Die Erfindung betrifft einen Wellengenerator zur generatorischen Leistungserzeugung und/oder motorischen Leistungsbereitstellung, insbesondere zur Anwendung in Schiffen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , sowie ein Energieerzeugungs- und/oder Antrieb ssystem mit einem Wellengenerator und einer Antrieb seinheit mit einer Welle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14 und ein entsprechendes Schiff nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 15.

Aus dem Stand der Technik sind elektromagnetisch betriebene Wellengeneratoren zur generatorischen Leistungserzeugung und/oder motorischen Leistungsbereitstellung grundsätzlich bekannt. So werden Wellengeneratoren im Schifffahrtsbereich beispielsweise zum Power Take In (PTI) und Power Take Off (PTO) eingesetzt, d. h. j e nach geforderter Leistung entweder motorisch (PTI) oder generatorisch (PTO) betrieben. Im PTI- Modus können vorzugswei se Aggregate zur Bereitstellung einer (elektrischen) Energie für das Bordsystem des Schiffes betrieben werden. Eine zusätzliche mechanische Lei stung zum Antrieb des Schiffes wird in diesem Modus durch den Wellengenerator, der sodann al s Wellenmotor fungiert, unmittelbar an der Propellerwelle bereitgestellt. Dies ermöglicht b spw. einen elektrifizierten Boost-Betrieb beim Einfahren eines Schiffes in einen Hafen oder beim Manövrieren des Schiffes im Hafen, ohne dass die Verbrennungsleistung der Hauptmaschine erhöht werden muss. Im PTO-Modus können hingegen vorzugsweise die Aggregate des Schiffes (die zumeist mit Dieselöl befeuert werden) abgeschaltet sein. Eine elektrische Energie, die zum Betreiben des Bordsystems nötig ist, kann dann mittels des Wellengenerators und ggf. mittels Abwärmerückgewinnung aus der Hauptmaschine emissionsfrei bereitgestellt werden. Die Hauptmaschine zum Antrieb des Schiffes verbrennt dabei Schweröl, welches billiger ist als das Dieselöl, welches in den Aggregaten eingesetzt wird. Der Einsatz eines derartigen Wellengenerators im PTI- und/oder PTO-Modus hat den Vorteil, dass hierdurch im Vergleich zu einem rein Verbrennungsmotor-betriebenen Schiff bedeutsame Emissionseinsparungen erzielt werden können, die sich positiv auf die Umweltbilanz des j eweiligen Schiffes auswirken.

Mittels der Wellengeneratoren wird also beispielsweise eine Antrieb senergie unmittelbar oder mittelbar (d. h. über ein zwischengeschaltetes Getriebe) von einer Propellerwelle eines Schiffspropellers oder von einer Hauptmaschine (bspw. einem Dieselmotor) des Schiffes elektromagnetisch abgegriffen und zur Energieerzeugung verwendet (PTO- Modus). Insbesondere ist es dabei bekannt, dass Wellengeneratoren direkt in einen Wellenstrang der Propellerwelle eingebunden bzw. in diesen integriert sind, so dass die Rotorwelle des Wellengenerators mit der Propellerwelle übereinstimmt, mit anderen Worten also der Rotor des Wellengenerators einstückig und unmittelbar auf der Propellerwelle angeordnet ist. Aufgrund der oftmals großen Dimensionierung einer Propellerwelle, bspw. in der Größenordnung von 40 Metern und mehr, muss ein Rotor vor dem Einbau der Propellerwelle in ein betreffendes Schiff bereits im Zuge der Herstellung der Welle mit dieser verbunden werden, um den Rotor derart auf der Propellerwelle anzuordnen. Ein Nachteil dieser Bauart ist darin zu sehen, dass ein Nachrüsten bestehender Schiffe, die noch keinen Wellengenerator aufweisen, nicht möglich ist, da es aufgrund konstruktiver Gegebenheiten und großer Dimensionierungen der Bauteile unmöglich ist, eine Propellerwelle nachträglich nochmals auf dem Schiff aufzubauen. Somit können bestehende Schiffe nicht mit einer hinreichenden Flexibilität nachgerüstet werden.

Zur zumindest ansatzweisen Lösung dieses Nachteils können Wellengeneratoren bspw. auch über ein Getriebe mit der Propellerwelle eines Schiffes indirekt bzw. mittelbar gekoppelt werden, wobei in einem derartigen Fall die Rotorwelle des Wellengenerators über eine oder mehrere Getriebestufen mit der Propellerwelle in Eingriff steht. Dieser Lösungsansatz hat allerdings wiederum den Nachteil, dass zusätzlicher Bauraum für ein Vorsehen eines Getriebes oder Ähnlichem bereitgestellt werden muss, und somit der Wellengenerator nicht kompakt gestaltet werden kann.

Insbesondere aufgrund des immer stärker werdenden globalen Druckes in sämtlichen Industriesektoren, Emissionen durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe (wie bspw. Schweröl und Dieselöl) weitestgehend zu minimieren, ist es für die Schifffahrt als Motor des Welthandels wünschenswert, eine Möglichkeit eines emi ssionseinsparenden Betriebes mittels eines Wellengenerators auch als nachrüstbare Lösung bereitzustellen, um so zum einen eine maximale Nutzungsdauer der bestehenden Schiffe ausnutzen zu können und zum anderen geforderten Emi ssionsschutzzielen nachzukommen.

