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Patent Searching and Data


Title:
POWER SUPPLY DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/239278
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating a power supply device (12), wherein: - mechanical energy is provided to a crankshaft (22) of a two-stroke diesel engine (20), - the mechanical energy is converted into electric energy by means of at least one first rotating electric machine (24), and - the electric energy is supplied to an adjustable electric energy sink (28) which is electrically coupled to a power distribution grid (26). According to the invention: - a target rotational speed (38) is specified for the two-stroke diesel engine (20), - on the basis of the target rotational speed and at least one machine model of the two-stroke diesel engine (20), a rotational speed range (30) is ascertained which comprises the target rotational speed, - a current rotational speed of the crankshaft (22) of the two-stroke diesel engine (20) is detected by means of a rotational speed sensor (32), - the detected rotational speed is compared with the target rotational speed (38), and - the energy sink (28) is adjusted at least on the basis of the comparison such that the energy sink (28) provides an electric load in the ascertained rotational speed range (30), said electric load increasing at least overproportionally to the detected rotational speed.

Inventors:
TIGGES KAY (DE)
Application Number:
EP2020/055578
Publication Date:
December 03, 2020
Filing Date:
March 03, 2020
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
B63B79/10; B63B79/40; B63H21/20; B63H23/24; F02D29/06; F02D31/00
Domestic Patent References:
WO2002072418A12002-09-19
Foreign References:
EP3626953A12020-03-25
US20060042590A12006-03-02
US20060089233A12006-04-27
US20130293003A12013-11-07
GB2551875A2018-01-03
Attorney, Agent or Firm:
MAIER, Daniel (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungseinrich tung (12), bei dem:

- mechanische Energie an einer Kurbelwelle (22) eines Zwei takt-Dieselmotors (20) bereitgestellt wird,

- die mechanische Energie mittels wenigstens einer ersten ro tierenden elektrischen Maschine (24), die mechanisch mit der Kurbelwelle (22) gekoppelt ist, in elektrische Energie gewan delt wird, und

- die elektrische Energie zumindest teilweise einer mit dem Energieverteilungsnetz (26) elektrisch gekoppelten, einstell baren elektrischen Energiesenke (28) zugeführt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

- eine Soll -Drehzahl (38) für den Zweitakt-Dieselmotor (20) vorgegeben wird,

- abhängig von der Soll -Drehzahl und zumindest einem Maschi nenmodell des Zweitakt-Dieselmotors (20) ein Drehzahlbereich (30) ermittelt wird, der die Soll -Drehzahl umfasst,

- mittels eines Drehzahlsensors (32) eine aktuelle Drehzahl der Kurbelwelle (22) des Zweitakt-Dieselmotors (20) erfasst wird,

- die erfasste Drehzahl mit der Soll -Drehzahl (38) verglichen wird, und

- die Energiesenke (28) zumindest abhängig von dem Vergleich eingestellt wird, sodass die Energiesenke (28) in dem ermit telten Drehzahlbereich (30) eine elektrische Belastung be reitstellt, bei der die elektrische Belastung einen von der erfassten Drehzahl abhängigen Verlauf hat, sodass die elekt rische Belastung zumindest überproportional mit der erfassten Drehzahl zunimmt .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiesenke (28) ergänzend abhängig von der erfassten Drehzahl eingestellt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Energiesenke (28) als elekt- rische Belastung ein Lastverhalten eines Antriebspropellers (18) eines Wasserfahrzeugs (10) in einem bestimmungsgemäßen Fährbetrieb simuliert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlbereich (30) eine obere und eine untere Drehzahlgrenze (34, 36) umfasst, wobei ein erster Abstand zwischen der unteren Drehzahlgrenze (36) und der Soll -Drehzahl (38) einem zweiten Abstand zwischen der oberen Drehzahlgrenze (34) und der Soll -Drehzahl (38) entspricht.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Energiesenke (28) eine elektri sche Belastung vorgegeben wird und der Drehzahlbereich (30) ergänzend abhängig von der vorgegebenen elektrischen Belas tung ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlbereich (30) 5 Umdrehungen pro Minute, insbesondere 3 Umdrehungen pro Minute, vorzugs weise 2 Umdrehungen pro Minute umfasst.

7. Energieversorgungseinrichtung (12), mit:

- einem Zweitakt-Dieselmotor (20) , der mechanische Energie an einer Kurbelwelle (22) des Zweitakt-Dieselmotors (20) bereit stellt,

- wenigstens einer ersten rotierenden elektrischen Maschine (24), die elektrische Energie an einem Maschinenanschluss (40) bereitstellt und die zum Wandeln der mechanischen Ener gie in die elektrische Energie eine mit der Kurbelwelle (22) mechanisch gekoppelte Läuferwelle (42) aufweist, und

- eine Steuereinheit (44) zum Steuern zumindest des Zweitakt- Dieselmotors (20) und/oder der ersten rotierenden elektri schen Maschine (24),

gekennzeichnet durch

- eine mit dem Maschinenanschluss (40) elektrisch gekoppelte, einstellbare elektrische Energiesenke (28) zum zumindest teilweisen Aufnehmen der elektrischen Energie, wobei die Steuereinheit (44) ausgebildet ist,

- eine Soll -Drehzahl (38) für den Zweitakt-Dieselmotor (20) vorzugeben,

- abhängig von der Soll -Drehzahl (38) und zumindest einem Ma schinenmodell des Zweitakt-Dieselmotors (20) einen Drehzahl bereich (30) zu ermitteln, der die Soll -Drehzahl (38) um fasst ,

- mittels eines Drehzahlsensors (32) eine aktuelle Drehzahl der Kurbelwelle (22) des Zweitakt-Dieselmotors (20) zu erfas sen,

- die erfasste Drehzahl mit der Soll -Drehzahl (38) zu ver gleichen, und

- die Energiesenke (28) zumindest abhängig von dem Vergleich einzustellen, sodass die Energiesenke (28) in dem ermittelten Drehzahlbereich (30) eine elektrische Belastung bereitstellt , bei der die elektrische Belastung einen von der erfassten Drehzahl abhängigen Verlauf hat, sodass die elektrische Be lastung zumindest überproportional mit der erfassten Drehzahl zunimmt .

8. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Energiesenke (28) wenigstens einen elektrischen Energiespeicher umfasst.

9. Wasserfahrzeug (10) mit einer Energieversorgungseinrich tung (12) und einer mit der Energieversorgungseinrichtung (12) elektrisch koppelbaren elektrischen Antriebseinrichtung (14), wobei die elektrische Antriebseinrichtung (14) eine zweite rotierende elektrische Maschine (16) umfasst, die me chanisch mit einem Antriebspropeller (18) des Wasserfahrzeugs (10) gekoppelt ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinrich tung (12) gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8 ausgebildet ist.

10. Wasserfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energiesenke die elektrische Antriebs einrichtung (12) zumindest teilweise umfasst.

Description:
Beschreibung

Energieversorgungseinrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungseinrichtung, bei dem mechanische Energie an einer Kurbelwelle eines Zweitakt-Dieselmotors bereitgestellt wird, die mechanische Energie mittels wenigstens einer ersten rotierenden elektrischen Maschine, die mechanisch mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, in elektrische Energie gewandelt wird, und die elektrische Energie zumindest teilweise einer mit dem Energieverteilungsnetz elektrisch gekoppelten, ein stellbaren elektrischen Energiesenke zugeführt wird. Weiter hin betrifft die Erfindung eine Energieversorgungseinrich tung, mit einem Zweitakt-Dieselmotor, der mechanische Energie an einer Kurbelwelle des Zweitakt-Dieselmotors bereitstellt , wenigstens einer ersten rotierenden elektrischen Maschine, die elektrische Energie an einem Maschinenanschluss bereit stellt und die zum Wandeln der mechanischen Energie in die elektrische Energie eine mit der Kurbelwelle mechanisch ge koppelte Läuferwelle aufweist, und eine Steuereinheit zum Steuern zumindest des Zweitakt-Dieselmotors und/oder der ers ten rotierenden elektrischen Maschine. Schließlich betrifft die Erfindung ein Wasserfahrzeug mit einer Energieversor gungseinrichtung und einer mit der Energieversorgungseinrich tung elektrisch koppelbaren elektrischen Antriebseinrichtung, wobei die elektrische Antriebseinrichtung eine zweite rotie rende elektrische Maschine umfasst, die mechanisch mit einem Antriebspropeller des Wasserfahrzeugs gekoppelt ist.

Zweitakt-Dieselmotoren, Energieversorgungseinrichtungen zum Bereitstellen von elektrischer Energie sowie auch Verfahren zu deren Betrieb sind im Stand der Technik umfänglich be kannt, so dass es eines gesonderten druckschriftlichen Nach weises 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 zumindest eine Ver brennungskraftmaschine umfasst, die mit einer rotierenden elektrischen Maschine mechanisch gekoppelt ist. Die rotieren de elektrische Maschine dient dazu, die an einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellte mechanische Energie in elektrische Energie umzuformen beziehungsweise zu wandeln, sodass die Energieversorgungseinrichtung, die die Verbrennungskraftmaschine und die rotierende elektrische Ma schine umfasst, in gewünschter Weise die 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-Diesel- motorensind Verbrennungskraftmaschinen, mit denen ein großer Wirkungsgrad in Bezug auf eine Brennstoffnutzung erreicht werden kann. Darüber hinaus sind sie vergleichsweise war tungsarm und zuverlässig im bestimmungsgemäßen Betrieb gegen über 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-Diesel motors wird als bekannt vorausgesetzt, weshalb vorliegend von weiteren detaillierten Ausführungen in Bezug auf dessen Funk tion 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, vorzugsweise mit einer ungeraden Anzahl von Zy lindern ausgebildet. Im bestimmungsgemäßen Betrieb werden derartige Zweitakt-Dieselmotoren häufig mit einer Drehzahl in einem Bereich von etwa 60 bis etwa 120 Umdrehungen pro Minu te, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 80 bis etwa 100 Umdrehungen pro Minute betrieben. Typische Maße von Bohrungen von Zylindern solcher Zweitakt-Dieselmotoren reichen von ei nigen 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 Betrieb des Zweitakt-Dieselmotors als Schiffsantrieb, um einen Propeller des Schiffs anzutreiben, ist in Bezug auf den Zweitakt-Dieselmotor eine günstige Anwendung. Dies ergibt sich dadurch, dass ein drehzahlabhängiges Lastverhalten des Propellers einen quadratischen bis kubischen Verlauf in Bezug auf eine Kennlinie bezüglich eines Drehmoments und/oder einer Leistung bereitstellt , was dazu führt, dass der Zweitakt- Dieselmotor bei Drehzahlabweichungen von einer vorgegebenen Soll -Drehzahl eine entsprechende Drehmoment- beziehungsweise Leistungsänderung als Last erfährt. Dadurch kann auf einfache Weise ein stabiler Arbeitspunkt bezüglich einer vorgegebenen Drehzahl erreicht werden.

Wird hingegen der Zweitakt-Dieselmotor dazu genutzt, eine elektrische Maschine in einem Generatorbetrieb zu betreiben, ändern sich die Bedingungen entscheidend. Dient die elektri sche Maschine zur elektrischen Energieversorgung eines Bord netzes als Energieversorgungsnetz und ist üblicherweise eine Leistung als Last im Wesentlichen konstant, ergibt sich hier durch ein ungünstiges Lastverhalten bezüglich des Drehmomen tes, da sich die durch die elektrische Maschine bereitge stellte Belastung kaum ändert, insbesondere im Wesentlichen konstant bleibt. Hierdurch kann ein starkes Schwanken bezüg lich einer aktuellen Drehzahl der Kurbelwelle des Zweitakt- Dieselmotors auftreten, welches auch als „Speed Hunting" be zeichnet wird. Dies ist jedoch für den Betrieb der elektri schen Maschine als Generator sehr nachteilig und kann darüber hinaus zu Instabilitäten in Bezug auf eine Drehzahlregelung für den Zweitakt-Dieselmotor führen. Die Probleme können sich somit auch gegenseitig verstärken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Energieversorgungsvorrichtung, ein Verfahren zu deren Betrieb sowie ein Wasserfahrzeug zu verbessern, so dass ein zuverläs- siger dauerhafter Betrieb für eine Energieversorgung gewähr leistet werden kann.

