Energieversorgungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungseinrichtung zum Bereitstellen von elektrischer Energie mit einem Zweitakt- Dieselmotor zum Bereitstellen von mechanischer Energie, der eine Kurbelwelle zum Bereitstellen der mechanischen Energie aufweist, und eine erste rotierende elektrische Maschine zum Wandeln der mechanischen Energie in elektrische Energie, wo bei die erste rotierende elektrische Maschine einen in einem ersten Ständer drehbar angeordneten Läufer mit einer ersten Läuferwelle aufweist, wobei die erste Läuferwelle mechanisch mit der Kurbelwelle gekoppelt ist und wobei die erste rotie rende elektrische Maschine eine erste elektrische Wicklung des ersten Ständers und/oder des ersten Läufers aufweist, die mit einem Gleichspannungsnetz elektrisch koppelbar ist, um dem Gleichspannungsnetz die elektrische Energie zuzuführen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Bereitstellen von elektrischer Energie mit einer Energiever sorgungseinrichtung, mit den Schritten: Erzeugen von mechani scher Energie mittels eines Zweitakt-Dieselmotors, wobei die mechanische Energie an einer Kurbelwelle des Zweitakt- Dieselmotors bereitgestellt wird, Wandeln der mechanischen Energie in elektrische Energie mittels einer ersten rotieren den elektrischen Maschine, die einen in einem ersten Ständer drehbar angeordneten ersten Läufer aufweist, dessen erste Läuferwelle mit der Kurbelwelle mechanisch gekoppelt ist, wo bei die elektrische Energie mittels einer ersten Wicklung der ersten rotierenden elektrischen Maschine (16) bereitgestellt wird, und Zuführen der erzeugten elektrischen Energie zu ei nem elektrischen Gleichspannungsnetz.

Zweitakt-Dieselmotoren sowie auch Energieversorgungseinrich tungen zum Bereitstellen von elektrischer Energie sind im Stand der Technik umfänglich bekannt, so dass es eines geson derten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Energieversorgungseinrichtungen der gattungsgemäßen Art die- nen insbesondere dazu, elektrische Energie für einen bestim mungsgemäßen Betrieb von elektrischen Verbrauchern, die an der Energieversorgungseinrichtung angeschlossen sind, bereit zustellen. Die Energieversorgungseinrichtung kann zu diesem Zweck an einem Energieversorgungsnetz angeschlossen sein, an dem auch weitere Energieversorgungseinrichtungen und elektri sche Verbraucher angeschlossen sein können. Das Energiever sorgungsnetz kann somit auch der Verteilung von elektrischer Energie dienen.

Zum Bereitstellen der elektrischen Energie ist es bekannt, dass die Energieversorgungseinrichtung eine Verbrennungs kraftmaschine umfasst, die mit einer rotierenden elektrischen Maschine mechanisch gekoppelt ist. Die rotierende elektrische Maschine dient dazu, die an einer Kurbelwelle der Verbren nungskraftmaschine bereitgestellte mechanische Energie in elektrische Energie umzuformen, sodass die Energieversor gungseinrichtung, die die Verbrennungskraftmaschine und die rotierende elektrische Maschine umfasst, in gewünschter Weise elektrische Energie bereitzustellen vermag.

Eine besondere Situation für gattungsgemäße Energieversor gungseinrichtungen ergibt sich, wenn als Verbrennungskraftma schine ein Zweitakt-Dieselmotor eingesetzt werden soll. Die Nutzung von Zweitakt-Dieselmotoren ist insbesondere im Be reich von Schiffsantrieben weit verbreitet. Zweitakt- Dieselmotorensind Verbrennungskraftmaschinen, mit denen ein großer Wirkungsgrad in Bezug auf eine Brennstoffnutzung er reicht werden kann. Darüber hinaus sind sie vergleichsweise wartungsarm und zuverlässig im bestimmungsgemäßen Betrieb ge genüber anderen Verbrennungskraftmaschinen.

Zweitakt-Dieselmotoren sind in der Regel als Zweitakt- Großdieselmotoren ausgebildet und häufig für einen Leistungs bereich von zum Beispiel etwa 6 MW bis etwa 80 MW konstru iert. Bei Schiffsantrieben dienen die Zweitakt-Dieselmotoren dazu, Propeller von Schiffsantrieben anzutreiben, und zwar vorzugsweise unmittelbar anzutreiben. Der Zweitakt-Dieselmotor ist ein nach dem Zweitakt-Prinzip arbeitender Dieselmotor. Die Funktion des Zweitakt- Dieselmotors wird als bekannt vorausgesetzt, weshalb vorlie gend von weiteren detaillierten Ausführungen in Bezug auf dessen Funktion abgesehen wird.

Der Einsatz von Zweitakt-Dieselmotoren, insbesondere bei Schiffsantrieben, hat sich bewährt, zumal die Zweitakt- Dieselmotoren den besonders hohen Wirkungsgrad erreichen kön nen. Zweitakt-Dieselmotoren sind in der Regel als langsam laufende Motoren ausgebildet. Sie sind üblicherweise als Rei henmotoren. Im bestimmungsgemäßen Betrieb werden derartige Zweitakt-Dieselmotoren häufig mit einer Drehzahl in einem Be reich von etwa 60 bis etwa 120 Umdrehungen pro Minute, vor zugsweise in einem Bereich von etwa 80 bis etwa 100 Umdrehun gen pro Minute betrieben. Typische Maße von Bohrungen von Zy lindern solcher Zweitakt-Dieselmotoren reichen von einigen Dezimetern bis zu etwa 1 m oder mehr. Ein Zylinderhub kann zum Beispiel in einem Bereich von einigen Dezimetern bis zu etwa 3,5 m, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 50 cm bis zu etwa 1 m liegen.

