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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Schiff mit einer diesel-elektrischen
Antriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein
solches Schiff ist aus der Praxis bekannt. Die Azipod® genannte
diesel-elektrische
Antriebsvorrichtung umfasst eine L-förmige elektrische Antriebseinheit,
bei der der Propeller zum Bug des Schiffes weist und insofern als
ziehender Propeller ausgebildet ist und bei der die Steuereinrichtung
zum Manövrieren
des Schiffes in die Antriebsvorrichtung insofern integriert ist,
als die elektrische Antriebseinheit 360° um eine etwa vertikale Achse
drehbar ist. Die gesamte elektrische Antriebseinheit ist am Rumpf
daher drehbar gelagert.
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Ein
solches Antriebs- und Steuerkonzept hat nun innerhalb des Schiffsrumpfes
und da insbesondere am Heck des Schiffes einen hohen Platzbedarf. Dies
ist einerseits auf das sehr hohe Gewicht der gesamten Einheit zurückzuführen, welches
aufwändig abgestützt abzuleiten
ist. Andererseits ist auch Raum für die Belüftung, die Lagerung und die
Rotationseinrichtung der Antriebseinheit innerhalb des Rumpfes vorzusehen.
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Da
der Propeller zum Bug des Schiffes hin weisend angeordnet ist, ist
der maximale Propellerdurchmesser durch den sogenannten Schaufel-
oder Propellerspalt (englisch: tip-clearance), also den Abstand
zwischen der äußeren Umfangsseite
des Propellers und dem nächstgelegenen
Teil des Rumpfes, beschränkt.
Aufgrund der vorerwähnten
Beschränkung
des Propellerdurchmessers läuft
dieser im Vergleich zu einem Propeller mit größerem Durchmesser bei höherer Drehzahl,
so dass sich im Heckbereich des Schiffes generell eine turbulente
Strömung
ausbildet.
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Da
der Propeller bei dieser Antriebsart um 360° drehbar ausgebildet ist, endet
der Kiel in Längsrichtung
des Schiffes vor dem zum Bug weisenden Propeller der Antriebseinheit.
Der Kiel ist daher relativ kurz ausgebildet, wodurch die Gefahr
eines Schlingerkurses des Schiffes besteht, oder das Schiff schlecht
im Ruder liegt, was sich negativ auf die direktionale Kursstabilität des Schiffes
auswirkt.
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Da
zum Steuern des Schiffes relativ große Massen der elektrischen
Antriebseinheit zu bewegen sind, wird zum Manövrieren viel Zeit benötigt, wodurch
zumindest die schnelle Manövrierbarkeit
des Schiffes eingeschränkt
ist. Das strukturelle Design des Schiffes ist an die Antriebsvorrichtung
angepasst, insbesondere ist die Rumpfform an die Antriebseinheit
angepasst und bietet durch eine konkav ausgestaltete Heckform im
Heck wenig Auftrieb. Gleichzeitig ist im Heckbereich aber das beträchtliche
Gewicht der elektrischen Antriebseinheit und der damit verbundenen
Steuereinrichtung aufzunehmen. Bei einer Yacht mit einer Länge von
etwa 72 m hat die elektrische Antriebseinheit einschließlich der
integrierten Steuereinrichtung ein Gewicht von etwa 34 Tonnen.