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

In Bezug auf ein gattungsgemäßes Verfahren wird insbesondere vorgeschlagen, dass eine Soll -Drehzahl für den Zweitakt- Dieselmotor vorgegeben wird, abhängig von der Soll -Drehzahl und zumindest einem Maschinenmodell des Zweitakt-Dieselmotors ein Drehzahlbereich ermittelt wird, der die Soll -Drehzahl um fasst, mittels eines Drehzahlsensors eine aktuelle Drehzahl der Kurbelwelle des Zweitakt-Dieselmotors erfasst wird, die erfasste Drehzahl mit der Soll -Drehzahl verglichen wird, und die Energiesenke zumindest abhängig von dem Vergleich einge stellt wird, sodass die Energiesenke in dem ermittelten Dreh zahlbereich eine elektrische Belastung bereitstellt , bei der die elektrische Belastung einen von der erfassten Drehzahl abhängigen Verlauf hat, sodass die elektrische Belastung zu mindest überproportional mit der erfassten Drehzahl zunimmt.

Bezüglich einer gattungsgemäße Energieversorgungsvorrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Energieversorgungs- vorrichtung eine mit dem Maschinenanschluss elektrisch gekop pelte, einstellbare elektrische Energiesenke zum zumindest teilweise Aufnehmen der elektrischen Energie aufweist, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, eine Soll -Drehzahl für den Zweitakt-Dieselmotor vorzugeben, abhängig von der Soll- Drehzahl und zumindest einem Maschinenmodell des Zweitakt- Dieselmotors einen Drehzahlbereich zu ermitteln, der die Soll -Drehzahl umfasst, mittels eines Drehzahlsensors eine ak tuelle Drehzahl der Kurbelwelle des Zweitakt-Dieselmotors zu erfassen, die erfasste Drehzahl mit der Soll -Drehzahl zu ver gleichen, und die Energiesenke zumindest abhängig von dem Vergleich einzustellen, sodass die Energiesenke in dem ermit telten Drehzahlbereich eine elektrische Belastung bereit stellt, bei der die elektrische Belastung einen von der er- fassten Drehzahl abhängigen Verlauf hat, sodass die elektri sche Belastung zumindest überproportional mit der erfassten Drehzahl zunimmt .

Bezüglich eines gattungsgemäßen Wasserfahrzeugs wird insbe sondere vorgeschlagen, dass die Energieversorgungsvorrichtung gemäß der Erfindung ausgebildet ist.

Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Gedanken, dass der Betrieb der Energieversorgungseinrichtung, die einen mit einer rotierenden elektrischen Maschine mechanisch gekoppel ten Zweitakt-Dieselmotor umfasst, dadurch verbessert werden kann, dass die rotierende elektrische Maschine elektrisch mit einer elektrischen Energiesenke gekoppelt werden kann, die einstellbar ist. Dabei sieht die Erfindung vor, dass die Energiesenke derart eingestellt werden kann, dass sie eine überproportionale elektrische Belastung in Bezug auf eine Drehzahl der Kurbelwelle bereitstellt , sodass für den ermit telten Drehzahlbereich eine von der konstanten Belastung ab weichende mit zunehmender Drehzahl zunehmende elektrische Be lastung erreicht werden kann. Dadurch ist es möglich, die Energieversorgungseinrichtung erheblich stabiler zu betreiben und insbesondere das störende „Speed Hunting" zu reduzieren.

Zu diesem Zweck wird der Drehzahlbereich ermittelt, und zwar abhängig von einer Soll -Drehzahl , die zum Beispiel von einer übergeordneten Steuerung der Energieversorgungseinrichtung, insbesondere einer Steuereinheit der Energieversorgungsein richtung, vorgegeben werden kann, um unter Berücksichtigung von Eigenschaften der rotierenden elektrischen Maschine eine elektrische Leistung und/oder eine elektrische Spannung, die durch die rotierende elektrische Maschine bereitgestellt wer den soll, erreichen zu können. Unter Berücksichtigung eines Maschinenmodells des Zweitakt-Dieselmotors kann nun der Dreh zahlbereich ermittelt werden. Das Maschinenmodell kann Be triebseigenschaften des Zweitakt-Dieselmotors umfassen, ins besondere auch eine Motorregelung, beispielsweise in Bezug auf eine Brennstoffzufuhr oder dergleichen. Darüber hinaus kann das Maschinenmodell auch physikalische Größen wie zum Beispiel Trägheitsmomente, zu bewegende Massen, Geometrien, insbesondere in Bezug auf Abmessungen und/oder dergleichen umfassen. Darüber hinaus kann natürlich auch ein Maschinenmo dell der wenigstens einen rotierenden elektrischen Maschine ergänzend berücksichtigt werden, um den Drehzahlbereich zu ermitteln. Vorzugsweise wird der Drehzahlbereich so ermit telt, dass unter Berücksichtigung der Gesamteigenschaften ei ne Stabilisierung in Bezug auf die erfasste Drehzahl erreicht werden kann.

Die Energiesenke ist vorliegend einstellbar ausgebildet und kann zum Beispiel einen oder mehrere elektrische Verbraucher, einen oder mehrere elektrische Energiespeicher, Kombinationen hiervon und/oder dergleichen umfassen. Darüber hinaus kann die Energiesenke natürlich auch ein weiteres Energieversor gungsnetz sein, welches mit der Energiesenke elektrisch kop pelbar ist, um elektrische Energie in entsprechender Weise abführen zu können. Mit der Energiesenke kann eine einstell bare Belastung der wenigstens einen rotierenden elektrischen Maschine erreicht werden, sodass mittels der rotierenden elektrischen Maschine eine entsprechende Belastung des Zwei takt-Dieselmotors bereitgestellt werden kann. Durch Einstel len einer entsprechenden Charakteristik beziehungsweise ent sprechendes Steuern der Energiesenke kann somit die gewünsch te Belastung in Bezug auf den Zweitakt-Dieselmotor erreicht werden, sodass eine Stabilisierung des bestimmungsgemäßen Be triebs während der Nutzung der Energieversorgungseinrichtung erreicht werden kann. Die Energiesenke kann unmittelbar an der wenigstens einen rotierenden elektrischen Maschine ange schlossen sein. In alternativen Ausgestaltungen kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine rotierende elektrische Maschine mit einem Energieversorgungsnetz

