Azimutverstellung einer Gondel Die Erfindung betrifft eine Azimutverstellung einer Gondel, wobei mittels der Gondel ein Schwimmkörper, insbesondere ein Schiff, antreibbar ist. Die Erfindung betrifft auch eine Gondel mit einer Azimutverstellung bzw. ein Schiff mit einer Azimutverstellung für eine Gondel bzw. ein Verfahren zum Be- trieb einer Azimutverstellung einer Gondel.

Die Azimutverstellung ist beispielsweise für einen, insbesondere elektrisch angetriebenen, Ruderpropeller eines Seeschiffes, der z.B. im Heckbereich an einem drehbaren Schaft unter- halb des Schiffsbodens angeordnet ist, vorgesehen. Der Ruder ^¬ propeller weist beispielsweise die Gondel auf.

Die Azimutverstellung ist insbesondere eine Azimutverstell ^¬ einrichtung, also eine Einrichtung bzw. ein System für eine azimutale Verstellung.

Die Azimutverstellung ist beispielsweise auch für einen POD eines Seeschiffes, der z.B. im Heckbereich an einem drehbaren Schaft unterhalb des Schiffsbodens angeordnet ist, vorgese- hen. Der POD weist dabei die Gondel auf. Das Seeschiff ist dabei ein Beispiel für einen Schwimmkörper. Weitere Beispiele für einen Schwimmkörper sind ein U-Boot oder eine schwimmende offshore Förderplattform oder eine offshore Struktur. Neben einem Seeschiff, wie ein Passagierschiff, eine Fähre oder ein Kreuzer sind auch weitere Schiffstypen wie ein Schlepper oder eine Barge Einsatzmöglichkeiten. Zur Verstellung bzw. Drehung der Gondel, also zur Azimutverstellung der Gondel, kann ein elektrischer Stellantrieb bzw. ein elektrischer Stellmotor oder eine Vielzahl von elektrischen Stellantrieben bzw.

elektrischen Motoren vorgesehen sein. Der elektrische Stellantrieb weist neben dem elektrischen Stellmotor auch einen Stromrichter auf. Zur Übertragung des von den Elektromotoren erzeugten Momentes auf einen Schaft an dem die Gondel befes ^¬ tigt ist, ist beispielsweise ein Getriebe vorgesehen.

Ruderpropeller großer Schiffe werden durch Stellmotoren be- wegt, die im Allgemeinen als Hydraulikmotoren oder als elektrische Motoren ausgebildet sind. Hydraulikmotoren haben den Nachteil, dass an den Übergangsstellen von den Hydraulikleitungen zu den Motoren Undichtigkeiten auftreten können, insbesondere bei längerer Vibrationsbeanspruchung, wie sie bei Ruderpropellern vorliegt. Die benötigte Hydraulikanlage (Pum ^¬ pen und Motoren) hat ein relativ hohes Gewicht und einen erheblichen Platzbedarf, sowie Wartungsaufwand.

Die Verwendung eines elektrischen Stellmotors ist bereits aus der WO 00/15495 AI bekannt. Aus der WO 89/05262 AI ist wei ^¬ terhin ein Ruderpropeller mit zwei Antriebsmotoren bekannt, die den Ruderpropeller über eine Scheibe mit Außenverzahnung drehen. Dabei weist der Antrieb, der in der WO 89/05262 AI gezeigt ist und der wahlweise Hydraulik- oder Elektromotore haben kann, zwei Antriebsmotoren auf.

Aus der EP 1 341 693 B2 ist eine Azimutverstellung von POD- Antrieben bekannt. Es ist ein Stellantrieb für einen, insbe ^¬ sondere elektrisch angetriebenen, Ruderpropeller eines See- Schiffes, der im Heckbereich an einem drehbaren Schaft unterhalb des Schiffsbodens angeordnet ist, beschrieben, wobei der Schaft über zumindest zwei elektrische Stellmotoren drehbar ist, die über Ritzel auf einen in Verbindung mit dem oberen Schaftteil stehenden Zahnkranz, vorzugsweise auf einen im In- neren des oberen Schaftteils angeordneten Zahnkranz, wirkend und dazu im Verbund Steuer- und regelbar ausgebildet sind.

Bei Mehrmotorenantrieben, die auf ein gemeinsames Getriebe arbeiten, wie z.B. Ritzel, welche in einen gemeinsamen Zahn- kränz greifen, besteht insbesondere bei geringer Belastung und bei einem Vorzeichenwechsel des Antriebsmomentes die Ge ^¬ fahr, dass die Zahnflanken innerhalb des Getriebes häufig hin und her schlagen. Dadurch wird die Lebensdauer der Zahnräder und damit des gesamten Getriebes herabgesetzt. Die Motoren, also die Stellmotoren, können direkt oder über einzelne vorgelagerte Getriebe an das Sammelgetriebe gekuppelt sein. Aus der DE 10 2008 024 540 AI ist eine Azimut-Propellerantriebseinrichtung für eine schwimmende Einrichtung mit einem unterhalb einer Struktur der schwimmenden Einrichtung im Wasser anzuordnenden Gehäuse, in dem zumindest eine Propellerwelle drehbar gelagert ist, mit der zumindest ein Propeller gekoppelt ist, bekannt. Es ist mindestens ein Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor zum Antrieb des zumindest einen Propellers vorgesehen. Ein hohler Schaft haltert das Gehäuse drehfest, wobei der Elektromotor außerhalb des Gehäu ^¬ ses angeordnet ist und mit seinem Rotor eine Antriebswelle antreibt, die mit der zumindest einen Propellerwelle gekop ^¬ pelt ist und die zumindest teilweise durch den hohlen Schaft verläuft. Der Elektromotor ist als ein elektrischer Ringmotor ausgebildet, der ringförmig um die Antriebswelle angeordnet ist, wobei der Rotor des Elektromotors über einen Rotorträger drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist.