Die Nutzung von Zweitakt-Dieselmotoren zur Erzeugung von elektrischer Energie ist derzeit nur sehr begrenzt vorgese hen. Obwohl Zweitakt-Großdieselmotoren einen deutlich besse ren Wirkungsgrad als beispielsweise Viertakt-Dieselmotoren haben, sind Zweitakt-Dieselmotoren bislang aufgrund physika lischer Umstände kaum für die Nutzung der Erzeugung elektri scher Energie in Betracht gezogen worden. Ein wichtiger Grund ist, dass - anders als bei Nutzung des Zweitakt-Dieselmotors zum Antrieb eines Propellers eines Wasserfahrzeugs - die elektrische Maschine kein geeignetes Trägheitsmoment zur Drehzahlstabilisierung und damit auch als Überdrehzahlschutz bereitzustellen vermag. Darüber hinaus erweist es sich als ungünstig, dass Zweitakt-Dieselmotoren im bestimmungsgemäßen Betrieb in der Regel bei Drehzahlen betrieben werden, die üb licherweise kleiner als etwa 100 Umdrehungen pro Minute sind. Daraus resultiert, dass die rotierende elektrische Maschine eine hohe Polzahl benötigt, wodurch eine bauliche Umsetzung der rotierenden elektrischen Maschine und damit der Energie versorgungseinrichtung insgesamt ungünstig werden würde.

Nicht zuletzt erweisen sich Drehmomentschwankungen bedingt durch die vergleichsweise kleine Drehzahl und die Zündfolgen als ungünstig, die zu großen Schwankungen bei einer Genera torfrequenz führen können und infolgedessen ungünstige Aus wirkungen auf einen entsprechenden Stromverlauf eines

elektrischen Stroms nach sich ziehen können.

Bei Nutzung einer Energieversorgungseinrichtung, die einen Zweitakt-Dieselmotor im Bereich von Wasserfahrzeugen umfasst, ist eine Lösung der vorgenannten Probleme nicht bekannt. Bei landgestützten Energieversorgungseinrichtungen gattungsgemä ßer Art werden große massereiche Schwungräder eingesetzt, um DrehzahlSchwankungen des Zweitakt-Dieselmotors zu reduzieren. Diese Lösung ist jedoch sehr aufwendig und für Fahrzeuge jeg licher Art ungeeignet.

Als besonders kritisch erweist es sich, wenn die rotierende elektrische Maschine und/oder deren elektrische Kopplung mit dem Energieversorgungsnetz, welches vorzugsweise ein Gleich spannungsnetz ist, plötzlich ausfällt. Aufgrund des großen Hubraums sowie der niedrigen Drehzahl kann dann nämlich das Problem auftreten, dass ein bereits mit Brennstoff gefüllter Zylinder zündet und seine Energie freisetzt, die freigesetzte Energie jedoch nicht durch die rotierende elektrische Maschi ne aufgenommen werden kann. Bei den hierbei umgesetzten gro ßen Energiemengen kann eine erhebliche Beschädigung zumindest des Zweitakt-Dieselmotors die Folge sein.

Darüber hinaus kann in sehr kurzer Zeit eine zulässige maxi male Drehzahl der Kurbelwelle überschritten werden, sodass der Zweitakt-Dieselmotor den Bereich der Überdrehzahl er reicht. Hier kann eine nachhaltige Schädigung des Zweitakt- Dieselmotors die Folge sein. Bei den hier behandelten Großma schinen ist dies nicht nur außerordentlich gefährlich, son dern auch außerordentlich kostenintensiv. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Energieversorgungsvorrichtung sowie ein Verfahren zu deren Betrieb zu verbessern, so dass ein zuverlässiger dauerhafter Betrieb gewährleistet werden kann.

Als Lösung werden mit der Erfindung eine Energieversorgungs einrichtung sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen An sprüchen vorgeschlagen.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich anhand von Merkma len der abhängigen Ansprüche.

Bezüglich einer gattungsgemäßen Energieversorgung wird insbe sondere vorgeschlagen, dass die Energieversorgungseinrichtung eine zweite rotierende elektrische Maschine zum Wandeln der mechanischen Energie in elektrische Energie aufweist, wobei die zweite rotierende elektrische Maschine einen in einem zweiten Ständer drehbar angeordneten zweiten Läufer mit einer zweiten Läuferwelle aufweist, wobei die zweite Läuferwelle mechanisch mit der Kurbelwelle gekoppelt ist und wobei die zweite rotierende elektrische Maschine eine zweite elektri sche Wicklung aufweist, die mit dem Gleichspannungsnetz elektrisch koppelbar ist, um dem Gleichspannungsnetz die elektrische Energie zuzuführen.

Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschla gen, dass das Wandeln der mechanischen Energie in elektrische Energie ergänzend oder alternativ mittels einer zweiten ro tierenden elektrischen Maschine erfolgt, die einen in einem zweiten Ständer drehbar angeordneten zweiten Läufer aufweist, dessen zweite Läuferwelle mit der Kurbelwelle mechanisch ge koppelt ist, wobei die elektrische Energie mittels einer zweiten Wicklung der zweiten rotierenden elektrischen Maschi ne bereitgestellt wird, und die elektrische Energie dem elektrischen Gleichspannungsnetz zugeführt wird, und wobei die zweite rotierende elektrische Maschine zumindest dann zum Wandeln der Energie aktiviert wird, wenn die erste rotierende elektrische Maschine deaktiviert wird. Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Gedanken, dass die Nutzung des Zweitakt-Dieselmotors zur Gewinnung von elektrischer Energie verbessert werden kann, wenn seine Si cherheit im bestimmungsgemäßen Betrieb besser realisiert wer den kann. Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung vor, dass die Kurbelwelle mit zwei separaten elektrischen Maschinen mecha nisch gekoppelt ist, sodass eine Redundanz geschaffen werden kann, die es erlaubt, den Zweitakt-Dieselmotor auch dann aus reichend zu belasten, wenn eine der beiden elektrischen Ma schinen und/oder deren elektrische Kopplungen mit dem Gleich spannungsnetz ausfallen beziehungsweise deaktiviert werden. Dadurch kann die eingangs beschriebene Problematik bezüglich des sicheren Betriebs des Zweitakt-Dieselmotors vermieden werden, weil nämlich zumindest immer eine der rotierenden elektrischen Maschinen und ihre jeweilige elektrische Kopp lung aktiviert ist, sodass der Zweitakt-Dieselmotor permanent in hinreichender Weise belastet werden kann, um die zuvor be schriebenen gefährlichen Zustände zu vermeiden.

