Beschreibung

Strömungsmaschine mit zumindest zwei kontrarotierbaren Rotoren und mechanischem Momentenausgleich

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1; eine derartige Strömungsmaschine ist beispielsweise durch die WO 98/38085 Al bekannt.

Die WO 98/38085 Al offenbart eine Strömungsmaschine mit zumindest zwei Rotoren, die in zueinander entgegen gesetzter Richtung um eine Drehachse drehbar gelagert sind und an deren Außenseite Schaufeln oder Flügel angeordnet sind, mit einer um die gleiche Drehachse drehbar gelagerten Welle und mit ei- nem Antriebsmechanismus in Form eines Getriebes zur Umwandlung einer Drehbewegung der Welle in zueinander entgegen gesetzt gerichtete Drehbewegungen, d.h. eine Kontrarotation, der Rotoren und/oder umgekehrt. Die Welle verläuft dabei entlang der Drehachse der Rotoren durch diese hindurch.

Die Strömungsmaschine kann besonders vorteilhaft bei einem Schiffsantriebssystem wie z.B. einem POD verwendet werden, bei dem der erste Rotor mit seinen Schaufeln oder Flügeln einen ersten Propeller und der zweite Rotor mit seinen Schau- fein oder Flügeln einen zweiten Propeller ausbilden, die von der Welle über den Antriebsmechanismus angetrieben werden. Durch den kontrarotierenden zweiten Propeller wird der verlustbehaftete Drall des Propellerabstromes des ersten Propellers teilweise wieder umgerichtet und in Schub umgewandelt. Durch einen derartigen mechanischen Momentenausgleich wird der Wirkungsgrad des Schiffsantriebssystems verbessert. Die Welle kann dabei beispielsweise von einem elektrischen Motor oder einem Verbrennungsmotor angetrieben werden. Das Drehmoment der Welle wird durch den Antriebsmechanismus auf die beiden Propeller verteilt, wobei die Rotationsgeschwindigkeit der Welle vorteilhafterweise größer als die Rotationsgeschwindigkeit der beiden Rotoren gewählt ist. Der Antriebsmechanismus hat somit die Funktion eines Reduktionsgetriebes.

Dies ist besonders vorteilhaft bei Antriebssystemen, in denen die Welle von einem Elektromotor angetrieben wird, weil die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors höher sein kann als ohne Reduktionsgetriebe und infolgedessen der Durchmesser des Elektromotors verkleinert werden kann.

Die Strömungsmaschine kann besonders vorteilhaft auch als Turbine, zum Beispiel zum Antrieb eines Generators, verwendet werden. Die Rotoren treiben dann die Welle an, wobei die Ro- tationsgeschwindigkeiten der zumindest 2 Rotoren vorteilhafterweise kleiner als die Rotationsgeschwindigkeit der Welle sind. Der Antriebsmechanismus hat dann die Funktion eines Steigerungsgetriebes, wodurch das durch die Welle zu übertragende Moment sinkt.

Bei der bekannten Strömungsmaschine besteht das Problem, dass der Antriebsmechanismus in der relativ kleinen Nabe untergebracht werden muss. Dies führt zu einer hohen mechanischen Komplexität der Nabe. Die dichte Bauweise führt weiterhin zu Problemen bei der Lagerung und der Schmierung der Lager, wodurch ggf. die Zuverlässigkeit der Strömungsmaschine beeinträchtigt wird. Um dem entgegenzuwirken, müsste die Nabe größer gebaut werden, was jedoch fluiddynamisch von Nachteil ist und die Wirkungsgradvorteile der kontrarotierenden Anordnung zunichte machen würde.

Ausgehend von der bekannten Strömungsmaschine ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Strömungsmaschine anzugeben, bei der die hydrodynamischen Vorteile mehrerer kontrarotierender Rotoren genutzt werden können, die jedoch eine vergleichsweise geringere mechanische Komplexität und Bauteildichte und somit erhöhte Zuverlässigkeit aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch eine Strömungsmaschi- ne gemäß Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 8. Eine Maschinenanordnung mit einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine ist Gegenstand der Ansprüche 9 bis 11. Besonders vorteilhafte Verwendungen der

Strömungsmaschine oder der Maschinenanordnung sind Gegenstand der Ansprüche 12 bis 16.

Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine umfasst zumindest zwei Rotoren, die in zueinander entgegen gesetzter Richtung um eine Drehachse drehbar gelagert sind und an denen Schaufeln oder Flügel angeordnet sind, eine drehbar gelagerte Maschinenwelle und einen Antriebsmechanismus, der die Maschinenwelle mit den zumindest zwei Rotoren verbindet und der ei- ne Drehbewegung der Maschinenwelle in zueinander entgegen gesetzt gerichtete Drehbewegungen, d.h. eine Kontrarotation, der Rotoren umwandelt oder umgekehrt. Ein Gehäuse bildet einen Kanal für ein Strömen eines Fluids aus, wobei die Rotoren in dem Kanal in Strömungsrichtung des Fluids hintereinander angeordnet sind. Die Maschinenwelle und die Rotoren sind dabei ringförmig ausgebildet und drehbar in dem Gehäuse gelagert, wobei die ringförmig ausgebildeten Rotoren jeweils eine Ringinnenseite und eine Ringaußenseite aufweisen und wobei die Schaufeln oder Flügel jeweils auf der Ringinnenseite der Rotoren angeordnet sind.

Durch die ringförmige Ausbildung der Welle und der Rotoren, die Anordnung der Schaufeln bzw. Flügel auf der Ringinnenseite der Rotoren und die Lagerung der Rotoren in dem Gehäuse besteht ein wesentlich größerer Einbauraum für den Antriebsmechanismus zwischen der Welle und den Rotoren. Aufgrund des größeren Einbauraumes kann die mechanische Komplexität des Antriebsmechanismus und die Bauteildichte der Maschine verringert und somit die Zuverlässigkeit erhöht werden. Bei dem Fluid kann es sich hierbei um eine Flüssigkeit oder um ein Gas handeln.

Durch die ringförmige Ausbildung des Rotors ist es besonders vorteilhaft möglich, bei den Rotoren auf eine (zentrale) WeI- Ie, d.h. eines Bauteiles, das die Schaufel- oder Flügelenden eines Rotors an ihrer dem ringförmigen Rotor abgewandten Seite miteinander verbindet, und dafür notwendige Halterungen zu verzichten, was störend für ein die Rotoren anströmendes Flu-

id wäre und den Wirkungsgrad einer Strömungsmaschine verringerte. Die Strömungsmaschine ist deshalb bevorzugt frei von einem Bauteil, das entlang der Drehachse der Rotoren durch diese hindurch verläuft. Der Verzicht auf eine zentrale Welle hat auch den Vorteil, dass in den Kanal eintretende Fremdkörper, wie z.B. Schnüre oder Netze, keine großen Beschädigungen anrichten können.

Um eine besonders gleichmäßige Kraftübertragung zwischen der Maschinenwelle und den Rotoren zu erzielen, ist der Antriebsmechanismus bevorzugt ebenfalls ringförmig ausgebildet.

Gemäß einer konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung um- fasst der Antriebsmechanismus ein erstes Antriebsrad, mehrere in Umfangsrichtung des ringförmigen Antriebsmechanismus verteilt angeordnete zweite Antriebsräder mit jeweils einer um eine Drehachse drehbaren Antriebswelle, und ein drittes Antriebsrad umfasst, wobei

- das erste Antriebsrad drehfest mit der Maschinenwelle ver- bunden ist,

- das dritte Antriebsrad drehfest mit einem ersten der beiden Rotoren verbunden ist,

- die Antriebswellen der zweiten Antriebsräder drehbar in dem anderen der beiden Rotoren gelagert sind, - und wobei die zweiten Antriebsräder mit dem ersten und mit dem dritten Antriebsrad gekoppelt sind.

Dabei muss es sich bei dem ersten Antriebsrad und bei der Maschinenwelle nicht unbedingt um zwei separate Bauteile han- dein, sondern beide können auch ein einziges Bauteil bilden, d.h. das erste Antriebsrad kann auch in die Maschinenwelle integriert sein. Gleiches gilt für das zweite bzw. dritte Antriebsrad und den jeweils damit verbundenen Rotor.

Eine bezogen auf den Umfang besonders platzsparende Drehmomentübertragung ist dabei dadurch möglich, dass das erste Antriebsrad, die zweiten Antriebsräder und das dritte Antriebsrad jeweils als ein mit einer Verzahnung versehenes Kegelrad

ausgebildet sind, wobei die zweiten Antriebsräder sowohl mit dem ersten Antriebsrad als auch mit dem dritten Antriebsrad jeweils ein Kegelradgetriebe bilden, und wobei die Drehachsen der Antriebswellen der zweiten Antriebsräder in einem rechten Winkel zu den Drehachsen des ersten und dritten Antriebsrades stehen .

Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Antriebsrad als ein mit Innenzähnen versehenes zylind- risches Antriebsrad und sind die zweiten Antriebsräder und das dritte Antriebsrad jeweils als zylindrische, mit Außenzähnen versehene Antriebsräder ausgebildet, wobei die zweiten Antriebsräder mit dem ersten Antriebsrad und dem dritten Antriebsrad ein Planetengetriebe bilden und wobei die Drehach- sen der Antriebswellen der zweiten Antriebsräder parallel zu den Drehachsen des ersten und dritten Antriebsrades verlaufen .

Alternativ kann auch das dritte Antriebsrad als ein mit In- nenzähnen versehenes zylindrisches Antriebsrad sein und können die zweiten Antriebsräder und das erste Antriebsrad jeweils als zylindrische, mit Außenzähnen versehene Antriebsräder ausgebildet sein, wobei die zweiten Antriebsräder mit dem ersten Antriebsrad und mit dem dritten Antriebsrad ein Plane- tengetriebe bilden und wobei die Drehachsen der Antriebswellen der zweiten Antriebsräder parallel zu den Drehachsen des ersten Antriebsrades und des dritten Antriebsrades verlaufen.

Um einen Einfluss auf den Strömungswiderstand in dem Kanal zu vermeiden, ist der Antriebsmechanismus bevorzugt in das Gehäuse integriert.

Es ist dabei auch möglich, dass mehr als zwei Rotoren in Strömungsrichtung des Fluids hintereinander angeordnet sind, wobei jeweils hintereinander angeordnete Rotoren über jeweils einen vorstehend beschriebenen Antriebsmechanismus derart miteinander gekoppelt sind, dass sie sich in jeweils entgegen gesetzter Richtung drehen, d.h. kontrarotieren.

Eine erfindungsgemäße Maschinenordnung umfasst eine vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Strömungsmaschine und eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine einen ringförmig ausgebildeten Rotor, der mit der Maschinenwelle gekoppelt und um die gleiche Drehachse wie die Rotoren der der Strömungsmaschine drehbar gelagert ist, und einen ringförmig um den Rotor angeordneten Stator umfasst. Da die e- lektrische Maschine mit im Vergleich zu den Rotoren deutlich höherer Geschwindigkeit betrieben werden kann, kann der Motor im Vergleich zu konventionellen Maschinenanordnungen bei gleicher Leistung kleiner und leichter gebaut werden. Durch die ringförmige Ausbildung des Rotors der elektrischen Maschine und dessen Drehbarkeit um die gleiche Drehachse wie die der Rotoren und der Maschinenwelle der Strömungsmaschine kann die elektrische Maschine direkt, d.h. ohne ein zwischengeschaltetes Getriebe, mit der Maschinenwelle gekoppelt werden und somit auf ein Getriebe zur Kraftübertragung zwischen der elektrischen Maschine und der Strömungsmaschine verzichtet werden. Die Maschinenanordnung kann somit vergleichsweise kompakt mit einem relativ geringen Gewicht und Platzbedarf gebaut werden. Die elektrische Maschine ist dabei in Strömungsrichtung des Fluids vorzugsweise vor oder hinter den Rotoren angeordnet. Hierdurch kann der Durchmesser des Gehäuses klein gehalten werden, wodurch sich hydrodynamisch Vorteile ergeben können. Es ist aber auch möglich, dass die elektrische Maschine ringförmig um nur einen der Rotoren oder um beide Rotoren herum angeordnet ist.

Bevorzugt ist dabei der Innendurchmesser des ringförmigen Rotors der elektrischen Maschine größer oder gleich dem Innendurchmesser der ringförmigen Rotoren der Strömungsmaschine. Die elektrische Maschine weist dann einen größeren Innendurchmesser als der Kanal für das Strömen des Fluids auf und stellt somit keinen zusätzlichen Strömungswiderstand für das Fluid dar.

Von Vorteil ist dabei die elektrische Maschine in das Gehäuse der Strömungsmaschine integriert.

Da sich eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine oder Maschinenanordnung durch einen hohen Wirkungsgrad, Robustheit, Wartungsfreundlichkeit, ein relativ geringes Gewicht, einen relativ geringen Platzbedarf und gute Kavitationseigenschaf- ten auszeichnet, eignet sie sich vor allem als Vortriebseinrichtung für schwimmende und tauchende Einrichtungen, insbesondere für Unterwasserschiffe.

