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Title:
METHOD AND APPARATUS FOR OPERATION OF A MARINE VESSEL HYBRID PROPULSION SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/145684
Kind Code:
A1
Abstract:
In a method for operation of a hybrid propulsion system (1) for a marine vessel, in particular a navy vessel, having at least one electric motor (2) and at least one internal combustion engine (3), in particular a gas turbine, as drive units, which, depending on the requirement, for example the vessel speed, individually or jointly drive at least one propulsion unit (4), for example a propeller, of the marine vessel, the respective power outputs of the propulsion units (2, 3) to the at least one propulsion unit (4) are, according to the invention, controlled by a control device (15) as a function of a predeterminable set value (S), for example a set value for the propeller rotation speed or the vessel speed, and a predeterminable operating mode (B) such that the sum of these power outputs results in a total power (PS), which is dependent on the set value, being output to the at least one propulsion unit (4), with this total power output being split between the power outputs (PE, PG) of the individual drive units (4) as a function of the set value (S) and the operating mode (B).

Inventors:
RZADKI WOLFGANG (DE)
SCHULZE HORN HANNES (DE)
Application Number:
PCT/EP2008/056585
Publication Date:
December 04, 2008
Filing Date:
May 29, 2008
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
RZADKI WOLFGANG (DE)
SCHULZE HORN HANNES (DE)
International Classes:
B63H21/20
Foreign References:
JPH05246386A1993-09-24
DE10111910A12002-09-19
DE4340747C11995-04-27
JP2004255972A2004-09-16
DE3505815A11986-08-28
DE4432483A11996-03-14
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebsystems (1) eines Schiffes, insbesondere eines Navy-Schiffes, mit zumindest ei- nem Elektromotor (2) und zumindest einer Verbrennungskraftmaschine (3) , insbesondere einer Gasturbine, als Antriebseinheiten, die je nach Anforderung, z.B. der Schiffsgeschwindigkeit, einzeln oder im Verbund zumindest eine Vortriebseinheit (4), z.B. einen Propeller (4b), des Schiffes antreiben, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheiten (2, 3) hinsichtlich ihrer jeweiligen Leistungsabgabe (P E bzw. P G ) an die zumindest eine Vortriebseinheit (4) von einer Steuereinrichtung (15) in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Sollwert (S), z.B. einem Sollwert für die Propeller-Drehzahl oder die Schiffsgeschwindigkeit, und einer vorgebbaren Betriebsart (B) derart gesteuert werden, dass durch die Summe dieser Leistungsabgaben (P E bzw. P G ) eine von dem Sollwert (S) abhängige Gesamtleistung (P 3 ) an die zumindest eine Vortriebseinheit

(4) abgegeben wird, wobei die Aufteilung dieser Gesamtleis- tungsabgabe auf die Leistungsabgaben (P E bzw. P G ) der einzelnen Antriebseinheiten (2, 3) in Abhängigkeit von dem Sollwert

(5) und der Betriebsart (B) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Hybridantriebssystems (1) die zumindest eine oder jede Vortriebseinheit (4) mit jeweils zumindest zwei Antriebseinheiten 2, 3), vorzugsweise mit jeweils zumindest einem Elektromotor und zumindest einer Verbrennungskraftmaschine, mechanisch fest gekoppelt ist oder zumindest koppelbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Hybridantriebssystems (1) bedarfsabhängig die zumindest eine Verbrennungskraftmaschine (2), vorzugsweise auch der zumindest eine Elektromotor (3), mit der anzutreibenden Vortriebseinheit (4) mechanisch gekoppelt und von ihr entkoppelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Steuerung der Leistungsaufteilung auch eine Steuerung des Zu- oder Abschaltens der Antriebseinheiten (2, 3) zu bzw. von der zumindest einen Vortriebseinheit (4), vorzugsweise einschließlich eines mechanischen Koppeins oder Entkoppeins von Antriebseinheiten (2, 3), insbesondere der zumindest einen Verbrennungskraftmaschine, mit bzw. von der zumindest einen Vortriebseinheit (4), erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Betriebart (B) eine Betriebsart ist, in der die Abgasemissionen und/oder Geräuschemissionen und/oder die Wärmeemissionen des Hybridantriebssystems (1), vorzugsweise einschließlich von Verbrennungskraftmaschinen (12) für die Erzeugung der elektrischen Energie für den zumindest einen Elektromotor (2), minimal sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Betriebsart (B) eine Betriebsart ist, in der der Gesamttreibstoffverbrauch des Hybridantriebssystems (1), vorzugsweise einschließlich von Verbrennungskraftmaschinen (12) für die Erzeugung der e- lektrischen Energie für den zumindest einen Elektromotor (2), minimal ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtleistungsabgabe und die Aufteilung der Gesamtleistungsabgabe auf die Antriebseinheiten (2, 3) anhand von Kenndaten und/oder von Kennlinien (21, 23) des Verbundes der Antriebseinheiten (2, 3) gesteuert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (15) für unterschiedliche Betriebsarten jeweils unterschiedliche Kenndaten und/oder Kennlinien (21, 23) gespeichert sind, wobei die für die Steuerung der Leistungsaufteilung bei einer vorgebbaren Betriebsart relevanten Kenndaten und/oder Kennlinien (21, 23) in Abhängigkeit von der vorgebbaren Betriebsart (B) ausgewählt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert (S) von einem manuell bedienbaren Fahrhebel (41) oder einem Autopilotsystem vorgegeben wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuschaltung oder Abschaltung einer Leistungsabgabe einer Antriebseinheit (2, 3) an bzw. von einer Vortriebseinheit (4) ohne Momentenstöße erfolgt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Antriebseinheiten (2, 3) eine maximale Leistung abgegeben kann, die kleiner als die für den Vortrieb des Schiffes maximal benötigte Gesamtleistung ist.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Elektromotor

(2) unterhalb seiner Grenzkennlinie (20) in einem Drehzahlbereich von Null bis zur maximalen Drehzahl (nmax) der Vor- triebseinheit (en) (4) stufenlos Drehmoment abgeben kann.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtleistungsabgabe und/oder die Aufteilung der Gesamtleistungsabgabe auf die einzelnen Antriebseinheiten (2, 3) unter Berücksichtigung von Grenzwerten für deren zeitliche änderung gesteuert wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass bei der Steuerung der Leistungsabgaben (P E , P G ) der Antriebseinheiten (2, 3) durch Drehmomentschwankungen der Vortriebseinheiten (4) verursachte Welligkeiten in zu dem Sollwert (S) korrespondierenden Istwerten (I), z.B. in von Drehzahlsensoren erfassten Istwerten für die Drehzahl einer Propellerwelle, unterdrückt werden.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Gesamtleis- tungsabgabe zusätzlich in Abhängigkeit von einer zeitlichen änderung des Sollwertes (S) gesteuert wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Elektromotor (2) als Hauptantrieb zum Antrieb des Schiffes für einen unteren Geschwindigkeitsbereich des Schiffes und die zumindest eine Verbrennungskraftmaschine (3) alleine oder im Verbund mit dem zumindest einen Elektromotor (2) als Hauptantrieb für einen höheren Geschwindigkeitsbereich des Schiffes bis zur Höchstgeschwindigkeit verwendet wird.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem unteren Geschwindigkeitsbereich der zumindest Elektromotor (2) die Drehzahlführung der Vortriebseinheit (en) (4) übernimmt und in dem höheren Geschwindigkeitsbereich die zumindest eine Verbrennungskraftmaschine (3) die Drehzahlführung der Vortriebseinheit (en) (4) übernimmt, wobei im Verbundbetrieb des zumindest einen Elektromotors (2) mit der zumindest einen Verbrennungskraftmaschi- ne (3) die Verbrennungskraftmaschine (3) die Drehzahlführung der Vortriebseinheit (en) (4) übernimmt und der Elektromotor (2) in seiner Drehzahl von der Vortriebseinheit (4) bzw. von der Verbrennungskraftmaschine (3) geführt wird und bestimmt durch die Sollwertvorgabe ein derartiges Drehmoment an die Vortriebseinheit (en) abgibt, dass sich die von der Verbrennungskraftmaschine (3) und dem Elektromotor (2) jeweils abgegebenen Drehmomente in der (den) Vortriebseinheit (en) (4) summieren .

