EP3494038A1 - Unterseebootantriebssystem - Google Patents

Unterseebootantriebssystem

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EP3494038A1
EP3494038A1 EP17717144.4A EP17717144A EP3494038A1 EP 3494038 A1 EP3494038 A1 EP 3494038A1 EP 17717144 A EP17717144 A EP 17717144A EP 3494038 A1 EP3494038 A1 EP 3494038A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electric machine
submarine
drive shaft
propulsion system
coupled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17717144.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Burkhard Pinnekamp
Tobias Kleinheinz
Dietrich Wittekind
Franz HOPPE
Thomas Schmidbauer
Bernhard Vollmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renk GmbH
Original Assignee
Renk GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renk GmbH filed Critical Renk GmbH
Publication of EP3494038A1 publication Critical patent/EP3494038A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/08—Propulsion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/28—Arrangement of offensive or defensive equipment
    • B63G8/34—Camouflage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
    • B63H2023/245—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric with two or more electric motors directly acting on a single drive shaft, e.g. plurality of electric rotors mounted on one common shaft, or plurality of electric motors arranged coaxially one behind the other with rotor shafts coupled together

Definitions

  • the invention relates to a submarine propulsion system.
  • Submarine propulsion systems are already known in practice, which have a drive shaft, a drive propeller coupled to the drive shaft and an electric machine for driving the drive shaft.
  • the electric machine of a submarine propulsion system is directly or directly coupled to the drive shaft.
  • the electric machine is used both for a full load operation as well as for a partial load operation.
  • part-load operation in particular, there are disadvantages in terms of efficiency.
  • relatively large electrical machines must be used.
  • the present invention has the object to provide a novel submarine propulsion system.
  • a submarine propulsion system according to claim 1.
  • a main drive having at least one first electric machine is designed for full-load operation and coupled or couplable to the drive shaft, wherein an auxiliary drive having at least one second electric machine is designed for a partial load operation for crawl speed and / or dive travel of the submarine also coupled to the drive shaft drive side or can be coupled.
  • the submarine propulsion system therefore has at least two electrical machines.
  • the or each first electric machine is designed for full load operation and is used at full load and below.
  • the or each second electric machine is designed for partial load operation and is used in partial load operation.
  • the first, designed for full-load operation electric machine smaller, easier and cheaper to perform.
  • the or each second electric machine is supported or supported on the first gear and together with the or each first electric machine and the first gear are jointly supported on a foundation of the submarine.
  • an elastic compensation coupling is preferably connected between an output of the first gear and a thrust bearing of the drive shaft.
  • the or each second electric machine is supported directly or indirectly via the second transmission independently of the or each first electric machine and the first transmission on a foundation of the submarine.
  • the second variant of the invention is particularly suitable for submarine propulsion systems, the second variant of the invention having advantages in terms of the required installation space.
  • an elastic compensation coupling between the second electric machine or an output of the second transmission and a thrust bearing or thrust bearing of the drive shaft is preferably connected.
  • the elastic compensation coupling can be smaller than in the first variant.
  • the thrust bearing of the drive shaft is preferably further integrated into the first gear.
  • Fig. 1 is a block diagram of a first submarine propulsion system according to the invention
  • 2 is a block diagram of a second submarine propulsion system according to the invention:
  • FIG. 3 is a block diagram of a third submarine propulsion system according to the invention.
  • FIG. 4 shows a block diagram of a fourth submarine drive system according to the invention.
  • 5 is a block diagram of another submarine propulsion system according to the invention.
  • FIGS. 1 to 5 show different embodiments of submarine propulsion systems 1 according to the invention.
  • All submarine propulsion systems 1 of FIGS. 1 to 5 have in common that they have a drive shaft 2, a drive propeller 3 coupled to the drive shaft 2 and a plurality of electrical machines 4, 5.
  • At least one first electric machine 4 of a main drive for driving the drive shaft 2 and thus of the drive propeller 3 is designed for full-load operation of the submarine drive system and coupled or coupled on the drive side to the drive shaft 2.
  • At least one second electric machine 5 of an auxiliary drive is designed for a partial load operation of the submarine drive system 1 and also coupled to the drive shaft 2 on the drive side or coupled, wherein in partial load operation of the submarine propulsion system 1, the submarine is typically operated in creeping and / or dive.
  • the submarine propulsion system 1 it is therefore an idea of the submarine propulsion system 1 according to the invention to provide a plurality of electric machines 4, 5 for driving the drive shaft 2, namely a first electric machine 4 designed for full-load operation and a second electrical one designed for partial-load operation for crawl speed and / or dive travel Machine 5, which are dependent on the operating condition, that is, depending on whether a full load operation or partial load operation are desired, operated and for this purpose are coupled to the drive shaft 2 and decoupled from the same.
  • the first electric machine 4 In full load operation, the first electric machine 4 is typically coupled to the drive shaft 2 and the second electric machine 5 is decoupled from the same.
  • the second electric machine 5 In part-load operation, the second electric machine 5 is typically coupled to the drive shaft 2 and the first electric machine 4 is decoupled from the same.
  • the first electric machine 4 of the submarine drive system 1 designed for full-load operation is indirectly or indirectly coupled to the drive shaft 2 via a first gear 6 on the drive side.
