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DE20122438U1 - Motoreinheit für ein Schiff - Google Patents

Motoreinheit für ein Schiff Download PDF

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DE20122438U1
DE20122438U1 DE20122438U DE20122438U DE20122438U1 DE 20122438 U1 DE20122438 U1 DE 20122438U1 DE 20122438 U DE20122438 U DE 20122438U DE 20122438 U DE20122438 U DE 20122438U DE 20122438 U1 DE20122438 U1 DE 20122438U1
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Abstract

Triebwerkszellen-Anordnung für ein Schiff, wobei die Anordnung eine im Wasser (6) angeordnete Motoreinheit umfasst, wobei die Motoreinheit einen elektrischen Motor (2) sowie alle zugehörigen Steuereinrichtungen und einen an der Motorwelle (3) angeordneten Propeller (4) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoreinheit (1) eine Gehäusestruktur (5) beinhaltet, die strukturell und funktional einen Teil des Motors (2) bildet, so dass der elektrische Motor (2) als solcher entlang seiner gesamten umfänglichen Oberfläche direkt gegenüber dem Wasser außerhalb der Motoreinheit (1) exponiert ist, wodurch die Kühlung des elektrischen Motors (2) an der umfänglichen Oberfläche direkt über das Wasser (6) außerhalb der Motoreinheit (1) durch die Gehäusestruktur (5) hindurch bewirkt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Triebwerkszellen-Anordnung für ein Schiff, wobei diese Anordnung eine Motoreinheit, wie sie aus der EP-A-1 010 614 bekannt ist, beinhaltet, die im Wasser platziert ist, wobei die Motoreinheit einen elektrischen Motor und damit verbundene Kontrollvorrichtungen sowie einen Propeller, der an der Motorwelle angeordnet ist, beinhaltet.
  • Eine konventionelle Motoranordnung in einem Schiff umfasst einen Motor, der innerhalb der Schiffshülle angeordnet ist, sowie eine Propeller, der am Ende einer Motorwelle, die sich in wasserdichter Weise durch die Schiffshülle erstreckt, angeordnet ist. Wenn der Propeller rotiert, versetzt er das das Schiff umgebende Wasser in Bewegung und bewirkt somit eine Reaktionskraft, die das Schiff vorwärts bewegt. Dieser Motor kann ein direkt eingesetzter Dieselmotor oder ein ähnlicher Verbrennungsmotor oder vorzugsweise ein elektrischer Motor sein, zu dem die notwendige elektrische Energie von einem konventionellen Verbrennungsmotor, einer Gasturbine, einer Kernenergie-Anlage oder dergleichen zugeführt wird. Das Lenken derartiger Schiffe wird konventionellerweise so bewirkt, dass ein drehbares Ruder im Propeller-Kielwasser vorgesehen ist, wobei das Ruder das Wasser ablenkt und somit eine Seitenkraft-Komponente in Beziehung zur Längsrichtung des Schiffs erschafft.
  • Andere Arten von sogenannten Triebwerkszellen sind ebenfalls bekannt, in denen der Propeller als solcher zum Zwecke des Lenkens des Schiffs gedreht werden kann. Diese Drehbewegung kann mittels einer vergleichsweise komplizierten Wellenanordnung erreicht werden oder auf einem solchen Weg, dass der Propeller an der Welle eines Motors angeordnet ist, die als solche drehbar um eine vertikale Achse angeordnet ist. Diese letztgenannte Anordnung wird Azimut-Triebwerksvorrichtung genannt und eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in dem finnischen Patent Nr. 76977 des Anmelders beschrieben, wobei die Vorrichtung vom Anmelder unter der Handelsmarke AZIPOD vermarktet wird.
