Kühlung eines elektrischen Gondelantriebs

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Gondelantrieb für ein Schiff aufweisend ein Gondelgehäuse, einen im Gondelge ^¬ häuse angeordneten Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, welcher koaxial zu einer Rotationsachse des Elektromo- tors angeordnet ist, und einen Gondelschaft, mittels welchem das Gondelgehäuse drehbar mit einem Schiffsrumpf verbindbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Schiff mit einem derartigen elektrischen Gondelantrieb. Ein derartiger elektrischer Gondelantrieb kommt beispielswei ^¬ se als Antriebseinheit bei einem Schiff oder allgemein bei einem Wasserfahrzeug zum Einsatz, wobei sich der Gondelantrieb im Allgemeinen außerhalb des Schiffsrumpfes und unter ^¬ halb des Wasserspiegels, insbesondere im Meerwasser, befindet und einen Propeller antreibt. Derartige Gondelantriebe sind auch unter der Bezeichnung POD-Antriebe bekannt und weisen üblicherweise eine elektrische Leistung im Megawattbereich, insbesondere von mehr als 5 MW auf. Dabei muss bei einem sol ^¬ chen elektrischen Gondelantrieb die Verlustwärme der elektri- sehen Maschine in geeigneter Form abgeführt werden, um die

Maschine während des Betriebs auf einem konstanten und akzep ^¬ tablen Temperaturniveau zu halten. Weitere Beispiele für ein Wasserfahrzeug sind ein Floß, eine Bohrinsel, ein U-Boot oder dergleichen. Abhängig von der Größe des Wasserfahrzeuges und dem Verwendungszweck des Gondelantriebes können auch elektrische Leistungen kleiner 5 MW zum Einsatz kommen.

Die Wärmeabfuhr des Stators geschieht beispielsweise über die Oberfläche des Gehäuses durch Konvektion. Das Statorblech- paket ist z.B. in ein Gehäuse eingeschrumpft, wodurch ein gu ^¬ ter Wärmeübergang gewährleistet wird. Hierfür sollte das Ge ^¬ häuse eine ausreichend gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Da das Maschinengehäuse aber im Wasser (in der Seeschifffahrt im salzigen Meerwasser) betrieben wird, ist ebenfalls eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit erforderlich.

Aus der EP 0 590 867 AI ist eine Antriebseinheit für ein Schiff bekannt, wobei die Antriebseinheit eine Gondel mit ei ^¬ nem Elektromotor aufweist, welche über einen Schaft drehbar an einem Schiffsrumpf befestigt ist. Zur Kühlung des Elektromotors sind im Schaft angeordnete Kühlkanäle vorgesehen, wel ^¬ che sich bis ins Innere des Schiffsrumpfs erstrecken, wo ein Wärmetauscher zur Rückkühlung des in den Kühlkanälen befindlichen Kühlmediums vorgesehen ist. Im Schiffsrumpf sind separate Kühlmodule, bestehend aus Fremdlüftern und Luft- / Was ^¬ serkühlern, neben der Verstelleinheit bzw. dem Azimutmodul angeordnet, wobei die Kühlluft über die Kühlkanäle im Verbin- dungsschaft zum Antriebsmotor geleitet wird.

Für fremderregte Synchronmaschinen und Asynchronmaschinen fallen insbesondere auch am Rotor Verluste an. Bei permanent ^¬ magnetische erregten Synchronmaschinen werden die Magnete bei steigender Temperatur zunehmend entmagnetisiert. Der Rotor erhält seine Wärme aus der Umgebung, besonders dem Stator (Strahlung, Wärmeleitung, Konvektion) . Der Rotor wird auch durch Reibung an Luft & Lagern erhitzt, und ist nicht zuletzt magnetischen Wechselfeldern von der Ständerwicklung ausge- setzt, welche AC-Verluste im Rotor zur Folge haben. Für jeden der genannten Maschinentypen ist die Rotortemperatur zu begrenzen. Allerdings ist die Kühlung des Rotors bei einer pas ^¬ siven Wassermantelkühlung nicht sehr gut. In der Konsequenz kann es sich ergeben, dass aufgrund dessen die Baugröße des elektrischen Motors von der Rotortemperatur bestimmt wird.