  • the first gear 6 has gear planes 7, 8 of intermeshing gears, which provide at least one gear ratio
  • the first transmission 6 is a transmission whose transmission stages are designed such that the first electric machine 4 can be operated at a significantly higher speed than desired for driving the drive propeller 3 and thus the drive shaft 2.
  • the first electric machine 4 can be operated at a significantly higher speed than desired for driving the drive propeller 3 and thus the drive shaft 2.
  • smaller, lighter and cheaper electrical machines for full load operation can be used, as is possible in known from practice submarine propulsion systems.
  • the first transmission 6 comprises a clutch 1 1, which is preferably designed as a clutch or synchronizer clutch.
  • the second electric machine 5 designed for partial load operation is supported or supported on the first gear 6 and coupled directly to the drive shaft 2 on the drive shaft 2, ie directly without any further gear ratio.
  • Fig. 2 shows an embodiment in which the second, designed for full-load operation electric machine 5 while supported on the first gear 6 and is supported, but indirectly or indirectly via the first gear 6 is coupled to the drive shaft 2 on the drive side, namely in Fig. 2 via one of further gear levels 9, 10 formed, separate gear ratio of the first gear. 6
  • the designed on the partial load operation, second electric machine 5 is mounted in accordance with the embodiments of FIGS. 1 and 2 on the first gear 6 and engages in the embodiment of FIG. 3 in accordance with the embodiment of FIG again indirectly via the first gear 6 on the drive side to the drive shaft 2 at.
  • the second electric machine 5 does not engage, as in the embodiment of FIG. 2, via a separate ratio stage but rather via the gear stage of the first electric machine 4 formed by the gear levels 7 and 8 on the drive shaft 2. While the embodiment of Fig. 3 is particularly compact and simple, the embodiment of Fig. 2 has efficiency advantages.
  • the respective submarine drive system 1 has a plurality of electrical machines, namely the first electric machine 4 for full-load operation and the second electric machine 5 for the part-load operation, the second electric machine 5 is supported or supported for the partial load operation on the first gear 6, which serves as a transmission gear at least for the first electric machine 4, which is designed for full-load operation.
  • the first gear 6 also serve as a transmission gear for the second electric machine 5 designed for partial load operation.
  • the submarine propulsion systems 1 of FIGS. 1, 2 and 3 furthermore have an axial bearing or thrust bearing 15 assigned to the drive shaft 2, an elastic compensating coupling 1 6 assigned to the drive shaft 2 and a shifting clutch 17 likewise associated with the drive shaft 2
  • Thrust bearing 15 serves to receive axial forces acting on the drive shaft 2. Thrust forces are directed by the thrust bearing or thrust bearing 15 in the fuselage or in the foundation of the submarine. Moments are transmitted via the elastic compensating coupling 1 6 on the drive propeller 3.
  • the drive propeller 3 can be decoupled from the drive shaft 2 via the clutch 17.
  • Submarine propulsion systems 1 according to a second variant of the invention, Figs. 4 and 5, wherein the embodiments of Figs. 4 and 5 of the embodiments of Figs. 1 to 3 differ primarily in that in the embodiments of Figs. 4 and 5 the second, designed for partial load electrical machine 5 is not together with the designed for full load operation, the first electric machine 4 and the first gear 6 on the fuselage or foundation 12 of the submarine attacks or supported, but rather independent of the first electric machine 4 and the first gear 6 is supported on the foundation 12 of the submarine.
  • FIG. 4 shows an embodiment in which the second electric machine 5 is coupled directly or directly, that is to say without a further transmission stage, to the drive shaft 2 on the drive side and as such is supported on the foundation 12 of the submarine via elastic sound damping elements 14.
  • the second electric machine 5 designed for partial load operation is not coupled directly but indirectly via a separate second transmission gear 19 to the drive shaft 2 and via this second gear 19 and between the second gear Gear 19 and the base 12 of the submarine arranged, elastic vibration damper 14 supported on the foundation 12.
  • Transmission gear for the first electric machine 4 serving first gear 6 are individually supported on the foundation 12, but without the need elastic damper 14, since in full load operation when using the first electric machine 4 a quiet operation of the submarine, as he particularly desirable at part load operation in creeping is of subordinate importance.
  • a further difference of the embodiments of Figs. 4 and 5 of the embodiments of Figs. 1 to 3 is that in the embodiment of Figs. 4 and 5, the elastic compensating coupling 1 6 not as in the embodiment of Figs. 1 and 3 between the output the first gear 6 and the thrust bearing or thrust bearing 15 is connected, but rather between the thrust bearing or thrust bearing 15 of the drive shaft 2 and the second, designed for partial load electrical machine 5 or the second transmission 19th
  • a low-noise operation of the submarine propulsion system 1 is only in partial load operation, especially at creep, important, so then in the embodiments of FIGS. 4 and 5, the elastic compensating coupling 1 6 exclusively for the independent of the first electric machine 4 and the first gear 6 supported on the foundation 12 of the submarine second electric machine 5 is important.
  • a soundproof covering 18 is still arranged in order to ensure even quieter operation of the submarine propulsion system.
