Elektrischer Schiffsantrieb und Verfahren zum Drehen einer Antriebswelle eines Schiffes

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schiffsantrieb, welcher eine Antriebsmaschine und eine Antriebswelle auf ^¬ weist, sowie ein Verfahren zum Drehen einer Antriebswelle ei ^¬ nes Schiffes.

Schiffsantriebsanlagen weisen eine Antriebswelle, insbesonde ^¬ re eine Propellerwelle und eine Antriebsmaschine auf. Die An ^¬ triebsmaschine ist beispielsweise ein Diesel und/oder eine elektrische Maschine, wie eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine. Für Wartungsarbeiten, Kontrollen oder

Überwachungen an Schiffsantriebsanlagen kann es erforderlich sein, die Antriebswelle zu drehen. Diese Drehung ist insbe ^¬ sondere eine langsame Drehung. In einem Trockendock wird zum Drehen der Propellerwelle, d.h. der Antriebswelle, ohne die Antriebsmaschine selbst zu nutzen bislang eine Rundschlinge verwendet. Eine oder eine Vielzahl von Rundschlingen werden um einen Propellerflügel oder eine Vielzahl einzelner Propellerflügel gelegt, an welchen dann mit einem Kran oder mit Fahrzeugen im Dock gezogen wird. So kann die Antriebswelle, an welcher insbesondere der Propeller befestigt ist, gedreht werden. Diese Vorgehensweise kann al ^¬ lerdings negative Auswirkungen auf beispielsweise Lagerungen und Dichtungselemente der Propellerwelle haben, welche durch den außermittigen Angriffspunkt der Kraft hervorgerufen werden .

Eine Aufgabe der Erfindung ist es den Umgang mit einem

Schiffsantrieb, insbesondere einem elektrischen Schiffsan- trieb, zu erleichtern bzw. zu verbessern. Eine Lösung der Aufgabe gelingt bei einem elektrischen Schiffsantrieb nach Anspruch 1 bzw. bei einem Verfahren zum Drehen einer An- triebswelle eines Schiffes nach Anspruch 8. Ausgestaltungen ergeben sich nach den Ansprüchen 2 bis 7 bzw. 9 bis 12.

Ein Schiffsantrieb, insbesondere ein elektrischer Schiffsan- trieb, weist eine Antriebsmaschine und eine Antriebswelle auf. Diese befinden sich insbesondere in einer Gondel (POD) . Die Antriebsmaschine ist beispielsweise eine Synchronmaschi ^¬ ne, eine Asynchronmaschine und oder eine Verbrennungskraftma ^¬ schine, wie ein Diesel. Die Antriebswelle wird von der An- triebsmaschine oder den Antriebsmaschinen entweder direkt oder indirekt angetrieben bzw. ist damit mechanisch gekoppelt. Die mechanische Kopplung erfolgt beispielsweise über einen Flansch, eine Schrumpf erbindung, eine Schweißverbindung, eine Kupplung und/oder ein Getriebe. Die Antriebswelle, also die Welle, welche von der Antriebsmaschine antreibbar ist, ist insbesondere auch die Propellerwelle, auf welcher der Propeller des Schiffes sitzt. Die Antriebswelle kann sich in einem POD oder in einem Ruderpropeller befinden. Die Antriebswelle kann sich auch in einem Rumpf eines Schiffes be- finden, wobei die Antriebswelle heckseitig derart angebracht ist, dass diese in das Wasser ragen kann. Die Antriebswelle ist mit einer Hilfsmaschine mechanisch gekoppelt. Die Kopp ^¬ lung kann direkt z.B. über einen Zapfen oder indirekt z.B. über ein Getriebe erfolgen. Durch die Verwendung der Hilfsma- schine kann die Antriebswelle, also insbesondere die Propel ^¬ lerwelle, wie auch insbesondere ein daran befestigter Propel ^¬ ler gedreht werden. Auch eine Positionierung ist möglich. Diese kann beispielsweise bei einer Montage, Demontage und/oder Reparatur des Propellers notwendig sein.

In einer Ausgestaltung des Schiffsantriebes, insbesondere des elektrischen Schiffsantriebes, ist zur mechanischen Kopplung der Hilfsmaschine mit der Antriebswelle ein Kettenantrieb oder ein Riemenantrieb vorgesehen. Durch den Kettenantrieb bzw. den Riemenantrieb ist eine einfache und/oder schnelle

Montage bzw. Demontage der Hilfsmaschine möglich. Insbesonde ^¬ re für POD-Antriebe ist eine demontierbare Hilfsmaschine von Vorteil, da diese im Betriebszustand des POD nicht vorhanden sein muss und z.B. im Dock montiert werden kann. Die Hilfsma ^¬ schine mit dem Ketten- oder Riementrieb stellt eine Drehvor ^¬ richtung, auch Turnvorrichtung, für die Antriebswelle dar. Die Übertragung der für die Drehbewegung notwendigen Momente von dem/den Drehantrieb (en) , also der/den Hilfsmaschine (n) erfolgt also insbesondere mittels eines Ketten- oder Riemen ^¬ triebes, wobei dieser Ketten- oder Riementrieb direkt wirkt oder über ein Getriebe auf die Propellerwelle des POD- Antriebs .

