Beschreibung

Unterseeboot mit einem Propulsionsantrieb mit einem Elektro- ringmotor

Die Erfindung betrifft ein Unterseeboot mit einem Propulsionsantrieb gemäß Patentanspruch 1.

Aktuelle bemannte militärische Unterseeboote (U-Boote) weisen für den Vortrieb üblicherweise als Propulsionsantrieb einen im Unterseeboot angeordneten Elektromotor auf, der über eine Propellerwelle einen in Längsrichtung des Bootes in Verlängerung des Hecks außerhalb der Bootshülle angeordneten Propeller antreibt. Die Propellerwelle muss hierzu im Heck des Un- terseebootes die Hülle des Unterseebootes durchdringen. Die Abdichtung an der Durchdringungsstelle erfolgt dabei üblicherweise mit einer Wellendichtung. Bei manchen Typen von Unterseebooten können auch zwei Propellerwellen im Heck durch die Bootshülle geführt sein und zwei nebeneinander in Längs- richtung des Bootes in Verlängerung des Hecks außerhalb der Bootshülle angeordnete Propeller antreiben (je einen Propeller auf Steuerbord- und Backbordseite) .

Nachteilig bei einem derartigen Propulsionsantrieb ist die relativ große Geräuschabstrahlung des Propellers, die eine Ortbarkeit des Unterseebootes erleichtert. Außerdem kann in großen Tiefen bereits eine kleine Beschädigung an der Wellendichtung zu Problemen für das Unterseeboot führen. Weiterhin kann ein Torpedotreffer oder eine andere Beschädigung im Heck des Unterseebootes bei drehender Propellerwelle dazu führen, dass sich die Welle verbiegt und dadurch das Heck des Unterseebootes in solcher Weise aufreißt, dass es zu einem Totalverlust des Unterseebootes kommt.

Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung ein Unterseeboot mit einem Propulsionsantrieb anzugeben, mit dem die vorgenannten Probleme zumindest teilweise vermieden werden können .

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch ein Unterseeboot mit einem Propulsionsantrieb gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Unterseebootes sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 14. Ein Verfahren zum Betrieb einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Propulsi- onsantriebes ist Gegenstand des Patentanspruchs 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 16 bis 18.

Ein erfindungsgemäßes Unterseeboot weist einen außerhalb der Bootshülle angeordneten Propulsionsantrieb auf, der in Längsrichtung des Unterseebootes in Verlängerung dessen Heck angeordnet ist und ein Gehäuse und einen ersten elektrischen Motor umfasst. Das Gehäuse bildet einen, vorzugsweise düsenför- migen, Kanal für ein Strömen von Wasser durch den Kanal in einer Hauptströmungsrichtung von einem Einlass zu einem Aus- lass des Kanals aus. Der erste elektrische Motor weist einen Rotor auf, der in dem Kanal angeordnet und drehbar in dem Gehäuse gelagert ist, wobei der Rotor ringförmig mit einer Rin- ginnenseite und einer Ringaußenseite ausgebildet ist. Erfindungsgemäß sind an der Ringinnenseite des Rotors Flügel zum Vortrieb des Unterseebootes angeordnet. Ein elektrischer Motor mit einem derartigen ringförmigen Rotor wird in der Fachliteratur häufig als „Elektroringmotor" oder „RIM-Drive" be- zeichnet.

Da der Elektromotor außerhalb der Bootshülle angeordnet ist, müssen nur Kabel für die Stromversorgung des Elektroringmo- tors an wahlfreier Stelle durch die Bootshülle geführt wer- den. Es ist jedoch keine Durchdringung der Bootshülle durch eine sich drehende Propellerwelle nötig. Somit können zum eine keine Probleme an Wellendichtungen entstehen und zum anderen führt ein Torpedotreffer im Heck des Unterseebootes mit geringerer Wahrscheinlichkeit zu einem Totalverlust des Un- terseebootes . Da der Rotor von dem Gehäuse umgeben ist, kann die Geräuschabstrahlung des Rotors und der Propellerflügel für den Vortrieb des Unterseebootes klein gehalten werden. Die Geräuschentwicklung der Propellerflügel ist vor allem