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einem Hybridantriebssystem (1) angewendet wird, das genau zwei Elektromotoren (2) und genau eine Gasturbine (3) als Antriebseinheiten und genau zwei Propellerwellen (4a) mit jeweils einem Propeller (4b) als Vortriebseinheiten (4) aufweist, wobei die Propellerwellen (4a) durch ein Getriebe (6) geführt sind, über das die Propellerwellen (4a) mit der Gasturbine (3) gekoppelt werden können, und wobei jede der Propellerwellen (4a) an ihrem dem Propeller (4b) abgewandten Ende ohne ein zwischengeschaltetes Getriebe mit jeweils einem der Elektromotoren (2) gekoppelt werden kann.

19. Vorrichtung (50) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei einem Hybridantriebssystems (1) eines Schiffes, insbesondere eines Navy-Schiffes, mit zumindest einem Elektromotor (2) und zumindest einer Verbrennungskraftmaschine (3) , insbesondere einer Gasturbine, als Antriebseinheiten, die je nach Anforderung, z.B. der

Schiffsgeschwindigkeit, einzeln oder im Verbund zumindest eine Vortriebseinheit (4), z.B. einen Propeller (4b), des Schiffes antreiben, gekennzeichnet durch einen Sollwertgeber (41) zur Vorgabe eines Sollwertes (S), z.B. eines Sollwertes für die Drehzahl eines Propellers (4b) oder für die Schiffsgeschwindigkeit, einen Betriebsartengeber (44) zur Vorgabe einer Betriebsart (B) und eine Steuereinrichtung (15), die dazu eingerichtet ist, die Antriebseinheiten (2, 3) hinsichtlich ihrer jeweiligen Leistungsabgabe (P E bzw. P G ) an die zu- mindest eine Vortriebseinheit (4) derart zu steuern, dass durch die Summe dieser Leistungsabgaben (P E bzw. P G ) eine von dem Sollwert (S) abhängige Gesamtleistung (P 3 ) an die zumindest eine Vortriebseinheit (4) abgebbar ist und dabei die Aufteilung dieser Gesamtleistungsabgabe auf die Leistungsab- gaben (P E bzw. P G ) der einzelnen Antriebseinheiten (2, 3) in

Abhängigkeit von dem Sollwert (S) und der Betriebsart (B) erfolgt.

20. Vorrichtung (50) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Hybridantriebssystems (1) die zumindest eine oder jede Vortriebseinheit (4) mit jeweils zumindest zwei Antriebseinheiten (2, 3), vorzugsweise mit jeweils zumindest einem Elektromotor und zumindest einer Verbrennungskraftmaschine, mechanisch fest gekoppelt oder koppelbar ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verbrennungskraftmaschine (2), vorzugsweise auch der zumindest eine Elektromotor (3) , während des Betriebs des Hybridantriebssystems (1) bedarfsabhängig mit der anzutreibenden Vortriebseinheit (4) mechanisch koppelbar und von ihr entkoppelbar ist bzw. sind.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (15) dazu eingerichtet ist, über die Steuerung der Leistungsaufteilung auch das Zu- oder Abschalten der Antriebseinheiten (2, 3) zu bzw. von der zumindest einen Vortriebseinheit (4), vorzugsweise einschließlich eines mechanischen Koppeins oder Entkoppeins von Antriebseinheiten (2, 3), insbesondere der zumindest einen Verbrennungskraftmaschine, mit bzw. von der zumin- dest einen Vortriebseinheit (4), zu steuern.

23. Vorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwertgeber ein manuell bedienbarer Fahrhebel (41) oder ein Autopilotsystem ist.

24. Vorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 19 bis 23, gekennzeichnet durch den einzelnen Antriebseinheiten (4) zugeordnete Antriebssteuerungen (32) zur Steuerung derer jeweiligen Leistungsabgabe (P E bzw. P G ) , wobei die Steuereinrich- tung (15) die Leistungsabgabe (P E bzw. P G ) der Antriebseinheiten (2, 3) durch Vorgabe von Drehzahlsollwerten oder Drehmomentsollwerten an die Antriebssteuerungen (32) steuert.

25. Vorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (15) Kenndaten und/oder Kennlinien (21, 23) des Verbundes der Antriebseinheiten (2, 3) zur Steuerung der Gesamtleistungsabga- be und/oder der Aufteilung der Gesamtleistungsabgabe auf die Leistungsabgaben (P E , P G ) der einzelnen Antriebseinheiten (2, 3) abgespeichert sind.

26. Vorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (15) Begrenzungsmittel (51) zur Begrenzung von zeitlichen änderungen der Gesamtleistungsabgabe und/oder der Aufteilung der Gesamtleistungsabgabe auf die einzelnen Antriebseinheiten (2, 3) umfasst .

27. Vorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass sie für die Steuerung der Leistungsabgabe (P E bzw. P G ) der Antriebseinheiten (2, 3) Sensoren (52) zur Erfassung zumindest eines zu dem zumindest einen Sollwert (S) korrespondieren Istwertes (I), z.B. eines Istwertes für die Drehzahl einer Propellerwelle, und Filtermittel (53) zur Unterdrückung von durch Drehmomentschwankungen der Vortriebseinheiten (4) verursachte Welligkeiten in den Istwerten (I) umfasst.

28. Vorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (15) die Aufteilung der Gesamtleistungsabgabe auf die einzelnen Antriebseinheiten (2, 3) zusätzlich in Abhängigkeit von der zeitlichen änderung des Sollwertes (S) steuert.

29. Vorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (15) redundant vorhanden ist, insbesondere zumindest einmal auf der Brücke und einmal in einem Notsteuerstand, z.B. im Heck des Schiffes .

Description:

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Schiffs-Hybrid- antriebsSystems

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Schiffs-Hybridantriebssystems gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1; ein derartiges Schiffs-Hybridantriebssystem ist beispielsweise durch die DE 100 63 338 B4 bekannt. Die Erfin- düng betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .

Aus der WO02/47974 Al ist ein Schiffs-Hybridantriebssystem mit einem Verstellpropeller als Vortriebseinheit und einem Hauptdieselmotor und einem Elektromotor als Antriebseinheiten für die Vortriebseinheit bekannt. Der Elektromotor ist ständig eingeschaltet und sorgt in Verbindung mit dem Verstellpropeller dafür, den Hauptdieselmotor in einem günstigen Betriebspunkt zu halten. Zusätzlich werden bei einer gegebenen beschleunigungsfreien Schiffsgeschwindigkeit der Elektromotor und der Propeller derart geregelt, dass der gesamte Treibstoffbedarf für den Hauptdieselmotor und eine Dieselgeneratoranlage zum Erzeugen elektrischer Energie für den Elektromotor minimal wird. Beide Antriebseinheiten sind somit ge- meinsam ständig mechanisch mit der Vortriebseinheit gekoppelt und treiben diese auch gemeinsam an.

