WO2016177865A1 - Schiffsantrieb - Google Patents

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WO2016177865A1
WO2016177865A1 PCT/EP2016/060151 EP2016060151W WO2016177865A1 WO 2016177865 A1 WO2016177865 A1 WO 2016177865A1 EP 2016060151 W EP2016060151 W EP 2016060151W WO 2016177865 A1 WO2016177865 A1 WO 2016177865A1
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Volker Höfer
Jörg SCHEID
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Schottel Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a marine propulsion system having an upper housing part, a nacelle and a shaft extending between the upper housing part and the nacelle, wherein in the nacelle an underwater transmission with input and output shaft is arranged and the input shaft is connected to a drive shaft extending through the shaft , which is driven by an electric motor, wherein the electric motor is disposed within the shaft and surrounds the drive shaft.
  • Such marine propulsion systems are e.g. known from WO 2010/100 092 A2 and serve to implement by means of a propeller mounted on the output shaft, the drive energy applied to the drive shaft in driving force.
  • an electric motor arranged above the shaft in the region of the upper housing part is connected to the drive shaft and drives the output shaft and finally the elevator shaft via the underwater transmission located in the nacelle mounted propeller.
  • Such a marine propulsion usually works on the so-called diesel-electric principle, i. an internal combustion engine within the ship generates electrical energy that is delivered to the electric motor.
  • a disadvantage of the known prior art is the space required in the upper housing part arranged electric motor, which forms the highest point of the drive and has a high lubricant requirement, since both the underwater transmission enclosing nacelle and the shaft must be oil filled. This results in additional problems, such as high churning losses of gear stages running in the oil bath and poor service accessibility.
  • the object of the invention is therefore to propose a marine propulsion of the type mentioned, which circumvents the disadvantages of the prior art.
  • the invention proposes that the arranged within the shaft and the drive shaft enclosing the electric motor is connected via a reduction gear to the drive shaft, which is arranged in the upper housing part and in particular designed as a planetary gear.
  • a reduction gear By arranging such a reduction gear, it is possible to provide a slender motor of its dimensions with comparatively less torque than heretofore available, but capable of providing the necessary drive torques through the interposition of the reduction gear.
  • these can also be accommodated in a particularly slim shaft of the ship propulsion, which in turn brings fluidic advantages.
  • the reduction gear which is designed according to a proposal of the invention as a planetary gear, is easily accessible due to its arrangement in the upper housing part and thus above the electric motor for maintenance purposes and runs without significant wiping losses, in which it is forcibly lubricated via corresponding supply lines with lubricant.
  • the electric motor is integrated in a particularly space-saving manner within the shaft, ie it no longer forms the highest point of the ship propulsion and the upper housing part can be made correspondingly smaller.
  • a large installation space length is available within the shaft, so that the electric motor used can be made correspondingly long, whereby the outer diameter of the same can be reduced, without sacrificing performance.
  • Another advantage is the fact that the required oil volume in the ship's propulsion is reduced by integration of the electric motor into the shaft, since a large part of the hitherto oil-filled installation space is occupied by the electric motor.
  • the electric motor extends even beyond the shaft out into the upper housing part, which is still required for the fixation of the ship propulsion system according to the invention in the hull.
  • the ship propulsion system according to the invention may in particular be a rudder propeller, which is designed with a Versteilantrieb for rotating the nacelle and possibly also the associated shaft about a vertical axis.
  • the adjusting drive is advantageously arranged in the region of the upper housing part and forms the highest point of the ship propulsion system according to the invention, wherein the overall height of the adjusting drive can be further reduced by an angled arrangement of the adjusting motors.
  • Figure 1 is a schematic side view of a first embodiment of the ship's drive according to the invention.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows the cooling of a first embodiment of the invention
  • Figure 4 shows the cooling of a second embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a ship propulsion system according to a first embodiment, which is a rudder propeller which is rotatable about a vertical axis V by means of adjusting drives, which are not shown but are known per se.
  • the ship propulsion system comprises an upper housing part 10, a nacelle 12 and a shank 11 extending between the upper housing part 10 and the nacelle 12. While the upper housing part 10 is fixedly mounted in a hull, not shown here, the shaft 11 and the nacelle 12 pivotable about the axis V by means of Versteilantriebes to produce in addition to propulsion and a control pulse for the thus equipped watercraft.
