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WO2010066248A2 - Ship drive system - Google Patents

Ship drive system Download PDF

Info

Publication number
WO2010066248A2
WO2010066248A2 PCT/DE2009/050057 DE2009050057W WO2010066248A2 WO 2010066248 A2 WO2010066248 A2 WO 2010066248A2 DE 2009050057 W DE2009050057 W DE 2009050057W WO 2010066248 A2 WO2010066248 A2 WO 2010066248A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
clutch
drive
output
transmission
input
Prior art date
Application number
PCT/DE2009/050057
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2010066248A3 (en
Inventor
Harald Schmidt
Oliver Ovelgönne
Frank Buchmann
Jan SCHÄFER
Original Assignee
Renk Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renk Aktiengesellschaft filed Critical Renk Aktiengesellschaft
Priority to DE112009003122T priority Critical patent/DE112009003122A5/en
Publication of WO2010066248A2 publication Critical patent/WO2010066248A2/en
Publication of WO2010066248A3 publication Critical patent/WO2010066248A3/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/02—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing
    • B63H23/10—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing for transmitting drive from more than one propulsion power unit
    • B63H23/12—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing for transmitting drive from more than one propulsion power unit allowing combined use of the propulsion power units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/30—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements characterised by use of clutches

Definitions

  • the invention relates to a ship propulsion system according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention has for its object to provide a ship propulsion system, which is operable efficiently both with electric motor drive and with internal combustion engine drive.
  • a marine propulsion system comprises: a first clutch having a clutch input and a clutch output selectively connectable to each other and disconnectable to disconnect the drive connection, an internal combustion engine having an output shaft for providing rotary drive power, the output shaft being connected to the clutch input the first clutch is drivingly connected, a transmission with a transmission input and a transmission output, a drive train with a Antriebsstrangeingang, which is drivingly connected to the clutch output of the first clutch, and a powertrain output, which is anthebsverbunden with a Vordhebselement, wherein a located between Anthebsstrangeingang and drive train output Antriebsstrangabzweig is drivingly connected to the transmission input, and an electric machine that is operable both as a generator and as a motor and a drive shaft for supplying and tapping rotary drive power to and from the transmission output and an electrical interface for supplying and tapping of electrical power to or from a power supply arrangement of a ship.
  • the ship propulsion system according to the invention is characterized in that the transmission comprises a second clutch having a clutch input which is drivingly connected to the transmission input, and a clutch output which is drivingly connected via the transmission output to the drive shaft of the electric machine, wherein clutch input and clutch output of second clutch selectively with each other in drive connection and can be separated from each other for releasing the drive connection.
  • the solution according to the invention has the advantage that the internal combustion engine provided as the main engine can be disconnected from the drive train as required by disconnecting the first clutch, in which case the electric machine can be used to drive the vessel when the second clutch is engaged.
  • the ship has a hybrid drive.
  • the prime mover eg from an internal combustion engine (eg diesel engine, Gasoline engine, gas engine), a steam turbine or an exhaust gas turbocharger may be formed.
  • an internal combustion engine eg diesel engine, Gasoline engine, gas engine
  • a steam turbine or an exhaust gas turbocharger may be formed.
  • Other drive machines are also possible.
  • dispense with the prime mover and provide the generator in the form of a fuel cell may be dispense with the prime mover and provide the generator in the form of a fuel cell.
  • the ship propulsion system according to the invention provides increased reliability by the redundancy of the drives, since the ship in case of failure of the main drive, i. the internal combustion engine, can then be driven or driven with the working as an electric motor electric machine.
  • the ship propulsion system according to the invention also allows in a simple and efficient way, the driving of low vessel speeds, since the drive with the then operating as an electric motor electric machine allows very low driving element speeds.
  • a minimum rotational speed of the driving element which is e.g. is designed as a propeller or propeller or as a jet propulsion or water jet, corresponds by the direct coupling of propulsion element and internal combustion engine idle speed of the engine.
  • the electric machine in nominal operation of the preferably designed as a diesel engine combustion engine, can be used as a generator for power generation. This is more economical than the generator sets of the electrical supply arrangement of the ship, since the diesel engine operates more economically in nominal operation.
  • the ship propulsion system provides an increased drive power requirement, eg when starting, when driving through fairways cleared by icebreakers or in towing operation Booster function of the electric machine, wherein the electric machine working as an electric motor feeds additional drive power to the drive power of the internal combustion engine in the drive train.
  • Fuel selection allows because the generator sets may possibly be operable with other fuel than provided as the main engine combustion engine.
  • a frequency converter is connected between the electrical interface of the electric machine and the power supply arrangement of the ship, so that the electric machine can be regulated in its drive speed.
  • the internal combustion engine is configured to generate less than 100 percent of a maximum drive power provided for a ship propulsion system, the electric machine being configured to provide the percentage lacking 100 percent of the maximum drive power Drive power can generate, so that the maximum drive power can be provided with simultaneous drive operation of internal combustion engine and electric machine.
  • Advantageous partitions of the drive power of internal combustion engine and electric machine can be 60 percent (internal combustion engine) to 40 percent (electric motor) or even 80 percent (internal combustion engine) to 20 percent (electric motor). Other divisions are possible as needed.
  • the drive power of the internal combustion engine is in a range of 60-90 percent of the maximum drive power of the ship and the drive power of the electric machine is in a range of 40-10 percent of the maximum drive power of the ship.
  • the drive power of the internal combustion engine is in a range of 60-70 percent of the maximum drive power of the ship and the drive power of the electric machine is in a range of 40-30 percent of the maximum drive power of the ship.
  • the marine propulsion system according to the invention thus has two full-fledged propulsion systems, thus providing a hybrid propulsion system for ships that meets the latest requirements in terms of environmental protection and variability in the propulsion choice.
  • a second electric machine operable both as a generator and a motor and including a drive shaft for supplying and tapping rotary drive power to and from the transmission output and an electrical interface for feeding and Picking up electrical power to or from the electrical supply arrangement of the ship, wherein the transmission output is arranged so that the respective drive shaft of each of the electric machines is drive-connected thereto.
  • the internal combustion engine is configured to generate less than 100 percent of the maximum drive power provided for a ship propulsion system, wherein the electric machines are configured to collectively or individually provide 100 percent of the maximum drive power can generate missing percentage of drive power, so that the maximum drive power can be provided with simultaneous drive operation of internal combustion engine and one or both electric machines.
  • Electric motor operating electric machine of the two electric machines or both electric machines can add their drive power addendum in the drive train, so that the maximum drive power of the ship is provided.
  • Advantageous divisions of the drive power of internal combustion engine and electric machines can be 60 percent (internal combustion engine) to 20 percent (1st electric motor) and 20 percent (2nd electric motor) or 80 percent (internal combustion engine) to 20 percent (1st electric motor) and 20 percent ( 2. Electric motor). Other divisions are possible as needed.
  • the drive power of the internal combustion engine is in a range of 60-90 percent of the maximum drive power of the ship and the respective drive power of the electric machine is in a range of 40-10 percent of the maximum drive power of the ship.
  • the drive power of the internal combustion engine is in a range of 60-70 percent of the maximum drive power of the ship and the respective drive power of electric machine is within a range of 40-20 percent of the maximum lifting capacity of the ship.
  • the ship's lifting system according to the invention thus has three full-fledged drives, which on the one hand the recent requirements in terms of environmental protection and variability in the drive choice expectant hybrid Anthebssystem is provided for ships and on the other hand this hybrid drive system by redundancy increased reliability and increased variability in the drive selection and the power option.
  • a frequency converter is also connected between the electrical interface of the further electric machine and the electrical supply arrangement of the ship, so that the further electric machine is controllable in its drive speed.
  • the transmission has a third clutch with a clutch input which is drivingly connected to the transmission input, and a clutch output which is drivingly connected via the transmission output to the drive shaft of the further electric machine, wherein clutch input and clutch output of the third clutch selectively with each other in
  • Drive connection can be brought and disconnected from each other to release the drive connection.
  • the transmission is set up so that different gear ratios are realized for the respective drive shafts of the two electric machines with respect to the transmission input. This can be realized for example by different gear trains in the transmission.
  • the two electric machines may be of different power class, so that the variability in the performance of the electric drive and the electric power generation is increased.
  • the frequency converter can be dispensed with the frequency converter, so that only two different drive speeds or propulsion element speeds can be realized with the Elektroantheb.
  • the second clutch and preferably also the third clutch each as a friction clutch, in particular as a multi-plate clutch is formed.
  • This embodiment of the invention advantageously makes it possible to smoothly engage and disengage the respective clutches (even under load) by slowly increasing or decreasing their torque transmission capacity. This, since shock-like load differences are avoided, has an advantageous effect on the life of all components of the ship propulsion system connected to the drive train.
  • the marine propulsion system has a fourth clutch disposed in the driveline in front of the propulsion element and having a clutch input for receiving input torque from the driveline and a clutch output for outputting Having drive torque to the propulsion element, wherein the clutch input and clutch output are selectively bhngbar in Anthebsthetic and separable from each other for releasing the Anthebsthetic.
  • the propulsion element can be decoupled from the drive train if necessary, if, with the mechanical drive power generated in the drive train, e.g. only electrical energy should be generated.
  • the ship propulsion system according to the invention is supplied as a complete package with all the necessary components, so that shipyards and shipowners a trouble-free installation and a low-maintenance operation of the ship propulsion system are possible.
  • all necessary interfaces are clearly defined and predetermined, which may include the design and supply of partial foundations and shaft bearings in addition to the specification of the corresponding foundation designs.
  • the ship propulsion system according to the invention provides by its two or three full-value drives a suitable for the electric Treasurebetheb hybrid drive system for ships.
  • the propulsion element as the propeller from the drive train and any prime mover of the ship propulsion system, especially the main engine driving engine, only to use for generating electrical energy, whereby the combination of 2-stroke marine diesel engine and electric machines forms a large generator set ,
  • FIG. 1 shows a schematic view of a ship propulsion system according to embodiments of the invention.
  • Ship propulsion system 1 according to an embodiment of the invention, a first clutch 10, an internal combustion engine 20, a transmission 30, a drive train 40, a propulsion element 50 and based on the electromotive principle electrical machine 60 on.
  • the first shift clutch 10 has a clutch input 11 and a clutch output 12, which can be selectively brought into drive connection with each other and disconnected from each other for releasing the drive connection.
  • the first clutch is designed as a hydraulic clutch, as described in DE 102 35 286 B4 with reference to Figures 2 and 2a.
  • the internal combustion engine 20 which is formed according to this embodiment of the invention of a 2-stroke diesel engine and acts as a main drive, has an output shaft 21, on the rotary drive power of the internal combustion engine 20 can be tapped off.
  • the output shaft 21 of the internal combustion engine 20 is drive-connected via a connecting shaft 22 and connecting flanges 23 continuously connected to the clutch input 11 of the first clutch 10.
  • the transmission 30, which according to this embodiment of the invention is designed as a tunnel transmission (see, for example, DE 195 01 463 A1), has a transmission input 31 and a transmission output 32.
  • the powertrain 40 has a Antriebsstrangeingang 41, which is drivingly connected via a shaft member 41 a and a flexible coupling 43 continuously connected to the clutch output 12 of the first clutch 10, and a drive train output 42, which drive connected to a here designed as a propeller or propeller drive element 50 is.