  • the thrust bearing or thrust bearing 15 is integrated in the first gear 6, which serves as a transmission gear for the designed for full-load operation, first electric machine 4. This can then be realized further space advantages.
  • the required drive power is provided by the first electric machine 4 in full load operation.
  • the speed of the first electric machine 4 is higher than the required propeller speed to save size, weight and cost, which is why the first gear 6 comes with one or more gear ratios used.
  • the first electric machine 4 can be switched on and off via the optional shift or synchronous clutch 1 1.
  • torque is transmitted to the drive propeller 3 via the elastic compensation coupling 16, a thrust force acting on the drive shaft during operation is transmitted to the fuselage or foundation 12 via the thrust bearing 15.
  • the required drive power is provided by the second electric machine 5.
  • Submarines usually require only a small part of the power during slow and dive travel.
  • the second electric machine 5, which is specially designed for partial load operation, is typically powered by batteries. In terms of range, the efficiency is therefore of particular importance for the partial load operation.
  • the smaller, second electric machine 5 is in partial load operation at creep and dive in the range of its design performance and thus has an optimized efficiency, which causes a higher range.
  • the second electric machine 5 is advantageously attached to the first gear 6 and connected in Fig. 1 directly to the drive shaft 2.
  • the drive is optionally by the first electric machine 4 or the second electric machine 5, depending on power requirements.
  • the first electric machine 4 can be decoupled via the clutch 11, which is particularly advantageous with regard to the efficiency.
  • the second electric machine 5 is supported independently of the first electric machine 4 on the foundation 12. Since the first electric machine 4 is used only in less noise-sensitive operating states, the elastic mounting on the first electric machine 4 can then be dispensed with. In order to be particularly quiet during slow and dive trip, the second electric machine 5 is advantageously elastically supported on the foundation 12.
  • the elastic coupling 1 6 is only necessary between the second electric machine 5 and the propeller shaft 2, the same can be advantageously made significantly smaller.
  • the thrust bearing or pressure bearing 16 is preferably integrated in the housing of the first transmission 6.
  • the first gear 6 may advantageously be a tunnel gear.
  • a fast-rotating design is used for the second electric machine 5 in order to save weight, installation space and costs even in the area of the second electric machine 5.
  • the second transmission 19 is used in Fig. 5.
  • the second electric machine 5 and the second gear 12 are advantageously aligned rigidly to each other and stored together elastically on the foundation 12.
  • controller can automatically control clutches and electric machines in order to automatically use the first electric machine 4 in full-load operation and automatically use the second electric machine 5 as a drive source in partial-load operation.
  • Operating parameters can also be monitored via the control in order to automatically produce the desired operating configuration and drive power either in full load operation via the first electric machine 4 of the main drive or in partial load operation for crawl speed and / or dive travel via the second electric machine 5 of FIG To provide additional drive.

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Abstract

Unterseebootantriebssystem (1) eines Unterseeboots, mit einer Antriebswelle (2), mit einem an die Antriebswelle (2) gekoppelten Antriebspropeller (3), mit einer elektrischen Maschine (4, 5) zum Antreiben der Antriebswelle (2), wobei ein mindestens eine erste elektrische Maschine (4) aufweisender Hauptantrieb auf einen Volllastbetrieb ausgelegt und an die Antriebswelle antriebsseitig gekoppelt oder koppelbar ist, und wobei ein mindestens eine zweite elektrische Maschine (5) aufweisender Zusatzantrieb auf einen Teillastbetrieb für eine Schleichfahrt und/oder Tauchfahrt des Unterseeboots ausgelegt und ebenfalls an die Antriebswelle antriebsseitig gekoppelt oder koppelbar ist.

Description

Unterseebootantriebssystem
Die Erfindung betrifft ein Unterseebootantriebssystem.
Aus der Praxis sind bereits Unterseebootantriebssysteme bekannt, die eine Antriebswelle, einen mit der Antriebswelle gekoppelten Antriebspropeller sowie eine elektrische Maschine zum Antreiben der Antriebswelle aufweisen. Dabei ist nach der Praxis die elektrische Maschine eines Unterseebootantriebssystems direkt bzw. unmittelbar an die Antriebswelle gekoppelt. Die elektrische Maschine wird dabei sowohl für einen Volllastbetrieb als auch für einen Teillastbetrieb genutzt. Insbesondere im Teillastbetrieb ergeben sich Wirkungsgradnachteile. Ferner müssen relativ große elektrische Maschinen zum Einsatz kommen.