Die DE 101 11 910 Al offenbart eine Antriebsanlage für Schiffe mit zwei hintereinander angeordneten und gegenläufgen Pro- pellern als Vortriebseinheiten und einem Dieselmotor und einem Elektromotor als Antriebseinheiten, wobei der hintere Propeller von einem Dieselmotor und der vordere Propeller von einem Elektromotor angetrieben wird. Jede der Antriebseinheiten ist somit mit nur genau einer Vortriebseinheit mechanisch gekoppelt bzw. koppelbar um diese anzutreiben.

Aus der DE 100 63 338 B4 ist ein Schiffs-Hybridantriebssys- tems mit einem Elektromotor und einem als Gasturbine ausgebildeten Verbrennungsmotor als Antriebseinheiten bekannt, die je nach Anforderung, z.B. der Schiffsgeschwindigkeit, einzeln oder im Verbund einen Propeller eines Schiffes antreiben. Der Verbrennungsmotor treibt hierbei bei hohen Geschwindigkeiten und der Elektromotor bei niedrigen Geschwindigkeiten den Propeller an. Hierzu sind die beiden Antriebseinheiten zumindest zweitweilig mit dem Propeller koppelbar.

Derartige oder ähnliche Hybridantriebssysteme mit beilspiels- weise zwei Elektromotoren, einer Gasturbine und zwei Propellern sollen in Zukunft insbesondere auf Marineschiffen, wie z.B. Fregatten und Korvetten, und auf Superyachten Anwendung finden. Solche Schiffe sollen auf der einen Seite flexibel einen auf eine bestimmte Einsatzsituation optimierten Betrieb ermöglichen. Beispielsweise kann ein Schiffsbetrieb mit möglichst geringen Emissionen zur Verringerung der Detektierbar- keit des Schiffes, ein Betrieb mit maximalem Beschleunigungs- vermögen im Gefechtsfall oder ein Betrieb mit möglichst geringem Treibstoffverbrauch gefordert sein.

Auf der anderen Seite sollen diese Schiffe mit einer relativ kleinen Besatzung betrieben werden. Dies ist meist problemlos möglich, wenn die Mannschaft frei von äußeren Einflüssen wie z.B. Zeitdruck ist. Unter physischer und/oder psychischer Belastung, z.B. im Gefechtsfall, kann dies jedoch zu Fehlern und somit zur Einstellung von Betriebszuständen des Hybridantriebssystems führen, die nicht optimal für den gerade vor- liegenden Einsatzfall sind.

Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein für eine vorliegende Einsatzsituation optimaler Betrieb des Hybridantriebssystems, insbesondere bei einer nur kleinen Besatzung des Schiffes, sichergestellt werden kann. Außerdem ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, eine für die Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung anzugeben.

Die Lösung der auf das Verfahren gerichteten Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Ein für die Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 19. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche .

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass die Antriebs- einheiten hinsichtlich ihrer jeweiligen Leistungsabgabe an die zumindest eine Vortriebseinheit von einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Sollwert, z.B. einem Sollwert für die Propeller-Drehzahl oder der Schiffsgeschwindigkeit, und einer vorgebbaren Betriebsart derart ge- steuert werden, dass durch die Summe dieser Leistungsabgaben eine von dem Sollwert abhängige Gesamtleistung an die zumindest eine Vortriebseinheit abgegeben wird, wobei die Aufteilung dieser Gesamtleistungsabgabe auf die Leistungsabgaben der einzelnen Antriebseinheiten in Abhängigkeit von dem SoIl- wert und der Betriebsart erfolgt.

über die Aufteilung der Gesamtleistung auf die Antriebseinheiten können die Betriebspunkte der einzelnen Antriebseinheiten beeinflusst und somit ein für eine vorgegebene Be- triebsart optimaler Betriebspunkt des Hybridantriebssystems eingestellt werden. Die Betriebspunkte der einzelnen Antriebseinheiten selbst müssen sich hierbei nicht zwangsläufig in einem Optimum befinden. Wesentlich ist der Betriebspunkt des Gesamtsystems, d.h. des gesamten Hybridantriebssystems, vorzugsweise einschließlich von Verbrennungskraftmaschinen zur Erzeugung der elektrischen Energie für den zumindest einen Elektromotor.

Die zumindest eine oder jede Vortriebseinheit ist hierzu wäh- rend des Betriebs des Hybridantriebssystems bevorzugt mit jeweils zumindest zwei Antriebseinheiten, vorzugsweise mit jeweils zumindest einem Elektromotor und zumindest einer Verbrennungskraftmaschine, mechanisch fest gekoppelt oder zu-

mindest koppelbar. Die zumindest eine oder jede Vortriebseinheit kann dann von nur einer einzigen der Antriebseinheiten oder bei einem Verbundbetrieb gleichzeitig von den zumindest zwei Antriebseinheiten angetrieben werden. Unterschiedliche Betriebscharakteristiken der Antriebseinheiten, wie sie insbesondere zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und einem Elektromotor vorliegen, können dann besonderes gut genutzt werden, um einen optimalen Betriebspunkt des Gesamtsystems einzustellen .

Bevorzugt ist die zumindest eine Verbrennungskraftmaschine, vorzugsweise auch der zumindest eine Elektromotor, nicht mechanisch fest mit einer anzutreibenden Vortriebseinheit gekoppelt, sondern sie wird während des Betriebs des Hybridan- triebssystems bedarfsabhängig mit der von ihr anzutreibenden Vortriebseinheit mechanisch gekoppelt bzw. von ihr entkoppelt. Eine während des Betriebs des Hybridantriebssystems zeitweilig nicht für den Antrieb einer Vortriebseinheit benötigte Antriebseinheit kann dann von der Vortriebseinheit ent- koppelt werden und muss dann nicht von der (den) die Vortriebseinheit antreibenden Antriebseinheit (en) mitbewegt werden. Dies ist insbesondere von Vorteil im Fall der zumindest einen Verbrennungskraftmaschine mit ihrer häufig relativ großen zu bewegenden Masse.

über die Steuerung der Leistungsaufteilung kann hierbei gleichzeitig auch eine Steuerung des Zu- oder Abschaltens von Antriebseinheiten zu bzw. von der zumindest einen Vortriebseinheit, vorzugsweise einschließlich eines mechanischen Kop- pelns und Entkoppeins von Antriebseinheiten mit bzw. von der zumindest einen Vortriebseinheit, erfolgen. Die Steuerung des Koppeins oder Entkoppeln von Antriebseinheiten schließt von Vorteil zumindest das Koppeln und Entkoppeln der zumindest einen Verbrennungskraftmaschine, vorzugsweise zusätzlich auch das Koppeln und Entkoppeln des zumindest einen Elektromotors, mit ein.

Da die Steuerung von der Besatzung nur die Vorgabe weniger Steuerparameter (z.B. Sollwert für Propellerdrehzahl, Betriebsart) erfordert, kann ein optimierter Betrieb des Schiffes auch bei einer nur kleinen Besatzung, und hierbei auch und unter physischer und/oder psychischer Belastung der Besatzung, sichergestellt werden.

Die vorgebbare Betriebsart kann hierbei beispielsweise eine Betriebsart sein, in der die Abgasemissionen und/oder Ge- räuschemissionen und/oder die Wärmeemissionen des Hybridantriebssystems, vorzugsweise einschließlich von Verbrennungskraftmaschinen für die Erzeugung der elektrischen Energie für den zumindest einen Elektromotor, minimal sind.