  • the shaft member 41 a is provided with a rotation brake 41 b, with which the shaft member 41 a can be braked or held.
  • a drive train branch 44 located between drive train input 41 and drive train output 42 is continuously drive-connected to the transmission input 31.
  • the electric machine 60 is operable as both a generator and a motor, and has a drive shaft 61 for supplying and tapping rotary drive power to and from the transmission output 32 and an electrical interface 62 for supplying and tapping electric power to and from a power supply Arrangement 100 of the ship.
  • a trained in the form of a Lämmellenkupplung, second clutch 33 (indicated only by reference numeral) integrated, which has a clutch input (not shown) which is drivingly connected to the transmission input 31, and a clutch output (not shown), which an output shaft 32a of the transmission output 32 and a dog clutch (generally a non-shiftable clutch) 63 are drivingly connected to the drive shaft 61 of the electric machine 60.
  • the clutch input and the clutch output of the second clutch 33 are selectively engageable with each other in driving connection and separable from each other for releasing the drive connection.
  • a power shift clutch designed as a multi-plate clutch is known e.g. in DE 199 20 924 C2.
  • the drive train 40 thus extends from the drive train input 41 or from the clutch output 12 of the first clutch 10 via the elastic coupling 43, through a tunnel (not shown) formed in the transmission 30 (eg, by a hollow shaft), via two connecting flanges 45 from the transmission 30 exiting shaft member 46 with a propulsion element shaft 47, in particular propeller shaft, connect to the propulsion element 50 and the drive train output 42 out.
  • the driveline branch 44 implements transmission of drive power through the transmission 30 to and from the electric machine 60.
  • the individual elements of the drive train 40 and the first clutch 10 are supported via a plurality of rotary bearings (not labeled) on a frame or foundation (not labeled). Further, the transmission 30 and the electric machine 60 are also supported on the frame.
  • the electrical interface 62 of the electrical machine 60 is designed as a terminal box with corresponding terminals and electrically connected via electrical lines 64 to an output of a frequency converter 65.
  • An input of the frequency converter 65 is electrically connected to an electrical interface (not shown) of an electromotive-type based electrical generator 101 of the electric supply arrangement 100 of the ship via electrical lines (not shown).
  • a drive shaft (not shown) of the generator 101 is drive-connected to an output shaft (not shown) of a 4-stroke diesel engine 102.
  • the generator 101 and the 4-stroke diesel engine 102 form a generator set of the power supply arrangement 100 of the ship.
  • the electric machine 60 when operated as a motor, adjustable in its drive speed.
  • the main engine 20 is configured in accordance with this embodiment of the invention to be capable of producing less than 100 percent of the maximum drive power required for the vessel, with the electric machine 60 configured to provide the percentage lacking 100 percent of the maximum drive power Drive power can generate, so that with simultaneous drive operation of Internal combustion engine 20 and electrical machine 60, the maximum Abhebs antique is available.
  • the engine 20 is configured to provide 70 percent of the maximum drive power
  • the electric machine 60 is configured to provide 40 percent of the maximum drive power.
  • the first clutch 10 is engaged, so that drive power or torque is transmitted to the drive element 50, which then rotates at the rated speed of the engine 20.
  • the second clutch 33 of the transmission 30 may be disengaged such that the electric machine 60 is mechanically disengaged from the driveline 40, or engaged, such that the electric machine 60 is mechanically coupled to the driveline 40 and operating as a generator electrical energy can generate.
  • the 4-stroke diesel engine 102 When operating the marine propulsion system with the engine 20 acting as the main engine, with the second clutch 33 disengaged, unless power is needed elsewhere, the 4-stroke diesel engine 102 may be off. When coupled second clutch 33, the 4-stroke diesel engine 102 may be turned on or off depending on the power requirements and is the electric power generated by the electric machine, which has a rated speed of 1200 rev / min to 1800 rev / min in a suitable manner the power supply arrangement 100 of the ship fed. If the ship is to be driven by means of the electric machine 60, then the first shift clutch 10 is disengaged, so that the engine 20 is mechanically decoupled from the drive train 40.
  • the second clutch 33 of the transmission 30 is engaged, so that drive power or torque of the electric machine 60 is transmitted to the propulsion element 50, which then rotates with variable by adjusting the frequency converter 65 speed.
  • the electric machine 60 is thereby operated with the electrical energy generated by the generator 101, wherein the 4-stroke diesel engine 102, for example operated with low-sulfur light oil, the generator 101 rotatably drives.
  • FIG. 1 is similar except for the differences of the first embodiment of the invention set forth below, for which reason only the differences are listed below.
  • the ship propulsion system 1 comprises a second electric machine 70 (shown in phantom in Fig. 1) which is operable both as a generator and as a motor and which comprises a drive shaft 71 for supplying and tapping rotary drive power to and from the transmission output 32 and an electrical interface 72 for supplying and tapping of electrical power to and from the power supply arrangement 100 of the ship.
  • a second electric machine 70 shown in phantom in Fig. 1 which is operable both as a generator and as a motor and which comprises a drive shaft 71 for supplying and tapping rotary drive power to and from the transmission output 32 and an electrical interface 72 for supplying and tapping of electrical power to and from the power supply arrangement 100 of the ship.
  • third clutch 34 (indicated only by reference numeral) integrated, which has a clutch input (not shown) which is drivingly connected to the transmission input 31, and a clutch output (not shown), via a another output shaft 32b of the transmission output 32 and another jaw clutch or curved tooth coupling (generally a non-switchable Clutch) 73 is drivingly connected to the drive shaft 71 of the second electric machine 70.
  • the clutch input and the clutch output of the third clutch 34 which is of the same construction as the second clutch 33, are selectively drivable with each other and separable from each other for releasing the drive connection.
  • the transmission 30 is according to the second embodiment of the invention set up so that for the respective drive shafts 61 and 71 of the two electric machines 60, 70 with respect to the transmission input 31 different gear ratios are realized.
  • the two electric machines 60, 70 are of different performance class, as explained in more detail later.
  • the electrical interface 72 of the second electrical machine 70 is designed as a terminal box with corresponding terminals and via electrical lines 74 (shown in phantom in Figure 1) electrically connected to an output of a frequency converter 75 (shown in phantom in Figure 1).
  • An input of the frequency converter 75 is electrically connected via electrical lines (not indicated and shown in phantom in FIG. 1) to an electrical interface (not designated) of a further electric generator 103 based on the electromotive principle (shown by dashed lines in FIG.
  • Electric supply arrangement 100 of the ship connected.
  • a drive shaft (not shown) of the generator 103 is drive-connected to an output shaft (not shown) of a gas engine 104 (shown in phantom in FIG. 1).
  • the generator 103 and the gas engine 104 form another generator set of the power supply arrangement 100 of the ship.
  • the frequency converter 75 With the frequency converter 75, the second electric machine 70, when operated as a motor, can be regulated in its drive speed.
  • the main engine 20 is, in accordance with this embodiment of the invention, configured to produce less than 100 percent of the maximum drive power required for the vessel, with the electric machines 60, 70 configured to be 100 and 100, respectively Percent of the maximum drive power can generate missing percentage of drive power, so that at the same drive operation of internal combustion engine 20 and one of the electric machines 60, 70, the maximum drive power is available.
  • the engine 20 is configured to provide 60 percent of the maximum drive power
  • the first electric machine 60 is configured to provide 50 percent of the maximum drive power
  • the second electric machine 70 is configured to Provides 40 percent of the maximum drive power.
  • the booster operation can be strengthened by simultaneously driving the engine 20 and both electric machine 60, 70 in the drive train 40.
  • a differential gear can be provided according to the invention in the transmission 30.
  • the first clutch 10 When operating the ship propulsion system 1 with the main engine acting as an internal combustion engine 20, which here, for example, has a rated speed of about 100 U / min, the first clutch 10 is engaged, so that drive power or torque is transmitted to the propulsion element 50, which then with the rated speed of the engine 20 rotates.
  • the second clutch 33 and / or the third clutch 34 of the transmission 30 may be disengaged so that the first electric machine 60 and / or the second electric machine 70 are mechanically disengaged from the driveline 40, or engaged so that the first electric machine 60 and / or the second electric machine 70 mechanically with the
  • Powertrain 40 is coupled / are and working as a generator can generate electrical energy / can.
  • the 4-stroke diesel engine 102 When operating the ship propulsion system 1 with the main engine acting as an internal combustion engine 20 can be switched off with the second clutch 33, unless otherwise required power, the 4-stroke diesel engine 102.
  • the 4-stroke diesel engine 102 When coupled second clutch 33, the 4-stroke diesel engine 102 may be switched on or off depending on the power demand and the electric energy generated by the first electric machine 60, which has a rated speed of 1200 rev / min to 1800 rev / min, suitable Way fed into the power supply arrangement 100 of the ship.
  • the gas engine 104 may be switched off.
  • the gas engine 104 may be turned on or off depending on the power demand, and the electric power generated by the second electric machine 70, which has a rated speed of 1200 rpm to 1800 rpm, will be suitably supplied to the electric power supply -Anix 100 of the ship fed.
  • the first shift clutch 10 and the third shift clutch 34 are disengaged, so that the engine 20 and the second electric machine 70 are mechanically decoupled from the drive train 40. Further, the second clutch 33 of the transmission 30 is engaged, so that drive power or torque of the first electric machine 60 is transmitted to the Vordhebselement 50, which then rotates by adjusting the frequency inverter 65 variable speed.
  • the first electric machine 60 is thereby operated with the electrical energy generated by the generator 101, wherein the 4-stroke diesel engine 102, for example operated with low-sulfur light oil, rotates the generator 101.
  • the first shift clutch 10 and the second shift clutch 33 are disengaged, so that the engine 20 and the first electric machine 60 are mechanically decoupled from the drive train 40. Further, the third clutch 34 of the transmission 30 is engaged, so that driving power or torque of the second electric machine 70 is transmitted to the driving element 50, which then rotates by adjusting the frequency converter 75 variable speed.
  • the second electric machine 70 is thereby operated with the electrical energy generated by the generator 103, wherein the gas engine 104, e.g. powered by natural gas, the generator 103 rotatably drives.
  • the first clutch 10 is disengaged, so that the internal combustion engine 20 is mechanically decoupled from the drive train 40. Furthermore, the second and the third clutch 33, 34 of the transmission 30 are engaged, so that drive power or torque of the two electric machines 60, 70 via the then provided differential gear (not shown) is transmitted to the drive element 50.
  • the first to third clutch 10, 33, 34 are engaged, so that drive power or torque of the two electric machines 60, 70 via the then provided differential gear (not shown) and drive power or torque of the engine 20 are transmitted to the propulsion element 50.
  • Ship propulsion system 1 a fourth clutch (not shown in Figure 1), which is similar in construction to that of the first clutch 10.
  • the fourth clutch is disposed in the drive train 40 in front of the propulsion element 50 and has a clutch input for receiving drive torque from the drive train 40 and a clutch output for discharging
  • the clutch input and the clutch output of the fourth clutch can be selectively brought into drive connection with each other and separable from each other for releasing the drive connection.
  • the rotation brake 41 b is disposed on the side of the clutch output of the fourth clutch, so that the driving element 50 can be braked or held when switching the fourth clutch by means of the rotation brake 41 b.
  • the propulsion element 50 can be completely decoupled from the drive train 40 completely mechanically, so that the ship propulsion system 1 can be operated as a pure electric power generation plant or as a small power plant.
  • the internal combustion engine 20 can drive one or both electrical machines 60, 70 in generator mode via the drive train 40 and the transmission 30.
  • the 4-stroke diesel engine 102 and / or the gas engine 104 can additionally / respectively associated generator 101 and 103 for generating electric power drive.
  • an electrical energy supplying fuel cell assembly 105 is electrically connected to the second electrical machine 70 via the electrical leads 74, as shown in FIG. 1 in connection with the second and third embodiments.
  • an inverter is disposed between the fuel cell assembly 105 and the electric machine 70.
  • the fuel cell assembly 105 may alternatively or additionally be connected to the first electric machine 60 via the electrical leads 64 (and the inverter). According to a not shown further modification of the fourth embodiment of the invention may be provided for each electric machine 60, 70, a separate fuel cell assembly 105 and a separate inverter.

