DE102017127724A1

DE102017127724A1 - Antriebsanordnung

Info

Publication number: DE102017127724A1
Application number: DE102017127724.2A
Authority: DE
Inventors: Uwe Krause
Original assignee: Renk GmbH
Current assignee: Renk GmbH
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2019-05-23
Also published as: NO20181437A1; JP2019094056A; CN109823507A; KR20190059845A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung (1) umfassend einen Hauptantrieb (3) und einen oder mehrere vom Hauptanatrieb (3) antreibbaren Generatoren (9) zur Erzeugung elektrischer Energie auf einem Schiff, die von dem Hauptantrieb (3) über ein einstufiges, ein Getriebegehäuse (10a) aufweisendes Getriebe (10) antreibbar sind, wobei der Hauptantrieb (3) eine Kurbelwelle (1) aufweist und diese mittelbar über eine elastische Kupplung (6) mit dem einstufigen Getriebe (10) so gekoppelt ist, dass die Drehbewegung der Kurbelwelle (1) zum Antrieb der PTO-Generatoren (9) auf eine Getriebeeingangswelle (5) des Getriebes (10) übertragen wird, wobei die PTO-Generatoren (9) konzentrisch um die Getriebeeingangswelle (5) des Getriebes (10) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Antriebsanordnung (Hybrid-Antriebsanordnung) gemäß den Merkmalen von Anspruch 1. Demnach betrifft die Erfindung eine Antriebsanordnung aus einem Hauptantrieb und wenigstens einem Generator, der mittelbar oder unmittelbar von dem Hauptantrieb antreibbar ist.
Ein sogenannter Nebenabtrieb (auch als Zapfwelle oder nach der Abkürzung des englischen Begriffs power take-off als PTO bezeichnet) stellt vor allem bei Land- und Wasserfahrzeugen eine zumeist zuschaltbare mechanische Antriebsquelle an einem Nebenausgang des Getriebes bereit. Die mechanische Antriebsenergie kann z. B. direkt über eine Gelenkwelle oder Antriebswelle genutzt werden, um ein Getriebe anzutreiben.
Zur Stromerzeugung auf Schiffen wird unter anderem ein Generator direkt von der Hauptmaschine angetrieben, was als „Power Take Off (PTO)“ bekannt ist. Bei Schiffen sind zum Beispiel sogenannte Wellengeneratoren bekannt. Wellengeneratoren sind nicht wie ein typischer Bordnetzgenerator mit einem eigenem Diesel gekuppelt, sondern werden über einen Getriebestrang vom Hauptdiesel bzw. dem Propellerstrang angetrieben. Im normalen PTO-Betrieb (Power Take Out betrieb) versorgt dieser Generator das Bordnetz eines Schiffes mit Energie. Im PTI-Betrieb (Power Take In Betrieb) kann der Bordnetzgenerator z. B. als Synchronmotor, gespeist durch die Generatoren der Hilfsdieselaggregate entweder im PTH (Power Take Home) oder im Booster Modus arbeiten. Der so bezeichnete PTH-Modus soll bei Ausfall des Hauptantriebes die Manövrierfähigkeit des Schiffes absichern und gewährleisten, dass der nächste Hafen angesteuert werden kann.
Der Antrieb kann z. B. auf der Vorderseite der Hauptmaschine platziert sein als auch auf der Propellerwellenseite. Verschiedenste Lösungen mit und ohne Getriebe sind hierbei geläufig. Auf der Propellenwellenseite ist die Lösung mittels Tunnelgetriebe, welches über die Propellerwelle angetrieben wird, weit verbreitet. Aufgrund von begrenzten Platzverhältnissen auf Schiffen sind je nach Schiffstyp und Schiffsbauart verschiedene Optionen zur räumlichen Anordnung des Generators notwendig. In diversen Anwendungsfällen kann jedoch ein PTO nur auf der Vorderseite des Hauptmotors angeordnet werden. Hier ist ein besonders kurz bauender PTO erforderlich, um möglichst wenig Laderaum im Schiff hierfür verwenden zu müssen.