Die vorgebbare Betriebsart kann aber auch eine Betriebsart sein, in der der Gesamttreibstoffverbrauch des Hybridantriebssystems, vorzugsweise einschließlich von Verbrennungskraftmaschinen für die Erzeugung der elektrischen Energie für den zumindest einen Elektromotor, minimal ist.

Die Gesamtleistungsabgabe und die Aufteilung der Gesamtleistungsabgabe auf die Antriebseinheiten kann besonders einfach und exakt anhand von Kenndaten und/oder von Kennlinien des Verbundes der Antriebseinheiten gesteuert werden.

Bevorzugt sind in der Steuereinrichtung für unterschiedliche Betriebsarten jeweils unterschiedliche Kenndaten und/oder Kennlinien gespeichert, wobei die für die Steuerung der Leistungsaufteilung bei einer vorgebbaren Betriebsart relevanten Kenndaten und/oder Kennlinien in Abhängigkeit von der vorgebbaren Betriebsart ausgewählt werden.

Der Sollwert kann dabei von einem manuell bedienbaren Fahrhebel oder einem Autopilotsystem vorgegeben werden.

Bevorzugt erfolgt eine Zuschaltung oder Abschaltung einer Leistungsabgabe einer Antriebseinheit an bzw. von einer Vortriebseinheit ohne Momentenstöße.

Gemäß eine besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann jede der Antriebseinheiten eine maximale Leistung abgeben, die kleiner als die für den Vortrieb des Schiffes maximal benö- tigte Gesamtleistung ist. Zum Erreichen der maximal benötigten Gesamtleistung müssen somit zumindest zwei Antriebseinheiten beitragen. Da die maximal benötigte Gesamtleistung im Normalfall aber nur selten benötigt wird, können die Antriebseinheiten auf eine kleinere Leistung optimiert ausge- legt werden und hierdurch der Treibstoffverbrauch, Platzbedarf und das Gewicht der Antriebseinheiten verringert werden.

Bevorzugt kann der Elektromotor unterhalb seiner Grenzkennlinie in einem Drehzahlbereich von Null bis zur maximalen Dreh- zahl der Vortriebseinheit (en) stufenlos Drehmoment abgeben. Gegebenenfalls wird er hierbei bei hohen Drehzahlen bis zur maximalen Drehzahl im Feldschwächebereich betrieben. Der E- lektromotor kann somit besonders flexibel zur momentenstoß- freien Einstellung gewünschter optimaler Betriebspunkte des Hybridantriebssystems über den gesamten Drehzahlbereich der Vortriebseinheiten genutzt werden.

Von Vorteil steuert die Steuerungseinrichtung die Gesamtleistungsabgabe und/oder die Aufteilung der Gesamtleistungsabgabe auf die Leistungsabgaben der einzelnen Antriebseinheiten zusätzlich unter Berücksichtigung von Grenzwerten für deren zeitliche änderung. Durch derartige Begrenzungen, z.B. Hochlauf- oder Rücklaufbegrenzungen, können Zeitkonstanten des Schiffspropellers in Bezug auf die Umsetzung des Schubs des Propellers in das Wasser oder bei der Erzeugung der elektrischen Energie für den Elektromotor berücksichtigt werden. Leistungskomponenten wie Motoren, Stromrichter, Schalter etc. können somit vor thermischer überlastung geschützt und Beeinträchtigungen des Schiffsbetriebes, z.B. aufgrund unzulässig hoher Schwankungen der Spannung und/oder Frequenz des Bordnetzes, können vermieden werden.

Von Vorteil werden bei der Steuerung der Leistungsabgaben der Antriebseinheiten durch Drehmomentschwankungen der Vortriebseinheiten verursachte Welligkeiten in zu dem Sollwert korrespondierenden Istwerten, z.B. in von Drehzahlsensoren erfass- ten Istwerten für die Drehzahl einer Propellerwelle, unterdrückt. Hierdurch können Antriebsmomentschwankungen und somit Geräuschemissionen des Schiffes entgegengewirkt werden, die entstehen, wenn ein Propeller im Fahrwasser Drehmomentschwankungen unterliegt.

Bevorzugt wird durch die Steuereinrichtung die Aufteilung der Gesamtleistungsabgabe zusätzlich in Abhängigkeit von der zeitlichen änderung des Sollwertes gesteuert. Hierdurch können unnötige Kupplungs- und Getriebeschaltvorgänge vermieden und somit ein hohes Beschleunigungsvermögen erzielt werden.

Besonders gute Möglichkeiten zur Optimierung des Treibstoffverbrauchs sind dann gegeben, wenn der zumindest eine Elektromotor als Hauptantrieb zum Antrieb des Schiffes für einen unteren Geschwindigkeitsbereich des Schiffes und die zumindest eine Verbrennungskraftmaschine alleine oder im Verbund mit dem zumindest einen Elektromotor als Hauptantrieb für einen höheren Geschwindigkeitsbereich des Schiffes bis zur Höchstgeschwindigkeit verwendet wird.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung übernimmt dabei in dem unteren Geschwindigkeitsbereich der zumindest Elektromotor und in dem höheren Geschwindigkeitsbereich die zumindest eine Verbrennungskraftmaschine die Drehzahlführung der Vortriebseinheit (en) , wobei im Verbundbetrieb des zumindest einen Elektromotors mit der zumindest einen Verbrennungskraftmaschine die Verbrennungskraftmaschine die Drehzahlführung der Vortriebseinheit (en) übernimmt und der Elektromotor in seiner Drehzahl von der Vortriebseinheit bzw. von der Verbrennungskraftmaschine geführt wird und bestimmt durch die Sollwertvorgabe ein derartiges Drehmoment an die Vortriebseinheit (en) abgibt, dass sich die von der Verbrennungs-

kraftmaschine und dem Elektromotor jeweils abgegebenen Leistungen in der (den) Vortriebseinheit (en) summieren.

Von Vorteil wird das Verfahren bei einem Hybridantriebssystem angewendet, das genau zwei Elektromotoren und genau eine Gasturbine als Antriebseinheiten und genau zwei Propellerwellen mit jeweils einem Propeller als Vortriebseinheiten aufweist, wobei die Propellerwellen durch ein Getriebe geführt sind, über das die Propellerwellen mit der Gasturbine gekoppelt werden können, und wobei jede der Propellerwellen an ihrem dem Propeller abgewandten Ende ohne ein zwischengeschaltetes Getriebe mit jeweils einem der Elektromotoren gekoppelt werden kann.

Eine für die Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung umfasst einen Sollwertgeber zur Vorgabe eines Sollwertes, z.B. eines Sollwertes für die Drehzahl eines Propellers oder für die Schiffsgeschwindigkeit, einen Betriebsartengeber zur Vorgabe einer Betriebsart und eine Steuerein- richtung, die dazu eingerichtet ist, die Antriebseinheiten hinsichtlich ihrer jeweiligen Leistungsabgabe an die zumindest eine Vortriebseinheit derart zu steuern, dass durch die Summe dieser Leistungsabgaben eine von dem Sollwert abhängige Gesamtleistung an die zumindest eine Vortriebseinheit abgeb- bar ist und dabei die Aufteilung dieser Gesamtleistungsabgabe auf die Leistungsabgaben der einzelnen Antriebseinheiten in Abhängigkeit von dem Sollwert und der Betriebsart erfolgt.