Ein weiterer Nachteil bestehender Wellengeneratoren ergibt sich dadurch, dass ein Wellengenerator im Auftreten eines Fehlerfalles eine Brandgefahr hervorrufen kann oder zumindest einen ungewünschten Bremsfall des Schiffes verursachen kann. So ist es b spw. bei einem Kurzschluss in einer der Statorwicklungen möglich, dass bei sich weiterdrehender Propellerwelle ein resultierender Kurzschlussstrom durch eine Isolierung der Statorwicklungen durchschlägt und/oder in weitere elektrische und/oder elektronische Komponenten des Wellengenerators übergreift und dort eine Brandgefahr verursacht. Ebenfalls ist es möglich, dass durch einen Defekt im Stator und/oder Rotor des Wellengenerators ein ungewünschtes Bremsmoment auf die Propellerwelle ausgeübt wird. Die genannten Fehlerfälle gilt es grundsätzlich zu vermeiden, da ein Brand ursächlich für eine Schiffshavarie sein kann und ein ungewünschter Bremsfall weitere Nachteile nach sich ziehen kann. Ferner sind solche Fehlerfälle bestehender Wellengeneratoren grundsätzlich nur durch ein Abschalten der Hauptmaschine und ein nachträgliches Warten des Wellengenerators lösbar, wodurch allerdings das betreffende Schiff manövrierunfähig ist, was es insbesondere auf hoher See zu vermeiden gilt.

Aufgrund des Vorgenannten besteht ein Bedarf, einen Wellengenerator derart weiterzuentwickeln, dass ein flexibler, kostengünstiger, einfacher und/oder bauraumsparender Einbau eines solchen sowie ein sicherer Betrieb möglich ist und insbesondere die Möglichkeit einer Nachrüstbar- keit bereitgestellt werden kann. Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Wellengenerator und ein Energieerzeugungs- und/oder Antriebssystem mit einem Wellengenerator und einer Antriebseinheit mit einer Welle bereitzustellen, um die oben genannten Schwierigkeiten zu überwinden und um vor allem den sicheren Betrieb bei kleinstmöglichem Platzbedarf zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird auf überraschend einfache und wirkungsvolle Weise durch einen Wellengenerator nach der Lehre des unabhängigen Patentanspruchs 1 , ein Energieerzeugungs- und/oder Antriebssystem mit einem Wellengenerator und einer Antrieb seinheit mit einer Welle nach der Lehre des unabhängigen Patentanspruchs 14, sowie ein entsprechendes Schiff nach der Lehre des unabhängigen Patentanspruchs 15 gelöst.

Erfindungsgemäß ist ein Wellengenerator zur generatorischen Leistungserzeugung und/oder motorischen Leistungsbereitstellung vorgeschlagen, der einen Stator und einen Rotor umfasst, wobei der Rotor dazu ausgebildet ist, um eine Welle einer Antrieb seinheit, insbesondere lagerfrei, angeordnet zu werden, und der Stator dazu ausgebildet ist, um den Rotor angeordnet zu werden. Der erfindungsgemäße Wellengenerator ist dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest zwei Frequenzumrichter umfasst, der Stator in zumindest zwei Statorsegmente trennbar bzw. teilbar ist und j edem der zumindest zwei Statorsegmente einer der zumindest zwei Frequenzumrichter zugeordnet ist.

Der erfindungsgemäße Wellengenerator beruht auf dem Grundgedanken, dass mittels der Trennbarkeit bzw. Teilbarkeit des Stators in zumindest zwei Statorsegmente ein Nachrüsten (Retro-Fit) bestehender Anwendungen, die noch keinen Wellengenerator aufweisen, möglich ist. So ist es bspw. möglich, in ein Schiff ohne Wellengenerator den erfindungsgemäßen Wellengenerator nachträglich einzubauen, ohne dass eine Modifikation des sonstigen Antriebsstranges erforderlich ist. Eine besonders effiziente und schnelle Installation des Wellengenerators ist so gewährleistet. Auch wird die Flexibilität des Einbaus entscheidend erhöht. All dies war bislang mit konventionellen Wellengeneratoren nicht möglich. Ebenfalls zeichnet sich der erfindungsgemäße Wellengenerator dadurch aus, dass er unmittelbar, d. h. vorzugsweise ohne ein Zwischenschalten eines Getriebes, mit einer Welle einer Antrieb seinheit verbindbar ist, so dass ein besonders bauraumsparendes und kompaktes Design ermöglicht wird, das auch nachträglich integrierbar ist.

Ebenfall s weist der erfindungsgemäße Wellengenerator den Vorteil auf, dass im Fehlerfall eine einfache und schnelle Beseitigung des fehlerbehafteten Bauteil s, z. B . eines Kurz- oder Windungsschlusses in einem der Statorsegmente, durch deren möglichst einzelne Trennbarkeit möglich ist. Hierdurch kann ein besonders sicherer Betrieb des Wellengenerators ermöglicht werden. Besonders bevorzugt sind die zumindest zwei Statorsegmente reversibel trennbar ausgeführt und können so im Fehlerfall manuell und/oder (teil-) automatisch geöffnet bzw. getrennt werden. Vorteilhaft erscheint es, wenn die zumindest zwei Statorsegmente im Fehlerfall automatisch voneinander getrennt werden, so dass eine unmittelbare Reaktion zur Vermeidung von Folgeschäden möglich ist. Dies kann bspw. über eine Robotersteuerung erfolgen. Besonders bevorzugt können die zumindest zwei Statorsegmente nach dem Öffnen bzw. Trennen j eweils einzeln relativ zu dem Rotor verschoben werden, um so von dem Rotor entkoppelt zu werden. Somit ist eine sofortige Beseitigung eines Fehlerfalles bzw. Störfalles (z. B . ein unerwünschtes Blockieren) möglich. Durch die j eweils einzelne Trennbarkeit der zumindest zwei Statorsegmente ist es möglich, auch nach dem Auftreten eines Fehlerfalles in einem der Statorsegmente den Betrieb des Wellengenerators in Teillast, d. h. mit dem verbleibenden Statorsegment, weiterzuführen. Auch ein Ersetzen eines fehlerhaften Statorsegments ist nachträglich möglich, so dass der Wellengenerator besonders langlebig ist. Zudem ist durch die Teilbarkeit des Stators in die zumindest zwei Statorsegmente eine Reduzierung von Kurzschlussströmen und/oder unerwünschten Bremsmomenten möglich, da das fehlerbehaftete Bauteil (bzw. Statorsegment) einzeln entfernt werden kann. Der Störfall ist sodann beendet, ohne dass hierfür die Antriebseinheit abgeschaltet werden muss. Mit anderen Worten erhöhen die zumindest zwei Statorsegmente die Redundanz des erfindungsgemäßen Wellengenerators. Die zumindest zwei Statorsegmente können vorzugsweise nämlich als voneinander getrennte elektrische Systeme betrieben werden. Durch die Teilbarkeit der zumindest zwei Statorsegmente sind diese vorzugsweise sowohl parallel zueinander also auch unabhängig voneinander betreibbar. Im Fehlerfall kann der Betrieb des Wellengenerators in Teillast aufrechterhalten werden. Gleichzeitig können durch das Entfernen eines fehlerbehafteten Segmentes die Fehlströme und/oder ein fehlerbasiertes Bremsmoment anteilig reduziert werden.