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Aufgrund
der an der Antriebseinheit auftretenden Kräfte ist die Hauptdichtung der
elektrischen Antriebs- und Steuereinheit bei dem bekannten Schiff extrem
beansprucht. Diese Dichtung ist mechanisch aufwändig ausgestaltet und muss
trotz ihres beträchtlichen
Durchmessers enge Toleranzen erfüllen. Bei
einer Undichtigkeit dieser Dichtung besteht die Gefahr von Wassereintritt
in das Innere des Schiffsrumpfes, was beträchtliche Sicherheitsprobleme
bis hin zum Sinken des Schiffes zur Folge haben kann. Insofern ist
auch die Wartung eines derart ausgestalteten Schiffes relativ aufwändig und
kostenintensiv.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schiff der eingangs erwähnten Art
zu schaffen, das wirtschaftlicher und komfortabler betreibbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Schiff mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist die
wenigstens eine elektrische Antriebseinheit an einem Kiel des Schiffes
angebracht und über
diesen mit dem Rumpf verbunden. Diese Ausbildung des erfindungsgemäßen Schiffes
hat den Vorteil, dass die elektrische Antriebseinheit zum einen
an einem Teil des Schiffes befestigt ist, der ohnehin am Schiff
vorhanden ist. Der Kiel erfüllt
damit eine Doppelfunktion. Er dient einerseits zum Halten des Kurses
sowie dazu, das Schiff ruhig im Wasser zu halten. Andererseits dient
der Kiel auch zum Anbringen der wenigstens einen elektrischen Antriebseinheit
am Schiff, so dass der Kiel gewissermaßen als Adapter für die wenigstens
eine elektrische Antriebseinheit ausgebildet sein kann. Durch die
Anbringung der wenigstens einen elektrischen Antriebseinheit an
einem Kiel wird insgesamt der Schwerpunkt des Schiffes nach unten
hin verlagert, wodurch sich eine wesentlich höhere dynamische und statische
Stabilität
des Schiffes ergibt. Ferner ist es möglich, das Kieldesign, sollte
dies zur Erfüllung
der gewünschten
Spezifikationen des Schiffes erforderlich sein, leicht, d. h. kostengünstig, zu verändern. Insofern
ist das erfindungsgemäße Schiff leicht
an die gewünschten
Spezifikationen anpassbar, was insbesondere bei Einzelstückfertigung
beträchtliche
Vorteile nach sich zieht. Durch die leichte Anpassbarkeit des Kiels
kann ferner das Propellerdesign optimiert werden, worauf später noch
näher eingegangen
wird. Besonders vorteilhaft kann die elektrische Antriebseinheit
in standardisierter Form vorliegen, da der Kiel spe ziell angepasst
und insbesondere auf Maß geliefert
werden kann. Letztlich ist damit auch der Kiel unabhängig von
der Form und der speziellen Ausbildung der elektrischen Antriebseinheit.
Bei dem erfindungsgemäßen Schiff
ist daher eine Maximierung der Kielfläche möglich, was zu den bereits zuvor
erwähnten
beträchtlichen
Vorteilen hinsichtlich der Kursstabilität des Schiffes führt. Das
erfindungsgemäße Schiff
ist, da Leckagen praktisch nicht auftreten können, äußerst robust und für Spezialaufgaben
im Gegensatz zu dem herkömmlichen Schiff
mit der zuvor beschriebenen Hauptdichtung geeignet. Insofern kann
das erfindungsgemäße Schiff
als Eisbrecher ausgebildet sein oder im Marineschiffsbau zur Anwendung
kommen. Ferner ist die Rumpfform nicht wie bei dem zuvor beschriebenen konventionellen
Schiff an den Antrieb angepasst, so dass die Rumpfform eine konvexe
Gestalt haben und daher deutlich mehr Nutzvolumen bieten kann. Das erfindungsgemäße Schiff
ist daher äußerst effizient, komfortabel
und sicher einsetzbar.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine elektrische
Antriebseinheit fest mit dem einen Kiel verbunden, wobei vorzugsweise die
Steuereinrichtung wenigstens ein verstellbares Ruderblatt aufweist.