  • Üblicherweise ist in den Azimut-Triebwerksvorrichtungen von heute ein an sich bekannter elektrischer Motor in einem Motorgehäuse angeordnet, welches Teil einer Anordnung ist, die eigentlich außerhalb der Schiffshülle platziert ist. Die Anordnung ist in Bezug auf das Schiff drehbar. Jedoch erzeugt ein vergleichsweise kräftiger elektrischer Motor zusätzlich zur effektiven Propellerenergie eine beachtliche Menge an Hitze, die vom Motor abgeführt werden muss. Typischerweise ist der elektrische Motor in diesem Fall so eingerichtet, dass er mit Luft gekühlt wird, da Luftkühlung insbesondere in Bezug auf die Sicherheit des Betriebs und die Instandhaltung als besonders geeignet erachtet wird. In einem solchen Fall stellen die Kühlleitungen zusätzlich einen Service-Zugangs-Durchgang in die Nähe des Motors zur Verfügung. Einer der Nachteile der Luftkühlung ist jedoch das große Raumerfordernis der Anordnungen. Es wurden ebenso Versuche unternommen, Kühl-Anordnungen einzusetzen, die beispielsweise mit einer Flüssigkeit betrieben werden, wodurch die tatsächliche Kühlvorrichtung außerhalb der Triebwerkszelle platziert ist, jedoch zeigte sich eine derartige Lösung in der Praxis als vergleichsweise kompliziert, wenn in Betracht gezogen wird, dass die Azimut-Einheit als solche drehbar angebracht ist. Weitere Versuche wurden unternommen, um Motoren auf eine solche Weise zu konstruieren, dass deren Kühlung über das äußere Gehäuse des Motorgehäuses, welches den Motor umgibt, eintritt, jedoch arbeiteten diese Lösungen nicht zufriedenstellend und haben regelmäßig die Verwendung des Motors basierend nur auf bestimmten Arbeitsprinzipien erfordert.
  • In einer ebenfalls anhängigen Patentanmeldung wurde die Gestalt des Motors selbst so vorgeschlagen, dass sie eine extrem kompakte modular Einheit enthält, die an ihrem einen Ende an einem Schiff angebracht werden kann und deren gegenüberliegendes Ende ein Propeller-Element umfasst. In dieser Lösung gibt es kein eigentliches Motorgehäuse, sondern der Motor ist als solcher am Schiff oder an zwei Auslegerstrukturen angebracht, die in Bezug auf das Schiff drehbar gelagert sind. Insbesondere in Verbindung mit dem oben genannten Azimut-Triebwerks-System werden viele signifikante Vorteile durch Verwendung einer solchen Modul-Anordnung erzielt. Eine solche Anordnung ermöglicht zusätzlich die Lösung des Problems der Kühlung des Motors.
  • Die kennzeichnenden Merkmale der Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung werden im beiliegenden Anspruch 1 dargelegt. Somit ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Motoreinheit eine Gehäusestruktur umfasst, die strukturell und funktional einen Teil des Motors ausbildet, so dass der Motor als solcher entlang seiner gesamten umfänglichen Oberfläche direkt gegenüber dem Wasser außerhalb der Motoreinheit exponiert ist, wodurch die Kühlung des elektrischen Motors an der umfänglichen Oberfläche direkt über das Wasser außerhalb der Motoreinheit durch die Gehäusestruktur hindurch bewirkt wird.
  • Somit beinhaltet die Anordnung in der Praxis einen solchen elektrischen Motor, für den ein wesentlicher Teil der Kühlung über die gesamte umfängliche Oberfläche des Motors direkt durch eine mögliche Gehäusestruktur, die strukturell und funktional ein Teil des Motors ist, mit einem Medium erfolgt, welches außerhalb der Einheit platziert ist. In einigen Ausführungsformen kann keine klare Gehäusestruktur definiert werden, wobei in einem solchen Fall die Struktur des Motors als solcher zusätzlich ein Gehäuse enthält, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung beinhaltet ebenso solche Ausführungsformen. Infolgedessen umfasst die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung somit geeigneterweise einen Motor, der als solcher in direktem Kontakt mit dem Wasser um das Schiff herum steht. Somit ist der Motor nicht innerhalb irgendeines speziellen Motorgehäuses irgendeiner Anordnung, die mit dem Schiff verbunden ist, positioniert, sondern der Motor stellt eher in sich selbst einen Teil des Gehäuses einer solchen Struktur dar.