D.h., die Maschine könnte verkleinert werden, wenn der Rotor besser gekühlt werden würde. Aus einer Verkleinerung ergäben sich erhebliche Vorteile, besonders wenn der Durchmesser re ^¬ duziert werden kann, der der hydrodynamische Wirkungsgrad verbessert werden kann.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es ein verbessertes Kühlkon ^¬ zepten für einen elektrischen Gondelantrieb bereitzustellen. Eine Lösung der Aufgabe gelingt bei einem elektrischen Gondelantrieb nach Anspruch 1, sowie bei einem Wasserfahrzeug nach Anspruch 10. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich beispielsweise gemäß der Ansprüche 2 bis 9 und 11.

Ein elektrischer Gondelantrieb für ein Schiff weist ein Gondelgehäuse und einen im Gondelgehäuse angeordneten Elektromo ^¬ tor mit einem Stator und einem Rotor auf. Ferner weist der elektrische Gondelantrieb z.B. auch einen Gondelschaft auf, mittels welchem das Gondelgehäuse drehbar mit einem Rumpf ei ^¬ nes Wasserfahrzeuges verbindbar ist. Der elektrische Gondel ^¬ antrieb weist auch eine Welle zum Antrieb eines Propellers auf, wobei die Welle zumindest eine Einrichtung zur Leitung von Abwärme des Elektromotors aufweist. Durch die Ableitung der Verlustwärme des Elektromotors über die Welle, kann der

Elektromotor gekühlt werden. Die Welle weist als ein Material insbesondere Stahl auf. Die Welle kann geschmiedet sein. Von der Welle kann die Wärme auf den Propeller bzw. dessen Propellerflügel übertragen werden. Durch die Oberfläche der Pro- pellerflügel kann dann die Wärme an das umgebende Wasser ab ^¬ gegeben werden.

Ein thermisch gut leitfähiger Bronzepropeller stellt eine große Fläche zur Wärmeübertragung an das Wasser dar. Durch eine Wärmeabfuhr vom Rotor über die Welle hin zum Propeller kann die große Oberfläche des Propellers, welche im Betrieb von Wasser umgeben ist zur Kühlung des Elektromotors genutzt werden. Hierzu kann die Wärme vom Rotor über die Welle zum Propeller auch über eine Nabe übertragen werden. Zur Wärme- Übertragung ist eine Einrichtung zur Leitung von Wärme (dies ist insbesondere die Abwärme/Verlustwärme des Elektromotors) insbesondere im Bereich der Welle vorgesehen. So soll die Wärmeübertragung einer Welle alleine aus Stahl verbessert werden .

Über die Fläche (Oberfläche) des Propellers, welcher insbe ^¬ sondere aus einer Bronze ist, kann eine passive Kühlung des Elektromotors realisiert werden. Der Elektromotor zum Antrieb der Welle kann so zusätzlich gut passiv gekühlt werden, oder auch rein passiv gekühlt werden. Bei einer rein passiven Kühlung gibt es keine aktive Kühlung, bei welcher ein Kühlmedium wie Luft oder Wasser umgewälzt wird. Bei einer reinen passi- ven Kühlung gibt der Stator des Elektromotors seine Wärme

(Verlustwärme) beispielsweise im Wesentlichen an das Gehäuse der Gondel bei einem POD-Antrieb ab. Der Propeller dient da ^¬ bei insbesondere im Wesentlichen der Kühlung des Rotors des Elektromotors. Hierzu wird die Rotorwärme am Ort der Entste- hung quasi eingesammelt, zum Propeller geleitet, auf den Pro ^¬ peller geleitet und anschließend von dort auf das umgebende Wasser übertragen.

In einer Ausgestaltung des elektrischen Gondelantriebs leitet die Einrichtung Wärme besser als Stahl. Kupfer oder Aluminium haben beispielsweise eine höhere Wärmeleitfähigkeit als

Stahl .

In einer Ausgestaltung des elektrischen Gondelantriebs weist die Einrichtung zur Leitung von Wärme eine wärmeleitende Hül ^¬ le auf. Diese wärmeleitende Hülle ist beispielsweise außen auf der Welle und/oder in der Welle, insbesondere als ein in die Welle integrierter Hohlzylinder. Die Hülle weist insbe ^¬ sondere Kupfer als wärmeleitendes Material auf.

In einer Ausgestaltung des elektrischen Gondelantriebs weist die Einreichung zur Leitung von Wärme eine wärmeleitende Schicht außen auf der Welle oder im inneren der Welle auf, wobei die Welle insbesondere zumindest teilweise hohl ist.