Insofern ist die elektrische Antriebseinheit gemäß der Erfindung nicht drehbar
um eine vertikale Achse ausgebildet, wodurch die im Stand der Technik
aufwändig
gestalteten Verstelleinrichtungen innerhalb des Schiffsrumpfes entfallen können. Diese
Ausgestaltung ermöglicht
daher ebenfalls ein deutlich höheres
Nutzvolumen des erfindungsgemäßen Schiffes
im Bereich des Hecks als bei dem herkömmlichen Schiff. Es ist daher
möglich, die
elektrische Antriebseinheit erfindungsgemäß gewissermaßen im Kiel
anzuordnen, was zudem eine relativ kostengünstige Möglichkeit der Anbringung der
Antriebseinheit am Schiffsrumpf darstellt. Die vorerwähnte Steuereinrichtung
kann deshalb, was die Ruderanlage betrifft, in herkömmlicher
Weise ausgebildet sein. Insofern können bei dem erfindungsgemäßen Schiff
sämtliche
Antriebseinrichtungen, welche die herkömmliche elektrische Antriebseinheit
um eine etwa vertikale Achse drehen, entfallen, was den zuvor bereits
angedeuteten beträchtlichen
Vorteil beim Nutzvolumen des Rumpfes und bei dessen Rumpfform nach
sich zieht. Diese Ausbildung ermöglicht
ferner einen praktisch wartungsfreien Einsatz der Antriebseinheit,
was sich vorteilhaft auf die Betriebskosten des erfindungsgemäßen Schiffes
auswirkt.
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Gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung ist jeder eine elektrische Antriebseinheit
aufweisende Kiel lösbar
am Rumpf des Schiffes befestigt. Insofern ist das Kieldesign kostengünstig veränderbar,
so dass der Kiel leicht derart ausgebildet sein kann, dass das erfindungsgemäße Schiff
die vom Hersteller oftmals garantierten Spezifikationen erfüllt.
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Vorteilhafterweise
ist der Propeller in Fahrtrichtung des Schiffes am hinteren Ende
der wenigstens einen elektrischen Antriebseinheit vorgesehen und
als Druckpropeller ausgebildet. Damit ist der Propeller gut anströmbar und,
was sein Design betrifft, in weiten Grenzen gestaltbar. Es ist lediglich
der Durchmesser der Antriebsnabe der wenigstens einen elektrischen
Antriebseinheit durch die Leistung des bzw. der Elektromotoren festgelegt.
Alle anderen Variablen des Propellers können weitgehend frei optimiert werden.
Dadurch lässt
sich bei dem erfindungsgemäßen Schiff
ein höherer
Propellerwirkungsgrad realisieren. Die zuvor erwähnte Beschränkung durch den Propellerspalt
stellt bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten
Schiff kein Problem dar, da, wie zuvor erwähnt, der Propeller am hinteren
Ende der Antriebseinheit angebracht ist und insofern ohnehin ein
größerer Spalt
zwischen der äußeren Begrenzungslinie des
Propellers und dem Schiffsrumpf besteht. Insofern lässt sich
erfindungsgemäß ein Schaufelspalt bzw.
Propellerspalt problemlos von 25% oder mehr des Propellerdurchmessers
erzielen.
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Gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Propeller mit seinem
unteren Bereich unterhalb der unteren Konturlinie des Rumpfes angeordnet
und in diesem Bereich frei anströmbar.
Gerade mit seinem unteren Bereich erzielt ein Propeller den Vortrieb,
so dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung
eine höhere
Leistung und damit einen besseren Wirkungsgrad ermöglicht.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Propeller fünf oder
sieben Blätter auf.
Dadurch lässt
sich der Propellerwirkungsgrad weiter optimieren, so dass der erfindungsgemäße Propeller
letztlich eine große
Propellerfläche
aufweist und damit einen hohen, für den Vortrieb zu nutzenden
Druck aufbauen kann. Ein derartiger Propeller ist wesentlich laufruhiger
als die im Stand der Technik verwendeten Propeller mit drei oder
höchstens
vier Blättern,
verursacht geringere Vibrationen und Schallemissionen, so dass die
wenigstens eine elektrische Antriebseinheit äußerst wirtschaftlich herstellbar
und betreibbar ist. Sie benötigt
keinerlei im Schiffsrumpf liegende (Inbord)-Peripherieanbindung und bietet somit
dem Schiffsdesigner ein hohes Maß an Gestaltungsfreiheit im
dreiachsigen Raum.