Derartige Lösungen für die Azimutverstellung einer Gondel bzw. von Propulsoren können eines oder mehrere der folgenden Probleme nach sich ziehen. Eine indirekte azimutale Verstel- lung durch Verwendung mehrerer Bauteile wie bei einem Getriebe kann aufwendig, fehleranfällig, serviceintensiv und/oder raumfordernd (hoher Platzbedarf) sein. Es kann die Notwendig ^¬ keit zusätzlicher Schutzmaßnahmen bestehen, welche eine Beschädigung dieser Bauteile durch z.B. eine schlagartige Be- lastung am Propulsor verhindert, wobei der Propeller zumindest ein Teil des Propulsors ist. Ist die Notwendigkeit einer Redundanz für einen Schadensfall in einer Antriebseinheit ge ^¬ geben, so ist diese Redundanz durch mindestens eine zusätzliche Antriebseinheit vorzusehen, was beispielsweise den Platz- bedarf und/oder das Gewicht erhöht. Voluminöse oder eine

Vielzahl von Antriebseinheiten erhöhen auch den Platzbedarf im POD-Raum durch Anordnung der notwendigen bzw. redundanten Verstellelemente. Beim Einsatz eines Getriebes erscheint die Verwendung von Öl-Betriebsstoffen notwendig. Diese verschleißen und sind zu erneuern, was ein Umweltproblem darstellen kann. Auch die Versteileinrichtungen selbst können verschleißen, sei es z.B. ein Getriebe oder ein Hydraulikmotor.

Propulsoren, also Gondelantriebe wie POD' s oder Ruderpropel ^¬ ler, die azimutal um 360° und darüber hinaus verstellbar sind, werden für bestimmte Schiffstypen, die eine hohe Manövrierfähigkeit besitzen müssen oder einen besonderen Komfort aufweisen sollen (z.B. Schlepper, Offshore-Versorger, Kreuzfahrtschiffe) bevorzugt eingesetzt. Dabei erfolgt die azimu ^¬ tale Verstellung über vorzugsweise mehrere Ritzel, die in ei ^¬ nen mit dem Schwenklager verbundenen Zahnrad/-kranz eingreifen. Der Antrieb eines Ritzels kann über Hydraulikmotoren, Planeten- oder andere Getriebe verbunden mit Elektromotoren erfolgen. Weiterhin sind Bauteile zum Schutz der azimutalen Verstellung bei schlagartiger Belastung am Propulsor vorgesehen, wie z.B. Überlastkupplungen zwischen Getriebe und Elektromotor oder Sicherheitsventile im Hydraulikkreislauf. Darü- ber hinaus werden Bremsen oder Feststelleinrichtungen vorgesehen, die bei Ausfall der Azimutverstellung eine Notverstel ^¬ lung und Festsetzen in einer gewünschten Position ermöglichen. Oft nutzen diese Einrichtungen denselben Momentenüber- tragungsweg wie die Azimutverstellung, so dass sie in be- stimmten Schadensfällen, wie z.B. Durchrutschen/Verschleiß der Überlastschutzeinrichtung, Auslösen und Klemmen des Hydrauliksicherheitsventils, unwirksam sind.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es eine Azimutverstellung ei- ner Gondel zu verbessern.

Eine Lösung der Aufgabe ergibt sich bei einer Azimutverstellung, also bei einer Azimutverstelleinrichtung, einer Gondel gemäß Anspruch 1 und nach einem Verfahren zum Betrieb einer Azimutverstellung (Azimutverstelleinrichtung) einer Gondel nach Anspruch 12. Beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich nach den Ansprüchen 2 bis 11 bzw. 13 bis 16. Eine Azimutverstellung (Azimutverstelleinrichtung) einer Gondel ist mit einem segmentierten Direktantrieb ausgeführt. Durch die Segmentierung des Direktantriebes kann dieser individuell an ein Schiff bzw. einen POD oder Ruderpropeller an- gepasst werden. Die Anpassung betrifft dabei beispielsweise das Nennmoment, das Maximalmoment und/oder den Durchmesser. Durch den segmentierten Direktantrieb kann das elektromotorische Prinzip direkt im Stellglied für die Azimutverstellung der Gondel angewendet werden. Ein Azimutor (elektromotorische Azimutverstellung) kann demnach insbesondere als Segmentmotor ausgeführt werden. Bei dem Segmentmotor sind insbesondere ei ^¬ ne Vielzahl von Linearmotormodulen in einem Kreissegment angeordnet. Die Linearmotormodule können dabei zur Ausbildung eines Kreises gekrümmt ausgeführt sein. Fällt bei einem seg- mentierten Direktantrieb ein Segment einer Vielzahl von Segmenten aus, fällt nicht der gesamte Antrieb aus. Es reduziert sich lediglich das zur Verfügung stehende Moment. Dadurch kann bei einer entsprechenden Überdimensionierung auch nach Ausfall eines Segmentes 100% des geforderten Azimutmomentes bereitgestellt werden. Damit kann eine geforderte Redundanz hinreichend erfüllt werden.

Durch die Verwendung des Direktantriebes kann eine höhere Ef ^¬ fizienz erreicht werden, da beispielsweise auf den Einsatz von Getrieben, Zahnkränzen und/oder Ritzeln verzichtet werden kann .

