WO2004028899A1 - Electric boat propulsion system - Google Patents

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WO2004028899A1
WO2004028899A1 PCT/DE2002/003530 DE0203530W WO2004028899A1 WO 2004028899 A1 WO2004028899 A1 WO 2004028899A1 DE 0203530 W DE0203530 W DE 0203530W WO 2004028899 A1 WO2004028899 A1 WO 2004028899A1
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WO
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ship
propulsion system
electric
ship propulsion
motors
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Application number
PCT/DE2002/003530
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German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Andersen
Gerd Meier
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J4/00—Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as ac or dc
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00—Driving of auxiliaries
    • B63J3/04—Driving of auxiliaries from power plant other than propulsion power plant
    • B63J2003/043—Driving of auxiliaries from power plant other than propulsion power plant using shore connectors for electric power supply from shore-borne mains, or other electric energy sources external to the vessel, e.g. for docked, or moored vessels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/42—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ships or vessels

Definitions

  • the invention relates to an electrical ship propulsion system with an on-board electrical system and with at least one electric motor for at least one ship propeller and motors which can be regulated via a ship's automation system, in particular diesel motors, and with at least one generator for the energy supply of the electric motors, the ship propellers and a ship's electrical system ,
  • the soot of the diesel should be avoided when driving slowly.
  • trouble-free operation should also be achieved with a lack of specialist operating personnel.
  • the main task is solved in that the power of the ship propulsion system is generated in the interaction of several relatively small diesel engines, which can be set up distributed in the ship and by the automation system can be operated in a coordinated manner.
  • This solution makes it possible, while avoiding a large, voluminous engine room, to form drive units which, when running in speed ranges which do not lead to sooting, overheating or the like, are able to propel the ship individually even when traveling slowly. This also results in fuel savings compared to the relatively large diesels previously used, which only run in the unfavorable part-load range when traveling slowly.
  • the relatively small diesel engines are e.g. from the area of the trucks by the automation system so controllable and on and off that their operation is always in the speed range required for trouble-free running.
  • This can be achieved on the one hand by the diesel-electric operation with its speed variability and on the other hand by switching engines on or off.
  • a generator with frequency converter can also run at changing speeds of the drive motors in the speed range that is most favorable for the diesel engine from which it is driven.
  • the diesel engines are arranged in drive modules which have at least cooling water connections and connections to a data bus.
  • the drive modules can be installed perfectly on the shipyard without the specialist knowledge of the shipyard personnel. An installation can take place at different points
  • the electric propeller motors which can also be arranged in rudder propellers, but are usually located inside the ship, and the generators are advantageously designed as permanently excited machines. This results in compact, maintenance-free electrical machines. Just like the components of the automation system, the power converters, etc., the motors and generators are also advantageously taken from the general drive technology. This results in special cost advantages, since the number of units manufactured by these facilities is high.
  • the automation system is advantageously carried out via a monitoring and control computer, in which ship operating data, in particular engine operating data, such as setpoints and actual values, are also stored and transferred to a service station as required. This is done either by satellite transmission, e.g. from the high seas, but also via a telephone modem or by exchanging a floppy disk when the ship is in port.