Dadurch ist es möglich, die Energieversorgungseinrichtung mit einem Zweitakt-Dieselmotor verbessert zu realisieren und die energietechnischen Vorteile des Zweitakt-Dieselmotors gegen über Viertakt-Motoren für die Bereitstellung von elektrischer Energie zu nutzen. Dabei erlaubt es die Erfindung, dass auf die Nutzung von Schwungrädern weitgehend verzichtet werden kann, weil nämlich die entsprechende Belastung durch wenigs tens eine der beiden rotierenden elektrischen Maschinen rea lisiert werden kann.

Natürlich kann auch vorgesehen sein, dass im bestimmungsgemä ßen Betrieb beide der rotierenden elektrischen Maschinen, insbesondere gemeinsam, vorzugsweise zeitgleich, für die Er zeugung von elektrischer Energie genutzt werden. Gleichwohl kann durch die erfindungsgemäße Redundanz erreicht werden, dass bei Ausfall beziehungsweise Deaktivierung einer der bei den rotierenden elektrischen Maschinen oder einer der

elektrischen Kopplungen eine zuverlässige Belastung des Zwei takt-Dieselmotors mittels der weiteren, verbliebenen der bei- den rotierenden elektrischen Maschinen und deren elektrischer Kopplung sichergestellt werden kann. Die eingangs beschriebe nen problematischen Szenarien können dadurch vermieden wer den .

Das Gleichspannungsnetz kann vorzugsweise ein Energieversor gungsnetz, insbesondere ein Gleichspannungsenergieversor gungsnetz sein, welches zum Beispiel einen Gleichspannungs- zwischenkreis umfassen kann. Natürlich kann das Gleichspan nungsnetz auch mit weiteren Energieversorgungsnetzen gekop pelt sein, beispielsweise Wechselspannungsnetzen wie einem öffentlichen Energieversorgungsnetz oder dergleichen, und zwar vorzugsweise unter Nutzung geeigneter Energiewandler. An dem Gleichspannungsnetz können aber auch ein oder mehrere elektrische Verbraucher angeschlossen sein, die elektrische Energie für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb benötigen. Dar über hinaus kann das Gleichspannungsnetz natürlich auch einen oder mehrere elektrische Energiespeicher, beispielsweise nach Art von Akkumulatoren oder dergleichen umfassen.

Die rotierende elektrische Maschine ist vorzugsweise unmit telbar mit dem Gleichspannungsnetz elektrisch gekoppelt. In diesem Fall kann die rotierende elektrische Maschine bei spielsweise als eine Gleichspannungsmaschine oder dergleichen ausgebildet sein. Natürlich kann die Gleichspannungsmaschine eine Steuereinheit umfassen, mittels der die bereitgestellte Gleichspannung eingestellt und/oder geregelt werden kann. Be sonders vorteilhaft ist die rotierende elektrische Maschine jedoch durch eine Wechselspannungsmaschine gebildet. In die sem Fall ist die rotierende elektrische Maschine mittelbar mit dem Gleichspannungsnetz elektrisch gekoppelt, und zwar beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Energiewandlers wie einem Gleichrichter oder dergleichen.

Dies kann natürlich für beide rotierende elektrische Maschi nen vorgesehen sein. Die beiden rotierenden elektrischen Ma schinen sind vorzugsweise im Wesentlichen gleich ausgebildet. Dem Grunde nach brauchen sie jedoch nicht gleich ausgebildet zu sein. Je nach Bedarf oder Verfügbarkeit können für die erste und die zweite rotierende elektrische Maschine auch voneinander unterschiedliche elektrische Maschinen vorgesehen sein .

Jede der rotierenden elektrischen Maschinen weist wenigstens eine jeweilige Wicklung auf, die im Ständer oder im Läufer angeordnet sein kann. Die Wicklung kann jedoch auch sowohl im Ständer als auch im Läufer angeordnet sein. Dies ist abhängig von einer jeweiligen Konstruktion der jeweiligen rotierenden elektrischen Maschine. Die Funktion der rotierenden elektri schen Maschine wird ebenfalls als bekannt vorausgesetzt, so- dass von detaillierten Erläuterungen abgesehen wird.