In einer Ausgestaltung der Azimutverstelleinrichtung (auch Azimutverstellung genannt) weist der segmentierte Direktan- trieb Permanentmagnete auf. So kann eine eigenerregter Syn ^¬ chronmaschine in einfacher Weise realisiert werden.

In einer Ausgestaltung der Azimutverstellung ist der segmentierte Direktantrieb ein Schrittmotor. Elektromotoren können fremderregt wie auch permanenterregt sein. Der Schrittmotor ist insbesondere direkt für kleine präzise Bewegungen von me ^¬ chanischen Komponenten vorgesehen, sowie zum Halten in einer Position . In einer Ausgestaltung der Azimutverstellung ist der Direktantrieb fremderregt. In Alternative zur Eigenerregung kann bei der Fremderregung eine Wicklung die Permanentmagnete ersetzen und das notwendige Feld durch Bestromung erzeugt wer- den. Dies erhöht die Flexibilität.

In einer Ausgestaltung der Azimutverstellung ist der segmentierte Direktantrieb eine Synchronmaschine. Auch Linearmoto ^¬ ren können als Synchronmaschinen bezeichnet werden. Synchron- maschinen können robust geregelt werden.

In einer Ausgestaltung der Azimutverstellung ist der Direktantrieb ein Außenläufer. So kann der Durchmesser vergrößert werden, was der Momentenbildung zu Gute kommt.

In einer Ausgestaltung der Azimutverstellung ist der Direktantrieb ein Innenläufer. So kann eine kompakte Bauform erreicht werden. In einer Ausgestaltung der Azimutverstellung ist ein Tragkegel, ein Brunnen und/oder eine Steuergetriebeplatte im seg ^¬ mentierten Direktantrieb integriert.

Durch den Direktantrieb kann das elektromotorische Prinzip direkt im Stellglied angewendet werden. Dies erfolgt z.B. in ^¬ dem ein Bauteil des zu verstellenden Systems (z.B. Tragkegel -> Rotor, Brunnen oder entsprechende Lagerung an der Steuergetriebeplatte -> Stator) gleichzeitig ein Bauteil des Di ^¬ rektantriebes wird, indem an ihm entsprechende elektrische Elemente (Windungen, Magnete) angebracht werden. Dies wird z.B. dadurch realisiert, dass in einem oberen Teil des Trag ^¬ kegels am Umfang Permanentmagnete derart angeordnet werden, wie es üblicherweise am Rotor eines permanenterregten Elekt ^¬ romotors erfolgt. Durch die drehbare Lagerung des Tragkegels kann eine uneingeschränkte Drehung des Bauteils - und damit des gesamten Propulsors - um seine Hochachse erfolgen. Da ^¬ durch ist er geeignet, wie ein Rotor behandelt zu werden. Um das elektromotorische Prinzip zu realisieren, ist eine ström- durchflossene Wicklung notwendig, deren elektromagnetisches Feld mit dem Magnetfeld der am Tragkegel angeordneten Perma ^¬ nentmagnete interagiert. Diese Wicklung kann außerhalb des Tragkegels vorzugsweise im Brunnen angeordnet werden, der z.B. mit dem Schiff fest verbunden ist und einen hinreichend kleinen Spalt zum Tragkegel aufweist. Alternativ können die Magnete auch innerhalb des Tragkegels in Umfangsrichtung an ^¬ geordnet werden. Die Statorwicklung des Direktantriebes kann dann an einem zylindrischen Teil innerhalb des Tragkegels an- geordnet werden, der z.B. über die Steuergetriebeplatte mit dem Schiff fest verbunden ist.

In einer Ausgestaltung der Azimutverstellung weist diese eine Notversorgung (elektrische Notversorgung) auf. Die Notversor- gung stellt die Versorgung zumindest von einem Teil der Seg ^¬ mente des segmentierten Direktantriebes mit elektrischer Energie sicher. So kann bei Ausfall eines oder mehrerer Seg ^¬ mente ein Notbetrieb mit dem verbleibenden Rest der Segmente sichergestellt werden. Die Notversorgung ist beispielsweise eine redundante elektrische Energieversorgung. Werden Segmente eines Antriebes beispielsweise im Normalbetrieb durch un ^¬ terschiedliche elektrische Energieversorgungen gespeist und fällt beispielsweise eine davon aus, so stellt die Verblei ^¬ bende elektrische Energieversorgung eine Notversorgung dar.

In einer Ausgestaltung der Azimutverstellung ist der segmentierte Direktantrieb redundant ausgelegt, das bedeutet, dass alle oder ein Teil der Segmente unabhängig (voneinander) betrieben werden können und insbesondere zusätzlich eine Not- Versorgung (mit elektrischer Energie) vorgesehen ist. So kann beispielsweise ein Notbetrieb (Notverstellung) der

Azimutverstellung ermöglicht werden, da im Notbetrieb insbe ^¬ sondere nicht alle Segmente aktiv sein müssen. Unterschiedli ^¬ che Segmente können auch mit unterschiedlicher Leistung be- trieben werden und/oder unterschiedliche Segmente können eine unterschiedliche Nennleistung haben. Beispielsweise können unterschiedliche Segmente auch mit unterschiedlichen Kühlsys ^¬ temen gekühlt werden, was auch die Ausfallsicherheit erhöht. Durch die Verwendung des Direktantriebes können auch Schutzmaßnahmen für den Fall einer stoßartigen Belastung des

Propulsors in Azimutrichtung überflüssig oder reduziert wer ^¬ den, wobei dies insbesondere eine mechanische Schutzmaßnahme wie eine Bremse und/oder Überlastkupplung betrifft. Eine

Schutzmaßnahme ist beispielsweise dann nicht notwendig, wenn der Motor bei Überschreitung eines vorher definierten Momentes einfach „durchrutscht" ohne Bauteile zu beschädigen, da es keinen mechanischen Kontakt wie bei einem Getriebe gibt und elektrisch in diesem Fall vom Umrichter, bzw. von den Umrichtern, des Direktantriebes die Drehmomentensollwerte bis zu einem definierten Maximum nachgeführt werden. Sobald das äußere Moment das definierte Maximum des Motormoments wieder unterschreitet, ist die volle Steuerfähigkeit wieder vorhan- den, ohne dass irgendwelche Maßnahmen ergriffen werden müssen .