elektrisch gekoppelt ist und auf diese Weise elektrische Energie zur Versorgung von an dem Energieversorgungsnetz an geschlossenen elektrischen Einheiten oder elektrischen Ein richtungen dienen kann. An dem Energieversorgungsetz kann dann auch die einstellbare elektrische Energiesenke ange- schlossen sein. Die elektrische Energiesenke braucht also nicht dafür ausgelegt zu sein, die vollständige durch die we nigstens eine rotierende elektrische Maschine bereitgestellte elektrische Energie aufnehmen zu können. Abhängig vom Be triebszustand der Energieversorgungseinrichtung sowie Eigen schaften insbesondere des Zweitakt-Dieselmotors, gegebenen falls unter Berücksichtigung seiner Regelung, braucht die einstellbare elektrische Energiesenke unter Umständen nur für einen entsprechenden Anteil der bereitgestellten elektrischen Energie ausgelegt zu sein.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die einstellbare elektrische Energiesenke für eine elektrische Leistung als Belastung ausgelegt ist, die etwa 20 % einer maximalen durch die Energieversorgungseinrichtung bereitstellbaren elektri schen Leistung ist oder dergleichen. Die einstellbare elekt rische Energiesenke kann dazu dienen, in hochdynamischer Wei se hinsichtlich der elektrischen Belastung vorzugsweise über ihren gesamtmöglichen Einstellbereich eingestellt zu werden. Die Energiesenke selbst kann zum Beispiel die aufgenommene elektrische Energie in eine andere Energieform umwandeln, beispielsweise in Wärme oder dergleichen. In diesem Fall kann die bereitgestellte Wärme zum Beispiel für Heizzwecke genutzt werden, beispielsweise, um bei einem Wasserfahrzeug Kabinen zu beheizen, einen Treibstofftank zu beheizen und/oder der gleichen. Darüber hinaus kann die Energiesenke die elektri sche Energie natürlich auch für andere, weitere Zwecke nutz bar machen, indem sie die elektrische Energie entsprechend umformt und für spezifische Verbraucher zur Verfügung stellt, die diese Energie nutzen können. Schließlich kann die Ener giesenke auch einen Energiespeicher umfassen, der es ermög licht, eine pulsierende Energieaufnahme zu vergleichmäßigen oder dergleichen.

Die Energiesenke ist vorzugsweise mittels einer oder mehrerer geeigneter Steuersignale durch eine Steuereinheit einstell bar. Die Steuereinheit steuert die Energiesenke derart, dass die Energiesenke in dem ermittelten Drehzahlbereich eine elektrische Belastung bereitstellt , bei der die elektrische Belastung einen von der erfassten Drehzahl abhängigen Ver lauft hat, sodass die elektrische Belastung zumindest über proportional mit der erfassten Drehzahl zunimmt. Überpropor tional ist ein Verlauf, der zum Beispiel quadratisch, kubisch oder dergleichen ist. Natürlich können auch Kombinationen hiervon vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Verlauf mit zu nehmender Drehzahl zumindest monoton steigend.

Durch die entsprechende Einstellung der elektrischen Energie senke kann somit eine überproportionale Belastung des Zwei- takt-Dieselmotors bei steigender Drehzahl erreicht werden. Entsprechend wird eine Entlastung bei sich reduzierender Drehzahl bereitgestellt. Insgesamt ergibt sich dadurch eine Stabilisierung eines bestimmten Arbeitspunkts des Zweitakt- Dieselmotors im bestimmungsgemäßen Betrieb der Energieversor gungseinrichtung .

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 geeignete Belastung durch die Energiesenke realisiert werden kann.

Das Energieversorgungsnetz kann vorzugsweise ein Gleichspan nungsnetz, 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.

Die rotierende elektrische Maschine weist wenigstens eine 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 rotierenden elektrischen Maschi ne. Die Funktion der rotierenden elektrischen Maschine wird ebenfalls als bekannt vorausgesetzt, sodass 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 auftretende Leistung ausgelegt sein.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die erste rotierende elektrische Maschine als mehrphasige Synchronmaschine ausge bildet ist. 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 elektrischen Wicklung mit dem Energiever sorgungsnetz auf. Der Energiewandler kann bei einer rotieren den elektrischen 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 die rotierende elektrische Maschine 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 Gleichspan nung in eine für das Gleichspannungsnetz vorgesehene Gleich spannung gewandelt werden kann. Der Energiewandler kann aber auch beispielsweise ein Umrichter, insbesondere ein Wechsel richter oder dergleichen sein. Je nach Art der rotierenden elektrischen Maschine kann der Energiewandler auch ein DC/DC- Wandler, ein AC/DC-Wandler oder dergleichen sein. Je nach Art und Anwendung der rotierenden elektrischen Maschine können auch Kombinationen hiervon vorgesehen sein.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgungseinrichtung wenigstens eine elektrische Schalteinheit zum Koppeln der elektrischen Wicklung mit dem Energieversorgungsnetz aufweist. Durch die Schalteinheit kann eine vorgegebene elektrische Kopplung der Wicklung mit dem Energieversorgungsnetz erreicht werden. Die Schalteinheit kann zu diesem Zweck zum Beispiel als eine Umschalteinheit ausgebildet sein, die jeweils entweder die Wicklung der ro tierenden elektrischen Maschine mit dem Energieversorgungs netz elektrisch koppelt. Darüber hinaus kann natürlich vorge sehen sein, dass für die Wicklung der rotierenden elektri schen Maschine eine 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 Steuereinheit zum Steuern der rotierenden elektrischen Ma schine und/oder des wenigstens einen Energiewandlers und/oder der wenigstens einen elektrischen Schalteinheit sowie insbe sondere der Energiesenke. Dadurch kann die Energieversor gungseinrichtung in geeigneter Weise gesteuert werden. Insbe sondere kann mit der Steuereinheit der bestimmungsgemäße Be- trieb der ersten und/oder der zweiten rotierenden elektri schen Maschine überwacht werden. Die Steuereinheit ist vor zugsweise dazu ausgebildet, den Drehzahlbereich zu ermitteln und unter Berücksichtigung eines Vergleichs der Soll -Drehzahl mit einer erfassten Drehzahl, die vorzugsweise einer aktuel len oder momentanen Drehzahl der Kurbelwelle entspricht, we nigstens ein Steuersignal für die Energiesenke bereitzustel len. Der bestimmungsgemäße Betrieb der rotierenden elektri schen Maschine sowie gegebenenfalls auch der Energiesenke kann beispielsweise mittels einem oder mehrerer geeigneter Sensoren erfasst werden, zum Beispiel indem eine geeignete elektrische Größe, beispielsweise ein elektrischer Strom, ei ne elektrische Leistung, oder auch eine mechanische Größe, beispielsweise ein Drehmoment oder dergleichen, erfasst wird. Natürlich kann auch eine Kombination hiervon vorgesehen sein.