Die elektrische Kopplung ist natürlich für die entsprechende elektrische Belastung auszulegen. Wird zum Beispiel die elektrische Kopplung mittels eines jeweiligen diodenbasierten Gleichrichters realisiert, sollten die Dioden auch für die kurzzeitig auftretende kurze große Leistung ausgelegt sein.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass sowohl die erste als auch die zweite rotierende elektrische Maschine jeweils dazu aus gebildet ist, die zumindest während eines Kolbenhubs des Zweitakt-Dieselmotors bereitgestellte mechanische Energie un abhängig von der jeweils anderen der rotierenden elektrischen Maschinen in elektrische Energie zu wandeln. Dadurch kann er reicht werden, dass der Zweitakt-Dieselmotor, wenn eine der beiden rotierenden elektrischen Maschinen deaktiviert wird oder ausfällt, durch die jeweilige andere der beiden rotie renden elektrischen Maschinen hinreichend belastet werden kann, sodass ein zuverlässiger, sicherer Betrieb aufrecht erhalten werden kann. Dabei können die rotierenden elektri schen Maschinen so ausgebildet sein, dass sie zumindest kurz zeitig für einen vorgebbaren Zeitraum die durch den Zweitakt- Dieselmotor bereitgestellte mechanische Energie zu wandeln vermögen. Dabei kann berücksichtigt werden, dass der Zwei- takt-Dieselmotor in der Regel einen großen Hubraum bereit stellt, wodurch bereits durch einen einzelnen Kolbenhub eine große Energiemenge freigesetzt wird. Wird die erste rotieren de elektrische Maschine während eines Kolbenhubs deaktiviert oder fällt sie aus, ist es daher günstig, wenn die zweite ro tierende elektrische Maschine derart konstruiert ist, dass sie die durch den Kolbenhub bereitgestellte mechanische Ener gie des Zweitakt-Dieselmotors möglichst unverzüglich zu wan deln vermag. Vorzugsweise sind beide rotierenden elektrischen Maschinen entsprechend konstruiert, sodass sie zumindest kurzzeitig eine entsprechende Leistung wandeln können.

Dadurch kann eine erforderliche Redundanz geschaffen werden.

Insgesamt ist für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Zwei- takt-Dieselmotors zu beachten, dass eine Regelung des Zwei takt-Dieselmotors hinsichtlich des Kraftstoffinhalts bei ei nem Kolbenhub während des Kolbenhubs natürlich nicht verän dert werden kann. Die durch Verbrennung des in einem Brenn raum des jeweiligen Zylinders vorgegebenen Brennstoffs frei- gesetzte Energie, die zu einer entsprechenden mechanischen Energie führt, ist daher vorzugsweise durch wenigstens eine der beiden rotierenden elektrischen Maschinen zu wandeln. Da bei kann der Brennraum des Zylinders bereits beim nächsten Kolbenhub entsprechend anders mit Brennstoff beaufschlagt sein, um beispielsweise auf das Deaktivieren beziehungsweise Ausfallen einer der beiden rotierenden elektrischen Maschinen zu reagieren.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die erste und die zweite elektrische Maschine als mehrphasige Synchronmaschine ausge bildet sind. Mehrphasige Synchronmaschinen eignen sich beson ders für die Bereitstellung von elektrischer Energie. Sie sind besonders günstig regelbar. Die mehrphasige Synchronma schine ist vorzugsweise eine dreiphasige Synchronmaschine, wodurch auf insbesondere verfügbare elektrische Maschinen günstig zurückgegriffen werden kann. Darüber hinaus können in alternativen Ausgestaltungen bedarfsweise eine oder zwei der rotierenden elektrischen Maschinen auch als Asynchronmaschi ne, insbesondere doppeltgespeiste Asynchronmaschine, oder auch als Gleichstrommaschine ausgebildet sein. Gemäß einer Weiterbildung weist die Energieversorgungsein richtung wenigstens einen Energiewandler zum elektrischen Koppeln der ersten und/oder der zweiten elektrischen Wicklung mit dem Gleichspannungsnetz auf. Der Energiewandler kann bei einer rotierenden Maschine, die als Wechselspannungsmaschine ausgebildet ist, beispielsweise einer mehrphasigen Synchron maschine, als Gleichrichtereinheit, insbesondere als Brücken gleichrichter, beispielsweise unter Nutzung von Dioden, Thy ristoren, Transistoren und/oder dergleichen ausgebildet sein. Vorzugsweise ist für jede der rotierenden elektrischen Ma schinen ein separater Energiewandler vorgesehen. Ist der Energiewandler als Gleichrichter ausgebildet, kann er darüber hinaus auch einen Spannungswandler umfassen, mittels dem eine von der Gleichrichtereinheit bereitgestellte pulsierende Gleichspannung in eine für das Gleichspannungsnetz vorgesehe ne Gleichspannung erreicht werden kann. Der Energiewandler kann aber auch beispielsweise ein Umrichter, insbesondere ein Wechselrichter oder dergleichen sein. Je nach Art der rotie renden elektrischen Maschine kann der Energiewandler auch ein DC/DC-Wandler oder dergleichen sein. Je nach Art und Anwen dung der rotierenden elektrischen Maschine können auch Kombi nationen hiervon vorgesehen sein.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgungseinrichtung wenigstens eine elektrische Schalteinheit zum Koppeln der ersten und/oder der zweiten elektrischen Wicklung mit dem Gleichspannungsnetz aufweist. Durch die Schalteinheit kann eine vorgegebene elektrische Kopplung der ersten und/oder der zweiten Wicklung mit dem Gleichspannungsnetz erreicht werden. Die Schalteinheit kann zu diesem Zweck zum Beispiel als eine Umschalteinheit ausge bildet sein, die jeweils entweder die erste oder die zweite Wicklung der jeweiligen rotierenden elektrischen Maschine mit dem Gleichspannungsnetz elektrisch koppelt. Darüber hinaus kann natürlich vorgesehen sein, dass für jede der Wicklungen der rotierenden elektrischen Maschinen eine jeweilige indivi duell zugeordnete Schalteinheit vorgesehen ist, mittels der in vorgebbarer Weise die elektrische Kopplung hergestellt werden kann. Die Schalteinheit kann zum Beispiel als elektro mechanische Schalteinheit mit hierfür geeigneten elektrome chanischen Schaltelementen, wie zum Beispiel Schaltkontakten oder dergleichen, ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die Schalteinheit natürlich auch als elektronische Schalteinheit ausgebildet sein und zu diesem Zweck elektronische Schaltele mente umfassen.