Die zumindest eine oder jede Vortriebseinheit ist hierbei be- vorzugt während des Betriebs des Hybridantriebssystems mit jeweils zumindest zwei Antriebseinheiten, vorzugsweise mit jeweils zumindest einem Elektromotor und zumindest einer Verbrennungskraftmaschine, mechanisch fest gekoppelt oder zumindest koppelbar.

Von Vorteil ist die zumindest eine Verbrennungskraftmaschine, vorzugsweise auch der zumindest eine Elektromotor, während des Betriebs des Hybridantriebssystems bedarfsabhängig mit

der anzutreibenden Vortriebseinheit mechanisch koppelbar und von ihr entkoppelbar.

Dabei ist die Steuereinrichtung von Vorteil dazu eingerich- tet, über die Steuerung der Leistungsaufteilung auch das Zu- oder Abschalten der Antriebseinheiten zu bzw. von der zumindest einen Vortriebseinheit, vorzugsweise einschließlich eines mechanischen Koppeins oder Entkoppeins von Antriebseinheiten, insbesondere der zumindest einen Verbrennungskraftma- schine, mit bzw. von der zumindest einen Vortriebseinheit, zu steuern .

Der Sollwertgeber kann hierbei ein manuell bedienbarer Fahrhebel oder ein Autopilotsystem sein.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung den einzelnen Antriebseinheiten zugeordnete Antriebssteuerungen zur Steuerung derer jeweiligen Leistungsabgabe, wobei die Steuereinrichtung die Leistungsabgabe der An- triebseinheiten durch eine Vorgabe von Drehzahlsollwerten o- der Drehmomentsollwerten an die Antriebssteuerungen steuert.

Zum Schutz von Leistungskomponenten vor thermischer überlastung und vor Beeinträchtigungen des Schiffsbetriebs kann die Steuereinrichtung Begrenzungsmittel zur Begrenzung von zeitlichen änderungen der Gesamtleistungsabgabe und/oder der Aufteilung der Gesamtleistungsabgabe auf die einzelnen Antriebseinheiten aufweisen.

Von Vorteil umfasst die Vorrichtung für die Steuerung der

Leistungsabgaben der Antriebseinheiten Sensoren zur Erfassung zumindest eines zu dem zumindest einen Sollwert korrespondieren Istwertes, z.B. eines Istwertes für die Drehzahl einer Propellerwelle, und Filtermittel zur Unterdrückung von durch Drehmomentschwankungen der Vortriebseinheiten verursachte Welligkeiten in den Istwerten.

Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. seiner vorteilhaften Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. ihre vorteilhaften Ausgestaltungen.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert; darin zeigen:

FIG 1 ein Beispiel für ein Hybridantriebssystem für ein

Einwellenschiff, FIG 2 ein Beispiel für ein Hybridantriebssystem für ein

Zweiwellenschiff, FIG 3 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens, FIG 4 ein Kennlinienfeld zur Steuerung der Leistungsabgabe der Antriebsaggregate eines Hybridantriebes,

FIG 5 ein Kennlinienfeld einer Gasturbine mit Verstellpro- pelleranlage und

FIG 6 ein Hybridantriebssystem mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung .

Ein in FIG 1 gezeigtes Hybridantriebssystem 1 für ein Einwel- lenschiff weist einen Elektromotor 2 und eine Gasturbine 3 als Antriebseinheiten und eine Vortriebseinheit 4 bestehend aus einer Propellerwelle 4a mit einem Fest- oder Verstellpropeller 4b auf. Die Propellerwelle 4a ist durch ein Getriebe 6 geführt, über das die Propellerwelle 4a mit der Gasturbine 3 koppelbar ist. Die Propellerwelle 4a ist an ihrem dem Propeller 4b abgewandten Ende ohne ein zwischengeschaltetes Getriebe mit dem Elektromotor 2 verbunden. Der Elektromotor 2 wird über einen Stromrichter 7 (Stromzwischenkreisumrichter oder Spannungszwischenkreisumrichter) und einen Stromrichtertrans- formator 8 aus einer Energieverteilungsanlage 10 (in der Regel einer Mittelspannungsschaltanlage, manchmal auch einer Niederspannungsschaltanlage) mit elektrischer Energie versorgt. Der Elektromotor 2, der Stromrichter 7 und der Strom-

richtertransformator 8 bilden ein elektrisches Antriebssystem 9.

Die elektrische Energie wird durch eine Energieerzeugungsan- läge 11 erzeugt, in der in der Regel mehrere Verbrennungskraftmaschinen 12, z.B. Dieselmotoren oder Gasturbinen, jeweils einen Generator 13, in der Regel eine Drehstrom-Synchronmaschine, antreiben.

Ein in FIG 2 gezeigtes Hybridantriebssystem 1 für ein Zweiwellenschiff weist im Unterschied hierzu zwei elektrische Antriebssysteme 9 mit jeweils einem Elektromotor 2 auf, von denen jeder direkt, d.h. ohne ein zwischengeschaltetes Getriebe, jeweils eine Vortriebseinheit 4 antreibt. Die Gasturbine 3 ist mittels des Getriebes 6 mit beiden Propellerwellen 4a koppelbar. Zur Erhöhung der Ausfallsicherheit werden die beiden elektrischen Antriebssysteme 9 aus jeweils unterschiedlichen Energieverteilungsanlagen 10 und Energieerzeugungsanlagen 11 gespeist.

Sowohl im Fall des Hybridantriebssystems gemäß FIG 1 als auch im Fall des Hybridantriebssystems gemäß FIG 2 treiben die Antriebseinheiten 2, 3 je nach Anforderung, z.B. der Schiffsgeschwindigkeit, einzeln oder im Verbund die Vortriebsein- heit (en) 4 an. Der (die) Elektromotor (en) 2 dienen dabei als Hauptantriebe zum Antrieb des (der) Vortriebseinheit (en) 4 für einen unteren Geschwindigkeitsbereich (z.B. bis einschließlich Marschfahrt) und die Gasturbine 3 alleine oder mit dem (den) Elektromotor (en) 2 als Hauptantrieb für einen höheren Geschwindigkeitsbereich (z.B. Geschwindigkeiten größer als Marschfahrt) bis hin zur Höchstgeschwindigkeit.

Jede der Antriebseinheiten 2, 3 kann hierbei eine maximale Leistung abgeben, die kleiner als die für den Vortrieb des Schiffes maximal benötigte Gesamtleistung ist.

Wie in FIG 3 vereinfacht für den Fall des Hybridantriebssystems 1 gemäß FIG 2 dargestellt, werden die Elektromotoren 2

und die Gasturbine 3 von einer übergeordneten Steuereinrichtung 15 hinsichtlich ihrer jeweiligen Leistungsabgabe P E bzw. P G an die Vortriebseinheiten 4 in Abhängigkeit von einem vorgebaren Sollwert S, z.B. einem Sollwert für die Drehzahl des Propeller 4b oder für die Schiffsgeschwindigkeit, und einer vorgebbaren Betriebsart B derart gesteuert, dass durch die Summe dieser Leistungsabgaben eine von dem Sollwert S abhängige Gesamtleistung P 3 an die Vortriebseinheiten 4 abgeben wird und dabei die Aufteilung dieser Gesamtleistungsabgabe auf die Leistungsabgaben P E bzw. P G der Elektromotoren 2 und der Gasturbine 3, d.h. die Höhe der von den drei Antriebseinheiten 2, 3 jeweils abzugebenden Teilleistungen P E bzw. P G zur Erzielung der Gesamtleistung P 3 = PE + P G + PE, in Abhän ¬ gigkeit von dem Sollwert S und der vorgebbaren Betriebsart B erfolgt.

