AT525141B1

AT525141B1 - Antriebsystem

Info

Publication number: AT525141B1
Application number: ATA50373/2021A
Authority: AT
Inventors: Pesendorfer Dipl Ing Horst (Fh)
Original assignee: Horst Pesendorfer Dipl Ing Fh
Priority date: 2021-05-14
Filing date: 2021-05-14
Publication date: 2022-12-15
Also published as: EP4337525A1; AT525141A1; CA3219954A1; WO2022236352A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebsystem (2) umfassend zwei Elektromotoren (5) mit jeweils einer Rotorwelle (6), einen Propeller (7), eine Propellerwelle (8), wobei der Propeller (7) auf der Propellerwelle (8) angeordnet ist, und zumindest eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung (9) wobei die beiden Rotorwellen (6) der beiden Elektromotoren (5) mit zumindest einer Drehmoment-Übertragungsvorrichtung (9) verbunden sind, wobei die zumindest eine DrehmomentÜbertragungsvorrichtungen (9) mit der einen Propellerwelle (8) verbunden ist. Das Antriebsystem (2) weist weiter eine Anti-Kavitationsplatte (30) auf, die oberhalb des Propellers (7) angeordnet ist, wobei die Elektromotoren (5) an der Anti-Kavitationsplatte (30) angeordnet sind, Zudem weist das Antriebsystem (2) ein Gesamtgehäuse (13) auf, in dem neben den Elektromotoren (5) auch eine Elektronikeinrichtung (29) angeordnet ist, wobei im Gesamtgehäuse (13) zumindest ein Kühlmittelkanal zur pumpenlosen, aktiven Statorkühlung angeordnet ist.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Antriebsystem für ein Boot, umfassend zwei Elektromotoren mit jeweils einer Rotorwelle, einen Propeller, eine Propellerwelle, wobei der Propeller auf der Propellerwelle angeordnet ist, und zumindest eine Drehmoment-Ubertragungsvorrichtung, wobei die zumindest eine Drehmoment-Ubertragungsvorrichtung (9) mit der einen Propellerwelle (8) verbunden ist, insbesondere beide Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen (9) mit der einen Propellerwelle (8) verbunden sind.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung ein Boot mit einem Antriebsystem.

[0003] Außenbordantriebe gehören zu häufig verbreiteten Antriebsystemen für Sportboote. Ein Außenbordantrieb ist eine komplette Antriebseinheit, im Wesentlichen bestehend aus Gehäuse, Motor, Kraftübertragung, Untersetzungsgetriebe und Schiffspropeller. Der Außenbordantrieb wird in den meisten Fällen am Heckspiegel des Bootes angebracht und kann in konstruktive Baugruppen wie Oberteil, Schaft und Unterwasserteil gegliedert werden. Im Oberteil sitzt bei herkömmlichen Konzepten der Motor, der Schaft ist in der Länge bootsspezifisch und trägt die Antriebswelle. Der Unterwasserteil ist häufig mit einem Winkelgetriebe ausgestattet und führt nach Untersetzung über die Propellerwelle den Schiffspropeller an. Die Kühlung erfolgt meist mittels Impeller(pumpe), welche das Seewasser vom Unterwasserteil zum Oberteil befördert.

[0004] Neben Motoren die mit Benzin, Diesel oder Propangas betrieben werden, sind aus dem Stand der Technik auch bereits Elektroantriebe bekannt. Beispielsweise beschreibt die US 2018/0794777 A1 ein Antriebsystem für ein Boot, umfassend: einen Motor; einen Verbindungsarm; einen Verkleidungsteil, eingerichtet, um an dem Boot angeordnet zu sein; mindestens einen Propeller; und einen Riemen, um das Drehmoment des Motors auf den mindestens einen Propeller zu übertragen, wobei der Riemen zwei Riemenabschnitte zwischen dem Motor und dem Propeller bildet. Das Antriebsystem umfasst weiter: eine erste Drehanordnung mit dem Riemen, welcher durch diese verläuft und eingerichtet ist, um relativ zu dem ersten Verkleidungsteil um eine geometrische Achse zu drehen, welche nach oben gerichtet ist, so dass der mindestens einen Propeller so relativ zu dem Boot orientiert ist, um das Letztere zu drehen; und eine zweite Anordnung, welche eingerichtet ist, um relativ zu der ersten Drehanordnung verschoben zu werden, um den mindestens einen Propeller zurückzuziehen.

[0005] Die EP 3 590 821 A1 beschreibt einen Außenbordmotor mit einer ersten Propellerwelle und einer zweiten Propellerwelle, wobei die zweite Propellerwelle konzentrisch zur ersten Propellerwelle angeordnet ist, und wobei die erste Propellerwelle mit einer ersten Kraftübertragungsanordnung verbunden ist, um die erste Propellerwelle in einer ersten Richtung zu drehen, und wobei die zweite Propellerwelle mit einer zweiten Kraftübertragungsanordnung verbunden ist, um die zweite Propellerwelle in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung zu drehen, wobei der Außenbordmotor einen ersten Elektromotor mit einer ersten Motorwelle und einen zweiten Elektromotor mit einer zweiten Motorwelle umfasst, wobei die erste Motorwelle mit der ersten Kraftübertragungsanordnung verbunden ist, und wobei die zweite Motorwelle mit der zweiten Kraftübertragungsanordnung verbunden ist.

[0006] Aus der RU 2622175 C1 ist ein elektromechanischer Antrieb für einen Schiffspropeller bekannt, umfassend mehrere Elektromotoren, eine Schiffsantriebsstrangkomponente mit dem Schraubenpropeller, der Welle und dem Axiallager, ein Untersetzungsgetriebe mit Ausgangs- und Eingangswellen, ein Stirnzahnrad mit zwei Zahnkränzen, die auf den Ausgangswellen im Untersetzungsgetriebegehäuse montiert sind, Servoantriebe, Steuermodule für Servoantriebe, eine Hauptsteuereinheit, einen Wellenpositions-Ausgangscodierer jedes Servoantriebs, einen Wellenpositions-Ausgangscodierer der Untersetzungsgetriebeeinheit, der durch einen Schnittstellenbus mit der Hauptsteuereinheit verbunden ist, wobei die Zähne jedes der zwei Zahnkränze durch eine Zykloidenoberfläche gebildet sind, die mit dem Zahnrad zusammenwirkt, das in Form von einem zylindrischen Exzenter mit dem darauf montierten Lager hergestellt ist, das die Exzenter-Zykloiden-UÜbertragung bildet und Eingangswellen der Untersetzungsgetriebe um den Zahnkranzrad herum installiert sind.

[0007] Die EP 0 675 822 A1 beschreibt einen Propellerantrieb für ein Schiff mit einem ersten Elektromotor, der mit einer Welle verbunden ist, auf der ein erster Rotor und ein erster Propeller angeordnet sind, einem zweiten Elektromotor, der mit einer Hohlwelle verbunden ist, auf der ein zweiter Rotor und ein zweiter Propeller angeordnet sind, wodurch der erste und zweite Elektromotor hintereinander angeordnet sind und die Welle des ersten Motors koaxial durch den Rotor des zweiten Motors und durch die zugeordnete Hohlwelle verläuft, wobei der erste und zweite Propeller hintereinander angeordnet sind, einer ersten und zweiten Energieversorgung zum Zuführen elektrischer Energie zum ersten bzw. zweiten Motor, und einer Steuereinheit zum Steuern der ersten und zweiten Energieversorgung und des ersten und zweiten Elektromotors, um die Motoren entweder in der gleichen Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen zu drehen, wobei die erste und zweite Energieversorgung einen ersten und zweiten Frequenzwandler aufweisen, und die Steuereinheit Einrichtungen zum Steuern der Frequenzwandler aufweist, sodass die Drehrichtung der Motoren und ihre Drehgeschwindigkeit von Null bis zur Nenngeschwindigkeit so gewählt werden können, dass die Motoren unabhängig voneinander angetrieben werden können.

[0008] Aus der DE 7827995 U1 ist eine Antriebsvorrichtung für Wasserfahrzeuge bekannt, enthaltend mindestens zwei Wechselstrammotoren, deren parallel angeordnete Wellen über Kupplungen mit Eingangswellen eines mit einem Flügelpropeller kinematisch gekoppelten Untersetzungsgetriebes verbunden sind, wobei die Verbindung einer der Eingangswellen des Untersetzungsgetriebes mit der entsprechenden Kupplung über eine Zwischenwelle erfolgt, deren erstes Ende mit der Kupplung und deren zweites Ende über eine zusätzliche Kupplung mit der Eingangswelle des Untersetzungsgetriebes verbunden ist, wobei alle Kupplungen mit eine Winkelund lineare Verschiebung der Achsen der zu verbindenden Wellen zulassenden elastischen Elementen versehen sind.