Die Steuereinheit kann ferner insbesondere Steuersignale wie Schaltsignale für die Schaltelemente für den wenigstens einen Energiewandler und/oder die Schalteinheit bereitstellen .

Nicht nur zu diesem Zweck kann die Steuereinrichtung eine Hardwareschaltung und/oder eine programmgesteuerte Rech nereinheit oder dergleichen umfassen. Natürlich kann die Steuereinheit als separate vorzugsweise elektronische Bau gruppe ausgebildet sein. Die Steuereinheit kann darüber hin aus zumindest teilweise auch von einer übergeordneten Steue rung zum Beispiel für das Energieversorgungsnetz, beispiels weise eine Steuerung einer Antriebseinrichtung, die durch das Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgt wird, oder dergleichen, umfasst sein.

Der Drehzahlbereich kann von der Soll -Drehzahl und/oder der erfassten Drehzahl abhängig sein. Bei einer großen Soll- Drehzahl beziehungsweise bei einer großen erfassten Drehzahl kann auch der Drehzahlbereich entsprechend groß gewählt sein. Natürlich kann der Drehzahlbereich auch unabhängig von der erfassten Drehzahl sein. Der Drehzahlbereich kann über einen Bereich von vorgebbaren Soll -Drehzahlen konstant sein. Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Ener giesenke ergänzend abhängig von der erfassten Drehzahl einge stellt wird. Dadurch kann die Regelung gemäß der Erfindung weiter verbessert werden, weil die Energiesenke schneller und genauer eingestellt werden kann. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit das für die Energiesenke bereitgestellte Steu ersignal ergänzend abhängig von der erfassten Drehzahl be- reitstellen .

Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass mittels der Energiesenke als Belastung ein Lastverhalten eines Pro pellers eines Wasserfahrzeugs in einem bestimmungsgemäßen Fährbetrieb simuliert wird. Dadurch kann ein Lastverhalten erreicht werden, welches innerhalb des Drehzahlbereichs dem des Propellers entspricht. Dies erlaubt es, die für den An trieb eines Propellers günstigen Eigenschaften des Zweitakt- Dieselmotors, die sich bei einem gewöhnlichen Betrieb zum An treiben der rotierenden elektrischen Maschine im Generatorbe trieb als ungünstig erweisen, gut kompensiert werden können. Dadurch kann insgesamt die Stabilität im bestimmungsgemäßen Betrieb der Energieversorgungseinrichtung weiter verbessert werden .

Gemäß einer Weiterbildung kann der Drehzahlbereich eine obere und eine untere Drehzahlgrenze umfassen, wobei ein erster Ab stand zwischen der unteren Drehzahlgrenze und der Soll- Drehzahl einem zweiten Abstand zwischen der oberen Drehzahl - grenze und der Soll -Drehzahl entspricht. Der Drehzahlbereich umfasst also die Soll -Drehzahl in einem etwa mittleren Be reich. Je nach Ausgestaltung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Drehzahlbereich in Bezug auf die Soll -Drehzahl unsymmetrisch positioniert ist, um gegebene Besonderheiten im Bereich der Energieversorgungseinrichtung, insbesondere in Bezug auf ein Steuern beziehungsweise Regeln des Zweitakt- Dieselmotors besser berücksichtigen zu können.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass für die Energiesenke eine elektrische Belastung vorgegeben wird und der Drehzahl- bereich ergänzend abhängig von der vorgegebenen elektrischen Belastung ermittelt wird. Dadurch kann ergänzend berücksich tigt werden, dass die mit der Energiesenke zu verarbeitenden Energiemengen von der Soll -Drehzahl und/oder der erfassten Drehzahl abhängig sein können. Darüber hinaus kann natürlich berücksichtigt werden, für welche Leistung die Energieversor gungseinrichtung ausgebildet ist beziehungsweise welche die Leistung die Energieversorgungseinrichtung aktuell bereit stellt. Die Stabilisierung durch die Funktion der Erfindung kann dadurch weiter verbessert werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Drehzahlbereich bei einer großen elektrischen Belastung, die durch die Energiesenke bereitzu stellen ist, größer ermittelt wird, als bei einer kleinen elektrischen Belastung, die die Energiesenke bereitstellen soll. Dem Grunde nach kann in einer alternativen Ausgestal tung natürlich vorgesehen sein, dass die Energiesenke unab hängig von der vorgegebenen elektrischen Belastung ermittelt wird .

Der Drehzahlbereich ist vorzugsweise möglichst klein gewählt, um den bestimmungsgemäßen Betrieb möglichst wenig zu beein flussen. Daher wird gemäß einer weiteren Weiterbildung vorge schlagen, dass der Drehzahlbereich 5 Umdrehungen pro Minute, insbesondere 3 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise 2 Umdre hungen pro Minute umfasst. Besonders für Zweitakt-Dieselmo toren, die in einem bestimmungsgemäßen Betrieb mit einer Drehzahl in einem Bereich von etwa 60 Umdrehungen pro Minute bis etwa 120 Umdrehungen pro Minute betrieben werden, erweist sich ein derartiger Drehzahlbereich als ausreichend, um die Stabilität des Betriebs der Energieversorgungseinrichtung insgesamt zu verbessern.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Energiesenke wenigs tens einen elektrischen Energiespeicher umfasst. Dies erlaubt es, Energieschwankungen bei der Aufnahme von elektrischer Energie durch die Energiesenke besser verarbeiten zu können. Darüber hinaus kann die Energiesenke die Energie natürlich auch für weitere Zwecke bereitstellen, beispielsweise für die Nutzung durch einen oder mehrere elektrische Verbraucher oder dergleichen. In diesem Fall kann also die Energie, die durch die Energiesenke aufgenommen wird, einer weiteren Nutzung zu geführt werden.