In einer Ausgestaltung des elektrischen Gondelantriebs weist die Einrichtung zur Leitung von Wärme zumindest einen Kühlluftkanal auf. So kann mittels des Kühlluftkanals oder der Kühlluftkanäle Kühlluft innen und/oder außen entlang der Wel- le geführt werden, um Wärme abzuleiten.

In einer Ausgestaltung des elektrischen Gondelantriebs ist die Einrichtung eine Heatpipe oder weist eine Heatpipe auf. Die Heatpipe ist ein effizientes Mittel zur Wärmeleitung. Beispiele für Heatpipes sind Sinter-Heatpipes (z.B. Kupfer mit Kapillarsinter und Antioxidationsschicht) oder Mesh- Heatpipes (z.B. Kupfer vernickelt, mit Kapillar-Metall- gewebe) . Die Heatpipe kann in die Welle integriert sein und/oder außen auf der Welle positioniert sein.

Bei der Verwendung einer Heatpipe ist darauf zu achten, dass ein gut thermisch leitfähiger Kontakt zwischen Propeller und der Heatpipe besteht. Die Heatpipe kann z.B. zur Verbindung zum Rotor in den Bronzepropeller eingeschrumpft sein. Auch können Maßnahmen ergriffen werden, die Kontaktfläche möglichst groß zu gestalten. Hierzu kann zum Beispiel die Nabe des Propellers verlängert und/oder das Ende der Heatpipe- Anordnung in seiner Form der Propellernabe angepasst sein.

In einer Ausgestaltung des elektrischen Gondelantriebs weist die Einrichtung Kupfer, Aluminium, Keramik und/oder Kunststoff auf. So kann die Wärme des Elektromotors über die Ober- fläche der Welle, bzw. im äußeren radialen Bereich der Welle vom Rotor zum Propeller geführt sein. Auf der Rotoroberfläche des Elektromotors oder nahe dazu wird beispielsweise eine thermisch gut leitfähige Struktur aufgebracht. Hierbei kann es sich um eine Schicht handeln (Beispiel: ein Al-Zylinder, welcher aufgeschrumpft ist und auch gleichzeitig als Bandage wirken kann) oder um thermisch gut leitfähige, kleinere bzw. stabförmige Strukturen. Kleinere Strukturen sind also bei ^¬ spielsweise Stäbe, welche insbesondere symmetrisch zur Rota ^¬ tionsachse platziert sind und parallel zu dieser verlaufen. Die Stäbe verlaufen beispielsweise in axialen Bohrungen des Rotors, vergleichbar mit Dämpferstäben eines Elektromotors. Als Material für den oder die Stäbe bzw. für die Schicht (insbesondere für einen Zylinder) eignen sich gut wärmeleit- fähige Metalle wie Cu oder AI. Aber auch Keramiken (wie z.B. Aluminiumoxid) oder leitfähige Kunststoffe können diese Auf ^¬ gabe bei geeigneter Konstruktion übernehmen. Keramiken und Kunststoffe haben ggf. einen Vorteil, wenn eine geringe elektrische Leitfähigkeit gefordert ist, da ansonsten AC-Ver- luste induziert werden können. Bei elektrisch gut leitfähigen Materialien können durch eine Laminierung die AC-Verluste reduziert werden. Dies könnte die gewünschte thermische Leitfä ^¬ higkeit in axialer Richtung zum Propeller hin beeinträchti- gen. Bei der Wahl des Materials für die Einrichtung zur Wärmeleitung können auch die Umweltbedingungen wie z.B. Temperatur und/oder salzhaltige Luft mit Berücksichtigung finden. So kann die Oberfläche der Einrichtung zur Wärmeleitung zumindest teilweise, insbesondere bei empfindlichen Materialien, versiegelt sein. Dies kann zum Beispiel bei der häufig ohne ^¬ hin fälligen Tränkung des Rotors in einem Harzbad geschehen.

