zu senken ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass es sich bei der Antriebsverbrennungskraftmaschine und/oder bei der Generatorverbrennungskraftmaschine um einen Dieselmotor oder um einen Gasmotor handelt. Auf diese Weise ist es möglich, auf herkömmliche Verbrennungskraftmaschinen zurückzugreifen. Beispielsweise ist es möglich, als
Generatorverbrennungskraftmaschine einen handelsüblichen LKW-Dieselmotor einzusetzen und als Antriebsverbrennungs¬ kraftmaschine einen aus dem Schiffsbau bekannten Gasmotor zu verwenden.
Auf diese Weise können lediglich durch eine
Verbrennungskraftmaschine angetriebene Binnenschiffe einfach nachgerüstet werden, da die bereits vorhandene Verbrennungskraftmaschine weiterhin als Antriebs¬ verbrennungskraftmaschine verwendet werden kann,
insbesondere wenn das Schiff unter Volllast, z.B.
stromaufwärts fährt.
Insbesondere kann auf diese Weise auf sämtliche wartungs- und kostenintensiven Getriebeverbindungen des steuerbaren Elektromotors mit der Schiffswelle verzichtet werden.
Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Kühlvorrichtung des steuerbaren Elektromotors mit Flusswasser betreibbar ist. Dies kann indirekt über
Wärmetauscher, aber auch direkt mit dem Flusswasser
geschehen, wenn Ansaugfilter verwendet werden. Auf diese Weise können die Herstellungskosten der Antriebseinheit weiter gesenkt werden, da auf den Einsatz geeigneter
Wärmetauscher zur Ableitung der von dem steuerbaren
Elektromotor erzeugten und auf das Flusswasser übertragenen thermischen Energie verzichtet werden kann. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Binnenschiffs ist vorgesehen, dass ein Bugtriebwerk mit einem steuerbaren Bugelektromotor in Eingriff steht. Auf diese Weise kann auch das unter anderem für das Steuermanöver eingesetzte Bugtriebwerk elektrisch betrieben werden, und von einer gemeinsamen Schiffs
Generatorverbrennungskraftmaschine auf Anforderung
mitversorgt werden.
Um die Anschaffungskosten weiter zu senken ist
vorteilhafterweise vorgesehen, dass es sich bei der
Generatorverbrennungskraftmaschine um einen Bugdieselmotor handelt .
Wenn das Schiff vorher z.B. ein dieselbetriebenes
Bugtriebwerk hatte, ist also denkbar, diesen Diesel an Ort und Stelle vom Bugtriebwerk zu trennen, und stattdessen mit einem Generator zu versehen und mit diesem den Elektromotor auf der Schiffswelle mit Strom zu versorgen, oder
alternativ ein neues elektrisches Bugtriebwerk damit anzusteuern.
Auf diese Weise ist eine Nachrüstung herkömmlicher Diesel¬ betriebener Binnenschiffe einfach möglich. Der ursprünglich für den Antrieb des Bugtriebwerks eingesetzte
Bugdieselmotor kann dann auch in einem bezüglich des
Wirkungsgrads des Bugdieselmotors günstigen Betriebsbereich als Generatorverbrennungskraftmaschine betrieben werden.
Die von dem Bugdieselmotor generierte elektrische Energie kann sowohl zum Betrieb des elektrisch betriebenen
Bugtriebwerks als auch zum Antrieb eines oder mehrerer mit einer oder mehreren Schiffswellen in Eingriff stehender steuerbarer Elektromotoren verwendet werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines Binnenschiffs mit einer Antriebskraftmaschine, die in einem ersten Eingriffsbereich einer Schiffwelle mit der
Schiffswelle lösbar in Eingriff bringbar ist und mit einem steuerbaren Elektromotor, der die Schiffswelle antreiben kann .
Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass der steuerbare Elektromotor an einem zu dem ersten Eingriffsbereich beabstandeten zweiten Eingriffsbereich der Schiffswelle mit der Schiffswelle dauerhaft in Eingriff steht und das
Binnenschiff mindestens in einem Teillastbetriebsbereich mit dem steuerbaren Elektromotor angetrieben wird. Wie vorbenannt sind dies beispielsweise Leerfahrten oder beispielsweise auch Stromabwärtsfahrten, Kanalfahrten auf Binnengewässern, Flüssen. Auf diese Weise kann Kraftstoff eingespart werden, da in den für die Antriebskraftmaschine ungünstigen Drehzahl- und Lastbereichen die Antriebs- Verbrennungskraftmaschine abgeschaltet und von der
Schiffswelle getrennt werden kann und die gesamte in dem Teillastbetriebsbereich benötigte Antriebsenergie über den steuerbaren Elektromotor auf die Schiffswelle übertragen werden kann.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass eine elektrisch leitende Verbindung des steuerbaren Elektromotors mit einer
elektrischen Energieversorgungsvorrichtung in einem
Volllastbetriebsbereich getrennt wird, oder nur bei
Anforderung von Zusatzantriebskraft zugeschaltet wird Bei der elektrischen Energieversorgungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Wechselrichter handeln.
Für den Betrieb des Binnenschiffs ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine im
Teillastbetriebsbereich von der Schiffswelle getrennt wird und in einem Volllastbetriebsbereich mit der Schiffswelle in Eingriff gebracht wird. Auf diese Weise wird die
Antriebsverbrennungskraftmaschine nur in einem bezüglich des spezifischen Verbrauchs der Antriebsverbrennungs¬ kraftmaschine günstigen Betriebsbereich betrieben. In anderen Teillast zuständen hingegen wird das Schiff dann elektromotorisch betrieben.
Um die für den Betrieb des steuerbaren Elektromotors erforderliche elektrische Energie bedarfsgerecht
bereitstellen zu können ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Binnenschiff mindestens eine Generatorverbrennungskraftmaschine aufweist, wobei die
Generatorverbrennungskraftmaschine mit vorzugsweise
konstanten Drehzahlen betrieben wird. Dies ist eine oder mehrere leistungsorientierte Drehzahlen, die von der
Wellendrahzahl unabhängig sind. Auf diese Weise kann die Generatorverbrennungskraftmaschine in einem bezüglich Ihres Kraftstoffverbrauchs günstigen Betriebsbereichen betrieben werden .
Zweckmäßigerweise wird in dem jeweiligen
Teillastbetriebsbereich nicht benötigte elektrische Energie
in einem geeigneten Energiespeicher zwischengespeichert. Hierbei können auch andere Energiespeicher angewendet werden, wie z.B. WasserstoffSpeicher , wenn mit der
überschüssigen Energie z.B. Wasser in Sauerstoff und
Wasserstoff aufgespalten wird. Der steuerbare Elektromotor kann dann zu einem späteren Zeitpunkt wieder über den Speicher oder über die Batterie mit elektrischer Energie versorgt werden. Da bei Betrieb der Antriebsverbrennungskraftmaschine der Motor auch als Generator betrieben werden kann, kann auch diese Energie zur Versorgung des Bordspannungsnetzes, des Bugantriebs oder zum Füllen eines Energiespeichers
verwendet werden.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Binnenschiff in einer weiteren Ausgestaltung mindestens zwei oder mehrere Generatorverbrennungskraftmaschinen aufweist, wobei die Generatorverbrennungskraftmaschinen gemäß einer vorgebbaren Lastbedingung zur Erzeugung elektrischer Energie gestartet werden, und auf Anforderung auch parallel in Betrieb sind. Diese Kaskadierung kann je nach Leistungsbedarf auch automatisch aktiviert werden. Auf diese Weise können die
Generatorverbrennungskraftmaschinen je nach Bedarf
zugeschaltet werden und zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden. Dadurch muss weniger elektrische Energie in einer Batterie zwischengespeichert werden, da die elektrische Energie bedarfsgerecht erzeugt werden kann. Gegebenenfalls kann auf den Einsatz einer zusätzlichen Batterie auch vollständig verzichtet werden.
