AT518495A1 - Aussenbordantrieb mit elektromotor - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Außenbordantrieb für ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Boot. Der Außenbordantrieb besteht aus einem Elektromotor, einer Gleichspannungsquelle, Einrichtungen zur Übertragung und Steuerung der Energie von der Gleichspannungsquelle zum Elektromotor, welche in mehreren, untereinander wasserdicht verbundenen Gehäuseteilen angeordnet sind, sowie einem Propeller (11) und einer den Propeller (11) mit dem Motor (8) verbindenden Antriebswelle (10). In dem über der Wasserlinie angeordneten oberen Gehäuseteil (1) ist ein fest montiertes oder demontierbares Akku-Paket (5) integriert, welches aus Lithium-Ionen-Akkus besteht. Im unter der Wasserlinie angeordneten Motorgehäuse (3) befindet sich ein Drehstrommotor (8), dessen Drehzahl ausschließlich mittels eines Frequenzumrichters (6) bestimmt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen umweltfreundlichen, platzsparenden und geräuscharmen Außenbordantrieb für ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Boot, bestehend aus einem Elektromotor, einer Gleichspannungsquelle, Einrichtungen zur Übertragung und Steuerung der Energie von der Gleichspannungsquelle zum Elektromotor, einem Propeller, einer Antriebswelle und mehreren, untereinander wasserdicht verbundenen Gehäuseteilen, wobei im Betriebszustand das Motorgehäuse gänzlich und der Schaft teilweise unter Wasser liegen, wobei in dem über der Wasserlinie angeordneten oberen Gehäuseteil ein fest montiertes oder demontierbares Akku-Paket aus Lithium-Ionen-Akkus integriert ist, sich im unter der Wasserlinie angeordneten Motorgehäuse ein Elektromotor, befindet und die Motorwelle den Propeller ohne zwischengeschaltetem Getriebe direkt antreibt.

Gattungsgemäße Außenbordantriebe sind bereits bekannt. Beispielsweise seien hier die EP 2 730 494 Al, JP 2005/162055 A und EP 1 100 717 Bl genannt. Für einen Bootsantrieb der gattungsgemäßen Art sollte der Propeller mit einer Drehzahl von etwa 500 bis 3000 Umdrehungen pro Minute angetrieben werden. Hierfür wurden bisher schnelldrehende Elektromotoren mit geringem Drehmoment eingesetzt, welche überein Getriebe im Antriebsstrang untersetzt wurden, um den Propeller effizient anzutreiben. Meist handelt es sich dabei um Planetengetriebe, aber auch andere Arten von Getrieben sind für diesen Einsatz bekannt.

Negativ bei diesen bekannten Außenbordantrieben ist, dass es insbesondere durch das Getriebe, das sich ja bekanntermaßen zwischen Motor und Propeller im Pylon befindet, zu einer unangenehmen, hochfrequenten Geräuschentwicklung kommt, welche nicht nur für die Bootsinsassen unangenehm sind, ja sogar bis zum Tinnitus führen können, sondern insbesondere aufgrund der höheren Dichte des Wassers weite Gebiete der Unterwasserwelt in Mitleidenschaft zieht, wodurch Seenfischer in ihrer Arbeit erheblich beeinträchtigt sind. Darüber hinaus entsteht im Getriebe durch Reibung ein nicht unwesentlicher Wirkungsgradverlust, welcher bis zu 30% des Gesamtwirkungsgrades des Elektromotors betragen kann. Weiters von Nachteil ist, dass das Getriebe einen Verschleißteil darstellt, der einer periodischen Wartung unterzogen werden sollte bzw. während der Lebensdauer des Antriebes immer wieder ausgetauscht werden muss, wodurch ein hoher Kostenanteil entsteht.

Naturgemäß sind Elektromotoren leiser als Benzinmotoren, weshalb sich Elektromotoren als Antriebsmittel auf Binnengewässern zunehmender Beliebtheit erfreuen. Für die Energieversorgung des Elektromotors ist die Mitführung einer Stromspeicherquelle unerlässlich. Diese kann in bekannter Weise durch das Mitführen von Blei-Akkumulatoren an Bord erfolgen. Blei-Akkus haben jedoch den Nachteil, dass sie ein hohes Gewicht besitzen und einigen Platzbedarf beanspruchen. Die Entwicklung der letzten Jahre geht daher dahin die Blei-Akkus zunehmend durch Lithium-Ionen-Akkus zu ersetzen, die ohne Säure funktionieren und bei gleicher Stromdichte weniger Gewicht besitzen und weniger Platz beanspruchen.