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Abstract

The invention relates to a ship drive system having a first switched clutch having an input and an output that can selectively brought into operational contact with each other and separated from each other, an internal combustion engine having a drive shaft connected to the input of the first switched clutch, a transmission having a transmission input and a transmission output, a drivetrain having an input connected to the clutch output and an output, wherein the drivetrain takeoff is connected to the transmission input, and an electric machine that can be operated as a generator or motor and comprising a driveshaft for connecting to the transmission output and an electrical interface for connecting to an electrical power supply arrangement, wherein the transmission comprises a second switched clutch having an input connected to the transmission input, and an output connected to the drive shaft off the electric machine, wherein the input and output of the second clutch can be selectively connected to and separated from each other.

Description

Schiffsantriebssystem Marine propulsion system
Die Erfindung betrifft ein Schiffsantriebssystem gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a ship propulsion system according to the preamble of patent claim 1.
Aus DE 102 35 286 B4 ist ein Schiffsantriebssystem der eingangsgenannten Art bekannt.From DE 102 35 286 B4 a marine propulsion system of the type mentioned above is known.
Ein weiteres Schiffsantriebssystem, welches über eine lastschaltbare Kupplungsanordnung verfügt, ist aus DE 199 20 924 C2 bekannt.Another ship propulsion system which has a power-shiftable clutch arrangement is known from DE 199 20 924 C2.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schiffsantriebssystem bereitzustellen, welches effizient sowohl mit Elektromotorantrieb als auch mit Verbrennungsmotorantrieb betreibbar ist.The invention has for its object to provide a ship propulsion system, which is operable efficiently both with electric motor drive and with internal combustion engine drive.
Dies wird mit einem Schiffsantriebssystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.This is achieved with a ship propulsion system according to claim 1. Further developments of the invention are defined in the dependent claims.
Gemäß der Erfindung weist ein Schiffsantriebssystem auf: eine erste Schaltkupplung mit einem Kupplungseingang und einem Kupplungsausgang, welche selektiv miteinander in Antriebsverbindung bringbar und zum Lösen der Antriebsverbindung voneinander trennbar sind, einen Verbrennungsmotor mit einer Abtriebswelle zum Bereitstellen von rotativer Antriebsleistung, wobei die Abtriebswelle mit dem Kupplungseingang der ersten Schaltkupplung antriebsverbunden ist, ein Getriebe mit einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang, einen Antriebsstrang mit einem Antriebsstrangeingang, der mit dem Kupplungsausgang der ersten Schaltkupplung antriebsverbunden ist, und einem Antriebsstrangausgang, der mit einem Vorthebselement anthebsverbunden ist, wobei ein zwischen Anthebsstrangeingang und Antriebsstrangausgang befindlicher Antriebsstrangabzweig mit dem Getriebeeingang antriebsverbunden ist, und eine elektrische Maschine, die sowohl als Generator als auch als Motor betreibbar ist und die eine Triebwelle zum Zuführen und Abgreifen von rotativer Antriebsleistung zu bzw. von dem Getriebeausgang und eine elektrische Schnittstelle zum Zuführen und Abgreifen von elektrischer Leistung zu bzw. von einer Elektroversorgungs-Anordnung eines Schiffes aufweist. Das Schiffsantriebssystem gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Getriebe eine zweite Schaltkupplung mit einem Kupplungseingang, der mit dem Getriebeeingang antriebsverbunden ist, und einem Kupplungsausgang aufweist, der über den Getriebeausgang mit der Triebwelle der elektrischen Maschine antriebsverbunden ist, wobei Kupplungseingang und Kupplungsausgang der zweiten Schaltkupplung selektiv miteinander in Antriebsverbindung bringbar und zum Lösen der Antriebsverbindung voneinander trennbar sind.According to the invention, a marine propulsion system comprises: a first clutch having a clutch input and a clutch output selectively connectable to each other and disconnectable to disconnect the drive connection, an internal combustion engine having an output shaft for providing rotary drive power, the output shaft being connected to the clutch input the first clutch is drivingly connected, a transmission with a transmission input and a transmission output, a drive train with a Antriebsstrangeingang, which is drivingly connected to the clutch output of the first clutch, and a powertrain output, which is anthebsverbunden with a Vordhebselement, wherein a located between Anthebsstrangeingang and drive train output Antriebsstrangabzweig is drivingly connected to the transmission input, and an electric machine that is operable both as a generator and as a motor and a drive shaft for supplying and tapping rotary drive power to and from the transmission output and an electrical interface for supplying and tapping of electrical power to or from a power supply arrangement of a ship. The ship propulsion system according to the invention is characterized in that the transmission comprises a second clutch having a clutch input which is drivingly connected to the transmission input, and a clutch output which is drivingly connected via the transmission output to the drive shaft of the electric machine, wherein clutch input and clutch output of second clutch selectively with each other in drive connection and can be separated from each other for releasing the drive connection.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, dass der als Hauptmotor vorgesehene Verbrennungsmotor bei Bedarf durch trennen der ersten Schaltkupplung vom Antriebsstrang abgekuppelt werden kann, wobei dann die elektrische Maschine bei eingekuppelter zweiter Schaltkupplung zum Antrieb des Schiffes verwendet werden kann. Damit verfügt das Schiff über einen Hybridantrieb.The solution according to the invention has the advantage that the internal combustion engine provided as the main engine can be disconnected from the drive train as required by disconnecting the first clutch, in which case the electric machine can be used to drive the vessel when the second clutch is engaged. Thus, the ship has a hybrid drive.
Somit kann bei geringer benötigter Antriebsleistung für das Schiff, wobei der Einsatz des z.B. als Dieselmotor, insbesondere als 2-Takt-Dieselmotor, ausgebildeten Verbrennungsmotors nicht wirtschaftlich ist, der Antrieb über die dann als Elektromotor arbeitende elektrische Maschine wirtschaftlicher realisiert werden, da an Bord befindliche Generatorsätze der Elektroversorgungs- Anordnung des Schiffes im Nennbetrieb mit kleineren Verbrennungsmotoren arbeiten. Solche Generatorsätze weisen in der Regel einen Generator fürThus, with little required drive power for the ship, the use of e.g. as a diesel engine, in particular as a 2-stroke diesel engine, trained internal combustion engine is not economical, the drive over the then working as an electric motor electric machine can be realized more economically, since on-board generator sets of electrical supply arrangement of the ship in nominal operation operate with smaller internal combustion engines. Such generators usually have a generator for
Elektroenergie sowie eine Antriebsmaschine für den Generator auf, wobei die Antriebsmaschine z.B. von einem Verbrennungsmotor (z.B. Dieselmotor, Ottomotor, Gasmotor), einer Dampfturbine oder einem Abgasturbolader gebildet sein kann. Andere Antriebsmaschinen sind auch möglich. In diesem Zusammenhang ist natürlich auch denkbar, auf die Antriebsmaschine zu verzichten und den Generator in Form einer Brennstoffzelle bereitzustellen.Electric energy and a drive machine for the generator, wherein the prime mover eg from an internal combustion engine (eg diesel engine, Gasoline engine, gas engine), a steam turbine or an exhaust gas turbocharger may be formed. Other drive machines are also possible. In this context, of course, also conceivable to dispense with the prime mover and provide the generator in the form of a fuel cell.
Ferner bietet das erfindungsgemäße Schiffsantriebssystem durch die Redundanz der Antriebe erhöhte Betriebssicherheit, da das Schiff bei Ausfall des Hauptantriebes, d.h. des Verbrennungsmotors, mit der dann als Elektromotor arbeitenden elektrischen Maschine gefahren bzw. angetrieben werden kann.Furthermore, the ship propulsion system according to the invention provides increased reliability by the redundancy of the drives, since the ship in case of failure of the main drive, i. the internal combustion engine, can then be driven or driven with the working as an electric motor electric machine.
Das erfindungsgemäße Schiffsantriebssystem ermöglicht ferner auf einfache und effiziente Weise das Fahren von geringen Schiffsgeschwindigkeiten, da der Antrieb mit der dann als Elektromotor arbeitenden elektrischen Maschine sehr geringe Vortriebselementdrehzahlen ermöglicht.The ship propulsion system according to the invention also allows in a simple and efficient way, the driving of low vessel speeds, since the drive with the then operating as an electric motor electric machine allows very low driving element speeds.
Dies ist mit dem Verbrennungsmotor in der Regel nicht möglich, da eine kleinste Drehzahl des Vortriebselementes, welches z.B. als Schiffsschraube bzw. Propeller oder als Strahlantrieb bzw. Waterjet ausgebildet ist, durch die Direktkupplung von Vortriebselement und Verbrennungsmotor der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors entspricht.This is usually not possible with the internal combustion engine, since a minimum rotational speed of the driving element, which is e.g. is designed as a propeller or propeller or as a jet propulsion or water jet, corresponds by the direct coupling of propulsion element and internal combustion engine idle speed of the engine.
Ferner kann bei Nennbetrieb des bevorzugt als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungsmotors die elektrische Maschine als Generator zur Stromerzeugung genutzt werden. Dieses ist wirtschaftlicher als über die Generatorsätze der Elektroversorgungs-Anordnung des Schiffes, da der Dieselmotor im Nennbetrieb wirtschaftlicher arbeitet.Further, in nominal operation of the preferably designed as a diesel engine combustion engine, the electric machine can be used as a generator for power generation. This is more economical than the generator sets of the electrical supply arrangement of the ship, since the diesel engine operates more economically in nominal operation.
Außerdem bietet das erfindungsgemäße Schiffsantriebssystem bei erhöhtem Antriebsleistungsbedarf, z.B. beim Anfahren, beim Durchfahren von von Eisbrechern freigeräumten Fahrrinnen oder im Schleppbetrieb, eine Boosterfunktion der elektrischen Maschine, wobei die elektrischen Maschine als Elektromotor arbeitend zusätzliche Antriebsleistung zur Antriebsleistung des Verbrennungsmotors in den Antriebsstrang einspeist.In addition, the ship propulsion system according to the invention provides an increased drive power requirement, eg when starting, when driving through fairways cleared by icebreakers or in towing operation Booster function of the electric machine, wherein the electric machine working as an electric motor feeds additional drive power to the drive power of the internal combustion engine in the drive train.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ferner hohe Variabilität bei derBy the solution according to the invention is also high variability in the
Kraftstoffauswahl ermöglicht, da die Generatorsätze ggf. mit anderem Kraftstoff betreibbar sein können als der als Hauptantrieb vorgesehene Verbrennungsmotor.Fuel selection allows because the generator sets may possibly be operable with other fuel than provided as the main engine combustion engine.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zwischen die elektrische Schnittstelle der elektrischen Maschine und die Elektroversorgungs-Anordnung des Schiffes ein Frequenzumrichter geschaltet, so dass die elektrische Maschine in ihrer Antriebsdrehzahl regelbar ist.According to one embodiment of the invention, a frequency converter is connected between the electrical interface of the electric machine and the power supply arrangement of the ship, so that the electric machine can be regulated in its drive speed.
Dadurch ist es auf einfache und effiziente Weise möglich, bei Elektroantheb die Schiffsgeschwindigkeit bedarfsgerecht und genau zu steuern. Insbesondere sind dadurch sogenannte Kriechgeschwindigkeiten realisierbar, welche sich beim Manövrieren des Schiffes in engen Hafenbereichen als besonders vorteilhaft erweisen.This makes it possible in a simple and efficient way to steer the ship's speed as needed and accurately in Elektroantheb. In particular, so-called creep speeds are thereby realized, which prove to be particularly advantageous when maneuvering the ship in narrow harbor areas.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Verbrennungsmotor so konfiguriert, dass dieser weniger als 100 Prozent einer für ein mit dem Schiffsantriebssystem zu versehenden Schiff vorgesehenen Maximalantriebsleistung erzeugen kann, wobei die elektrische Maschine so konfiguriert ist, dass diese den zu 100 Prozent der Maximalantriebsleistung fehlenden Prozentsatz an Antriebsleistung erzeugen kann, so dass bei gleichzeitigem Antriebsbetrieb von Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine die Maximalantriebsleistung bereitstellbar ist.According to one embodiment of the invention, the internal combustion engine is configured to generate less than 100 percent of a maximum drive power provided for a ship propulsion system, the electric machine being configured to provide the percentage lacking 100 percent of the maximum drive power Drive power can generate, so that the maximum drive power can be provided with simultaneous drive operation of internal combustion engine and electric machine.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung ist es auf vorteilhafte Weise möglich, den als Hauptantrieb wirkenden Verbrennungsmotor kleiner als entsprechend der Maximalantriebsleistung erforderlich zu konfigurieren. Dies ermöglicht einerseits Kraftstoff- und Kosteneinsparungen, da der Verbrennungsmotor verbrauchsgünstiger und kleiner sein kann, und ermöglicht andererseits dennoch einen normalen Betrieb des Schiffes, da die Maximalantriebsleistung in der Regel nur selten abgerufen werden muss. In diesem Fall kann dann die nun als Elektromotor arbeitende elektrische Maschine ihre Antriebsleistung hinzuaddierend in den Antriebsstrang eintreiben, so dass die Maximalantriebsleistung des Schiffes bereitgestellt wird.With this embodiment of the invention, it is possible in an advantageous manner, acting as the main drive engine smaller than corresponding to the Maximum drive power required to configure. On the one hand, this allows fuel and cost savings because the engine can be more fuel efficient and smaller, yet still allows for normal operation of the ship since the maximum drive power typically need rarely be retrieved. In this case, the electrical machine now operating as an electric motor can then drive in its drive power into the drive train so that the maximum drive power of the ship is provided.