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Vorteilhafterweise
hat der Propeller einen relativ großen Durchmesser, wobei vorzugsweise
das Verhältnis
zwischen dem erfindungsgemäßen Propellerdurchmesser
und einem herkömmlichen
Propellerdurchmesser mindestens 1,3 beträgt und der Propeller die gewünschte Antriebsleistung
im Vergleich zu einem Propeller mit geringerem Durchmesser bei niedrigerer
Drehzahl zur Verfügung
stellt. Diese Weiterbildung trägt
mit dazu bei, die Gefahr einer Kavitation und damit einer Schädigung der
Propellerblätter
weitgehend auszuschließen.
Ein größerer Propellerdurchmesser
ermöglicht
bei gleicher Leistung eine geringere Propellerdrehzahl, so dass
der erfindungsgemäß ausgestaltete
Propeller deutlich eher als ein herkömmlich ausgebildeter Propeller
im laminaren Strömungsbereich
betreibbar ist. Eine geringere Gefahr des Auftretens einer Kavitation
trägt mit
zu geringen Wartungs- und damit letztlich Betriebskosten des erfindungsgemäßen Schiffes
bei, da der Propeller eine deutlich höhere Lebensdauer als ein herkömmlicher
Propeller aufweisen kann.
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Gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung weist die wenigstens eine elektrische
Antriebseinheit mehrere in Reihe angeordnete Elektromotoren auf.
Die mehreren, vorzugsweise zwei Elektromotoren laufen zusammen und
treiben die Propeller-Antriebswelle gemeinsam an. Dadurch ist die
wenigstens eine elektrische Antriebseinheit redundant ausgelegt,
so dass selbst beim Ausfall eines Elektromotors das erfindungsgemäße Schiff
mit Hilfe des zweiten Elektromotors noch voll manövrierfähig ist. Die
mehreren in Reihe angeordneten Elektromotoren ermöglichen
ferner, den Durchmesser der wenigstens einen elektrischen Antriebseinheit
kleiner als bei einer vergleichbaren Antriebseinheit mit nur einem Elektromotor
auszugestalten. Auch dieses Merkmal trägt mit zu geringeren Strömungsverlusten
und damit zu einer effizienten Handhabung des erfindungsgemäßen Schiffes
bei.
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Gemäß einer
weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens
vier Stabilisatoren vorgesehen, wobei vorzugsweise jeweils ein Stabilisator
backbord- und steuerbordseitig im vorderen, zum Bug weisenden Schiffsabschnitt
und jeweils ein Stabilisator backbord- und steuerbordseitig im hinteren,
zum Heck weisenden Schiffsabschnitt vorgesehen ist und vorzugsweise
alle Stabilisatoren innerhalb eines vertikal nach unten hin projizierten
Umrisses des Schiffes angeordnet sind. Damit liegt das erfindungsgemäße Schiff
einerseits ruhig im Wasser oder lässt sich auch bei höherem Wellengang
deutlich komfortabler stabilisieren. Andererseits trägt das Merkmal,
dass keiner der Stabilisatoren über
die Gesamtbreite des Schiffes vorsteht, mit dazu bei, dass ein Beschädigen der
Stabilisatoren, beispielsweise durch einen Kontakt des Schiffes
mit anderen Schiffen oder mit einer Kaimauer, nahezu ausgeschlossen ist.
Damit ist das erfindungsgemäße Schiff
sehr wirtschaftlich und komfortabel betreibbar.
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Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei
alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder
in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung
unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung
bilden. Es zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines Teils eines Schiffes mit einer
diesel-elektrischen Antriebsvorrichtung;
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2 eine
schematische, teilweise Seitenansicht des Schiffes gemäß 1 im
vergrößerten Maßstab; und
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3 eine
schematische, teilweise Rückansicht
des Schiffes gemäß 1.