Die Einrichtung zur Leitung der Wärme (Abwärme) des Elektro ^¬ motors befindet sich im Bereich des Rotors und/oder im Be- reich der Welle außerhalb des Rotors. Diese Einrichtung, ins ^¬ besondere die dafür vorgesehenen Strukturen sind insbesondere zur Oberfläche der mechanischen Wellenverbindung zwischen Elektromotor und Propeller geführt. Vergleichbar zu den

Stromzuführungen einer fremderregten Synchronmaschine können auf der Wellenoberfläche z.B. massive Kupferleitungen (insbe ^¬ sondere Kupferstäbe) gelegt sein, die ggf. in Nuten unter den Lagern der Welle und/oder des Rotors bzw. anderen Hindernissen hindurchgeführt sind. Der Propeller ist thermisch gut leitfähig an diese Wärmeleitungsstrecke, welche durch die Einrichtung, also die Strukturen ausbildbar ist, angeschlossen. Hierzu können beispielsweise stirnseitige Flansche an der Nabe verwendet vorhanden sein. Kupferleitungen bzw. Kupferstäbe können auch in das Innere der Welle integriert sein. Für die beschriebene Methode der Wärmeaufnahme und -Übertra ^¬ gung im Oberflächenbereich kann die Auslegung und Konstruktion des Elektromotors angepasst werden. So können im Bereich des Elektromotors AC-Verluste vermieden werden. Im Bereich des Überganges von Gondel zu Propeller ist die Dichtigkeit der Gondel zum Wasser zu beachten.

In einer Ausgestaltung des elektrischen Gondelantriebs ist die Einrichtung ein Hohlzylinder, bzw. weist diese einen Hohlzylinder auf. Der Hohlzylinder ist beispielsweise auf die Welle geschoben bzw. aufgeschrumpft.

In einer Ausgestaltung des elektrischen Gondelantriebs weist die Einrichtung zumindest einen Wärmeleitungsstab auf, wel ^¬ cher sich insbesondere über den Längsbereich des Rotors erstreckt über diesen in einer einteiligen Form hinaus geht, sich über den Längsbereich der Welle erstreckt und im Bereich des Propellers endet. Als Material ist beispielsweise Kupfer oder Aluminium verwendet. Die Einrichtung kann aber auch eine Heatpipe sein.

In einer Ausgestaltung des elektrischen Gondelantriebs Elektrischer Gondelantrieb ist zumindest ein Teil der Einrichtung innerhalb der Welle. Dabei kann es sich um eine Heatpipe, ei ^¬ nen Stabzylinder und/oder einen Hohlzylinder handeln.

In einer Ausgestaltung des elektrischen Gondelantriebs kann die Wärme also im Zentrum einer Welle, insbesondere im Zent- rum einer Hohlwelle d.h. zentrumsnah zur Rotationsachse der Welle zum Propeller übertragen werden.

Bei einer innenliegenden Variante der Wärmeleitung, also bei einer zentrumsnahen Wärmeleitung zum Propeller sind die Welle zum Propeller und/oder der Rotor des Elektromotors durchgängig oder überwiegend hohl ausgeführt. In diesem Hohlraum wird die Wärme übertragen. So kann vom Rotor des Elektromotors ausgehend die Wärme bis hin zum Propeller übertragen werden. Beispielsweise ist in den Hohlraum des Rotors des Elektromo ^¬ tors ein Kupferrohr, welches insbesondere stirnseitig ge ^¬ schlossen ist, durch z.B. Schrumpfpassung eingebracht. Da es sich bei POD-Motoren in manchen Ausgestaltungen aufgrund des gewünschten geringen POD-Durchmessers um eher lange, dünne Maschinen handelt, entsteht schon bei einem geringen Durchmesser des Hohlraumes eine große thermische Kontaktfläche zwischen Rotor-Blechpaket und Kupferrohr über die gesamte Ro ^¬ tor-Aktivteillänge. Bei Bedarf kann ein zusätzlicher Kupfer- Kühlbus in das Rotorblechpaket eingebracht werden, um die Wärme von den außen nahe oder auf der Rotoroberfläche liegen ^¬ den Spulen / Magneten / Kupfer- oder Alu-Stäben (= elektromagnetisch aktive Rotorkomponenten) mit im Vergleich zum Rotoreisen verbesserter Wärmeleitfähigkeit an das innen liegende Kupferrohr zu leiten. Ein solcher Kupfer-Kühlbus als Einrichtung zur Wärmeleitung weist insbesondere eine äußere Sammlerstruktur in der Nähe der elektromagnetisch aktiven Rotorkomponenten (z.B. dünne Kupferbleche) auf. Diese Sammler ^¬ struktur kann z.B. segmentiert gestaltet werden, um AC-Ver- luste, also Wechselstromverluste, zu vermeiden. Anschließend wird die Wärme z.B. über radiale Wärmeleiter (z.B. Kupferstangen, mit der äußeren Sammlerstruktur thermisch verbunden) an das innen liegende Kupferrohr (vorzugsweise über eine thermisch gut leitfähige Anbindung) geleitet. Hier ist zu be ^¬ achten, dass das Rotoreisen in seiner Aufgabe zur Führung des magnetischen Flusses nicht zu stark beeinträchtigt wird. So können beispielsweise Kupferstangen und/oder Kupferplatten als Sammelstruktur und/oder radiale Wärmeleiter in der Mitte der Rotorpole angeordnet sein.