[0009] Die EP 3 085 615 A1 beschreibt eine Boot-Strahlruder-Antriebseinheit mit einer Getriebeeinheit, umfassend ein Getriebegehäuse mit ersten und zweiten Endplatten und ein ringförmiges Zahnrad mit einer Ausgangswelle, drehbar zwischen den Endplatten gelagert, wobei mindestens zwei Elektromotoren und mindestens drei voneinander beabstandete verschließbare Öffnungen in der ersten Endplatte aufnehmend wahlweise zwei oder mindestens drei entsprechende Antriebswellen einer entsprechenden Anzahl der Elektromotoren, die an der ersten Endplatte zum Zahnradeingriff mit dem Zahnrad zu montieren sind.

[0010] Aus der DE 101 58 870 A1 ist eine redundante elektrische Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Ruders an einem Schiff bekannt, mit einem eine Gewindespindel und eine Spindelmutter aufweisenden Gewindetrieb und mit zwei elektrischen Drehmomentmotoren (Torquemotoren), die eine Hohlwelle aufweisen, die hintereinander konzentrisch zu dem Gewindetrieb angeordnet sind und die das eine Teil des Gewindetriebs gemeinsam oder einzeln in entgegengesetzte Drehrichtungen anzutreiben vermögen, wobei die beiden Elektromotoren eine gemeinsame Hohlwelle besitzen und das drehbare Teil des Gewindetriebs verdrehsicher mit der Hohlwelle verbunden oder die Hohlwelle selbst ist.

[0011] Die FR 2823177 A beschreibt ein Kühlsystem für ein Unterwasserstrahlruder eines Schiffs, das außerhalb des Schiffsrumpfs angeordnet ist, umfassend eine Gondel, die seitlich am Schiffsrumpf angebracht ist, einen Elektromotor für den Antrieb, der in der Gondel angeordnet ist, und einen Propeller, der auf einer Propellerwelle montiert ist, angetrieben durch den Motor, und drehbar in Bezug auf die Gondel montiert und im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist, wobei eine integrierte Pumpe und interne Kanäle von Kühlzylinderköpfen des zu kühlenden Motors mit Einlassverbindungen mit Wassereinlässen in Verbindung zur Kühlung vorgesehen sind.

[0012] Die DE 24 49 595 A1 beschreibt ein Außenbordantriebsaggregat mit einem Schaft, einer sogenannten Kavitationsplatte und einem Unterwasserteil, an dem ein Propeller drehbar gelagert ist, der über Bewegungsübertragungsmittel von einem Elektromotor antreibbar ist, wobei der Elektromotor wenigstens annähernd in Höhe der Kavitationsplatte angeordnet ist.

[0013] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Elektroantrieb anzugeben. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, die Einsetzbarkeit eines Elektroantriebes für ein Boot zu verbessern.

[0014] Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Antriebsystem dadurch gelöst, dass die beiden Rotorwellen der beiden Elektromotoren mit der zumindest einen, insbesondere mit jeder, Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtung verbunden sind, dass das Antriebsystem weiter eine Anti-Kavitationsplatte aufweist, die oberhalb des Propellers angeordnet ist, wobei die Elektromotoren an der Anti-Kavitationsplatte angeordnet sind, dass das Antriebsystem weiter ein Gesamtgehäuse aufweist, in dem neben den Elektromotoren auch eine Elektronikeinrichtung angeordnet ist, wobei im Gesamtgehäuse zumindest ein Kühlmittelkanal zur pumpenlosen, aktiven Statorkühlung angeordnet ist.

[0015] Weiter wird die Aufgabe durch das eingangs genannte Boot gelöst, das das erfindungsgemäße Antriebsystem aufweist.

[0016] Von Vorteil ist dabei, dass durch die Leistungsverbindung der Elektromotoren (beide wirken auf eine Propellerwelle) nicht nur die zur Verfügung stehende Gesamtleistung an sich verbessert werden kann, sondern kann damit auch eine höhere Variabilität des Antriebs erreicht werden. Es ist damit möglich Drehzahl/Drehmoment/Motorwirkungsgrad zu optimieren und je nach Auslastung den Propeller mit idealer Drehzahl zu betreiben. Dies wiederum erlaubt eine bessere Energieausnutzung, die gerade bei Akkumulatoren für eine höhere Streckenleistung von Bedeutung ist. Daneben kann damit auch eine Redundanz des Antriebsystems erreicht werden, wenn zwei Motoren und zwei Drehmoment-UÜbertragungssysteme zur Verfügung stehen. Von Vorteil ist bei der Aufteilung der bereitzustellenden Leistung auf zwei Motoren, dass damit die zur Verfügung stehende Kühloberfläche vergrößert wird, verglichen mit einem Motor gleicher Gesamtleistung, womit die Kühlung an sich effizienter oder zumindest konstruktiv einfacher gestaltet werden kann. Unterstützend wirkt dabei der geringere Leistungsbedarf je Motor, der zudem weitere Effizienzvorteile bietet bzw. womit die Dauerleistung des Antriebsystems verbessert werden kann. Es kann also mit dem Antriebsystem einerseits eine hohe Spitzenleistung und andererseits auch eine verbesserte Dauerleistung, verglichen mit derzeit bekannten Elektroantriebsystemen für Boote, erreicht werden.

[0017] Wie an sich bekannt, weist das Antriebsystem im Einsatz als Außenbordmotor eine AntiKavitationsplatte auf, die oberhalb des Propellers angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Elektromotoren an der Anti-Kavitationsplatte angeordnet sind. Es kann damit einem im Wesentlichen schaftunabhängige Konstruktion erreicht werden. Es ist bekannt, dass aufgrund verschiedener Bootstypen bei „Außenbordern“ verschiedene Schaftlängen benötigt werden. In den meisten Fällen 15“ und 20“ bei kleineren Booten, sowie 20“, 25“ und 30“ bei mittleren bis größeren Booten. Dieses Maß wird als Transomhöhe bezeichnet, wobei von der Anti-Kavitationsplatte bis zur Oberkante des Bootsspiegels gemessen wird. Bei nicht passender Schaftlänge verschlechtern sich die Fahreigenschaften des Bootes - selbiges gilt für eine nicht optimale Trimmung. Durch die im wesentlichen schaftlängenunabhängige Konstruktion kann das Antriebsystem einfacher, d.h. ohne wesentliche konstruktive Anderungen, in unterschiedlichsten Bootstypen eingesetzt werden.

[0018] Von Vorteil ist auch, dass damit das Antriebsystem in nur ein Gesamtgehäuse integriert werden kann, in dem neben den Elektromotoren auch eine Elektronikeinrichtung angeordnet sind, also auf gesonderte Einhausung der Elektromotoren bzw. der Elektronikeinrichtung verzichtet werden kann. Selbstverständlich kann aber ein Kondenswasserschutz dieser Komponenten zur Verfügung gestellt werden.

[0019] Die Kühlung des Antriebsystems wird vereinfacht, indem im Gesamtgehäuse zumindest ein Kühlmittelkanal zur pumpenlosen, aktiven Statorkühlung angeordnet ist.

[0020] Zur weiteren Verbesserung kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass auf zumindest einer der beiden Rotorwellen, insbesondere auf beiden Rotorwellen, mehr als ein Elektromotor angeordnet ist.

[0021] Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Elektromotoren waagrecht (horizontal) angeordnet sind. Einerseits ermöglicht dieser Einbau eine Reduktion der Bauhöhe des Antriebsystems, womit die Integrierbarkeit in ein Boot bzw. generell

ein Fortbewegungsmittel verbessert werden kann. Andererseits vereinfacht die horizontale Einbaulage neben den Kühlkanälen um den Stator auch eine direkte Rotorwellenkühlung. Im Falle eines Innenläufers kann somit im Bedarfsfall die Rotorwelle als Hohlwelle ausgeführt und somit der Rotor direkt gekühlt werden. Im Falle eines Außenläufers kann damit der Stator gekühlt werden.

[0022] Eine einfache Möglichkeit zum Betrieb des Antriebsystems mit nur einem der zumindest zwei Elektromotoren kann erreicht werden, insbesondere wenn das Antriebsystem zwei Synchronmotoren bzw. ausschließlich Synchronmotoren aufweist, wenn nach einer Ausführungsvariante der Erfindung eine der beiden Rotorwellen mit einer, insbesondere schaltbaren, Freilaufeinrichtung verbunden bzw. versehen ist.