  • Die vorliegende Erfindung wird nunmehr detailliert mit Bezug auf einige bevorzugte Ausführungsformen und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen dargelegt, wobei
  • 1 eine schematische Querschnittsansicht ist, die ein Beispiel einer Ausführungsform einer Motoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Azimut-Triebwerks-System offenbart,
  • 2 eine teilweise geschnittene Ansicht ist, die eine alternative Installationsanordnung offenbart,
  • 2a in einer korrespondierenden Weise einen Schnitt entlang der Linie B-B aus 2 offenbart, und
  • 3 eine Lösung offenbart, in der eine Motoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung als starres Triebwerkselement am Heck eines Schiffs angeordnet ist und somit eine konventionelle Propelleranordnung ersetzt.
  • Mit Bezug auf 1 umfasst eine modulare Motoreinheit 1 gemäß der vorliegenden Erfindung generell einen elektrischen Motor 2, der einen Propeller 4 aufweist, welcher an einer Motorwelle 3 angeordnet ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein äußeres Gehäuse 5 für diese Motoreinheit derart angeordnet, dass der Motor 2 als solcher durch das umgebende Wasser 6 direkt durch das Gehäuse 5, welches strukturell mit dem Motor verbunden ist, gekühlt wird. Die Welle 3 des Motors 2 wird in einer an sich bekannten Weise an beiden Enden des Motors mittels Lagern 7 abgestützt, an denen an sich bekannte Dichtringe in einer an sich bekannten Weise auf eine solche Art geeignet angeordnet sind, dass das Innere 8 des Motors vorzugsweise vollständig von dem umgebenden Wasser 6 und geeigneterweise ebenso vom Inneren 10 einer Anbringungsanordnung 9 isoliert ist.
  • Die Motoreinheit ist mit Befestigungsmitteln versehen, die geeigneterweise Flansche 11 sind, mittels derer die Motoreinheit an korrespondierenden Flansch-Elementen 16, 16a, 16b angebracht werden kann, die an der Anbringungsanordnung 9 angeordnet sind, oder an Elementen 16c, die direkt an der Schiffshülle 12 angebracht sind, wie dies in 3 offenbart ist. 1 offenbart des Weiteren mittels des Bezugszeichens 13 schematisch, dass Verbindungen mit dem Motor 2 so wie beispielsweise die Energiezufuhr-, Steuerungs- und Überwachungsvorrichtungen sowie sämtliche Schmierelemente usw. vorzugsweise jeweils mittels eines zentralen Verbindungsstücks an der Anbringungsanordnung 9 oder an der Schiffshülle 12 verbunden sind, was die Anbringung so effizient wie möglich gestaltet.
  • Viele signifikante Vorteile werden mittels der generellen Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt. Da der Motoreinheit eine extrem kompakte Gestalt gegeben werden kann, kann sie effektiv direkt ohne Verwendung anderer Kühlsysteme gekühlt werden. Somit erlaubt die Anordnung gemäß der Erfindung Anbringungssysteme für die Triebwerkszelle, die beachtlich schlanker als vorher ist, welche einen Oberflächenbereich und somit ebenso beispielsweise einen Frontalbereich, auf den der Wasserstrom auftrifft, zur Verfügung stellt, wobei die Bereiche kleiner sind als die im Stand der Technik bekannten. In der Praxis schließt das Vermeiden jeglicher separater Kühlanordnungen, die durch die Azimut-Anordnung hindurchtreten, ebenso ein, dass der Abschnitt der Anordnung, der an dem Schiff 12 angebracht ist, merklich kleiner als frühere Strukturen sein kann. Die Kühlanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung führt zu einer noch kompakteren Struktur, da in den meisten Fällen die Kühlung und die speziellen Anordnungen, die in den vorliegenden Vorrichtungen dieser Art vorliegen, vollständig vermieden werden können. Als Ergebnis dessen wird die Produktion der Motoreinheit leichter und schneller und das Gewicht der Einheit bleibt klein und somit kann ebenfalls die für die Produktion der Einheit erforderliche Ausrüstung ebenfalls kleiner sein.