deshalb geringer, da bauartbedingt keine Spitzenwirbel an den Flügelaussenkanten entstehen. Durch die ringförmige Ausbildung des Rotors kann der Strömungsraum für das Wasser besonders widerstandsarm und strömungsgünstig ausgestaltet werden. Da der elektrische Motor außerhalb der Bootshülle angeordnet ist, benötigt er außerdem keinen Platz innerhalb der Bootshülle. Im Falle eines Torpedotreffers im Heck des Unterseebootes stellt der Propulsionsantrieb sogar noch eine Masse dar, die einen Teil der Explosion mit abfängt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Propulsionsantrieb zusätzlich zumindest einen zweiten elektrischen Motor mit einem Rotor, der ebenfalls in dem Kanal angeordnet und drehbar in dem Gehäuse gelagert ist, wobei der Rotor ringförmig mit einer Ringinnenseite und einer Ringaußenseite ausgebildet ist, wobei an der Ringinnenseite des Rotors Flügel angeordnet sind, und wobei der Rotor des ersten elektrischen Motors und der Rotor des zweiten elektrischen Motors in dem Kanal in der Hauptströmungsrichtung des Wassers hintereinander angeordnet sind. Auch der zweite elektrische Motor ist somit als „RIM-Drive" bzw. „Elektroringmotor" ausgebildet. Ein derartiger Propulsionsantrieb ist in hohem Maße redundant und weist eine hohe Ausfallsicherheit auf. Außerdem kann die maximale Antriebsleistung vergrößert werden, ohne den Wirkungsgrad bei Schleichfahrt zu verringern, wodurch die Tauchzeit positiv beeinflusst wird.

Bevorzugt ist der Rotor des zweiten Motors unabhängig von dem Rotor des ersten Motors drehbar, um eine von dem Rotor des ersten Motors verursachte Abströmung des Wassers, die von der Hauptströmungsrichtung abweicht, zumindest teilweise wieder in die Hauptströmungsrichtung umzulenken. Die Rotoren der elektrischen Motoren sind hierzu bevorzugt in zueinander entgegen gesetzter Richtung drehbar in dem Gehäuse gelagert. Der Rotor des in Strömungsrichtung zuerst angeordneten ersten elektrischen Motors kann somit gezielt zur Abgabe eines Drehmomentes an das Wasser zum Vortrieb des Unterseebootes angesteuert werden. Durch den Rotor des zweiten Motors kann der

verlustbehaftete Drall des Abstromes des Rotors des ersten Motors, d.h. Strömungskomponenten des Wassers, die von der Hauptströmungsrichtung abweichen, zumindest teilweise wieder in die Hauptströmungsrichtung umgelenkt und somit in Schub umgewandelt werden. Wenn die Hauptströmungsrichtung in Richtung der Drehachse des Rotors verläuft, kann es sich bei den von der Hauptströmungsrichtung abweichenden Strömungskomponenten beispielsweise um in Bezug auf die Drehachse radiale oder zirkuläre Strömungskomponenten handeln. Durch den zwei- ten Rotor wird somit eine Strömungsumlenkung und ein zumindest teilweiser Momentenausgleich bewirkt. Eine Umlenkung der von der Hauptströmungsrichtung abweichen Strömungskomponenten des Wassers ist dadurch möglich, dass der zweite Rotor einfach stationär festgehalten wird, dass er durch das durch den Kanal strömende Wasser und ggf. zusätzlich elektrisch mit geringem Moment angetrieben wird, oder dass er kontrarotierend elektrisch angetrieben wird.

Durch die Lagerung der Rotoren in dem Gehäuse und den Momen- tenausgleich, der zu einer Reduzierung der Flächenbelastung bei Volllast der an den Rotoren angeordneten Flügel für den Vortrieb des Unterseebootes führt, können von dem Propulsion- santrieb an die Umgebung abgegebene Geräusche besonders gering gehalten und zudem auch die Kavitation an den Flügeln verringert werden. Dies erleichtert außerdem die hydrodynamische Entwurfsaufgäbe .

Durch eine Steuerung des von dem Rotor des zweiten Motors an das Wasser abgegebenen Drehmomentes können von dem Rotor des ersten Motors in dem Abstrom des ersten Rotors erzeugte, von der Hauptströmungsrichtung abweichende Strömungskomponenten gezielt zumindest teilweise wieder in die Hauptströmungsrichtung umgelenkt werden. Die Steuerung kann beispielsweise in Abhängigkeit von den hydrodynamischen Randbedingungen und der konkreten Ausgestaltung des Propulsionsantriebes erfolgen.

Durch einen optimalen Momentenausgleich zwischen den Motoren kann dann die Wasserströmung optimal ausgenutzt werden. Dies erhöht den Wirkungsgrad und somit die Einsatzdauer.