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In 1 ist
schematisch in einer teilweisen Seitenansicht ein Schiff 1 dargestellt.
Das Schiff kann insbesondere aber nicht ausschließlich eine
Motor- oder Segelyacht, beispielsweise eine Motoryacht mit einer
Länge von
etwa 70 m sein. Es ist klar, dass das erfindungsgemäße Schiff
auch eine deutlich geringere oder eine deutlich größere Länge aufweisen
kann.
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Das
Schiff 1 hat eine diesel-elektrische Antriebsvorrichtung 2.
Diese Antriebsvorrichtung hat wenigstens eine außerhalb des Rumpfes 3 des
Schiffes 1 angeordnete elektrische Antriebseinheit 4,
die mit dem Rumpf 3 verbunden ist und wenigstens einen
Propeller 5 aufweist. Gemäß den 1 bis 3 hat
das Schiff eine elektrische Antriebseinheit 4 mit einem
Propeller 5. Es wird darauf hingewiesen, dass die elektrische
Antriebseinheit 4 auch mehrere Propeller aufweisen kann
und dass insgesamt auch mehr als eine elektrische Antriebseinheit 4,
insbesondere zwei elektrische Antriebseinheiten, am Schiff vorgesehen
sein können.
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Ferner
hat das Schiff 1 eine Steuereinrichtung 6 zum
Manövrieren
des Schiffes.
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Erfindungsgemäß ist die
wenigstens eine elektrische Antriebseinheit 4 an einem
Kiel 7 des Schiffes 1 angebracht und über diesen
Kiel mit dem Rumpf 3 verbunden. Das Schiff kann auch mehrere Kiele
aufweisen, insbesondere auch solche, die keine elektrische Antriebseinheit
haben.
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Wie
in den 1 bis 3 schematisch angedeutet, ist
die wenigstens eine elektrische Antriebseinheit 4 fest
mit dem einen Kiel 7 verbunden. Die Steuereinrichtung 6 ist
in herkömmlicher
Weise ausgebildet und weist wenigstens ein verstellbares Ruderblatt 10 auf.
Gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform
der Erfindung sind zwei Ruderblätter 10 vorgesehen,
wobei zwischen den beiden Ruderblättern und beabstandet von diesen
die elektrische Antriebseinheit 4 mit ihrem Propeller 5 angeordnet
ist. Es ist klar, dass die Ru derblätter 10 um eine etwa
vertikale Achse 11 verstellbar sind.
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Wie
genauer in der vergrößerten Darstellung gemäß 2 veranschaulicht,
ist der die elektrische Antriebseinheit 4 aufweisende Kiel 7 lösbar am Rumpf 3 des
Schiffes befestigt. Der Kiel kann beispielsweise am Rumpf eingesteckt,
angeflanscht und/oder angeschraubt sein. In den 1 und 2 sind
die Schraubverbindungen 12 lediglich schematisch angedeutet.
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Wie
den Figuren im Einzelnen zu entnehmen ist, ist der Propeller 5 in
Fahrtrichtung des Schiffes 1 gemäß Pfeil A am hinteren Ende 13 der
elektrischen Antriebseinheit 4 vorgesehen und als Druckpropeller ausgebildet.
Mit seinem unteren Bereich 14 ist der Propeller 5 unterhalb
der unteren Konturlinie 15 des Rumpfes 3, auch
Basis genannt, angeordnet und in diesem Bereich frei anströmbar. Dies
lässt sich
insbesondere der Darstellung der 3 entnehmen.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hat der Propeller 5 fünf oder sieben Blätter 16,
wobei in 3 die Ausführungsform mit sieben Blättern 16 gezeigt
ist. Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hat der Propeller 5 einen relativ großen Durchmesser 17.