[0023] Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Elektromotoren auf Höhe der Wasserlinie (insbesondere bei einer sogenannten Gleitfahrt) angeordnet sind. Es ist damit möglich die komplette Antriebseinheit in Form eines Auftriebskörpers auszubilden, womit eine verbesserte, direkte Kühlung der Elektromotoren und der Elektronikeinrichtung mit der Leistungselektronik erreichbar ist. Zudem wird damit eine kompakte, modulare und vor allem bootsunabhängige Konstruktion des Antriebsystems unterstützt, da die Antriebseinheit nicht in einem oberhalb der Wasserlinie angeordneten Oberteil des Antriebsystems integriert ist und somit die Anpassung auf die verschiedenen Transomhöhen einfacher ist.

[0024] Entsprechend einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Drehmoment-Ubertragungseinrichtung, insbesondere beide Drehmoment-UÜbertragungseinrichtungen, zumindest abschnittsweise in einem Unterwasserschaft angeordnet is’sind, der zwei voneinander distanzierte, insbesondere finnenartige, Abschnitte aufweist, wobei zwischen den Abschnitten ein Durchbruch ausgebildet ist. Mit dieser Ausbildung können die hydrodynamischen bzw. generell die strömungstechnischen Eigenschaften des Antriebsystems verbessert werden, womit die Energieausnutzung verbessert und damit die Reichweite des Antriebsystems verbessert werden kann.

[0025] Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Unterwasserschaft wasserdicht ausgebildet ist, womit der Feuchtigkeitsschutz von Komponenten des Antriebsystems vereinfacht werden kann.

[0026] Um jedoch die Kühlung des Antriebsystems einfacher gestalten zu können, kann nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen werden, dass in zumindest einem der beiden Abschnitte, vorzugsweise in beiden Abschnitten, des Schafts zumindest ein Kühlmittelkanal oder eine Kühlmittel-Durchführung angeordnet ist. Es kann damit eine strömungsinduzierte Kühlung ohne Impellerpumpe ermöglicht werden, indem währen der Fahrt Kühlwasser aus dem befahrenen Gewässer aufgenommen und über den zumindest einen Kühlmittelkanal den zu kühlenden Komponenten, wie z.B. den Elektromotoren oder der Elektronikeinrichtung, zugeführt wird.

[0027] Der Verzicht auf weitere Einhausungen ermöglicht nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung, dass die Elektromotoren ein Blechpaket aufweisen, das unmittelbar in das Gesamtgehäuse integriert ist und/oder dass die Elektronikeinrichtung unmittelbar an dem Gesamtgehäuse anliegend angeordnet ist. Mit dieser Ausbildung kann die Kühlung verbessert bzw. konstruktiv vereinfacht werden, da wärmeerzeugende Komponenten direkt anliegend an der AuBenwand des Antriebsystems, die in Kontakt mit Wasser gelangt oder davon umspült wird, oder einer mit dieser Außenwand in direktem wärmeleitendem Kontakt stehenden Innenwand angeordnet werden kann. Zudem kann damit auch das Gesamtgewicht des Antriebsystems reduziert werden, was wiederum in Hinblick auf die Reichweite einer Akkuladung von Vorteil ist.

[0028] Es kann dabei zur Verbesserung dieser Effekte nach einer Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Anti-Kavitationsplatte Teil des Gesamtgehäuses ist, und dass die Elektronikeinrichtung unmittelbar an der Anti-Kavitationsplatte angeordnet ist.

[0029] Eine Verbesserung der Kühlung des Antriebsystems kann nach einer weiteren Ausführungsvariante auch erreicht werden, wenn die Rotorwellen als Hohlwellen ausgebildet sind und

damit als Kühlmittelkanäle genutzt werden können, insbesondere um den Rotor bzw. die Rotoren aktiv zu kühlen.

[0030] Entsprechend einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann zur Verbesserung der Leistungsmerkmale des Antriebsystems vorgesehen sein, dass die Drehmoment-Ubertragungsvorrichtungen eine Untersetzung aufweisen.

[0031] Alternativ zu dem Antriebsystem mit den zumindest zwei Elektromotoren kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung auch vorgesehen sein, dass einer der beiden Elektromotoren mit seiner Rotorwelle durch eine leer mitlaufende Welle ersetzt ist, womit das Antriebsystem ohne großen Umbau auch für niedriger Leistungsklassen eingesetzt werden kann. Bei Bedarf kann dieses später durch den Einbau eines zweiten Elektromotors einfach nachgerüstet werden. Die Anzahl der Gleichteile kann damit für mehr Leistungsklassen erhöht werden.

[0032] Es kann nach einer weiteren Ausführungsvariante auch vorgesehen sein, dass zwischen der Propellerwelle und den beiden Elektromotoren ein Gegenlaufgetriebe angeordnet ist, mit dem ein zweiter Propeller gegenläufig zum Propeller angetrieben werden kann. Somit können mit dem Antriebsystem nach der Erfindung auch der Vorteile von gegenläufigen Propellern erreicht werden.

[0033] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert.

[0034] Es zeigt jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:

[0035] Fig. 1 Ein Boot mit einem herkömmlichen Außenbordmotor und einem Antriebsystem nach der Erfindung;

[0036] Fig. 2 Das Antriebsystem nach der Erfindung in Schrägansicht;

[0037] Fig. 3 Das Antriebsystem nach Fig. 2 in Explosionsdarstellung;

[0038] Fig. 4 Einen Längsschnitt durch das Antriebsystem nach Fig. 2 in Schrägansicht; [0039] Fig. 5 Einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante des Antriebsystems;

[0040] Fig. 6 Einen Querschnitt durch eine Ausführungsvariante des Antriebsystems;

[0041] Fig. 7 Einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsvariante des Antriebsystems:

[0042] Fig. 8 Die Darstellung eines Kühlmittelverlaufs einer Ausführungsvariante des Antriebsystems in Ansicht von vorne;

[0043] Fig. 9 Die Darstellung eines Kühlmittelverlaufs einer Ausführungsvariante des Antriebsystems in Seitenansicht.

[0044] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0045] In Fig. 1 ist ein Boot 1 dargestellt. Das Boot 1 ist mit einem erfindungsgemäßen Antriebsystem 2 ausgestattet. Zum Vergleich ist auch ein herkömmlicher Antrieb 3 mit Benzinmotor dargestellt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass dessen Darstellung nur dem Vergleich dient. In der bevorzugten Ausführungsvariante weist das Boot 1 als Motorisierung allerdings ausschließlich das Antriebsystem 2 auf.

[0046] Es sei weiter darauf hingewiesen, dass im Rahmen dieser Beschreibung die Begriffe „Boot“ und „Schiff“ synonym verwendet werden.

[0047] Das Boot 1 ist insbesondere ein Motorboot, vorzugsweise ein Gleitboot oder Halbgleit-

boot. Das Antriebsystem 2 kann jedoch auch in einem Verdrängerboot eingesetzt werden. Weiter kann auch ein anderer Bootstyp, wie beispielsweise ein Segelboot, mit dem Antriebsystem 2 ausgestattet werden.

[0048] Die bevorzugte Anwendung des Antriebsystems 2 ist jedoch als Außenbordmotor für ein Boot 1.

[0049] Aus Fig. 1 ist deutlich der Größenunterschied zwischen dem herkömmlichen Antrieb 3 und dem Antriebsystem 2 nach der Erfindung erkennbar, obwohl beide eine vergleichbare „Leistungsklasse“ bzw. „Leistungscharakteristik“ aufweisen. Das Antriebsystem 2 ist deutlich kleiner und kompakter als der herkömmliche Antrieb 3. Dies ermöglicht beispielsweise einen Einbau des Antriebsystems 2 unterhalb einer strichliert angedeuteten Badeplattform 4.

[0050] Eine Ausführungsvariante des Antriebsystem 2 ist aus den Fig. 2 und 3 besser ersichtlich. Fig. 2 zeigt dabei das Antriebsystem 2 im zusammengebauten Zustand und Fig. 3 eine Explosionsdarstellung davon, wobei in Fig. 3 auf die Darstellung von Schrauben, etc., zur Verbesserung der Übersichtlichkeit verzichtet wurde. Das Antriebsystem 2 kann also mehr als die in den Fig. 2 und 3 für das Verständnis der Erfindung dargestellten Bestandteile aufweisen.

[0051] Das Antriebsystem 2 nach den Fig. 2 und 3 umfasst zwei Elektromotoren 5, die jeweils auf einer Rotorwelle 6 angeordnet sind, einen Propeller 7 (auch als Schiffschraube bezeichenbar), der drehfest mit einer Propellerwelle 8 (auch als Propellerachse bezeichenbar, insbesondere wenn zwei gegenläufige Propeller 7 angeordnet werden) verbunden ist, sowie zwei Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtungen 9, wobei jede der beiden Rotorwellen 6 der beiden Elektromotoren 5 mit zumindest einer Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtung 9 verbunden ist. Beide Rotorwellen 6 sind mit jeder der beiden Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtung 9 verbunden.