Aus der DE 10 2012 208 065 A1 ist ein Schiffsantriebssystem bekannt, bei welchem eine elektrische Maschine mittelbar bzw. indirekt über ein Getriebe an eine Antriebswelle gekoppelt ist. Durch das Zwischenschalten eines Getriebes zwischen die elektrische Maschine und die Antriebswelle können kleinere, leichtere und kostengünstigere elektrische Maschinen zum Einsatz kommen, insbesondere da dann die elektrische Maschine mit einer höheren als der benötigten Drehzahl der Antriebswelle bzw. des von der Antriebswelle angetriebenen Antriebspropellers betrieben werden kann.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Unterseebootantriebssystem zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Unterseebootantriebssystem nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist ein mindestens eine erste elektrische Maschine aufweisender Hauptantrieb auf einen Volllastbetrieb ausgelegt und an die Antriebswelle an- triebsseitig gekoppelt oder koppelbar, wobei ein mindestens eine zweite elektri- sehe Maschine aufweisender Zusatzantrieb auf einen Teillastbetrieb für eine Schleichfahrt und/oder Tauchfahrt des Unterseeboots ausgelegt und ebenfalls an die Antriebswelle antriebsseitig gekoppelt oder koppelbar ist. Das Unterseebootantriebssystem verfügt demnach über mindestens zwei elektrische Maschinen. Die oder jede erste elektrische Maschine ist auf den Volllastbetrieb ausgelegt und wird im Volllastbetrieb und darunter eingesetzt. Die oder jede zweite elektrische Maschine ist auf den Teillastbetrieb ausgelegt und kommt im Teillastbetrieb zum Einsatz. Hierdurch können Wirkungsgradnachteile im Teillastbetrieb durch die o- der jede speziell auf den Teillastbetrieb angepasste, zweite elektrische Maschine vermieden werden.
Vorzugsweise ist die oder jede erste, auf den Volllastbetrieb ausgelegte elektrische Maschine über ein erstes Getriebe an die Antriebswelle indirekt bzw. mittelbar antriebsseitig gekoppelt oder koppelbar, wobei die oder jede zweite, auf den Teillastbetrieb ausgelegte elektrische Maschine direkt bzw. unmittelbar oder über das erste Getriebe indirekt bzw. mittelbar oder über ein zweites Getriebe indirekt bzw. mittelbar an die Antriebswelle antriebsseitig gekoppelt oder koppelbar ist. Hierdurch ist es möglich, insbesondere die erste, auf den Volllastbetrieb ausgelegte elektrische Maschine, kleiner, leichter und kostengünstiger auszuführen.
Nach einer ersten Variante der Erfindung ist die oder jede zweite elektrische Maschine an dem ersten Getriebe gelagert bzw. abgestützt und zusammen mit der oder jeder ersten elektrischen Maschine und dem ersten Getriebe an einem Fundament des Unterseeboots gemeinsam abgestützt. Bei der ersten Variante ist vorzugsweise eine elastische Ausgleichskupplung zwischen einen Ausgang des ers- ten Getriebes und ein Drucklager der Antriebswelle geschaltet. Diese erste Variante ist für Unterseebootantriebssysteme besonders geeignet. Nach einer zweiten Variante der Erfindung ist die oder jede zweite elektrische Maschine direkt oder über das zweite Getriebe indirekt jeweils unabhängig von der oder jeder ersten elektrischen Maschine und dem ersten Getriebe an einem Fun- dament des Unterseeboots abgestützt. Auch die zweite Variante der Erfindung ist für Unterseebootantriebssysteme besonders geeignet, wobei die zweite Variante der Erfindung Vorteile hinsichtlich des benötigten Bauraums aufweist.
Bei der zweiten Variante ist vorzugsweise eine elastische Ausgleichskupplung zwischen die zweite elektrische Maschine oder einen Ausgang des zweiten Getriebes und ein Drucklager bzw. Axiallager der Antriebswelle geschaltet. Bei der zweiten Variante kann die elastische Ausgleichskupplung kleiner ausfallen als bei der ersten Variante. Bei der zweiten Variante ist vorzugsweise ferner das Drucklager der Antriebswelle in das erste Getriebe integriert. Die Integration des Druckla- gers in das erste Getriebe bei der zweiten Variante der Erfindung resultiert in weiteren Bauraumvorteilen.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 : ein Blockschaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Unterseebootantriebssystems; Fig. 2: ein Blockschaltbild eines zweiten erfindungsgemäßen Unterseebootantriebssystems:
Fig. 3: ein Blockschaltbild eines dritten erfindungsgemäßen Unterseebootantriebssystems;
Fig. 4: ein Blockschaltbild eines vierten erfindungsgemäßen Unterseebootan- triebssystems; und Fig. 5: ein Blockschaltbild eines weiteren erfindungsgemäßen Unterseebootantriebssystems.
Fig. 1 bis 5 zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Unterseebootantriebssystemen 1 . Sämtlichen Unterseebootantriebssystemen 1 der Fig. 1 bis 5 ist gemeinsam, dass dieselben eine Antriebswelle 2, einen an die Antriebswelle 2 gekoppelten Antriebspropeller 3 sowie mehrere elektrische Maschinen 4, 5 aufweisen. Mindestens eine erste elektrische Maschine 4 eines Hauptantriebs zum Antreiben der Antriebswelle 2 und damit des Antriebspropel- lers 3 ist auf einen Volllastbetrieb des Unterseebootantriebssystems ausgelegt und antriebsseitig an die Antriebswelle 2 gekoppelt bzw. koppelbar. Mindestens eine zweite elektrische Maschine 5 eines Zusatzantriebs ist auf einen Teillastbetrieb des Unterseebootantriebssystems 1 ausgelegt und ebenfalls an die Antriebswelle 2 antriebsseitig gekoppelt bzw. koppelbar, wobei im Teillastbetrieb des Unterseebootantriebssystems 1 das Unterseeboot typischerweise in Schleichfahrt und/oder Tauchfahrt betrieben wird.