Bezüglich des Wasserfahrzeugs wird ergänzend ausgeführt, dass dies die Energieversorgungseinrichtung der Erfindung umfassen kann. Das Wasserfahrzeug ist vorzugsweise ein Schiff, bei spielsweise für einen Transport von Personen, ein Versor gungsschiff, ein Containerschiff oder dergleichen. Dem Grunde nach kann das Wasserfahrzeug natürlich auch eine Fähre oder dergleichen sein. Vorzugsweise umfasst das Wasserfahrzeug ei ne mit der Energieversorgungseinrichtung elektrisch koppelba re elektrische Antriebseinrichtung. Die elektrische Antriebs einrichtung kann zu diesem Zweck eine zweite rotierende elektrische Maschine umfassen, die mechanisch mit einem An triebspropeller des Wasserfahrzeugs gekoppelt ist. die zweite rotierende elektrische Maschine wird also in einem Motorbe trieb betrieben, wenn das Wasserfahrzeug im Fährbetrieb ist. Bei dieser Ausgestaltung erweist es sich als vorteilhaft, wenn die elektrische Energiesenke die elektrische Antriebs einrichtung zumindest teilweise umfasst. In dem Fall ist es nämlich besonders einfach realisierbar, durch die Energiesen ke die gewünschte Belastung im ermittelten Drehzahlbereich für den Zweitakt-Dieselmotor beziehungsweise die Energiever sorgungseinrichtung bereitstellen zu können. Es braucht dem Grunde nach lediglich die Antriebsleistung der Antriebsein richtung entsprechend eingestellt zu werden, sodass die ge wünschte Kennlinie beziehungsweise der gewünschte Verlauf der elektrischen Belastung abhängig von der erfassten Drehzahl realisiert werden kann. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass die zweite rotierende elektrische Maschine nicht unmit telbar mit der Energieversorgungseinrichtung elektrisch ge koppelt ist, sondern über einen Energiewandler, beispielswei se einen Wechselrichter, wenn das Energieversorgungsnetz be ziehungsweise die Energieversorgungseinrichtung eine Gleich spannung bereitstellt oder dergleichen. Die für das erfindungsgemäße Verfahren angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten natürlich auch im gleichen Maß für die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung sowie das mit der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung ausgerüs tete Wasserfahrzeug und umgekehrt. Daher können Verfahrens merkmale auch als Vorrichtungsmerkmale oder umgekehrt formu liert sein.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus dem im Folgen den beschriebenen Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Figuren. In den FIG bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.

Es zeigen:

FIG 1 eine schematische Blockdarstellung eines an einem

Gleichspannungsnetz angeschlossenen Energieversor gungssystem mit einer elektrischen Antriebseinrich tung für das Wasserfahrzeug;

FIG 2 eine schematische Diagrammdarstellung einer Propel lerkurve eines Antriebspropellers des Wasserfahr zeugs gemäß FIG 1, wobei eine Ordinate einer Leis tung beziehungsweise einem Drehmoment eines Zwei- takt-Dieselmotors bei Belastung durch einen An triebspropeller abhängig von der Drehzahl darge stellt ist;

FIG 3 eine schematische Diagrammdarstellung wie FIG 2, bei der nunmehr der Verlauf bei Belastung mit einer im Generatorbetrieb betriebenen Synchronmaschine dargestellt ist; und

FIG 4 eine schematische Diagrammdarstellung wie FIG 2, 3, bei der ein Drehzahlbereich dargestellt ist, inner halb dessen die Belastung eines Propellers mittels einer Energiesenke simuliert ist. FIG 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Wasser fahrzeug 10 mit einer Energieversorgungseinrichtung 12 und einer mit der Energieversorgungseinrichtung 12 elektrisch koppelbaren elektrischen Antriebseinrichtung 14. Die elektri sche Antriebseinrichtung 14 umfasst eine Asynchronmaschine 16, die mechanisch mit einem Antriebspropeller 18 des Wasser fahrzeugs 10 gekoppelt ist.

Die Asynchronmaschine 16 ist in der vorliegenden Ausgestal tung als fünfphasige rotierende elektrische Maschine ausge bildet, deren Läufer unmittelbar mit einer Propellerwelle 48 gekoppelt ist, an deren gegenüberliegenden Ende der Antriebs propeller 18 befestigt ist.

Die Asynchronmaschine 16 weist einen nicht weiter dargestell ten Ständer mit einer entsprechend fünfphasig ausgebildeten Wicklung auf, die an einen entsprechend ausgebildeten Wech selrichter 46 als Energiewandler angeschlossen ist. Der Ener giewandler 46 ist zum Zwecke der Energieversorgung an ein Gleichspannungsnetz 26 angeschlossen, welches der Verteilung von elektrischer Energie dient. An das Gleichspannungsnetz 26 sind ferner Verbraucher angeschlossen, von denen lediglich beispielhaft einer mit dem Bezugszeichen 50 in der FIG 1 dar gestellt ist. Der elektrische Verbraucher 50 kann eine nahezu beliebige elektrische Einrichtung beziehungsweise elektrische Einheit sein, beispielsweise eine Schiffsbeleuchtung, eine elektrische Heizung, eine Klimaanlage und/oder dergleichen.

Sowohl die Asynchronmaschine 16 als auch der Wechselrichter 46 sind kommunikationstechnisch mit einer Steuereinheit 44 gekoppelt, die den bestimmungsgemäßen Betrieb der Antriebs einrichtung 14 überwacht und steuert. Vorliegend liefert die Steuereinheit 44 Steuersignale an den Wechselrichter 46, der mittels Schaltelementen, die in der FIG nicht dargestellt sind, eine entsprechende Energiewandlung vornimmt, sodass die Wicklung der Asynchronmaschine 16 mit elektrischer Energie entsprechend des gewünschten bestimmungsgemäßen Betriebs be aufschlagt werden kann. Zum Zweck der elektrischen Energieversorgung ist das Gleich spannungsnetz 26 an eine Energieversorgungseinrichtung 12 an geschlossen. Die Energieversorgungseinrichtung 12 stellt die elektrische Energie zur Verfügung, die die Antriebseinrich tung 14 sowie die Verbraucher 50 für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb benötigen.