Der Propulsionsantrieb kann grundsätzlich auch mehr als zwei Motoren mit Rotoren umfassen, die in dem Kanal in der Hauptströmungsrichtung des Fluides hintereinander angeordnet sind. Bei einem derartigen Verbund von Motoren können gezielt eini- ge Rotoren zur Drehmomentabgabe und andere zum Momentausgleich vorgesehen und beim Betrieb in entsprechender Weise betrieben werden. Der Propulsionsantrieb kann dabei je nach Leistungsanforderung und/oder fluidischen Rahmenbedingungen modular aus einer Mehrzahl standardisierter Motoreinheiten aufgebaut sein, wobei die Anzahl der Motoreinheiten geradzahlig oder auch ungeradzahlig sein kann.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Drehmomentabgaben der Motoren unabhängig von- einander steuerbar. Hierdurch ist es möglich, den Propulsionsantrieb an unterschiedliche fluidische Rahmenbedingungen anzupassen und gezielt eine gewünschte Betriebsart des Propul- sionsantriebs einzustellen (z.B. schuboptimiert, geschwindig- keitsoptimiert, verbrauchsoptimiert, geräuschoptimiert) .

Von Vorteil umfasst das Unterseeboot eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Drehmomentabgaben der Motoren derart, dass die durch die Motoren abgegebenen Drehmomente in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander stehen. Derartige Drehmo- mentverhältnisse können beispielsweise in Abhängigkeit von den fluidischen Rahmenbedingungen, wie z.B. der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids oder anderer Parameter (wie z.B. der gewünschten Betriebsart) , in Form von Kennlinien in der Steuerungseinrichtung gespeichert sein.

Die Steuerungseinrichtung kann das Verhältnis der Drehmomente durch Steuerung oder Regelung der Stromstärken, mit denen die Motoren beaufschlagt werden, steuern. Zur Steuerung der Drehmomentabgaben kann jeder der Motoren zur Stromzufuhr elekt- risch mit jeweils einem Stromrichter verbunden sein. Mittels eines Stromrichters lässt sich auf einfache und zuverlässige Weise der einer elektrischen Maschine zugeführte Strom und

somit das von der elektrischen Maschine abgegebene Drehmoment steuern .

Bevorzugt ist das Verhältnis der abgegebenen Drehmomente beim Betrieb des Propulsionsantriebs veränderbar. Der Propulsion- santrieb kann somit optimal an die im Betrieb jeweils vorherrschenden fluidischen Rahmenbedingungen oder gewünschte Betriebsart angepasst werden.

Durch die ringförmige Ausbildung des Rotors (der Rotoren) ist es besonders vorteilhaft möglich, bei dem Rotor (den Rotoren) auf eine (zentrale) Welle und dafür notwendige Halterungen zu verzichten, die besonders störend für das durch den Kanal strömende Wasser sind und den Wirkungsgrad des Propulsions- antriebs verringern. Der Motor (die Motoren) ist (sind) deshalb bevorzugt frei von einem Bauteil, das entlang der Drehachse des (ihres jeweiligen) Rotors durch diesen hindurch verläuft. Der Verzicht auf eine zentrale Welle hat auch den Vorteil, dass in den Kanal eintretende Fremdkörper sich nur schlecht verkanten können.

Durch die ringförmige Ausbildung des Rotors (der Rotoren) ist es aber auch möglich, bei dem Rotor (den Rotoren) einen zentralen rotationssymmetrischen Verdrängungskörper vorzusehen, der entlang der Drehachse des (ihres jeweiligen) Rotors durch diesen hindurch verläuft und auf den Nachstrom des Bootes optimiert ist.

Wenn das Gehäuse düsenförmig ausgebildet ist, kann ein beson- ders hoher Wirkungsgrad des Propulsionsantriebes erzielt werden. Durch eine derartige düsenförmige Ausgestaltung kann besonders bei Standschubbedingungen ein höherer Schub als bei einem frei drehenden Propeller erzielt werden, wodurch die Manövrierfähigkeit in engen Gewässern erhöht wird.

Dies gilt besonders, wenn das Gehäuse des Propulsionsantriebes, z.B. mittels einer geeigneten Befestigung, horizontal und/oder vertikal in Bezug auf die Bootshülle beweglich an

der Bootshülle befestigt ist, da der Schubstrom dann in verschiedene Richtungen gelenkt werden kann. Hierdurch können sogar die hinteren Steuerruder an einem Unterseeboot entfallen oder zumindest stark verkleinert werden, was der Wider- standsminimierung und somit der Leistungssteigerung und Geräuschemissionssenkung dient.

üblicherweise läuft bei einem Unterseeboot die Bootshülle an ihrem in Strömungsrichtung gesehen hinteren Ende in einem, zumeist abgerundeten, Heckteil aus, das in der Fachsprache häufig auch als „Heckkegel" bezeichnet wird. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das Unterseeboot genau einen vorstehend beschriebenen Propulsionsantrieb auf, wobei der Heckkegel in Strömungsrichtung vor dem Einlass des Propulsionsantriebs angeordnet ist.