Besonders vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Wellengenerator ist auch, dass der Rotor vorzugsweise lagerfrei, d. h. ohne eine eigene Lagerung, um eine beliebige Welle einer Antriebseinheit platziert bzw. angeordnet werden kann. Gegenüber dem Stand der Technik, in dem der Rotor zumei st aufwendig mittels einer eigenen Lagerung um die Welle herum angeordnet werden muss, hat diese Ausführung insbesondere den Vorteil, dass der Rotor nahezu wartungsfrei betrieben werden kann. Es ist also keine Wartung einer bestehenden Lagerung erforderlich.

Ebenfalls zeichnet sich der erfindungsgemäße Wellengenerator durch eine schnelle Reaktionszeit im Bereich von einer bis wenigen Millisekunden sowie einen hocheffizienten Wirkungsgrad von > 98 % aus. Als ein Gesamtwirkungsgrad, d. h. ein Wirkungsgrad ausgehend von der bereitgestellten mechanischen Wellenenergie bis zur Energiekonversion zu elektrischer Energie an einem Ausgang des j eweiligen Frequenzumrichters, kann eine Größenordnung von > 95 % angegeben werden.

Durch den erfindungsgemäßen Wellengenerator ist es bspw. möglich, Schiffe, die bislang nur mit einer rein verbrennungsmotori schen Antrieb seinheit ausgerüstet waren, in einem emi ssionsschutzregulierten Gewässergebiet, bspw. in einer küstennahen Grenzzone, emissionsfrei oder zumindest emissionsminimiert durch einen rein elektromotorischen Antrieb der Welle oder zumindest durch einen elektromotorisch unterstützten Antrieb der Welle mittels des Wellengenerators, der sodann in einem rein motorischen Betrieb betrieben wird, zu betreiben. Der erfindungsgemäße Wellengenerator kann vorzugsweise im Schifffahrtsbereich zum Power Take In (PTI) und Power Take Off (PTO) eingesetzt, d. h. j e nach geforderter Leistung entweder motorisch (PTI) oder generatorisch (PTO), betrieben werden. Im PTI-Modus können sodann vorzugsweise Aggregate zur Bereitstellung einer (elektri schen) Energie für ein Bordsystem des Schiffes betrieben werden. Eine (ggf. zusätzliche) mechanische Leistung zum Antrieb des Schiffes wird in diesem Modus durch den Wellengenerator, der sodann als Wellenmotor fungiert, unmittelbar an der Propellerwelle bereitgestellt. Dies ermöglicht bspw. einen elektrifizierten Boost- (bzw. Schub-) Betrieb beim Einfahren eines Schiffes in einen Hafen oder beim Manövrieren des Schiffes im Hafen, ohne dass die Verbrennungsleistung der verbrennerbasierten Antriebseinheit erhöht werden muss. Im PTO-Modus können hingegen vorzugsweise die Aggregate des Schiffes (die zumeist mit Dieselöl befeuert werden) abgeschaltet sein. Eine elektrische Energie, die zum Betreiben des Bordsystems nötig ist, kann dann mittels des Wellengenerators und ggf. mittels Abwärmerückgewinnung aus der Antrieb seinheit emissionsfrei bereitgestellt werden.

Besonders bevorzugt erscheint die Einbindung des erfindungsgemäßen Wellengenerators in ein Energie-Managementsystem, um so einen hybriden Betrieb, umfassend den Wellengenerator und eine (bspw. verbrennerbasierte) Antrieb seinheit, zu ermöglichen.

Die Formulierung „zumindest zwei“ beschreibt, dass es von dem entsprechenden Bauteil zwei oder mehrere Bauteile geben kann. So kann der Wellengenerator vorzugsweise zwei Frequenzumrichter oder mehr als zwei Frequenzumrichter umfassen. Auch kann der Stator zwei Statorsegmente oder mehr als zwei Statorsegmente umfassen. Die Formulierung ist unabhängig von dem j eweiligen Bauteil j eweils gleichwertig aufzufassen.

Unter dem Begriff „Wellengenerator“ zur generatorischen Leistungserzeugung und/oder motori schen Leistungsbereitstellung ist vorliegend zu verstehen, dass der erfindungsgemäße Wellengenerator sowohl rein generatorisch als auch rein motorisch, dann also al s Wellenmotor, betrieben werden kann. Der Begriff „Wellengenerator“ umfasst vorliegend sowohl den generatorischen also auch motori schen Betrieb . Der Wellengenerator ist vorzugsweise in der Art einer elektromagnetischen Maschine, bspw. als eine permanentmagneterregte Synchronmaschine oder als eine fremderregte Synchronmaschine, ausgeführt. Grundsätzlich können Wellengeneratoren auch als andere elektromagnetische Maschinen, bspw. als Asynchronmaschinen, Transversalflussmaschinen, Gleichstrommaschinen oder Ähnliches, ausgeführt sein, wobei j eweils eine verschiedene elektromagnetische Auslegung erforderlich ist. Im genera- torischen Betrieb des Wellengenerators wird eine Drehung der Welle einer (nicht zu dem Wellengenerator gehörenden) Antrieb seinheit, bspw. ein Verbrennungsmotor eines Schiffes, dazu genutzt, über elektromagnetische Energiewandlung elektrische Leistung am Ausgang der j eweiligen Frequenzumrichter bereitzustellen. Dabei dreht sich der Rotor aufgrund der fremderregten Drehung der Welle in dem Stator und erzeugt dadurch ein elektromagnetisches Drehfeld, das eine definierbare elektromagnetische Leistungsdichte aufweist. Mittels der Frequenzumrichter kann sodann eine frequenzstabile elektrische Ausgangsleistung bereitgestellt und von verschiedenen Verbrauchern genutzt werden. Im motorischen Betrieb des Wellengenerators (sodann also des Wellenmotors) werden elektromagnetische Pole des Stators über die Frequenzumrichter mit elektrischer Leistung gespei st. Durch das dadurch erregte Drehfeld innerhalb des Stators wird der mit der Welle drehbare Rotor dazu veranlasst, sich zu drehen. Da der Rotor gegenüber der Welle unbeweglich um diese angeordnet ist, dreht sich die Welle gemeinsam mit dem Rotor und kann somit bspw. einen Schiffspropeller antreiben.