In einer Ausgestaltung der Azimutverstellung weist der segmentierte Direktantrieb eine Vielzahl von Segmenten auf, wo- bei jedem der Segmente ein Stromrichter, insbesondere ein

Wechselrichter, zugeordnet ist. Die Stromrichter der Segmente können sich einen Zwischenkreis teilen. Der Zwischenkreis wird insbesondere von einem Gleichrichter gespeist, welcher eine höhere Leistung hat als einer der Wechselrichter. Zur Erhöhung der Redundanz können zur Speisung des Zwischenkreises auch zwei oder mehr Gleichrichter vorgesehen sein. Auch zur Erhöhung der Redundanz kann der Direktantrieb zwei oder mehr Zwischenkreise aufweisen. Eine Kombination aus einer Vielzahl von Wechselrichtern, zumindest einem Zwischenkreis und zumindest einem Gleichrichter bildet einen segmentierten Direktantrieb aus. Der segmentierte Direktantrieb weist also in einer Ausgestaltung neben den Segmenten eine Vielzahl von Wechselrichtern, zumindest einen Gleichspannungszwischenkreis (Zwischenkreis) und zumindest einen Gleichrichter auf. Die Segmente weisen einen Aktivteil und einen Passivteil auf. Der Aktivteil ist insbesondere ein Teil des Stators des segmen ^¬ tierten Direktantriebes. Der Passivteil ist insbesondere ein Teil des Rotors des segmentierten Direktantriebes. Das Pas ^¬ sivteil weist beispielsweise Permanentmagnete auf.

In einer Ausgestaltung der Azimutverstellung weist diese ei- nen Momentenregler auf. Mit dem Momentenregler für den segmentierten Direktantrieb kann in einfacher Weise auf Momente reagiert werden, welche z.B. auf die Gondel wirken.

In einer Ausgestaltung der Azimutverstellung ist die Azimut- Verstellung bremsenlos. Da der Azimutor, also die

Azimutverstellung, eine Positionsvorgabe sehr schnell in ein entsprechendes Drehmoment, sowohl im Betrag als auch in der Richtung, umsetzen kann, ist eine Bremse nicht notwendig. Im Falle eines Blackouts, können ausgewählte Segmente des seg- mentierten Direktantriebes sofort notversorgt, werden. Dies gelingt z.B. mittels einer USV, einer Notschalttafel o.a. So kann sichergestellt werden, dass zu keinem Zeitpunkt unkon ^¬ trollierte Bewegungen der Gondel bzw. eines Propulsors mög ^¬ lich sind.

In einer Ausgestaltung der Azimutverstellung weist diese eine Kühlung auf. Die Kühlung betrifft insbesondere den segmen ^¬ tierten Direktantrieb. Mittels der Kühlung kann der Rotor, der Stator, der Wechselrichter und/oder der Gleichrichter ge- kühlt werden. Die Kühlung kann z.B. durch eine auf Schiffen befindliche Belüftung von Maschinenräumen erfolgen, oder mittels Kühlmedium, z.B. Wasser, entweder direkt oder indirekt durch ein entweder ein separates oder ein schiffseigenes Kühlsystem.

In einer Ausgestaltung der Azimutverstellung erfolgt der Direktantrieb berührungslos, wobei so keine Schutzmaßnahmen ge ^¬ gen zu hohe äußere Drehmomente nötigt sind. In einer Ausgestaltung der Azimutverstellung erfolgt der Direktantrieb verschleißfrei, wobei so eine höhere Effizienz erzielbar ist. In einer Ausgestaltung der Azimutverstellung werden die Segmente des Direktantriebs voneinander unabhängig betrieben.

Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Azimutverstellung einer Gondel wird die Gondel direkt mehrfach angetrieben. Dies ge ^¬ lingt insbesondere bei einem segmentierten Direktantrieb, bei welchem einzelne, insbesondere voneinander unabhängige, Seg ^¬ mente des Direktantriebes einzeln ansteuerbar sind. Der