Vorteilhafte Aufteilungen der Antriebsleistung von Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine können 60 Prozent (Verbrennungsmotor) zu 40 Prozent (Elektromotor) oder auch 80 Prozent (Verbrennungsmotor) zu 20 Prozent (Elektromotor) sein. Andere Aufteilungen sind je nach Bedarf natürlich möglich.Advantageous partitions of the drive power of internal combustion engine and electric machine can be 60 percent (internal combustion engine) to 40 percent (electric motor) or even 80 percent (internal combustion engine) to 20 percent (electric motor). Other divisions are possible as needed.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Erfindung, wobei die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors in einem Bereich von 60-90 Prozent der Maximalantriebsleistung des Schiffes liegt und die Antriebsleistung der elektrischen Maschine in einem Bereich von 40-10 Prozent der Maximalantriebsleistung des Schiffes liegt.Preferred is an embodiment of the invention, wherein the drive power of the internal combustion engine is in a range of 60-90 percent of the maximum drive power of the ship and the drive power of the electric machine is in a range of 40-10 percent of the maximum drive power of the ship.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Erfindung, wobei die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors in einem Bereich von 60-70 Prozent der Maximalantriebsleistung des Schiffes liegt und die Antriebsleistung der elektrischen Maschine in einem Bereich von 40-30 Prozent der Maximalantriebsleistung des Schiffes liegt.Particularly preferred is an embodiment of the invention, wherein the drive power of the internal combustion engine is in a range of 60-70 percent of the maximum drive power of the ship and the drive power of the electric machine is in a range of 40-30 percent of the maximum drive power of the ship.
Das erfindungsgemäße Schiffsantriebssystem weist somit zwei vollwertige Antriebe auf, womit ein den jüngsten Anforderungen hinsichtlich Umweltschutz und Variabilität in der Antriebswahl gerecht werdendes Hybrid-Anthebssystem für Schiffe bereitgestellt ist. Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist eine weitere bzw. zweite elektrische Maschine vorgesehen, die sowohl als Generator als auch als Motor betreibbar ist und die eine Triebwelle zum Zuführen und Abgreifen von rotativer Antriebsleistung zu bzw. von dem Getriebeausgang und eine elektrische Schnittstelle zum Zuführen und Abgreifen von elektrischer Leistung zu bzw. von der Elektroversorgungs-Anordnung des Schiffes aufweist, wobei der Getriebeausgang so eingerichtet ist, dass die jeweilige Triebwelle jeder der elektrischen Maschinen damit antriebsverbunden ist.The marine propulsion system according to the invention thus has two full-fledged propulsion systems, thus providing a hybrid propulsion system for ships that meets the latest requirements in terms of environmental protection and variability in the propulsion choice. According to yet another embodiment of the invention, there is provided a second electric machine operable both as a generator and a motor and including a drive shaft for supplying and tapping rotary drive power to and from the transmission output and an electrical interface for feeding and Picking up electrical power to or from the electrical supply arrangement of the ship, wherein the transmission output is arranged so that the respective drive shaft of each of the electric machines is drive-connected thereto.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung wird einerseits zusätzliche Redundanz, also Betriebssicherheit, sowohl für den Antrieb des Schiffes als auch für die Erzeugung von Elektroenergie bereitgestellt. Andererseits ist es mit dieser Ausgestaltung der Erfindung möglich, den Betrag an elektrischer Antriebsleistung und den Betrag an erzeugter elektrischer Energie variabel an die jeweiligen Betriebssituationen des Schiffes anzupassen. So kann z.B. bei Bedarf eine der elektrischen Maschinen elektrisch im Leerlauf betrieben werden, so dass nur die Masse dieser elektrischen Maschine mitrotiert werden muss.With this embodiment of the invention, on the one hand, additional redundancy, ie operational reliability, is provided both for the propulsion of the ship and for the generation of electrical energy. On the other hand, it is possible with this embodiment of the invention to adjust the amount of electrical drive power and the amount of electrical energy generated variable to the respective operating situations of the ship. Thus, e.g. If necessary, one of the electrical machines are electrically operated at idle, so that only the mass of this electric machine must be co-rotated.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Verbrennungsmotor so konfiguriert, dass dieser weniger als 100 Prozent der für ein mit dem Schiffsantriebssystem zu versehenden Schiff vorgesehenen Maximalantriebsleistung erzeugen kann, wobei die elektrischen Maschinen so konfiguriert sind, dass diese gemeinsam oder einzeln den zu 100 Prozent der Maximalantriebsleistung fehlenden Prozentsatz an Antriebsleistung erzeugen können, so dass bei gleichzeitigem Antriebsbetrieb von Verbrennungsmotor und einer oder beider elektrischen Maschinen die Maximalantriebsleistung bereitstellbar ist.According to one embodiment of the invention, the internal combustion engine is configured to generate less than 100 percent of the maximum drive power provided for a ship propulsion system, wherein the electric machines are configured to collectively or individually provide 100 percent of the maximum drive power can generate missing percentage of drive power, so that the maximum drive power can be provided with simultaneous drive operation of internal combustion engine and one or both electric machines.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung ist es auf vorteilhafte Weise möglich, den als Hauptantrieb wirkenden Verbrennungsmotor kleiner als entsprechend der Maximalantriebsleistung erforderlich zu konfigurieren. Dies ermöglicht einerseits Kraftstoff- und Kosteneinsparungen, da der Verbrennungsmotor verbrauchsgünstiger und kleiner sein kann, und ermöglicht andererseits dennoch einen normalen Betrieb des Schiffes, da die Maximalantriebsleistung in der Regel nur selten abgerufen werden muss. In diesem Fall kann dann eine nun alsWith this embodiment of the invention, it is possible in an advantageous manner, acting as the main drive engine smaller than corresponding to the Maximum drive power required to configure. On the one hand, this allows fuel and cost savings because the engine can be more fuel efficient and smaller, yet still allows for normal operation of the ship since the maximum drive power typically need rarely be retrieved. In this case, one can now be called
Elektromotor arbeitende elektrische Maschine der beiden elektrischen Maschinen oder können beide elektrischen Maschinen ihre Antriebsleistung hinzuaddierend in den Antriebsstrang eintreiben, so dass die Maximalantriebsleistung des Schiffes bereitgestellt wird.Electric motor operating electric machine of the two electric machines or both electric machines can add their drive power addendum in the drive train, so that the maximum drive power of the ship is provided.
In diesem Fall ist es, wenn mit dem Eintrieb von schon einer der elektrischen Maschinen die Maximalantriebsleistung erzielbar ist, sogar möglich, für z.B. einen Notfall eine über die geforderte Maximalantriebsleistung hinausgehenden Betrag an Antriebsleistung bereitzustellen.In this case, if the maximum drive power can be achieved with the input of already one of the electric machines, it is even possible for e.g. to provide an emergency an amount of drive power in excess of the required maximum drive power.
Vorteilhafte Aufteilungen der Antriebsleistung von Verbrennungsmotor und elektrischen Maschinen können 60 Prozent (Verbrennungsmotor) zu 20 Prozent (1. Elektromotor) und 20 Prozent (2. Elektromotor) oder auch 80 Prozent (Verbrennungsmotor) zu 20 Prozent (1. Elektromotor) und 20 Prozent (2. Elektromotor) sein. Andere Aufteilungen sind je nach Bedarf natürlich möglich.Advantageous divisions of the drive power of internal combustion engine and electric machines can be 60 percent (internal combustion engine) to 20 percent (1st electric motor) and 20 percent (2nd electric motor) or 80 percent (internal combustion engine) to 20 percent (1st electric motor) and 20 percent ( 2. Electric motor). Other divisions are possible as needed.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Erfindung, wobei die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors in einem Bereich von 60-90 Prozent der Maximalantriebsleistung des Schiffes liegt und die jeweilige Antriebsleistung der elektrischen Maschinen in einem Bereich von 40-10 Prozent der Maximalantriebsleistung des Schiffes liegt.Preferred is an embodiment of the invention, wherein the drive power of the internal combustion engine is in a range of 60-90 percent of the maximum drive power of the ship and the respective drive power of the electric machine is in a range of 40-10 percent of the maximum drive power of the ship.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Erfindung, wobei die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors in einem Bereich von 60-70 Prozent der Maximalantriebsleistung des Schiffes liegt und die jeweilige Antriebsleistung der elektrischen Maschine in einem Bereich von 40-20 Prozent der Maximalanthebsleistung des Schiffes liegt.Particularly preferred is an embodiment of the invention, wherein the drive power of the internal combustion engine is in a range of 60-70 percent of the maximum drive power of the ship and the respective drive power of electric machine is within a range of 40-20 percent of the maximum lifting capacity of the ship.
Das erfindungsgemäße Schiffsanthebssystem weist somit drei vollwertige Antriebe auf, womit einerseits ein den jüngsten Anforderungen hinsichtlich Umweltschutz und Variabilität in der Antriebswahl gerecht werdendes Hybrid-Anthebssystem für Schiffe bereitgestellt ist und andererseits dieses Hybrid-Antriebssystem durch Redundanz eine erhöhte Betriebssicherheit sowie eine erhöhte Variabilität in der Antriebswahl und der Leistungswahl aufweist.The ship's lifting system according to the invention thus has three full-fledged drives, which on the one hand the recent requirements in terms of environmental protection and variability in the drive choice expectant hybrid Anthebssystem is provided for ships and on the other hand this hybrid drive system by redundancy increased reliability and increased variability in the drive selection and the power option.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist auch zwischen die elektrische Schnittstelle der weiteren elektrischen Maschine und die Elektroversorgungs- Anordnung des Schiffes ein Frequenzumrichter geschaltet, so dass die weitere elektrische Maschine in ihrer Antriebsdrehzahl regelbar ist.According to one embodiment of the invention, a frequency converter is also connected between the electrical interface of the further electric machine and the electrical supply arrangement of the ship, so that the further electric machine is controllable in its drive speed.
Bevorzugt hat das Getriebe eine dritte Schaltkupplung mit einem Kupplungseingang, der mit dem Getriebeeingang antriebsverbunden ist, und einem Kupplungsausgang, der über den Getriebeausgang mit der Triebwelle der weiteren elektrischen Maschine antriebsverbunden ist, wobei Kupplungseingang und Kupplungsausgang der dritten Schaltkupplung selektiv miteinander inPreferably, the transmission has a third clutch with a clutch input which is drivingly connected to the transmission input, and a clutch output which is drivingly connected via the transmission output to the drive shaft of the further electric machine, wherein clutch input and clutch output of the third clutch selectively with each other in
Antriebsverbindung bringbar und zum Lösen der Antriebsverbindung voneinander trennbar sind.Drive connection can be brought and disconnected from each other to release the drive connection.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft möglich, je nach Bedarf eine der elektrischen Maschinen von dem mechanischen Antriebspfad zu entkuppeln (und gleichzeitig elektrisch abzuschalten), so dass auch die mechanischen Leistungsverluste, welche durch ein Mitrotieren der elektrischen Maschinen im elektrischen Leerlauf anfallen, vermieden werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Getriebe so eingerichtet, dass für die jeweiligen Triebwellen der beiden elektrischen Maschinen in Bezug auf den Getriebeeingang unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse realisiert sind. Dies kann z.B. durch unterschiedliche Räderzüge in dem Getriebe realisiert sein.With this embodiment of the invention, it is advantageously possible, as required, to uncouple one of the electrical machines from the mechanical drive path (and at the same time to switch it off electrically), so that the mechanical power losses which occur during idling of the electric machines are also avoided become. According to a further embodiment of the invention, the transmission is set up so that different gear ratios are realized for the respective drive shafts of the two electric machines with respect to the transmission input. This can be realized for example by different gear trains in the transmission.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft möglich, mit den elektrischen Maschinen unterschiedliche Antriebsdrehzahlen zu erzeugen, was die Variabilität hinsichtlich der Schiffsgeschwindigkeit vergrößert. Ferner können die beiden elektrischen Maschinen von unterschiedlicher Leistungsklasse sein, so dass die Variabilität hinsichtlich der Leistung des Elektroantriebs und der Elektroenergieerzeugung vergrößert ist. Gemäß einer preiswerteren Ausgestaltung der Erfindung kann auf den Frequenzumrichter verzichtet werden, so dass mit dem Elektroantheb lediglich zwei unterschiedliche Antriebsdrehzahlen bzw. Vortriebselementdrehzahlen realisierbar sind.With this embodiment of the invention, it is advantageously possible to produce different drive speeds with the electric machines, which increases the variability in terms of ship speed. Further, the two electric machines may be of different power class, so that the variability in the performance of the electric drive and the electric power generation is increased. According to a cheaper embodiment of the invention can be dispensed with the frequency converter, so that only two different drive speeds or propulsion element speeds can be realized with the Elektroantheb.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Schaltkupplung und bevorzugt auch die dritte Schaltkupplung jeweils als Reibungskupplung, insbesondere als Lamellenkupplung, ausgebildet.According to one embodiment of the invention, the second clutch and preferably also the third clutch each as a friction clutch, in particular as a multi-plate clutch is formed.
Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht auf vorteilhafte Weise ein sanftes Einkuppeln und Auskuppeln der jeweiligen Schaltkupplungen (auch unter Last), indem deren Drehmoment-Übertragungs-Kapazität langsam vergrößert bzw. verringert wird. Dies wirkt sich, da stoßartige Lastunterschiede vermieden werden, vorteilhaft auf die Lebensdauer aller mit dem Antriebsstrang verbundenen Komponenten des Schiffsantriebssystems aus.This embodiment of the invention advantageously makes it possible to smoothly engage and disengage the respective clutches (even under load) by slowly increasing or decreasing their torque transmission capacity. This, since shock-like load differences are avoided, has an advantageous effect on the life of all components of the ship propulsion system connected to the drive train.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hat das Schiffsantriebssystem eine vierte Schaltkupplung, die im Antriebsstrang vor dem Vortriebselement angeordnet ist und die einen Kupplungseingang zum Aufnehmen von Antriebsdrehmoment aus dem Antriebsstrang und einen Kupplungsausgang zum Abgeben von Antriebsdrehmoment an das Vortriebselement aufweist, wobei Kupplungseingang und Kupplungsausgang selektiv miteinander in Anthebsverbindung bhngbar und zum Lösen der Anthebsverbindung voneinander trennbar sind.According to one embodiment of the invention, the marine propulsion system has a fourth clutch disposed in the driveline in front of the propulsion element and having a clutch input for receiving input torque from the driveline and a clutch output for outputting Having drive torque to the propulsion element, wherein the clutch input and clutch output are selectively bhngbar in Anthebsverbindung and separable from each other for releasing the Anthebsverbindung.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann das Vortriebselement bei Bedarf vom Antriebsstrang entkuppelt werden, wenn mit der im Antriebsstrang erzeugten mechanischen Antriebsleistung z.B. nur elektrische Energie erzeugt werden soll.With this embodiment of the invention, the propulsion element can be decoupled from the drive train if necessary, if, with the mechanical drive power generated in the drive train, e.g. only electrical energy should be generated.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Schiffsantriebssystem als komplettes Paket mit allen erforderlichen Komponenten geliefert, so dass Schiffswerften und Schiffseigner eine problemlose Installation und ein wartungsarme Betrieb des Schiffsantriebssystems ermöglich sind. Bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Schiffsantriebssystem alle erforderlichen Schnittstellen eindeutig definiert und vorgegeben, was neben der Angabe der entsprechenden Fundamentausführungen auch die Konstruktion und Lieferung von Teilfundamenten und Wellenlagerungen beinhalten kann.Preferably, the ship propulsion system according to the invention is supplied as a complete package with all the necessary components, so that shipyards and shipowners a trouble-free installation and a low-maintenance operation of the ship propulsion system are possible. Preferably, in the ship propulsion system according to the invention all necessary interfaces are clearly defined and predetermined, which may include the design and supply of partial foundations and shaft bearings in addition to the specification of the corresponding foundation designs.
Im Fazit gelingt es durch Einsatz des erfindungsgemäßen Schiffsantriebssystems, den Antrieb für Schiffe hinsichtlich Redundanz, Sicherheit, Kosteneinsparungen und Flexibilität entscheidend zu verbessern. Insbesondere stellt das erfindungsgemäße Schiffsantriebssystem durch seine zwei bzw. drei vollwertigen Antriebe ein für den Elektro-Dauerbetheb geeignetes Hybrid-Antriebssystem für Schiffe bereit.In conclusion, by using the ship propulsion system according to the invention, it is possible to decisively improve the propulsion for ships with regard to redundancy, safety, cost savings and flexibility. In particular, the ship propulsion system according to the invention provides by its two or three full-value drives a suitable for the electric Dauerbetheb hybrid drive system for ships.
Dies löst insbesondere auch das Problem, dass mit herkömmlichen Antrieben versehene Schiffe bestimmte Bereiche, wie z.B. Häfen oder bestimmte Meeresabschnitte, nicht mit eigenem Antrieb befahren dürfen, da große 2-Takt- Schiffsdieselmotoren in der Regel mit Schweröl als Kraftstoff betrieben werden, welches eine starke Emissionsbelastung verursacht. Mit dem erfindungsgemäßen Schiffsantriebssystem kann variabel mit unterschiedlichen Kraftstoffen gefahren werden, wobei z.B. die Antriebsmaschinen der Generatorsätze z.B. mit schwefelarmem Leichtöl oder Brenngas betrieben werden können, um den emissionsarmen Elektroantrieb des Schiffes zu gewährleisten, und der als Hauptantrieb fungierende Verbrennungsmotor, insbesondere 2-Takt- Schiffsdieselmotor, z.B. mit preisgünstigem Schweröl oder ebenfalls z.B. mit schwefelarmem Leichtöl betrieben werden kann.This solves in particular the problem that provided with conventional drives ships certain areas, such as ports or certain sections of the sea, not driven on their own drive, since large 2 -stroke marine diesel engines are usually operated with heavy fuel oil, which is a strong Emission burden caused. With the ship propulsion system according to the invention can be driven variably with different fuels, for example, the prime movers of the generator sets with, for example Low-sulfur light oil or fuel gas can be operated to ensure the low-emission electric drive of the ship, and acting as the main engine combustion engine, especially 2-stroke marine diesel engine, eg with low-cost heavy oil or also eg low-sulfur light oil can be operated.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es z.B. auch möglich, das Vortriebselement wie die Schiffsschraube vom Antriebsstrang abzukuppeln und jegliche Antriebsmaschine des Schiffsantriebssystems, insbesondere auch den als Hauptantrieb fungierenden Verbrennungsmotor, lediglich zur Erzeugung von Elektroenergie zu verwenden, wodurch die Kombination von 2-Takt- Schiffsdieselmotor und E-Maschinen ein großes Generatorset bildet.According to one embodiment of the invention it is e.g. also possible to disengage the propulsion element as the propeller from the drive train and any prime mover of the ship propulsion system, especially the main engine driving engine, only to use for generating electrical energy, whereby the combination of 2-stroke marine diesel engine and electric machines forms a large generator set ,
In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass die vorteilhafte Konfiguration der E-Maschinen mit etwa 40 Prozent der Maximalantriebsleistung einen Betrieb des als Hauptantrieb fungierenden 2-Takt-Schiffsdieselmotor mit sehr gutem Wirkungsgrad erlaubt.In this context, it should be noted that the advantageous configuration of the electric machines with about 40 percent of the maximum drive power allows operation of acting as the main propulsion 2-stroke marine diesel engine with very high efficiency.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.In the following the invention will be described in more detail by means of preferred embodiments and with reference to the attached figures.
Fig.1 zeigt eine schematische Ansicht eines Schiffsantriebssystems gemäß Ausführungsformen der Erfindung.1 shows a schematic view of a ship propulsion system according to embodiments of the invention.
Wie in Fig.1 gezeigt, weist ein in ein nicht gezeigtes Schiff integriertesAs shown in Fig. 1, a ship integrated into a ship, not shown, has
Schiffsantriebssystem 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine erste Schaltkupplung 10, einen Verbrennungsmotor 20, ein Getriebe 30, einen Antriebsstrang 40, ein Vortriebselement 50 und eine auf dem elektromotorischen Prinzip basierende elektrische Maschine 60 auf. Die erste Schaltkupplung 10 weist einen Kupplungseingang 11 und einen Kupplungsausgang 12 auf, welche selektiv miteinander in Antriebsverbindung bringbar und zum Lösen der Antriebsverbindung voneinander trennbar sind. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ist die erste Schaltkupplung als eine hydraulische Schaltkupplung ausgebildet, wie sie in DE 102 35 286 B4 mit Bezug auf deren Figuren 2 und 2a beschrieben ist.Ship propulsion system 1 according to an embodiment of the invention, a first clutch 10, an internal combustion engine 20, a transmission 30, a drive train 40, a propulsion element 50 and based on the electromotive principle electrical machine 60 on. The first shift clutch 10 has a clutch input 11 and a clutch output 12, which can be selectively brought into drive connection with each other and disconnected from each other for releasing the drive connection. According to this embodiment of the invention, the first clutch is designed as a hydraulic clutch, as described in DE 102 35 286 B4 with reference to Figures 2 and 2a.
Der Verbrennungsmotor 20, welcher gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung von einem 2-Takt-Dieselmotor gebildet ist und als Hauptantrieb fungiert, weist eine Abtriebswelle 21 auf, an der rotative Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 20 abgreifbar ist. Die Abtriebswelle 21 des Verbrennungsmotors 20 ist über eine Verbindungswelle 22 und Verbindungsflansche 23 stetig mit dem Kupplungseingang 11 der ersten Schaltkupplung 10 antriebsverbunden.The internal combustion engine 20, which is formed according to this embodiment of the invention of a 2-stroke diesel engine and acts as a main drive, has an output shaft 21, on the rotary drive power of the internal combustion engine 20 can be tapped off. The output shaft 21 of the internal combustion engine 20 is drive-connected via a connecting shaft 22 and connecting flanges 23 continuously connected to the clutch input 11 of the first clutch 10.
Das Getriebe 30, welches gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung als Tunnelgetriebe (siehe z.B. DE 195 01 463 A1 ) ausgebildet ist, weist einen Getriebeeingang 31 und einen Getriebeausgang 32 auf.The transmission 30, which according to this embodiment of the invention is designed as a tunnel transmission (see, for example, DE 195 01 463 A1), has a transmission input 31 and a transmission output 32.
Der Antriebsstrang 40 weist einen Antriebsstrangeingang 41 , der über ein Wellenelement 41 a und eine elastische Kupplung 43 stetig mit dem Kupplungsausgang 12 der ersten Schaltkupplung 10 antriebsverbunden ist, und einen Antriebsstrangausgang 42 auf, der mit einem hier als Propeller bzw. Schiffsschraube ausgebildeten Vortriebselement 50 antriebsverbunden ist. Das Wellenelement 41 a ist mit einer Rotationbremse 41 b versehen, mit der das Wellenelement 41 a gebremst bzw. gehalten werden kann. Ein zwischen Antriebsstrangeingang 41 und Antriebsstrangausgang 42 befindlicher Antriebsstrangabzweig 44 ist stetig mit dem Getriebeeingang 31 antriebsverbunden. Ein Beispiel für die elastische Kupplung 43 und den Anthebsstrangabzweig 44 ist in DE 195 01 463 A1 beschrieben, wobei dort der Anthebsstrangabzweig von einer mit einer elastischen Kupplung des Antriebsstrangs gekuppelten Hohlwelle des Tunnelgetriebes gebildet ist. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist der Antriebsstrangabzweig wie in DE 195 01 463 A1 beschrieben ausgeführt.The powertrain 40 has a Antriebsstrangeingang 41, which is drivingly connected via a shaft member 41 a and a flexible coupling 43 continuously connected to the clutch output 12 of the first clutch 10, and a drive train output 42, which drive connected to a here designed as a propeller or propeller drive element 50 is. The shaft member 41 a is provided with a rotation brake 41 b, with which the shaft member 41 a can be braked or held. A drive train branch 44 located between drive train input 41 and drive train output 42 is continuously drive-connected to the transmission input 31. An example of the elastic coupling 43 and the Abhebsstrangabzweig 44 is described in DE 195 01 463 A1, where there is the Anthebsstrangabzweig formed by a coupled with an elastic coupling of the drive train hollow shaft of the tunnel gear. According to embodiments of the invention, the drive train branch is designed as described in DE 195 01 463 A1.
Die elektrische Maschine 60 ist sowohl als Generator als auch als Motor betreibbar und weist eine Triebwelle 61 zum Zuführen und Abgreifen von rotativer Antriebsleistung zu bzw. von dem Getriebeausgang 32 und eine elektrische Schnittstelle 62 zum Zuführen und Abgreifen von elektrischer Leistung zu bzw. von einer Elektroversorgungs-Anordnung 100 des Schiffes auf.The electric machine 60 is operable as both a generator and a motor, and has a drive shaft 61 for supplying and tapping rotary drive power to and from the transmission output 32 and an electrical interface 62 for supplying and tapping electric power to and from a power supply Arrangement 100 of the ship.
In das Getriebe 30 ist eine in Form einer Lammellenkupplung ausgebildete, zweite Schaltkupplung 33 (nur mit Bezugszeichen angedeutet) integriert, die einen Kupplungseingang (nicht gezeigt), der mit dem Getriebeeingang 31 antriebsverbunden ist, und einen Kupplungsausgang (nicht gezeigt) aufweist, der über eine Ausgangswelle 32a des Getriebeausgangs 32 und eine Klauenkupplung oder Bogenzahnkupplung (allgemein eine nicht schaltbare Kupplung) 63 mit der Triebwelle 61 der elektrischen Maschine 60 antriebsverbunden ist.In the transmission 30, a trained in the form of a Lämmellenkupplung, second clutch 33 (indicated only by reference numeral) integrated, which has a clutch input (not shown) which is drivingly connected to the transmission input 31, and a clutch output (not shown), which an output shaft 32a of the transmission output 32 and a dog clutch (generally a non-shiftable clutch) 63 are drivingly connected to the drive shaft 61 of the electric machine 60.
Der Kupplungseingang und der Kupplungsausgang der zweiten Schaltkupplung 33 sind selektiv miteinander in Antriebsverbindung bringbar und zum Lösen der Antriebsverbindung voneinander trennbar. Eine als Lamellenkupplung ausgebildete lastschaltbare Kupplung ist z.B. in DE 199 20 924 C2 gezeigt.The clutch input and the clutch output of the second clutch 33 are selectively engageable with each other in driving connection and separable from each other for releasing the drive connection. A power shift clutch designed as a multi-plate clutch is known e.g. in DE 199 20 924 C2.
Der Antriebsstrang 40 erstreckt sich somit vom Antriebsstrangeingang 41 bzw. vom Kupplungsausgang 12 der ersten Schaltkupplung 10 über die elastische Kupplung 43, durch einen im Getriebe 30 (z.B. von einer Hohlwelle) gebildeten Tunnel (nicht gezeigt) hindurch, über zwei Verbindungsflansche 45, die ein aus dem Getriebe 30 austretendes Wellenelement 46 mit einer Vortriebselementwelle 47, insbesondere Propellerwelle, verbinden, zu dem Vortriebselement 50 bzw. dem Antriebsstrangausgang 42 hin. Der Antriebsstrangabzweig 44 realisiert eine Übertragung von Antriebsleistung über das Getriebe 30 an die bzw. von der elektrischen Maschine 60.The drive train 40 thus extends from the drive train input 41 or from the clutch output 12 of the first clutch 10 via the elastic coupling 43, through a tunnel (not shown) formed in the transmission 30 (eg, by a hollow shaft), via two connecting flanges 45 from the transmission 30 exiting shaft member 46 with a propulsion element shaft 47, in particular propeller shaft, connect to the propulsion element 50 and the drive train output 42 out. The driveline branch 44 implements transmission of drive power through the transmission 30 to and from the electric machine 60.
Die einzelnen Elemente des Antriebsstrangs 40 und die erste Schaltkupplung 10 sind über mehrere Rotationslager (nicht bezeichnet) an einem Rahmen bzw. Fundament (nicht bezeichnet) abgestützt. Ferner sind auch das Getriebe 30 und die elektrische Maschine 60 an dem Rahmen bzw. Fundament abgestützt.The individual elements of the drive train 40 and the first clutch 10 are supported via a plurality of rotary bearings (not labeled) on a frame or foundation (not labeled). Further, the transmission 30 and the electric machine 60 are also supported on the frame.
Die elektrische Schnittstelle 62 der elektrischen Maschine 60 ist als Klemmkasten mit entsprechenden Anschlüssen ausgeführt und über elektrische Leitungen 64 elektrisch mit einem Ausgang eines Frequenzumrichters 65 verbunden. Ein Eingang des Frequenzumrichters 65 ist über elektrische Leitungen (nicht bezeichnet) elektrisch mit einer elektrischen Schnittstelle (nicht bezeichnet) eines auf dem elektromotorischen Prinzip basierenden elektrischen Generators 101 der Elektroversorgungs-Anordnung 100 des Schiffes verbunden. Eine Triebwelle (nicht gezeigt) des Generators 101 ist mit einer Abtriebswelle (nicht gezeigt) eines 4-Takt-Dieselmotors 102 antriebsverbunden. Der Generator 101 und der 4-Takt- Dieselmotor 102 bilden einen Generatorsatz der Elektroversorgungs-Anordnung 100 des Schiffes.The electrical interface 62 of the electrical machine 60 is designed as a terminal box with corresponding terminals and electrically connected via electrical lines 64 to an output of a frequency converter 65. An input of the frequency converter 65 is electrically connected to an electrical interface (not shown) of an electromotive-type based electrical generator 101 of the electric supply arrangement 100 of the ship via electrical lines (not shown). A drive shaft (not shown) of the generator 101 is drive-connected to an output shaft (not shown) of a 4-stroke diesel engine 102. The generator 101 and the 4-stroke diesel engine 102 form a generator set of the power supply arrangement 100 of the ship.