Weiterhin machen diese Vorteile eine erfindungsgemäße Strö- mungsmaschine oder Maschinenanordnung auch besonders geeignet zur Verwendung als horizontal und/oder vertikal verdrehbare Antriebsvorrichtung oder als Querstrahl-Antriebsvorrichtung einer schwimmenden Einrichtung, insbesondere eines Schiffes. Eine vertikale Verdrehbarkeit ist hierbei beispielsweise mit- tels einer kardanischen Aufhängung möglich. Aufgrund ihres relativ geringen Gewichtes kann eine derartige Antriebsvorrichtung auch aus einem Schiffsrumpf ein- und ausfahrbar und/oder um 360° drehbar ausgebildet sein.

Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine oder Maschinenanordnung eignet sich aufgrund der vorgenannten Vorteile auch besonders gut zur Verwendung in einer Wasserstrahl (Waterjet) - Antriebsvorrichtung einer schwimmenden Einrichtung, insbesondere eines Schiffes.

Zusätzlich kann eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine oder Maschinenanordnung auch als eine Pumpe, als ein Ventilator oder ein Verdichter verwendet werden, wobei insbesondere ihr hoher Wirkungsgrad und ihre Robustheit zum Tragen kommen.

Von besonderem Vorteil kann eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine oder Maschinenanordnung auch als eine Turbine, insbesondere in einem Flussströmungskraftwerk, verwendet werden. Eine derartige Turbine kann aber auch zur Stromerzeugung bei schwimmenden, tauchenden oder auch fliegenden Einrichtungen genutzt werden und hierzu beispielsweise aufgrund ihres relativ geringen Gewichtes aus einem Schiffsrumpf ein- und ausfahrbar und um 360° drehbar sein.

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

FIG 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäße Maschinenanordnung, FIG 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäße Maschinenanordnung FIG 3 eine Verwendung von erfindungsgemäßen Strömungsmaschinen bei einem überwasserschiff und

FIG 4 eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine bei einem Unterwasserschiff.

FIG 1 zeigt eine Strömungsmaschine 1 mit einem düsenförmig ausgebildeten Gehäuse 2, das einen Kanal 3 für ein Strömen eines Fluids von einem Einlass 4 zu einem Auslass 5 in einer Strömungsrichtung 6 ausbildet. In dem Kanal 3 sind in der Strömungsrichtung 6 des Fluids hintereinander zwei ringförmig ausgebildete Rotoren 10, 11 angeordnet, die über nicht näher dargestellte Lager in zueinander entgegen gesetzter Richtung um eine gemeinsame Drehachse 7 drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert sind. Die Rotoren 10, 11 weisen jeweils eine Ringinnenseite 12 und einen Ringaußenseite 13 auf. An der Ringinnen- seite 12 sind in Umfangsrichtung der Rotoren 10, 11 gleichmäßig verteilt jeweils Schaufeln oder Flügel 14 angeordnet, die mit dem jeweiligen Rotor 10, 11 mitrotieren. Die Rotoren 10, 11 sind über nicht näher dargestellte Lager z.B. mittels ihrer Ringaußenseite 13 axial und radial drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert. Die Schaufeln 14 sind lösbar an den Rotoren 10, 11 befestigt, so dass sie ausgetauscht werden können.

Unter der Ringaußenseite 13 wird hierbei die Seite eines Rotors 10, 11 verstanden, die durch die radial äußere Begren- zungsfläche des Rotors 10, 11 definiert ist, und unter der

Ringinnenseite 12 wird die Seite eines Rotors 10, 11 verstanden, die durch die radial innere Begrenzungsfläche des Rotors 10, 11 definiert ist.

Die Strömungsmaschine 1 umfasst weiterhin eine Maschinenwelle 15 und einen Antriebsmechanismus 16, der die Maschinenwelle 15 mit den zwei Rotoren 10, 11 verbindet und der eine Drehbewegung der Maschinenwelle 15 in zueinander entgegen gesetzt gerichtete Drehbewegungen der Rotoren 10, 11 umwandelt oder umgekehrt. Sowohl die Maschinenwelle 15 als auch der Antriebsmechanismus 16 (welcher prinzipiell ein Differentialgetriebe darstellt) sind ringförmig ausgebildet. Die Maschinenwelle 15 ist hierbei über nicht näher dargestellte Lager um die gleiche Achse 7 wie die Rotoren 10, 11 drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert.