Azimutor (elektromotorische Azimutverstellung) kann insbeson- dere als Segmentmotor ausgeführt werden. Das hat den Vorteil, dass bei einem Fehler z.B. lediglich ein Segment ausfällt und nicht der gesamte Motor. Dadurch kann bei einer entsprechenden Überdimensionierung auch nach Ausfall eines Segmentes 100% des geforderten Azimutmomentes bereitgestellt werden. Damit kann eine z.B. bei Schiffen oft geforderte Redundanz hinreichend erfüllt werden. Zumindest durch die Segmentierung erfolgt ein mehrfaches Antreiben, also ein mehrfacher Antrieb. Weist also ein Antrieb eine Vielzahl von Segmenten auf, so kann ein Segment wie auch eine Vielzahl von Segmenten zum Antreiben (Antrieb) beitragen.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird zum Antrieb ein elektrischer Direktantrieb verwendet. Dieser weist einen Ro ^¬ tor und einen Stator auf. Insbesondere der Stator weist ein- zeln bestrombare, also ansteuerbare Segmente auf. Die Segmen ^¬ te können auch als einzelne Linearmotoren betrachtet werden. Die Segmentierung bringt Vorteile beim Bauraum, der Dimensionierung und der Betriebssicherheit. In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist der Direktantrieb teilweise aktiv. Dabei wird ein Teil der Segmente bestromt, ist also aktiv, und ein Teil der Segmente nicht bestromt, ist also inaktiv. Dies ist beispielsweise bei einer Notverstel ^¬ lung vorteilhaft. Eine Notverstellung kann z.B. entweder über zusätzlich zu montierende mechanische Bauteile erfolgen, oder durch eine unabhängige Versorgung einzelner Segmente des Azimutors. Da diese Notverstellung z.B. bei Stillstand des Schiffes erfolgt, muss lediglich die Reibung im Azimutlager und dessen Dichtungen überwunden werden. Dies kann durch Nutzung einer minimalen Anzahl von Segmenten erfolgen. Eine mechanische Verblockung in der gewünschten Position kann beispielsweise durch einen Scherbolzen zusätzlich erfolgen. Auf Grund der hohen Redundanz des Azimutors, also der

Azimutverstellung mit segmentiertem Direktantrieb, wird dies insbesondere im Servicefall z.B. im Dock, notwendig sein.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt eine Kraftüber- tragung auf die Gondel zu deren azimutaler Verstellung berührungslos. Hierzu dient der Direktantrieb der einen Stator und einen Läufer aufweist, der Stator weist Primärteilsegmente (Statorsegmente) auf und der Läufer weist insbesondere Sekun ^¬ därteilsegmente (insbesondere Segmente mit Permanentmagnete) auf. Dabei kann es sich beim Läufer auch nur um ein Segment handeln, welches z.B. eine Vielzahl von aneinander gereihten Permanentmagneten aufweist. Zwischen Stator und Läufer (auch Rotor genannt) befindet sich ein Luftspalt. Über den Luft ^¬ spalt ergibt sich eine berührungslose Kraftübertragung. Durch dieses berührungslose Konzept ist es z.B. möglich keine

Sicherheitsvorrichtung zur Vermeidung von Schäden bei einer starken schlagartigen Belastung der Gondel in Umfangsrichtung vorsehen zu müssen. Auch ist durch eine vorliegende Verschleißfreiheit des Direktantriebes (es fehlt insbesondere ein Getriebe) eine hohe Betriebsstundenzahl erreichbar.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Azimut ^¬ verstellung der obig oder im Folgenden beschriebenen Art verwendet .

Die Konstruktion mit elektromotorischer Azimutverstellung kann sich z.B. durch zumindest einen der folgenden Punkte hervorheben : keine separaten Bauteile, die über ein Ritzel oder andere mechanische oder hydraulische Verbindungen zum Rotor eine azimutale Verstellung des Propulsors ermöglichen; keine Schutzmaßnahmen notwendig, die bei schlagartiger Belastung des Propulsors in azimutaler Richtung wirksam werden (müssen) ;

geringerer Platzbedarf im POD-Raum;

geringerer Wartungsaufwand;

kein oder weniger Verschleiß;

kleinere Fehlerwahrscheinlichkeit durch geringere Anzahl von Bauteilen ( System-FMEA) und hoher Redundanz;

keine Verwendung von Öl-Betriebsstoffen und/oder

höherer Systemwirkungsgrad.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert, aus denen weitere Einzelheiten entnehmbar sind. Für gleichartige Elemente werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Im Einzelnen zeigen:

FIG 1 einen drehbaren POD;

FIG 2 einen Ruderpropeller;

FIG 3 einen segmentierten Antrieb;

FIG 4 ein erstes Segment des segmentierten Antriebs;

FIG 5 ein zweites Segment des segmentierten Antriebs;

FIG 6 einen Abschnitt eines Rotors des segmentierten An ^¬ triebs ;

FIG 7 einen Abschnitt des segmentierten Antriebs;

FIG 8 eine Perspektivdarstellung des segmentierten Antriebs ;

FIG 9 unterschiedliche Dimensionierungen des segmentierten Antriebs;

FIG 10 unterschiedliche Positionierungen der Segmente und

FIG 11 unterschiedliche Dimensionierungen der Magnete.

Die Darstellung nach FIG 1 zeigt einen POD 1. Der POD 1 weist eine Gondel 2 und einen Schaft 20 auf. In der Gondel 2 ist ein elektrischer Motor untergebracht. 3 bezeichnet einen ers ^¬ ten Propeller, der von dem Motor in der Gondel 2 angetrieben wird, und 4 einen zweiten Propeller, der ebenfalls von dem Motor in der Gondel 2 angetrieben wird. Zwischen den beiden Propellern 3 und 4 befindet sich eine vorzugsweise durchge- hende, nicht näher gezeigte Motorwelle. Im Oberteil des

Schaftes 20 befindet sich ein vorteilhaft mit einer Innenver ^¬ zahnung ausgebildeter Zahnkranz 5, der zusammen mit einem Ritzel 6 ein erstes Getriebe bildet und über ein weiteres Ge- triebe 7 von dem Elektromotor 8 angetrieben wird. Dargestellt sind zwei Elektromotoren 8 mit jeweils einem Ritzel 6 und ei ^¬ nem Getriebe 7. Die Motoren 8 weisen Umdrehungszähler und Um- drehungsrichtungszähler 9 auf, über die die Ruderlage erfass ^¬ bar ist. Die Motoren 8, also die Stellantriebe zur