[0052] Es sei darauf hingewiesen, dass die Anordnung von zwei Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 in Hinblick auf die Redundanz des Systems von Vorteil ist. Die zumindest zwei Elektromotoren 5 können aber auch mit nur einer einzigen Drehmoment-Ubertragungsvorrichtung 9 mit der Propellerwelle 8 verbunden sein. Die folgenden Ausführungen zu den Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 sind daher entsprechend adaptiert auf die Ausführung des Antriebsystems 2 mit nur einer Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtung 9 übertragbar. Beispielsweise können die zumindest zwei Elektromotoren 5 auch nur mit einem (Zahn) Riemen als DrehmomentÜbertragungsvorrichtung 9 mit der Propellerwelle 8 verbunden sein. Es ist dabei möglich, dass bei Anordnung von nur einer Drehmoment-Ubertragungsvorrichtung 9 diese breiter (in axialer Richtung) ausgeführt ist als eine Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtung 9 bei einer Ausführung mit zwei Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtungen 9, beispielsweise die Breite aufweist, die die im Folgenden beschriebenen zwei Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 zusammen aufweisen.

[0053] Die Elektromotoren 5 weisen jeweils einen mit der jeweiligen Rotorwelle 6 drehfest verbundenen Rotor 10 und einen den Rotor umgebenden Stator 11 auf, wobei die Statoren 11 je ein Blechpaket mit Wicklungen aufweisen. Ein derartiger Aufbau von Elektromotoren 5 an sich ist bekannt.

[0054] Prinzipiell kann jeder geeignete Elektromotor 5 in dem Antriebsystem 2 eingesetzt werden. Bevorzugt werden jedoch Elektromotor 5 eingesetzt, die eine Dauerleistung von je zumindest 40 kW, insbesondere zumindest 50 kW, aufweisen. Es ist weiter bevorzugt, wenn die Elektromotoren 5 jeweils ein Blechpaket mit einem Durchmesser von maximal 200 mm, insbesondere maximal 170 mm, beispielsweise zwischen 100 mm und 170 mm, aufweisen. Die Länge der Elektromotoren 5 kann beispielsweise zwischen 250 mm und 400 mm betragen. Es kann damit, bezogen auf die Baulänge, eine höhere Dauerleistung des Antriebsystems 2 erreicht werden.

[0055] Die Wicklung der Statoren 11 kann beispielsweise ein herkömmliche Drahtwicklung sein. Vorzugsweise wird jedoch eine Hairpin Wicklung oder eine I-Pin Wicklung eingesetzt, womit ein relativ hoher Kupferfüllfaktor der in Richtung auf den jeweiligen Rotor 10 offenen Wicklungsnuten 12 der Blechpakete und damit ein relativ hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann.

[0056] Die Wicklungsnuten 12 können beispielswiese einen rechteckigen, einen trapezförmigen, etc., Querschnitt haben.

[0057] In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die Elektromotoren 5 Kurzschlusskäfigläufer (Asynchronmaschine), insbesondere in Verbindung mit Hairpin oder I-Pin Wicklungen der Statoren 11.

[0058] Zur Reduktion von sogenannten Skin Effekten kann vorgesehen werden, dass die Elektromotoren 5 mit Wechselstrom mit einer maximalen Frequenz von 1000 Hz, vorzugsweise maximal 500 Hz, insbesondere einer maximalen Frequenz zwischen 200 Hz und 600 Hz, betrieben werden.

[0059] Bevorzugt weisen die Elektromotoren 5 keine Permanentmagneten auf, sodass also das Antriebsystem 2 ausschließlich Asynchronmotoren aufweisen kann.

[0060] Es ist weiter bevorzugt, wenn die Elektromotoren 5 nicht in einem gesonderten Gehäuse angeordnet sind, sondern gemäß einer Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 direkt in ein Gesamtgehäuse 13 des Antriebsystems 2 integriert sind. Das Gesamtgehäuse 13, das die äuBere Hülle des Antriebsystems 2 zumindest teilweise bildet, kann dazu für die Anordnung der Elektromotoren 5 Aufnahmen 14 aufweisen, die insbesondere einen kreisrunden Querschnitt aufweisen können. Diese Aufnahmen 14 sind bevorzugt einstückig mit dem Gesamtgehäuse 13 bzw. einem Teil des Gesamtgehäuses 13, wie z.B. einem Aufnahmeteil 15 für die Elektromotoren 5, ausgebildet. Das Gesamtgehäuse 13 bzw. die metallischen Bestandteile des Gesamtgehäuses 13 sind bevorzugt Gussteile. Sie können aber auch anders gefertigt sein, beispielsweise mittels 3D-Druck.

[0061] Die direkte Integration der Elektromotoren 5 (des Blechpakets der Statoren 12) in das Gesamtgehäuse 13 ermöglicht eine verbesserte thermische Anbindung der Elektromotoren 5 an das Gesamtgehäuse 13 und damit eine verbesserte Kühlung der Elektromotoren 5 über die Ableitung zumindest eines Teils der im Betrieb entstehenden Wärme über das Gesamtgehäuse 13, das zumindest teilweise in unmittelbarem Kontakt mit dem Wasser steht, in dem das Boot 1 betrieben wird. Darüber hinaus ermöglicht der Verzicht auf eine zusätzliche Einhausung der Elektromotoren 5 eine Reduktion des Gewichts und der Baugröße des Antriebsystems 2, womit u.a. auch die Reichweite des Elektroantriebs erhöht werden kann.

[0062] Die Elektromotoren 5 können vertikal eingebaut werden. Bevorzugt werden Sie aber waagrecht, d.h. in horizontaler Lage, eingebaut, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Elektromotoren 5, d.h. die Rotorwellen 6, werden mit ihrer Längserstreckung (in Axialrichtung) bevorzugt parallel zur Propellerwelle 8 im Antriebsystem 2 angeordnet, um damit einerseits die Bauhöhe des Antriebsystem 2 zu reduzieren, und um andererseits gegebenenfalls die Übertragung des Drehmoments von den Elektromotoren 5 auf den Propeller 7 bzw. die Propellerwelle 8 zu vereinfachen.

[0063] Obwohl in Fig. 3 nur zwei Elektromotoren 5 dargestellt sind, kann nach einer Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 vorgesehen sein, dass auf zumindest einer der beiden Rotorwellen 6, insbesondere auf beiden Rotorwellen 6, mehr als ein Elektromotor 5 angeordnet ist, wie dies in Fig. 5 andeutungsweise dargestellt ist. Beispielsweise können auf diese Weise zwei oder mehr Elektromotoren 5 in der Axialrichtung hintereinander (in Serie) auf einer oder auf beiden Rotorelle(n) 6 angeordnet sein.

[0064] Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass nicht nur zwei Elektromotoren 5 parallel zueinander angeordnet sein können, sondern auch mehr als zwei, beispielsweise drei oder vier, etc. Der Begriff „parallel“ ist hierbei nicht zwingend geometrisch zu verstehen, sondern insbesondere in Hinblick auf die Leistungssteigerung des Antriebsystems 2. Im Rahmen der Erfindung ist nämlich vorgesehen, dass beide Elektromotoren 5 (und damit auch die Drehmoment-Ubertragungsvorrichtung 9 bzw. bei zwei Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtungen 9 auch diese beiden) mit der gleichen Propellerwelle 8, also leistungssteigernd, verbunden sind. Bei mehr als zwei („parallelen“) Elektromotoren 5 können auch mehr als zwei Propellerwellen 8 und auch mehr als zwei Propeller 7 vorhanden sein, solange die Bedingung erfüllt ist, dass zumindest zwei Elektro-

motoren 5 im Sinne der Erfindung leistungssteigernd mit nur einer der mehreren Propellerwellen 8 verbunden sind. Es können beispielsweise jeweils zumindest zwei Elektromotoren 5 mit jeweils einer der mehreren Propellerwellen leistungsübertragend verbunden sein. Es ist aber auch möglich, dass das Boot 1 oder generell das Fahrzeug mehr als ein erfindungsgemäßes Antriebsystem 2 aufweist, beispielsweise zwei oder drei, etc., wobei die mehreren Antriebsysteme 2 ebenfalls eine Leistungssteigerung für das Boot 1 oder das Fahrzeug ermöglichen. Weiter besteht die Möglichkeit, dass das Antriebsystem 2 zwei gegenläufige Propeller aufweist, z.B. nach dem bekannten Duoprop-Prinzip, wobei in diesem Fall zwischen der Propellerwelle 8 (die in diesem Fall besser als Antriebswelle bezeichnet wird), auf die die beiden Elektromotoren 5 wirken, und den beiden gegenläufigen, konzentrischen Propellern 7 ein Duoprop-Getriebe bzw. ein Gegenlaufgetriebe angeordnet ist. Das Gegenlaufgetriebe kann z.B. auch mittels eines Winkelgetriebes mit mehreren Kegelrädern ausgeführt sein.