In einer Ausgestaltung des elektrischen Gondelantriebs ist das Kupferrohr entlang der Hohlwelle bis zum Propeller geführt und ist mit diesem vorteilhaft thermisch ebenfalls gut leitfähig verbunden. Das Rohr kann beispielsweise auch aus Aluminium sein. Das Rohr wird z.B. mit Wasser gefüllt und überträgt nach dem Wärmerohr-Prinzip die Wärme. Grundsätzlich kann die Wärmeübertragung entlang des Hohlraumes in verschiedensten Varianten eines Wärmerohres ausgeführt werden, wie z.B. bei einem Thermosiphon (Ein- oder Mehrrohr Prinzip) oder bei einer Heatpipe (Nutzung der Kapillarwirkung, um Neigungsunempfindlich zu werden) oder bei einem Bündel aus Rohren oder einem einzelnen Rohr mit großem Durchmesser usw. Abhängig vom Einsatz können im Detail weitere Maßnahmen zur Erhöhung der Wärmeführung vorteilhaft sein, wie dies beispiels ^¬ weise die Einstellung der Neigung des Rohres beim Thermosi- phon-Prinzip ist und/oder eine konische Formgebung. Ausgehend von möglichen Randbedingungen bei denen das umgebende Wasser deutlich unter 40°C warm ist, während sich der Rotor auf Temperaturen bis 100°C und mehr erwärmen kann, sind beispielsweise mit einer Sammlung paralleler (Wasser-) Heatpipes in einer Bohrung von nur 100 mm Durchmesser Übertragungsleistun- gen im Bereich einiger kW möglich. Dies kann nahezu unabhängig von der Länge der Übertragungsstrecke gesehen bzw. be ^¬ trachtet werden.

In einer Ausgestaltung des elektrischen Gondelantriebs ist zumindest ein Teil der Einrichtung im radial äußeren Bereich der Welle. Dies kann mit einer Hohlwelle kombiniert werden, welche ein Wärmerohr aufweist, um die Kühlung weiter zu verbessern . Durch die verschiedenen Möglichkeiten der Kühlung des Elektromotors über die Welle und den Propeller unter Verwendung einer Einrichtung zur Wärmeleitung, welche die Wärme besser leitet als eine reine Welle aus Stahl, kann eine reine passi ^¬ ve Kühlung des Elektromotors erfolgen.

Ein Wasserfahrzeug kann mit einem elektrischen Gondelantrieb der beschriebenen Art ausgestattet sein. Das Wasserfahrzeug ist beispielsweise ein Passagierschiff, ein Frachter oder dergleichen .

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele exemplarisch näher beschrieben und erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleichartige Gegenstände bezeichnen können. Es zeigen:

FIG 1 zwei elektrische Gondelantriebe an einem Schiffs ^¬ rumpf,

FIG 2 ein Längsschnitt eines elektrischen Gondelantriebs, FIG 3 einen weiteren Längsschnitt eines elektrischen Gon- delantriebs,

FIG 4 einen Querschnitt eines Rotors eines elektrischen

Gondelantriebs , FIG 5 einen weiteren Querschnitt eines Rotors eines elek ^¬ trischen Gondelantriebs,

FIG 6 ein weiteres Konzept zur Kühlung des Elektromotors mit einem Propeller,

FIG 7 einen weiteren Querschnitt eines Rotors eines elek ^¬ trischen Gondelantriebs,

FIG 8 ein weiteres Konzept zur Kühlung des Elektromotors mit einem Propeller,

FIG 9 einen weiteren Querschnitt eines Rotors eines elek- trischen Gondelantriebs, und

FIG 10 ein weiteres Konzept zur Kühlung des Elektromotors mit einem Propeller.