Azimutverstellung, sind an das Bordnetz angeschlossen, das wahlweise 400V/50Hz oder 450V/60Hz aufweist. Über ein Schaltelement 15 wird ein Zwischenkreisumrichter 31 mit dem Eingangsteil (Gleichrichter) 10 und dem Ausgangsteil (Wechsel ^¬ richter) 11 sowie dem Zwischenkreis 12 mit Energie aus dem Mittelspannungsbordnetz versorgt. An dem Zwischenkreis 12 ist ein Bremswiderstand 13 angeordnet. Für den Fall eines Aus ^¬ falls des Bordnetzes ist eine unterbrechungsfreie Stromver ^¬ sorgung (USV) 14 vorgesehen, die mit dem Gleichstromzwischenkreis 12 verbunden ist. So ist sichergestellt, dass ein Ru- derlegen auch bei Ausfall des Bordnetzes möglich ist.

Die Darstellung nach FIG 2 zeigt einen Ruderpropeller 51. Die Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt einer Azimutverstellung 50 für eine schwimmende Einrichtung wie z.B. ein Schiff oder eine Offshore-Plattform. Die Propellerantriebseinrichtung umfasst einen hohlen Schaft 20, der mittels Lager 52 an seinem unteren und oberen Ende um eine im Wesentlichen vertikale Achse 53 drehbar von einer Haltestruktur 54 der schwimmenden Einrichtung gehaltert ist. Dichtungen 56 dichten einen Zwischenraum 55 zwischen dem Schaft 20 und der Haltestruktur 54 gegen ein Eindringen von Wasser ab. Ein strömungsgünstig, gondelartig geformtes Gehäuse 57 der Gondel 2, das in seinem Inneren einen Hohlraum 58 ausbildet, ist am unteren Ende des Schaftes 20 drehfest gehaltert. In dem Ge- häuse 57 ist eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Pro ^¬ pellerwelle 59 mittels Lager 60 um eine Achse 61 drehbar ge ^¬ lagert. Die Drehachse 53 des Schaftes 20 und die Drehachse 61 der Propellerwelle 59 stehen somit im Wesentlichen senkrecht aufeinander. Die Propellerwelle 59 ist an einem Ende 62 bis außerhalb des Gehäuses 57 geführt und weist an diesem Ende 62 einen daran befestigten Propeller 63 auf. Ein Elektromotor 16 treibt über eine Antriebswelle 21 und ein in dem Gehäuse 57 angeordnetes Kegelradgetriebe 27 aufweisen ein Kegelrad 28 und einem Tellerrad 29 die Propellerwelle 59 an. Der Elektro ^¬ motor 16 ist außerhalb des Schaftes 20 und des Gehäuses 57 im Inneren der schwimmenden Einrichtung angeordnet. In der schwimmenden Einrichtung befindet sich ein nicht näher darge- stellter Generator oder eine andere Stromquelle, der bzw. die den Elektromotor 16, ggf. über einen Umrichter, mit dem nötigen Strom versorgt. Die gezeigte Propellerantriebseinrichtung stellt eine um eine vertikale Achse 53 verdrehbare Azimut- Propulsionsanlage in Form eines Ruderpropellers dar. Es ist dabei möglich, dass die Propellerwelle 59 auch an ihrem zwei ^¬ ten Ende oder eine zusätzliche Propellerwelle, die über ein geeignetes Getriebe mit der Propellerwelle 59 oder der An ^¬ triebswelle 21 gekoppelt ist, bis außerhalb des Gehäuses 57 geführt ist und dort ebenfalls einen daran befestigten Pro- peller aufweist. Die beiden Propeller können sich dann in die gleiche oder auch in entgegengesetzte Richtungen drehen (d.h. kontrarotieren). Der Elektromotor 16 ist als elektrischer Ringmotor ausgebildet und weist einen ringförmig ausgebilde ^¬ ten Rotor 22 und einen ringförmig ausgebildeten Stator 23 auf, der den Rotor 22 ringförmig unter Bildung eines Luftspaltes umschließt. Der Rotor 22 und die Antriebswelle 21 sind um die gleiche Achse 53 wie der Schaft 20 drehbar gela ^¬ gert. Der Rotor 22 ist dabei ringförmig um die Antriebswelle 21 angeordnet, d.h. dass die Antriebswelle 21 entlang der Drehachse 53 des Rotors 22 und dabei sogar durch den Rotor 22 hindurch, d.h. durch die von dem Rotor 22 aufgespannte Fläche, verläuft. Der als Ringmotor ausgebildete Elektromotor 16 weist in Bezug auf die Drehachse 53 des Rotors 22 in radialer Richtung einen Durchmesser auf, der deutlich größer als die Länge des Motors in seiner axialen Längsrichtung ist. Der ringförmige Stator 23 des Motors 16 ist drehfest an dem