[0065] Die Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 können als Zahnradgetriebe ausgeführt sein. Dazu kann auf den Rotorwellen 6 jeweils einem Zahnrad und auf der Propellerwelle 8 ein Zahnrad oder zwei Zahnräder verdrehgesichert angeordnet sein. Zwischen diesen Zahnrädern können noch Zwischenzahnräder angeordnet werden. Beispielsweise kann das Zahnradgetriebe des Antriebsystems 2 als Planetengetriebe ausgeführt sein.

[0066] Vorzugsweise sind die Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 allerdings als Umschlingungstriebe ausgeführt, beispielsweise mit einer Kette oder einem Riemen, bzw. weisen sie diese auf. Besonders bevorzugt sind die Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtungen 9 Zahnriemen 16 bzw. weisen diese auf, wie dies aus Fig. 3 und besser aus Fig. 4, die einen Schnitt durch einen Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 zeigt, zu ersehen ist.

[0067] Mit den Riementrieben, insbesondere den Zahnriementrieben, können öl- und wartungsfreie Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtungen 9 bereitgestellt werden, womit die Betriebskosten des Antriebsystems 2 reduziert werden können. Zudem kann damit der Verschleiß reduziert werden.

[0068] Für die Führung der Riemen können entsprechend verdrehgesicherte Riemenräder vorgesehen werden. Dabei kann auf jeder der Rotorwellen 6 ein Riemenrad oder können zwei Riemenräder (bei zwei Riemen die beide mit jeder Rotorwelle 6 wirkungsverbunden sind) und auf der Propellerwelle 8 ein zweispuriges Riemenrad oder zwei Riemenräder vorgesehen werden. Die Riemenräder können gegebenenfalls mit einem Bord versehen werden, um das herabrutschen der Riemen zu vermeiden. Es ist auch möglich, die Riemenräder einstückig mit den Wellen auszubilden, beispielsweise als Guss- oder Sinterbauteil.

[0069] Es sei noch einmal darauf hingewiesen, dass auch nur eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 angeordnet sein kann. In diesem Fall kann die Propellerwelle 8 dementsprechend auch nur ein Riemenrad aufweisen.

[0070] Es ist auch möglich, dass die Riemen direkt auf die Rotorwellen 6 und/oder die Propellerwelle 8 wirken. Gegebenenfalls können dabei ebenfalls Bordscheiben vorgesehen sein, die auf den Wellen angeordnet sein.

[0071] Für den Fall, dass Zahnriemen 16 verwendet werden, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Oberflächen der Rotorwellen 6 und/oder der Propellerwelle 8 im Bereich der Anlage des Zahnriemens 16/der Zahnriemen 16 mit einer Verzahnung versehen sind, wie dies anhand der Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 nach Fig. 6 zu ersehen ist. Bei dieser Ausführungsvariante weisen die beiden Rotorwellen 6 eine Verzahnung 17 auf der Oberfläche 18 und die Propellerwelle 8 eine Verzahnung 19 auf der Oberfläche 29 auf, wobei beiden Zahnriemen 16 in die Verzahnung 19 der Propellerwelle 8 eingreifen. Einerseits hat die Ausbildung der Verzahnung 17 auf den Oberfläche 18 der Rotorwellen 6 und oder einer Verzahnung auf der Propellerwelle 8 den Vorteil, dass das Antriebsystem 2 weniger Bauteile und damit weniger Gewicht aufweist. Andererseits ist damit eine Untersetzung einfacher realisierbar, da damit auf den Rotorwellen 6 ein sehr kleiner Durchmesser der Zahnriementriebe erreicht werden kann, der folglich auch einen kleineren Durchmesser des Zahnriementriebes auf der Propellerwelle 8 ermöglicht (gilt für Rie-

mentriebe des Antriebsystems generell). Mit der Untersetzung ist es möglich, die Propellerdrehzahl des Antriebsystems 2 einfacher an hinsichtlich Form, Geometrie, Größe, etc. unterschiedliche Propeller 7 anzupassen. Die Untersetzung kann beispielsweise eine Motordrehzahl zwischen 5000 U/min bis 7000 U/min auf ein Propellerdrehzahl zwischen 3000 U/min bis 5000 U/min reduzieren. Diese Angaben sind aber nur beispielhaft zu verstehen.

[0072] Die Ausbildung der Verzahnung auf den Oberflächen der Rotorwellen 6 und/oder Propellerwelle 8 kann spanend, beispielsweise durch Fräsen, aber auch durch andere Verfahren, z.B. durch Pressen, etc., erfolgen.

[0073] Um hinsichtlich der Untersetzung mehr Variabilität zu haben, ist bei den Ausführungsvariante nach Fig. 3 eine Riemenscheibe 21 vorgesehen, die drehfest mit der Propellerwelle 8 verbunden ist, und die vorzugsweise anstelle der Propellerwelle 8 die Verzahnung 19 aufweist. Durch den Einsatz einer Riemenscheibe 21 können unterschiedliche Durchmesser an der Propellerwelle 8 bereitgestellt werden.

[0074] Es ist aber auch möglich, dass zumindest eine zusätzliche Übersetzungsstufe über ein Vorgelegegetriebe, das zwischen den Elektromotoren 5 (und der Propellerweille 8) angeordnet wird, vorgesehen wird, um damit ebenfalls eine größere Variabilität des Antriebsystems 2 hinsichtlich Hochdrehzahl-Konzepte zu erreichen.

[0075] Die Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 sind ebenfalls im Gesamtgehäuse 13 bzw. einem Teil des Gesamtgehäuses 13, insbesondere zumindest teilweise in einem Unterwasserschaft 22 (also einem Schaft des Antriebsystems 2, der in Einbaulage am Boot 1 unter Wasser liegt), angeordnet. Der Unterwasserschaft 22 kann einerseits mit einem Propellerwellen-Aufnahmeteil 23 und andererseits mit dem Aufnahmeteil 15 für die Elektromotoren 5 des Gesamtgehäuses 13 verbunden sein. Wie bereits erwähnt kann das Gesamtgehäuse 13 auch einstückig ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass der Propellerwellen-Aufnahmeteil 23 mit dem Unterwasserschaft 22 und/oder mit dem Aufnahmeteil 15 ausgebildet sein.

[0076] Der Unterwasserschaft 22 kann allseitig geschlossen ausgeführt sein. Bevorzugt ist er jedoch durch zwei voneinander distanzierte, insbesondere finnenartige, Abschnitte 24 gebildet bzw. weist diese auf, wobei zwischen den Abschnitten 24 ein Durchbruch 25 ausgebildet ist. Mit dieser Ausführungsvariante kann das Strömungsverhalten des Antriebsystems 2 verbessert werden, da das Wasser durch den Durchbruch 25 hindurchfließen kann und somit der Unterwasserschaft 22 einen geringeren Strömungswiderstand (Wasserverdrängung) bildet. Einer der Abschnitte 24 kann dabei für die Abwärtsbewegung des Zugmittels, also insbesondere des Zahnriemens 16, in Richtung auf die Propellerwelle 8 hin, und der andere Abschnitt 24 für die Aufwärtsbewegung des Zugmittels, also insbesondere des Zahnriemens 16, in Richtung auf die jeweilige Rotorwelle 6 hin verwendet werden.

[0077] Im Falle der Ausbildung der Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 als oder mit einem Zugmittel können diese gemäß einer weiteren Ausführungsvariante einen in das Antriebsystem 2 integrierten Spanner, beispielsweise einen Kettenspanner oder insbesondere einen (Zahn)Riemenspanner 26, vorzugsweise Rückenspannrollen, aufweisen. Mit dem Spanner kann zusätzlich der Abstand auf den Durchmesser der Riemenschiebe 21 auf der Propellerwelle 8 eingestellt werden. Es ist dabei möglich, dass die voranstehend erwähnten Bordscheiben ausschließlich auf den Spannern angeordnet sind.

[0078] Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die Rotorwellen 6 und die Propellerwelle 8 auf Lagern 27, wie z.B. Gleitlager oder vorzugsweise Kugellager, gelagert sind.

[0079] Unterhalb des Propellerwellen-Aufnahmeteils 23 kann eine Finne 28 angeordnet sein, die mit dem Propellerwellen-Aufnahmeteil 23 verbunden ist, um damit die Strömungseigenschaften des Antriebsystems 2 zu verbessern.