Der Heckkegel ist dabei bevorzugt in einer Linie mit der Drehachse des Rotors bzw. der Rotoren angeordnet, d.h. das Ende des Heckkegels liegt genau auf der Drehachse des Rotors bzw. der Rotoren des Propulsionsantriebs. Der Heckkegel kann aber auch in einem Abstand von dieser Drehachse angeordnet sein, wobei dieser Abstand dann vorzugsweise kleiner ist als der Abstand der Ringinnenseite des Rotors bzw. der Rotoren von der Drehachse, um eine gleichmäßige Anströmung des Pro- pulsionsantriebs zu erzielen.

Der Heckkegel kann sich aber auch in den Propulsionsantrieb hinein oder durch den Propulsionsantrieb hindurch erstrecken, Der Heckkegel ist dann bevorzugt in einer Linie mit der Dreh- achse des Rotors bzw. der Rotoren des Propulsionsantriebs angeordnet. Vorzugsweise ist der Heckkegel dabei achsensymmetrisch ausgebildet, wobei seine Symmetrieachse in einer Linie mit der Drehachse des Rotors bzw. der Rotoren verläuft. Die Enden der Flügel des Rotors bzw. der Rotoren des Propulsion- santriebs können dabei auch drehbar auf dem Heckkegel gelagert sein, wodurch die Stabilität und damit die Leistungsabgabe des Propulsionsantriebs vergrößert werden kann. Alternativ können die Enden der Flügel auch fest an dem Heckkegel

befestigt und der Heckkegel dafür drehbar an der Bootshülle befestigt sein.

Die Größe des Propulsionsantriebs, dessen Anordnung am Heck- kegel und die Form des Hecks des U-Bootes, insbesondere die Form des Heckkegels, sind dabei vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt, dass sich eine gleichmäßige Anströmung des Propulsionsantriebs ergibt, wodurch ein guter Wirkungsgrad des Propulsionsantriebs erzielt und gleichzeitig Kavitation und unerwünschte Geräusche vermieden werden können. Eine derartige Systemoptimierung ist für einen Fachmann der Hydrodynamik ohne größere Schwierigkeiten möglich.

Grundsätzlich kann ein Unterseeboot natürlich auch genau zwei vorstehend geschilderte Propulsionsantriebe aufweisen, die beispielsweise nebeneinander in Längsrichtung des Unterseebootes in Verlängerung des Hecks außerhalb der Bootshülle angeordnet sind (z.B. je einer auf Steuerbord- und Backbordseite) .

Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb eines vorstehend beschriebenen Propulsionsantriebs mit zwei elektrischen Motoren zeichnet sich dadurch aus, dass eine von dem Rotor des ersten Motors verursachte Abströmung des Wassers, die von der Hauptströmungsrichtung abweicht, von dem Rotor des zweiten Motors zumindest teilweise wieder in die Hauptströmungsrichtung umgelenkt wird.

Hierbei bieten sich folgende besonders vorteilhaften Be- triebsmodi an: a) Der Rotor des ersten Motors wird elektrisch angetrieben und der Rotor des zweiten Motors wird stationär festgehalten. Diese Betriebsart bietet sich vorzugsweise für eine Schleichfahrt des Unterseebootes an. b) Der Rotor des ersten Motors wird elektrisch angetrieben und der Rotor des zweiten Motors wird ganz oder zumindest im Wesentlichen durch das durch den Kanal strömende Wasser angetrieben. Der Rotor des zweiten Motors kann dann die

Funktion eines Grimschen Leitrades übernehmen, das von der Hauptströmungsrichtung abweichende und somit verlustbehaftete Strömungskomponenten des Abstromes des ersten Rotors zumindest teilweise wieder in die Hauptströmungsrichtung umlenkt. Diese Betriebsart bietet sich vorzugsweise für eine Marschfahrt des Unterseebootes an. Falls notwendig wird diese Bewegung noch durch ein geringes Moment, welches durch den zweiten Motor aufgebracht wird, unterstützt, z.B. wenn der zweite Rotor mit seinen Flügeln nicht wie ein Grimsches Leitrad ausgelegt ist. c) Die Rotoren beider Motoren werden elektrisch angetrieben, wobei die beiden Rotoren kontrarotieren. Diese Betriebsart ist besonders vorteilhaft für eine Fahrt mit hoher Geschwindigkeit und/oder bei großer Wassertiefe, da hier ei- ne deutliche Wirkungsgradsteigerung (ca . 3%) zu erwarten ist.