Mit dem Frequenzumrichter 65 ist die elektrische Maschine 60, wenn als Motor betrieben, in ihrer Antriebsdrehzahl regelbar.With the frequency converter 65, the electric machine 60, when operated as a motor, adjustable in its drive speed.
Der als Hauptantrieb fungierende Verbrennungsmotor 20 ist gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung so konfiguriert, dass dieser weniger als 100 Prozent der für das Schiff erforderlichen Maximalantriebsleistung erzeugen kann, wobei die elektrische Maschine 60 so konfiguriert ist, dass diese den zu 100 Prozent der Maximalantriebsleistung fehlenden Prozentsatz an Antriebsleistung erzeugen kann, so dass bei gleichzeitigem Antriebsbetrieb von Verbrennungsmotor 20 und elektrischer Maschine 60 die Maximalanthebsleistung bereitstellbar ist.The main engine 20 is configured in accordance with this embodiment of the invention to be capable of producing less than 100 percent of the maximum drive power required for the vessel, with the electric machine 60 configured to provide the percentage lacking 100 percent of the maximum drive power Drive power can generate, so that with simultaneous drive operation of Internal combustion engine 20 and electrical machine 60, the maximum Abhebsleistung is available.
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Verbrennungsmotor 20 so konfiguriert, dass dieser 70 Prozent der Maximalantriebsleistung bereitstellt, und ist die elektrische Maschine 60 so konfiguriert, dass diese 40 Prozent der Maximalantriebsleistung bereitstellt. Damit stehen bei gleichzeitigem Antriebsbetrieb von Verbrennungsmotor 20 und elektrischer Maschine 60 sogar 110 Prozent der Maximalantriebsleistung zur Verfügung, womit sich ein sogenannter Booster-Betrieb realisieren lässt.According to this embodiment of the invention, the engine 20 is configured to provide 70 percent of the maximum drive power, and the electric machine 60 is configured to provide 40 percent of the maximum drive power. Thus, with simultaneous drive operation of internal combustion engine 20 and electric machine 60, even 110 percent of the maximum drive power is available, whereby a so-called booster operation can be realized.
Bei Betrieb des Schiffsantriebssystems 1 mit dem als Hauptantrieb fungierenden Verbrennungsmotor 20, welcher hier z.B. eine Nenndrehzahl von etwa 100 U/min aufweist, ist die erste Schaltkupplung 10 eingekuppelt, so dass Antriebsleistung bzw. Drehmoment an das Vortriebselement 50 übertragen wird, welches sich dann mit der Nenndrehzahl des Verbrennungsmotors 20 dreht. Je nach Bedarf kann die zweite Schaltkupplung 33 des Getriebes 30 ausgekuppelt sein, so dass die elektrische Maschine 60 mechanisch vom Antriebsstrang 40 entkuppelt ist, oder eingekuppelt sein, so dass die elektrische Maschine 60 mechanisch mit dem Antriebsstrang 40 gekuppelt ist und als Generator arbeitend elektrische Energie erzeugen kann.In operation of the marine propulsion system 1 with the main propulsion engine 20, which is here e.g. has a rated speed of about 100 U / min, the first clutch 10 is engaged, so that drive power or torque is transmitted to the drive element 50, which then rotates at the rated speed of the engine 20. As needed, the second clutch 33 of the transmission 30 may be disengaged such that the electric machine 60 is mechanically disengaged from the driveline 40, or engaged, such that the electric machine 60 is mechanically coupled to the driveline 40 and operating as a generator electrical energy can generate.
Bei Betrieb des Schiffsantriebssystems mit dem als Hauptantrieb fungierenden Verbrennungsmotor 20 kann bei ausgekuppelter zweiter Schaltkupplung 33, wenn nicht anderweitig Strom benötigt wird, der 4-Takt-Dieselmotor 102 ausgeschaltet sein. Bei eingekuppelter zweiter Schaltkupplung 33 kann der 4-Takt-Dieselmotor 102 je nach Strombedarf eingeschaltet oder ausgeschaltet sein und wird die von der elektrischen Maschine, welche eine Nenndrehzahl von 1200 U/min bis 1800 U/min hat, erzeugte elektrische Energie auf geeignete Weise in die Elektroversorgungs-Anordnung 100 des Schiffes eingespeist. Soll das Schiff mittels der elektrischen Maschine 60 angetrieben werden, so ist die erste Schaltkupplung 10 ausgekuppelt, so dass der Verbrennungsmotor 20 mechanisch vom Antriebsstrang 40 entkuppelt ist. Ferner ist die zweite Schaltkupplung 33 des Getriebes 30 eingekuppelt, so dass Antriebsleistung bzw. Drehmoment der elektrischen Maschine 60 an das Vortriebselement 50 übertragen wird, welches sich dann mit durch Verstellen des Frequenzumrichters 65 variierbarer Drehzahl dreht. Die elektrische Maschine 60 wird dabei mit der vom Generator 101 erzeugten elektrischen Energie betrieben, wobei der 4-Takt- Dieselmotor 102 z.B. mit schwefelarmem Leichtöl betrieben den Generator 101 drehantreibt.When operating the marine propulsion system with the engine 20 acting as the main engine, with the second clutch 33 disengaged, unless power is needed elsewhere, the 4-stroke diesel engine 102 may be off. When coupled second clutch 33, the 4-stroke diesel engine 102 may be turned on or off depending on the power requirements and is the electric power generated by the electric machine, which has a rated speed of 1200 rev / min to 1800 rev / min in a suitable manner the power supply arrangement 100 of the ship fed. If the ship is to be driven by means of the electric machine 60, then the first shift clutch 10 is disengaged, so that the engine 20 is mechanically decoupled from the drive train 40. Further, the second clutch 33 of the transmission 30 is engaged, so that drive power or torque of the electric machine 60 is transmitted to the propulsion element 50, which then rotates with variable by adjusting the frequency converter 65 speed. The electric machine 60 is thereby operated with the electrical energy generated by the generator 101, wherein the 4-stroke diesel engine 102, for example operated with low-sulfur light oil, the generator 101 rotatably drives.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig.1 eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben, welche bis auf die im Folgenden dargelegten Unterschiede der ersten Ausführungsform der Erfindung gleicht, weshalb im Folgenden auch nur die Unterschiede aufgeführt sind.Now, a second embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 1, which is similar except for the differences of the first embodiment of the invention set forth below, for which reason only the differences are listed below.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung weist das Schiffsantriebssystem 1 eine weitere bzw. zweite elektrische Maschine 70 (in Fig.1 gestrichelt dargestellt) auf, die sowohl als Generator als auch als Motor betreibbar ist und die eine Triebwelle 71 zum Zuführen und Abgreifen von rotativer Antriebsleistung zu bzw. von dem Getriebeausgang 32 und eine elektrische Schnittstelle 72 zum Zuführen und Abgreifen von elektrischer Leistung zu bzw. von der Elektroversorgungs-Anordnung 100 des Schiffes aufweist.According to the second embodiment of the invention, the ship propulsion system 1 comprises a second electric machine 70 (shown in phantom in Fig. 1) which is operable both as a generator and as a motor and which comprises a drive shaft 71 for supplying and tapping rotary drive power to and from the transmission output 32 and an electrical interface 72 for supplying and tapping of electrical power to and from the power supply arrangement 100 of the ship.
In das Getriebe 30 ist eine ebenfalls als Lamellenkupplung ausgebildete, dritte Schaltkupplung 34 (nur mit Bezugszeichen angedeutet) integriert, die einen Kupplungseingang (nicht gezeigt), der mit dem Getriebeeingang 31 antriebsverbunden ist, und einen Kupplungsausgang (nicht gezeigt) aufweist, der über eine weitere Ausgangswelle 32b des Getriebeausgangs 32 und eine weitere Klauenkupplung oder Bogenzahnkupplung (allgemein eine nicht schaltbare Kupplung) 73 mit der Triebwelle 71 der zweiten elektrischen Maschine 70 antriebsverbunden ist.In the transmission 30 is a likewise designed as a multi-plate clutch, third clutch 34 (indicated only by reference numeral) integrated, which has a clutch input (not shown) which is drivingly connected to the transmission input 31, and a clutch output (not shown), via a another output shaft 32b of the transmission output 32 and another jaw clutch or curved tooth coupling (generally a non-switchable Clutch) 73 is drivingly connected to the drive shaft 71 of the second electric machine 70.
Der Kupplungseingang und der Kupplungsausgang der dritten Schaltkupplung 34, welche von gleichem Aufbau wie die zweite Schaltkupplung 33 ist, sind selektiv miteinander in Antriebsverbindung bringbar und zum Lösen der Antriebsverbindung voneinander trennbar.The clutch input and the clutch output of the third clutch 34, which is of the same construction as the second clutch 33, are selectively drivable with each other and separable from each other for releasing the drive connection.
Das Getriebe 30 ist gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung so eingerichtet, dass für die jeweiligen Triebwellen 61 und 71 der beiden elektrischen Maschinen 60, 70 in Bezug auf den Getriebeeingang 31 unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse realisiert sind.The transmission 30 is according to the second embodiment of the invention set up so that for the respective drive shafts 61 and 71 of the two electric machines 60, 70 with respect to the transmission input 31 different gear ratios are realized.
Ferner sind gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung die beiden elektrischen Maschinen 60, 70 von unterschiedlicher Leistungsklasse, wie später noch detaillierter dargelegt.Further, according to the second embodiment of the invention, the two electric machines 60, 70 are of different performance class, as explained in more detail later.
Die elektrische Schnittstelle 72 der zweiten elektrischen Maschine 70 ist als Klemmkasten mit entsprechenden Anschlüssen ausgeführt und über elektrische Leitungen 74 (in Fig.1 gestrichelt dargestellt) elektrisch mit einem Ausgang eines Frequenzumrichters 75 (in Fig.1 gestrichelt dargestellt) verbunden. Ein Eingang des Frequenzumrichters 75 ist über elektrische Leitungen (nicht bezeichnet und in Fig.1 gestrichelt dargestellt) elektrisch mit einer elektrischen Schnittstelle (nicht bezeichnet) eines auf dem elektromotorischen Prinzip basierenden weiteren elektrischen Generators 103 (in Fig.1 gestrichelt dargestellt) derThe electrical interface 72 of the second electrical machine 70 is designed as a terminal box with corresponding terminals and via electrical lines 74 (shown in phantom in Figure 1) electrically connected to an output of a frequency converter 75 (shown in phantom in Figure 1). An input of the frequency converter 75 is electrically connected via electrical lines (not indicated and shown in phantom in FIG. 1) to an electrical interface (not designated) of a further electric generator 103 based on the electromotive principle (shown by dashed lines in FIG
Elektroversorgungs-Anordnung 100 des Schiffes verbunden. Eine Triebwelle (nicht gezeigt) des Generators 103 ist mit einer Abtriebswelle (nicht gezeigt) eines Gasmotors 104 (in Fig.1 gestrichelt dargestellt) antriebsverbunden. Der Generator 103 und der Gasmotor 104 bilden einen weiteren Generatorsatz der Elektroversorgungs-Anordnung 100 des Schiffes. Mit dem Frequenzumrichter 75 ist die zweite elektrische Maschine 70, wenn als Motor betrieben, in ihrer Antriebsdrehzahl regelbar.Electric supply arrangement 100 of the ship connected. A drive shaft (not shown) of the generator 103 is drive-connected to an output shaft (not shown) of a gas engine 104 (shown in phantom in FIG. 1). The generator 103 and the gas engine 104 form another generator set of the power supply arrangement 100 of the ship. With the frequency converter 75, the second electric machine 70, when operated as a motor, can be regulated in its drive speed.
Der als Hauptantrieb fungierende Verbrennungsmotor 20 ist gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung so konfiguriert, dass dieser weniger als 100 Prozent der für das Schiff erforderlichen Maximalantriebsleistung erzeugen kann, wobei die elektrischen Maschinen 60, 70 so konfiguriert sind, dass diese separat bzw. jeweils den zu 100 Prozent der Maximalantriebsleistung fehlenden Prozentsatz an Antriebsleistung erzeugen können, so dass bei gleichzeitigem Antriebsbetrieb von Verbrennungsmotor 20 und einer der elektrischen Maschinen 60, 70 die Maximalantriebsleistung bereitstellbar ist.The main engine 20 is, in accordance with this embodiment of the invention, configured to produce less than 100 percent of the maximum drive power required for the vessel, with the electric machines 60, 70 configured to be 100 and 100, respectively Percent of the maximum drive power can generate missing percentage of drive power, so that at the same drive operation of internal combustion engine 20 and one of the electric machines 60, 70, the maximum drive power is available.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist der Verbrennungsmotor 20 so konfiguriert, dass dieser 60 Prozent der Maximalantriebsleistung bereitstellt, ist die erste elektrische Maschine 60 so konfiguriert, dass diese 50 Prozent der Maximalantriebsleistung bereitstellt, und ist die zweite elektrische Maschine 70 so konfiguriert, dass diese 40 Prozent der Maximalantriebsleistung bereitstellt. Damit stehen bei gleichzeitigem Antriebsbetrieb von Verbrennungsmotor 20 und erster elektrischer Maschine 60 sogar 110 Prozent der Maximalantriebsleistung zur Verfügung, womit sich ein sogenannter Booster-Betrieb realisieren lässt. Der Booster-Betrieb lässt sich noch verstärken, indem gleichzeitig der Verbrennungsmotor 20 und beide elektrische Maschine 60, 70 in den Antriebsstrang 40 eintreiben. Hierzu kann gemäß der Erfindung in dem Getriebe 30 ein Ausgleichsgetriebe vorgesehen sein.According to the second embodiment of the invention, the engine 20 is configured to provide 60 percent of the maximum drive power, the first electric machine 60 is configured to provide 50 percent of the maximum drive power, and the second electric machine 70 is configured to Provides 40 percent of the maximum drive power. Thus, with simultaneous drive operation of internal combustion engine 20 and first electric machine 60, even 110 percent of the maximum drive power is available, whereby a so-called booster operation can be realized. The booster operation can be strengthened by simultaneously driving the engine 20 and both electric machine 60, 70 in the drive train 40. For this purpose, a differential gear can be provided according to the invention in the transmission 30.