Der Antriebsmechanismus 16 umfasst ein erstes Antriebsrad 21, mehrere in Umfangsrichtung des ringförmigen Antriebsmechanis- mus 16 gleichmäßig verteilt angeordnete zweite Antriebsräder

22 mit jeweils einer um eine Drehachse 28 drehbaren Antriebswelle 24, und ein drittes Antriebsrad 23. Das erste Antriebsrad 21 ist dabei um die gleiche Drehachse 7 wie die Rotoren 10, 11 und die Maschinenwelle 15 drehbar und hierzu drehfest mit der Maschinenwelle 15 verbunden. Das dritte Antriebsrad

23 ist ebenfalls um die gleiche Drehachse 7 wie die Rotoren 10, 11 und die Maschinenwelle 15 drehbar und hierzu drehfest mit dem Rotor 11 verbunden. Die Antriebswellen 24 der zweiten Antriebsräder 22 sind drehbar in dem Rotor 10 gelagert. Somit sind in Strömungsrichtung 6 des Fluids durch den Kanal 3 das erste Antriebsrad 21, ein jeweils zweites Antriebsrad 22 und das dritte Antriebsrad 23 hintereinander angeordnet. Zur Drehmomentübertragung sind die zweiten Antriebsräder 22 jeweils mit dem ersten Antriebsrad 21 und mit dem dritten An- triebsrad 23 gekoppelt. Der Antriebsmechanismus 16 und die Rotoren 10, 11 sind dabei über Dichtungen 17 gegenüber dem Kanal 3 abgedichtet.

Bei der in FIG 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind zur Kopplung der Antriebsräder 21, 22, 23 das erste Antriebsrad 21, die zweiten Antriebsräder 22 und das dritte Antriebsrad 23 jeweils als ein mit einer Verzahnung versehenes Kegelrad ausgebildet, wobei die zweiten Antriebsräder 22 sowohl

mit dem ersten Antriebsrad 21 als auch mit dem dritten Antriebsrad 23 jeweils ein Kegelradgetriebe bilden, bei dem das Antriebsrad 22 das Ritzel und die Antriebsräder 21 und 23 jeweils das Tellerrad bilden. Die Antriebswellen 24 der zweiten Antriebsräder 22 sind dabei in der Ringaußenseite 13 des Rotors 10 drehbar gelagert und ihre Drehachsen 28 stehen in einem rechten Winkel zu der Drehachse 7 des ersten Antriebsrades 21 und des dritten Antriebsrades 23. Dabei greift sowohl die Verzahnung des ersten Antriebsrades 21 als auch die Ver- zahnung des dritten Antriebsrades 23 in die Verzahnungen der zweiten Antriebsräder 22.

Grundsätzlich kann eine Drehmomentübertragung zwischen den Antriebsrädern statt über eine Verzahnung natürlich auch über eine Reibschlussverbindung erfolgen. Weiterhin ist es auch möglich, dass das erste Antriebsrad 21 und die Maschinenwelle 15 keine separaten Bauteile, sondern ein einziges Bauteil bilden, d.h. dass die Verzahnung des ersten Antriebsrades 21 direkt auf der Maschinenwelle 15 aufgebracht ist. In entspre- chender Weise können auch der zweite Rotor 11 und das dritte Antriebsrad 23 ein einziges Bauteil bilden, d.h. die Verzahnung des dritten Antriebsrades 23 kann direkt auf dem Rotor 11 aufgebracht sein.

Der Antriebsmechanismus 16 hat die Funktion eines Differentialgetriebes. Er kann zum einen für eine Kraftübertragung von der Maschinenwelle 15 zu den Rotoren 10, 11 genutzt werden. Eine Drehbewegung der Maschinenwelle 15 wird dann durch den Antriebsmechanismus 16 in zueinander entgegen gesetzt gerich- tete Drehbewegungen, d.h. eine Kontrarotation, der Rotoren 10, 11 umgewandelt. Dreht sich die Maschinenwelle 15 beispielsweise in Richtung des Pfeils 25, so bewegt sie den ersten Rotor 10 in die entgegen gesetzt gerichtete, durch den Pfeil 26 symbolisierten Richtung und den zweiten Rotor 11 in die zu dem Rotor 10 wiederum entgegen gesetzte Richtung, d.h. in Richtung der Maschinenwelle 15, wie durch den Pfeil 27 symbolisiert ist, mit.