Es ist demnach ein Gedanke des erfindungsgemäßen Unterseebootantriebssystems 1 , zum Antreiben der Antriebswelle 2 mehrere elektrische Maschinen 4, 5 bereitzuhalten, nämlich eine erste, auf den Volllastbetrieb ausgelegte elektrische Maschine 4 und eine zweite, auf den Teillastbetrieb für eine Schleichfahrt und/oder Tauchfahrt ausgelegte elektrische Maschine 5, die abhängig vom Betriebszustand, also abhängig davon, ob ein Volllastbetrieb oder Teillastbetrieb gewünscht sind, betrieben werden und hierzu an die Antriebswelle 2 gekoppelt sind bzw. von derselben abgekoppelt sind. Im Volllastbetrieb ist typischerweise die erste elektrische Maschine 4 an die Antriebswelle 2 angekoppelt und die zweite elektrische Maschine 5 von derselben abgekoppelt. Im Teillastbetrieb ist typischerweise die zweite elektrische Maschine 5 an die Antriebswelle 2 angekoppelt und die erste elektrische Maschine 4 von derselben abgekoppelt. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste, auf den Volllastbetrieb ausgelegte elektrische Maschine 4 des Unterseebootantriebssystems 1 über ein erstes Getriebe 6 indirekt bzw. mittelbar an die Antriebswelle 2 antriebsseitig gekoppelt ist. Das erste Getriebe 6 verfügt dabei über Zahn- radebenen 7, 8 aus ineinandergreifenden Zahnrädern, die mindestens eine Übersetzungsstufe bereitstellen
Beim ersten Getriebe 6 handelt es sich demnach um ein Übersetzungsgetriebe, dessen Übersetzungsstufen so ausgelegt sind, dass die erste elektrische Maschi- ne 4 mit deutlich höherer Drehzahl betrieben werden kann, als dies für den Antrieb des Antriebspropellers 3 und damit der Antriebswelle 2 gewünscht ist. Dadurch können kleinere, leichtere und kostengünstigere elektrische Maschinen für den Volllastbetrieb zum Einsatz kommen, als dies bei aus der Praxis bekannten Unterseebootantriebssystemen möglich ist.
Ferner umfasst das erste Getriebe 6 eine Kupplung 1 1 , die vorzugsweise als Schaltkupplung bzw. Synchronkupplung ausgeführt ist.
Die zweite, auf den Teillastbetrieb ausgelegte elektrische Maschine 5 ist im Aus- führungsbeispiel der Fig. 1 am ersten Getriebe 6 gelagert bzw. abgestützt und unmittelbar, also direkt ohne weitere Übersetzungsstufe, an die Antriebswelle 2 antriebsseitig gekoppelt.
Demgegenüber zeigt Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, in welcher die zweite, auf den Volllastbetrieb ausgelegte elektrische Maschine 5 zwar am ersten Getriebe 6 gelagert bzw. abgestützt ist, jedoch mittelbar bzw. indirekt über das erste Getriebe 6 an die Antriebswelle 2 antriebsseitig gekoppelt ist, nämlich in Fig. 2 über eine von weiteren Zahnradebenen 9, 10 gebildete, separate Übersetzungsstufe des ersten Getriebes 6. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist die auf den Teillastbetrieb ausgelegte, zweite elektrische Maschine 5 in Übereinstimmung zu den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 am ersten Getriebe 6 gelagert und greift im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 in Übereinstimmung zum Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wiederum indi- rekt über das erste Getriebe 6 antriebsseitig an der Antriebswelle 2 an. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 greift jedoch die zweite elektrische Maschine 5 nicht wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 über eine separate Übersetzungsstufe sondern vielmehr über die von den Zahnradebenen 7 und 8 gebildete Übersetzungsstufe der ersten elektrischen Maschine 4 an der Antriebswelle 2 an. Wäh- rend die Ausführungsform der Fig. 3 besonders kompakt und einfach ist, weist das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 Wirkungsgradvorteile auf.
Wie bereits ausführt, ist sämtlichen Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 3 gemeinsam, dass das jeweilige Unterseebootantriebssystem 1 mehrere elektrische Maschinen aufweist, nämlich die erste elektrische Maschine 4 für den Volllastbetrieb und die zweite elektrische Maschine 5 für den Teillastbetrieb, wobei die zweite elektrische Maschine 5 für den Teillastbetrieb an dem ersten Getriebe 6 gelagert bzw. abgestützt ist, welches als Übersetzungsgetriebe zumindest für die erste elektrische Maschine 4, die auf den Volllastbetrieb ausgelegt ist, dient. Optional kann, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, das erste Getriebe 6 auch als Übersetzungsgetriebe für die auf den Teillastbetrieb ausgelegte, zweite elektrische Maschine 5 dienen.