Die Formulierung „dazu eingerichtet ist, um eine Welle einer Antriebseinheit, insbesondere lagerfrei, angeordnet zu werden“ beschreibt, dass der Rotor vorzugsweise nachträglich um eine bestehende Welle herum platziert werden kann. Der Rotor ist vorzugsweise derart auf einer j eweiligen Welle montierbar, dass er sich gegenüber der Welle nicht drehen kann, mit dieser also (vorzugsweise reversibel lösbar) fix verbunden ist. Zwischen dem Rotor und der Welle ist, anders als im Stand der Technik, keine Lagerung vorgesehen. Es ist also besonders bevorzugt, wenn der Rotor um eine bestehende Welle herum ortsfest an dieser angeordnet werden kann.

Die Formulierung „der Stator dazu eingerichtet ist, um den Rotor angeordnet zu werden“ beschreibt, dass der Stator vorzugsweise kontaktlos um den Rotor angeordnet werden kann. Der Rotor wird also vorzugsweise auf einer Welle montiert, und der Stator wird daraufhin möglichst konzentrisch um den Rotor fix angeordnet. Der Stator ist aufgrund der Unterteilung in zumindest zwei Statorsegmente nach dem Anordnen um den Rotor nicht dauerhaft, sondern reversibel um diesen angeordnet. Die Statorsegmente können vorzugsweise einzeln von dem Rotor entfernt bzw. getrennt werden. Zwischen einer Innenmantelfläche des im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Stators und dem im Wesentlichen kreisringförmigen Rotor besteht in dieser, vorzugswei se konzentrischen, Anordnung in radialer Richtung betrachtet ein Luftspalt. Stator und Rotor berühren sich in dieser Anordnung also vorzugsweise nicht.

Unter dem Begriff „Rotor“ wird vorliegend ein rotierender Teil einer elektrischen Maschine, vorliegend des Wellengenerators, verstanden. Alternativ kann der Rotor auch als Läufer, Anker, Induktor oder Polrad bezeichnet werden. Der Rotor ist üblicherweise von dem feststehenden Stator (auch Ständer genannt) umgeben und nur durch einen feinen Luftspalt von diesem getrennt. Der Rotor kann in einigen Bauformen bspw. zylindrisch aufgebaut sein. Der Rotor kann gegeneinander elektrisch isolierte und geschichtet aufgebaute Elektrobleche umfassen. Über einen Umfang des Rotors verteilt können in die Elektrobleche parallel zu einer Rotationsachse des Rotors Nuten eingelassen sein, die sogenannte Rotorwicklungen aufnehmen. Aus einer gewünschten Polpaarzahl des Wellengenerators bestimmt sich die Anzahl der Rotorwicklungen, wobei j eweils zwei Rotorwicklungen pro Polpaar vorzusehen sind. Grundsätzlich kann der Rotor auch Permanentmagnete (bzw. bei der Herstellung dauerhaft magnetisierte Permanentmagnete) anstelle von Rotorwicklungen umfassen, durch die ein oder mehrere Polpaare bereitgestellt werden. Derartige Permanentmagnete kommen beispielsweise in Permanentmagnet-Maschinen, welche zu den Synchronmaschinen gehören, zum Einsatz. Vorteil hierbei ist ein höherer Wirkungsgrad, da zum Erzeugen des Rotor-Magnetfeldes im Betrieb keine elektrische Energie benötigt wird. Unter dem Begriff „Stator“ wird vorliegend der unbewegliche Teil des Wellengenerators verstanden. Der Stator wird oftmals auch als Ständer bezeichnet. Im zusammengefügten Zustand der zumindest zwei Statorsegmente hat der Stator vorzugsweise im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders. Über einen Umfang des Stators verteilt, können parallel zu einer Rotationsachse des Rotors mehrere Statorwicklungen angeordnet sein. Insbesondere im Mittel- und Hochleistungsbereich ist es bevorzugt, dass anstelle einzelner Wicklungen stabförmige (Draht-) Litzen, zumeist aus Kupfer, eingesetzt werden, um so einen entsprechenden Durchflussquerschnitt bereitzustellen. Die Litzen sind jeweils in Form einzelner, untereinander isolierter Leiterschleifen vorgesehen. Die Litzen können einen Querschnitt im Zentimeterbereich einnehmen. Die gewählte Polpaarzahl des Wellengenerators bestimmt die Anzahl der Statorwicklungen.

Unter der „Polpaarzahl p“ ist die Anzahl der Paare von magnetischen Polen innerhalb von rotierenden elektrischen Maschinen, folglich also ein Vielfaches von zwei Polen, zu verstehen.