[0080] Das Antriebsystem 2 weist weiter eine Elektronikeinrichtung 29 auf. Diese Elektronikeinrichtung 29 umfasst insbesondere elektronische Bauteile für die Steuerung und/oder Regelung der beiden Elektromotoren 5. Beispielsweise kann die Elektronikeinrichtung zumindest einen Um-

richter (Wechselrichter zum Umwandeln der vom Energiespeicher gelieferten Gleichspannung in eine Wechselspannung zur Versorgung und Regelung der Elektromotoren 5), Kondensatoren, Transistoren, IGBT's, etc., aufweisen.

[0081] Die Elektronikeinrichtung 29 ist ebenfalls im Gesamtgehäuse 13 angeordnet, insbesondere im Aufnahmeteil 15 für die Elektromotoren 5. Beispielsweise kann die Elektronikeinrichtung 29 zwischen den beiden Elektromotoren 5 und vorzugsweise unmittelbar anliegend an einer Wand des Gesamtgehäuses angeordnet sein, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist, die eine weitere Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 ausschnittsweise von vorne und geschnitten zeigt. Mit der direkten Anlage kann die Kühlung der Elektronikeinrichtung 29 verbessert werden, da die Wärmeabfuhr über den Werkstoff des Gesamtgehäuses 13 und das dieses benetzende Wasser erfolgen kann, wie dies bereits zu den Elektromotoren 5 beschrieben wurde. Die Elektronikeinrichtung 29 kann mit dem Gesamtgehäuse verschraubt und/oder formschlüssig, beispielsweise durch Verpressen, und/oder stoffschlüssig verbunden werden, beispielsweise mit einem wärmeleitenden Kleber.

[0082] Das Antriebsystem 2 weist eine Anti-Kavitationsplatte 30 (auch als Anti-Ventilationsplatte bezeichenbar) auf. Die Anti-Kavitationsplatte 30 ist oberhalb des Propellers 7 und beabstandet zu diesem angeordnet. Gemäß einer weiteren, ebenfalls aus Fig. 7 ersichtlichen Ausführungsvariante des Antriebsystems 2, kann dabei vorgesehen sein, dass die Anti-Kavitationsplatte 30 Teil des Gesamtgehäuses 13 ist, insbesondere den Boden des Aufnahmeteils 15 für die Elektromotoren 5 bildet. Die Elektronikeinrichtung 29 kann dabei vorzugsweise unmittelbar an der AntiKavitationsplatte 30 angeordnet sein. Wie ebenfalls aus Fig. 7 ersichtlich ist, können die Elektromotoren 5 ebenfalls an der Anti-Kavitationsplatte 30 angeordnet sein.

[0083] Generell kann nach einer Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 vorgesehen sein, dass die Elektromotoren 5 im Bereich der Wasserlinie W angeordnet sind. Die Wasserlinie W ist in Fig. 2 für die Gleitfahrt (untere Wasserlinie Wu) und für die Verdrängerfahrt (obere Wasserlinie Wo) eingezeichnet. Wie zu ersehen ist, liegt der Aufnahmeteil 15 für die Elektromotoren 5 zwischen diesen beiden Wasserlinien W bzw. wird von diesen begrenzt. Der Aufnahmeteil 15 kann aber auch über die Wasserlinie W für die Verdrängerfahrt hinausragen.

[0084] Wu entspricht der normierten Transomhöhe und somit der Lage bei („schneller“) Gleitfahrt.

[0085] Zusätzlich kann mit einer Höhenverstellvorrichtung das Gleitverhalten bzw. das Kühlverhalten verbessert werden, indem das Antriebsystem 2 relativ zum Boot 1 höher oder tiefer gestellt wird. Die Höhenverstellvorrichtung kann in die am Boot angeordnete Aufhängung für das Antriebssystem 2 integriert oder ein gesonderter Bauteil sein. Beispielsweise kann die Höhenverstellvorrichtung durch zwei relativ in ihrer Höhenlage verstellbare Elemente, wie z.B. Platten, gebildet sein bzw. diese umfassen. Die beiden Elemente können z.B. mittels eines Zahnradtriebes gegeneinander verstellbar ausgeführt sein. Andere Verstelltriebe sind ebenfalls einsetzbar.

[0086] Die Elektronikeinrichtung 29 umfasst eine Leistungselektronik bzw. Leistungselektronikbauteile, wie z.B. die genannten IGBT's. Mit Hilfe der Elektronikeinrichtung 29 bzw. deren Ansteuerung ist eine Verbesserung der Leistungscharakteristik des Antriebsystems 2 im Teillastbereich der als Asynchronmotoren ausgebildeten Elektromotoren 5 erreichbar. Es ist bekannt, dass Asynchronmotoren im Vergleich zu Synchronmotoren systembedingt immer einen schlechteren Teillastwirkungsgrad aufweisen. Mit der Elektronikeinrichtung 29 kann jedoch ein Wirkungsgrad des Antriebsystems 2 auch bei Verwendung von zwei Asynchronmotoren von mehr als 90 % erreicht werden. Dies wird einerseits durch den Antrieb mit mehr als einem Elektromotor 5 ermöglicht, indem im Teillastbereich (unteren Lastbereich) von nur einem der beiden oder der mehreren Elektromotoren 5 Leistung zur Drehmomentübertragung an den Propeller 7 abgerufen wird. Dadurch, dass im unteren Lastbereich nur einer der beiden bzw. mehreren Elektromotoren 5 betrieben wird, kann dieser im Bereich des oberen Teillastbereichs bis Volllast betrieben werden, also mit mehr Leistungsabgabe pro Motor als bei gleichzeitigem Betrieb mit zwei Elektromotoren 5.

[0087] Bevorzugt wird eine feldorientierte Regelung (Vektorregelung) für die Leistungsregelung

der Elektromotoren 5 mit wirkungsgrad-optimierendem Master/Slave Betrieb von den zwei oder mehreren Elektromotoren 5 eingesetzt.

[0088] Nach einer anderen Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 kann auch vorgesehen sein, dass zumindest ein Asynchronmotor mit zumindest einem Synchronmotor kombiniert wird. Die Regelung kann dabei so erfolgen, dass im unteren Leistungsbereich nur von dem zumindest einen Synchronmotor Leistung bezogen wird, und dass im oberen Leistungsbereich nur der zumindest eine Asynchronmotor betrieben wird oder sowohl der zumindest eine Asynchronmotor und der zumindest eine Synchronmotor betrieben werden.

[0089] Vorzugsweise weisen die Umrichter (150 kVA je Umrichter) eine Breite von maximal 160 mm, insbesondere zwischen 100 mm und 160 mm, auf. Dies wird durch die vollständige, gehäuselose Integration von IGBT’s bzw. leistungstragenden Bauteilen (der Leistungselektronik) in das Gesamtgehäuse 13 und durch die angesprochene passive Komponentenkühlung ermöglicht.

[0090] Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr können am Gesamtgehäuse weitere Kühlrippen 31 (siehe Fig. 2) angeordnet werden. Die in Fig. 2 dargestellte Kühlrippe 31 dient auch als Spritzschutz. Anstelle dieser Kühlrippe 31 oder zusätzlich dazu können Kühlrippen 31 auch an einer anderen, insbesondere mit Wasser im Kontakt stehenden, Stelle des Gesamtgehäuses 13 angeordnet sein, beispielsweise an der Unterseite des Gesamtgehäuses 13. Ebenso kann eine Verbesserung der Wärmeabfuhr erreicht werden, wenn die Anti-Kavitationsplatte 30 aus einem Metall besteht, das bei 20 °C eine Wärmeleitfähigkeit von zumindest 40 W/m.K, insbesondere zumindest 50 W/m.K, aufweist. Beispielsweise kann die Anti-Kavitationsplatte 30 aus einem Stahl oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung (zumindest teilweise) bestehen.

[0091] Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr kann weiter fakultativ oder ergänzend dazu vorgesehen sein, dass die Anti-Kavitationsplatte 30 eine Dicke aufweist, die zwischen 10 mm und 50 mm beträgt.

[0092] Nach einer Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Elektromotor 5 oder eine der Rotorwellen 6 mit einer Freilaufeinrichtung 32 versehen ist, wie dies in Fig. 5 strichliert angedeutet ist. Damit kann mit einfachen Mitteln wahlweise zumindest einer der Elektromotoren 5 aus der Leistungsabgabe an die Propellerwelle 8 genommen werden. Vorzugsweise ist die Freilaufeinrichtung 32 eine schaltbare Freilaufeinrichtung 32.