Bei den im Stand der Technik bekannten Lösungen ergeben sich unter anderem die folgenden Probleme und Aufgabenstellungen. Es werden Platz sparende Bauweisen benötigt, um eine optimale Ausnutzung von Bauraum zu erhalten, die mit wenigen Bauteilen kostengünstig realisierbar sind und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Ferner besteht ein Bedürfnis danach, eine Lösung vorzusehen, mit der unterschiedliche Energiebedarfsmengen für unterschiedliche Anwendungsfälle abgedeckt werden können ohne allerdings das Basiskonzept jeweils ändern zu müssen. Des Weiteren wäre es von Nutzen, bei der Realisierung eines solchen Lösungskonzepts allgemein verfügbare Standardbaugruppen verwenden zu können. Dies hat nicht nur den Vorteil in der kostengünstigen Realisierung, sondern auch in der besseren globalen Verfügbarkeit solcher Standartbaugruppen bei Instandhaltungs- und Reparaturmaßnahmen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Ziele im Rahmen der Erstellung eines einfachen und kostengünstigen Energiegewinnungskonzepts elektrischer Energie für Schiffe vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Ein erster Grundgedanke der Erfindung liegt darin, eine Antriebsanordnung umfassend einen Hauptantrieb und einen oder mehrere vom Hauptanatrieb antreibbaren PTO-Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie auf einem Schiff vorgeschlagen, die mit dem Hauptantrieb über ein einstufiges Getriebe antreibbar verbunden sind. Insbesondere wird hierzu ein so bezeichnetes Multidrive-Konzept vorgeschlagen, d. h. die Verwendung bevorzugt von mehrerer kleiner Generatoren. Durch die gewünschte Anzahl und Kombination solcher in der Leistung kleineren Generatoren, kann in Summe die gewünschte Gesamtleistung erzeugt werden, die vorzugsweise auch skaliert zur Verfügung steht.
Ein weiterer Aspekt des erfinderischen Konzepts besteht darin, eine Hybridlösung vorzusehen, was eine Kombination von einem einstufigen Getriebe und jeweils einem mittelschnelllaufenden Generator bedeutet. Dadurch ergeben sich erfahrungsgemäß kompakte und kostengünstige Gesamtbaugruppen.
Ebenfalls ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verbindung der Generatoren mit dem Hauptantrieb. Hierbei wird erfindungsgemäß eine Positionierung einer elastischen Kupplung außerhalb des Motors bzw. des Getriebegehäuses vorgeschlagen, was eine gute Zugänglichkeit bei gleichzeitig kompakter Bauweise ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine Antriebsanordnung umfassend einen Hauptantrieb und einen oder mehrere vom Hauptanatrieb antreibbaren PTO-Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie auf einem Schiff vorgeschlagen, die mit dem Hauptantrieb über ein einstufiges Getriebe antreibbar verbunden sind, wobei der Hauptantrieb eine Kurbelwelle aufweist und diese mittelbar über eine elastische Kupplung mit dem einstufigen Getriebe so gekoppelt ist, dass die Drehbewegung der Kurbelwelle zum Antrieb der PTO-Generatoren auf eine Getriebeeingangswelle des Getriebes übertragen wird, wobei die PTO-Generatoren konzentrisch um die Getriebeeingangswelle des Getriebes angeordnet sind. Durch diese modulare kompakte Bauweise lassen sich unterschiedliche Leistungsstufen der Antriebsanordnung je nach Anzahl der konzentrisch angeordneten Generatoren realisieren („Konzept Multi-Drive“). Hierdurch können auch in der Bauform und Leistungsstufe kleinere Standardgeneratoren zum Einsatz kommen.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Hauptantrieb (Main Engine) eine Dieselmaschine.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kurbelwelle des Hauptantriebs mittelbar über eine Zwischenwelle mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist. Weiter vorteilhaft ist es, wenn dabei die Getriebeeingangswelle als Hohlwelle ausgeführt ist, durch die die Zwischenwelle hindurchgeführt ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elastische Kupplung außerhalb des Getriebegehäuses, vorzugsweise direkt vor dem Getriebe angeordnet ist. Dadurch kann die elastische Kupplung z. B. auf der Vorderseite des Getriebes platziert werden, wodurch sich der benötigte Bauraum wesentlich reduziert. Des Weiteren werden Wartungs- und Kontrollarbeiten an der elastischen Kupplung vereinfacht.