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

FIG 1 ein Unterseeboot mit einem Propulsionsantrieb mit einem einzigen Elektroringmotor, FIG 2 einen Teillängsschnitt durch den Propulsionsantrieb von FIG 1,

FIG 3 ein Unterseeboot mit einem Propulsionsantrieb mit zwei Elektroringmotoren,

FIG 4 einen Teillängsschnitt durch den Propulsionsantrieb von FIG 3,

FIG 5 eine Prinzipdarstellung des Propulsionsantriebs von

FIG 3 und FIG 4 und der Komponenten zu Steuerung ihrer Drehmomentabgäbe ,

FIG 6 einen Propulsionsantrieb mit einem Rotor mit einer zu- sätzlichen Lagerung auf dem Heckkegel,

FIG 7 einen Propulsionsantrieb mit zwei Rotoren mit einer zusätzlichen Lagerung auf dem Heckkegel.

FIG 1 zeigt in einer prinzipiellen Darstellung ein bemanntes militärisches Unterseeboot 100 mit einer Bootshülle 101 und einem am Heck 102 des Unterseebootes 100 angeordneten Propul- sionsantrieb 1. Der Propulsionsantrieb 1 stellt dabei den Hauptpropulsionsantrieb des Unterseebootes dar. Der Propulsionsantrieb 1 ist in Längsrichtung des Unterseebootes 100 in Verlängerung des Hecks außerhalb der Bootshülle 101 angeordnet. Die Befestigung des Propulsionsantriebs 1 an der Bootshülle 101 erfolgt mittels Halterungen 103. Grundsätzlich kann ein Unterseeboot als Hauptpropulsionsantrieb auch zwei oder mehr derartige Propulsionsantriebe 1 aufweisen, die nebeneinander in Längsrichtung des Unterseebootes 100 in Verlängerung des Hecks 102 außerhalb der Bootshülle 101 angeordnet sind (z.B. je einer auf Steuerbord- und Backbordseite)

Wie im Detail in FIG 2 dargestellt, weist der Hauptpropulsionsantrieb 1 ein düsenförmig ausgebildetes Gehäuse 2 auf, das einen rohrförmigen Kanal 3 für ein Strömen von Wasser durch den Kanal 3 in einer Hauptströmungsrichtung 5 von einem Einlass 4 zu einem Auslass 6 des Kanals 3 ausbildet.

Der Propulsionsantrieb 1 umfasst einen elektrischer Motor 10 mit einem Rotor 20, der in dem Kanal 3 angeordnet und um eine Drehachse 25 drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert ist, wobei der Rotor 20 als Hohlzylinder und somit ringförmig mit einer Ringinnenseite 21 und einer Ringaußenseite 22 ausgebildet ist. An der Ringinnenseite 21 des Rotors 20 sind in Umfangsrich- tung gleichmäßig verteilt Flügel 23 zum Vortrieb des Unterseebootes 100 angeordnet. Unter der Ringaußenseite 22 wird hierbei die Seite des Rotors 20 verstanden, die durch die radial äußere Begrenzungsfläche des Rotors 20 definiert ist und unter der Ringinnenseite 21 wird die Seite des Rotors 20 verstanden, die durch die radial innere Begrenzungsfläche des Rotors 20 definiert ist. Die Hauptströmungsrichtung 5 ver- läuft hierbei in Richtung der Drehachse 25 des Rotors 20.

Der Rotor 20 ist an seiner Ringaußenseite 22 mittels Lager 24 um die Drehachse 25 drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert. Die

Lagerung kann jedoch grundsätzlich auch mittels Lager auf der Ringinnenseite 21 oder an einer oder beiden Stirnseiten des ringförmigen Rotors 20 erfolgen.

Die nach innen in Richtung zur Drehachse 25 gerichtet an der Ringinnenseite 21 des Rotors 20 angeordneten Flügel 23 rotieren mit dem Rotor 20 mit und sind vorzugsweise in standardisierten Befestigungsvorrichtungen lösbar an dem Rotor 20 befestigt, um sie auswechseln zu können. Die Flügel 23 können hierbei beispielsweise eine axiale, halbaxiale oder radiale

Form aufweisen. Der Rotor 20 bildet mit den daran befestigten Flügeln 23 somit einen Impeller aus. Auf der Ringaußenseite 22 des Rotors 20 ist ein Erregersystem 26 angeordnet. Hierbei kann es sich um eine Anordnung von Permanentmagneten oder um ein Wicklungssystem handeln, das in Umfangsrichtung des Rotors 20 verteilt auf dessen Ringaußenseite 22 angeordnet ist.