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 , 2 und 3, in welchen die zweite, auf den Teillastbetrieb ausgelegte elektrische Maschine 5 am ersten Getriebe 6 gelagert bzw. abgestützt ist, ist die zweite elektrische Maschine 5 zusammen mit der ersten elektrischen Maschine 4 sowie zusammen mit dem ersten Getriebe 6 an einem Fundament 12 des Unterseeboots 1 gemeinsam abgestützt, wozu in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 3 die erste elektrische Maschine 4 sowie das erste Getriebe 6 an einem gemeinsamen Rahmen 13 gelagert sind, sodass auch die zweite elektrische Maschine 5 über das erste Getriebe 6 an diesem gemeinsamen Rahmen 13 gelagert ist. Über diesen gemeinsamen Rahmen 13 sind die beiden elektrischen Maschinen 4, 5 sowie das erste Getriebe 6 gemeinsam an dem Fundament 12 des Unterseeboots abgestützt.
Zwischen den gemeinsamen Rahmen 13 und das Fundament 12 sind elastische Schalldämpfungselemente 14 geschaltet. Diese sind insbesondere dann von Bedeutung, wenn im Teillastbetrieb des Unterseebootantriebssystems 1 das Unterseeboot in Schleichfahrt oder Tauchfahrt betrieben wird.
Die Unterseebootantriebssysteme 1 der Fig. 1 , 2 und 3 verfügen weiterhin über ein der Antriebswelle 2 zugeordnetes Axiallager bzw. Drucklager 15, über eine der Antriebswelle 2 zugeordnete, elastische Ausgleichskupplung 1 6 sowie über eine ebenfalls der Antriebswelle 2 zugeordnete Schaltkupplung 17. Das Axiallager bzw. Drucklager 15 dient der Aufnahme von auf die Antriebswelle 2 einwirkenden Axialkräften. Schubkräfte werden vom Axiallager bzw. Drucklager 15 in den Rumpf bzw. in das Fundament des Unterseeboots geleitet. Momente werden über die elastische Ausgleichskupplung 1 6 auf den Antriebspropeller 3 übertragen. Über die Schaltkupplung 17 kann der Antriebspropeller 3 von der Antriebswelle 2 abge- koppelt werden.
Unterseebootantriebssysteme 1 nach einer zweiten Variante der Erfindung zeigen Fig. 4 und 5, wobei sich die Ausführungsbeispiele der Fig. 4 und 5 von den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 3 in erster Linie dadurch unterscheiden, dass bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 und 5 die zweite, auf den Teillastbetrieb ausgelegte elektrische Maschine 5 nicht zusammen mit der auf den Volllastbetrieb ausgelegten, ersten elektrischen Maschine 4 sowie dem ersten Getriebe 6 am Rumpf bzw. Fundament 12 des Unterseeboots angreift bzw. abgestützt ist, sondern vielmehr unabhängig von der ersten elektrischen Maschine 4 und dem ersten Getriebe 6 am Fundament 12 des Unterseeboots abgestützt ist. Hierbei zeigt Fig. 4 eine Ausführungsform, in welcher die zweite elektrische Maschine 5 direkt bzw. unmittelbar, das heißt ohne weitere Übersetzungsstufe, an- triebsseitig an die Antriebswelle 2 gekoppelt ist und als solche über elastische Schalldämpfungselemente 14 am Fundament 12 des Unterseeboots abgestützt ist.
In der Ausführungsform der Fig. 5 hingegen ist die auf den Teillastbetrieb ausgelegte zweite elektrische Maschine 5 nicht direkt, sondern indirekt bzw. mittelbar über ein separates, zweites Übersetzungsgetriebe 19 an die Antriebswelle 2 ge- koppelt und über dieses zweite Getriebe 19 sowie zwischen dem zweiten Getriebe 19 und dem Fundament 12 des Unterseeboots angeordnete, elastische Schwingungsdämpfer 14 am Fundament 12 abgestützt.
Fig. 4 und 5 kann entnommen werden, dass in diesen Ausführungsbeispielen die erste, auf den Volllastbetrieb ausgelegte elektrische Maschine 4 und das als
Übersetzungsgetriebe für die erste elektrische Maschine 4 dienende erste Getriebe 6 individuell am Fundament 12 abgestützt sind, jedoch ohne die Notwendigkeit elastischer Schwingungsdämpfer 14, da im Volllastbetrieb bei Einsatz der ersten elektrischen Maschine 4 ein geräuscharmer Betrieb des Unterseeboots, wie er beim Teillastbetrieb insbesondere in Schleichfahrt wünschenswert ist, von untergeordneter Bedeutung ist.
Ein weiterer Unterschied der Ausführungsbeispiele der Fig. 4 und 5 von den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 3 besteht darin, dass beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 die elastische Ausgleichskupplung 1 6 nicht wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 3 zwischen den Ausgang des ersten Getriebes 6 und das Axiallager bzw. Drucklager 15 geschaltet ist, sondern vielmehr zwischen das Axiallager bzw. Drucklager 15 der Antriebswelle 2 und die zweite, auf den Teillastbetrieb ausgelegte elektrische Maschine 5 oder das zweite Getriebe 19. Wie bereits ausgeführt, ist ein geräuscharmer Betrieb des Unterseebootantriebssystems 1 nur im Teillastbetrieb, insbesondere bei Schleichfahrt, von Bedeutung, sodass dann in den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 und 5 die elastische Ausgleichskupplung 1 6 ausschließlich für die unabhängig von der ersten elektrischen Maschine 4 und dem ersten Getriebe 6 am Fundament 12 des Unterseeboots abgestützte zweite elektrische Maschine 5 von Bedeutung ist.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist, um die Einheit aus zweiter elektrischer Maschine 5 und zweitem Getriebe 19 noch eine Schallschutzverkleidung 18 ange- ordnet, um einen noch geräuschärmeren Betrieb des Unterseebootantriebssystems zu gewährleisten.