Die Verbindung zwischen dem Dieselmotor und dem Getriebe erfolgt durch eine solche elastische Kupplung, welche Schwingungen dämpfen kann und räumliche Verlagerungen zwischen der Kurbelwelle des Dieselmotors und der Getriebewelle ausgleichen kann. Eine solche Kupplung ist vorzugsweise eine Kupplung mit elastischen Gummielementen oder mit einem Feder-Öl-Dämpfer System.
Ferner wird die Getriebeeingangswelle vorzugsweise direkt im Getriebegehäuse mittels Lager gelagert. Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Getriebeeingangswelle ein Getriebeeingangszahnrad aufweist und koaxial zur Kurbelwelle angeordnet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Getriebeeingangszahnrad jeweils mit antriebsseitigen, auf einer Generatorwelle angebrachten Ritzeln des oder der Generatoren verzahnt ist, um diese mittels Drehbewegung der Getriebeeingangswelle anzutreiben.
Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, dass das einstufige Getriebe mit einem hohen Übersetzungsverhältnis i, vorzugsweise im Bereich von i = 5 bis 15, weiter vorzugsweise mit i = 10 ausgebildet ist, so dass die Drehzahl des Hauptantriebs zum Antrieb der PTO-Generatoren entsprechend angehoben wird. Denkbar sind auch noch höhere Übersetzungsverhältnisse. Alternativ würde eine zweite Getriebestufe zwar die Generatordrehzahl weiter erhöhen, jedoch mit negativen Auswirkungen auf die Gesamtkosten, den Wirkungsgrad und die Komplexität, sowie den erforderlichen Bauraum. Diese Aufteilung von gezielter Drehzahlerhöhung und verwendbarer Generatorgröße wird im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als „Hybrid-Konzept“ bezeichnet.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn der oder die PTO-Generatoren direkt am Getriebegehäuse angeflanscht oder befestigt sind. Darüber hinaus ist es weiter von Vorteil, wenn das Getriebegehäuse direkt an dem Gehäuse des Hauptantriebs befestigt ist.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figur näher dargestellt.
Es zeigt:

1 eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung.

In der 1 wird eine Schnittansicht durch eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Antriebsanordnung umfasst einen Hauptantrieb und einen vom Hauptantrieb 3 antreibbaren Generator 9 zur Erzeugung elektrischer Energie z. B. auf einem Schiff. Der Generator 9 stellt einen PTO-Generator dar, der von dem Hauptantrieb 3 über ein einstufiges Getriebe 10 antreibbar ist.
Der Hauptantrieb 3 weist eine Kurbelwelle 1 auf. Die Kurbelwelle 1 ist mittelbar über eine Zwischenwelle 4 und eine elastische Kupplung 6 mit dem einstufigen Getriebe 10 so drehbeweglich gekoppelt ist, dass die Drehbewegung der Kurbelwelle 1 zum Antrieb des PTO-Generators 9 führt, indem die Drehbewegung der Kurbelwelle 1 auf die dargestellte Getriebeeingangswelle 5 des Getriebes 10 übertragen wird.