Der Antriebsmechanismus 16 kann aber auch für eine Kraftübertragung von den Rotoren 10, 11 zu der Maschinenwelle 15 genutzt werden. Entgegengesetzt gerichtete Drehbewegungen der Rotoren 10, 11 werden durch den Antriebsmechanismus 16 dann in eine Drehbewegung der Maschinenwelle 15 umgewandelt.

In beiden Fällen ist die Drehgeschwindigkeit (bzw. Winkelgeschwindigkeit) der Rotoren 10, 11 je nach gewählter übersetzung signifikant kleiner als die Drehgeschwindigkeit (bzw. Winkelgeschwindigkeit) der Maschinenwelle 15.

Die Strömungsmaschine 1 kann somit sowohl als Arbeitsmaschine verwendet werden, die Arbeit an einem durch den Kanal 3 strömenden Fluid leistet, oder als eine von einem in dem Kanal 3 strömenden Fluid angetriebene Kraftmaschine verwendet werden, die mechanische Leistung an der Maschinenwelle 15 abgibt.

Durch den zweiten Rotor 11 kann der verlustbehaftete Drall des Abstromes des ersten Rotors 10, d.h. Strömungskomponenten des Fluids, die von der Strömungsrichtung 6 abweichen (z.B. radiale oder zirkuläre Strömungskomponenten) , zumindest teilweise wieder in die Hauptströmungsrichtung umgelenkt und somit in Schub bzw. aufnehmbares Drehmoment eines nachfolgenden Rotors umgewandelt werden. Durch den zweiten Rotor 11 wird somit ein zumindest teilweiser Momentenausgleich bewirkt. Durch einen derartigen mechanischen Momentenausgleich kann ein besonders guter Wirkungsgrad einer Strömungsmaschine erzielt werden.

Da die Wandlung von Drehzahl zu Drehmoment erst kurz vor der leistungsübertragenden Komponente von der Mechanik zum Fluid erfolgt, kann die gesamte Strömungsmaschine 1 mit relativ wenig Gewicht ausgeführt werden.

Bei einer besonders vorteilhaften Maschinenanordnung 35 ist die Strömungsmaschine 1 mit einer elektrischen Maschine 30 gekoppelt. Die elektrische Maschine 30 umfasst einen ringförmig ausgebildeten Rotor 31 mit einem nicht näher dargestell-

ten Erregersystem (z.B. einer Wicklungsanordnung oder einer Anordnung von Permanentmagneten) , der drehfest mit der Maschinenwelle 15 verbunden ist und mittels nicht näher dargestellter Lager um die gleiche Drehachse 7 wie die Rotoren 10, 11 der Strömungsmaschine 1 drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert ist. Die Maschinenwelle 15 und der Rotor 31 der elektrischen Maschine 30 können dabei auch eine einzige bauliche Einheit bilden, d.h. das rotorseitige Erregersystem der elektrischen Maschine 30 kann auch direkt auf der Maschinenwelle 15 ange- ordnet sein.

Die elektrische Maschine 30 umfasst weiterhin einen ringförmigen Stator 32, der in das Gehäuse 2 integriert und drehfest mit dem Gehäuse 2 verbunden ist. Der Stator 32 weist eben- falls ein nicht näher dargestelltes Erregersystem auf, das mit dem Erregersystem des Rotors 31 elektromagnetisch wechselwirkt. Der Stator 32 ist dabei in radialer Richtung in Bezug auf die Drehachse 7 vor dem Rotor 31 angeordnet. Bei der elektrischen Maschine 30 handelt es sich somit um eine außen laufende Maschine, d.h. der Rotor 31 ist ringförmig um den

Stator 32 angeordnet. Die elektrische Maschine 30 ist hierbei in Strömungsrichtung 6 des Fluids vor dem ersten Rotor 10 angeordnet .

Die elektrische Maschine 30 kann zum einen als getriebeloser Direktantrieb zum Antrieb der Maschinenwelle 15 und somit der Rotoren 10, 11 genutzt werden. Die elektrische Maschine 30 kann aber auch als von den Rotoren 10, 11 und der Maschinenwelle 15 angetriebener Generator verwendet werden.