Die Darstellung nach FIG 1 in einer perspektivischen Darstel- lung im Ausschnitt einen Schnitt durch einen Schiffsrumpf 9, an welchem 2 Gondeln 8 und 8' angebracht sind. Jede der Gon ^¬ deln 8 und 8 weisen ein Gondelgehäuse 1, jeweils 2 Propeller 7 und einen Gondelschaft 5, 5 ^λ auf. Der Gondelschaft 5 bzw. 5 ^λ ist zwischen dem Gondelgehäuse 1 und Gondelaufbauten 10 positioniert. Der jeweilige Gondelaufbau 10 weist beispiels ^¬ weise einen Motor zur azimutalen Bewegung des Gondelgehäuses 1 und damit auch der Propeller 7 auf. Der Elektromotor zum Antrieb der Propeller 7 ist im Gondelgehäuse 1 untergebracht, was in FIG 2 dargestellt ist.

Die Darstellung nach FIG 2 zeigt einen elektrischen Gondelantrieb, wobei ein Längsschnitt dargestellt ist. Der elektri ^¬ sche Gondelantrieb weist das Gondelgehäuse 1 auf, in welchem der Elektromotor mit einem Stator 2 und einem Rotor 3 unter- gebracht ist, wobei zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 ein Luftspalt 11 verbleibt. Dabei ist der Rotor 3 koaxial zu ei ^¬ ner Rotationsachse 4 des Elektromotors angeordnet. Das Gon ^¬ delgehäuse 1 ist über den Gondelschaft 5 drehbar mit einem Schiffsrumpf verbindbar. Zum Antrieb eines mit dem elektri- sehen Gondelantrieb verbundenen Schiffs sind die Propeller 7 vorgesehen, welche drehfest mit dem Rotor 3 verbunden sind. Zur Kühlung des Elektromotors weist der elektrische Gondelan ^¬ trieb einen geschlossenen Kühlkreislauf auf, in welchem ein Kühlmedium zirkuliert, was mit den Pfeilen mit dem Bezugszei ^¬ chen 12 dargestellt ist. Das Kühlmedium tritt durch Kühlluft- Stromöffnungen 13 und 14. Dies stellt eine aktive Kühlung dar. Der geschlossene Kühlkreislauf verläuft dabei im Gondel ^¬ gehäuse 1 und in einem im Gondelschaft 5 angeordneten Schaft ^¬ kanal 6, welcher im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse

4 des Elektromotors verläuft. Das im geschlossenen Kühlkreis- lauf zirkulierende Kühlmedium, wie z.B. Luft, nimmt während des Betriebs des Elektromotors dessen Abwärme auf und trans ^¬ portiert diese Abwärme in den Schaftkanal 6, in welchem z.B. ein Rückkühlelement vorgesehen ist, an welches die Abwärme schließlich abgegeben werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein weiteres Rückkühlelement im Gondelgehäuse 1 vorgesehen sein, insbesondere in Verlängerung des Elektromotors an dessen jeweiliger Stirnseite. Weist der Elektromo ^¬ tor zumindest einen Wickelkopf auf, so kann das jeweilige Rückkühlelement insbesondere im axialen Bereich des jeweili- gen Wickelkopfs angeordnet sein. Der Rotor 3 ist über eine

Welle 15 mit den Propellern 7 verbunden. Die Welle 15 ist ei ^¬ ne Hohlwelle, in welcher sich beispielsweise eine Heatpipe 27 oder eine andere Einrichtung zur Wärmeleitung befindet. Diese Einrichtung zur Wärmeleitung leitet Abwärme des Elektromotors vom Rotor zum Propeller 7 der über seine Oberfläche Wärme an das umgebende Wasser abgeben kann. Die Hohlwelle 15 kann auch ein Wärmerohr oder einen Wärmestab, beispielsweise aus Kupfer aufnehmen. Kupfer leitet Wärme besser als Stahl, welcher ein Werkstoff zur Ausbildung der Welle 15 ist.