Der Kraftstoffverbrauch des Binnenschiffs kann dadurch weiter gesenkt werden, dass mit dem steuerbaren
Elektromotor generatorisch elektrische Energie erzeugt wird, wenn die Schiffswelle von der Antriebsverbrennungs¬ kraftmaschine angetrieben wird, oder aber auch wenn das Schiff vor Anker liegt oder am Pier festgemacht wird, und die Strömung auf den Propeller eine Drehung der
Schiffswelle verursacht.
Erfindungsgemäß wird die Antriebsverbrennungskraftmaschine bei einer Fahrt des Binnenschiffs flussabwärts abgeschaltet und von der Schiffswelle getrennt. Die benötigte
Antriebsenergie in diesem Teillastbetriebsbereich wird dann über den steuerbaren Elektromotor direkt auf die
Schiffswelle übertragen.
Es ist aber auch möglich, dass der steuerbare Elektromotor als Anlasser für die Antriebsverbrennungskraftmaschine verwendet wird. Auf diese Weise kann auf die Verwendung eines zusätzlichen Anlassers für die
Antriebsverbrennungskraftmaschine verzichtet werden.
Da die Antriebsverbrennungskraftmaschine und die
Generatorverbrennungskraftmaschine nur in festgelegten Betriebsbereichen bzw. unter bestimmten Bedingungen zum Einsatz kommen, werden diese Verbrennungskraftmaschinen seltener betrieben als eine entsprechende
Antriebsverbrennungskraftmaschine bei einem herkömmlichen Binnenschiff, das ohne steuerbaren Elektromotor betrieben wird. Dadurch erhöhen sich die für die
Verbrennungskraftmaschine erforderlichen
Wartungsintervalle, so dass weniger Stillstandszeiten für das Binnenschiff erforderlich sind, wodurch die
Betriebskosten weiter gesenkt werden können. Ältere Binnenschiffe, die ausschließlich mit einer
Antriebsverbrennungskraftmaschine betrieben werden, können einfach und kostengünstig mit einer Generatorverbrennungs¬ kraftmaschine und einem steuerbaren Elektromotor
nachgerüstet werden. Als Generatorverbrennungskraftmaschine kann beispielsweise auch ein handelsüblicher LKW- Dieselmotor eingesetzt werden. Die Investitionskosten können dadurch gesenkt werden, dass der steuerbare
Elektromotor dauerhaft mit der Schiffswelle in Eingriff steht und der Rotor des steuerbaren Elektromotors
zweckmäßigerweise einen Teil der Schiffswelle bildet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des
Erfindungsgedankens werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 den Stand der Technik, ein herkömmliches
Binnenschiff,
Fig. 2 zwei schematisch dargestellte erfindungsgemäße
Antriebseinheiten,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform zweier Antriebseinheiten,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren
Ausführungsform zweier Antriebseinheiten, wobei die
steuerbaren Elektromotoren über eine gemeinsame Generatorverbrennungskraftmaschine mit elektrischer Energie versorgt werden,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Binnenschiffs mit einer Antriebseinheit, Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Binnenschiffs mit einer alternativen Ausführungsform einer
Antriebseinheit .
In Fig. 1 ist ein herkömmliches Binnenschiff 11 gezeigt, ausgestattet mit einer typischerweise mit Diesel
betriebenen Antriebsverbrennungskraftmaschine 2 und einem Bugantrieb 14 welcher ebenso herkömmlich über ein
Dieselaggregat betrieben wird. In Fig. 2 ist schematisch eine Antriebseinheit 1 mit einer Antriebsverbrennungskraftmaschine 2 dargestellt, wobei die die Antriebsverbrennungskraftmaschine 2 über ein
Wendegetriebe 3 mit einer Schiffswelle 4 verbunden ist. Mit der Schiffswelle 4 ist in einem zweiten Eingriffsabschnitt 4' ein steuerbarer Elektromotor 5 verbunden. Der steuerbare Elektromotor 5 wird über einen Wechselrichter 6 gesteuert und über eine Generatorverbrennungskraftmaschine 7 in
Verbindung mit einem Generatorteil 7' mit Strom versorgt. Eine elektrisch leitende Verbindung 8 des Wechselrichters 6 mit dem steuerbaren Elektromotor 5 kann bei Bedarf getrennt werden, falls über den steuerbaren Elektromotor 5 keine
Antriebsenergie auf die Schiffswelle 4 übertragen werden soll .