  • ship operating data in particular engine operating data, such as setpoints and actual values
  • the ship will be supplied with electrical energy from fuel cells or battery banks and thus meet the demands for an emission-free berth in the port.
  • the battery banks can also advantageously be used to bridge the acceleration hole that would result when additional smaller diesels were switched on and that occur in particular when using charged diesels. Then the acceleration energy is temporarily removed from the battery banks. Overall, this results in a driving operation that can be achieved by operating a ship equipped with only one or two large diesels.
  • FIGURE 1 is a schematic diagram of the energy generation and distribution in the ship
  • FIGURE 2 the principle of power generation and distribution units
  • FIGURE 3 views of branching gears usable according to the invention.
  • FIGURE 4 shows the scheme of the lifecycle support concept.
  • Module 1 breaks down into individual sub-modules, which each have motor generator sets that can be constructed differently, depending on the requirements in the ship.
  • One motor can drive one generator at a time, but several motors can also drive one generator via branching gears.
  • the propeller motors shown in modules 2 and 3, like module 1 have converters connected to the generators or motors, which are designed according to requirements and are connected to the other modules via a bus system 10. This can be both a CAN bus and another bus known from drive or general industrial technology.
  • the modules 1, 2 and 3 are advantageously connected to one another by a DC voltage intermediate circuit.
  • Module 4 shows the port power generation system with its connection 7 to a land station.
  • Module 9 contains the monitoring and control computer with a communication unit.
  • This module is essential for Lifetime Service.
  • the modules 4, 5, 6, 7 and the battery module 8 are essentially only required in the port. Together with the battery module 8, which can also be supplemented by a fuel cell module (not shown), this results in a port energy supply that can be adapted to the respective regulations in each port.
  • Modules 5 and 6 are necessary for ship operation and allow the use of standard AC on-board components.
  • the individual modules are connected to each other by a DC network, which, like the water cooling system, is illustrated by thick solid lines.
  • the individual modules are identified by brief instructions in English.
  • the bold lines between modules 4, 5, 6 and 7 are AC connections. These are preferably connections at 60 Hz.
  • the total installed power in a typical ship propulsion system formed according to the invention is up to 2000 kW, the individual generators and motors having a power of at least 50 kW. Cummins Caterpillar engines are preferred as diesel engines. pillar or Detroit Diesel used. ELFA units (EPS130-1200) with ELFA inverters from Siemens Transportation Systems are used as electric motors. Together with the automation components from Siemens A&D, the result is a system whose components easily fit together.
  • 11 denotes the two ship propellers, which can be designed as fixed propellers, but can also be rudder propellers.
  • 12 denotes the combined diesel engines and 13 and 14 branching gears, which can be designed differently.
  • 15 and 16 denote generators or electric motors, which can also work with branching gears.
  • FIG. 3 shows two different versions of branching gears, 17 showing a conventionally constructed branching gear and 18 a particularly flat branching gear.
  • Such branching gears are known from general mechanical engineering and have a long service life with good reliability.
  • FIGURE 4 shows the scheme of a lifecycle service and support concept.
  • the name SYS stands for Siemens Yacht Solutions.
  • the communication path is shown schematically, in which the repair and spare part management forms an essential part. Together with the fault diagnosis center, there is a ship operation that is completely problem-free for the owner. It is particularly advantageous that the control and repair routines that have been customary after longer trips can be completely dispensed with.
  • modules shown and described can be supplemented if necessary, e.g. through gas turbine generator modules or fuel cell modules. Then e.g. a training of the ship that enables both a high top speed and emission-free normal operation. This version is particularly advantageous for coast guard boats.