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 und 5 ist das Axiallager bzw. Drucklager 15 in das erste Getriebe 6 integriert, welches als Übersetzungsgetriebe für die auf den Volllastbetrieb ausgelegte, erste elektrische Maschine 4 dient. Hiermit können dann weitere Bauraumvorteile realisiert werden.
Die erforderliche Antriebsleistung wird im Vollastbetrieb durch die erste elektrische Maschine 4 bereitgestellt. Die Drehzahl der ersten elektrischen Maschine 4 ist zur Einsparung von Baugröße, Gewicht und Kosten höher als die benötigte Propellerdrehzahl, weshalb das erste Getriebe 6 mit einer oder mehreren Übersetzungsstufen zum Einsatz kommt. Die erste elektrische Maschine 4 kann über die optionale Schalt- oder Synchronkupplung 1 1 zu- und abgeschaltet werden. Drehmoment wird insbesondere über die elastische Ausgleichskupplung 1 6 auf den Antriebs- propeller 3 geleitet, ein im Betrieb auf die Antriebswelle einwirkende Schubkraft wird über das Axiallager 15 auf den Rumpf bzw. das Fundament 12 übertragen.
Im Teillastbetrieb wird die erforderliche Antriebsleistung von der zweiten elektrischen Maschine 5 bereitgestellt. Unterseeboote benötigen bei Schleich- und Tauchfahrt in der Regel nur einen geringen Teil der Leistung. Die speziell auf den Teillastbetrieb ausgelegte, zweite elektrische Maschine 5 wird typischerweise aus Batterien gespeist. In Hinblick auf die Reichweite ist somit für den Teillastbetrieb der Wirkungsgrad von besonderer Bedeutung. Die kleinere, zweite elektrische Maschine 5 befindet sich im Teillastbetrieb bei Schleich- und Tauchfahrt im Bereich seiner Auslegungsleistung und hat damit einen optimierten Wirkungsgrad, der eine höhere Reichweite bewirkt.
Im Ausführungsbeispiel der Fig.1 , 2 und 3 ist die zweite elektrische Maschine 5 vorteilhaft am ersten Getriebe 6 befestigt und in Fig. 1 direkt mit der Antriebswelle 2 verbunden. Der Antrieb erfolgt wahlweise durch die erste elektrische Maschine 4 oder die zweite elektrische Maschine 5, je nach Leistungsbedarf. Bei Betrieb mit der zweiten elektrischen Maschine 5 kann über die Kupplung 1 1 die erste elektrische Maschine 4 abgekoppelt werden, was bezüglich des Wirkungsgrads beson- ders vorteilhaft ist.
Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele, in welchen die zweite elektrische Maschine 5 unabhängig von der ersten elektrischen Maschine 4 am Fundament 12 abgestützt ist. Da die erste elektrische Maschine 4 nur in weniger geräuschsensib- len Betriebszuständen eingesetzt wird, kann dann auf die elastische Lagerung an der ersten elektrischen Maschine 4 verzichtet werden. Um besonders geräuscharm bei Langsam- und Tauchfahrt zu sein, wird die zweite elektrische Maschine 5 vorteilhaft elastisch am Fundament 12 abgestützt. Die elastische Kupplung 1 6 ist nur zwischen zweiter elektrische Maschine 5 und der Propellerwelle 2 notwendig, dieselbe kann damit vorteilhaft deutlich kleiner ausgeführt werden. Das Axiallager bzw. Drucklager 16 ist vorzugsweise in das Gehäuse des ersten Getriebes 6 integriert.
Beim ersten Getriebe 6 kann es sich vorteilhaft um ein Tunnelgetriebe handeln. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist für die zweite elektrische Maschine 5 eine schnell drehende Ausführung verwendet, um auch im Bereich der zweiten elektrischen Maschine 5 Gewicht, Bauraum und Kosten zu sparen. Zum Angleich der Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine 5 an die gewünschte Drehzahl der Antriebswelle 2 wird in Fig. 5 das zweite Getriebe 19 genutzt. Um Geräusche zu minimieren, kann bei dem zweiten Getriebe 19 vorteilhaft auf die Verwendung einer Ölpumpe verzichtet und eine pumpenlose Tauchschmierung realisiert werden. Die zweite elektrische Maschine 5 und das zweite Getriebe 12 sind vorteilhaft starr zueinander ausrichtet und gemeinsam elastisch am Fundament 12 gelagert.
Jedes der gezeigten Ausführungsbeispiele ist vorteilhaft mit einer Steuerung versehen, wodurch die automatisierte Herstellung der jeweils gewünschten Betriebskonfiguration und die Überwachung betriebsrelevanter Parameter ermöglicht werden. Die Steuerung kann demnach Kupplungen und elektrische Maschinen au- tomatisch ansteuern, um im Vollastbetrieb automatisch die erste elektrische Maschine 4 und im Teillastbetrieb automatisch die zweite elektrische Maschine 5 als Antriebsquelle zu nutzen. Über die Steuerung können auch Betriebsparameter überwacht werden, um abhängig hiervon automatisch die gewünschte Betriebskonfiguration herzustellen und die Antriebsleistung entweder im Volllastbe- trieb über die erste elektrische Maschine 4 des Hauptantriebs oder im Teillastbetrieb für eine Schleichfahrt und/oder Tauchfahrt über die zweite elektrische Maschine 5 des Zusatzantriebs bereitzustellen.