Ein Schaltelement im Sinne dieser Offenbarung ist dabei vor zugsweise ein steuerbares elektronisches Schaltelement, bei spielsweise ein steuerbarer elektronischer Halbleiterschalter der vorzugsweise zum bidirektionalen Sperren ausgebildet ist, indem beispielsweise zwei Transistoren antiseriell geschaltet vom Schaltelement umfasst sind, zwei antiparallel geschaltete Thyristoren vom Schaltelement umfasst sind, Kombinations schaltungen hiervon, insbesondere mit parallelgeschalteten Inversdioden, beispielsweise unter Nutzung von Gate-Turn-Off- Thyristoren (GTO) , unter Nutzung von Insulated-Gate-Bipolar- Transistoren (IGBT) , Kombinationen hiervon oder dergleichen. Dem Grunde nach kann das Schaltelement jedoch auch Feldef fekttransistoren umfassen, insbesondere Metalloxide- Semiconductor-Field-Effect-Transistoren (MOSFET) oder der gleichen .

Zur Bereitstellung der gewünschten Energiewandlungsfunktiona lität des Energiewandlers werden die Schaltelemente im

Schaltbetrieb betrieben. In Bezug auf ein elektronisches Schaltelement wie einen Halbleiterschalter unter Nutzung ei nes Transistors bedeutet der Schaltbetrieb, dass der Transis tor in einem eingeschalteten Schaltzustand zwischen den eine Schaltstrecke bildenden Anschlüssen des Transistors einen sehr kleinen elektrischen Widerstand bereitstellt , sodass ein hoher Stromfluss bei sehr kleiner Restspannung möglich ist.

In einem ausgeschalteten Schaltzustand ist hingegen die

Schaltstrecke des Transistors hochohmig, das heißt, sie stellt einen hohen elektrischen Widerstand bereit, sodass auch bei hoher, an der Schaltstrecke anliegender elektrischer Spannung im Wesentlichen kein oder nur ein sehr geringer, insbesondere vernachlässigbarer, Stromfluss vorliegt. Hiervon unterscheidet sich ein Linearbetrieb bei Transistoren, der aber bei Umrichtern der gattungsgemäßen Art in der Regel nicht zum Einsatz kommt.

Das Schaltelement weist zur Realisierung der Schaltfunktiona- lität wenigstens einen Steueranschluss auf, an dem es mit von einer Steuereinrichtung bereitgestellten Schaltsignalen be aufschlagbar ist, sodass die gewünschte Schaltfunktion des Schaltelements realisiert werden kann. Das Schaltsignal kann ein binäres Schaltsignal sein, welches zwei Zustandswerte einnehmen kann, um die gewünschte Schaltfunktion des Schalt elements bereitstellen zu können. Beispielsweise kann das Schaltsignal eine Impulsfolge umfassen, mittels der der Steu eranschluss beaufschlagt wird. Dies ist vor allem bei Thyris toren und GTO zweckmäßig. Darüber hinaus kann bei Transisto ren vorgesehen sein, dass das Schaltsignal als Rechtecksignal ausgebildet ist, wobei ein jeweiliger Schaltzustand des

Schaltelements einem der elektrischen Potentiale des Recht ecksignals zugeordnet werden kann. Ein solches Signal ist beispielsweise für Transistoren, insbesondere für bipolare Transistoren, Feldeffekttransistoren oder dergleichen zweck mäßig. Ein zeitliches Verhältnis der beiden elektrischen Po tentiale bestimmt in der Regel das Tastverhältnis.

Vorzugsweise umfasst die Energieversorgungseinrichtung eine Steuereinrichtung zum Steuern der ersten und/oder der zweiten rotierenden elektrischen Maschine und/oder des wenigstens ei nen Energiewandlers und/oder der wenigstens einen elektri schen Schalteinheit. Dadurch kann die Energieversorgungsein richtung in geeigneter Weise gesteuert werden. Insbesondere kann mit der Steuereinrichtung der bestimmungsgemäße Betrieb der ersten und/oder der zweiten rotierenden elektrischen Ma schine überwacht werden. Die Steuereinrichtung ist vorzugs weise dazu ausgebildet, wenn eine der beiden rotierenden elektrischen Maschinen deaktiviert wird oder ausfällt, die andere der beiden rotierenden elektrischen Maschinen unmit telbar zu aktivieren, sodass zumindest die mit einem Kolben- hub freigesetzte mechanische Energie gewandelt werden kann. Der bestimmungsgemäße Betrieb der rotierenden elektrischen Maschinen kann beispielsweise mittels einem oder mehrerer ge eigneter Sensoren erfasst werden, zum Beispiel indem eine ge eignete elektrische Größe, beispielsweise ein elektrischer Strom, oder auch eine mechanische Größe, beispielsweise ein Drehmoment oder dergleichen, erfasst wird. Natürlich kann auch eine Kombination hiervon vorgesehen sein.

Die Steuereinrichtung kann ferner insbesondere Steuersignale wie Schaltsignale für die Schaltelemente für den wenigstens einen Energiewandler und/oder die Schalteinheit bereitstel len. Nicht nur zu diesem Zweck kann die Steuereinrichtung ei ne Hardwareschaltung und/oder eine programmgesteuerte Rech nereinheit oder dergleichen umfassen. Natürlich kann die Steuereinrichtung als separate vorzugsweise elektronische Baugruppe ausgebildet sein. Die Steuereinrichtung kann dar über hinaus zumindest teilweise auch von einer übergeordneten Steuerung zum Beispiel für das Gleichspannungsnetz, bei spielsweise eine Steuerung einer Antriebseinrichtung, die durch das Gleichspannungsnetz mit elektrischer Energie ver sorgt wird, oder dergleichen, umfasst sein.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die erste Läuferwelle mit ei nem ersten Ende der Kurbelwelle und die zweite Läuferwelle mit einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende der Kurbelwelle mechanisch gekoppelt ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Kurbelwelle im Bereich der Kopplung mit den Läuferwellen für eine geringere Beanspruchung ausgelegt zu werden braucht, als wenn beide rotierenden elektrischen Maschinen mit dem gleichen Ende der Kurbelwelle gekoppelt wä ren. Je nach Konstruktion der Energieversorgungsvorrichtung kann jedoch bei Bedarf auch vorgesehen sein, dass beide ro tierenden elektrischen Maschinen lediglich mit einem der En den der Kurbelwellen mechanisch gekoppelt sind. Die mechani sche Kopplung der Kurbelwelle mit den rotierenden elektri schen Maschinen kann vorzugsweise unmittelbar erfolgen, indem zum Beispiel die Läuferwellen mit der Kurbelwelle mechanisch verbunden werden. Darüber hinaus besteht natürlich die Mög lichkeit, die mechanische Kopplung mittels eines oder mehre rer Getriebe zu realisieren.