  • a underwater gear 120 is received, which carries an input shaft 121 and an output shaft 122, which are arranged approximately at an angle of 90 ° to each other.
  • the horizontally extending output shaft 122 carries by way of example a propeller marked 16 at one of its ends, with which it is led out of the nacelle 12.
  • the input shaft 121 of the underwater transmission 120 is connected to a drive shaft 13 which is driven by an electric motor 14.
  • This electric motor 14 draws its energy, for example, from suitable energy storage within the ship or from an internal combustion engine to realize a diesel-electric drive.
  • the electric motor 14 is disposed within the shaft 11 and surrounds the drive shaft, wherein the electric motor 14 extends into the upper housing part 10.
  • the upper housing part 10 thus accommodates only a part of the electric motor 14 and the Versteilantrieb, while the remaining part of the electric motor 14 is disposed within the shaft.
  • the drive shaft 13 runs continuously through the electric motor 14 and is coupled to the input shaft 121 of the underwater transmission 122, wherein the electric motor 14 acts on the drive shaft 13 via an intermediate reduction gearbox, which is accommodated in the upper housing part 10 in the form of a planetary gear.
  • This planetary gear drives the electric motor 14 via a hollow shaft, within which the drive shaft 13 extends.
  • the output shaft 122 may be connected to and driven by a reduction gear 15a designed as a planetary gear.
  • a reduction gear 15a designed as a planetary gear.
  • total ratios of i> 20 can be realized.
  • a very small ring gear in underwater gear 120 can be used, which requires very favorable UD ratios.
  • the required oil volume in the ship's propulsion system is also reduced since a large part of the available installation space is already filled by the electric motor 14 in the shaft 11 and in the upper housing part 10.
  • a reduction of the oil volume can only take place to the underwater gearbox within the nacelle 12.
  • the cooling of the drive components takes place exclusively via water W flowing around below the hull S, while in the exemplary embodiment according to FIG. 4 an additional coolant circuit K is provided within the ship drive in addition to cooling by means of the water W flowing around.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit einem oberen Gehäuseteil, einer Gondel und einem sich zwischen dem oberen Gehäuseteil und der Gondel erstreckenden Schaft, wobei in der Gondel ein Unterwassergetriebe mit Eingangs- und Ausgangswelle angeordnet ist und die Eingangswelle mit einer durch den Schaft verlaufenden Antriebswelle verbunden ist, die von einem Elektromotor angetrieben wird, wobei der Elektromotor innerhalb des Schaftes angeordnet ist und die Antriebswelle umschließt.

Description

Schiffsantrieb
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit einem oberen Gehäuseteil, einer Gondel und einem sich zwischen dem oberen Gehäuseteil und der Gondel erstreckenden Schaft, wobei in der Gondel ein Unterwassergetriebe mit Eingangs- und Ausgangswelle angeordnet ist und die Eingangswelle mit einer durch den Schaft verlaufenden Antriebswelle verbunden ist, die von einem Elektromotor angetrieben wird, wobei der Elektromotor innerhalb des Schaftes angeordnet ist und die Antriebswelle umschließt.
Derartige Schiffsantriebe sind z.B. aus der WO 2010/100 092 A2 bekannt und dienen dazu, mittels eines auf der Ausgangswelle montierten Propellers die auf die Antriebswelle aufgebrachte Antriebsenergie in Vortriebskraft umzusetzen.
Bei einem anderen Schiffsantrieb, wie er aus der DE 10 2010 055 778 A1 bekannt geworden ist, wird ein im Bereich des oberen Gehäuseteils oberhalb des Schaftes angeordneter Elektromotor mit der Antriebswelle verbunden und treibt über das in der Gondel befindliche Unterwassergetriebe die Ausgangswelle und letztlich den darauf montierten Propeller an. Ein solcher Schiffsantrieb funktioniert üblicherweise nach dem so genannten dieselelektrischen Prinzip, d.h. ein Verbrennungsmotor innerhalb des Schiffes erzeugt elektrische Energie, die an den Elektromotor abgegeben wird.
Nachteilig beim bekannten Stand der Technik ist der Platzbedarf des im oberen Gehäuseteil angeordneten Elektromotors, der den höchsten Punkt des Antriebs bildet und einen hohen Schmiermittelbedarf aufweist, da sowohl die das Unterwassergetriebe umschließende Gondel als auch der Schaft ölgefüllt sein müssen. Hieraus ergeben sich zusätzliche Probleme, wie hohe Planschverluste der im Ölbad laufenden Getriebestufen und eine schlechte Servicezugänglichkeit.