Unter dem Begriff „Frequenzumrichter“ ist ein Stromrichter zu verstehen, der aus einer speisenden Wechselspannung eine andere Art von Wechselspannung (abweichend in Amplitude und/oder Frequenz) erzeugt. Dabei kann vorzugsweise sowohl eine Ausgangs-Frequenz als auch eine Ausgangs-Amplitude veränderbar sein. Frequenzumrichter können j e nach Bauart mit Einphasenwechselspannung, Dreiphasenwechselspannung oder Gleichspannung gespeist werden und daraus eine Dreiphasenwechselspannung mit einer vorbestimmbaren Frequenz erzeugen.

Mittels des erfindungsgemäßen Wellengenerators ist es somit möglich, den gleichbleibenden und sicheren Betrieb desselben durch einfache, schnelle und zuverlässige Beseitigung des fehlerbehafteten Bauteils sicherzustellen, sowie, im Vergleich zu einem rein Verbrennungsmotorbetriebenen Schiff, bedeutsame Emissionseinsparungen zu erzielen. Gleichzeitig wird ein flexibler, kostengünstiger, einfacher und/oder bauraumsparender Einbau eines solchen Wellengenerators ermöglicht, sowie insbesondere die Möglichkeit einer schnellen, einfachen und flexibel ausgestaltbaren Nachrüstbarkeit bei kompaktem, bauraumsparendem Design bereitgestellt. Zudem ist es möglich, insbesondere aufgrund der einfachen, kompakten und in der Teilevielfalt reduzierten Bauweise, in erheblichem Maße Herstellungs- und Materialkosten sowie Gesamtgewicht einzusparen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass ferner der Rotor in zumindest zwei Rotorsegmente trennbar ist. Diese Ausgestaltung ist besonders von Vorteil, wenn es um die Nachrüstbarkeit des Wellengenerators geht, da der Rotor aufgrund der Trennbarkeit in Segmente nachträglich um eine beliebige Welle einer beliebigen Antrieb seinheit angeordnet bzw. an dieser drehfest fixiert werden kann. Dadurch ist eine besonders freie Platzierung des Rotors auf einer bestehenden Welle möglich. Eine bestehende Welle muss also nicht extra modifiziert werden, um an ihr einen Rotor anordnen zu können. Eine Möglichkeit einer reversiblen, drehfesten Verbindung der zumindest zwei Rotorsegmente mit einer Welle kann bspw. über ein oder mehrere Verspannelemente, Schrauben oder Ähnliches bereitgestellt werden. Auch andere Arten von reversibel lösbaren, drehfesten Befestigungen sind möglich. Auch nicht reversible Verbindungen, wie Schweißen, Löten oder Kleben, sind grundsätzlich zumindest vorstellbar. Dabei kann der Rotor j edoch nicht mehr reversibel von der Welle gelöst werden. Die Vorteile und Ausgestaltungen, die im Zusammenhang mit den zumindest zwei Statorsegmenten genannt wurden, gelten in entsprechender Weise für die zumindest zwei Rotorsegmente, ohne an dieser Stelle nochmals genannt zu werden. In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass die zumindest zwei Statorsegmente jeweils dazu ausgebildet sind, radial und/oder axial verschoben zu werden. So ist eine elektromagnetische Entkopplung des betreffenden Segmentes auf einfache Weise möglich. Durch die Verschiebung wird das betreffende Segment von den restlichen Komponenten des Wellengenerators beabstandet und interagiert mit diesen folglich nicht mehr elektromagnetisch. Ebenfalls i st es in einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung denkbar, dass die zumindest zwei Rotorsegmente j eweils dazu ausgebildet sind, radial und/oder axial verschoben zu werden. Somit ist es möglich, dass ein Statorsegment und/oder ein Rotorsegment einzeln getrennt und axial und/oder radial gegenüber den anderen Statorsegmenten und/oder Rotorsegmenten verschoben wird. Unter einer radialen Verschiebbarkeit wird verstanden, dass das betreffende Segment translatorisch zu einer Radialrichtung um die Drehachse des Rotors wegbewegt werden kann. Unter einer axialen Verschiebbarkeit wird verstanden, dass das betreffende Segment translatorisch zu der Drehachse des Rotors wegbewegt werden kann. Somit ist ein Trennen des betreffenden Segmentes von dem Wellengenerator möglich. Im Fehlerfall kann also beispielsweise ein fehlerhaftes Segment von dem Wellengenerator zuerst getrennt und dann von diesem wegbewegt werden, um somit eine vollständige Entkopplung von dem elektromagnetischen System des Wellengenerators zu ermöglichen. Die j eweiligen Segmente können auch in unterschiedliche Richtungen wegbewegt werden. Zudem ist es auch grundsätzlich denkbar, dass ein j eweiliges Segment quer zu einer Radialrichtung und/oder quer zu einer Axialrichtung oder entlang einer Kurvenbahn wegbewegt werden kann. Es sei erwähnt, dass der Begriff „ Segment“ sich hier auf eines oder mehrere Statorsegmente und/oder Rotorsegmente gleichermaßen beziehen kann.