Vorzugsweise wird die zweite rotierende elektrische Maschine zumindest dann zum Wandeln der Energie aktiviert, wenn die erste rotierende elektrische Maschine deaktiviert wird. Das Aktivieren erfolgt insbesondere in einem sehr kleinen Zeitbe reich, der kleiner als ein für einen Kolbenhub erforderlicher Zeitraum ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die bei einem Kolbenhub freigesetzte mechanische Energie zumin dest von einer der beiden rotierenden elektrischen Maschinen zuverlässig in elektrische Energie gewandelt werden kann.

Es kann insgesamt vorgesehen sein, dass die rotierenden elektrischen Maschinen derart ausgebildet sind, dass die mit tels des Zweitakt-Dieselmotors bereitstellbare maximale me chanische Energie nur für einen vorgegebenen Zeitraum aufge nommen zu werden braucht. Dieser vorgegebene Zeitraum kann wenigstens die Zeit eines Kolbenhubs oder auch eine vorgebba- re Anzahl von Kolbenhüben umfassen. Es kann jedoch auch vor gesehen sein, dass abhängig von Steuerungs- beziehungsweise Regelungseigenschaften des Zweitakt-Dieselmotors der Zeitraum mehrere Kolbenhübe umfasst.

Insbesondere wird vorgeschlagen, dass ein Zeitraum zwischen dem Deaktivieren der ersten rotierenden elektrischen Maschine und dem Aktivieren der zweiten rotierenden elektrischen Ma schine kleiner als ein Hubzeitraum eines Kolbenhubs des Zwei takt-Dieselmotors ist. Dadurch kann bereits während eines einzigen Hubzeitraums ein Übergang des Energiewandels von der ersten rotierenden elektrischen Maschine zur zweiten rotie renden elektrischen Maschine oder umgekehrt erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass die Kurbelwelle des Zweitakt-Diesel motors auch während des Hubzeitraums in geeigneter Weise be lastet werden kann. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Aktivieren und/oder das Deaktivieren mittels einer elektrischen Schalteinheit und/oder mittels einer entsprechenden Steuerung des wenigs tens einen Energiewandlers erfolgt. Zu diesem Zweck kann vor gesehen sein, dass die wenigstens eine Schalteinheit in ge eigneter Weise betätigt wird, beispielsweise mittels der Steuereinrichtung. Alternativ oder ergänzend kann auch der wenigstens eine Energiewandler entsprechend gesteuert werden, damit das Aktivieren und/oder das Deaktivieren realisiert werden kann. So kann das Aktivieren und/oder das Deaktivieren beispielsweise durch ein entsprechendes Aktivieren bezie hungsweise ein entsprechendes Deaktivieren der Energiewand lungsfunktion realisiert sein oder dergleichen. Der wenigs tens eine Energiewandler kann durch einen steuerbaren Gleich richter oder dergleichen gebildet sein, dessen Funktion zum Beispiel mittels der Steuereinrichtung in geeigneter Weise gesteuert werden kann.

Die für die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten natürlich gleicher maßen auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt. Insofern können Vorrichtungsmerkmale auch als Verfahrensmerk male und umgekehrt formuliert sein.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figur. In dem Ausführungsbeispiel bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.

Es zeigt die einzige Figur eine schematische Blockschaltbild darstellung einer Energieversorgungseinrichtung mit einem Zweitakt-Dieselmotor und zwei Synchronmaschinen.

Die Figur zeigt in einer schematischen Blockschaltbilddar stellung eine elektrische Energieversorgungseinrichtung 10 zum Bereitstellen von elektrischer Energie mit einem Zwei takt-Dieselmotor 12, mittels dem im bestimmungsgemäßen Be trieb durch Verbrennen eines geeigneten Brennstoffs mechani- sehe Energie an einer Kurbelwelle 14 des Zweitakt-Dieselmo tors 12 bereitgestellt wird. Der Zweitakt-Dieselmotor 12 ist vorliegend als Verbrennungskraftmaschine für eine Leistung von etwa 80 MW ausgebildet. In alternativen Ausgestaltungen kann die Leistung auch abweichend sein, beispielsweise in ei nem Bereich von etwa 6 MW bis etwa 80 MW oder auch abweichend hiervon. Die grundlegende Funktion des Zweitakt-Dieselmotors 12 wird für die folgenden Ausführungen als bekannt für den Fachmann vorausgesetzt.

Zweitakt-Dieselmotoren werden heutzutage üblicherweise zum Antrieb von Wasserfahrzeugen, insbesondere Schiffen, verwen det und dienen dazu, einen im Wasser angeordneten Propeller des Wasserfahrzeugs drehend anzutreiben. Zweitakt-Dieselmo toren werden zu diesem Zweck üblicherweise in einem Drehzahl - bereich von etwa 60 Umdrehungen pro Minute bis etwa 120 Um drehungen pro Minute betrieben. Dadurch ist es möglich, den Propeller unmittelbar mit der Kurbelwelle des Zweitakt- Dieselmotors zum Zwecke des Antriebs zu verbinden. Getriebe brauchen hierbei nicht vorgesehen zu werden.