Der geringere Platzbedarf und das geringere Gewicht dieser Lithium-Ionen-Akkus führte in einer Weiterentwicklung der Stromversorgung von Elektromotoren als Bootsantrieb dazu, dass das Akkupaket in die Antriebseinheit integriert wurde, wobei der Akku im oberen Gehäuseteil, der sich in aller Regel über der Wasserlinie befindet, untergebracht ist.

Aus der EP 1 806 280 A ist ein solches Antriebskonzept bekannt. Nachteilig ist dabei, dass eine Motorsteuerungseinheit im Bereich des Motors, als im Betriebszustand unter Wasser liegend vorgesehen sein muss. Darüber hinaus kann die Drehzahl des Propellers nicht ohne weiteres an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aufbauend auf diesem Stand der Technik einen umweltfreundlichen, platzsparenden und geräuscharmen Außenbordantrieb für ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Boot zu schaffen, welcher die Vorteile eines in der Antriebseinheit integrierten Akku-Paketes benützt und im Betrieb erheblich geräuscharmer arbeitet als herkömmliche Antriebseinheiten mit integriertem Akkupaket.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Elektromotor als Drehstrommotor ausgebildet ist und dass die Drehzahlregelung des Propellers ausschließlich mittels eines Frequenzumrichters erfolgt.

Im Schaft sind dabei die elektrischen Verbindungsleitungen untergebracht. Die Steuerungs-, Regelungs- und Überwachungseinrichtungen, etwa der

Frequenzumrichter und das Relais, sowie die Aufnahmevorrichtung für den Lithium-Ionen-Akku befinden sich im oberen Gehäuse, um den Verdrahtungs- und Entstörungsaufwand zu reduzieren.

Durch die Verwendung eines Drehstrommotors, welcher den Propeller direkt antreibt kann der Bootsantrieb wesentlich geräuschärmer und damit umweltschonender und ohne gesundheitlichem Risiko für die Bootsinsassen erfolgen und ist daher für den kommerziellen Fischfang auf Binnengewässern viel besser geeignet als ein hochdrehender Elektroantrieb mit Getriebeuntersetzung. Weiters vorteilhaft ist, dass Drehstrommotoren praktisch wartungsfrei sind und eine lange Lebensdauer haben. Die Drehzahländerung erfolgt ausschließlich über den Frequenzumrichter. Indem der Elektromotor, insbesondere der Drehstrommotor über ein Lithium-Ionen-Akkupaket mit Strom versorgt wird und sich das Akkupaket im oberen Gehäuseteil der Antriebseinheit befindet, ist auch keine Gefährdung durch Säureaustritt und keine Platzbeanspruchung im Bootsrumpf gegeben. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Antriebseinheit in der Parkposition um 90° geschwenkt wird, da das Akkupaket als Gegengewicht zum Motor wirkt.

In einer Weiterentwicklung der Erfindung besteht das Antriebsgehäuse aus Aluminium oder einer Aluminiumknetlegierung. Diese Ausführungsform hat gegenüber den bisher gebräuchlichen Gehäuseteilen aus Kunststoff den erheblichen Vorteil, dass das Gehäuse gegen mechanische Beanspruchungen wesentlich robuster ist. Bootsantriebe werden oft an Orten verwendet, welche eine geringe Wassertiefe aufweisen. Grundberührungen sind daher keine Seltenheit. Bei den bisher üblichen Kunststoffgehäusen kann eine Grundberührung sehr leicht zum Totalschaden des Motorgehäuses führen. Zudem nehmen zahlreiche Kunststoffe Feuchtigkeit auf, welche wieder abgegeben wird, sobald der Antrieb in der Parkposition aus dem Wasser geschwenkt wird. Durch diese Eigenschaft nimmt die mechanische Festigkeit des Gehäuses mit zunehmender Einsatzdauer ab, wodurch auch scheinbar harmlose Grundberührungen oder mechanische Beanspruchungen plötzlich und unerwartet zum Gehäusebruch führen. Da Aluminium absolut kein Wasser aufnimmt und aufgrund seiner metallischen Eigenschaften einer mäßigen mechanischen Beanspruchung durchaus auch wiederholt gut standhält wird durch die Verwendung eines Antriebsgehäuses aus Aluminium oder einer Aluminiumknetlegierung die Lebensdauer des Bootsantriebes vorteilhaft verlängert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird nur ein Teil des Antriebsgehäuses, insbesondere das ständig unter Wasser befindliche Motorgehäuse aus Aluminium oder einer Aluminiumknetlegierung gefertigt, da die Gefährdung durch mechanische Beanspruchung in erster Linie diesen Gehäuseteil betrifft.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figur näher erläutert. Der erfindungsgemäße Außenbordantrieb ist hier im senkrechten Schnitt dargestellt.