Die radiale und/oder axiale Verschiebbarkeit kann bspw. über eine Schienenführung, auf der die zumindest zwei Statorsegmente und/oder die zumindest zwei Rotorsegmente angeordnet sind, sichergestellt werden. Besonders bevorzugt weist der Wellengenerator also zumindest eine Schienenführung auf, auf der die zumindest zwei Statorsegmente und/oder die zumindest zwei Rotorsegmente relativ zueinander verfahrbar angeordnet sind und so axial und/oder radial gegenüber einander verfahren werden können. Die zumindest zwei Statorsegmente und/oder die zumindest zwei Rotorsegmente sind vorzugsweise relativ zueinander in entgegengesetzte Richtungen entlang einer vorzugsweise linearen Bahn (bspw. der Schienenführung) verfahrbar. Auch andere Verschiebesysteme bzw. Verfahrsysteme, wie z. B . , Roboterarme, Kranführungen oder Ähnliches, an denen die zumindest zwei Statorsegmente und/oder die zumindest zwei Rotorsegmente angeordnet sind, um so verfahren zu werden, sind denkbar und ggf. vorteilhaft.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass die zumindest zwei Statorsegmente jeweils dazu ausgebildet sind, mittels des j eweiligen Frequenzumrichters, unabhängig voneinander motorisch und/oder generatorisch betrieben zu werden. Die beiden Statorsegmente bilden also vorzugsweise j eweils eigenständige, unabhängig voneinander betreibbare Systeme. Der Wellengenerator kann somit beispielsweise weiterhin mit lediglich einer Hälfte des Stators betrieben werden, wenn die betreffende andere Hälfte des Stators einen Defekt aufweist und infolgedessen entfernt werden muss. Die Bereitstellung der Teilsysteme ist insbesondere dadurch möglich, dass die einzelnen Statorsegmente j eweils Statorwicklungen mit einer abgeschlossenen Polpaarzahl pro Statorsegment aufweisen. So kann ein betreffendes Statorsegment bspw. 2, 4, 6, 8 oder 10 Polwicklungen (d. h. , 1 , 2, 3 , 4 oder 5 Polpaare) umfassen. Auch wird die Bereitstellung der einzelnen Teilsysteme dadurch ermöglicht, dass der Wellengenerator zumindest zwei Umrichter umfasst. Jedem Statorsegment ist dabei ein Frequenzumrichter zugeordnet, so dass j edes Statorsegment für sich genommen über den eigenen Frequenzumrichter betreibbar ist.

Zudem ist es besonders bevorzugt möglich, dass der betreffende Umrichter zur Fehlerdetektion in dem betreffenden Statorsegment verwendet wird. Detektiert der betreffende Frequenzumrichter einen Fehler, bspw. in Form eines Defektstromes, kann ein automatisches Trennen und Wegbewegen des betreffenden fehlerbehafteten Statorsegments eingeleitet werden und/oder ein Warnsignal ausgegeben werden, woraufhin ein manuelles Trennen und Wegbewegen des betreffenden Statorsegments erfolgen kann.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass der Stator in 4, 6, 8 oder 10 Statorsegmente trennbar ist und/oder der Rotor in 4, 6, 8 oder 10 Rotorsegmente trennbar ist. Mit anderen Worten kann eine Segmentierung des Stators und/oder des Rotors auch höherwertig erfolgen, so dass der Stator und/oder der Rotor j eweils auch in mehr al s zwei voneinander unabhängig betreibbare Teilsysteme trennbar ausgeführt sein kann. Vorzugsweise weist der Stator und/oder der Rotor j eweils eine Anzahl an Segmenten auf, die einem geradzahligen Vielfachen von zwei entspricht. Grundsätzlich ist es denkbar, dass der Stator und der Rotor voneinander verschiedene Anzahlen von Segmenten aufweisen. So kann der Stator beispielsweise in vier Segmente teilbar sein und der Rotor in zwei Segmente teilbar sein. Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, insofern dies elektrotechnisch auslegbar ist, dass der Stator und/oder der Rotor auch in 3 , 5, 7, 9 und mehr ungeradzahlige Segmente teilbar ist.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass die zumindest zwei Statorsegmente und/oder die zumindest zwei Rotorsegmente j eweil s in Form eines Hohlzylindersegmentes ausgestaltet sind. Unter dem Begriff „Hohlzylindersegmente“ wird vorliegend verstanden, dass die j eweiligen Segmente die Form eines entlang seiner Längsachse (spiegel-) symmetrisch geteilten Hohlzylinders aufweisen. Im Falle, dass der Stator bspw. in zwei Statorsegmente teilbar ist, weist ein j eweiliges Statorsegment bspw. die Form einer Halbschale eines Hohlzylinders auf. Der Stator und vorzugsweise auch der Rotor sind vorzugsweise derart in Segmente unterteilt, dass der Stator und vorzugsweise der Rotor entlang einer Schnittebene getrennt sind, die durch die Drehachse des Rotors und die hierzu orthogonale Radialrichtung aufgespannt ist.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass j eder der zumindest zwei Frequenzumrichter dazu ausgebildet ist, das j eweilige Statorsegment der zumindest zwei Statorsegmente motorisch und/oder generatorisch zu betreiben. Es ist also mittels des j eweiligen Frequenzumrichters möglich, eine Ansteuerung des Wellengenerators von - 100 % (entspricht einem rein motorischen Betrieb) über 0 % (entspricht einem Leerlauf des Wellengenerators) bis hin zu + 100 % (entspricht einem rein generatorischen Betrieb des Wellengenerators) vorzugsweise stufenlos zu ermöglichen. Durch den j eweiligen Frequenzumrichter und das j eweils zugeordnete Statorsegment wird ein in sich abgeschlossenes Teilsystem ausgebildet. Durch ein derartiges Teilsystem kann gemeinsam mit dem Rotor sowohl ein generatorischer als auch motori scher Betrieb des Wellengenerators zumindest in Teillast ermöglicht werden.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass der Wellengenerator einen Leistungsbereich von 500 Kilowatt bis 15000 Kilowatt aufweist. Grundsätzlich sind auch andere Leistungsbereiche denkbar. Der Wellengenerator kann also vorzugsweise generatorisch 500 Kilowatt bis 15000 Kilowatt elektrische Leistung bereitstellen oder motori sch 500 Kilowatt bis 15000 Kilowatt elektrische Leistung in mechanischer Leistung, die an der Welle zur Verfügung gestellt wird, liefern.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass in einem betriebsbereiten Zustand des Wellengenerators zwischen dem Stator und dem Rotor ein Luftspalt in der Größe von zumindest 1 , 2, 3 , 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1 , 12, 13 , 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 , 22, 23 , 24, 25, 26, 27, 28, 29 bis zumindest 30 Millimeter besteht. Aufgrund der fehlenden Lagerung zwischen Rotor und Welle ist der Luftspalt des erfindungsgemäßen Wellengenerators größer als ein Luftspalt im Stand der Technik, der zumeist eine Größenordnung von 1 bis 1 , 5 Millimetern aufweist. Obgleich der Luftspalt gegenüber dem Stand der Technik groß ist, sind die elektromagnetischen Verluste als gering zu beurteilen, so dass dennoch ein hoher Wirkungsgrad des Wellengenerators von> 98 % bereitgestellt ist. Es wurde durch die Erfindung insbesondere erkannt, dass ein Verzicht einer Lagerung mehr Vorteile mit sich bringt, al s mit einem konstruktiv infolgedessen größer auszuführenden Luftspalt Effizienznachteile (aufgrund größerer Magnetverluste) verbunden sind.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass der Stator einen Durchmesser von zumindest 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 bis zumindest 500 Zentimeter aufweist. Grundsätzlich ist auch eine noch größer dimensionierte Ausgestaltung des Stators denkbar. B spw. kann der Stator auch einen Durchmesser von zumindest 600, 700, 800, 900 Zentimeter und mehr aufweisen. Es sei klargestellt, dass vorliegend auch sämtliche nicht explizit genannten Zwischengrößen des Stators mit umfasst sind.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass der Wellengenerator ein Gesamtgewicht von 3000 bis 30000 Kilogramm aufweist. Auch eine schwerere oder leichtere Ausführung des Wellengenerators ist grundsätzlich denkbar. Es kommt insbesondere auf eine j eweilige, dem fachmännischen Können unterliegende Materialauswahl und den angestrebten Einsatzfall des Wellengenerators an.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass der Stator und der Rotor und die zumindest zwei Frequenzumrichter Bauteile einer elektrischen Synchronmaschine ausbilden. Der Wellengenerator i st also vorzugsweise als eine permanentmagneterregte oder fremderregte Synchronmaschine ausgeführt.