[0093] Obwohl die Anordnung der (genannten) Wärme erzeugenden Komponenten des Antriebsystems 2 an der Anti-Kavitationsplatte 30 die bevorzugte ist, können zumindest einzelne dieser Komponenten auch an anderen Stellen im Gesamtgehäuse 13 angeordnet werden, wobei solche Bereiche bevorzugt werden, die im Betrieb des Antriebsystems 2 von Wasser umspült oder benetzt werden, um auch für diese Ausführungen eine verbesserte passive Kühlung zu ermöglichen. Eine passive Kühlung ist auch mit Luft möglich.

[0094] Zusätzlich zu dieser passiven Kühlung (d.h. ohne eigenes Kühlmedium) kann auch eine weitere fluidische (aktive) Kühlung der Elektromotoren 5 und/oder der Leistungselektronik bzw. der Elektronikeinrichtung 29, insbesondere mit Wasser, erfolgen. Dazu kann im Bereich der Propellerwelle 8, insbesondere an deren vorderem Ende, eine Wassereintrittsöffnung 33 vorgesehen sein, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Es sei dazu auch auf die Fig. 8 und 9 verwiesen, die die Ausführungsvarianten des Antriebsystems 2 mit aktiver Kühlung zeigen.

[0095] Das an der Wassereintrittsöffnung 33 während der Fahrt eintretende Wasser wird pumpenlos über Kanäle 34 in Richtung Aufnahmeteil 15 des Gesamtgehäuses 13 gefördert, vorzugsweise alleine aufgrund des anliegenden Druckes (Staudruck) an der Wassereintrittsöffnung 33. Im Aufnahmeteil 15 kann das Fluid/Wasser über weitere Kanäle 35, die beispielsweis in den Wänden der Aufnahmen 14 der Elektromotoren 5 ausgebildet sind, entlang der Elektromotore 5 weitergeleitet werden, um dann beispielsweise rückwärtig über eine Wasseraustrittsöffnung 36 (siehe auch Fig. 3) das Gesamtgehäuse 13 wieder zu verlassen, und damit aufgenommene Wärme aus dem Antriebsystem 2 zu entfernen.

[0096] Die Anzahl, die Größe bzw. die Geometrie und die Verteilung der in den Fig. gezeigten

Kanäle im Antriebsystem 2 dient nur der Veranschaulichung des Prinzips der aktiven Kühlung und soll nicht beschränkend für den Schutzumfang verstanden werden. Generell wird zur aktiven Kühlung jedoch ein axialer, ummantelnder Verlauf, in Bezug auf die Statoren 11, bevorzugt.

[0097] Der beschriebene Unterwasserschaft 22, d.h. die beiden Abschnitte 24, die der zumindest teilweisen Aufnahme der Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtungen 9 dienen, sind vorzugsweise wasserdicht ausgeführt, um damit die gehäuselose Integration von elektronischen Bauteilen bzw. der Elektromotoren im Antriebsystem 2 zu vereinfachen. Zusätzlich können zur Vermeidung von Kondenswasser innerhalb des Gesamtgehäuses 13, insbesondere des Aufnahmeteils 15, am/im Gesamtgehäuse 13 zumindest eine Membran, z.B. eine PTFE-Membran, oder zumindest eine Druckausgleichvorrichtung vorgesehen werden, um Luftfeuchtigkeit vom Innenbereich des Gesamtgehäuses 13 nach außen abzuführen, gleichzeitig aber den Wassereintritt in das Gesamtgehäuse 13 an diesen Stellen zu verhindern.

[0098] Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 kann auch vorgesehen werden, dass zur Kühlung die Rotorwellen 6 als Hohlwellen ausgebildet sind, sodass innerhalb der Rotorwellen 6 ein, gegebenenfalls zusätzlicher, Kühlkanal 37 ausgebildet werden kann, wie dies ebenfalls in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Die Wasserversorgung bzw. die Versorgung mit Kühlmittel kann ebenfalls über die, gegebenenfalls weiteren, Wassereintrittsöffnungen 38 erfolgen, die bevorzugt unterhalb der Anti-Kavitationsplatte 30 angeordnet sind. Der Austritt des Kühlmittels kann über die Wasseraustrittsöffnung 36 (oder eine weitere Wasseraustrittsöffnung) erfolgen. Mit der Rotorkühlung kann der Wärmeübergang vom Rotor 10 auf den Stator 11 reduziert werden, womit die Statorwicklung besser vor Überhitzung geschützt werden kann. Insgesamt kann damit eine Staudruck Kühlmittelkühlung zur Verfügung gestellt bzw. ausgebildet werden, womit die Kühlung der Elektromotoren 5 und der Elektronik des Antriebsystems 2 verbessert werden kann.

[0099] Der Innenraum der Elektromotoren 5 und/oder der Bereich in dem die Elektronikeinrichtung 29 angeordnet sein kann, kann mit einer Abschlussplatte 39 (siehe Fig. 3) abgedichtet werden. Zwischen dieser Abschlussplatte 39, in die oder durch die gegebenenfalls auch die Rotorwellen 6 hinein- oder hindurchragen können, und einer Abschlussverkleidung 40, die die Wasseraustrittsöffnung 36 aufweist, kann ein Volumen für die Aufnahme des Kühlmittels aus dem Kühlkanal 37 bereitgestellt werden.

[00100] Am vorderen Ende des Antriebsystems 2 kann ebenfalls ein Verkleidungsprofil 41 am Gesamtgehäuse 13 angeordnet sein, um damit das Strömungsverhalten des Antriebsystems 2 zu verbessern.

[00101] Zur weiteren Verbesserung der Sicherheit des Antriebsystems 2 können nicht nur zumindest zwei Elektromotoren 5 verbaut sein, sondern auch zwei Elektronikeinrichtungen 29, womit auch die Schaltkreise redundant gestaltet werden können.

[00102] Zur Verbesserung der Robustheit des Elektroniksystems, insbesondere der Elektronikeinrichtung 29, können diverse Vorkehrungen getroffen werden, wie beispielsweise Federkontakte anstelle von Lötkontakte, um damit die Bruchgefahr von Verbindungsstellen zu reduzieren.

[00103] Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann das Antriebsystem 2 in einen Oberteil 42, einen den Unterwasserschaft 22 aufweisenden Mitteilteil 43 und einen Unterwasserteil 44 unterteilt werden. Der Mittelteil 43 ragt dabei ebenfalls ins Wasser. Der Unterwasserteil 44 wird durch die Propellerwelle 8 und den Propeller 7 definiert. Der Aufnahmeteil 15 für die Elektromotoren 5 gehört zum Mittelteil 43.

[00104] Der Oberteil 42, der strömungsoptimiert ausgebildet sein kann, kann einen Aufnahmebereich 45 für die Anordnung einer in Fig. 1 dargestellten Befestigungsvorrichtung 46 aufweisen, mit der das Antriebsystem 2 an einem Heckspiegel 47 des Bootes 1 angeordnet werden kann.

[00105] Die Erfindung betrifft also insbesondere ein neuartiges Konzept für einen Außenbordantrieb für ein Boot 1. Dieses Konzept integriert bevorzugt die komplette Antriebseinheit auf Höhe der Anti-Ventilationsplatte in Form eines Auftriebskörpers, um eine direkte Kühlung sowie eine

kompakte, modulare und vor allem bootsunabhängige Konstruktion zu erreichen. Mit bootsunabhängiger Konstruktion sind im Wesentlichen Bootstypen, welche für Innenbordantriebe mit Z-Getriebe ausgelegt sind, sowie alle Bootstypen für Außenbordantriebe gemeint. Bei zuletzt genanntem Bootstyp erhält man zudem den Vorteil der einfachen Anpassung auf die verschiedenen Transomhöhen, da die Antriebseinheit nicht im Oberteil integriert ist. Mit dem Antriebsystem 2 können folgende Vorteil erreicht werden: tiefer Schwerpunkt; kompaktere, leichtere und im Wesentlichen schaftlängenunabhängige Konstruktion; einfacheres bzw. direktes Kühlsystem ist realisierbar; Auftriebskörper übernimmt neben der Anti-Ventilationsplatte zusätzlich eine Funktion ähnlich wie bei Hydrofoils, womit das Boot 1 schneller bzw. leichter in den Gleitmodus gelangt; Auftriebskörper dient neben der Antiventilationsplatte auch als Schutzkörper bei Eingriff von oben; das Antriebssystem 2 ist in der Wasserlinie W integriert womit Nutzraum für eine Badeplattform 4 erreicht werden kann. Bei Außenbordantrieben kann der Propeller 7 als Zugpropeller oder Schubpropeller ausgeführt sein.