Schaft 20, hier einer Tragstruktur 24 (häufig auch als „Tragkegel" bezeichnet) am oberen Ende des Schaftes 20, befestigt. Der Ringmotor 16 ist hinsichtlich seines Außendurchmessers an den Außendurchmesser der Tragstruktur 24 der schwimmenden Einrichtung für die Azimut-Propellerantriebseinrichtung ange- passt und weist einen Außendurchmesser auf, der etwa gleich dem Außendurchmesser der Tragstruktur 24 ist. Der ringförmige Rotor 22 ist über einen an seiner Ringinnenseite befestigten Rotorträger 25 drehfest mit der Antriebswelle 21 verbunden. Der Rotorträger 25 trägt somit auf seiner Außenseite den Ro ^¬ tor 22. Der Rotorträger 25 umfasst eine Nabe 40, einen kreis- förmigen Tragkranz 41 und ein Verbindungselement 42 zur Verbindung der Nabe 40 mit dem Tragkranz 41. Die Nabe 40 ist dabei drehfest mit der Antriebswelle 21 verbunden und der Trag ^¬ kranz 41 trägt auf seiner Außenseite den Rotor 22. Das Verbindungselement 42 kann beispielsweise als ein Scheibenrad ausgebildet sein, das zur Gewichtseinsparung vorzugsweise mit Löchern oder Schlitzen versehen ist. Alternativ kann der Rotorträger auch ein Getriebe, z.B. ein Planetengetriebe, beinhalten. Mehrere Lager 26 dienen zur drehbaren Lagerung und horizontalen und vertikalen Fixierung der Antriebswelle 21, des Rotorträgers 25 und des Rotors 22 gegenüber dem Stator 23 und dem Schaft 20.

Das Drehen der Propellerantriebseinrichtung 1 um die vertikale Achse 53 erfolgt mit Hilfe eines elektrischen Motors 30, dieser ist als ein segmentierter Direktantrieb ausgebildet.

Der segmentierte Direktantrieb 30 weist einen ringförmig aus ^¬ gebildeten Rotor 32 und einen ringförmig ausgebildeten Stator 33 auf, der den Rotor 32 ringförmig unter Bildung eines Luftspaltes umschließt. Der Rotor 32 ist um die gleiche Achse 53 wie der Schaft, die Antriebswelle 21 und der Rotor 32 des

Elektromotors 16 drehbar gelagert. Der segmentierte Direktan ^¬ trieb kann auch derart ausgebildet sein, dass dessen Rotor den Stator ringförmig unter Bildung eines Luftspalts umschließt, was allerdings nicht dargestellt ist. Der ringför- mige Stator 33 des segmentierten Direktantriebs 30 ist drehfest an einem feststehenden Teil der Propellerantriebs ^¬ einrichtung 51 oder der schwimmenden Einrichtung (z.B. ein Schiff), z.B. der Haltestruktur 35, gehalten. Der ringförmige Rotor 32 des segmentierten Direktantriebs 30 ist mittels ei ^¬ nes an seiner Ringinnenseite befestigten Rotorträgers 43, drehfest mit dem Schaft 20, hier einem Flansch 34 am oberen Ende des Schaftes 20, verbunden.

Die Darstellung nach FIG 3 zeigt ein Beispiel für den segmentierten Antrieb 30. Der segmentierte Antrieb ist ein segmen ^¬ tierter Direktantrieb 30. Mit dem segmentierten Direktantrieb kann insbesondere ein Ruderpropeller oder ein POD direkt ohne Zwischenschaltung eines Getriebes verstellt werden. Der seg ^¬ mentierte Direktantrieb 30 weist einen Stator und einen Rotor 32 auf. Der Stator weist 9 Statorsegmente 44, 45, 46, 47, 48, 49, 76, 77 und 78 auf. Der Stator kann auch mehr oder weniger wie z.B. 6 Statorsegmente 44, 45, 46, 47, 48 und 49 aufwei- sen, was jedoch in Figur 3 nicht dargestellt ist. Jedes

Statorsegment 44, 45, 46, 47, 48, 49, 76, 77 und 78 der neun dargestellten Segmente weist eine Stromanschluss 36 auf. Dar ^¬ gestellt ist ein dreiphasiger Anschluss, wobei für jede Phase ein Kabel vorgesehen ist. Durch die Segmentierung ist ein Einsatz auch für große Durchmesser möglich und/oder eine Skalierung des Drehmoments über Durchmesser, Länge und/oder Anzahl der Segmente, was für eine hohe Auslegungsflexibilität sorgen kann. Bei einem segmentierten Stator und/oder Rotor ist auch eine Teilbestückung möglich. So kann der Motor auch mit einer reduzierten Anzahl von Segmenten betrieben werden. Eine Rotorkühlung ist möglich, aber nicht in allen Anwendungsfällen notwendig. Ein Segment des Stators kann auch als separate Motor-Einheit betrachtet werden. Damit erhöht sich die Verfügbarkeit des Antriebs, da bei Ausfall eines Segmen- tes einer Vielzahl von Segmenten der Betrieb des Antriebs weiter möglich ist. Durch die Segmentierung ergeben sich relativ kleine Einzelkomponenten, was zu einer einfachen Handhabung bzw. Montage beiträgt. Der segmentierte Direktantrieb, welcher als Motor fungiert, kann unempfindlich gegenüber ei- ner axialen Verschiebung aufgeführt werden, was ggf. eine prozessbedingte axiale Verschiebung des Rotors ermöglicht. Die Darstellung nach FIG 4 zeigt am Beispiel des Segments 39 eine erste Ausführungsvariante für die Statorsegmente. Es weist T-Nutsteine 64 zum Einbau auf. Für den Stromanschluss ist eine dreiphasige Anschlussleitung 37 vorgesehen. Diese dreiphasige Anschlussleitung 37 weist Leistungskabel für drei Phasen auf, sowie ein Signalkabel. Der Anschluss erfolgt über eine Steckverbindung 65 für die kombinierte Anschlussleitung 37. Zur Kühlung des Segmentes 39 kann eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen sein. Hierfür zeigt FIG 4 einen Kühlmittelan- schluss 76.