Bei Betrieb des Schiffsantriebssystems 1 mit dem als Hauptantrieb fungierenden Verbrennungsmotor 20, welcher hier z.B. eine Nenndrehzahl von etwa 100 U/min aufweist, ist die erste Schaltkupplung 10 eingekuppelt, so dass Antriebsleistung bzw. Drehmoment an das Vortriebselement 50 übertragen wird, welches sich dann mit der Nenndrehzahl des Verbrennungsmotors 20 dreht. Je nach Bedarf kann/können die zweite Schaltkupplung 33 und/oder die dritte Schaltkupplung 34 des Getriebes 30 ausgekuppelt sein, so dass die erste elektrische Maschine 60 und/oder die zweite elektrische Maschine 70 mechanisch vom Antriebsstrang 40 entkuppelt ist/sind, oder eingekuppelt sein, so dass die erste elektrische Maschine 60 und/oder die zweite elektrische Maschine 70 mechanisch mit demWhen operating the ship propulsion system 1 with the main engine acting as an internal combustion engine 20, which here, for example, has a rated speed of about 100 U / min, the first clutch 10 is engaged, so that drive power or torque is transmitted to the propulsion element 50, which then with the rated speed of the engine 20 rotates. As required the second clutch 33 and / or the third clutch 34 of the transmission 30 may be disengaged so that the first electric machine 60 and / or the second electric machine 70 are mechanically disengaged from the driveline 40, or engaged so that the first electric machine 60 and / or the second electric machine 70 mechanically with the
Antriebsstrang 40 gekuppelt ist/sind und als Generator arbeitend elektrische Energie erzeugen kann/können.Powertrain 40 is coupled / are and working as a generator can generate electrical energy / can.
Bei Betrieb des Schiffsantriebssystems 1 mit dem als Hauptantrieb fungierenden Verbrennungsmotor 20 kann bei ausgekuppelter zweiter Schaltkupplung 33, wenn nicht anderweitig Strom benötigt wird, der 4-Takt-Dieselmotor 102 ausgeschaltet sein. Bei eingekuppelter zweiter Schaltkupplung 33 kann der 4-Takt-Dieselmotor 102 je nach Strombedarf eingeschaltet oder ausgeschaltet sein und wird die von der ersten elektrischen Maschine 60, welche eine Nenndrehzahl von 1200 U/min bis 1800 U/min hat, erzeugte elektrische Energie auf geeignete Weise in die Elektroversorgungs-Anordnung 100 des Schiffes eingespeist.When operating the ship propulsion system 1 with the main engine acting as an internal combustion engine 20 can be switched off with the second clutch 33, unless otherwise required power, the 4-stroke diesel engine 102. When coupled second clutch 33, the 4-stroke diesel engine 102 may be switched on or off depending on the power demand and the electric energy generated by the first electric machine 60, which has a rated speed of 1200 rev / min to 1800 rev / min, suitable Way fed into the power supply arrangement 100 of the ship.
Bei Betrieb des Schiffsantriebssystems 1 mit dem als Hauptantrieb fungierenden Verbrennungsmotor 20 kann bei ausgekuppelter dritter Schaltkupplung 34, wenn nicht anderweitig Strom benötigt wird, der Gasmotor 104 ausgeschaltet sein. Bei eingekuppelter dritter Schaltkupplung 34 kann der Gasmotor 104 je nach Strombedarf eingeschaltet oder ausgeschaltet sein und wird die von der zweiten elektrischen Maschine 70, welche eine Nenndrehzahl von 1200 U/min bis 1800 U/min hat, erzeugte elektrische Energie auf geeignete Weise in die Elektroversorgungs-Anordnung 100 des Schiffes eingespeist.When the marine propulsion system 1 is operating with the combustion engine 20 functioning as the main propulsion, if the third clutch 34 is disengaged, unless otherwise required, the gas engine 104 may be switched off. When the third clutch 34 is engaged, the gas engine 104 may be turned on or off depending on the power demand, and the electric power generated by the second electric machine 70, which has a rated speed of 1200 rpm to 1800 rpm, will be suitably supplied to the electric power supply -Anordnung 100 of the ship fed.
Soll das Schiff nur mittels der ersten elektrischen Maschine 60 angetrieben werden, so sind die erste Schaltkupplung 10 und die dritte Schaltkupplung 34 ausgekuppelt, so dass der Verbrennungsmotor 20 und die zweite elektrische Maschine 70 mechanisch vom Antriebsstrang 40 entkuppelt sind. Ferner ist die zweite Schaltkupplung 33 des Getriebes 30 eingekuppelt, so dass Antriebsleistung bzw. Drehmoment der ersten elektrischen Maschine 60 an das Vorthebselement 50 übertragen wird, welches sich dann mit durch Verstellen des Frequenzumrichters 65 variierbarer Drehzahl dreht. Die erste elektrische Maschine 60 wird dabei mit der vom Generator 101 erzeugten elektrischen Energie betrieben, wobei der 4-Takt-Dieselmotor 102 z.B. mit schwefelarmem Leichtöl betrieben den Generator 101 drehantreibt.If the ship is to be driven only by means of the first electric machine 60, the first shift clutch 10 and the third shift clutch 34 are disengaged, so that the engine 20 and the second electric machine 70 are mechanically decoupled from the drive train 40. Further, the second clutch 33 of the transmission 30 is engaged, so that drive power or torque of the first electric machine 60 is transmitted to the Vordhebselement 50, which then rotates by adjusting the frequency inverter 65 variable speed. The first electric machine 60 is thereby operated with the electrical energy generated by the generator 101, wherein the 4-stroke diesel engine 102, for example operated with low-sulfur light oil, rotates the generator 101.
Soll das Schiff nur mittels der zweiten elektrischen Maschine 70 angetrieben werden, so sind die erste Schaltkupplung 10 und die zweite Schaltkupplung 33 ausgekuppelt, so dass der Verbrennungsmotor 20 und die erste elektrische Maschine 60 mechanisch vom Antriebsstrang 40 entkuppelt sind. Ferner ist die dritte Schaltkupplung 34 des Getriebes 30 eingekuppelt, so dass Antriebsleistung bzw. Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine 70 an das Vortriebselement 50 übertragen wird, welches sich dann mit durch Verstellen des Frequenzumrichters 75 variierbarer Drehzahl dreht. Die zweite elektrische Maschine 70 wird dabei mit der vom Generator 103 erzeugten elektrischen Energie betrieben, wobei der Gasmotor 104 z.B. mit Erdgas betrieben den Generator 103 drehantreibt.If the ship is to be driven only by means of the second electric machine 70, the first shift clutch 10 and the second shift clutch 33 are disengaged, so that the engine 20 and the first electric machine 60 are mechanically decoupled from the drive train 40. Further, the third clutch 34 of the transmission 30 is engaged, so that driving power or torque of the second electric machine 70 is transmitted to the driving element 50, which then rotates by adjusting the frequency converter 75 variable speed. The second electric machine 70 is thereby operated with the electrical energy generated by the generator 103, wherein the gas engine 104, e.g. powered by natural gas, the generator 103 rotatably drives.
Soll das Schiff nur mittels beider elektrischer Maschinen 60, 70 angetrieben werden, so ist die erste Schaltkupplung 10 ausgekuppelt, so dass der Verbrennungsmotor 20 mechanisch vom Antriebsstrang 40 entkuppelt ist. Ferner sind die zweite und die dritte Schaltkupplung 33, 34 des Getriebes 30 eingekuppelt, so dass Antriebsleistung bzw. Drehmoment der beiden elektrischen Maschinen 60, 70 über das dann vorgesehene Ausgleichsgetriebe (nicht gezeigt) an das Vortriebselement 50 übertragen wird.If the ship is to be driven only by means of both electrical machines 60, 70, then the first clutch 10 is disengaged, so that the internal combustion engine 20 is mechanically decoupled from the drive train 40. Furthermore, the second and the third clutch 33, 34 of the transmission 30 are engaged, so that drive power or torque of the two electric machines 60, 70 via the then provided differential gear (not shown) is transmitted to the drive element 50.
Soll das Schiff mittels beider elektrischer Maschinen 60, 70 und des Verbrennungsmotors 20 angetrieben werden, so sind die erste bis dritte Schaltkupplung 10, 33, 34 eingekuppelt, so dass Antriebsleistung bzw. Drehmoment der beiden elektrischen Maschinen 60, 70 über das dann vorgesehene Ausgleichsgetriebe (nicht gezeigt) und Antriebsleistung bzw. Drehmoment des Verbrennungsmotors 20 an das Vortriebselement 50 übertragen werden.If the ship by means of both electric machines 60, 70 and the engine 20 are driven, the first to third clutch 10, 33, 34 are engaged, so that drive power or torque of the two electric machines 60, 70 via the then provided differential gear (not shown) and drive power or torque of the engine 20 are transmitted to the propulsion element 50.
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, welche eine Ausgestaltungsvariante der ersten Ausführungsform der Erfindung und der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt, weshalb im Folgenden auch nur die zusätzlichen Merkmale erläutert sind.In the following, a third embodiment of the invention is described, which represents an embodiment variant of the first embodiment of the invention and the second embodiment of the invention, for which reason only the additional features are explained below.
Gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung weist dasAccording to the third embodiment of the invention, the
Schiffsantriebssystem 1 eine vierte Schaltkupplung (in Fig.1 nicht gezeigt) auf, die im Aufbau jenem der ersten Schaltkupplung 10 gleicht. Die vierte Schaltkupplung ist im Antriebsstrang 40 vor dem Vortriebselement 50 angeordnet und weist einen Kupplungseingang zum Aufnehmen von Antriebsdrehmoment aus dem Antriebsstrang 40 und einen Kupplungsausgang zum Abgeben vonShip propulsion system 1, a fourth clutch (not shown in Figure 1), which is similar in construction to that of the first clutch 10. The fourth clutch is disposed in the drive train 40 in front of the propulsion element 50 and has a clutch input for receiving drive torque from the drive train 40 and a clutch output for discharging
Antriebsdrehmoment an das Vortriebselement 50 auf. Der Kupplungseingang und der Kupplungsausgang der vierten Schaltkupplung sind selektiv miteinander in Antriebsverbindung bringbar und zum Lösen der Antriebsverbindung voneinander trennbar. In diesem Fall ist die Rotationbremse 41 b auf der Seite des Kupplungsausgangs der vierten Schaltkupplung angeordnet, so dass das Vortriebselement 50 beim Schalten der vierten Schaltkupplung mittels der Rotationbremse 41 b gebremst bzw. gehalten werden kann.Drive torque to the drive element 50 on. The clutch input and the clutch output of the fourth clutch can be selectively brought into drive connection with each other and separable from each other for releasing the drive connection. In this case, the rotation brake 41 b is disposed on the side of the clutch output of the fourth clutch, so that the driving element 50 can be braked or held when switching the fourth clutch by means of the rotation brake 41 b.
Gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung kann das Vortriebselement 50 vollständig mechanisch vom Antriebsstrang 40 entkuppelt bzw. getrennt werden, so dass das Schiffsantriebssystem 1 als reine Elektroenergie-Erzeugungsanlage bzw. als kleines Kraftwerk betreibbar ist. Hierbei kann der Verbrennungsmotor 20 über den Antriebsstrang 40 und das Getriebe 30 eine oder beide elektrischen Maschinen 60, 70 im Generatorbetrieb antreiben. Ferner können/kann je nach Bedarf zusätzlich der 4-Takt-Dieselmotor 102 und/oder der Gasmotor 104 ihren jeweils zugeordneten Generator 101 bzw. 103 zum Erzeugen von Elektroenergie antreiben.According to the third embodiment of the invention, the propulsion element 50 can be completely decoupled from the drive train 40 completely mechanically, so that the ship propulsion system 1 can be operated as a pure electric power generation plant or as a small power plant. In this case, the internal combustion engine 20 can drive one or both electrical machines 60, 70 in generator mode via the drive train 40 and the transmission 30. Furthermore, depending on requirements, the 4-stroke diesel engine 102 and / or the gas engine 104 can additionally / respectively associated generator 101 and 103 for generating electric power drive.
Im Folgenden wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, welche eine Ausgestaltungsvariante der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt, weshalb im Folgenden auch nur die zusätzlichen Merkmale erläutert sind.In the following, a fourth embodiment of the invention will be described, which represents an embodiment variant of the first to third embodiment of the invention, for which reason only the additional features are explained below.
Gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung ist über die elektrischen Leitungen 74 eine elektrische Energie bereitstellende Brennstoffzellenanordnung 105 elektrisch mit der zweiten elektrischen Maschine 70 verbunden, wie in Fig.1 in Verbindung mit der zweiten und der dritten Ausführungsform gezeigt. Obwohl in Fig.1 nicht gezeigt, ist zwischen Brennstoffzellenanordnung 105 und elektrischer Maschine 70 ein Wechselrichter angeordnet.According to the fourth embodiment of the invention, an electrical energy supplying fuel cell assembly 105 is electrically connected to the second electrical machine 70 via the electrical leads 74, as shown in FIG. 1 in connection with the second and third embodiments. Although not shown in FIG. 1, an inverter is disposed between the fuel cell assembly 105 and the electric machine 70.
Gemäß nicht gezeigten Abwandlungen der vierten Ausführungsform der Erfindung kann die Brennstoffzellenanordnung 105 alternativ oder zusätzlich über die elektrischen Leitungen 64 (und den Wechselrichter) mit der ersten elektrischen Maschine 60 verbunden sein. Gemäß einer nicht gezeigten weiteren Abwandlung der vierten Ausführungsform der Erfindung kann für jede elektrische Maschine 60, 70 eine eigene Brennstoffzellenanordnung 105 und ein eigener Wechselrichter vorgesehen sein.According to modifications not shown in the fourth embodiment of the invention, the fuel cell assembly 105 may alternatively or additionally be connected to the first electric machine 60 via the electrical leads 64 (and the inverter). According to a not shown further modification of the fourth embodiment of the invention may be provided for each electric machine 60, 70, a separate fuel cell assembly 105 and a separate inverter.
Bei Energieversorgung der elektrischen Maschinen 60 und/oder 70 durch die Brennstoffzellenanordnung(en) 105 ist somit ein besonders emissionsarmer bzw. sogar emissionsfreier Antrieb für das Schiff realisierbar. BezugszeichenlisteWhen the electrical machines 60 and / or 70 are supplied with energy by the fuel cell arrangement (s) 105, a particularly low-emission or even emission-free drive for the ship can thus be realized. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Schiffsantriebssystem1 ship propulsion system
10 erste Schaltkupplung10 first clutch
11 Kupplungseingang11 clutch input
12 Kupplungsausgang12 clutch output
20 Verbrennungsmotor20 internal combustion engine
21 Abtriebswelle21 output shaft
22 Verbindungswelle22 connecting shaft
23 Verbindungsflansch(e)23 connecting flange (s)
30 Getriebe30 gears
31 Getriebeeingang31 transmission input
32 Getriebeausgang32 transmission output
32a Ausgangswelle32a output shaft
32b Ausgangswelle32b output shaft
33 zweite Schaltkupplung33 second clutch
34 dritte Schaltkupplung34 third clutch
40 Antriebsstrang40 powertrain
41 Antriebsstrangeingang41 driveline input
41 a Wellenelement41 a shaft element
41 b Rotationsbremse41 b Rotation brake
42 Antriebsstrangausgang42 powertrain output
43 elastische Kupplung43 elastic coupling
44 Antriebsstrangabzweig44 Drive train branch
45 Verbindungsflansch(e)45 connecting flange (s)
46 Wellenelement46 shaft element
47 Vortriebselementwelle47 driving element shaft
50 Vortriebselement50 driving element
60 elektrische Maschine (erste)60 electric machine (first)
61 Triebwelle61 drive shaft
62 elektrische Schnittstelle62 electrical interface
63 Klauenkupplung oder Bogenzahnkupplung63 Claw coupling or curved tooth coupling
64 elektrische Leitungen Frequenzumrichter elektrische Maschine (zweite)64 electrical lines Frequency converter electric machine (second)
Triebwelle elektrische SchnittstelleDrive shaft electrical interface
Klauenkupplung oder Bogenzahnkupplung elektrische LeitungenClaw coupling or curved tooth electrical cables
Frequenzumrichterfrequency converter
Elektroversorgungs-AnordnungElectric supply arrangement
Generatorgenerator
4-Takt-Dieselmotor4-stroke diesel engine
Generatorgenerator
Gasmotorgas engine
Brennstoffzellenanordnung A fuel cell assembly