  • Die Motoreinheit 2, die als solche eine durchaus komplizierte Technologie enthält, kann in langen Serien mit geringfügiger Beachtung der Endanwendung produziert werden, da die Produktion in einem breiten Ausmaß ein Vorgang eines standardisierten Zusammenbaus ist, der als solcher auf eine große Anzahl unterschiedlicher Verwendungen anwendbar ist. Dies gewährleistet ebenso, dass die Zufuhr von Ersatzteilen für die Motoreinheit sehr aufwändig sein kann, um mit vollständigen Einheiten zu beginnen, die als solche als Güter auf dem Lager von Hauptschiffswerften erhältlich sind oder sogar an Bord des Schiffs bereitliegen.
  • Aufgrund ihrer kompakten Gestalt stellt die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung einen signifikant kleineren Querschnitt in der Richtung des Stroms dar, wenn sie mit vorliegenden Anordnungen verglichen wird, wodurch eine bessere Triebwerks-Effizienz unter Verwendung eines kleineren Propellers erreicht wird. Ebenso ist es üblicherweise möglich, kleinere Lager 7 zu verwenden.
  • Aus Sicht der Produkt-Lieferung und -Instandhaltung ermöglicht die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung eine schnelle Produktion und kürzere Warenumschlags-Zeiten.
  • Die Instandhaltung ist aufgrund der Auswechselbarkeit und der Standardmodelle schnell und einfach, was unter Betrachtung der Tatsache, dass das Schiff Tage für die Instandhaltung oder Reparatur liegen kann, was extrem kostenintensiv werden kann, ein signifikanter Vorteil ist.
  • Vorzugsweise ist die in 1 offenbarte Anordnung funktional mit dem oben beschriebenen Azimut-Triebwerks-System gleichwirkend, d.h. die gesamte Anordnung 9 ist um eine vertikale Achse A-A drehbar. Somit ersetzt eine einen Motor beinhaltende Anordnung die Propeller-Ruder-Anordnung gemäß der früheren Technologie, was verglichen mit der früheren Technologie eine deutlich bessere Effizienz und verbesserte Lenkeigenschaften zur Verfügung stellt. Die Anordnung 9 in der Ausführungsform gemäß 1 umfasst vorzugsweise einen im Wesentlichen hohlen und zumindest zu einigem Ausmaß geeignet gekrümmten Rumpfabschnitt, der mittels Flanschen an Anordnungen zum Lenken, für die Energiezufuhr- und Steuerung, wie sie an sich im Stand der Technik bekannt sind, angebracht ist, und die durch das Bezugszeichen 14 nur angedeutet gekennzeichnet sind. Aufgrund der gekrümmten Anbringungsanordnung dreht sich die gesamte Vorrichtung auf optimale Weise in einer ähnlichen Art, wie sie von den Azimut-Triebwerksvorrichtungen bekannt ist.
  • Eine in Übereinstimmung mit der Lehre einer ebenfalls anhängigen Anmeldung eingeschlossene modulare Struktur gewährleistet des Weiteren, dass die für eine ausgewogene Kühlung erforderliche Symmetrie besonders leicht erreicht werden kann. Aufgrund der bevorzugten modularen Ausführungsform weist die Einheit keine derartigen externen Teile auf, die in Bezug auf die Kühlung Diskontinuitätspunkte bewirken könnte, sondern eher überall den Zugang für das umgebende Wasser 6 ermöglicht, um so als Kühlmittel zu wirken.