Die übergeordnete Steuereinrichtung 15 empfängt den Sollwert S von einem Sollwertgeber, beispielsweise einem Fahrhebel auf der Brücke oder von einem Autopilotsystem, und die Betriebs- art B von einem Betriebsartengeber, z.B. einem Betriebsarten- wahlschalter, der auf der Brücke angeordnet ist.

Zur Steuerung der Leistungsabgaben P E , P G der Antriebseinheiten 2, 3 in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Sollwert S und einer vorgegebenen Betriebsart B übergibt die übergeordnete Steuereinrichtung 15 Sollwerte S E , S G (z.B. Sollwerte für die Drehzahl oder das Drehmoment) an nicht näher dargestellte Antriebssteuerungen der Antriebseinheiten 2, 3.

über die Sollwerte S E , S G steuert die übergeordnete Steuereinrichtung 15 die Gesamtleistungsabgabe und die Aufteilung der abzugebenden Gesamtleistung auf die Elektromotoren 2 und die Gasturbine 3 und stellt automatisch für die vorgegebene Betriebsart B optimale Betriebspunkte ein.

Die vorgebbare Betriebart B kann hierbei eine Betriebsart sein, in der die Abgasemissionen und/oder Geräuschemissionen und/oder die Wärmeemissionen des Hybridantriebssystems 1,

vorzugsweise einschließlich der Verbrennungskraftmaschinen 12 für die Erzeugung der elektrischen Energie für die Elektromotoren 2, minimal sind. Die vorgebbare Betriebart B kann auch eine Betriebsart sein, in der der Gesamttreibstoffverbrauch des Hybridantriebssystems 1, vorzugsweise einschließlich der Verbrennungskraftmaschinen 12 für die Erzeugung der elektrischen Energie für die Elektromotoren 2, minimal ist.

Die übergeordnete Steuereinrichtung 15 steuert hierbei die Gesamtleistungsabgabe P s und/oder die Aufteilung der Gesamtleistungsabgabe P s auf die einzelnen Antriebseinheiten 2, 3, zusätzlich unter Berücksichtigung von Grenzwerten für deren zeitliche änderung und schützt somit Leistungskomponenten wie die Motoren 2 und Stromrichter 7 vor überlastung.

Bei der Steuerung und Regelung der Leistungsabgaben der Antriebseinheiten 2, 3 werden hierbei durch Drehmomentschwankungen der Vortriebseinheiten 4 verursachte Welligkeiten in zu dem Sollwert korrespondierenden Istwerten, z.B. in von Drehzahlsensoren erfassten Istwerten für die Drehzahl der Propellerwellen 4a, unterdrückt.

Für die Steuerung der Gesamtleistungsabgabe und der Aufteilung der Gesamtleistungsabgabe P s auf die einzelnen Antriebs- einheiten 2, 3 sind in der übergeordneten Steuereinrichtung 15 Kennlinien und/oder Kenndaten abgespeichert, die den Zusammenhang zwischen dem Sollwert S, z.B. der Propellerdrehzahl oder der Schiffsgeschwindigkeit, der jeweiligen Leistungsabgabe und von die jeweilige Betriebsart charakterisie- renden Betriebsparametern wie z.B. dem Treibstoffverbrauch, den Geräuschemissionen, den Abgasemissionen, den Wärmeemissionen, Wärmeverluste im Rotorsystemen bei Maschinen mit supraleitenden Rotorwicklungen etc. beschreibt. Weiterhin beschreiben die Kennlinien die maximal mögliche Leistungsabga- be.

FIG 4 zeigt beispielhaft, wie in der übergeordneten Steuereinrichtung 15 anhand von Kennlinien die Gesamtleistungsabga-

be und die Aufteilung der Gesamtleistungsabgabe auf die Leistungsabgaben P E , P G der einzelnen Antriebseinheiten 2, 3 für einen verbrauchsoptimierte Betrieb in Abhängigkeit von einem Sollwert S für die Propellerdrehzahl n ermittelt wird.

Hierbei wird davon ausgegangen, dass die von einer der Antriebseinheiten 2, 3 maximal abgebare Leistung kleiner als die für den Vortrieb des Schiffes maximal benötigte Gesamtleistung ist, wobei jedoch die Summe der maximal abgebaren Leistungen der einzelnen Antriebseinheiten 2, 3 der maximal für den Vortrieb des Schiffes benötigten Gesamtleistung entspricht .

Die in FIG 4 dargestellten Kennlinien 20, 21, 22, 23 (soge- nannte „Grenzkennlinien") beschreiben die jeweils maximal abgebbare Leistung P (bezogen auf die durch den Antriebsverbund insgesamt maximal abgebbare Leistung P N ) über der Propellerdrehzahl n (bezogen auf die maximale Drehzahl n N ) für jede der Antriebseinheiten 2, 3 und für einen Verbund dieser An- triebseinheiten 2, 3. Eine erste Kennlinie 20 gibt die maximale Leistung eines einzelnen E-Motors 2, eine zweite Kennlinie 21 die maximale Leistung des Verbundes beider E-Motoren 2, eine dritte Kennlinie 22 die maximale Leistung der Gasturbine 3 und eine vierte Kennlinie 24 die maximale Leistung des Verbundes beider E-Motoren 2 und der Gasturbine 3 über der Drehzahl n an.

In den Antriebssteuerungen der Antriebseinheiten 2, 3 ist die für die jeweilige Antriebseinheit relevante Grenzkennlinie hinterlegt, d.h. die Grenzkennlinie 20 in den Antriebssteuerungen der Elektromotoren 2 und die Grenzkennlinie 22 in den Antriebssteuerungen der Gasturbine 3.

Die Kennlinien 21 für den Verbund zweier Antriebseinheiten 2 und die Kennlinie 23 für den Verbund zweier Antriebseinheiten 2 und einer Antriebseinheit 3 sind dagegen in der übergeordneten Steuereinrichtung 15 hinterlegt. Die übergeordnete

Steuereinrichtung 15 kann aber auch auf die in den Antriebssteuerungen hinterlegten Grenzkennlinien zugreifen.

Die Elektromotoren 2 können unterhalb ihrer Grenzkennlinie 20 in einem Drehzahlbereich von Null bis zur maximalen Drehzahl n N der Propellerwellen 4 stufenlos Drehmoment abgeben.

Eine erste Propellerkennlinie 24 beschreibt das Leistungsaufnahmeverhalten für stationäre Betriebspunkte unter normalen Dienstbedingungen. Eine zweite Propellerkennlinie 25 zeigt demgegenüber das Leistungsaufnahmeverhalten für stationäre Betriebspunkte unter erschwerten Dienstbedingungen, bei erhöhtem Schiffswiderstand (z.B. durch Seegang oder Bewuchs) usw. und eine dritte Propellerkennlinie 26 das Leistungsauf- nahmeverhalten für stationäre Betriebspunkte unter leichten Dienstbedingungen, bei verringertem Schiffswiderstand durch Glattwasser, bei geringem Schiffswiderstand (z.B. bei einem neuen Schiff) usw.

Nach dem Start der Elektromotoren 2 und Freigabe des Drehzahlsollwertes wird die Drehzahl der Elektromotoren 2 sofort von Null auf eine minimale Drehzahl no (z.B. 30 rpm) gesetzt, um eine ausreichende Schmierung der Wellenlager sicherzustellen. Bei dem Drehzahlbereich No handelt es sich somit im Grunde um keinen Betriebsbereich.