Die Darstellung nach FIG 3 zeigt einen weiteren Längsschnitt eines elektrischen Gondelantriebs, wobei auch eine Stator ^¬ stromversorgung 24 gezeigt ist, welche durch den Gondelschaft

5 führt, welcher sich azimutal um die Rotationsachse 26 dre- hen lässt. Der Stator weist ein Statorblechpaket 22 und

Statorwicklungen 23 auf. Der Elektromotor im Gondelgehäuse 1 nach FIG 3 weist einen Rotor mit Rotorwicklungen 25 auf. Der Rotor ist über die Welle, welche über ein Lager 16 gelagert ist mit dem Propeller 7 starr verbunden. In der Welle wird eine Heatpipe 27 geführt, welche durch den Rotor in die Nabe des Propellers 7 führt, um die Wärme an die Flügel des Pro ^¬ pellers abzugeben.

Der Propeller 7 ist insbesondere ein Bronzepropeller, welcher durch den elektrischen Motor (Elektromotor) , welcher insbesondere eine permanentmagnetische oder fremderregte (wie ge ^¬ zeigt) Synchronmaschine, oder auch Asynchronmaschine ist, über die Welle angetrieben. Über das Statorblechpaket 22 wird die (Verlust-) Wärme der elektrischen Maschine über das Ge ^¬ häuse 1 (ggf. eine Bronze, in die das Ständerblechpaket ein ^¬ geschrumpft wird) an das den POD umgebende Wasser abgegeben. Somit entsteht eine Art von passiver Wassermantelkühlung für die elektrische Maschine. Auf weitere Kühlmaßnahmen (Luft ^¬ strömung mit z.B. Lüftern, oder andere aktiv betriebene

Fluidkühlungen) kann soweit als möglich verzichtet werden, wenn das Einbauvolumen im POD stark begrenzt ist, und eine Führung bis hinauf in den Schiffsrumpf zu einem Pump- und Rückkühlsystem (verursacht Gewicht & Raumbedarf!) sehr aufwändig ist. Dies trifft insbesondere auf schwenkbare PODs zu. Der Ansatz der passiven Kühlung kann verschieden Vorteile haben, wie z.B. geringe Komplexität, geringe Anzahl an Hilfsbe ^¬ trieben, damit geringere Fehleranfälligkeit, Volumen- und Ge- wichtseinsparung an den Hilfsbetrieben, Herstellungskostenreduzierung, usw.

Die Darstellung nach FIG 4 zeigt einen Querschnitt eines Ro ^¬ tors 3 eines elektrischen Gondelantriebs mit permanentmagne- tisch erregtem Synchronmotor. Der Rotor weist am Umfang Permanentmagnete 17 auf. Diese befinden sich auf dem Rotorblech 19. Das Rotorblech 19 weist runde Ausnehmungen 21 und sechs ^¬ eckige Ausnehmungen 20 auf. Durch die Ausnehmungen kann beispielsweise ein Kühlmedium geführt werden und/oder sie können mit einem Stab beispielsweise aus Kupfer bestückt sein, wel ^¬ cher Wärme aus dem Rotor leitet. Die Wärmeleitung aus diesen Ausnehmungen wird beispielsweise über die Welle zum Propeller fortgeführt, was in FIG 4 allerdings nicht dargestellt ist. Die Darstellung nach FIG 5 zeigt einen weiteren Querschnitt eines Rotors eines elektrischen Gondelantriebs eines perma ^¬ nentmagnetisch erregten Synchronmotors mit einem Kühlbus 27. Über äußere Wärmesammler 30, wird durch radiale Wärmeleiter 29 Wärme beispielsweise zu einem Verdampfer 28 einer Heatpipe geleitet, welche den Kühlbus darstellt. Die Heatpipe 28 be ^¬ findet sich im Hohlraum 31, welcher im Zentrum des Rotorbleches 19 von diesem gebildet wird. Die radialen Wärmeleiter 29 können auch mit einer Kupfer- oder Aluminiumhülse abschlie- ßen, welche auf einer Vollwelle oder einer Hohlwelle sitzt, was allerdings nicht dargestellt ist.

Die Darstellung nach FIG 6 zeigt schematisch das Konzept zur Kühlung des Elektromotors mit einem Propeller 7, wobei der Rotor 3 auf der Welle 15 sitzt und eine Einrichtung 27 zur

Wärmeleitung im Betrieb Verlustwärme zur Propellernabe 34 und zu den Propellerflügeln (Propellerblättern) 33 führt. Die Einrichtung 27 kann eine Heatpipe, ein Stab oder ein Rohr sein, wobei die Einrichtung 27 im Innenbereich und/oder im Außenbereich der Welle 15 ist.