Die Energieversorgungseinrichtung 12 umfasst vorliegend einen Zweitakt-Dieselmotor 20, der elektrische Energie an einer Kurbelwelle 22 des Zweitakt-Dieselmotors 20 bereitstellt . Ferner umfasst die Energieversorgungseinrichtung 12 eine Syn chronmaschine 24 als rotierende elektrische Maschine, die elektrische Energie an einem Maschinenanschluss 40 bereit stellt. Zu diesem Zweck ist die Synchronmaschine 24 als per manenterregte Synchronmaschine ausgebildet. In alternativen Ausgestaltungen kann anstelle der permanenterregten Synchron maschine natürlich auch eine fremderregte Synchronmaschine oder eine andere rotierende elektrische Maschine genutzt wer den .

Die Synchronmaschine 24 weist ferner eine Läuferwelle 42 auf, die mit der Kurbelwelle 22 mechanisch unmittelbar gekoppelt ist. Dadurch wird die von dem Zweitakt-Dieselmotor 20 bereit gestellte mechanische Energie der Synchronmaschine 24 zuge führt, welche die mechanische Energie in elektrische Energie wandelt .

Die Synchronmaschine 24 ist vorliegend als dreiphasige elekt rische Maschine ausgebildet und stellt die elektrische Ener gie als dreiphasiges Wechselspannungsnetz zur Verfügung. Um nun die Synchronmaschine 24 mit dem Gleichspannungsnetz 26 elektrisch zu koppeln, damit die elektrische Energie dem Gleichspannungsnetz 26 zugeführt werden kann, ist die Wick lung der Synchronmaschine 24 über einen Brückengleichrichter 52, der für eine dreiphasige Brückengleichrichtung ausgebil det ist, mit dem Gleichspannungsnetz 26 elektrisch gekoppelt. An der Kurbelwelle 22 ist ferner ein Drehzahlsensor 32 ange schlossen, der seinerseits kommunikationstechnisch mit der Steuereinheit 44 verbunden ist. Ebenfalls sind der Brücken gleichrichter 52, die Synchronmaschine 24 und der Zweitakt- Dieselmotor 20 kommunikationstechnisch mit der Steuereinheit 44 verbunden. Der Brückengleichrichter 52 ist somit am Ma schinenanschluss 40 mit seinem Wechselspannungsanschluss an geschlossen .

FIG 2 zeigt nun in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Diagramm, dessen Abszisse einer Drehzahl n der Kurbelwel le 22 und deren Ordinate einer Leistung P beziehungsweise ei nem Drehmoment Q an der Kurbelwelle 22 zugeordnet ist. In dem Diagramm sind das Drehmoment mit Q, die elektrische Leistung mit P und die Drehzahl mit n bezeichnet. Mit einem Graphen 54 ist ein Leistungsverlauf und mit einem Graphen 56 ein Drehmo mentverlauf dargestellt, und zwar für den Fall, dass der Zweitakt-Dieselmotor 20 mit seiner Kurbelwelle 22 unmittelbar und ausschließlich mit der Propellerwelle 48 verbunden ist.

Zu erkennen ist, dass die Graphen 54, 56 überproportional an steigende Kurvenverläufe haben, die vorliegend etwa quadra tisch bis kubisch sind. Durch diese überproportional mit zu nehmender Drehzahl zunehmenden Belastung kann erreicht wer den, dass der Zweitakt-Dieselmotor 20 in einem bestimmten Ar beitspunkt, und zwar bei einer Soll -Drehzahl 38 (FIG 4), ei nen im Wesentlichen stabilen Arbeitspunkt hat. Daher eignet sich der Zweitakt-Dieselmotor 20 besonders für den unmittel baren Antrieb von Propellerwellen 48.

FIG 3 zeigt in einem Diagramm wie FIG 2 die Verhältnisse, wenn mit dem Zweitakt-Dieselmotor 20 anstelle des Antriebs propellers 18 eine elektrische Maschine, wie die Synchronma schine 24 zum Zweck der Energieversorgung eines Energiever sorgungsnetzes, angetrieben wird. Aus FIG 3 ist ersichtlich, dass mit dem Graphen 54 nunmehr eine im Wesentlichen konstan te Belastung bereitgestellt wird, die durch das Gleichspan nungsnetz 26 realisiert ist. Zu erkennen ist auch, dass mit steigender Drehzahl das mit dem Graphen 56 dargestellte Dreh moment Q abnimmt. Hieraus ergibt sich, dass der Betrieb des Zweitakt-Dieselmotors 20 bei einer derartigen Belastung in stabil ist, sodass es zu dem sehr unerwünschten „Speed

Hunting" kommt.

FIG 4 zeigt nun in einer schematischen Diagrammdarstellung wie die FIG 2 und 3 eine erfindungsgemäße Regelung, mit der der Betrieb des Zweitakt-Dieselmotors 20 stabilisiert werden kann .

Zu diesem Zweck ist die Steuereinheit 44 ausgebildet, eine Soll -Drehzahl 38 für den Zweitakt-Dieselmotor 20 vorzugeben. Die Soll -Drehzahl 38 kann abhängig von einer gewünschten mittleren Leistung und/oder dergleichen vorgegeben sein.

Abhängig von der Soll -Drehzahl 38 und zumindest einem Maschi nenmodell des Zweitakt-Dieselmotors 20 kann die Steuereinheit 44 einen Drehzahlbereich 30 ermitteln, der die Soll -Drehzahl 38 umfasst. Das Maschinenmodell kann dabei spezifische Eigen schaften des Zweitakt-Dieselmotors 20, beispielsweise bewegte Massen, Trägheitsmomente, Treibstoffregelungen, Verbrennungs eigenschaften und/oder dergleichen berücksichtigen.