In einer Ausgestaltung der Erfindung gibt es nicht nur einen sondern eine Vielzahl von Hilfsantrieben, also beispielsweise zwei oder drei Hilfsantriebe, die zur Durchführung einer Drehbewegung der Antriebswelle vorgesehen sind. Die Hilfsan- triebe sind dabei insbesondere nicht dafür vorgesehen einen

Vortrieb für das Schiff zu erzeugen. Die Hilfsantriebe werden beispielsweise im Reparaturfall, bei Montagearbeiten, bei De ^¬ montagearbeiten und/oder bei Prüfarbeiten eingesetzt. Der oder die Hilfsantriebe können auch als Drehantrieb bezeichnet werden, da diese zur Drehung der Antriebswelle, der Propel ^¬ lerwelle, des Propellers und/oder auch eines Rotors einer elektrischen Antriebsmaschine verwendet werden können.

In einer Ausgestaltung des Schiffsantriebes, insbesondere des elektrischen Schiffsantriebes, ist der Hilfsantrieb bzw. sind die Hilfsantriebe nicht in einer Motorgondel positionierten sondern zumindest teilweise außerhalb. Dadurch lässt sich im Betrieb des Schiffes die Gondel kompakt ausführen. In einer Ausgestaltung des Schiffsantriebes, insbesondere des elektrischen Schiffsantriebes, befindet sich die Hilfsmaschi ^¬ ne an dem POD mit einem geöffneten POD-Gehäuse. Das POD- Gehäuse ist beispielsweise bei Wartungsarbeiten in einem Tro ^¬ ckendock zumindest teilweise geöffnet. Dabei werden z.B. War- tungsarbeiten an der Antriebsmaschine durchgeführt, welche sich im POD befindet. In einer Ausgestaltung des Schiffsantriebes, insbesondere des elektrischen Schiffsantriebes, ist die Hilfsmaschine eine elektrische Maschine, eine hydraulische Maschine, eine pneu ^¬ matische Maschine oder eine Verbrennungskraftmaschine. Eine elektrische Maschine ist kompakt und kann einfach über eine externe Stromversorgung oder interne Stromversorgung (das elektrische Schiffsnetz) betrieben werden. Mit hydraulischen oder pneumatischen Hilfsantrieben lässt sich der Umgang mit elektrischem Strom im Bereich von Wasser vermeiden. Mit einer Verbrennungskraftmaschine kann autark gearbeitet werden, ohne Anschlüsse für z.B. Strom oder Druckluft bereitstellen zu müssen .

In einer Ausgestaltung des Schiffsantriebes, insbesondere des elektrischen Schiffsantriebes, weist die Antriebsmaschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, Rast ^¬ stellungen auf. Die Raststellungen rühren vom Magnetismus her. Die Hilfsmaschine weist eine Steuerung zum Steuern oder Regeln der Hilfsmaschine auf. Die Steuerung ist beispielswei ^¬ se in einem Stromrichter zur Speisung der elektrischen Hilfsmaschine (z.B. eine Asynchronmaschine oder eine Synchronma ^¬ schine) integriert. Mit Hilfe der Steuerung und einem Positi ^¬ onsgeber an der Hilfsmaschine und/oder an der Antriebsmaschine und/oder an der Antriebswelle kann eine Positionierung der Antriebswelle erfolgen. So kann beispielsweise die Antriebs ^¬ maschine außerhalb einer Raststellung positioniert werden. Mit Hilfe der Hilfsmaschine kann die Antriebswelle und/oder der Propeller und/oder die Antriebsmaschine langsam gedreht werden und/oder an einer definierten Position gehalten werden. So kann nunmehr beispielsweise eine gezielte Festsetzung der Propellerwelle von POD-Antrieben mit einem permanent erregten (PEM-) Motor mit beliebigem Drehwinkel und auch außerhalb der Raststellungen erreicht werden. Für den Anschluss der Hilfsmaschine ist beispielsweise eine geeignete Aufnahme an der Propellerwelle vorhanden. Diese Aufnahme, welche als Kettennuss oder Riemenscheibe ausgeprägt sein kann, kann bei POD-Antrieben mit zwei Propellern (Twin- Propeller) an der einen, der anderen oder an beiden Propellerwellenseiten gelegen sein. Bei POD-Antrieben mit nur einem Propeller (Mono-Propeller) kann der Anschluss der Hilfsmaschine ebenso sowohl am drive end (antriebsseitig / propel- lerseitig) , als auch am non-drive end (bedienseitig / freies Propellerwellenende) oder an beiden Propellerwellenseiten gelegen sein.