Die Darstellung nach FIG 7 zeigt einen weiteren Querschnitt eines Rotors eines elektrischen Gondelantriebs. Über die äu ^¬ ßeren Wärmesammler 30, wird durch die radialen Wärmeleiter 29 Wärme nach innen in den Rotor geführt. Die radialen Wärmelei ^¬ ter 29 ragen durch die Hohlwelle 15 hindurch, wobei sich in der Hohlwelle ein Verdampfer 28 befindet, welcher ein Teil einer Heatpipe ist. Die hier in einer Ausführung prinzipiell dargestellte innenliegende Variante der Kühlung hat gegenüber der Oberflächenvariante den Vorteil, dass die komplexe Kon ^¬ struktion des POD-Gehäuse und des Gondel-Innenraumes, beson ^¬ ders mit Blick auf die Dichtungen, nicht geändert werden muss. Der Übergang von Hohlwelle zu Propeller kann besondere Maßnahmen erfordern. Darüber hinaus ist die Wärmeübertra- gungsleistung der Heatpipe-Anordnung um Größenordnungen besser als die Übertragung mittels Wärmeleitung in z.B. Kupfer. Die Kühlleistung kann also bei einer Hohlwelle mit innenlie ^¬ gendem System mit Wärmerohr (en) optimiert werden. Die Darstellung nach FIG 8 zeigt aus einer anderen Perspektive, wie sich die radialen Wärmeleiter 29 in den Hohlraum in der Welle 15 erstrecken und wie über die Heatpipe 27 Wärme zum Propeller mit der Nabe 34 und den Propellerblättern 33 abgeführt werden kann.

Die Darstellung nach FIG 9 zeigt einen weiteren Querschnitt eines Rotors eines elektrischen Gondelantriebs, wobei die ra ^¬ dialen Wärmeleiter 29 in Wärmeleiterbahnen 36 enden. Die Wär- meleiterbahnen 36 befinden sich in Nuten 35 der Welle. Die

Wärmeleiterbahnen 36 befinden sich am äußeren Umfang der Welle 15 und erstrecken sich vom Rotor 3 über die gesamte Welle 15 zum Propeller mit der Nabe 34 und den Blätter bzw. Flügeln 33. Die Welle 15 ist insbesondere eine Vollwelle 37. Die Wär- meleiterbahnen 36 erstrecken sich als Einrichtung 27 zur Wärmeleitung rotationssymmetrisch über die Mantelfläche der Welle, wie dies im Ansatz in FIG 10 gezeigt ist.

Bei der Vielzahl der dargestellten Ausgestaltungen des elek- frischen Gondelantriebes wird also die Rotorwärme eingesam ^¬ melt, bis zum Propeller übertragen, ein Wärmeübergang zum Propeller vollzogen um die Wärme schließlich an das Wasser abzugeben. So kann mit einer reinen passiven Kühlung des Elektromotors und seines Rotors über die Welle der Durchmes- ser des POD, aber auch seine Größe und sein Gewicht im Allge ^¬ meinen, reduziert werden. Damit können beispielsweise folgen ^¬ de Vorteile einzeln oder gemeinsam zusätzlich erreicht werden : · Geringeres POD-Gewicht & Volumen und damit eine verein ^¬ fachte Integration & Wartung; ggf. ist sogar ein verbes ^¬ sertes Schiffdesign möglich (Trim, Gewichtsverteilung (da POD oft nahe am Heck), usw.); sowie geringere Her ^¬ stellungskosten für den POD;

· Verbesserter hydrodynamischer Wirkungsgrad (Verhältnis der vom Propeller an das Wasser abgegebenen mechanischen Leistung zu der von der Welle dem Propeller zugeführten mechanischen Leistung) ; starke Abhängigkeit zum Durchmesser des POD im Verhältnis zum Propellerdurchmesser; eine geringere notwendige installierte Leistung bei ge ^¬ gebener Höchstgeschwindigkeitsforderung bzw. eine gerin- gere Antriebsleistung bei gegebener Geschwindigkeit; Da ^¬ raus können wiederum weitere Größen- und Gewichtvorteile resultieren, was zu Einsparung beim Treibstoff führen kann (Umweltbelastung & Betriebskosten) .