Bezugszeichenliste
1 Unterseebootantriebssystem
2 Antriebswelle
3 Antriebspropeller
4 elektrische Maschine
5 elektrische Maschine
6 Getriebe
7 Zahnradstufe
8 Zahnradstufe
9 Zahnradstufe
10 Zahnradstufe
1 1 Kupplung
12 Fundament
13 Rahmen
14 Schalldämpfungselement
15 Axiallager
16 Ausgleichskupplung
17 Kupplung
18 Schallschutzverkleidung
19 Getriebe

Claims

Ansprüche
Unterseebootantriebssystem (1 ) eines Unterseeboots,
mit einer Antriebswelle (2),
mit einem an die Antriebswelle (2) gekoppelten oder koppelbaren Antriebspropeller (3), und
mit einer elektrischen Maschine (4, 5) zum Antreiben der Antriebswelle (2),
dadurch gekennzeichnet, dass
ein mindestens eine erste elektrische Maschine (4) aufweisender Hauptantrieb auf einen Volllastbetrieb ausgelegt und an die Antriebswelle (2) antriebsseitig gekoppelt oder koppelbar ist,
ein mindestens eine zweite elektrische Maschine (5) aufweisender Zusatzantrieb auf einen Teillastbetrieb für eine Schleichfahrt und/oder Tauchfahrt des Unterseeboots ausgelegt und ebenfalls an die Antriebswelle (2) antriebsseitig gekoppelt oder koppelbar ist.
Unterseebootantriebssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede erste, auf den Volllastbetrieb ausgelegte elektrische Maschine (4) mittelbar über ein erstes Getriebe (6) an die Antriebswelle (2) antriebsseitig gekoppelt oder koppelbar ist.
Unterseebootantriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede zweite, auf den Teillastbetrieb ausgelegte elektrische Maschine (5) entweder unmittelbar oder über das erste Getriebe (6) oder über ein zweites Getriebe (19) jeweils mittelbar an die Antriebswelle (2) antriebsseitig gekoppelt oder koppelbar ist. Unterseebootantriebssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede zweite elektrische Maschine (5) an dem ersten Getriebe (6) abgestützt und zusammen mit der oder jeder ersten elektrischen Maschine (4) und dem ersten Getriebe (6) an einem Fundament (12) des Unterseeboots gemeinsam abgestützt ist.
Unterseebootantriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede erste elektrische Maschine (4) und das erste Getriebe (6) an einem gemeinsamen Rahmen (13) gelagert und über den Rahmen (13) an dem Fundament (12) des Unterseeboots gemeinsam abgestützt sind.
Unterseebootantriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Rahmen (13) über Schalldämpfungselemente (14) am Fundament (12) des Unterseeboots angreift.
Unterseebootantriebssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede an dem ersten Getriebe (6) abgestützte zweite elektrische Maschine (5) unmittelbar ohne Übersetzungsstufe an die Antriebswelle (2) gekoppelt oder koppelbar ist.
Unterseebootantriebssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede an dem ersten Getriebe (6) abgestützte zweite elektrische Maschine (5) mittelbar über eine Übersetzungsstufe (9, 10) des ersten Getriebes (6) an die Antriebswelle (2) antriebsseitig gekoppelt oder koppelbar ist. Unterseebootantriebssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgleichskupplung (1 6) zwischen einen Ausgang des ersten Getriebes (6) und ein Drucklager (15) der Antriebswelle (2) geschaltet ist.
. Unterseebootantriebssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede zweite elektrische Maschine (5) entweder direkt oder indirekt über das zweite Getriebe (19) jeweils unabhängig von der oder jeder ersten elektrischen Maschine (4) und unabhängig von dem ersten Getriebe (6) an einem Fundament (12) des Unterseeboots abgestützt ist.
1 1 . Unterseebootantriebssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede zweite elektrische Maschine (5) oder das zweite Getriebe (19) über Schalldämpfungselemente (14) am Fundament (12) des Untersee- boots angreift.
12. Unterseebootantriebssystem nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgleichskupplung (1 6) zwischen die zweite elektrische Maschine (5) oder einen Ausgang des zweiten Getriebes (19) und ein Druck- lager (15) der Antriebswelle (2) geschaltet ist.
13. Unterseebootantriebssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucklager (15) der Antriebswelle (2) in das erste Getriebe (6) integriert ist.
14. Unterseebootantriebssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Getriebe (19) eine Tauchschmierung aufweist.
15. Unterseebootantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung Kupplungen und elektrische Maschinen automatisiert ansteuert, um im Vollastbetrieb die oder jede erste elektrische Maschine (4) und im Teillastbetrieb die oder jede zweite elektrische Maschine (5) als Antriebsquelle automatisch zu nutzen.
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