In Fig. 2 ist auch eine weitere identisch aufgebaute
Antriebseinheit 1' dargestellt, da ein Binnenschiff
üblicherweise mit zwei Antriebseinheiten ausgestattet ist. Vorzugsweise ist der Elektromotor 5 jeweils direkt in den Wellenstrang eingebunden. Hierzu ist die Schiffswelle unterbrochen, und der Motor mittels Flanschen oder anderen Elementen zur Drehmomentübertragung in den Wellenstrang eingebunden. Dies können auch sogenannte „Kupplungen" sein, wobei hiermit aber nicht das ein- und auskuppelbare Kuppeln gemeint ist, sondern Kupplungselemente zur
Drehmomentübertragung. Diese greifen üblicherweise von 2 Seiten „gekuppelt" ineinander, und nehmen zwischen sich elastische Elemente zum Ausgleich des Wellenversatzes oder eines Winkelversatzes auf, da 2 montierte Wellen in den seltensten Fällen 100% fluchten. Ebenso können in solche Wellenkupplungen Dämpfungselemente zur Torsionsdämpfung eingebaut werden. In jedem Falle ist aber eine „direkte", nicht von außen kuppel- oder lösbare Verbindung
hergestellt, sondern eine dauerhafte.
Fig. 3 zeigt schematisch zwei identisch aufgebaute
Antriebseinheiten 1 mit jeweils einer
Antriebsverbrennungskraftmaschine 2, die über eine Kupplung 9 mit einer Antriebswelle 4' verbunden werden kann. Ein steuerbarer Elektromotor 5 ist dauerhaft direkt mit der Antriebswelle 4' verbunden. Zwischen dem steuerbaren
Elektromotor 5 und einem Schiffspropeller 10 ist ein
Wendegetriebe 3 vorgesehen, Welches die Schiffswelle 4 antreibt .
Der steuerbare Elektromotor 5 wird über eine trennbare elektrisch leitende Verbindung 8 von dem Wechselrichter 6 gesteuert und von der Generatorverbrennungskraftmaschine 7 einschließlich zugehörigem Generator 7' mit Strom versorgt.
In Fig. 4 sind schematisch zwei der in Fig. 1 dargestellten Antriebseinheiten 1 dargestellt, wobei zur Versorgung der steuerbaren Elektromotoren 5 mit elektrischer Energie eine einzige Generatorverbrennungskraftmaschine 7 mit auch nur einem einzigen Generator 7' vorgesehen ist.
Es ist weiterhin denkbar dass auf die Verbindungspunkte 20 weitere Generatorverbrennungskraftmaschinen zugeschaltet oder installiert werden können, oder eine Maschine im Heck ergänzt wird durch eine im Bug.
In Fig. 5 ist schematisch ein Binnenschiff 11 mit einer Antriebseinheit 1 dargestellt. Das Binnenschiff 1 weist zudem eine zweite, in dieser Abbildung nicht dargestellte, Antriebseinheit 1 auf, welche wie auf den vorherigen
Zeichnungen einen zweiten Wellenstrang baugleich antreibt. Die Antriebseinheit 1 wird hierbei über eine
Bugdieselgeneratoreinheit 12, einen Generator 7'' und einen Wechselrichter 6'' mit elektrischer Energie versorgt. Die Antriebseinheit 1 weist eine Hauptverbrennungskraftmaschine 2 auf, die über ein Getriebe 13 mit der Schiffwelle 4 verbunden ist. Mit der Schiffswelle 4 ist zudem ein
steuerbarer Elektromotor 5 verbunden. Das Binnenschiff 11 weist zudem ein Bugtriebwerk 14 auf, das mit einem steuerbaren Bugelektromotor 15 angetrieben und von dem gemeinsamen Bugdieselmotor 12 mit elektrischer
Energie versorgt wird. Der Bugdieselmotor 12 kann hierbei insbesondere eine ursprüngliche Dieselmaschine gewesen sein, welche vor einem Umbau das Bugtriebwerk angetrieben hat, wie in Fig. 1 gezeigt. In diesem Fall benötigt man an der Dieselmaschine nur einen Generatoranbau um die Antriebe mit Strom zu versorgen.