  • Jedoch wurden gemäß einer Ausführungsform weitere Anordnungen herangezogen, so dass, falls notwendig, in dem Motor 2 oder an seinen anfälligsten Orten ein wärmeleitendes Medium vorliegt, welches wenn nötig mittels einer geeigneten Pumpe oder ähnlichen Elementen 17 in Bewegung gesetzt werden kann, um den Wärmeübergang zu erhöhen. Zusätzlich können die Strukturen und der Raum 10 der Auslegeranordnung, die die Motoreinheit abstützt, derart verwendet werden, dass insbesondere bei heißen Bedingungen zusätzliche Kühlmedien darin zirkuliert werden können. In einigen Ausführungsformen sind die Motoreinheit 1 selbst sowie ebenso möglicherweise die Auslegeranordnung 9, die diesen abstützt, mit Kühlrippen 18 oder ähnlichen Aufbauten versehen, die einen Wärmeübergang erleichtern.
  • Die 2 und 2a offenbaren eine alternative Anbringungsanordnung, wobei die Anbringungsanordnung den Motor abstützt, der einen im Wesentlichen vertikalen Zentralkörper 9a mit geeigneten kreisförmigen Abschnitten 19, 20 umfasst, die die Motoreinheit 1 umgeben. Diese Abschnitte 19, 20 umgeben vorzugsweise nur einen Teil der Motoreinheit 1, so dass eine deutliche Öffnung 21 zwischen dem Zentralabschnitt der Motoreinheit 1 und der Anordnung 9 verbleibt. Diese Öffnung, die sich in geeigneter Weise zumindest über die axiale Länge „a" des Rotors 22, jedoch vorzugsweise zumindest ebenso über die Länge „b" des Stators 23 erstreckt, ermöglicht es dem Medium 6 außerhalb der Einheit, üblicherweise Wasser, in Kontakt mit den Wärme emittierenden Abschnitten des Motors zumindest am zentralen Längsabschnitt des Motors 2, insbesondere mit dem gesamten Umfang des Abschnitts des Gehäuses 5, welches vorzugsweise direkt neben dem Stator ist, zu stehen. Somit kann Wasser in der Nähe des gesamten Oberflächenabschnitts der Motoreinheit fließen, wobei der Abschnitt direkt neben solchen Abschnitten des Motors 2 ist, in denen Hitze tatsächlich generiert wird. Die in 2 offenbarte Struktur umfasst eine Anordnung, in der ein kreisförmiger Abschnitt 19 ein Ende der Motoranordnung 1 umgibt, während ein Anordnungsabschnitt 20 am gegenüberliegenden Ende platziert ist und alternativ ebenso nur eine Anbringungs-Flanschanordnung 11, 16 ähnlich der in 1 offenbarten sein kann. In einer anderen Ausführungsform wurde dieser kreisförmige Abschnitt 19 durch separate Befestiger (nicht gezeigt) ersetzt und in einer anderen Ausführungsform wurde ein kreisförmiger Abschnitt 19 vollständig vermieden.
  • In den oben dargelegten Ausführungsformen gemäß der 1 und 2 sind die Motoreinheiten 1, 1a gemäß der vorliegenden Erfindung an drehbaren Auslegeranordnungen 9 angeordnet, um ein Azimut-Triebwerks-System zur Verfügung zu stellen. 3 offenbart wiederum eine Lösung, bei der anstelle einer konventionellen Propelleranordnung eine modulare Motoreinheit 1 gemäß der vorliegenden Erfindung direkt mit der Hülle eines Schiffs 12 verbunden ist. Ein beträchtlicher Teil der Vorteile, die durch die modulare Struktur und die direkte Kühlanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt wird, kann ebenso in diesem Fall erzielt werden.
  • Oben wurden einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft offenbart, jedoch wird für den Fachmann deutlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen alleine beschränkt ist, sondern dass sie ebenso auf viele andere Arten innerhalb des Schutzbereichs der beiliegenden Ansprüche modifiziert werden kann.

Claims (10)

  1. Triebwerkszellen-Anordnung für ein Schiff, wobei die Anordnung eine im Wasser (6) angeordnete Motoreinheit umfasst, wobei die Motoreinheit einen elektrischen Motor (2) sowie alle zugehörigen Steuereinrichtungen und einen an der Motorwelle (3) angeordneten Propeller (4) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoreinheit (1) eine Gehäusestruktur (5) beinhaltet, die strukturell und funktional einen Teil des Motors (2) bildet, so dass der elektrische Motor (2) als solcher entlang seiner gesamten umfänglichen Oberfläche direkt gegenüber dem Wasser außerhalb der Motoreinheit (1) exponiert ist, wodurch die Kühlung des elektrischen Motors (2) an der umfänglichen Oberfläche direkt über das Wasser (6) außerhalb der Motoreinheit (1) durch die Gehäusestruktur (5) hindurch bewirkt wird.
  2. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kühlende umfängliche Oberfläche des Motors sich axial zumindest über die Länge (a) eines Rotors (22) erstreckt, die für die Länge (b) eines Stators (23) sowie vorzugsweise für einen noch längeren Abschnitt geeignet ist.
  3. Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Elemente (17) im Zusammenhang mit der Motoreinheit (1) zum in Bewegungsetzen eines separaten, in der Motoreinheit (1) angeordneten Mediums vorgesehen sind, um den Wärmetransfer zwischen dem Motor (2) und dem außerhalb der Einheit angeordneten Medium (6) zu erhöhen.
  4. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eigentliche Motoreinheit (1) an einer Abstützanordnung (9) angeordnet ist, deren äußere Oberfläche vorzugsweise einen Teil des Kühlsystems für den Motor (2) und/oder für einen Teil hiervon bildet.
  5. Anordnung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Elemente (17) in der Anordnung (9), die die Motoreinheit (1) abstützt, angeordnet sind.
  6. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche der Motoreinheit (1) und/oder eine diese abstützende Anordnung (9) mit Formationen versehen ist, die den Wärmetransfer erleichtern, so beispielsweise Kühlrippen (18) oder dergleichen.
  7. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung, die die Motoreinheit (1) abstützt, so ausgestaltet ist, dass sie um eine vertikale Achse (A-A) derart drehbar ist, dass sie an dem Schiff (12) über den im Wesentlichen horizontalen Schiffsboden angebracht ist, wodurch das obere Ende der schwenkenden Anordnung (9) eine Drehvorrichtung (14) zum Drehen der Anordnung (9) insbesondere in Verbindung mit dem Lenken des Schiffs (12) umfasst, sowie einen Gleitring oder gleichwirkende Mittel zum Zuführen von Energie zu dem Motor und/oder zum Regeln des Motors und/oder zum Ausführen ähnlicher Funktionen auf eine oder mehrere an der Anordnung (9) angeordnete Motoreinheiten (1).
  8. Anordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (9) einen Stützarm umfasst, an dessen einem Ende Flanschmittel (16) zum Anbringen eines Endes der Motoreinheit (1) an der Anordnung (9) vorliegen.
  9. Anordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (9) einen im Wesentlichen vertikalen Zentralkörper (9a) umfasst, welcher entsprechend kreisförmige Abschnitte (19, 20) aufweist, die die Motoreinheit (1) abstützen, wobei die Abschnitte vorzugsweise einen Teil der Motoreinheit (1) derart einschließen, dass eine freie Öffnung (21) zwischen einem zentralen Abschnitt der Motoreinheit (1) und der Anordnung (9) verbleibt, so dass das Medium (6), welches um die Einheit herum angeordnet ist und welches den Motor (2) umgibt, in Kontakt mit Wärme emittierenden Teilen (5, 7) des Motors (2) zumindest entlang der Längsrichtung des zentralen Abschnitts des Motors (2) sein wird.
  10. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoreinheit (1) eine modulare Einheit beinhaltet.
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R152 Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years

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