Das Gehäuse besteht aus dem zweiteiligen oberen Gehäuse 1 mit einem Verschluss, welcher die beiden Teile des oberen Gehäuses dichtend miteinander verbindet, dem Schaft 2 und dem Motorgehäuse 3 mit dem Gehäusedeckel 4. Im oberen Gehäuse 1 sind neben bekannten Einrichtungen ein Akkupaket 5 als Gleichspannungsquelle und in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ein Frequenzumrichter 6 zur Regelung der Motordrehzahl angeordnet. Das Akkupaket 5 kann dabei ortsfest oder abnehmbar mit dem oberen Gehäuse 1 verbunden sein. Je nach Art und Größe des Akkupakets kann es vorteilhaft sein, das Akkupaket abnehmbar auszubilden, um es an einem separaten Ort vor Diebstahl geschützt aufzubewahren und/oder wieder aufzuladen. Seitlich am oberen Gehäuse 1 ist der Steuerungshebel 9 angebracht.

Innerhalb des Motorgehäuses 3 befindet sich ein hier lediglich schematisch dargestellter Elektromotor 8, der in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ein Drehstrommotor ist, welcher über die Welle 10 direkt mit dem außerhalb des Motorgehäuses 3 liegenden Propeller 11 verbunden ist. Der Frequenzumrichter 6 kann direkt neben dem Elektromotor 8 vorgesehen werden, bevorzugt wird er erfindungsgemäß aber im oberen Gehäuse 1 angeordnet. Beim Austritt der Welle 10 durch das Motorgehäuse 3 verhindern Dichtungen 12 das Eindringen von Wasser.

Innerhalb des Schaftes 2 verlaufen die hier schematisch gezeigten elektrischen Leitungen 7, außerhalb des Schaftes 2 ist die Haltevorrichtung 13 zu erkennen, mittels welcher der Außenbordantrieb am Bootsheck schwenkbar befestigt wird. Nicht separat dargestellt sind weitere mögliche, aus dem Stand der Technik bekannte Einrichtungen, wie beispielsweise Feuchtigkeitssensoren, Ladeanzeigen und dergleichen mehr.

Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung einer Kombination aus dem getriebelosen Propellerantrieb mittels eines Elektromotors, insbesondere eines Drehstrommotors, dessen Drehzahl von einem Frequenzumrichter gesteuert wird und einem im oberen Gehäuse untergebrachten wieder aufladbaren Lithium-Ionen-Akku. Diese Kombination ermöglicht die Herstellung eines umweltfreundlichen und geräuscharmen Bootsantriebes, den es bisher in dieser Form nicht gab.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1. Außenbordantrieb für ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Boot, bestehend aus einem Elektromotor, einer Gleichspannungsquelle, Einrichtungen zur Übertragung und Steuerung der Energie von der Gleichspannungsquelle zum Elektromotor, einem Propeller, einer Antriebswelle und mehreren, untereinander wasserdicht verbundenen Gehäuseteilen, wobei im Betriebszustand das Motorgehäuse (3) gänzlich und der Schaft (2) teilweise unter Wasser liegen, wobei in dem über der Wasserlinie angeordneten oberen Gehäuseteil (1) ein fest montiertes oder demontierbares Akku-Paket aus Lithium-Ionen-Akkus (5) integriert ist, sich im unter der Wasserlinie angeordneten Motorgehäuse (3) ein Elektromotor, befindet und die Motorwelle (10) den Propeller (11) ohne zwischengeschaltetem Getriebe direkt antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor als Drehstrommotor (8) ausgebildet ist und dass die Drehzahlregelung des Propellers ausschließlich mittels eines Frequenzumrichters (6) erfolgt.
2. 2. Außenbordantrieb für ein Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter (6) neben dem Akkupaket (5) im oberen Gehäuse (1) angeordnet ist.
3. 3. Außenbordantrieb für ein Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaft (2) alle Stromübertragungsleitungen (7) zum Elektromotor und gegebenenfalls weitere Steuerungs- und Überwachungseinrichtungen angeordnet sind.
4. 4. Außenbordantrieb für ein Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (1, 2, 3, 4) aus Aluminium oder einer Aluminiumknetlegierung bestehen.
5. 5. Außenbordantrieb für ein Wasserfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nur die im Betriebszustand zumindest teilweise unter der Wasserlinie angeordneten Gehäuseteile Motorgehäuse (3), Gehäusedeckel (4) und Schaft (2) aus Aluminium oder einer Aluminiumknetlegierung bestehen.
6. 6. Außenbordantrieb für ein Wasserfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nur das Motorgehäuse (3) und der Gehäusedeckel (4) aus Aluminium oder einer Aluminiumknetlegierung bestehen.