Der Zweitakt-Dieselmotor 12 hat sich für den Einsatz als An triebseinheit bei Wasserfahrzeugen bewährt. Gleichwohl er weist es sich problematisch, den Zweitakt-Dieselmotor 12 für die Nutzung von elektrischer Energie einzusetzen. Zu diesem Zweck ist es wichtig, sicherzustellen, dass der Zweitakt- Dieselmotor vor einer Überdrehzahl geschützt werden kann. Bei Schiffsantrieben wird dies in der Regel durch den Propeller erreicht .

Um den Zweitakt-Dieselmotor 12 für den Einsatz der Bereit stellung von elektrischer Energie zu nutzen, ist gemäß der Figur vorgesehen, dass die Energieversorgungseinrichtung 10 neben dem Zweitakt-Dieselmotor 12 eine erste Synchronmaschine 16 zum Wandeln der mechanischen Energie in elektrische Ener gie und eine zweite rotierende elektrische Maschine 28 zum Wandeln der mechanischen Energie in elektrische Energie auf weist. Die erste rotierende elektrische Maschine 16 weist ei- nen in einem ersten Ständer 18 drehbar angeordneten ersten Läufer 20 mit einer Läuferwelle 22 auf. Der Läufer 20 ist vorliegend permanenterregt ausgebildet. In alternativen Aus gestaltungen kann hier natürlich auch ein fremderregter Läu fer vorgesehen sein. Die erste Läuferwelle 22 ist mechanisch mit einem ersten Ende der Kurbelwelle 14 vorliegend unmittel bar gekoppelt, das heißt, es ist kein Getriebe vorgesehen. Ferner ist ständerseitig eine erste elektrische Wicklung 24 vorgesehen, die vorliegend dreiphasig ausgebildet ist.

Die zweite Synchronmaschine 28 weist einen zweiten Ständer 30 auf, in dem ein zweiter Läufer 32 mit einer zweiten Läufer welle 34 drehbar angeordnet ist. Die zweite Läuferwelle 34 ist mit einem zweiten Ende der Kurbelwelle 14 ebenfalls un mittelbar verbunden. Die zweite Synchronmaschine 28 ist eben falls als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet und weist ständerseitig eine zweite elektrische Wicklung 36 auf.

Die erste und die zweite elektrische Wicklung 24, 36 sind - wie im Folgenden noch ausgeführt ist - mit einem Gleichspan nungsnetz 26 elektrisch koppelbar, dem im jeweils gekoppelten Zustand elektrische Energie zugeführt werden kann. Das

Gleichspannungsnetz 26 ist vorliegend für eine Betriebs gleichspannung von etwa 3 kV ausgebildet.

Das Gleichspannungsnetz 26 weist in der vorliegenden Ausge staltung zwei Netzwerkzweige auf, nämlich einen ersten Netz werkzweig 52 und einen zweiten Netzwerkzweig 54, die über ei ne Schalteinheit 48 miteinander koppelbar sind. Die Schalt einheit 48 kann zum Beispiel als Schütz ausgebildet sein. An jedem der Netzwerkzweige 52, 54 sind elektrische Verbraucher 50 angeschlossen, die für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb elektrische Energie benötigen. Die elektrischen Verbraucher 50 sind vorliegend nicht weiter spezifiziert und können auch elektrische Energiespeicher umfassen oder von diesen gebildet sein . In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Synchronmaschine 16, 28 dazu ausgebildet sind, die zumindest während eines Kolbenhubs des Zweitakt- Dieselmotors 12 bereitgestellte mechanische Energie unabhän gig von der jeweils anderen der Synchronmaschinen 16, 28 für sich genommen in elektrische Energie wandeln zu können. Das bedeutet, dass zumindest kurzzeitig jede der beiden Synchron maschinen 16, 28 für sich genommen die gesamte durch den Kol benhub bereitgestellte mechanische Energie in elektrische Energie zu wandeln vermag. Dadurch wird eine Redundanz in Be zug auf die Energiewandlung bereitgestellt, die es erlaubt, bei einer Deaktivierung einer der beiden Synchronmaschinen 16, 28 mit der jeweils anderen der verbleibenden Synchronma schinen 16, 28 die kurzzeitig insgesamt zur Verfügung ge stellte mechanische Energie in elektrische Energie zu wan deln. Dadurch kann mit der verbleibenden der beiden Synchron maschinen 16, 28 eine entsprechende Belastung des Zweitakt- Dieselmotors 12 erreicht werden, sodass der Zweitakt-Diesel motor 12 vor einer Überdrehzahl geschützt werden kann.

Damit die Synchronmaschinen 16, 28 eine entsprechende Belas tung für den Zweitakt-Dieselmotor 12 auch bereitzustellen vermögen, ist es erforderlich, dass auch die elektrische Kopplung der beiden Synchronmaschinen 16, 28 mit dem Gleich spannungsnetz 26 zumindest kurzzeitig für eine entsprechende Leistung ausgebildet sind. Darüber hinaus ist es natürlich auch erforderlich, dass das Gleichspannungsnetz 26 zumindest kurzzeitig diese elektrische Leistung auch aufnehmen kann. Dies wird im Folgenden vorausgesetzt. Zu diesem Zweck kann das Gleichspannungsnetz 26 einen oder mehrere Akkumulatoren als elektrische Energiespeicher oder dergleichen aufweisen. Natürlich können alternativ oder ergänzend auch geeignete Verbraucher kurzzeitig zugeschaltet werden, um die elektri sche Energie aufnehmen zu können.