In Fig. 6 ist ein Binnenschiff 11 schematisch dargestellt, wobei das Binnenschiff 11 eine oder zwei Antriebseinheiten 1 mit einem Bugtriebwerk 14 aufweist, wobei lediglich eine Antriebseinheit 1 in der Abbildung dargestellt ist. Das Bugtriebwerk 14 steht mit dem steuerbaren Bugelektromotor 15 in Eingriff. Der steuerbare Bugelektromotor 15 wird über eine Generatorverbrennungskraftmaschine 7 einschließlich zugehörigem Generator 7' und einen Umrichter 6 mit
elektrischer Energie versorgt, welche ebenso den
Elektromotor 5 mit Strom versorgen kann.
Die Schiffswelle 4 steht mit dem steuerbaren Elektromotor 5 dauerhaft und unlösbar in Eingriff. Des Weiteren ist die Schiffswelle 4 über ein Getriebe 13 mit der
Antriebsverbrennungskraftmaschine 2 in Eingriff bringbar.
Es ist auch möglich, die Antriebseinheit 1 mit mehreren Generatorverbrennungskraftmaschinen 7 und Generatoren auszurüsten und mit elektrischer Energie zu versorgen.
Bei den in den Figuren dargestellten
Antriebsverbrennungskraftmaschinen 2 kann es sich sowohl um Dieselmotoren als auch um Gasmotoren mit je etwa 500 -
1000 kW handeln. Ein Bugtriebwerk hat typischerweise eine Leistung zwischen 250 und 350 kW, weshalb auch das
Dieselaggregat als elektrische Quelle für den Motor 5 mit etwa 250 kW typischerweise von der Leistung sehr geeignet ist. Die in den Figuren dargestellten
Antriebsverbrennungskraftmaschinen 2 sind als Schnellläufer ausgestaltet und daher jeweils über ein Getriebe 3 mit der Schiffswelle 4 verbunden. Es ist allerdings auch denkbar, langsam laufende Verbrennungskraftmaschinen als
Antriebsverbrennungskraftmaschinen einzusetzen, so dass auf den Einsatz eines Getriebes verzichtet werden könnte.
Claims
P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Binnenschiff (11) mit einer Antriebseinheit, die
Antriebseinheit bestehend aus einer Schiffswelle (4), welche einen Propeller (10) trägt, aus einer
Antriebsverbrennungskraftmaschine (2), wobei die
Antriebsverbrennungskraftmaschine (2) mit der
Schiffswelle (4) lösbar in Eingriff bringbar ist, und aus einer Generatorverbrennungskraftmaschine (7) mit einem zugehörigen elektrischen Generator und mit einem steuerbaren Elektromotor (5), wobei der Elektromotor
(5) mit der von dem elektrischen Generator erzeugten elektrischen Energie betreibbar ist und die
Schiffswelle (4) antreiben kann, dadurch
gekennzeichnet, dass der steuerbare Elektromotor (5) eine Abgabeleistung von weniger als die Hälfte der maximalen Leistungsabgabe der
Antriebsverbrennungskraftmaschine (2) hat.
2. Binnenschiff (11) gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der steuerbare Elektromotor (5) eine Abgabeleistung in der Größenordnung von
betragsmäßig zwischen 15 %und 35 % der
Antriebsverbrennungskraftmaschine (2) hat. 3. Binnenschiff (11) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) mit der
Schiffswelle (4) direkt oder nicht kuppelbar in
Eingriff steht.