Alternativ kann die Strömungsmaschine natürlich auch über anderweitige dem Fachmann geläufige Mittel (z.B. über ein Getriebe) durch eine elektrische Maschine oder eine Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden, wobei diese Maschine nicht zwangsläufig ringförmig ausgebildet sein muss, sondern auch eine Vollwelle mit einer Drehachse aufweisen kann, die parallel oder in einem Winkel zur Drehachse 7 der Rotoren 10, 11 steht.

Die in FIG 1 dargestellte Maschinenanordnung 35 ist besonders widerstandsarm für das durch den Kanal 3 strömende Fluid ausgebildet. Hierzu ist die Strömungsmaschine 1 frei von einem Bauteil (z.B. einer zentralen Welle), das entlang der Dreh- achse 7 der Rotoren 10, 11 durch diese hindurch verläuft. Außerdem sind die Maschinenwelle 15, der Stator 31 und der Rotor 32 der elektrischen Maschine 30 in das Gehäuse 2 der Strömungsmaschine 1 integriert. Weiterhin sind die ringförmigen Rotoren 10, 11 derart ausgebildet, dass der Durchmesser der Ringinnenseite 12 (ggf. einschließlich der Dicke einer auf der Ringinnenseite 12 angeordneten Dichtung 17) dem Durchmesser des Kanals 3 unmittelbar vor dem jeweiligen Rotor 10, 11 entspricht. Der ringförmige Rotor 10, 11 ist hierzu in dem Gehäuse 2 versenkt angeordnet bzw. bildet mit seiner Rin- ginnenseite 12 (ggf. einschließlich einer auf der Ringinnenseite 12 angeordneten Dichtung 17) die äußere Begrenzungsfläche des Kanals 3 im Bereich des Rotors 10, 11, wobei diese äußere Begrenzungsfläche mit der angrenzenden, von dem Gehäuse 2 gebildeten äußeren Begrenzungsfläche fluchtet. Die ring- förmigen Rotoren 10, 11 selbst stellen somit keinen Strömungswiderstand für das Fluid dar.

Der Innendurchmesser des ringförmigen Rotors 31 der elektrischen Maschine 30 ist größer als der Innendurchmesser der ringförmigen Rotoren 10, 11 der Strömungsmaschine 1. Der Innendurchmesser des ringförmigen Stators 32 der elektrischen Maschine 30 ist (einschließlich der Dicke einer ggf. auf der Ringinnenseite 12 angeordneten Dichtung 17) gleich dem Durchmesser des Kanals 3 im Bereich der elektrischen Maschine 30 und bildet somit die äußere Begrenzungsfläche des Kanals 3 im Bereich der elektrischen Maschine 1, wobei diese äußere Begrenzungsfläche mit der angrenzenden, von dem Gehäuse 2 sowie den Rotoren 10, 11 gebildeten äußeren Begrenzungsfläche fluchtet. Auch die elektrische Maschine 30 stellt somit kei- nen Strömungswiderstand für das Fluid dar.

Eine in FIG 2 gezeigte Strömungsmaschine 40 unterscheidet sich von der in FIG 1 gezeigten Strömungsmaschine 1 dadurch,

dass erste Antriebsrad 41 als ein mit Innenzähnen versehenes zylindrisches Antriebsrad und die zweiten Antriebsräder 42 und das dritte Antriebsrad 43 jeweils als zylindrische, mit Außenzähnen versehene Antriebsräder ausgebildet sind. Die zweiten Antriebsräder 42 bilden dabei mit dem ersten Antriebsrad 41 und mit dem dritten Antriebsrad 43 ein Planetengetriebe mit einem Hohlrad, einem Sonnenrad und mehreren dazwischen angeordneten Planetenrädern, wobei das erste Antriebsrad 41 das Hohlrad, das dritte Antriebsrad 43 das Son- nenrad und die zweiten Antriebsräder 42 die Planetenräder darstellen. Dabei greift sowohl die Verzahnung des ersten Antriebsrades 41 als auch die Verzahnung des dritten Antriebsrades 43 in die Verzahnungen der zweiten Antriebsräder 42.

Die Antriebswellen 44 der zweiten Antriebsräder 42 sind hierbei auf der dem Rotor 10 zugewandten Stirnseite 45 des Rotors 11 angeordnet und weisen Drehachsen 48 auf, die parallel zu der Drehachse 7 des ersten Antriebsrades 41 und des dritten Antriebsrades 43 verlaufen. Unter der Stirnseite eines Rotors wird hierbei die in axialer Richtung, d.h. in Richtung seiner Drehachse 7, äußere Begrenzungsfläche verstanden.