Jede der ersten und der zweiten Wicklungen 24, 36 ist mit ei nem jeweiligen Gleichrichter 38, 40 elektrisch gekoppelt, der die durch die erste und zweite elektrische Wicklung 24, 36 jeweils bereitgestellte dreiphasige Wechselspannung gleich richtet und eine elektrische Gleichspannung für das Gleich spannungsnetz 26 bereitstellt . Der erste und der zweite

Gleichrichter 38, 40 sind vorliegend als dreiphasiger Brü ckengleichrichter unter Nutzung von Dioden ausgebildet. In alternativen Ausgestaltungen kann natürlich auch eine ergän zende Spannungswandlung vorgesehen sein, um eine Anpassung an das Gleichspannungsnetz 26 gegebenenfalls bereitstellen zu können .

Gleichspannungsseitig sind der erste und der zweite Gleich richter 38, 40 mit jeweiligen Schalteinheiten 42, 44 elek trisch gekoppelt, die, abhängig von ihrem jeweiligen elektri schen Schaltzustand, eine elektrische Verbindung zum jeweils ersten Netzwerkzweig 52 beziehungsweise zweiten Netzwerkzweig 54 hersteilen. Die Schalteinheiten 42, 44 können beispiels weise als Schütz ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die elektrische Kopplung der ersten beziehungsweise zweiten elektrischen Wicklung 24, 36 mit dem Gleichspannungsnetz 26 und hier insbesondere dem ersten Netzwerkzweig 52 und dem zweiten Netzwerkzweig 54 hergestellt werden.

In der vorliegenden Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass die Energieversorgungseinrichtung 10 eine Steuereinrichtung 46 umfasst, die mit den Synchronmaschinen 16, 28, den Gleich richtern 38, 40 sowie den Schalteinheiten 42, 44, 48 kommuni kationstechnisch gekoppelt ist und diese in vorgebbarer Weise zu steuern vermag. Darüber hinaus können über die kommunika tionstechnische Kopplung mittels nicht dargestellter Sen soreinheiten erfasste Betriebszustände an die Steuereinrich tung 46 übermittelt werden, sodass die Steuereinrichtung 46 die Betriebszustände auswerten kann und entsprechende Steuer signale abgeben kann.

In einem beispielhaften Betriebszustand kann vorgesehen sein, dass die Schalteinheit 48 im ausgeschalteten Schaltzustand ist, so dass die Netzwerkzweige 52, 54 voneinander elektrisch getrennt sind. Die Schalteinheiten 42, 44 sind hingegen im eingeschalteten Schaltzustand, sodass eine elektrische Kopp lung der ersten Wicklung 24 über den ersten Brückengleich richter 38 und die erste Schalteinheit 42 zum ersten Netz werkzweig 52 erfolgt. Der erste Netzwerkzweig 52 wird somit energietechnisch durch die erste Synchronmaschine 16 mit elektrischer Energie versorgt.

Entsprechend ist die zweite Wicklung 36 über den zweiten Gleichrichter 40 und die zweite Schalteinheit 44 mit dem zweiten Netzwerkzweig 54 elektrisch gekoppelt, sodass die zweite Synchronmaschine 28 den zweiten Netzwerkzweig 54 mit elektrischer Energie versorgt. Die Steuereinrichtung 46 über wacht die Funktion und steuert die entsprechenden Einheiten beziehungsweise Einrichtungen.

Fällt nunmehr aufgrund einer technischen Störung der ersten Synchronmaschine 16 diese bezüglich der Energieversorgung aus, kann dies mittels der Steuereinrichtung 46 erfasst wer den. Die Steuereinrichtung 46 gibt dann unverzüglich einen Steuerbefehl an die Schalteinheit 48 aus, so dass dies vom ausgeschalteten Schaltzustand in den eingeschalteten Schalt zustand wechselt. Entsprechend wird die erste Schalteinheit 42 angesteuert, sodass dieses vom eingeschalteten Schaltzu stand in den ausgeschalteten Schaltzustand wechselt. Dadurch sind die erste Synchronmaschine 16 sowie auch der erste

Gleichrichter 38 von der Energieerzeugung entkoppelt.

Da der Zweitakt-Dieselmotor 12 aufgrund der langsamen Dreh zahl und des hohen Energieinhalts bei einem Kolbenhub nur vergleichsweise träge zu reagieren vermag, kann nunmehr die momentan noch im Zweitakt-Dieselmotor 12 vorhandene Energie, die in mechanische Energie umgesetzt wird, ergänzend über die zweite Synchronmaschine 28 und den zweiten Gleichrichter 40 dem Gleichspannungsnetz 26 insgesamt zugeführt werden.

Dadurch kann die Belastung des Zweitakt-Dieselmotors 12 auf rechterhalten werden, sodass der Zweitakt-Dieselmotor 12 nicht in einen unerwünschten Betriebszustand, insbesondere in einen Betriebszustand mit Überdrehzahl, gelangen kann. Der Zweitakt-Dieselmotor 12 ist dadurch geschützt.

In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der beispielhaft erläuterte Schaltvorgang, der durch die Steuer einrichtung 46 bei Auftreten einer Störung der ersten Syn chronmaschine 16 erfolgt, innerhalb von wenigen Millisekunden erfolgt, beispielsweise in einem Zeitraum von etwa 1 ms bis etwa 8 ms, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1,5 ms bis etwa 5 ms.

Darüber hinaus sind die Gleichrichter 38, 40 sowie auch die erste und die zweite Schalteinheit 42, 44 für die Gesamtleis tung ausgelegt, die von dem Zweitakt-Dieselmotor 12 in Ver- bindung mit den Synchronmaschinen 16, 28 als elektrische Leistung bereitgestellt werden kann.

Das Ausführungsbeispiel dient ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken. In alternati- ven Ausgestaltungen kann es bei Bedarf vorgesehen sein, dass die beiden Synchronmaschinen 16, 28 mit ihren jeweiligen Läu ferwellen 22, 34 an einem gemeinsamen Ende der Kurbelwelle 14 angeschlossen sind. Hierbei ist jedoch dann zu beachten, dass die Kurbelwelle für eine entsprechende Leistung ausgelegt sein sollte.