Vorzugsweise beträgt
das Verhältnis
zwischen dem erfindungsgemäßen Propellerdurchmesser 17 und
einem herkömmlichen
Propellerdurchmesser mindestens 1,3; somit stellt der Propeller 5 die
gewünschte
Antriebsleistung im Vergleich zu einem Propeller mit geringerem
Durchmesser bei niedrigerer Drehzahl zur Verfügung. Ferner ist die Drehachse 20 der
elektrischen Antriebseinheit 4 bzw. des Propellers 5 um
ein Maß 21 unterhalb
der Wasserlinie 22 angeordnet, das dasjenige eines herkömmlichen
Propellers deutlich übersteigt.
Damit besteht bei dem erfindungsgemäß angebrachten und ausgebildeten
Propeller weniger leicht die Gefahr, dass die Blätter 16 des Propellers
durch Kavitation angegriffen und zerstört werden.
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Wie
in den 1 und 2 angedeutet, weist die elektrische
Antriebseinheit 4 mehrere in Reihe angeordnete Elektromotoren 23 auf,
wobei gemäß der dar gestellten
Ausführungsform
zwei Elektromotoren pro elektrischer Antriebseinheit vorgesehen
sind. Weitere, zur diesel-elektrischen Antriebsvorrichtung 2 gehörende Komponenten 24,
wie zum Beispiel ein Dieselmotor und ein Generator, sind in den 1 und 2 lediglich
schematisch angedeutet.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind am Rumpf 3 des Schiffes 1 wenigstens
vier Stabilisatoren 25, 26, 30, 31 vorgesehen.
Wie in den 1 und 3 angedeutet ist
jeweils ein Stabilisator 31, 26 backbord- und
steuerbordseitig im vorderen, zum Bug 32 weisenden Schiffsabschnitt 33 und
jeweils ein Stabilisator 30, 25 backbord- und
steuerbordseitig im hinteren, zum Heck 34 weisenden Schiffsabschnitt 35 angeordnet. In
der in 1 dargestellten Seitenansicht ist der vordere,
steuerbordseitige Stabilisator 26 lediglich strichpunktiert
angedeutet. Es ist klar, dass die Stabilisatoren 25, 26, 30, 31 jeweils
um eine schräg
verlaufende Achse 36 verstellbar bzw. rotierbar sind. Wie
in 3 gezeigt, sind alle Stabilisatoren 25, 26, 30, 31 innerhalb
eines vertikal nach unten hin projizierten Umrisses des Schiffes
angeordnet und liegen somit vollständig innerhalb der Gesamtbreite
des Schiffes 1. Kein Abschnitt der Stabilisatoren steht also über die
Maximalbreite des Schiffes vor.
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Wie
ferner in 3 gezeigt, erstreckt sich die elektrische
Antriebseinheit 4 symmetrisch zu einer vertikalen Ebene 37 mittschiffs.
Ebenso erstreckt sich der Kiel 7 symmetrisch zu dieser
Ebene. Der untere Teil 40 des Kiels 7 überragt
den unteren Totpunkt des Propellers 5 um ein geringes Maß nach unten
hin, so dass letzterer auch bei Grundberührung des Kiels vor einer Beschädigung geschützt ist.
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Wie
zuvor erwähnt
können
auch mehrere elektrische Antriebseinheiten, insbesondere zwei elektrische
Antriebseinheiten, vorgesehen sein. Vorzugsweise weist ein Schiff
bei einer derartigen Ausführungsform
pro elektrischer Antriebseinheit einen eigenen, gesonderten Kiel
auf. Es ist wie erwähnt auch
möglich,
mehrere Kiele, insbesondere auch solche ohne elektrische Antriebseinheit,
am Rumpf vorzusehen.
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Es
ist ferner möglich,
die Drehachse 20 des Propellers in Höhe der unteren Konturlinie 15 und
damit in Höhe
der Basis des Rumpfes anzuordnen. Der untere Teil 40 des
Kiels überragt
die untere Konturlinie 15 des Rumpfes nach unten hin.
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Damit
ist ein Schiff geschaffen, das deutlich wirtschaftlicher und komfortabler
als herkömmliche Schiffe
betreibbar ist.