Binnenschiff (11) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Antriebsverbrennungskraftmaschine (2) mit der
Schiffswelle (4) in einem ersten Eingriffsbereich der Schiffswelle (4) mit der Schiffswelle (4) lösbar in Eingriff steht und dass der Elektromotor (5) in einem zu dem ersten Eingriffsbereich beabstandeten zweiten Eingriffsbereich der Schiffswelle (4) mit der
Schiffswelle (4) in Eingriff steht.
Binnenschiff (11) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) in einem zu dem ersten Eingriffsbereich beabstandeten zweiten
Eingriffsbereich der Schiffswelle (4) für die
Schiffswelle (4) ein Wellenradiallager oder eine
Wellentraglagerung beinhaltet.
Binnenschiff (11) gemäß einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotorachse des Elektromotors (5) in dem zweiten Eingriffsbereich der Schiffswelle (4) als ein Teil der Schiffswelle (4) dient .
Binnenschiff (11) gemäß einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Elektromotor (5) bei eingeschalteter
Antriebsverbrennungskraftmaschine (2) als Generator betreibbar ist und ein Bordnetz, einen Bugantrieb oder einen Energiespeicher mit Energie versorgt.
8. Binnenschiff (11) gemäß einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem steuerbaren Elektromotor (5) um einen Synchronmotor oder um einen Asynchronmotor handelt.
Binnenschiff (11) gemäß einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Antriebsverbrennungskraftmaschine (2) und/oder bei der Generatorverbrennungskraftmaschine (7) um einen
Dieselmotor oder um einen Gasmotor handelt.
Binnenschiff (11) gemäß einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Elektromotor (5) direkt oder indirekt mit Flusswasser gekühlt wird.
Binnenschiff (11) gemäß einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein steuerbarer Bugelektromotor (15) mit einem Bugtriebwerk (14) in Eingriff steht und parallel mit dem steuerbaren
Elektromotor (5) von einer gemeinsamen
Generatorverbrennungskraftmaschine (7) mit Energie versorgt wird.
Binnenschiff (11) gemäß einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Generatorverbrennungskraftmaschine (7) um einen Bug- Dieselmotor (12) handelt, welcher in einem
Vorschiffbereich angebracht ist.
Verfahren zum Betrieb eines Binnenschiffs (11) mit einer Antriebsverbrennungskraftmaschine (2) und mit einem steuerbaren Elektromotor (5), der die
Schiffswelle (4) antreiben kann, dadurch
gekennzeichnet, dass der steuerbare Elektromotor (5) in einem zu dem ersten Eingriffsbereich beabstandeten zweiten Eingriffsbereich der Schiffswelle (4) mit der Schiffswelle (4) dauerhaft in Eingriff steht und das Binnenschiff (11) in einem Teillastbetriebsbereich oder bei Betriebsfahrten stromabwärts oder bei Leerfahrten ausschließlich mit dem steuerbaren Elektromotor (5) angetrieben wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) bei
eingeschalteter Antriebsverbrennungskraftmaschine (2) als Generator betrieben wird und ein Bordnetz, einen Bugantrieb oder einen Energiespeicher mit Energie versorgt .
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Binnenschiff (11) mindestens zwei
Generatorverbrennungskraftmaschinen (7) aufweist, wobei die Generatorverbrennungskraftmaschinen (7) gemäß einer vorgebbaren Lastbedingung zur Erzeugung elektrischer Energie gestartet und einzeln zugeschaltet werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass von dem elektrischen Generator und/oder von dem steuerbaren Elektromotor (5)
überschüssige elektrische Energie erzeugt wird und die
überschüssige elektrische Energie in einem
Energiespeicher gespeichert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) nur max . 50 der Abgabeleistung der
Antriebsverbrennungskraftmaschine (2) hat.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Elektromotor (5) als Generator betrieben wird, wenn das Binnenschiff (11) festliegt und der Propeller (10) durch Strömung angetrieben wird und die so erzeugte elektrische
Energie in dem Energiespeicher gespeichert oder in das Bordnetz eingespeist wird.
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