Der Motor 10 umfasst weiterhin einen Stator 30 mit einem sta- torseitigen Erregersystem 31, wobei der Stator 30 ringförmig derart um den Rotor 20 angeordnet ist, dass das statorseitige Erregersystem 31 und das rotorseitige Erregersystem 26 elektromagnetisch zusammenwirken, so dass der Stator 30 mit dem Rotor 20 den elektrischen Motor 10 bildet. Ein derartiger elektrischer Motor 10 mit einem ringförmigen Rotor 20 wird in der Fachliteratur häufig als „RIM-Drive" oder als „Elektro- ringmotor" bezeichnet.

Die Kabel für die Stromzuführung zu dem Motor 10 sowie Signalleitungen für die Steuerung und Regelung sowie überwachung des Motors 10 können beispielsweise in den Halterungen 103 verlaufen .

Der Propulsionsantrieb 1 ist besonders widerstandsarm für das durch den Kanal 3 strömende Wasser ausgeführt. Hierzu ist der Motor 10 frei von einem Bauteil, das entlang der Drehachse 25 seines Rotors 20 durch diesen hindurch verläuft. Außerdem ist der Stator 30 in das Gehäuse 2 integriert. Weiterhin ist der ringförmige Rotor 20 derart ausgebildet, dass der Durchmesser

der Ringinnenseite 21 dem Durchmesser des Kanals 3 unmittelbar vor dem Rotor 20 entspricht. Der ringförmige Rotor 20 ist hierzu in dem Gehäuse 2 versenkt angeordnet bzw. bildet mit seiner Ringinnenseite 21 die äußere Begrenzungsfläche des Ka- nals 3 im Bereich des Rotors 20, wobei diese äußere Begrenzungsfläche mit der angrenzenden, von dem Gehäuse 2 gebildeten äußeren Begrenzungsfläche fluchtet. Der ringförmige Rotor 20 selbst stellt somit keinen über die Wandreibung hinausgehenden Strömungswiderstand für das Wasser dar.

Ein in FIG 3 dargestelltes Unterseeboot 100 unterscheidet sich von dem in FIG 1 dargestellten Unterseeboot dadurch, dass es einen Propulsionsantrieb 40 aufweist, der statt nur eines einzigen Motors 10 nun zwei Motoren 10, 11 umfasst.

Wie hierzu im Detail in FIG 4 dargestellt, umfasst jeder der Motoren 10, 11 jeweils einen Rotor 20, der als Hohlzylinder und somit ringförmig mit einer Ringinnenseite 21 und einer Ringaußenseite 22 ausgebildet ist und bei dem an der Ringin- nenseite 21 Flügel 23 angeordnet sind.

Die Rotoren 20 der zwei Motoren 10, 11 sind in dem Kanal 3 in Strömungsrichtung des Fluids koaxial hintereinander angeordnet und mit ihrer jeweiligen Ringaußenseite 22 mittels Lager 24 voneinander unabhängig in gleicher und zueinander entgegen gesetzter Richtung um eine gemeinsame Drehachse 25 drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert. Die Hauptströmungsrichtung 5 verläuft hierbei in Richtung der Drehachsen 25 der Rotoren 20. Die Motoren 10, 11 sind frei von einem Bauteil, das entlang der Drehachse 25 ihrer jeweiligen Rotoren 20 durch diese hindurch verläuft .

Bei beiden Motoren 10, 11 ist auf der Ringaußenseite 22 der Rotoren 20 jeweils ein Erregersystem 26 angeordnet, bei dem es sich beispielsweise um eine Anordnung von Permanentmagneten oder um ein Wicklungssystem handeln, das in Umfangsrich- tung des Rotors 20 verteilt auf der Ringaußenseite 22 angeordnet ist.

Beide Motoren 10, 11 umfassen jeweils einen Stator 30 mit einem statorseitigen Erregersystem 31, wobei der Stator 30 ringförmig derart um den Rotor 20 angeordnet ist, dass das statorseitige Erregersystem 31 und das rotorseitige Erreger- System 26 elektromagnetisch zusammenwirken, so dass der Stator 30 mit dem Rotor 20 den elektrischen Motor 10 bzw. 11 bildet.

Der Rotor 20 des zweiten Motors 11 ist unabhängig von dem Ro- tor 20 des ersten Motors 10 drehbar, um eine von dem Rotor 20 des ersten Motors 10 verursachte Abströmung des Wassers, die von der Hauptströmungsrichtung 5 abweicht, zumindest teilweise wieder in die Hauptströmungsrichtung 5 umzulenken.