In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Soll -Drehzahl 38 etwa 80 Umdrehungen pro Minuten ist. Der Drehzahlbereich 30 erstreckt sich vorliegend von einer unte ren Drehzahlgrenze 36, die vorliegend bei etwa 78 Umdrehungen pro Minute liegt, bis zu einer oberen Drehzahlgrenze 34, die vorliegend bei einer Drehzahl von etwa 82 Umdrehungen pro Mi nute liegt.

Mittels des Drehzahlsensors 32 wird die aktuelle Drehzahl der Kurbelwelle 22 des Zweitakt-Dieselmotors 20 erfasst. Die Steuereinheit 44 vergleicht die erfasste Drehzahl mit der Soll -Drehzahl 38. Abhängig von dem Vergleich stellt die Steu ereinheit 44 mittels eines geeigneten Steuersignals eine Energiesenke 28, die vorliegend die Antriebseinrichtung 14 und den Wechselrichter 46 umfasst, entsprechend ein, sodass die Energiesenke 28 in dem ermittelten Drehzahlbereich einge stellt wird. Die Energiesenke 28 ist vorliegend von der Ener gieversorgungseinrichtung 12 umfasst.

Die Energiesenke 28 hat im Drehzahlbereich 30, das heißt, in dem Bereich zwischen der oberen Drehzahlgrenze 34 und der un teren Drehzahlgrenze 36, bei der die elektrische Belastung einen von der erfassten Drehzahl abhängigen Verlauf, sodass die elektrische Belastung zumindest überproportional mit der Drehzahl zunimmt .

Vorliegend ist vorgesehen, dass mittels der Energiesenke 28 als elektrische Belastung ein Lastverhalten des Antriebspro pellers 18 des Wasserfahrzeugs 10 im bestimmungsgemäßen Fähr betrieb simuliert wird. Dies ist mit einem Graphen 58 in FIG 4 dargestellt. Der Graph 58 bezieht sich auf ein Drehmoment. Dem Grunde nach kann aber auch die Leistung in Betracht gezo gen werden. Mit einem Graphen 60 ist eine Bordnetzbelastung, die durch die Verbraucher, wie dem Verbraucher 50 bereitge stellt wird, dargestellt. Die Bordnetzbelastung ist im vor liegenden Fall im Wesentlichen konstant und unabhängig von der Drehzahl. Mit dem Graphen 54 ist die Leistung P darge stellt, die die Bordnetzleistung und die Leistung der An triebseinrichtung 14 umfasst. Auch hier ist die Leistung im Wesentlichen konstant gegenüber der Drehzahl.

Die Leistung ist also gemäß des Graphen 54 außerhalb des Drehzahlbereichs 30 im Wesentlichen konstant. Lediglich in nerhalb des Drehzahlbereichs 30 ist die Leistung variabel, das heißt, sie nimmt mit zunehmender Drehzahl n zu, weshalb natürlich auch das Drehmoment Q innerhalb des Drehzahlbe reichs 30 mit zunehmender Drehzahl n entsprechend zunimmt.

Vorliegend ist ferner vorgesehen, dass der Drehzahlbereich 30 die obere und die untere Drehzahlgrenze 34, 36 umfasst, wobei ein erster Abstand zwischen der unteren Drehzahlgrenze 36 und der Soll -Drehzahl 38 einem zweiten Abstand zwischen der obe- ren Drehzahlgrenze 34 und der Soll -Drehzahl 38 im Wesentli chen entspricht. Die Soll -Drehzahl 38 ist somit im Wesentli chen etwa mittig im Drehzahlbereich 30 angeordnet.

In der vorliegenden Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass der Drehzahlbereich 30 bei variierender Soll -Drehzahl 38 im Wesentlichen mitgeführt wird. Die obere und die untere Dreh zahlgrenze 34, 36 werden also entsprechend mitgeführt, das heißt, ihre Werte in Bezug auf die Drehzahl entsprechend an gepasst. Es braucht der Drehzahlbereich 30 in diesem Fall al so nicht neu ermittelt zu werden. Es reicht also aus, den Drehzahlbereich 30 einmal, beispielsweise bei einer Inbe triebnahme oder auch bei einer Wartung zu ermitteln und fest vorzugeben .

In alternativen Ausgestaltungen kann natürlich auch vorgese hen sein, dass der Drehzahlbereich 30 für eine jeweilige neue Soll -Drehzahl 38 jeweils neu ermittelt wird. Hierdurch können spezifische Eigenschaften bei unterschiedlichen Soll-Dreh zahlen 38 berücksichtigt werden, wenn beispielsweise die Energieversorgungseinrichtung 12, insbesondere der Zweitakt- Dieselmotor 20, von der Soll -Drehzahl 38 abhängige Eigen schaften aufweisen. In diesem Fall kann zum Beispiel auch vorgesehen sein, dass die Abstände zwischen der Soll -Drehzahl 38 und den Drehzahlgrenzen 34, 36 nicht gleich zu sein brau chen. Auch diese können gegebenenfalls variieren.

Durch die dynamische Nachbildung der Propellerlast kann ins besondere in Bezug auf eine bereits vorhandene Maschinenrege lung beispielsweise einer übergeordneten Steuerung, insbeson dere in Bezug auf den Zweitakt-Dieselmotor 20, das gewohnte Verhalten in Bezug auf eine Drehzahlstabilität erreicht wer den. Die Erfindung ist dabei jedoch nicht nur bei der Anwen dung auf Wasserfahrzeuge 10 beschränkt, sondern kann auch zum Beispiel im Bereich von Kraftwerken zum Einsatz kommen.

Die Erfindung kann vorzugsweise durch Nachbildung einer übli chen Propellerkurve in einer Fahrantriebsregelung als Regel - große für einen bereits existierenden Drehzahlregler des Zweitakt-Dieselmotors 20 realisiert sein. Besonders vorteil haft erweist es sich, dass die erfindungsgemäße Verfahrens führung auch durch ein Rechnerprogramm bereitgestellt werden kann, wenn die Steuereinheit beziehungsweise die Steuerein richtung eine entsprechende geeignete Rechnereinrichtung um fasst. Auf diese Weise kann die Erfindung besonders einfach, auch nachträglich, realisiert werden. Das Ausführungsbeispiel dient ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken.




 
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