Eine andere Möglichkeit der Integration eines Elektromotors in einen Schiffsantrieb, insbesondere einen Ruderpropeller stellen POD-Anlagen dar, bei denen der antreibende Elektromotor in der Gondel eingebaut ist. Bei einem solchen Antriebsystem wird jedoch eine entsprechend großvolumige Gondel benötigt, die strömungstechnische Nachteile mit sich bringt und überdies ist ein solcher Antrieb wartungsfeindlich, da der Motor im Wartungsfall nicht auf einfache Weise vom Schiffsrumpf aus gewartet werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schiffsantrieb der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der die Nachteile des Standes der Technik umgeht.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der innerhalb des Schaftes angeordnete und die Antriebswelle umschließende Elektromotor über ein Untersetzungsgetriebe mit der Antriebswelle verbunden ist, welches im oberen Gehäuseteil angeordnet und insbesondere als Planetengetriebe ausgebildet ist. Durch Anordnung eines solchen Untersetzungsgetriebes ist es möglich, einen von seinen Abmessungen her schlanken Motor mit vergleichsweise weniger Drehmoment als bisher zur Verfügung zu stellen, der jedoch durch die Zwischenschaltung des Untersetzungsgetriebes die erforderlichen Antriebsmomente bereitzustellen vermag. Neben deutlich verringerten Anschaffungs- und Herstellungskosten für derartige Elektromotoren mit geringeren Abmessungen lassen sich diese auch in einem besonders schlank gehaltenen Schaft des Schiffsantriebes unterbringen, was wiederum strömungstechnische Vorteile mit sich bringt. Das Untersetzungsgetriebe, welches nach einem Vorschlag der Erfindung als Planetengetriebe ausgebildet ist, ist aufgrund seiner Anordnung im oberen Gehäuseteil und damit oberhalb des Elektromotors für Wartungszwecke leicht zugänglich und läuft ohne wesentliche Planschverluste, in dem es zwangsweise über entsprechende Zuführleitungen mit Schmiermittel geschmiert wird.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden zwei Hauptvorteile erzielt. Zum einen wird der Elektromotor besonders platzsparend innerhalb des Schaftes integriert, d.h. er bildet nicht mehr den höchsten Punkt des Schiffsantriebes und das obere Gehäuseteil kann entsprechend kleiner ausgeführt werden. Zum anderen steht innerhalb des Schaftes eine große Bauraumlänge zur Verfügung, so dass der verwendete Elektromotor entsprechend lang ausgeführt werden kann, wodurch der Außendurchmesser desselben verringert werden kann, ohne Einbußen bei der Leistung hinnehmen zu müssen.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass durch Integration des Elektromotors in den Schaft das benötigte Ölvolumen im Schiffsantrieb reduziert wird, da ein großer Teil des bisher ölgefüllten Bauraumes durch den Elektromotor belegt wird.
Nach einem Vorschlag der Erfindung erstreckt sich der Elektromotor sogar noch über den Schaft hinaus bis in den oberen Gehäuseteil, der für die Fixierung des erfindungsgemäßen Schiffsantriebs im Schiffsrumpf nach wie vor erforderlich ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Schiffsantrieb kann es sich insbesondere um einen Ruderpropeller handeln, der mit einem Versteilantrieb zum Drehen der Gondel und ggf. auch des damit verbundenen Schaftes um eine vertikale Achse ausgebildet ist. In diesem Falle ist der VerStellantrieb vorteilhaft im Bereich des oberen Gehäuseteils angeordnet und bildet den höchsten Punkt des erfindungsgemäßen Schiffsantriebes, wobei die Gesamthöhe des VerStellantriebes durch eine abgewinkelte Anordnung der Verstellmotoren weiter reduziert werden kann.
Neben der Anordnung eines einzelnen Untersetzungsgetriebes, vorzugsweise im oberen Gehäuseteil, können selbstverständlich auch weitere Untersetzungsstufen insbesondere in Form von Planetengetrieben z.B. innerhalb der Gondel vorgesehen sein, so dass sich Gesamtübersetzungen von i > 20 ergeben können.