Der Rotor 20 des in Strömungsrichtung zuerst angeordneten ersten elektrischen Motors 10 kann somit gezielt zur Abgabe eines Drehmomentes an das Wasser zum Vortrieb des Unterseebootes 100 angesteuert werden. Durch den Rotor 20 des zweiten Motors 11 kann der verlustbehaftete Drall des Abstromes des Rotors 20 des ersten Motors 10, d.h. Strömungskomponenten des Wassers, die von der Hauptströmungsrichtung 5 abweichen, zumindest teilweise wieder in die Hauptströmungsrichtung 5 umgelenkt und somit in Schub umgewandelt werden.

Durch den Rotor 20 des zweiten Motors 11 wird somit eine

Strömungsumlenkung und ein zumindest teilweiser Momentenausgleich bewirkt. Eine Umlenkung der von der Hauptströmungsrichtung 5 abweichenden Strömungskomponenten des Wassers ist beispielsweise dadurch möglich, dass der Rotor 20 des zweiten Motors 11 stationär festgehalten bzw. fest arretiert wird oder dass er durch das durch den Kanal 3 strömende Wasser angetrieben wird oder dass er in entgegen gesetzter Richtung wie der Rotor 20 des ersten Motors 10 elektrisch angetrieben wird, d.h. dass die beiden Rotoren 20 kontrarotieren.

Wie FIG 5 für den Fall des Propulsionsantriebs 40 von FIG 3 und FIG 4 zeigt, dient im Fall, dass dieser zwei Motoren 10, 11 umfasst, eine Steuerungseinrichtung 51 zur Steuerung der

Drehmomentabgaben der Motoren 10, 11 derart, dass die durch die Motoren 10, 11 abgegebenen Drehmomente in einem, insbesondere durch die Wasserdynamik, vorgegebenen Verhältnis zueinander stehen.

Zur Steuerung der Drehmomentabgaben ist jeder der Motoren 10, 11 elektrisch mit jeweils einem Stromrichter 52 verbunden. Bei Motorbetrieb wird jeder der Motoren 10, 11 über den jeweiligen Stromrichter 52 von einer Energiequelle 53, z.B. ei- nem Stromgenerator oder einer Brennstoffzellenanlage, oder einem Energiespeicher 54, z.B. einer Batterie, mit elektrischem Strom gespeist.

Die Steuerungseinrichtung 51 steuert die Drehmomente der Mo- toren 10, 11 und somit auch das Verhältnis der Drehmomente der beiden Motoren 10, 11 durch Steuerung der Stromstärken, mit denen die Motoren 10, 11 beaufschlagt werden. Die Steuerungseinrichtung 51 erfasst diese Stromstärken über Signalleitungen 55 und steuert die Stromrichter 52 über Steuerlei- tungen 56.

Das Verhältnis der durch die Motoren 10, 11 abgegebenen Drehmomente ist somit beim Betrieb des Propulsionsantriebs veränderbar. Hierdurch kann das Verhältnis an die fluidischen Rah- menbedingungen und andere Betriebsparameter, wie z.B. eine gewünschte Betriebsart des Propulsionsantriebs 40 (z.B. schuboptimiert, geschwindigkeitsoptimiert, verbrauchsoptimiert, geräuschoptimiert) , angepasst und ein gewünschter Betriebspunkt des Propulsionsantriebs 40 eingestellt werden. Zur Bestimmung des Drehmomentverhältnisses sind in der Steuerungseinrichtung 51 Kennlinien oder Datensätze hinterlegt, die die Abhängigkeit des Drehmomentverhältnisses von den fluidischen Rahmenbedingungen und den Betriebsparametern (z.B. gewünschte Betriebsart) beschreiben.

Eine weitere Anpassung der Maschine an geänderte fluidische Rahmenbedingungen ist dadurch möglich, dass die Steigung der Flügel 23 veränderbar ist.

Das Gehäuse 2 des Propulsionsantriebes 1, 40 kann auch, z.B. mittels einer geeigneten, ggf. kardanischen, Befestigung, horizontal und/oder vertikal in Bezug auf die Bootshülle 101 beweglich an der Bootshülle 101 befestigt sein. Der Schub- ström des Propulsionsantriebes 1, 40 kann dann in verschiedene Richtungen gelenkt werden, wodurch die Manövrierfähigkeit des Unterseebootes verbessert werden kann.