Es wird davon ausgegangen, dass die Definitionen und Ausführungen der oben genannten Begriffe für alle in dieser Beschreibung und im Folgenden beschriebenen Aspekte gelten, sofern nichts anderes angegeben ist. Ebenfalls von der Erfindung umfasst ist ein Energieerzeugungs- und/oder Antriebssystem mit einem erfindungsgemäßen Wellengenerator und einer Antriebseinheit mit einer Welle, wobei der Rotor (vorzugsweise lagerfrei) um die Welle angeordnet ist, der Stator um den Rotor angeordnet ist und die Welle mittels der Antrieb seinheit und/oder des Wellengenerators rotierbar i st. Die Welle einer derartigen Antrieb seinheit kann b spw. eine Länge von bis zu 40 Metern und mehr aufweisen und bspw. in einem Rumpfbereich eines Schiffes angeordnet sein.

Besonders bevorzugt finden erfindungsgemäße Wellengeneratoren oder Energieerzeugungs- und/oder Antriebssysteme mit derartigen Wellengeneratoren im Schifffahrtsbereich, insbesondere auf Seefrachtschiffen, Transportschiffen, Marineschiffen, Kreuzfahrtschiffen, Yachten, Tankschiffen, Forschungsschiffen, ihre Anwendung. Allerdings ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Wellengeneratoren oder der Energieerzeugungs- und/oder Antrieb ssysteme mit derartigen Wellengeneratoren keineswegs auf die Schifffahrt beschränkt, sondern kann grundsätzlich überall dort ihre Anwendung finden, wo eine rotierbare Welle eines Antriebssystems j edweder Art zum Einsatz kommt.

Weiterhin ist ein Schiff mit einem erfindungsgemäßen Wellengenerator oder einem erfindungsgemäßen Energieerzeugungs- und/oder Antriebssystem, wie an anderer Stelle ausführlich beschrieben, von der Erfindung umfasst.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den LTnteransprüchen. Hierbei können die j eweiligen Merkmale für sich allein oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktion einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Wellengenerator und eine Welle einer Antriebseinheit in einem betriebsbereiten Zustand in perspektivischer Ansicht;

Fig. 2 einen Wellengenerator mit getrennten und zueinander radial verschobenen Statorsegmenten in perspektivischer Ansicht;

Fig. 3 getrennte und zueinander radial verschobene Rotorsegmente mitsamt einer Welle einer Antrieb seinheit in perspektivischer Ansicht;

Fig. 4 zwei Statorsegmente in einer geschlossenen Stellung in einer perspektivischen Ansicht; und

Fig. 5 getrennte und zueinander radial verschobene Statorsegmente in perspektivischer Ansicht.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbei spiel eines erfindungsgemäßen Wellengenerators 01. Der Wellengenerator 01 weist einen Stator 02 und einen Rotor 03 auf. Der Rotor 03 ist vorliegend lagerfrei, d. h. ohne eine Lagerung, auf einer Welle 04 fix angeordnet bzw. drehfest mit dieser verbunden. Die Welle 04 ist bspw. eine Schiffspropellerwelle, die von einer nicht näher gezeigten Antriebseinheit, b spw. einem Schiffsmotor, angetrieben werden kann. Der Stator 02 ist vorliegend konzentrisch um den Rotor 03 herum angeordnet. Der Rotor 03 ist kontaktlos über einen Luftspalt (nicht näher gezeigt) von dem Stator 02 getrennt und kann sich in dem Stator 02 drehen.

Der Stator 02 weist erfindungsgemäß zumindest zwei Statorsegmente 05, 06 auf. Vorliegend umfasst der Stator 02 ein erstes Statorsegment 05 und ein zweites Statorsegment 06. Die Statorsegmente 05, 06 sind j eweils halb schalenförmig ausgebildet. Die Statorsegmente 05, 06 sind voneinander trennbar, wobei die Statorsegmente 05, 06 in dem in Figur 1 gezeigten Zustand reversibel lösbar aneinandergefügt sind, so dass in diesem Zustand der Stator 02 im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweist. Die beiden Statorsegmente 05, 06 können bspw. miteinander über eine reversible Klemm- oder Schraubverbindung, die an j eweils endseitigen Laschen 07 der Statorsegmente 05, 06 vorgesehen sein kann, zu dem Stator 02 verbunden sein. Die Laschen 07 sind vorliegend als radial hervorstehende Ab schnitte an j eweils endseitigen Abschnitten der Statorsegmente 05, 06 vorgesehen (siehe auch Figuren 4 und 5). Auch andere Verbindungen sind grundsätzlich denkbar, die es gewährleisten, dass die Statorsegmente 05, 06 nach dem Zusammenfügen zu dem Stator 02 wieder, vorzugsweise einzeln, voneinander trennbar sind.