Wird der Steuereinrichtung 15 bei normalen Dienstbedingungen (Propellerkennlinie 24) und bei Wahl einer Betriebsart „geringster Treibstoffverbrauch" ein Drehzahlsollwert aus dem Drehzahlbereich N E vorgegeben, so weisen die Elektromotoren 2 einen geringeren spezifischen Verbrauch als die Gasturbine 3 auf. In diesem Drehzahlbereich N E wird die Leistungsaufteilung auf die Antriebseinheiten 2, 3 deshalb derart gesteuert, dass nur die Elektromotoren 2 Leistung an die Vortriebsein- heiten 4 abgegeben.

Die benötigte Gesamtleistung kann hierbei zu je 50 % von beiden Elektromotoren 2 geliefert und an die jeweilige Propel-

lerwelle 4a abgegeben werden. Beide E-Motoren 2 sind dann mit den Propellerwellen 4a gekuppelt. Die Gasturbine 3 und das Getriebe 6 sind dagegen von den Propellerwellen 4a abgekuppelt. Von der übergeordneten Steuereinrichtung 15 wird der vorgegebene Drehzahlsollwert an die Antriebssteuerungen der Elektromotoren 2 weitergegeben. Die Leistung der Elektromotoren 2 wird daraufhin von deren Antriebssteuerungen entlang einer in den Antriebssteuerungen hinterlegten Hochlaufkurve so weit erhöht, bis die Propellerwellen 4a den vorgegebenen Drehzahlsollwert erreicht haben. Die Drehzahl der Propellerwellen 4a wird somit von den Elektromotoren 2 geführt.

Wird das Ende des Drehzahlbereiches N E erreicht, weil nun ein Drehzahlsollwert S aus dem Drehzahlbereich N G für Gasturbi- nenbetrieb vorgegeben wird oder weil die Elektromotoren 2 (z.B. aufgrund schwerer See, siehe Propellerkurve 25) den Drehzahlsollwert nicht erreichen, so muss Leistung von der Gasturbine 3 erbracht werden. Es werden deshalb die Gasturbine 3 und die zugehörigen Hilfsaggregate gestartet. Dies kann entweder automatisch durch die übergeordnete Steuereinrichtung 15 oder erst nach einer Anfrage der übergeordneten Steuereinrichtung 15 an die Brücke, ob Gasturbinenbetrieb gewünscht ist, und ausdrücklicher Bestätigung durch die Brücke, erfolgen .

Von der übergeordneten Steuereinrichtung 15 wird dann ein entsprechender Drehzahlsollwert an die Antriebssteuerung der Gasturbine 3 gegeben, woraufhin die Drehzahl der Gasturbine 3 hochläuft. Sobald die Drehzahl der Gasturbine 3 bzw. des Ge- triebes 6 größer als die Drehzahl der Propellerwellen 4a ist, wird das Getriebe 6 mit den Propellerwellen 4a gekuppelt und von der übergeordneten Steuereinrichtung 15 die Drehzahlsollwertführung von den Elektromotoren 2 auf die Gasturbine 3 geschaltet. Der Drehzahlsollwert steht dabei im Drehzahlbereich N G .

Nun greift die Leistungsregelung der Antriebssteuerung der Gasturbine 3 und die Gasturbine 3 gibt ihre Leistung an die

Propellerwellen 4a ab, gleichzeitig werden die Elektromotoren 2 von Drehzahlregelung auf Drehmomentenregelung umgeschaltet. Aufgrund der Stellung des Drehzahlsollwertes im Drehzahlbereich N G wird dabei der Drehmomenten- bzw. Stromsollwert für die Elektromotoren 2 auf Null gesetzt und somit deren Leistung zurückgenommen. Wenn der Stromsollwert der Elektromotoren 2 Null erreicht hat, werden nach einer vorgewählten Zeit die Elektromotoren 2 von den Propellerwellen 4a abgekuppelt. Die Drehzahl der Propellerwellen 4a wird nun von der An- triebssteuerung der Gasturbine 3 entlang einer Hochlaufkurve auf den gewünschten Sollwert geführt. Die Drehzahl der Propellerwellen 4a wird somit von der Gasturbine 3 geführt.

Die Gasturbine 3 wird hierbei, beispielsweise anhand eines in FIG 5 gezeigten und dem Fachmann geläufigen Kennlinienfeldes, im Zusammenspiel mit den Verstellpropellern 4b nach Möglichkeit immer mit besten Wirkungsgrad und somit im Optimum des spezifischen Verbrauches betrieben. Dabei bezeichnet n G die Drehzahl der Gasturbine, P G die Leistung der Gasturbine, P*/D das Steigungsverhältnis des Verstellpropellers, vm die maximale Schiffsgeschwindigkeit, b em den maximalen spezifischen Brennstoffverbrauch in kg/(kW*h)und P TNN die Norm- oder Nutzleistung der Gasturbine.

Wird das Ende des Drehzahlbereiches N G erreicht, weil nun ein Drehzahlsollwert aus dem Drehzahlbereich N v für Verbundbetrieb vorgegeben wird oder weil die Gasturbine 3 (z.B. aufgrund schwerer See, siehe Propellerkurve 25) den vorgegebenen Drehzahlsollwert nicht erreicht, so muss zusätzlich Leistung von den Elektromotoren 2 an die Vortriebseinheiten 4 abgegeben werden und die Elektromotoren 2 werden gestartet. Dies kann entweder automatisch durch die übergeordnete Steuereinrichtung 15 oder erst nach einer Anfrage der übergeordneten Steuereinrichtung 15 an die Brücke, ob Verbundbetrieb ge- wünscht ist, und ausdrücklicher Bestätigung durch die Brücke, erfolgen .

Die Elektromotoren 2 werden hierzu in den Bereich der Propellerwellendrehzahl gefahren und dann mit der jeweiligen Propellerwelle 4a gekuppelt. Danach wird entsprechend des Drehzahlsollwertes S die Drehmomentenregelung der E-Motoren 2 freigeben und der Strom der E-Motoren 2 soweit erhöht, bis die Drehzahl den Drehzahlsollwert S erreicht.

Im Verbundbetrieb der Elektromotoren 2 mit der Gasturbine 3 übernimmt somit die Gasturbine 3 die Drehzahlführung der Vor- triebseinheiten 4. Die Elektromotoren werden in ihrer Drehzahl von den Vortriebseinheiten 4 bzw. von der Gasturbine 3 geführt und geben, bestimmt durch die Sollwertvorgabe, ein derartiges Drehmoment an die Vortriebseinheiten 4 ab, dass sich die von der Gasturbine 3 und dem Elektromotor 2 jeweils abgegebenen Leistungen in den Vortriebseinheiten 4 summieren.

Die Leistungsaufteilung zwischen der Gasturbine 3 und den E- lektromotoren 2 wird dabei durch die übergeordnete Steuereinrichtung 15 in Abhängigkeit von dem Sollwert S und der vorge- gebenen Betriebsart B gesteuert.

Bei verbrauchsoptimierter Betriebsart wird die Gasturbine 3 im Drehzahlbereich N v für Verbundbetrieb beispielsweise immer im Optimum ihres spezifischen Verbrauches gefahren. Die E- lektromotoren 2 liefern nur die Differenzleistung, die zur Erreichung des Drehzahlsollwertes S erforderlich ist.