Die Darstellung nach FIG 5 zeigt am Beispiel des Segments 49 eine weitere Ausführungsvariante für die Statorsegmente. Es weist T-Nutsteine 64 zum Einbau auf. Für den dreiphasigen Stromanschluss des Segmentes sind drei einphasige Anschluss ^¬ leitungen 38 vorgesehen. Diese drei Anschlussleitungen 38 sind hintereinander auf einem Kreisbogenabschnitt positio ^¬ niert. Der Anschluss erfolgt über jeweils eine Steckverbin ^¬ dung 67 für die Einzelader-Leistungsleitungen, also die drei einphasigen Anschlussleitungen 38. Für ein Signalkabel ist eine Steckverbindung 66 vorgesehen. Das Signalkabel bzw. die Signalleitung kann für Temperatursensoren vorgesehen sein. Zur Kühlung des Segmentes 49 kann eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen sein. Hierfür zeigt FIG 5 einen Kühlmittelan- schluss 76. Das Statorsegment kann abhängig von der Leistung bzw. den elektrischen Strömen mit verschiedenen Leitungsverbindungen ausgestattet sein. Eine Einzelader-Leistungsleitung kann z.B. für Ströme größer 66 A vorgesehen sein. Eine kombinierte Leitung kann für Ströme kleiner gleich 66 A vorgesehen sein .

Die Darstellung nach FIG 6 zeigt einen Abschnitt des Rotors 32 des segmentierten Antriebs mit einer Vielzahl von Magneten 69. Die Magnete (Permanentmagnete) 69 bilden eine Art Rotor- Segmente. Zum Einbau sind T-Nutensteine 68 vorgesehen. Diese T-Nutensteine 68 befinden sich an der Innenseite des Rotors und grenzen an zwei benachbarte Magnete 69 an. Die Darstellung nach FIG 7 zeigt einen Abschnitt des segmentierten Antriebs. Es ist gezeigt, wie sich das Statorsegment 49 in eine Vielzahl von Segmenten einfügt und gegenüber dem Rotor 32 mit den Magneten 69 positioniert ist. Die Magnete 69 befinden sich auf einem Rotorträger 43. Die Statorsegmente 44, 48 und 49 sind auf der Haltestruktur 35 gehalten.

Die Darstellung nach FIG 8 zeigt den segmentierten Direktantrieb 30 mit Rotor 32 und Stator 33 in einer Perspektivdar- Stellung. Haltestruktur 35 und/oder Rotorträger 43 können abhängig vom Einsatz anders ausgestaltet sein.

Die Darstellung nach FIG 9 zeigt unterschiedliche Dimensio ^¬ nierungen des segmentierten Antriebs 30.

Ein erster Antrieb 30 weist einen ersten Durchmesser 18 auf und hat 8 Statorsegmente 39. Ein darunter dargestellter zwei ^¬ ter Antrieb 30 mit 15 Statorsegmenten 49 weist einen Durchmesser 19 auf. Der Durchmesser 19 ist größer wie der Durch- messer 18. Abhängig von der Anzahl der Segmente ist der

Durchmesser also stufenweise veränderbar. Für unterschiedli ^¬ che Durchmesser können geometrisch unterschiedlich ausgestaltete Segmente oder geometrisch gleich ausgestaltete Segmente verwendet werden. Dies hängt beispielsweise von der geometri- sehen Ausgestaltung und/oder von den Durchmessern ab. Mit größerem Durchmesser nimmt die Anzahl der Statorsegmente zu. Das Drehmoment steigt quadratisch mit dem Durchmesser. So kann beispielsweise ein Luftspaltdurchmesser zwischen 0,8 Meter und 5 Meter eingestellt werden.

Die Darstellung nach FIG 10 zeigt Statoren 33 mit unterschiedlichen Positionierungen der Segmente des jeweiligen Stators 33. Es sind folgende Statoren 33 gezeigt: a) mit n=8 Segmenten

b) mit n=7 Segmenten

c) mit n=6 Segmenten

d) mit n=5 Segmenten mit n=4 Segmenten

mit n=3 Segmenten

mit n=2 Segmenten

mit n=l Segment.

Im Fall a) füllen die 8 Segmente einen Kreis aus. In den wei ^¬ teren Fällen b) bis h) ergibt sich zumindest eine Leerstelle 70. Die Anordnung der Segmente in den Fällen a) , c) , e) und g) ist derart symmetrisch, dass sich aus der Summe der magne ^¬ tischen Kräfte der Magnete des Rotors 32 keine resultierende radiale Kraft ergibt. Die Anordnung der Segmente in den Fäl ^¬ len b) , d) , f) und h) ist derart unsymmetrisch, dass sich aus der Summe der magnetischen Kräfte der Magnete des Rotors 32 eine resultierende radiale Kraft ergibt.

Das verfügbare Drehmoment des Antriebs kann über die Anzahl der Statorsegmente am Umfang skaliert werden. Dabei erhöht sich das Drehmoment linear mit der Anzahl der Statorsegmente. Für eine gleichmäßige Belastung eines Lagers des Rotors sind symmetrische Anordnungen (n=8,6,4,2) vorteilhaft.

Die Darstellung nach FIG 11 zeigt unterschiedliche Dimensio ^¬ nierungen der Magnete 69. Durch eine Aneinanderreihung von Einzelmagneten 75 kann die aktive Länge 77 des Magneten 69 beeinflusst werden. Die aktive Länge 77 kann so schrittweise, beispielsweise in 50mm Schritten erhöht werden. Gezeigt ist: eine erste aktive Länge 71 mit einem Einzelmagnet 75;

eine zweite aktive Länge 72 mit zwei Einzelmagneten

75 und

eine dritte aktive Länge 73 mit sechs Einzelmagne ^¬ ten 75.

Das Drehmoment steigt linear mit der aktiven Länge.