[00106] Im Vergleich zu Innenbordsystemen mit Z-Getriebe hat das Antriebsystem 2 den Vorteil einer einfacheren Montage, von weniger Gewicht (Entfall des gesamten Z-Getriebes, integrierte Konstruktion, etc.), einer einfach realisierbaren vertikalen Verstellfunktion des Antriebes, eine Liftfunktion bei Innenbordern, weniger Laufgeräusche und Vibrationen im Boot 1, mehr Stauraum im Boot 1 bzw. mehr Platz für Akkumulatoren, und es ist ein einfacheres bzw. direktes Kühlsystem realisierbar.

[00107] Weiter kann die Kühlung des Antriebsystems 2 gegebenenfalls gänzlich ohne Pumpen, also insbesondere auch ohne die üblichen Impellerpumpen, ausgeführt sein, womit das Antriebsystem 2 weniger Verschleißteile aufweisen kann.

[00108] Aufgrund des bevorzugt redundant ausgeführten Antriebssystems 2 ist das System sehr ausfallssicher.

[00109] Das Antriebsystem 2 vereinigt die klassischen Vorteile eines Außenbordmotors, wie die Wendigkeit (gelenkter Propeller 7) und Montagefreundlichkeit, das auch die Trimmbarkeit übernimmt, und kann diese mit diversen Vorteilen eine Z-Antriebes, wie z.B. der tiefe Schwerpunkt, kombinieren. Aufgrund des Wegfalls des Oberteils von handelsüblichen Außenbordmotoren entsteht im Bereich des Hecks zusätzlicher Nutzraum.

[00110] Das Antriebsystem 2 kann neben Booten 1 mit Heckspiegel für einen Außenbordantrieb auch auf Booten 1, die konstruktiv für Z-Antriebe (Innenbordantrieb + Z-Getriebe) ausgelegt sind, verwendet werden. Bei Booten 1 mit Innenbordantrieb und Z-Getriebe entsteht im Schiffsrumpf genügend Platz um die Akkumulatoren anstelle des Motors und des Tanks einzubauen. Dieser Platz eignet sich auch besonders hinsichtlich der Gewichtsverteilung. Da das Antriebsystem 2 im Vergleich zum Z-Antrieb im Außenbereich liegt, entstehen am Boot 1 weniger Laufgeräusche bzw. Vibrationen.

[00111] Neben den genannten Bestandteilen des Antriebsystems 2 kann das Gesamtsystem auch einen Gashebel zur Regelung des Vorschubs, eine zentrales Bedienelement/Anzeigeelement für den Benutzer, eine übergeordnete Steuerung für die Verwertung der generierten Daten und als zentrale Schnittstelle zu den Komponenten des Bootes 1/des Fahrzeuges, und vor allem auch einen Energiespeicher, wie vorzugsweise einen Akkumulator, umfassen. Der Energiespeicher kann ein Hochspannungsspeicher sein. Beispielsweise kann der Energiespeicher zur Bereitstellung einer Gleichspannung von 400 V ausgelegt sein.

[00112] Anstelle oder zusätzlich zu einem Akkumulator kann auch eine andere Energieversorgung integriert werden, beispielsweise eine Brennstoffzelle oder ein Methanolgenerator. PV-Module für die Energieversorgung von Steuerungen und Regelungen sind ebenfalls einsetzbar.

[00113] Die zumindest eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 kann neben der Momentenübertragung auch die Leistungskopplung der Elektromotoren 5 sowie die Untersetzungsfunktion und konstruktive Ausgestaltungen des Unterwasserteils bzw. Unterwasserschafts 22 übernehmen, um damit die hydrodynamischen Eigenschaften und die Verschleißeigenschaften zu verbessern.

[00114] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Antriebsystems 2 dieses bzw. dessen Bestandteile nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt sind.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Boot 30 Anti-Kavitationsplatte

2 Antriebsystem 31 Kühlrippe

3 Antrieb 32 Freilaufeinrichtung

4 Badeplattform 33 Wassereintrittsöffnung

5 Elektromotor 34 Kanal

6 Rotorwelle 35 Kanal

7 Propeller 36 Wasseraustrittsöffnung

8 Propellerwelle 37 Kühlkanal

9 Drehmoment- 38 Wassereintrittsöffnung Übertragungsvorrichtungen 39 Abschlussplatte

10 Rotor 40 Abschlussverkleidung

11 Stator 41 Verkleidungsprofil

12 Wicklungsnut 42 Oberteil

13 Gesamtgehäuse 43 Mittelteil

14 Aufnahme 44 Unterwasserteil

15 Aufnahmeteil 45 Aufnahmebereich

16 Zahnriemen 46 Befestigungsvorrichtung

17 Verzahnung 47 Heckspiegel

18 Oberfläche W Wasserlinie

19 Verzahnung

20 Oberfläche

21 Riemenscheibe

22 Unterwasserschaft 23 Propellerwellen-Aufnahmeteil 24 Abschnitt

25 Durchbruch

26 Riemenspanner

27 Lager

28 Finne

29 Elektronikeinrichtung

Claims

Patentansprüche

1. Antriebsystem (2) für ein Boot (1), umfassend zumindest zwei Elektromotoren (5) mit jeweils einer Rotorwelle (6), einen Propeller (7), einer Propellerwelle (8), wobei der Propeller (7) auf der Propellerwelle (8) angeordnet ist, und zumindest eine Drehmoment-Ubertragungsvorrichtung (9), insbesondere zwei Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtungen (9), wobei die Zumindest eine Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtung (9) mit der einen Propellerwelle (8) verbunden ist, insbesondere beide Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtungen (9) mit der einen Propellerwelle (8) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rotorwellen (6) der beiden Elektromotoren (5) mit der zumindest einen, insbesondere mit jeder, Drehmoment-Ubertragungsvorrichtung (9) verbunden sind, dass das Antriebsystem (2) weiter eine Anti-Kavitationsplatte (30) aufweist, die oberhalb des Propellers (7) angeordnet ist, wobei die Elektromotoren (5) an der Anti-Kavitationsplatte (30) angeordnet sind, dass das Antriebsystem (2) weiter ein Gesamtgehäuse (13) aufweist, in dem neben den Elektromotoren (5) auch eine Elektronikeinrichtung (29) angeordnet ist, wobei im Gesamtgehäuse (13) zumindest ein Kühlmittelkanal zur pumpenlosen, aktiven Statorkühlung angeordnet ist.

2, Antriebsystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest einer der beiden Rotorwellen (6), insbesondere auf beiden Rotorwellen (6), mehr als ein Elektromotor (5) angeordnet ist.

3. Antriebsystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (5) waagrecht angeordnet sind.

4. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Rotorwellen (6) mit einer, insbesondere schaltbaren, Freilaufeinrichtung (32) verbunden ist.

5. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (5) auf Höhe der Wasserlinie (W) angeordnet sind.

6. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Drehmoment-UÜbertragungseinrichtung (9), insbesondere die beiden Drehmoment-UÜbertragungseinrichtungen (9), zumindest abschnittsweise in einem Unterwasserschaft (22) angeordnet sind, der zwei voneinander distanzierte, insbesondere finnenartige, Abschnitte (24) aufweist, wobei zwischen den Abschnitten (24) ein Durchbruch (25) ausgebildet ist.

7. Antriebsystem (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterwasserschaft (22) wasserdicht ausgebildet ist.

8. Antriebsystem (2) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem der beiden Abschnitte (24), vorzugsweise in beiden Abschnitten (24), des Unterwasserschafts (22) zumindest ein Kanal (34) für ein Kühlmittel oder eine Kühlmittel-Durchführung angeordnet ist.

9. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (5) ein Blechpaket aufweisen, das unmittelbar in das Gesamtgehäuse (13) integriert ist und/oder dass die Elektronikeinrichtung (29) unmittelbar an dem Gesamtgehäuse (13) anliegend angeordnet ist.

10. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anti-Kavitationsplatte (30) Teil des Gesamtgehäuses (13) ist, und dass die Elektronikeinrichtung (29) unmittelbar an der Anti-Kavitationsplatte (30) angeordnet ist.

11. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwellen (6) als Hohlwellen ausgebildet sind.

12. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment-UÜbertragungsvorrichtungen (9) eine Untersetzung aufweisen oder mit einer Untersetzung kombiniert sind.

13. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Elektromotoren (5) mit Rotorwelle (6) durch eine leer mitlaufende Welle ersetzt ist.

14. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Propellerwelle (8) und den beiden Elektromotoren (5) ein Gegenlaufgetriebe angeordnet ist, mit dem ein zweiter Propeller gegenläufig zum Propeller (7) angetrieben werden kann.

15. Boot (1) mit einem Antriebsystem (2) und mit einem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen