Wasserfahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Wasserfahrzeu ^¬ ges

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug bzw. ein Verfahren zum Betrieb eines Wasserfahrzeuges. Wasserfahrzeuge sind bei ^¬ spielsweise Schiffe bzw. Unterseeboote (U-Boote). Beispiele für Schiffe sind Frachter, Tanker, Containerschiffe, Passa- gierschiffe, Schnellboote, Patrouillenboote, Minenräumboote, usw. Beispiele für Unterseeboote sind Atomunterseeboote, For- schungsunterseebote, Jagdunterseeboote, Rettungsunterseeboo ^¬ te, Reparaturunterseeboote, unbemannte Unterwasserfahrzeuge (auch UUV (Unmanned Underwater Vehicle) genannt) , wobei diese z.B. diese ferngesteuerte Tauchfahrzeuge oder auch autonome Tauchfahrzeuge sein können, etc.

Aus der EP 1 354 387 Bl ist z.B. ein Energiesystem für ein Wasserfahrzeug, insbesondere für Schiffe, U-Boote und der- gleichen bekannt. Diese Wasserfahrzeuge unterschiedlicher Art und Größe werden üblicherweise mit Festpropellern, Verstell ^¬ propellern, Ruderpropellern und mitunter auch von Wasserstrahlsystemen angetrieben. Dabei wird die mechanische Energie für den Antrieb direkt von Verbrennungsmotoren, bei- spielsweise Otto Motoren, Dieselmotoren mit Schwer- bzw.

Leichtölbetrieb oder Gasturbinen, erzeugt. Als Energieträger werden z.B fossile Brennstoffe eingesetzt, die in seitens des Wasserfahrzeugs mitgeführten Tanks gelagert werden. Die Ver ^¬ brennungsmotoren an Bord von Wasserfahrzeugen werden dabei nicht nur für den Antrieb, sondern auch zur Erzeugung elektrischer Energie für eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern an Bord von Wasserfahrzeugen eingesetzt, beispielsweise für Hilfsantriebe, die wiederum elektrische Energie in mechanische Energie umsetzen, elektrische Geräte zur Erzeu- gung von Wärme, Kälte und Licht, elektrische Geräte der Me ^¬ dientechnik und elektrische Geräte der Nautik. Dabei werden die Verbrennungsmotoren mit elektrischen Maschinen gekoppelt, die die von den Verbrennungsmotoren abgegebene mechanische Energie in elektrische Energie für die elektrischen Verbrau ^¬ cher umwandeln. Das Energiesystem für das Wasserfahrzeug kann auch eine Batterie und/oder eine Brennstoffzelle aufweisen, mittels welchem über ein Leitungsnetzwerk wenigstens ein elektrischer Antrieb und wenigstens ein elektrischer Verbrau ^¬ cher mit elektrischer Energie versorgbar sind, wobei der elektrische Antrieb beispielsweise ein Wechselstromantrieb ist, welcher über wenigstens eine Wechselrichtereinheit an ein Gleichstromnetzwerk des Leitungsnetzwerks anschließbar ist.

Für elektrische Geräte wie z.B. einen Elektromotor, einen Schalter, eine Leuchte oder dergleichen gibt es Festlegungen zu Gefährdungsbereichen. Darunter können z.B. feuergefährdete Bereiche und explosionsgefährdete Bereiche der Zone 1 und 2 fallen. Abhängig vom zu erreichenden Schutz sind die Geräte entsprechend einer Schutzart oder Norm auszuführen.

Da Wasserfahrzeuge autark eingesetzt werden, ist eine hohe Ausfallsicherheit notwendig. Auch ist es vorteilhaft eine einfache und kostengünstige Bauweise von Wasserfahrzeugen zu realisieren .

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher die Sicherheit bei Wasserfahrzeugen zu erhöhen, bzw. deren Aufbau zu vereinfachen .

Eine Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 bzw. bei einem Verfahren nach Anspruch 9. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich nach den Ansprüchen 2 bis 8 und 10 bis 14.

Ein Wasserfahrzeug weist eine elektrische Anlage auf, wobei die elektrische Anlage in einem Raum ist, wobei der Raum eine Atmosphäre aufweist, welche von Luft unterschiedlich ist.

Die elektrische Anlage weist zumindest ein elektrisches Gerät oder eine Vielzahl von elektrischen Geräten auf. Beispiele für elektrische Geräte sind elektrische Motoren, elektrische Generatoren, Stromrichter, Schalter, Schaltanlagen, Schütze, etc. Derartige Geräte werden beispielsweise auch in einem Energiesystem für das Wasserfahrzeug verwendet. Die Energie für das Wasserfahrzeug kommt beispielsweise aus einer Batte ^¬ rie, einer Brennstoffzelle, aus der Verbrennung eines kohlen- wasserstoffhaltigen Mediums wie Erdgas, oder Erdöl, etc. Bei Wasserfahrzeugen (Unter- und Überwasser) sind in vielen Fällen (besonders) elektrische Komponenten, also insbesondere elektrische Geräte, mit gewissen Schutzklassen ausgeführt, damit sie zum einen gegen ungewollte Berührung einer Mannschaft und zum anderen im Falle eines Fehlers gegenseitig und untereinander geschützt sind. Befinden sich die elektrischen Komponenten und Geräte einer elektrischen Anlage in einem Raum mit einer Atmosphäre die von Luft unterschiedlich ist, kann der Schutz einzelner Komponenten reduziert werden. So kann beispielsweise das Gehäuse einzelner elektrischer Kompo ^¬ nenten einfacher mit einer reduzierten Klassifizierung ausgeführt werden. Befindet sich eine Komponente in dem Raum mit der Atmosphäre die von Luft unterschiedlich ist, kann bei ^¬ spielsweise auf eine separate Kapselung der jeweiligen Ein ^¬ zelkomponente verzichtet werden. Gegebenenfalls ist keine Kapselung mehr notwendig, oder nur noch eine Teilkapselung. Auch die Schutzklasse kann so reduziert werden. Dies kann auch zu einem reduzierten Einbauvolumen der elektrischen Anlage führen. Bisher sind Komponenten einzeln (teil-) gekapselt und mit ausreichenden Schutzklassen versehen, damit z.B. im Falle einer Lichtbogenbildung, kein Schaden an anderen Bauteilen oder Personen entstehen kann.

Um die Sicherheit zu erhöhen können gefährdende elektrische Anlagen von einem Mannschaftsraum räumlich getrennt sein.

Durch die Positionierung elektrischer Komponenten, wie elek- frischer Geräte, in einem Raum mit einer speziellen Atmosphäre können einzelne (elektrische) Komponenten einfacher und weniger gekapselt ausgeführt werden, da die Gefahr von z.B. Bränden sehr viel geringer ist bzw. ausgeschlossen werden kann. Dies kann beispielsweise dann erreicht werden, wenn die Atmosphäre Inertgas ist, bzw. der Atmosphäre Sauerstoff 02 entzogen ist. Durch den Raum, in welchem sich die Atmosphäre befindet, können so gleichzeitig mehrere Komponenten, bzw. gefährdete Bau ^¬ teile geschützt werden. Feuermeldeanlagen und eine Evakuie ^¬ rung (Unterdruck) des gesamten Systems/Raums von Luft, welche Sauerstoff 02 aufweist, können auch eine erhöhte Sicherheit ermöglichen. Dies gelingt auch durch die Füllung des Raumes mit einer nichtleitenden Flüssigkeit wie z.B. Öl oder destilliertes Wasser.

In einer Ausgestaltung des Wasserfahrzeuges ist der Raum durch einen Druckkörper ausgebildet. Der Druckkörper ist ein Hohlkörper, bei dem während des Betriebs eine Differenz zwischen Innendruck und Außendruck auftritt. Unterwasserfahrzeu ^¬ ge weisen Druckkörper auf. So kann beispielsweise auch das gesamte Unterwasserfahrzeug mit der Atmosphäre gefüllt sein.

In einer Ausgestaltung des Wasserfahrzeuges ist die Atmosphä ^¬ re ein reaktionsarmes Gas oder Gasgemisch, bzw. weist die At ^¬ mosphäre ein reaktionsarmes Gas oder Gasgemisch auf. Bei un ^¬ bemannten Über- und Unterwasserfahrzeugen, braucht nicht darauf geachtet werden, dass eine atembare Atmosphäre

herrscht, zumindest nicht im Betrieb. Daher können diese Vehikel mit einem Stoff gefüllt werden, der ungewollte Reak ^¬ tionen (Entzündung, Korrosion, ...) unterbindet. Dies kann z.B. durch ein Inertgas geschehen, mit dem das gesamte Fahrzeug gefüllt wird bzw. ist. Es erfolgt also eine Füllung des Fahr ^¬ zeuges bzw. zumindest des Raumes mit der elektrischen Anlage mit einem Stoff, bzw. einer Atmosphäre, die eine Reaktion mit der Umwelt hemmt oder verhindert. Dies kann durch verschiede ^¬ ne Gase (Inertgas, Edelgas, Stickstoff, Wasserstoff, Erdgas, C02, ...) geschehen. Gegebenenfalls kann dadurch der verfügbare Raum für Treibstoff und damit die Seeausdauer zusätzlich erhöht werden. Als Inertgase bezeichnet man Gase, die sehr reaktionsträge (inert) sind. Sie beteiligen sich also an nur wenigen chemischen Reaktionen. Zu den Inertgasen zählen zum Beispiel Stickstoff und sämtliche Edelgase (Helium, Neon, Ar ^¬ gon, Krypton, Xenon, Radon) . In einer Ausgestaltung des Wasserfahrzeuges weist die Atmo ^¬ sphäre einen Treibstoff auf. Der Treibstoff ist beispielweise Erdgas. Alternativ zu einem Inertgas als Atmosphäre kann also auch ein gasförmiger Treibstoff die Atmosphäre ausbilden. Dabei kann zusätzlich durch ein weiteres Gas (z.B. Stickstoff aus einem mitgeführten Druckspeicher) verbrauchter Treibstoff ersetzt werden, damit keine explosive Atmosphäre entstehen kann. Ein weiteres Beispiel für ein Gas als Treibstoff ist Wasserstoffgas H2, welches beispielsweise in einer Brenn ^¬ stoffzelle verwendet werden kann.

In einer Ausgestaltung des Wasserfahrzeuges weist der Raum einen Überdruck auf. Durch den Überdruck kann beispielsweise die Tauchtiefe eines Unterwasserfahrzeuges erhöht werden. Es kann beispielsweise bei der Auslegung des Fahrzeuges darauf geachtet werden, dass der innere Druck immer höher ist als der äußere Druck. So kann die Auslegung analog zu Druckfla ^¬ schen ausgeführt werden (P innen >> P außen) .

In einer Ausgestaltung des Wasserfahrzeuges ist dieses über- wiegend oder in seiner Gesamtheit mit der Atmosphäre geflu ^¬ tet. Weist also das Innere des Wasserfahrzeuges beispielswei ^¬ se nur Stickstoff auf, so ist beispielsweise eine Explosions ^¬ gefahr durch Luftsauerstoff nicht mehr gegeben. Diese Vorge ^¬ hensweise eignet sich insbesondere während des Einsatzes un- bemannte Fahrzeuge.

In einer Ausgestaltung des Wasserfahrzeuges weist die elek ^¬ trische Anlage einen Stromrichter, einen elektrischen Motor und/oder ein Stromverteilungsnetz auf. Diese Komponenten bzw. Geräte sind insbesondere für einen elektrischen Antrieb des Fahrzeuges notwendig, der so sehr ausfallsicher realisierbar ist . In einer Ausgestaltung des Wasserfahrzeuges ist das Wasserfahrzeug ein Unterseeboot, welches insbesondere unbemannt ist. Das unbemannte Wasserfahrzeug (UUV) kann beispielsweise bei der Reparatur von Ventilen bei Erdölquellen, bei der Re- paratur von Pipelines oder bei der Räumung von Minen eingesetzt werden.

Eine Lösung der Aufgabe gelingt auch bei einem Verfahren zum Betrieb eines Wasserfahrzeuges, wobei ein Raum mit einer elektrischen Anlage mit einer Atmosphäre gefüllt wird. Die

Atmosphäre weist insbesondere ein Inertgas oder ein Inertgas ^¬ gemisch auf.

Bei dem Verfahren wird insbesondere eines der beschriebenen Wasserfahrzeuge verwendet. Dabei wird insbesondere in dem Raum bzw. in dem Wasserfahrzeug ein Druck größer dem Luftdruck erzeugt.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wir als Atmosphäre ganz oder teilweise ein gasförmiger Kraftstoff wie Erdgas oder Wasserstoff verwendet.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Raum und/oder das Wasserfahrzeug vor der Befüllung mit der Atmosphäre von allen Menschen befreit. Hieraus ergibt sich insbesondere ein unbemanntes Wasserfahrzeug, wie beispiels ^¬ weise ein UUV, welches ferngesteuert sein kann oder auch au ^¬ tonom ist. In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Druck in Abhängigkeit von einer Tauchtiefe eingestellt. Je höher der Druck der eingefüllten Atmosphäre ist, wobei der Raum vom Druckkörper gebildet ist, desto größer ist die maximale

Tauchtiefe .

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Druck in Abhängigkeit von einer Tauchdauer eingestellt. Je höher der Druck ist, desto mehr Treibstoff kann im Wasserfahrzeug mit- geführt werden, was dessen Reichweite erhöht. Durch einen hö ^¬ heren Druck der Atmosphäre kann auch eine größere Tauchtiefe erreicht werden. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie ^¬ len exemplarisch beschrieben. Hierbei zeigt:

FIG 1 ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug, und

FIG 2 ein Schiff als ein Wasserfahrzeug.

Die Darstellung nach FIG 1 zeigt ein Unterseeboot 1 als Bei ^¬ spiel für ein Wasserfahrzeug. Das Unterseeboot weist eine technische Anlage 15 auf. Die technische Anlage 15 weist als Komponenten beispielsweise einen elektrischen Motor, einen Stromrichter, eine Batterie, eine Brennstoffzelle und/oder ein Stromnetz auf, wobei diese Elemente in FIG 1 nicht darge ^¬ stellt sind. Die elektrische Anlage 15 befindet sich in einem Raum 8. Die elektrische Anlage 15 kann sich ganz oder teil ^¬ weise auch in einem Raum 18 eines Turmes 14 des Unterseeboo- tes 1 befinden. Der Raum 8 bzw. 18 weist eine Atmosphäre 20 auf, welche von Luft unterschiedlich ist und mit drei Schlan ^¬ genlinien symbolisiert ist. Die Atmosphäre 20 weist überwie ^¬ gend ein reaktionsarmes Gas oder ein reaktionsarmes Gasge ^¬ misch auf oder besteht aus diesem. Der Raum 8 wird durch ei- nen Druckkörper 19 gebildet. Durch die spezielle Atmosphäre

20 ist ein einfacher sicherer Betrieb der elektrischen Anlage 15 möglich. Der Druckkörper 19 trennt den Innenraum 8 des Unterwasserfahrzeugs 1 von den umgebenden Wassermassen. Die Darstellung nach FIG 2 zeigt ein Schiff 2 als Beispiel für ein Wasserfahrzeug. Das Schiff 2 weist Aufbauten 13 auf. Der Antrieb des Schiffes 2 kann über einen Propeller 26 erfolgen, welcher über eine Welle 27 mit einem Getriebe 23 verbunden ist. An dem Getriebe 23 ist eine Verbrennungskraftma- schine 24 angeschlossen, welche über eine Kraftstoffrohr 25 mit Kraftstoff versorgt wird. Das Getriebe 23 ist auch mit einer elektrischen Maschine 3 über eine Welle 31 verbunden. Unabhängig von der Art des Antriebs mit oder ohne Propeller bzw. mit oder ohne Getriebe bzw. mit oder Verbrennungskraft ^¬ maschine 24, wie z.B. einem Dieselmotor, weist das Schiff einen Raum 8 auf. Der Raum 8 wird begrenzt von Seitenwänden 9 und 10, einer Decke 11 und einem Boden 12. Der Raum 8 ist durch einen Menschen 30 begehbar. Befindet sich in dem Raum 8 eine Atmosphäre 20, wie z.B. überwiegend Stickstoff als reak ^¬ tionsarmes Gas mit wenig oder keinen Sauerstoffanfeilen, so ist der Raum 8 von allen Menschen 30 befreit. In dem Raum 8 befindet sich z.B. zumindest ein Teil des Antriebsstrangs des Schiffes 2. Der Antriebsstrang weist den elektrischen Motor 3 auf. Der elektrische Motor 3 kann beispielsweise auch genera ^¬ torisch betrieben werden. Der elektrische Motor 3 wird über eine dreiphasige elektrische Verbindung 6 von einem Strom ^¬ richter 4 gespeist. Der Stromrichter 4 bekommt seine elektri- sehe Energie beispielsweise über einen zweiphasigen DC-Bus 7. An diesem zweiphasigen DC-Bus 7 ist eine Batterie 5, eine Brennstoffzelle 22 und ein Verteilungsnetz 21 angeschlossen. Das Verteilungsnetz 21, die Brennstoffzelle 22, die Batterie 5, der DC-Bus 7, der Stromrichter 4 und/oder der Motor 3 sind einzeln und/oder in Kombination eine technische Anlage. Diese technische Anlage befindet sich in der Atmosphäre 20, welche kaum oder keinen Sauerstoff 02 aufweist. In einer Variante ist die Atmosphäre beispielsweise ein Kraftstoff wie Erdgas oder Wasserstoff. Erdgas kann als Treibstoff über das Kraft- stoffrohr 25 zur Verbrennungskraftmaschine 25 geführt werden. Wasserstoff H2 kann alternativ als Reaktionsgas in der Brennstoffzelle 22 als alternativer Energiespeicher verwendet werden .