Bei beschleunigungsoptimiertem Betrieb steuert die Steuereinrichtung 15 die Leistungsaufteilung zusätzlich in Abhängig- keit von der zeitlichen änderung des Sollwertes. Wenn beispielsweise bei einer sehr kleinen Drehzahl im Drehzahlbereich N E für E-Motorbetrieb ein Drehzahlsollwert aus dem Drehzahlbereich N v vorgegeben wird, wird die Gasturbine 3 bereits im Drehzahlbereich N E auf die Propellerwellen 4a zuge- schaltet.

FIG 6 zeigt ein Hybridantriebssystem 1 für ein Zweiwellenschiff mit einer für die Durchführung des vorstehend erläu-

terten Verfahrens besonders geeigneten Vorrichtung 50. Das Hybridantriebssystem 1 weist zwei elektrische Antriebssysteme 9 und eine Gasturbine 3 als Antriebseinheiten zum Antrieb zweier Vortriebseinheiten 4 bestehend aus jeweils einer Pro- pellerwelle 4a und einem Verstellpropeller 4b auf. Die Vortriebseinheiten 4 sind hierbei durch die Antriebseinheiten 2, 3 einzeln und im Verbund antreibbar. Die Propellerwellen 4a sind hierzu an ihrem dem Propeller 5 abgewandten Ende ohne ein zwischengeschaltetes Getriebe mittels einer Schaltkupp- lung 30 mit jeweils einem elektrische Antriebssystem 9 kuppelbar. Die Gasturbine 3 ist mittels eines Getriebes 6 und Schnellkupplungen 31 mit den Propellerwellen 4a kuppelbar. über das Getriebe 6 ist auch eine Kraftübertragung von nur einem elektrischen Antriebssystem 9 an beide Propellerwellen 4a möglich. Jedes der elektrischen Antriebssysteme 9 besteht aus einem Elektromotor, einem Stromrichter und einen Stromrichtertransformator (siehe FIG 1 und 2) und wird über eine Energieverteilungsanlage 10 mit elektrischer Energie versorgt, die von Dieselgeneratorsätzen 14 erzeugt wird.

Die Vorrichtung 50 umfasst einen im Brückenfahrstand installierter Maschinentelegrafen bzw. Fahrhebel 41 oder ein Autopilotsystem als Sollwertgeber für einen Sollwert S für die Drehzahl der Vortriebseinheiten 4. Alternativ kann der SoIl- wert auch durch Maschinentelegrafen oder Fahrhebel 42 in weiteren Fahrständen, wie z.B. im Maschinenleitstand, oder einen Nottelegrafen 43 vorgegeben werden.

Die Vorrichtung 50 umfasst weiterhin einen im Brückenfahr- stand installierten Betriebsartenwahlschalter 44 zur Vorgabe einer gewünschten Betriebsart B durch die Schiffsbesatzung. Der Betriebsartenwahlschalter 44 ist hierbei in Form eines Auswahlfeldes auf einer auf einem Monitor angezeigten Bedien- Oberflache realisiert.

Weiterhin umfasst die Vorrichtung 50 eine Steuereinrichtung 15, die dazu eingerichtet ist, die Antriebseinheiten 2, 3 hinsichtlich ihrer jeweiligen Leistungsabgabe an die Vor-

triebseinheiten 4 derart zu steuern, dass durch die Summe dieser Leistungsabgaben eine von dem Sollwert S abhängige Gesamtleistung an die Vortriebseinheiten 4 abgebbar ist, wobei die Aufteilung dieser Gesamtleistungsabgabe auf die Leis- tungsabgaben der einzelnen Antriebseinheiten 2, 3 in Abhängigkeit von dem Sollwert S und der vorgegebenen Betriebsart B erfolgt. Hierzu sind in der Steuereinrichtung 15 die Kennlinien 21, 23 für den Verbund der Antriebseinheiten 2, 3 gespeichert

Die Vorrichtung 50 umfasst weiterhin den einzelnen Antriebseinheiten 2, 3 zugeordnete Antriebssteuerungen 32 zu Steuerung und Regelung derer jeweiligen Leistungsabgabe, wobei die Steuereinrichtung 15 die Leistungsabgabe der Antriebseinhei- ten 2, 3 durch eine Vorgabe von Drehzahlsollwerten oder Drehmomentsollwerten an die Antriebssteuerungen 32 steuert. Diese Sollwerte werden den Antriebssteuerungen 32 von der Steuereinrichtung 15 über Steuerleitungen 33 zugeführt.

Die übergeordnete Steuereinrichtung 15 ist außerdem über

Steuerleitungen 34 mit einem Getriebesteuersystem 35 und mit nicht näher dargestellten Steuereinrichtungen für die Kupplungen 30, 31 verbunden. Hierdurch sind durch die übergeordnete Steuereinrichtung 15 die Getriebestellungen (einschließ- lieh der zugehörigen Hilfsaggregate) sowie die Kupplungsstellungen steuerbar und somit die einzelnen Antriebseinheiten 2, 3 den Propellerwellen 4a gezielt zu- und wegschaltbar .

Zur Steuerung des Stellwinkels der Verstellpropeller 4b ist die übergeordnete Steuereinrichtung 15 über Steuerleitungen

36 mit Steuersystemen 37 für die Verstellpropeller 4b verbunden .

Weiterhin ist die übergeordnete Steuereinrichtung 15 zur Steuerung der elektrischen Energieerzeugung und -Verteilung über Steuerleitungen 38 mit Steuersystemen 39, 40 der Energieerzeugeraggregate 14 und der Energieverteilungsanlage 10 verbunden .

Die Steuereinrichtung 15 umfasst Begrenzungsmittel 51 zur Begrenzung von zeitlichen änderungen der Gesamtleistungsabgabe und/oder der Aufteilung der Gesamtleistungsabgabe auf die einzelnen Antriebseinheiten. Die Begrenzungsmittel 51 können hierbei in Hard- und/oder Software realisiert sein.

Für die Steuerung der Leistungsabgaben der Antriebseinheiten 2, 3 durch die Antriebssteuerungen 32 umfasst die Vorrichtung 50 außerdem Sensoren 52 zur Erfassung von Istwerten für die Drehzahlen der Propellerwellen 4a sowie Filtermittel 53 zur Unterdrückung von durch Drehmomentschwankungen der Vortriebseinheiten 4 verursachten Welligkeiten in den Istwerten. Die Filtermittel 53 können hierbei in Hard- und/oder Software re- alisiert sein.

Für die Steuerung der Gesamtleistungsabgabe auf die einzelnen Antriebseinheiten 2, 3 in Abhängigkeit von der zeitlichen änderung des Sollwertes S, z.B. bei einer schnellen änderung des Sollwertes vom Drehzahlbereich N E für Elektromotorbetrieb in den Drehzahlbereich N v für Verbundbetrieb, weist die Steuereinrichtung 15 HochlaufSteuermittel 54 auf, die in Software und/oder Hardware realisiert sein können.

Die Leitungen 33, 34, 36, 38 und/oder 55 müssen hierbei nicht als diskrete Leitungen ausgebildet sein sondern können auch in Form eines Kommunikationsbusses realisiert sein.

Bevorzugt ist die übergeordnete Steuereinrichtung 15 redun- dant vorhanden, insbesondere zumindest einmal auf der Brücke und einmal in einem Notsteuerstand, z.B. im Heck des Schiffes, da die Steuereinrichtung 15 den wesentlichen Teil der Antriebssteuerung des Schiffes darstellt und somit immer verfügbar sein muss.