Der Propulsionsantrieb 40 mit zwei elektrischen Motoren 10, 11 von FIG 3 - 5 wird bevorzugt derart betrieben, dass eine von dem Rotor 20 des ersten Motors 10 verursachte Abströmung des Wassers, die von der Hauptströmungsrichtung 5 abweicht, von dem Rotor 20 des zweiten Motors 11 zumindest teilweise wieder in die Hauptströmungsrichtung 5 umgelenkt wird. Hierzu stehen die folgenden drei Betriebsmodi zur Verfügung:

Für eine Schleichfahrt des Unterseebootes wird nur der Rotor 20 des ersten Motors 10 elektrisch angetrieben. Der Rotor 20 des zweiten Motors 11 wird dagegen, z.B. mittels einer nicht näher dargestellten Bremse, stationär festgehalten bzw. fest arretiert .

Für eine Marschfahrt des Unterseebootes wird ebenfalls nur der Rotor 20 des ersten Motors 10 elektrisch angetrieben. Der Rotor 20 des zweiten Motors 11 ist dagegen frei drehbar und wird ganz oder zumindest im Wesentlichen durch das durch den Kanal 3 strömende Wasser angetrieben. Der Rotor 20 des zweiten Motors 11 kann bei entsprechender Auslegung der Flügel 23 dann die Funktion eines Grimschen Leitrades übernehmen, das von der Hauptströmungsrichtung 5 abweichende und somit verlustbehaftete Strömungskomponenten des Abstromes des Rotors 20 des ersten Motors 10 zumindest teilweise wieder in die Hauptströmungsrichtung 5 umlenkt. Alternativ kann der Rotor 20 des zweiten Motors 11 auch abhängig von der hydrodynami- sehen Auslegung des zweiten Propellers wie oben beschrieben festgehalten werden oder durch den Motor 11 kontrarotierend angetrieben werden.

Bei einer Fahrt mit hoher Geschwindigkeit und/oder bei großer Wassertiefe werden die Rotoren 20 der beiden Motoren 10, 11 elektrisch in entgegen gesetzter Richtung angetrieben, so dass sie kontrarotieren und durch die Kontrarotation einen gewünschten Momentenausgleich bewirken.

Durch ein derartiges Fahrtregime wird die Stromabnahme von der Batterie oder der Brennstoffzelle optimal eingestellt und somit der Energieverbrauch minimiert, wodurch die Fahrt- oder Tauchzeit des Unterseebootes verlängert werden kann. Gleichzeitig wird die hydrodynamische Entwurfsaufgäbe mit weniger Kompromissen belastet, da die Flächenbelastung der Propeller für Höchstfahrt durch den Einsatz von 2 Propellern verringert wird. Gleichzeitig wird der Wirkungsgrad der Propulsion ver- bessert.

Bei dem in FIG 1 und FIG 3 gezeigten Unterseeboot 100 läuft die Bootshülle 101 an ihrem in Strömungsrichtung gesehen hinteren Ende in einem abgerundeten Heckteil 104 aus, das in der Fachsprache häufig auch als „Heckkegel" bezeichnet wird. Das Unterseeboot 100 weist genau einen Propulsionsantrieb 1 bzw. 40 auf, der derart am Heck 102 des Unterseebootes 100 angeordnet ist, dass sich dieser Heckkegel 104 bis in den Einlass 4 des Propulsionsantriebs 1 bzw. 40 hinein erstreckt.

Die Größe des Propulsionsantriebs, dessen Anordnung am Heckkegel 104 und die Form des Hecks 102 des Unterseebootes 100, insbesondere die Form des Heckkegels 104, sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass sich eine gleichmäßige Anströ- mung des Propulsionsantriebs ergibt, wodurch ein guter Wirkungsgrad des Propulsionsantriebs erzielt und gleichzeitig Kavitation und unerwünschte Geräusche vermieden werden können .

Der Heckkegel 104 ist dabei in einer Linie zu der Drehachse 25 des Rotors 20 bzw. der Rotoren 20 des Propulsionsantriebs 1 bzw. 40 angeordnet. Der Heckkegel 104 ist hierbei achsensymmetrisch ausgebildet, wobei seine Symmetrieachse in einer

Linie mit der Drehachse 25 des Rotors 20 bzw. der Rotoren 20 verläuft .

Der Heckkegel 104 kann sich aber auch durch den Propulsion- santrieb 1 bzw. 40 hindurch erstrecken.

FIG 6 zeigt hierzu den Propulsionsantrieb 1 von FIG 2, wobei der Rotor 20 aber nicht nur mittels der Lager 24 drehbar in dem Gehäuse 2, sondern zusätzlich auch noch über die Enden der Flügel 23 mittels Lager 105 drehbar auf dem Heckkegel 104 gelagert ist. Hierdurch kann die Stabilität und damit die Leistungsabgabe des Propulsionsantriebs 1 vergrößert werden kann .

FIG 7 zeigt eine entsprechende Ausführung für den Fall des Propulsionsantriebs 40 von FIG 4.