Claims

Patentansprüche claims
1. Schiffsanthebssystem (1 ), aufweisend: eine erste Schaltkupplung (10) mit einem Kupplungseingang (11 ) und einem Kupplungsausgang (12), welche selektiv miteinander in Antriebsverbindung bringbar und zum Lösen der Antriebsverbindung voneinander trennbar sind, einen Verbrennungsmotor (20) mit einer Abtriebswelle (21 ) zum Bereitstellen von rotativer Antriebsleistung, wobei die Abtriebswelle (21 ) mit dem Kupplungseingang (11 ) der ersten Schaltkupplung (10) antriebsverbunden ist, ein Getriebe (30) mit einem Getriebeeingang (31 ) und einemA marine lifting system (1), comprising: a first clutch (10) having a clutch input (11) and a clutch output (12) selectively engageable with each other and disconnectable from each other for releasing the drive connection, an internal combustion engine (20) having a Output shaft (21) for providing rotary drive power, wherein the output shaft (21) to the clutch input (11) of the first clutch (10) is drivingly connected, a transmission (30) with a transmission input (31) and a
Getriebeausgang (32), einen Antriebsstrang (40) mit einem Antriebsstrangeingang (41 ), der mit dem Kupplungsausgang (12) der ersten Schaltkupplung (10) antriebsverbunden ist, und einem Antriebsstrangausgang (42), der mit einem Vortriebselement (50) antriebsverbunden ist, wobei ein zwischen Antriebsstrangeingang (41 ) und Antriebsstrangausgang (42) befindlicher Antriebsstrangabzweig (44) mit dem Getriebeeingang (31 ) antriebsverbunden ist, und eine elektrische Maschine (60), die sowohl als Generator als auch als Motor betreibbar ist und die eine Triebwelle (61 ) zum Zuführen und Abgreifen von rotativer Antriebsleistung zu bzw. von dem Getriebeausgang (32) und eine elektrische Schnittstelle (62) zum Zuführen und Abgreifen von elektrischer Leistung zu bzw. von einer Elektroversorgungs-Anordnung (100) eines Schiffes aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (30) eine zweite Schaltkupplung (33) mit einem Kupplungseingang, der mit dem Getriebeeingang (31 ) antriebsverbunden ist, und einem Kupplungsausgang aufweist, der über den Getriebeausgang (32) mit der Triebwelle (61 ) der elektrischen Maschine (60) antriebsverbunden ist, wobei Kupplungseingang und Kupplungsausgang der zweiten Schaltkupplung (33) selektiv miteinander in Antriebsverbindung bringbar und zum Lösen der Antriebsverbindung voneinander trennbar sind. Transmission output (32), a driveline (40) having a driveline input (41) drivably connected to the clutch output (12) of the first clutch (10) and a driveline output (42) drivingly coupled to a propulsion element (50), wherein a drive train branch (44) located between the drive train input (41) and the drive train output (42) is drive-connected to the transmission input (31), and an electric machine (60) which can be operated both as a generator and as a motor and which drives a drive shaft (61 ) for supplying and tapping rotary drive power to and from the transmission output (32) and an electrical interface (62) for supplying and tapping electric power to and from a power supply arrangement (100) of a ship, characterized in that the transmission (30) has a second clutch (33) with a clutch input which is drive-connected to the transmission input (31), and a clutch output drivingly connected to the drive shaft (61) of the electric machine (60) via the transmission output (32), the clutch input and clutch output of the second clutch (33) being selectively driveable together and separable from each other for disengaging the drive connection ,
2. Schiffsantriebssystem (1 ) gemäß Anspruch 1 , wobei zwischen die elektrische Schnittstelle (62) der elektrischen Maschine (60) und die Elektroversorgungs-Anordnung (100) des Schiffes ein Frequenzumrichter (65) geschaltet ist, so dass die elektrische Maschine (60) in ihrer Antriebsdrehzahl regelbar ist.Ship propulsion system (1) according to claim 1, wherein a frequency converter (65) is connected between the electrical interface (62) of the electric machine (60) and the electrical supply arrangement (100) of the ship such that the electric machine (60) is controllable in its drive speed.
3. Schiffsantriebssystem (1 ) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Verbrennungsmotor (20) so konfiguriert ist, dass dieser weniger als 100 Prozent einer für ein mit dem Schiffsantriebssystem (1 ) zu versehenden Schiff vorgesehenen Maximalantriebsleistung erzeugen kann, und wobei die elektrische Maschine (60) so konfiguriert ist, dass diese den zu 100 Prozent der Maximalantriebsleistung fehlenden Prozentsatz an Antriebsleistung erzeugen kann, so dass bei gleichzeitigem Antriebsbetrieb von Verbrennungsmotor (20) und elektrischer Maschine (60) die Maximalantriebsleistung bereitstellbar ist.A marine propulsion system (1) according to claim 1 or 2, wherein the internal combustion engine (20) is configured to generate less than 100 percent of a maximum propulsive power provided to a ship to be powered by the marine propulsion system (1), and wherein the electric machine (60) is configured to be capable of producing the percentage of drive power missing at 100 percent of the maximum drive power so that the maximum drive power can be provided with simultaneous drive operation of the engine (20) and the electric machine (60).
4. Schiffsantriebssystem (1 ) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine weitere elektrische Maschine (70) vorgesehen ist, die sowohl als Generator als auch als Motor betreibbar ist und die eine Triebwelle (71 ) zum Zuführen und Abgreifen von rotativer Antriebsleistung zu bzw. von dem Getriebeausgang (32) und eine elektrische Schnittstelle (72) zum Zuführen und Abgreifen von elektrischer Leistung zu bzw. von der Elektroversorgungs-Anordnung (100) des Schiffes aufweist, wobei der Getriebeausgang (32) so eingerichtet ist, dass die jeweilige Triebwelle (61 , 71 ) jeder der elektrischen Maschinen (60, 70) damit antriebsverbunden ist.4. Vessel propulsion system (1) according to claim 1 or 2, wherein a further electric machine (70) is provided, which is operable both as a generator and as a motor and a drive shaft (71) for supplying and tapping rotary drive power to or from the transmission output (32) and an electrical interface (72) for supplying and tapping electric power to and from the electric power supply arrangement (100) of the ship, the transmission output (32) being arranged such that the respective drive shaft ( 61, 71) of each of the electrical machines (60, 70) is drivingly connected thereto.
5. Schiffsantriebssystem (1 ) gemäß Anspruch 4, wobei der Verbrennungsmotor (20) so konfiguriert ist, dass dieser weniger als 100 Prozent einer für ein mit dem Schiffsantriebssystem (1 ) zu versehenden Schiff vorgesehenen Maximalantriebsleistung erzeugen kann, und wobei die elektrischen Maschinen (60, 70) so konfiguriert sind, dass diese gemeinsam oder einzeln den zu 100 Prozent der Maximalantriebsleistung fehlenden Prozentsatz an Antriebsleistung erzeugen können, so dass bei gleichzeitigem Antriebsbetrieb von Verbrennungsmotor (20) und einer oder beider elektrischen Maschinen (60, 70) die Maximalantriebsleistung bereitstellbar ist.A marine propulsion system (1) according to claim 4, wherein the internal combustion engine (20) is configured to generate less than 100 percent of a maximum propulsive power provided to a ship to be powered by the marine propulsion system (1), and wherein the electric machines (60 , 70) are configured so that they together or individually the can generate 100 percent of the maximum drive power missing percentage of drive power, so that at the same drive operation of internal combustion engine (20) and one or both electric machines (60, 70), the maximum drive power is available.
6. Schiffsantriebssystem (1 ) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei das Getriebe (30) eine dritte Schaltkupplung (34) mit einem Kupplungseingang, der mit dem Getriebeeingang (31 ) antriebsverbunden ist, und einem Kupplungsausgang aufweist, der über den Getriebeausgang (32) mit der Triebwelle (71 ) der weiteren elektrischen Maschine (70) antriebsverbunden ist, wobei Kupplungseingang und Kupplungsausgang der dritten Schaltkupplung (34) selektiv miteinander in Antriebsverbindung bringbar und zum Lösen der Antriebsverbindung voneinander trennbar sind.A marine propulsion system (1) according to claim 4 or 5, wherein the transmission (30) comprises a third clutch (34) having a clutch input drivingly connected to the transmission input (31) and a clutch output connected via the transmission output (32). is drivingly connected to the drive shaft (71) of the further electric machine (70), wherein clutch input and clutch output of the third clutch (34) are selectively engageable with each other in driving connection and disconnected from each other for releasing the drive connection.
7. Schiffsantriebssystem (1 ) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Getriebe (30) so eingerichtet ist, dass für die jeweiligen Triebwellen (61 , 71 ) der beiden elektrischen Maschinen (60, 70) in Bezug auf den Getriebeeingang (31 ) unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse realisiert sind.Ship propulsion system (1) according to one of claims 4 to 6, wherein the transmission (30) is set up such that for the respective drive shafts (61, 71) of the two electric machines (60, 70) with respect to the transmission input (31 ) Different gear ratios are realized.
8. Schiffsantriebssystem (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweite Schaltkupplung (33) als Reibungskupplung ausgebildet ist, insbesondere als Lamellenkupplung.8. Ship propulsion system (1) according to one of claims 1 to 7, wherein the second clutch (33) is designed as a friction clutch, in particular as a multi-plate clutch.
9. Schiffsantriebssystem (1 ) gemäß Anspruch 6, wobei die zweite Schaltkupplung (33) und die dritte Schaltkupplung (34) jeweils als9. Ship propulsion system (1) according to claim 6, wherein the second clutch (33) and the third clutch (34) each as
Reibungskupplung ausgebildet sind, insbesondere als Lamellenkupplung.Friction clutch are formed, in particular as a multi-plate clutch.
10. Schiffsantriebssystem (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer vierten Schaltkupplung, die im Antriebsstrang vor dem Vortriebselement (50) angeordnet ist und die einen Kupplungseingang zum Aufnehmen von Antriebsdrehmoment aus dem Antriebsstrang (40) und einen Kupplungsausgang zum Abgeben von Antriebsdrehmoment an das Vortriebselement (50) aufweist, wobei Kupplungseingang und Kupplungsausgang selektiv miteinander in Antriebsverbindung bringbar und zum Lösen der Antriebsverbindung voneinander trennbar sind. 10. Vessel propulsion system (1) according to one of claims 1 to 9, with a fourth clutch, in the drive train in front of the propulsion element (50). and having a clutch input for receiving drive torque from the driveline (40) and a clutch output for outputting drive torque to the propulsion element (50), the clutch input and clutch output selectively engageable with each other and separable to release the drive connection.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103847493A (en) * 2012-11-30 2014-06-11 施泰尔发动机有限公司 Drive unit with motor
US11932367B1 (en) 2020-06-04 2024-03-19 Evoa, Llc Axial flux outboard propulsion system for an electric boat
US12097936B2 (en) 2019-12-11 2024-09-24 Evoa, Llc Axial flux propulsion system for an electric boat
US12103652B2 (en) 2019-12-11 2024-10-01 Evoa, Llc Axial flux propulsion system for an electric boat

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011011249A1 (en) * 2011-02-15 2012-08-16 TECHNOLOG GmbH Propulsion method of ship, involves driving main drive engine by supplying excess energy and additional energy in respective discharge and record modes, corresponding to low and high power requirements
AT512710B1 (en) * 2011-09-30 2014-06-15 Steyr Motors Gmbh DRIVE UNIT WITH AN ELECTRICAL MACHINE
WO2014089394A1 (en) * 2012-12-07 2014-06-12 Electro Technology Holdings, Inc. Marine propulsion system with electric motor assist
ITTO20150226A1 (en) * 2015-04-22 2016-10-22 Iveco Spa HYBRID TRACTION SYSTEM
DE102015213580A1 (en) 2015-07-20 2017-01-26 Siemens Aktiengesellschaft Propeller drive and vehicle, in particular aircraft
DE102016214487B4 (en) 2016-08-04 2018-05-03 Renk Aktiengesellschaft Marine propulsion system
USD1085160S1 (en) 2024-02-13 2025-07-22 Evoa, Llc Outboard motor housing

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19501463A1 (en) 1995-01-19 1996-08-01 Vulkan Dieselmotorenwerk Gmbh Geared transmission system for shipboard electrical generator
DE19920924A1 (en) 1999-05-06 2000-11-16 Renk Ag Ship drive with power shift clutch assembly
DE10235286B4 (en) 2002-08-02 2005-02-10 Renk Aktiengesellschaft Propeller shaft clutch for a marine propulsion

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4432483A1 (en) * 1994-09-13 1996-03-14 Blohm Voss Ag Auxiliary drive for marine ship with diesel main engine driving propeller via shaft system
DE19854570C1 (en) * 1998-11-26 2000-09-21 Man B & W Diesel As clutch
DE10063338B4 (en) * 2000-12-19 2007-03-01 Blohm + Voss Gmbh Device for propelling a ship
DE102006041032B4 (en) * 2006-09-01 2010-11-25 Siemens Ag Ship with electric drive and internal combustion engine auxiliary drive
KR100804965B1 (en) * 2007-01-17 2008-02-20 대우조선해양 주식회사 Propulsion device and method of LG carrier
EP2164753B1 (en) * 2007-06-01 2014-06-25 Siemens Aktiengesellschaft Method and apparatus for operation of a marine vessel hybrid propulsion system
EP2082955A1 (en) * 2008-01-24 2009-07-29 Jegel, Franz Peter, Ing. Hybrid module for water vehicles

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19501463A1 (en) 1995-01-19 1996-08-01 Vulkan Dieselmotorenwerk Gmbh Geared transmission system for shipboard electrical generator
DE19920924A1 (en) 1999-05-06 2000-11-16 Renk Ag Ship drive with power shift clutch assembly
DE19920924C2 (en) 1999-05-06 2002-11-21 Renk Ag Ship drive with power shift clutch assembly
DE10235286B4 (en) 2002-08-02 2005-02-10 Renk Aktiengesellschaft Propeller shaft clutch for a marine propulsion

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103847493A (en) * 2012-11-30 2014-06-11 施泰尔发动机有限公司 Drive unit with motor
US12097936B2 (en) 2019-12-11 2024-09-24 Evoa, Llc Axial flux propulsion system for an electric boat
US12103652B2 (en) 2019-12-11 2024-10-01 Evoa, Llc Axial flux propulsion system for an electric boat
US11932367B1 (en) 2020-06-04 2024-03-19 Evoa, Llc Axial flux outboard propulsion system for an electric boat
US12208875B2 (en) 2020-06-04 2025-01-28 Evoa, Llc Axial flux propulsion system for an electric boat

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Publication number Publication date
WO2010066248A3 (en) 2010-08-26
DE102008061951A1 (en) 2010-06-17
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