Der dargestellte PTO-Generator 9 ist konzentrisch um die Getriebeeingangswelle 5 des Getriebes 10 angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform könnten weitere PTO-Generatoren konzentrisch angeordnet sein und ebenfalls über das Getriebeeingangszahnrad 7 angetrieben werden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kurbelwelle 1 des Hauptantriebs 3 mittelbar über die Zwischenwelle 4 mit der Getriebeeingangswelle 5 verbunden, wobei die Getriebeeingangswelle 5 als Hohlwelle ausgeführt ist, so dass die Zwischenwelle 4 durch die Getriebeeingangswelle 5 hindurchgeführt ist.
Das Getriebe weist ein Getriebegehäuse 10a auf und die elastische Kupplung 6 ist außerhalb des Getriebegehäuses 10a unmittelbar vor dem Getriebe 10 angeordnet. Die Getriebeeingangswelle 5 ist innerhalb des Getriebegehäuses 10a mittels Lager 11 gelagert. Ferner weist die Getriebeeingangswelle 5 das Getriebeeingangszahnrad 7 auf und ist koaxial zur Kurbelwelle 1 angeordnet. Das Getriebeeingangszahnrad 7 ist jeweils mit antriebsseitigen, auf einer Generatorwelle angebrachten Ritzeln 8 des Generators 9 verzahnt, um dieses mittels Drehbewegung der Getriebeeingangswelle 5 und dem damit verbundenen Getriebeeingangszahnrad 7 anzutreiben.
Der PTO-Generator 9 ist direkt am Getriebegehäuse 10a angeflanscht und befestigt, wobei das Getriebegehäuse 10a direkt an dem Gehäuse 3a des Hauptantriebs 3 befestigt ist.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims

Antriebsanordnung umfassend einen Hauptantrieb (3) und einen oder mehrere vom Hauptanatrieb (3) antreibbaren Generatoren (9) zur Erzeugung elektrischer Energie auf einem Schiff, die von dem Hauptantrieb (3) über ein einstufiges, ein Getriebegehäuse (10a) aufweisendes Getriebe (10) antreibbar sind, wobei der Hauptantrieb (3) eine Kurbelwelle (1) aufweist und diese mittelbar über eine elastische Kupplung (6) mit dem einstufigen Getriebe (10) so gekoppelt ist, dass die Drehbewegung der Kurbelwelle (1) zum Antrieb der PTO-Generatoren (9) auf eine Getriebeeingangswelle (5) des Getriebes (10) übertragen wird, wobei die PTO-Generatoren (9) konzentrisch um die Getriebeeingangswelle (5) des Getriebes (10) angeordnet sind.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptantrieb (3) eine Dieselmaschine (Main Engine) ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (1) des Hauptantriebs (3) mittelbar über eine Zwischenwelle (4) mit der Getriebeeingangswelle (5) verbunden ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (5) als Hohlwelle ausgeführt ist, durch die die Zwischenwelle (4) hindurchgeführt ist.
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Kupplung (6) außerhalb des Getriebegehäuses (10a) vor dem Getriebe (10) angeordnet ist.
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (5) im Getriebegehäuse (10a) mittels Lager (11) gelagert ist.
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (5) ein Getriebeeingangszahnrad (7) aufweist und koaxial zur Kurbelwelle (1) angeordnet ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeeingangszahnrad (7) jeweils mit antriebsseitigen, auf einer Generatorwelle angebrachten Ritzeln (8) des oder der Generatoren (9) verzahnt ist, um diese mittels Drehbewegung der Getriebeeingangswelle (5) anzutreiben.
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einstufige Getriebe (10) mit einem hohen Übersetzungsverhältnis i, vorzugsweise im Bereich von i = 5 bis 15, weiter vorzugsweise mit i = 10 ausgebildet ist, so dass die Drehzahl des Hauptantriebs (3) zum Antrieb der PTO-Generatoren (9) entsprechend angehoben wird.
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die PTO-Generatoren (9) direkt am Getriebegehäuse (10a) angeflanscht oder befestigt sind.
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (10a) direkt an dem Gehäuse (3a) des Hauptantriebs (3) befestigt ist.