WO2021058460A1 - Gondelantriebssystem und dessen betrieb - Google Patents

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WO2021058460A1
WO2021058460A1 PCT/EP2020/076384 EP2020076384W WO2021058460A1 WO 2021058460 A1 WO2021058460 A1 WO 2021058460A1 EP 2020076384 W EP2020076384 W EP 2020076384W WO 2021058460 A1 WO2021058460 A1 WO 2021058460A1
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WO
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nacelle
drive system
propeller
rudder angle
rudder
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PCT/EP2020/076384
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Inventor
Thorben Kriews
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
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Publication date
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    • 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
    • B63H5/125—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers movably mounted with respect to hull, e.g. adjustable in direction, e.g. podded azimuthing thrusters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/42—Steering or dynamic anchoring by propulsive elements; Steering or dynamic anchoring by propellers used therefor only; Steering or dynamic anchoring by rudders carrying propellers
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    • 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
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    • B63H2005/1254—Podded azimuthing thrusters, i.e. podded thruster units arranged inboard for rotation about vertical axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/02—Initiating means for steering, for slowing down, otherwise than by use of propulsive elements, or for dynamic anchoring
    • B63H25/04—Initiating means for steering, for slowing down, otherwise than by use of propulsive elements, or for dynamic anchoring automatic, e.g. reacting to compass

Definitions

  • the invention relates to a gondola drive system for a floating device or to the operation of such a gondola drive system.
  • the floating facility is in particular a special ship or an oil rig. Examples of ships are: cruise ships, container ships, coastal protection ships, icebreakers, frigates, etc.
  • the nacelle drive system has in particular a nacelle with a nacelle housing, an electric motor arranged in the nacelle housing with a stator and a rotor which is arranged coaxially to an axis of rotation of the electric motor, and a nacelle shaft (shaft) via which the nacelle housing can be rotatably connected, for example, to a ship's hull.
  • an azimuth unit for azimuthal rotation is also located between the shaft and the hull of the ship.
  • the invention also relates to a ship with such a gon delantriebssystem.
  • a nacelle drive is, for example, a rudder propeller or a POD, which are also referred to as an azimuth drive device.
  • the gondola drive has a rudder effect.
  • Such a gondola drive which in particular in the Gon del has an electric motor to drive a propeller, is used, for example, as a drive unit in a ship or generally in a watercraft, i.e. a floating device, the gondola drive generally outside the The ship's hull and below the water level, especially in seawater, be found and drives a propeller.
  • nacelle drives are also known under the designation POD drives and usually have an electrical output in the megawatt range, in particular of more than 5 MW. Depending on the size of the watercraft or the floating device and the intended use of the nacelle drive, electrical outputs of less than 5 MW can also be used.
  • a drive device for a ship which has a drive pod.
  • the drive nacelle is connected to the hull of the ship via a shaft.
  • the azimuth unit for rotating the gondola is also located between the shaft and the fuselage.
  • a drive motor is located in the drive pod.
  • a drive unit of a ship in particular an azimuth drive unit of a ship, is known.
  • the drive unit has a shell structure which is arranged below a hull of the ship.
  • An electric motor is provided for rotating a propeller shaft.
  • a drive unit for a ship is known from EP 0590 867 A1, the drive unit having a gondola with an electric motor which is rotatably attached to a ship's hull via a shaft.
  • the propeller pod can be rotated (especially the rudder propeller or the POD).
  • the rotatability is azimuthal.
  • Motors are provided for rotation.
  • these are gear motors that engage a ring gear with a pinion.
  • POD drives the highest occurring forces and torques (i.e. also relevant for dimensioning) occur during maneuvers at high speed. That is, the drives for rotating the propeller gondola are completely oversized for "normal" operating cases.
  • the azimuthal rotation of the propeller gondola gives rise to rudder forces which act on the propeller gondola and thus also on the drives through which the propeller gondola is rotated If the forces are too high, damage can be caused. The forces increase with the rudder angle and speed.
  • One object of the invention is to improve the dimensions of the drives for rotating the propeller pod.
  • Another object of the invention is, for example, the Si improve the safety of the operation of a nacelle propulsion system.
  • a pod propulsion system for a floating facility includes a propeller pod.
  • the propeller pod can, for example, have an electric motor for driving the propeller or a mechanical connection to an electric motor which is located in a ship's hull.
  • the propeller pod is rotatable, a rudder angle of the propeller pod being limited as a function of a speed of the floating device.
  • the rotatability applies in particular to an azimuthal rotatability. This also includes the term azimuth drive for such a gondola drive system.
  • the rotation of the Propellergon del results in a rudder effect.
  • the brother angle results from an angle between the longitudinal axis of the ship and the longitudinal axis of the propeller nacelle.
  • the speed relates, for example, to travel through water (FdW) or travel over ground (FÜG).
  • the travel through the water is the speed of the ship relative to the water.
  • the travel over the ground is the speed of the ship relative to the sea floor.
  • limiting the maximum rudder angle for example to +/- 20 °
  • high speeds for example> 18 knots
  • a limitation of the maximum rudder angle can also increase the security against incorrect operation, whereby the general safety of the floating device can be increased.
  • rudder angle for example, +/- 10 ° and a speed of greater than 20 knots can be avoided.
  • the rudder angle can be limited to +/- 10 ° at> 20kts.
  • the limitation is specified by means of a mathematical function and / or a table.
  • an algorithm built into the software of a controller for the nacelle drive system can limit the rudder angle accordingly.
  • the rudder angle can be adjusted degressively / progressively / linearly or in steps via the ship's speed. This can be chosen depending on the use of the ship, for example.
  • the limitation is progressive. This is advantageous because the rudder forces increase exponentially with increasing ship speed.
  • a control device for limiting the rudder angle is provided, in particular an operating state is provided in which the limitation can be removed.
  • the operating status be, for example, the location where the ship is located.
  • a distinction can be made between a harbor mode (V ⁇ 10kts -> 360 ° rudder angle) and a sea mode (V> 10kts, rudder angle max. +/- 35 °).
  • the Ruderwin angle can also be referred to as the control angle.
  • the override function can be triggered, for example, by pressing (push buttons). Because the force on the nacelle can be limited, it is no longer necessary to oversize the drives for rotating the nacelle. A purely location-dependent limitation of the rudder angle can also be avoided.
  • a rudder force determining device is provided, which is connected to the control device in terms of data.
  • the rudder force determination device can determine the force acting on the nacelle. This force has to be generated by the drives, which are provided for the rotary movement of the nacelle. In one embodiment, this can be used to determine the force which the drives have to apply for positioning (rotating) the nacelle. If the force to be applied exceeds a value specified by the drives and their maximum power, the rudder angle can be limited.
  • the power of the electric drives being too small to permanently maintain a rudder angle of greater than 1 +/- 20 IGrad at a speed of greater than 20 knots.
  • drives for rotating the nacelle can be dimensioned in such a way that not every rudder angle is possible in every operating state of the ship. Not only can installation costs be reduced, but the weight of the nacelle drive system can also be reduced.
  • the speed relates to the journey through the water. The ground speed can easily be determined using a GPS system, but water currents are not taken into account. By using the speed through the water, the force on the rudder can be determined more precisely.
  • a display can show whether the rudder forces are in a normal range or whether the system is in an extreme operating condition. As a result, this operating state can be reduced or avoided if unnecessary.
  • a rudder angle of the propeller nacelle is limited depending on a speed of the floating device or depending on a rudder force.
  • the force that acts on the propeller nacelle (gondola) can be limited. This can be done, for example, directly as a function of the rudder force acting on the gondola, or as a function of the speed of the floating device.
  • This makes it possible to make the electrical drives that are required to rotate the nacelle smaller.
  • the limitation is lifted for a speed of less than 10 knots, for example. If the limitation for the rudder angle is lifted at small speeds of less than 10 knots, the maneuverability of the floating device increases, which is particularly advantageous in a harbor. In one embodiment of the method, the limitation is removed for a maneuver of the last moment. For example, despite the risk of an excessively high rudder angle and thus an excessively high force on the rudder, under certain circumstances an even greater risk of a collision with another ship or another object can be reduced.
  • electrical drives are used to adjust the rudder angle.
  • Electrical drives are defined by various characteristics. For example, there is a nominal power or at least a specified maximum power. Various maximum services can also be specified, which can last for a certain period of time. In this way, the use and operation of such electric drives can be planned depending on the length of time and the required output.
  • a time is measured in which the electric drives for adjusting the rudder angle deliver a certain power. In this way, the electric drives can be protected against overload.
  • a further time can be specified in which the electric drives can deliver a time-dependent maximum power, after which the rudder angle is then reduced after this time.
  • These electric drives can also be protected in this way.
  • a maximum rudder angle is calculated and, in particular, displayed for a period of time. For example, a helmsman can see whether and when the drives for turning the nacelle are overloaded or would be overloaded.
  • the rudder force is calculated or displayed.
  • the rudder force is the force which acts on the gondola.
  • a shaft is also part of the Gon del.
  • the rudder effect is achieved not only by the propeller or the housing for the electric drive for driving the propeller, but also by the shaft. It can therefore be shown on a display whether the rudder force or the rudder forces are in a normal range or whether the system is in an extreme operating condition. As a result, this Radiozu can be reduced or avoided if unnecessary.
  • FIG 1 a ship
  • FIG 3 electric drives for the rotary movement of the Pro peller gondola.
  • the illustration according to FIG. 1 shows a ship 2 which has a nacelle drive system 1.
  • the nacelle drive system 1 has a propeller nacelle (nacelle) 3 with a shaft 11, which hangs on a hull 17 of the ship 2.
  • the per peller gondola 3 can be rotated about an axis of rotation 14.
  • a rudder effect can thus be set.
  • the propeller pod 3 has a propeller 13 which can be driven by an electric propeller drive 12.
  • a rudder axis 16 has.
  • the rudder axis 16 can be rotated via the axis of rotation 14.
  • a control device 5 is provided for rotation.
  • a rudder force determination device 6 is used to calculate the rudder force.
  • the rudder force is the force that acts statically on the rudder or has to be applied by the rudder.
  • the illustration according to FIG. 2 shows a rudder angle 4 which is spanned between the rudder axis 16 and the longitudinal axis 15 of the ship 2.
  • FIG. 3 shows a toothed ring 10 which is rigidly coupled to the propeller pod 3 (see FIG. 1).
  • the gear rim 10 can be rotated with its axis of rotation 14 via electrical drives 7, 8 and 9, which are designed in particular as gear motors, since pinions which are connected to the drives 7, 8 and 9 mesh with the gear rim. In this way, the propeller pod 3 can be rotated and its rudder action can be exerted.

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Abstract

Bei einem Gondelantriebssystem (1) für eine schwimmende Einrichtung (2), welche eine Propellergondel (3) aufweist, wobei die Propellergondel (3) drehbar ist, ist ein Ruderwinkel (4) der Propellergondel (3) in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit der schwimmenden Einrichtung (2) begrenzt. Entsprechend wird bei einem Verfahren zum Betrieb des Gondelantriebssystems ein Ruderwinkel (4) der Propellergondel (3) in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit der schwimmenden Einrichtung (2) oder in Abhängigkeit einer Ruderkraft begrenzt.

Description

Beschreibung
Gondelantriebssystem und dessen Betrieb
Die Erfindung betrifft ein Gondelantriebssystem für eine schwimmende Einrichtung bzw. den Betrieb eines derartigen Gondelantriebssystems. Die schwimmende Einrichtung ist insbe sondere ein Schiff oder eine Bohrinsel. Beispiele für Schiffe sind: Kreuzfahrtschiffe, Containerschiffe, Küstenschutzschif fe, Eisbrecher, Fregatten, etc. Das Gondelantriebssystem weist insbesondere eine Gondel mit einem Gondelgehäuse, einen im Gondelgehäuse angeordneten Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, welcher koaxial zu einer Rotationsachse des Elektromotors angeordnet ist, und einen Gondelschaft (Schaft), über welchen das Gondelgehäuse drehbar zum Beispiel mit einem Schiffsrumpf verbindbar ist, auf. Zwischen dem Schaft und dem Rumpf des Schiffes befindet sich insbesondere noch eine Azimutheinheit zur azimuthalen Drehung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Schiff mit einer derartigen Gon delantriebssystem. Ein Gondelantrieb ist beispielsweise ein Ruderpropeller bzw. ein POD, die auch als Azimut-Antriebs einrichtung bezeichnet werden. Der Gondelantrieb hat eine Ru derwirkung .
Ein derartiger Gondelantrieb, welche insbesondere in der Gon del ein elektrischen Motor zum Antrieb eines Propellers auf weist, kommt beispielsweise als Antriebseinheit bei einem Schiff oder allgemein bei einem Wasserfahrzeug, also einer schwimmenden Einrichtung, zum Einsatz, wobei sich der Gondel antrieb im Allgemeinen außerhalb des Schiffsrumpfes und un terhalb des Wasserspiegels, insbesondere im Meerwasser, be findet und einen Propeller antreibt. Derartige Gondelantriebe sind, wie angemerkt, auch unter der Bezeichnung POD-Antriebe bekannt und weisen üblicherweise eine elektrische Leistung im Megawattbereich, insbesondere von mehr als 5 MW auf. Abhängig von der Größe des Wasserfahrzeuges bzw. der schwimmenden Ein richtung und dem Verwendungszweck des Gondelantriebes können auch elektrische Leistungen kleiner 5 MW zum Einsatz kommen. Aus der EP 2824 806 Al ist eine Antriebseinrichtung für ein Schiff bekannt, welche eine Antriebsgondel aufweist. Die An triebsgondel ist über einen Schaft mit dem Rumpf des Schiffes verbunden. Zwischen dem Schaft und dem Rumpf befindet sich insbesondere noch die Azimutheinheit zur Drehung der Gondel. In der Antriebsgondel befindet sich ein Antriebsmotor.
Aus der EP 2824 028 Bl ist eine Antriebseinheit eines Schif fes, insbesondere eine Azimut-Antriebseinheit eines Schiffes bekannt. Die Antriebseinheit weist eine Schalenstruktur, die unterhalb eines Rumpfes des Schiffes angeordnet ist, auf. Ein Elektromotor ist zum Drehen einer Propellerachse vorgesehen.
Aus der EP 0590 867 Al ist eine Antriebseinheit für ein Schiff bekannt, wobei die Antriebseinheit eine Gondel mit ei nem Elektromotor aufweist, welche über einen Schaft drehbar an einem Schiffsrumpf befestigt ist.
Um eine Ruderwirkung zu erreichen ist die Propellergondel drehbar (insbesondere der Ruderpropeller bzw. der POD). Die Drehbarkeit ist azimuthal. Für die Drehung sind Motoren vor gesehen. Dies sind insbesondere Getriebemotoren die mit einem Ritzel in einen Zahnkranz greifen. Bei POD Antrieben treten die höchsten auftretenden (d.h. auch für die Dimensionierung relevanten) Kräfte und Momente bei Manövern bei hoher Ge schwindigkeit auf. D.h. die Antriebe zur Drehung der Propel lergondel sind für die „normalen" Betriebsfälle vollkommen überdimensioniert. Durch die azimuthale Drehung der Propel lergondel treten Ruderkräfte auf, welche auf die Propeller gondel und damit auch auf die Antriebe wirken, durch welche die Propellergondel gedreht wird. Sind die Kräfte zu hoch, können Schäden verursacht werden. Die Kräfte steigen mit dem Ruderwinkel und der Geschwindigkeit.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es die Dimensionierung der An triebe zur Drehung der Propellergondel zu verbessern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es beispielsweise die Si- cherheit des Betriebs eines Gondelantriebssystems zu verbes sern.
Eine Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Gondelantriebssys tem nach Anspruch 1, bzw. bei einm Verfahren zum Betrieb ei nes Gondelantriebssystems nach Anspruch 8. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich beispielsweise gemäß der Ansprüche 2 bis 7 und 9 bis 15.
Ein Gondelantriebssystem für eine schwimmende Einrichtung weist eine Propellergondel auf. Die Propellergondel kann bei spielsweise einen elektrischen Motor zum Antrieb des Propel lers aufweisen oder eine mechanische Verbindung zu einem elektrischen Motor, welcher sich in einem Schiffsrumpf befin det. Die Propellergondel ist drehbar, wobei ein Ruderwinkel der Propellergondel in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit der schwimmenden Einrichtung begrenzt ist. Die Drehbarkeit be trifft insbesondere eine azimutale Drehbarkeit. Daraus er schließt sich auch der Begriff Azimutantrieb für ein derarti ges Gondelantriebssystem. Durch die Drehung der Propellergon del ergibt sich eine Ruderwirkung. Der Bruderwinkel ergibt sich aus einem Winkel zwischen der Längsachse des Schiffes und der Längsachse der Propellergondel. Es ist also eine Ru derlagebegrenzung in Abhängigkeit von der Schiffsgeschwindig keit vorgeschlagen. Die Geschwindigkeit betrifft beispiels weise die Fahrt durchs Wasser (FdW) oder die Fahrt über Grund (FÜG). Die Fahrt durchs Wasser ist die Geschwindigkeit des Schiffes relativ zum Wasser. Die Fahrt über Grund ist die Ge schwindigkeit des Schiffes relativ zum Meeresgrund. Bei spielsweise kann eine Begrenzung des maximalen Ruderwinkels (Beispielsweise auf +/- 20°) bei hohen Geschwindigkeiten (z.B. >18 Knoten) die maximal auftretenden Lasten erheblich reduzieren. Eine Begrenzung des maximalen Ruderwinkel kann zudem die Sicherheit gegen Fehlbedienung erhöhen, womit die allgemeine Sicherheit der schwimmenden Einrichtung erhöht werden kann. Beispielsweise können bei extremen Manövern bei hohen Geschwindigkeiten große Krängungswinkel auftreten, wel ches ggf. Passagiere in Panik versetzen könnten, was durch eine Begrenzung des Ruderwinkels auf beispielsweise +/- 10° und einer Geschwindigkeit von größer 20 Knoten vermieden wer den kann. Beispielsweise kann auch durch eine Begrenzung des Ruderwinkels auf +/- 5° bei hohen Geschwindigkeiten (>20kts) eine ausreichende Kurskorrektur bzw -Stabilität gewährleistet werden. Daher kann beispielsweise eine Ruderlagebegrenzung bei >20kts auf +/- 10° realisiert werden.
In einer Ausgestaltung des Gondelantriebssystems ist die Be grenzung mittels einer mathematischen Funktion und/oder einer Tabelle vorgegeben. So kann beispielsweise ein in einer Soft ware einer Steuerung des Gondelantriebsystems eingebauter Al gorithmus den Ruderwinkel entsprechend begrenzen.
In einer Ausgestaltung des Gondelantriebssystems kann eine Anpassung des Ruderwinkels über die Schiffsgeschwindigkeit degressiv/progressiv/linear oder abgestuft erfolgen. Dies kann beispielsweise abhängig vom Einsatz des Schiffes gewählt werden.
In einer Ausgestaltung des Gondelantriebssystems ist die Be grenzung progressiv. Dies ist vorteilhaft, da mit steigender Schiffsgeschwindigkeit die Ruderkräfte exponentiell steigen.
In einer Ausgestaltung des Gondelantriebssystems ist eine Steuerungseinrichtung zur Begrenzung des Ruderwinkel vorgese hen, wobei insbesondere ein Betriebszustand vorgesehen ist, in dem die Begrenzung aufhebbar ist. Der Betriebszustand be trifft beispielsweise den Ort an dem das Schiff sich befin det. So kann beispielsweise zwischen einem Hafen-Mode (V<10kts -> 360° Ruderwinkel) und einem See-Mode (V>10kts, Ruderwinkel max. +/- 35°) unterschieden werden. Der Ruderwin kel kann auch als Steuerwinkel bezeichnet werden. In einer weiteren Ausgestaltung ist es beispielsweise vorgesehen, dass es eine Override-Funktion gibt. Mit dieser Funktion kann eine Begrenzung aufgehoben werden. Bei der Override-Funktion wird beispielsweise der Mannschaft, also dem Bedienpersonal, im Zweifel bei gewissen Manövern (zum Beispiel: man over board oder Manöver des letzten Augenblicks) einen ausreichenden Handlungsfreiraum gegeben. Diese Kräfte können im Lastkollek tiv entsprechend berücksichtigt werden, müssten dann aller dings nicht mehr als Dauerlast ausgehalten werden können, sondern nur eine endliche Anzahl oft in der Lebenszeit des Antriebes. Die Override-Funktion kann beispielsweise durch einen Druck auf (Push-Buttons) ausgelöst werden. Dadurch, dass die Kraft auf die Gondel begrenzt werden kann ist eine Überdimensionierung der Antriebe zur Drehbewegung der Gondel nicht mehr notwendig. Auch kann eine reine standortabhängige Begrenzung des Ruderwinkel vermieden werden.
In einer Ausgestaltung des Gondelantriebssystems ist eine Ru- derkraftermittlungseinrichtung vorgesehen, welche datentech nisch mit der Steuerungseinrichtung verbunden ist. Durch die Ruderkraftermittlungseinrichtung kann die Kraft, welche auf die Gondel einwirkt, ermittelt werden. Diese Kraft ist von den Antrieben aufzubringen, welche für die Drehbewegung der Gondel vorgesehen sind. In einer Ausgestaltung kann damit die Kraft ermittelt werden, welche von den Antrieben zur Positio nierung (Drehung) der Gondel aufzubringen ist. Überschreitet die aufzubringende Kraft einen durch die Antriebe und deren maximale Leistung vorgegebenen Wert, so kann der Ruderwinkel beschränkt werden.
In einer Ausgestaltung des Gondelantriebssystems sind elekt rische Antriebe zur Verstellung des Ruderwinkels vorgesehen, wobei die Leistung der elektrischen Antriebe zu klein ist, um bei einer Geschwindigkeit von größer 20 Knoten einen Ruder winkel von größer 1+/- 20 IGrad dauerhaft zu halten. Dies ist ein Beispiel dafür, dass Antriebe zur Drehung der Gondel derart dimensioniert werden können, dass nicht in jedem Be triebszustand des Schiffes jeder Ruderwinkel möglich ist. So können nicht nur Installationskosten reduziert werden, son dern es kann auch das Gewicht des Gondelantriebssystems redu ziert werden. In einer Ausgestaltung des Gondelantriebssystemw betrifft die Geschwindigkeit die Fahrt durchs Wasser. Die Geschwindigkeit über Grund kann zwar über ein GPS System leicht ermittelt werden, jedoch bleiben so Wasserströmungen unberücksichtigt. Durch die Verwendung der Geschwindigkeit durchs Wasser kann die Kraft auf das Ruder exakter bestimmt werden.
In einer Ausgestaltung des Gondelantriebssystems kann auf ei ner Anzeige dargestellt werden, ob sich die Ruderkräfte in einem normalen Bereich bewegen, oder die Anlage sich in einer extremen Betriebsbedingung befindet. Dadurch kann dieser Be triebszustand, wenn unnötig, verringert oder vermieden wer den.
Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Gondelantriebssystems für eine schwimmende Einrichtung, wobei das Gondelantriebs system eine Propellergondel aufweist, wobei die Propellergon del drehbar ist, wird ein Ruderwinkel der Propellergondel in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit der schwimmenden Einrich tung oder in Abhängigkeit einer Ruderkraft begrenzt. So kann die Kraft, welche auf die Propellergondel (Gondel) wirkt be grenzt werden. Dies kann beispielsweise direkt in Abhängig keit von der Ruderkraft, welche auf die Gondel wirkt, erfol gen, oder in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der schwim menden Einrichtung. Dadurch ist es möglich die elektrischen Antriebe, welche zur Drehung der Gondel benötigt werden, kleiner auszulegen. Weiterhin ist es beispielsweise möglich durch die Begrenzung des Ruderwinkel abhängig von der Ge schwindigkeit gefährliche Situationen durch Fehlbedienung und einen zu großen Ruderwinkel bei hoher Geschwindigkeit zu ver meiden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird beispielsweise für eine Geschwindigkeit von kleiner 10 Knoten die Begrenzung aufgehoben. Wird die Begrenzung für den Ruderwinkel bei klei nen Geschwindigkeiten von kleiner 10 Knoten aufgehoben so er höht sich die Manövrierfähigkeit der schwimmenden Einrich tung, was insbesondere in einem Hafen von Vorteil ist. In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird für ein Manöver des letzten Augenblicks die Begrenzung aufgehoben. So kann beispielsweise trotz Risiken eines zu hohen Ruderwinkels und damit einer zu hohen Kraft auf das Ruder unter Umständen ein noch größeres Risiko einer Kollision mit einem anderen Schiff oder einem anderen Objekt reduziert werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden elektrische An triebe zur Verstellung des Ruderwinkels verwendet. Elektri sche Antriebe sind durch verschiedene Kenndaten definiert. Beispielsweise gibt es eine Nennleistung oder zumindest eine angegebene Maximalleistung. Es können auch verschiedene maxi male Leistungen angegeben werden, welche für bestimmte Zeit dauern aufgebracht werden können. So kann der Einsatz und der Betrieb derartiger elektrischer Antriebe abhängig von der Zeitdauer und der angeforderten Leistung geplant werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Zeit gemes sen, in welcher die elektrischen Antriebe zur Verstellung des Ruderwinkels eine bestimmte Leistung liefern. So können die elektrischen Antriebe vor Überlast geschützt werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann eine weitere Zeit vorgegeben sein, in welcher die elektrischen Antriebe eine zeitabhängige maximale Leistung abgeben können, wonach nach dieser Zeit der Ruderwinkel dann reduziert wird. Auch so kön nen diese elektrischen Antriebe geschützt werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird abhängig von der Auslastung der elektrischen Antriebe zur Verstellung des Ru derwinkels ein maximaler Ruderwinkel für eine Zeitdauer be rechnet und insbesondere angezeigt. So kann beispielsweise ein Rudergänger sehen ob und wann die Antriebe zum Drehen der Gondel überlastet sind bzw. überlastet werden würden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Ruderkraft be rechnet bzw. angezeigt. Die Ruderkraft ist die Kraft, welche auf die Gondel wirkt. Auch ein Schaft ist ein Teil der Gon del. Die Ruderwirkung wird insbesondere nicht alleine durch den Propeller bzw. das Gehäuse für den elektrischen Antrieb zum Antrieb des Propellers erzielt, sondern auch durch den Schaft. Es kann also auf einer Anzeige dargestellt werden, ob sich die Ruderkraft bzw. die Ruderkräfte in einem normalen Bereich bewegen, oder die Anlage sich in einer extremen Be triebsbedingung befindet. Dadurch kann dieser Betriebszu stand, wenn unnötig, verringert oder vermieden werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele exemplarisch näher be schrieben und erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen Gleich artiges bezeichnen können. Es zeigen:
FIG 1 ein Schiff,
FIG 2 einen Ruderwinkel und
FIG 3 elektrische Antriebe für die Drehbewegung der Pro pellergondel.
Die Darstellung nach FIG 1 zeigt ein Schiff 2, welches eine Gondelantriebssystem 1 aufweist. Das Gondelantriebssystem 1 weist eine Propellergondel (Gondel) 3 mit einem Schaft 11 auf, welche an einem Rumpf 17 des Schiffes 2 hängt. Die Pro pellergondel 3 ist um eine Drehachse 14 drehbar. Damit kann eine Ruderwirkung eingestellt werden. Zur Drehung, welche azimuthal ist, ist ein Zahnkranz 10 vorgesehen, an welchen Ritzel von elektrischen Antrieben (hier nicht dargestellt) eingreifen. Die Propellergondel 3 weist einen Propeller 13 auf welche von einem elektrischen Propellerantrieb 12 an- treibbar ist. Wie Propellergondel weist durch ihre Längsaus dehnung und die Drehachse des Propellers 13 zusammen mit dem Schaft 11 eine Ruderachse 16 auf. Die Ruderachse 16 kann über die Drehachse 14 gedreht werden. Zur Drehung ist eine Steue rungseinrichtung 5 vorgesehen. Eine Ruderkraftermittlungsein richtung 6 dient zur Berechnung der Ruderkraft. Die Ruder kraft ist die Kraft die statisch auf das Ruder einwirkt bzw. vom Ruder aufzubringen ist. Die Darstellung nach FIG 2 zeigt einen Ruderwinkel 4 welche sich zwischen der Ruderachse 16 und der Längsachse 15 des Schiffes 2 aufgespannt.