Grundsätzlich kann eine Drehmomentübertragung zwischen den Antriebsrädern 41, 42, 43 statt über eine Verzahnung natür- lieh auch über eine Reibschlussverbindung erfolgen.

Weiterhin ist es auch möglich, dass das erste Antriebsrad 41 und die Maschinenwelle 15 keine separaten Bauteile, sondern ein einziges integriertes Bauteil bilden, d.h. dass die Ver- zahnung des ersten Antriebsrades 41 direkt auf der Maschinenwelle 15 aufgebracht ist. In entsprechender Weise bilden auch der Rotor 10 und das dritte Antriebsrad 43 ein einziges integriertes Bauteil, d.h. die Verzahnung des dritten Antriebsrades 43 ist direkt auf dem Rotor 10 aufgebracht.

FIGUR 3 zeigt eine Längsschnittdarstellung eines Schiffes 50 vom Typ "Korvette", bei dem eine erste Maschinenanordnung 35 bestehend aus einer Strömungsmaschine 1 und einer elektri-

sehen Maschine 30 gemäß FIG 1 oder 2 mit großer Leistung als eine horizontal verdrehbare Antriebsvorrichtung 51 am Heck 52 des Schiffes verwendet wird. Die Maschinenanordnung 35 ist hierbei drehfest an einem Schaft 53 befestigt, der horizontal drehbar in dem Schiff 50 gelagert ist.

Für bestimmte Schiffstypen kann statt einer horizontal verdrehbaren Antriebsvorrichtung 51 auch eine vertikal verdrehbare Antriebsvorrichtung mit einer Maschinenanordnung 35 am Heck 52 des Schiffes 50 angeordnet sein.

Außerdem wird eine zweite Maschinenanordnung 35 gemäß FIG 1 oder 2 mit mittlerer Leistung in einer Wasserstrahl (Waterjet) -Antriebsvorrichtung 54 verwendet, die am Schiffsboden 55 angeordnet ist.

Weiterhin wird eine Maschinenanordnung 35 gemäß FIG 1 mit kleinerer Leistung in einer im Bug 56 des Schiffes 50 angeordneten Querstrahlruder-Antriebsvorrichtung 57 verwendet.

An Bord des Schiffes 50 befinden sich ein oder mehrere Generatoren, vorzugsweise Dieselgeneratoren, oder andere Stromquellen oder Energiespeicher, wie z.B. Batterien und/oder Brennstoffzellen, die die als Elektromotor betriebenen elekt- rischen Maschinen 30 der Maschinenanordnungen 35 mit Strom versorgen .

Für den dargestellten Schiffstyp "Korvette" mit seiner Typverdrängung von ca. 2000 to und einer angenommenen Maximalge- schwindigkeit oberhalb von 35 kn besteht in der dargestellten Ausführungsform der Antrieb aus zwei horizontal verdrehbaren Antriebsvorrichtung 51 und zwei Wasserstrahl (Waterjet) - Antriebsvorrichtungen 54. Die elektrischen Maschinen 35 können dabei zur Energierückge- winnung auch als Generatoren betrieben werden.

FIG 4 zeigt ein Unterwasserschiff 60, bei dem eine Maschinenanordnung 35 gemäß FIG 1 oder 2 als Vortriebseinrichtung 61

am Heck 62 des Unterwasserschiffes 60 verwendet wird. Die Maschinenanordnung 35 ist dabei mittels einer Halterung 63 am Heck 62 des Schiffes befestigt. Da bei der Maschinenanordnung 35 die Rotorschaufeln von dem Gehäuse umgeben sind, zeichnet sich der Antrieb durch eine besonders geringe Geräuscherzeugung aus, was oft insbesondere für Unterwasserschiffe wichtig ist. Die Stromzuführung zu der elektrischen Maschine der Maschinenanordnung 35 kann dabei über die Halterung 63 erfolgen .

Auch hier befinden sich an Bord des Unterwasserschiffes 60 ein oder mehrere nicht näher dargestellte Generatoren, vorzugsweise Dieselgeneratoren, oder andere Stromquellen oder Energiespeicher, wie z.B. Batterien und/oder Brennstoffzel- len, die die als Elektromotor betriebene elektrische Maschine der Maschinenanordnung 35 mit Strom versorgen.