Ferner umfasst der Wellengenerator 01 zumindest zwei, in der Fig. 1 zur Erhöhung der Übersichtlichkeit nicht dargestellte Frequenzumrichter, d. h. zumindest einen ersten Frequenzumrichter 08 und einen zweiten Frequenzumrichter 09. In der Fig. 1 sind dabei lediglich der erste Klemmenkasten 08a für den Anschluss des ersten Frequenzumrichters 08 und der zweite Klemmenkasten 09a für den Anschluss des zweiten Frequenzumrichters 09 dargestellt. Jedem der zumindest zwei Statorsegmente 05, 06 ist einer der zumindest zwei Frequenzumrichter 08, 09 zugeordnet. Vorliegend ist dem ersten Statorsegment 05 der erste Frequenzumrichter 08 zugeordnet, d. h. mit diesem elektrisch verbunden. Dem zweiten Statorsegment 06 ist der zweite Frequenzumrichter 09 zugeordnet, d. h. mit diesem elektrisch verbunden. Der j eweilige Frequenzumrichter 08, 09 bildet gemeinsam mit dem j eweiligen Statorsegment 05, 06 ein in sich geschlossenes elektromagnetisch aktives System, das im Zusammenspiel mit dem Rotor 03 unabhängig voneinander sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben werden kann.

Ferner weist der Wellengenerator 01 eine Schienenführung 10 auf, die vorliegend orthogonal zu einer Drehachse 1 1 des Rotors 03 bzw. zu der Drehachse 1 1 der Welle 04 ausgerichtet ist. An j edem der zumindest zwei Statorsegmente 05, 06 ist eine Führung 12 vorgesehen. Die j eweili- ge Führung 12 ist jeweils an ihrem einen Ende fest mit dem betreffenden Statorsegment 05, 06 verbunden, bspw. mit diesem verschweißt. An ihrem anderen Ende greift die j eweilige Führung 12 in die Schienenführung 10 ein, so dass die Führung 12 auf der Schienenführung 10 beweglich angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist es möglich, das j eweilige Statorsegment 05, 06 von einem j eweils anderen Statorsegment zu trennen. Mittels der Schienenführung 10 ist es möglich, das j eweilige, getrennte Statorsegment 05, 06 einzeln in radialer Richtung von dem Rotor 03 wegzubewegen bzw. wegzufahren.

In Figur 2 ist beispielsweise dargestellt, dass die beiden Statorsegmente 05 , 06 jeweils in radialer Richtung entgegengesetzt zueinander entlang der Schienenführung 10 weg von dem Rotor 03 verfahren sind. So sind die Statorsegmente 05, 06 jeweils elektromagnetisch von dem Rotor 03 entkoppelt. Bei einer Fehlfunktion in einem der Statorsegmente 05, 06 ist es somit möglich, diese wirksam zu entkoppeln. Der Rotor 03 kann sich somit weiterhin mit der Welle 04 drehen, ohne dass eine elektromagnetische Einspeisung in den Stator erfolgt, die im Fehlerfall eine Brandgefahr verursachen könnte.

In Figur 3 ist der Rotor 03 in isolierter Ansicht, d. h. ohne den Stator 02, jedoch mit der Welle 04 gezeigt. Wie aus Figur 3 hervorgeht, kann auch der Rotor 03 erfindungsgemäß in zumindest zwei Rotorsegmente 13 , 14 trennbar sein. Vorliegend weist der Rotor 03 daher ein erstes Rotorsegment 13 und ein zweites Rotorsegment 14 auf. Die beiden Rotorsegmente 13 , 14 trennen den Rotor 03 spiegelsymmetrisch in zwei Hälften. Der Rotor 03 bzw. die Rotorsegmente 13 , 14 weisen vorliegend entlang eines Außenumfangs des j eweiligen Rotorsegments 13 , 14, d. h. auf einer j eweiligen Teilmantelfläche, angeordnete Permanentmagnetpole mit j eweils abwechselnder Polung auf. In Figur 3 sind keine klar voneinander abgrenzbaren Permanentmagnetpole eingezeichnet, sondern diese lediglich schematisch angedeutet. Der Rotor 03 bildet vorliegend einen Teil einer permanenterregten Synchronmaschine aus. Die Rotorsegmente 13 , 14 sind vorliegend j eweil s mit einem speichenartigen Innenbereich ausgeführt. Der Rotor 03 ist somit nicht als eine durchgängige Kreisscheibe ausgeführt, sondern weist eher die Ausformung einer Radfelge mit einer Vielzahl von Ausnehmungen auf. Diese dienen im Wesentli- chen der Gewichtsreduktion und verringern ein Initialträgheitsmoment bei einem Anlaufen des Rotors 03.

In den Figuren 4 und 5 ist der Stator 02 nochmals in einer isolierten Darstellung angezeigt. In Figur 4 ist der Stator 02 in einem zusammengefügten Zustand, wie dies bereits in Figur 1 dargestellt war, gezeigt. In Figur 5 ist der Stator 02 in einem Zustand, in dem die zumindest zwei Statorsegmente 05 , 06 voneinander getrennt und j eweils entlang der Schienenführung in Radialrichtung voneinander wegbewegt sind, gezeigt. Aus den Figuren ist zu entnehmen, dass der Stator 02 eine Vielzahl von Statorwicklungen 15 umfasst, die entlang einer Innenmantelfläche des Stators 02 verteilt j eweils isoliert voneinander angeordnet sind. Die Anzahl der Statorwicklungen 15 wird durch die Polpaarzahl des Wellengenerators 01 bestimmt.