Die Darstellung nach FIG 3 zeigt einen Zahnkranz 10, welcher starr mit der Propellergondel 3 (siehe Figur 1) gekoppelt ist. Über elektrische Antriebe 7,8 und 9, welche insbesondere als Getriebemotoren ausgebildet sind, ist der Zahnkranz 10, mit seiner Drehachse 14, drehbar, da Ritzel, welche mit den Antrieben 7,8 und 9 verbunden sind in den Zahnkranz eingrei- fen. Der Art kann die Propellergondel 3 gedreht werden und ihre Ruderwirkung entfalten.

Claims

Patentansprüche
1. Gondelantriebssystem (1) für eine schwimmende Einrichtung (2), welche eine Propellergondel (3) aufweist, wobei die Pro pellergondel (3) drehbar ist, wobei ein Ruderwinkel (4) der Propellergondel (3) in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit der schwimmenden Einrichtung (2) begrenzt ist.
2. Gondelantriebssystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Be grenzung mittels einer mathematischen Funktion und/oder einer Tabelle vorgegeben ist.
3. Gondelantriebssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Begrenzung progressiv ist.
4. Gondelantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Steuerungseinrichtung (5) zur Begrenzung vorgesehen ist, wobei insbesondere ein Betriebszustand vorgesehen ist, in dem die Begrenzung aufhebbar ist.
5. Gondelantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Ruderkraftermittlungseinrichtung (6) vorgesehen ist, welche datentechnisch mit der Steuerungseinrichtung (5) verbunden ist.
6. Gondelantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei elektrische Antriebe (7,8,9) zur Verstellung des Ruder winkels (4) vorgesehen sind, wobei die Leistung der elektri schen Antriebe (7,8,9) zu klein ist, um bei einer Geschwin digkeit von größer 20 Knoten einen Ruderwinkel von größer
1+/- 20 IGrad dauerhaft zu halten.
7. Gondelantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Geschwindigkeit die Fahrt durchs Wasser betrifft.
8. Verfahren zum Betrieb eines Gondelantriebssystems (1) für eine schwimmende Einrichtung (2), wobei das Gondelantriebs system eine Propellergondel (3) aufweist, wobei die Propel- lergondel (3) drehbar ist, wobei ein Ruderwinkel (4) der Pro pellergondel (3) in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit der schwimmenden Einrichtung (2) oder in Abhängigkeit einer Ru derkraft begrenzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei für eine Geschwindigkeit von kleiner 10 Knoten die Begrenzung aufgehoben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei für ein Manöver des letzten Augenblicks die Begrenzung aufgehoben wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei elekt rische Antriebe (7,8,9) zur Verstellung des Ruderwinkels (4) verwendet werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei eine Zeit gemessen wird in welcher die elektrischen Antriebe (7,8,9) zur Verstellung des Ruderwinkels (4) eine bestimmte Leistung liefern und/oder wobei eine weitere Zeit vorgegeben ist in welcher die elektrischen Antriebe eine zeitabhängige maximale Leistung abgeben können, wonach der Ruderwinkel (4) dann reduziert wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei abhän gig von der Auslastung der elektrischen Antriebe (7,8,9) zur Verstellung des Ruderwinkels (4) ein maximaler Ruderwinkel
(4) für eine Zeitdauer berechnet wird und insbesondere ange zeigt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Ruderkraft angezeigt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei ein Gondelantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 verwendet wird.
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EP2824806A1 (de) 2013-07-09 2015-01-14 ABB Oy Schiffsmaschinenanlage
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