Schließlich kann noch vorgesehen sein, die Antriebswelle über eine schaltbare Kupplung mit einem Oberwassergetriebe zu verbinden und von diesem anzutreiben, so dass neben dem Elektromotor auch ein weiterer, beispielsweise einem Schiff angeordneter Verbrennungsmotor Antriebskräfte auf die Ausgangswelle übertragen kann und auf diese Weise ein besonders platzsparender Hybridantrieb möglich wird. Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in einer schematisierten Seitenansicht eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schiffsantriebes;
Figur 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung;
Figur 3 die Kühlung einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 4 die Kühlung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Aus der Figur 1 ist ein Schiffsantrieb gemäß einer ersten Ausführungsform ersichtlich, bei dem es sich um einen Ruderpropeller handelt, der mittels nicht näher dargestellter, an sich aber bekannter VerStellantriebe um eine vertikale Achse V drehbar ist.
Der Schiffsantrieb umfasst einen oberen Gehäuseteil 10, eine Gondel 12 und einen sich zwischen dem oberen Gehäuseteil 10 und der Gondel 12 erstreckenden Schaft 11. Während der obere Gehäuseteil 10 ortsfest in einem hier nicht dargestellten Schiffsrumpf verbaut ist, sind der Schaft 11 und die Gondel 12 mittels des Versteilantriebes um die Achse V verschwenkbar, um neben Vortrieb auch einen Steuerimpuls für das solchermaßen ausgerüstete Wasserfahrzeug zu erzeugen.
Innerhalb der Gondel 12 ist ein Unterwassergetriebe 120 aufgenommen, welches eine Eingangswelle 121 sowie eine Ausgangswelle 122 trägt, die etwa unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Die horizontal verlaufende Ausgangswelle 122 trägt exemplarisch einen mit 16 gekennzeichneten Propeller an einem ihrer Enden, mit welchem sie aus der Gondel 12 herausgeführt ist.
Die Eingangswelle 121 des Unterwassergetriebes 120 ist mit einer Antriebswelle 13 verbunden, die von einem Elektromotor 14 angetrieben wird. Dieser Elektromotor 14 bezieht seine Energie beispielsweise aus geeigneten Energiespeichern innerhalb des Schiffes oder aus einem Verbrennungsmotor, um einen dieselelektrischen Antrieb zu realisieren. Zur Schaffung eines besonders kompakten Antriebes ist der Elektromotor 14 innerhalb des Schaftes 11 angeordnet und umschließt die Antriebswelle, wobei sich der Elektromotor 14 bis in den oberen Gehäuseteil 10 erstreckt.
Infolge der gewählten Anordnung des Elektromotors 14 innerhalb des Schaftes 11 , ggf. bis in den oberen Gehäuseteil 10 erstreckend, wird ein besonders kompakter Antrieb erhalten, der sich leicht und mit nur äußerst geringem Platzbedarf in einem Wasserfahrzeug integrieren lässt. Dazu ist es üblicherweise vorgesehen, dass lediglich das obere Gehäuseteil 10 innerhalb des Schiffsrumpfes aufgenommen wird, während der Schaft 11 sowie die Gondel 12 unterseitig aus dem Schiffsrumpf herausragen und sich unter Wasser befinden.
Das obere Gehäuseteil 10 beherbergt somit lediglich einen Teil des Elektromotors 14 sowie den Versteilantrieb, während der übrige Teil des Elektromotors 14 innerhalb des Schaftes angeordnet ist.
Aufgrund der Anordnung des Elektromotors 14 im Schaft 11 und teilweise in das obere Gehäuseteil 10 erstreckend kann eine sehr lange Ausführung des Elektromotors 14 in den Antrieb integriert werden, die eine bedeutende Reduktion seines Außendurchmessers gestattet. Dadurch erreicht der Schaft 11 trotz der Aufnahme des Elektromotors 14 eine für die Umströmung vorteilhaft geringen Querschnitt.
Die Antriebswelle 13 verläuft durchgängig durch den Elektromotor 14 hindurch und ist mit der Eingangswelle 121 des Unterwassergetriebes 122 gekoppelt, wobei der Elektromotor 14 über ein im oberen Gehäuseteil 10 aufgenommenes zwischengeschaltetes Untersetzungsgetriebe in Form eines Planetengetriebes auf die Antriebswelle 13 einwirkt. Dieses Planetengetriebe treibt der Elektromotor 14 über eine Hohlwelle an, innerhalb derer die Antriebswelle 13 verläuft. Durch Anordnung eines solchen Untersetzungsgetriebes wird vom Elektromotor 14 nur ein geringes Antriebsdrehmoment gefordert, so dass dessen Abmessungen weiter reduziert werden können und der Elektromotor 14 auch in einem nur geringe Abmessungen aufweisenden Schaft 14 angeordnet werden kann. Wie aus dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ersichtlich, können auch weitere Untersetzungsstufen, beispielsweise im Bereich der Gondel 12, wie mit Bezugszeichen 15a angedeutet, vorgesehen werden. Beispielsweise kann die Ausgangswelle 122 mit einem als Planetengetriebe ausgebildeten Untersetzungsgetriebe 15a verbunden sein und über dieses angetrieben werden. Auf diese Weise können Gesamtübersetzungen von i > 20 realisiert werden. Durch gezielte Anpassung der Übersetzungen der Planetenstufen 15, 15a kann zudem ein sehr kleines Tellerrad im Unterwassergetriebe 120 verwendet werden, was sehr günstige UD-Verhältnisse bedingt.
Bei allen vorangehend erläuterten Ausführungsformen wird auch das benötigte Ölvolu- men im Schiffsantrieb reduziert, da ein großer Teil des zur Verfügung stehenden Bauraumes bereits durch den Elektromotor 14 im Schaft 11 und im oberen Gehäuseteil 10 ausgefüllt wird. Je nach Ausführungsform des Schiffsantriebes kann eine Reduktion des Ölvolumens lediglich auf das Unterwassergetriebe innerhalb der Gondel 12 erfolgen.
Es versteht sich, dass die vorangehend erläuterten Schiffsantriebe nicht nur starr in einem Schiffsrumpf eingebaut sein können, sondern entlang der Hochachse V auch als ausfahrbare Schiffsantriebe Verwendung finden können. Auch hierbei bietet die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung des Elektromotors 14 innerhalb des Schaftes bedeutende Vorteile.
Schließlich ist aus den Figuren 3 und 4 anhand zweier Ausführungsbeispiele gemäß Figur 1 ersichtlich, wie das innerhalb der Gondel 12 angeordnete Unterwassergetriebe sowie der Elektromotor 14 gekühlt werden können.
Gemäß Ausführungsbeispiel der Figur 3 erfolgt die Kühlung der Antriebskomponenten ausschließlich über umströmendes Wasser W unterhalb des Schiffsrumpfes S, während im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 noch ein zusätzlicher Kühlmittelkreislauf K innerhalb des Schiffsantriebes zusätzlich zur Kühlung mittels des umströmenden Wassers W vorgesehen ist.

Claims

Patentansprüche:
1. Schiffsantrieb mit einem oberen Gehäuseteil (10) , einer Gondel (12) und einem sich zwischen dem oberen Gehäuseteil (10) und der Gondel (12) erstreckenden Schaft (1 1), wobei in der Gondel (12) ein Unterwassergetriebe (120) mit Eingangsund Ausgangswelle (121 , 122) angeordnet ist und die Eingangswelle (121 ) mit einer durch den Schaft (1 1) verlaufenden Antriebswelle (13) verbunden ist, die von einem Elektromotor (14) angetrieben wird, wobei der Elektromotor (14) innerhalb des Schaftes (11) angeordnet ist und die Antriebswelle (13) umschließt dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (13) über ein Untersetzungsgetriebe (15) mit dem Elektromotor (14) verbunden ist und das Untersetzungsgetriebe (15) im oberen Gehäuseteil angeordnet ist.
2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) sich über den Schaft hinaus bis in den oberen Gehäuseteil (10) erstreckt.
3. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Antriebswelle (13) den Rotor des Elektromotors (14) bildet oder mir diesem verbunden ist.
4. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (15) als Planetengetriebe ausgebildet ist.
5. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er als Ruderpropeller mit einem Versteilantrieb zum Drehen der Gondel (12) um eine vertikale Achse (V) ausgebildet ist.
6. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er als aus einem Schiffsrumpf ausfahrbarer Antrieb ausgebildet ist.
7. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (13) über eine schaltbare Kupplung mit einem Oberwassergetriebe verbindbar und von diesem antreibbar ist. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (122) mit einem als Planetengetriebe ausgebildeten Untersetzungsgetriebe (15a) verbunden ist.
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