In einer Ausgestaltung des Schiffsantriebes, insbesondere des elektrischen Schiffsantriebes, weist dieser eine Bremse zum Bremsen der Antriebswelle auf. Die Bremse kann dabei zur Re ^¬ duzierung einer Drehzahl oder als Feststellbremse verwendet werden. Zum Festsetzen der Antriebswelle an einer definierten Position können eine oder mehrere Propellerwellenbremsen des POD-Antriebs gesetzt werden, oder aber der externe Turnan ^¬ trieb, also die Hilfsmaschine, verwendet werden. Die Hilfsma ^¬ schine kann bei aktiver Bremse ausgeschaltet werden. Die Hilfsmaschine kann aber auch selbst als Bremse verwendet wer ^¬ den. Bei einem Drehzahlsollwert von 0 kann die Hilfsmaschine auch als Feststellbremse dienen. Die Bremse, bzw. eine Brems ^¬ einrichtung, erlaubt es, auftretenden Momente an jeder gewünschten Position zu halten.

In einer Ausgestaltung des Schiffsantriebes, insbesondere des elektrischen Schiffsantriebes, gibt es einen externen Ener- gieversorgungsanschluss für die Hilfsmaschine. Die Hilfsma ^¬ schine ist ein Motor, welcher beispielsweise über das Strom ^¬ netz in einer Werft oder einem Hafen gespeist wird. So braucht man den Motor nicht mit dem Bordnetz des Schiffes zu verbinden. Während der Dockliegezeiten ist die schiffseigene Stromversorgung unter Umständen nicht oder nicht ausreichend in Betrieb. Durch die externe Stromversorgung, welche also nicht vom Inselnetz des Schiffes gespeist wird, kann die Pro ^¬ pellerwelle mittels externer Hilfseinrichtungen geturnt (ge- dreht) werden.

Gemäß eines Verfahrens kann die Antriebswelle und oder der Propeller eines Schiffes mittels einer Hilfsmaschine gedreht werden. Die Antriebswelle befindet sich beispielsweise in ei ^¬ nem Schiffsrumpf oder in einem POD. Die Drehung wird bei Stillstand des Schiffes mittels der Hilfsmaschine gedreht. Die Drehung dient dabei nicht der Bewegung des Schiffes, son- dern der Bewegung bzw. Positionierung der Welle oder des mit der Welle mechanisch gekoppelten Propellers. Die Hilfsmaschine ist beispielsweise eine elektrische Maschine, welche mit ^¬ tels einer Regelung und eines Drehgebers eine Positionierung der Antriebswelle winkelgenau ermöglicht. Das Schiff kann sich dabei im Wasser befinden oder auch außerhalb, wie dies beispielsweise in einem Trockendock der Fall ist. Eine Posi ^¬ tionierung ist beispielsweis bei Wartungsarbeiten am Propeller, an den Lagern, an der Antriebsmaschine hilfreich. In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Antriebswelle oder eine Antriebsmaschine mittels einer Bremse an einer Drehbewegung gehindert. Die Bremse wird ggf. benötigt, damit bei Arbeiten an der Antriebswelle oder am Propeller eine Drehbewegung verhindert werden kann.

Das beschriebene Verfahren kann bei Schiffsantrieben in unterschiedlicher Weise verwendet werden.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zei ^¬ gen :

FIG 1 einen POD mit Hilfsmaschine;

FIG 2 den POD am Rumpf eines Schiffes und

FIG 3 das Schiff in einem Trockendock.

Die Darstellung nach FIG 1 zeigt einen elektrischen Schiffsantrieb 1 mit einer Antriebsmaschine 3 in einem POD 13, wobei die Antriebsmaschine 3 über eine Antriebswelle 5 mit einem Propeller 19 mechanisch gekoppelt ist. Die Antriebsmaschine 3 weist einen Stator 21 und einen Rotor 22 auf, wobei der Rotor 22 mit der Antriebswelle 5 mechanisch steif gekoppelt ist. Die Antriebswelle 5 weist zwei Seiten auf, welche als bedien- seitige Antriebswelle 6 und als antriebsseitige Antriebswelle 7 bezeichnet sind. Die Antriebswelle ist über ein antriebs- seitiges Lager 17 und ein bedienseitiges Lager 18 gestützt. Über eine Hilfsmaschine 8 kann die Antriebswelle 5 gedreht werden. Die Hilfsmaschine 8 ist an einem Gehäuse 14 des PODs 13 befestigt. Das POD-Gehäuse 14, welches an ein einem Schaft 29 befestigt ist, weist eine Gehäuseöffnung 15 auf. Durch diese Öffnung 15 ist die Hilfsmaschine 8 mechanisch mit der Antriebswelle 5 koppelbar. Die Kopplung erfolgt beispielswei- se über eine Transmission. Hierfür kann ein Riemenantrieb 10 oder alternativ ein Kettenantrieb 9 vorgesehen sein. Die Transmission weist einen ersten Durchmesser 11 einer Transmissionsscheibe bzw. einer Kettennuss auf einer primären Transmissionsseite und einen zweiten Durchmesser 12 einer Transmissionsscheibe bzw. einer Kettennuss auf einer sekundä ^¬ ren Transmissionsseite auf. Dadurch kann ein Getriebe gebil ^¬ det werden. Durch unterschiedliche Durchmesser ist es möglich ein Übersetzungsverhältnis auszubilden. Das Übersetzungsverhältnis kann an die Leistung der Hilfsmaschine 8 in Bezug auf die Trägheit der Antriebswelle 5 angepasst werden. Neben dem Kettenantrieb bzw. dem Riemenantrieb kann auch noch ein zu ^¬ sätzliches Getriebe vorgesehen sein, welches in der Figur 1 jedoch nicht dargestellt ist. Durch dieses zusätzliche Ge ^¬ triebe kann die Übersetzung, welche sich bei einer Transmis- sion durch den Kettenantrieb bzw. den Riemenantrieb durch un ^¬ terschiedliche Durchmesser insbesondere der Transmissions ^¬ scheiben ergibt zusätzlich beeinflusst werden. Die Transmis ^¬ sion bildet eine Kupplung zwischen der Hilfsmaschine 8 und der Antriebswelle 5. Zur Steuerung und/oder Regelung der Hilfsmaschine 8 ist eine Steuerung 20 vorgesehen. Die Steue ^¬ rung 20 weist beispielsweise eine Drehzahlregelung, eine Po ^¬ sitionsregelung und/oder eine Momentenregelung auf. Mit der Positionsregelung kann beispielsweise eine mechanische Bremse 25 ersetzt werden, mit der die Position der Antriebswelle 5 gehalten werden kann. Ein Energieversorgungsanschluss 26 dient der Versorgung der Hilfsmaschine 8 und/oder der Steuerung 20 mit elektrischer Energie. Diese elektrische Energie kann beispielsweise im zum Schiffsantrieb zugehörigen Schiff generiert werden oder aus einem elektrischen Versorgungsnetz im Hafen bzw. Dock entnommen werden. Kommt die elektrische Energie vom Schiff, so ist man unabhängig von einem Landan- schluss, also unabhängig von einem elektrischen Netz in einem Hafen oder einem Dock. Kommt die elektrische Energie für die Hilfsmaschine 8 von extern, also aus einem Netz oder von einer externen Generatoreinheit mit Verbrennungskraftmaschine, so ist man unabhängig vom Betriebszustand des Schiffes. Dies kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn für Wartungs- arbeiten die Erzeugung elektrischer Energie auf dem Schiff stillgesetzt ist.

Die Darstellung nach FIG 2 zeigt ähnlich wie in FIG 1 einen elektrischen Schiffsantrieb 2, mit einer Antriebsmaschine 4, welche wie die Antriebsmaschine 3 nach FIG 1 aufgebaut ist. Die Antriebsmaschine 4 befindet sich im POD 13, welcher über den Schaft 29 an einem Schiffsrumpf 23 drehbar angebracht ist. Der Schaft 29 ist hohl ausgebildet und kann beispiels ^¬ weise elektrische Versorgungsleitungen aufnehmen. Im Ver- gleich zu FIG 1 ist nach FIG 2 die Gehäuseöffnung 15 seitlich positioniert. Dies erleichtert den Umgang, wenn in einem Tro ^¬ ckendock der Abstand zum Boden gering ist. Die Hilfsmaschine ist nach FIG 2 nicht abgebildet, doch ist die Riemenscheibe bzw. Kettennuss 16 sichtbar.

Die Darstellung nach FIG 3 zeigt ein Schiff 24 in einem Trockendock 27. Die Hilfsmaschine 8 kann über eine externe Ener ^¬ gieversorgung 28 mit elektrischer Energie versorgt werden. So ist man unabhängig vom Betriebszustand der Stromgeneratoren im Schiff 27.