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Abstract

Disclosed is an electric boat propulsion system comprising an on-board power system, at least one electric motor (2, 3) for at least one boat propeller, engines, especially diesel engines (1), which are regulated via a ship-operating automation system, and at least one generator for supplying power to the electric motors (2, 3) of the boat propellers and an on-board power system. The performance of the boat propulsion system is generated by the cooperation of several, relatively small diesel engines which are distributed across the boat and are operated in a mutually synchronized manner by means of the automation system.

Description

Beschreibungdescription
Elektrisches Schiffs-AntriebssystemElectric ship propulsion system
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schiffs-Antriebs- system mit einem Bordnetz und mit zumindest einem Elektromotor für zumindest einen Schiffspropeller und über eine Schiffsbetriebs-Automatisierungsanlage regelbare Motore, insbesondere Dieselmotore, und mit zumindest einem Generator für die Energieversorgung der Elektromotoren, der Schiffspropeller und eines Schiffsbordnetzes.The invention relates to an electrical ship propulsion system with an on-board electrical system and with at least one electric motor for at least one ship propeller and motors which can be regulated via a ship's automation system, in particular diesel motors, and with at least one generator for the energy supply of the electric motors, the ship propellers and a ship's electrical system ,
Aus der vorveröffentlichten Druckschrift der Firma Siemens, Bestell-Nummer E2001-A0060-P510-X-7600, Titel „The Short gui- de to MASTERDRIVES frequency Converters for ships* sind Antriebe für diesel-elektrische Schiffe und Komponenten für ihre Automatisierung bekannt. Die aus dieser Schrift bekannten Antriebe mit ihren Komponenten werden in Schiffen mit üblichen großen Maschinenräumen eingesetzt. Auf die Ausbildung von Yachtantrieben o.a. wird nicht eingegangen. Die Schrift beschreibt außerdem keine Lösung für Schiffe, die längere .Zeit langsam fahren müssen und anschließend längere Zeit Höchstfahrt laufen müssen.Drives for diesel-electric ships and components for their automation are known from the previously published publication by Siemens, order number E2001-A0060-P510-X-7600, title "The Short Guide to MASTERDRIVES frequency converters for ships *. The drives with their components known from this document are used in ships with customary large engine rooms. On the training of yacht drives or the like will not be received. The document also does not describe a solution for ships that have to travel slowly for a long time and then have to run at maximum speed for a longer time.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung für einen störungsfreien Schiffsbetrieb sowohl bei langen Langsamfahrten als auch bei langen Höchstfahrten und unter Vermeidung eines viel Platz im Schiff einnehmenden Maschinenraums zu geben. Dabei soll insbesondere das Verrußen der Diesel bei Langsamfahrt vermieden werden. Darüber hinaus soll ein störungsfreier Betrieb auch bei fehlendem Fach-Bedienungspersonal erreicht werden.It is an object of the invention to provide a solution for trouble-free operation of the ship both during long slow cruises and at long maximum cruises and while avoiding a machine room that takes up a lot of space in the ship. In particular, the soot of the diesel should be avoided when driving slowly. In addition, trouble-free operation should also be achieved with a lack of specialist operating personnel.
Die Hauptaufgabe wird dadurch gelöst, daß die Leistung des Schiffs-Antriebssystems im Zusammenwirken von mehreren relativ kleinen Dieselmotoren erzeugt wird, die im Schiff verteilt aufstellbar sind und durch die Automatisierungsanlage aufeinander abgestimmt betreibbar sind. Durch diese Lösung ist es möglich, unter Vermeidung eines großen, voluminösen Maschinenraums Antriebseinheiten zu bilden, die beim Lauf in Drehzahlbereichen, die nicht zu einem Verrußen, Überhitzen o.a. führen, in der Lage sind, das Schiff auch einzeln bei Langsamfahrt anzutreiben. Dabei ergibt sich auch eine Brennstoffersparnis gegenüber den bisher verwendeten relativ großen Dieseln, die bei Langsamfahrt nur im ungünstigen Teillastbereich laufen.The main task is solved in that the power of the ship propulsion system is generated in the interaction of several relatively small diesel engines, which can be set up distributed in the ship and by the automation system can be operated in a coordinated manner. This solution makes it possible, while avoiding a large, voluminous engine room, to form drive units which, when running in speed ranges which do not lead to sooting, overheating or the like, are able to propel the ship individually even when traveling slowly. This also results in fuel savings compared to the relatively large diesels previously used, which only run in the unfavorable part-load range when traveling slowly.
Erfindungsgemäß sind die relativ kleinen Dieselmotore z.B. aus dem Bereich der Lastkraftwagen von der Automatisierungsanlage derart regelbar sowie zu- und abschaltbar, daß ihr Betrieb stets im für einen störungsfreien Lauf erforderlichen Drehzahlbereich erfolgt. Dies ist einmal durch den dieselelektrischen Betrieb mit seiner Drehzahlvariabilität und zum anderen durch die Einschaltung oder Abschaltung von Motoren erreichbar. So kann stets ein Arbeiten der Diesel in einem Bereich erfolgen, der einen störungsfreien Betriebsablauf er- möglicht. Ein Generator mit Frequenzumrichter kann auch bei wechselnden Drehzahlen der Antriebs otore im für den Dieselmotor, von dem er angetrieben wird, günstigsten Drehzahlbereich laufen.According to the invention, the relatively small diesel engines are e.g. from the area of the trucks by the automation system so controllable and on and off that their operation is always in the speed range required for trouble-free running. This can be achieved on the one hand by the diesel-electric operation with its speed variability and on the other hand by switching engines on or off. This means that the diesel can always work in an area that enables trouble-free operation. A generator with frequency converter can also run at changing speeds of the drive motors in the speed range that is most favorable for the diesel engine from which it is driven.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Dieselmotore in Antriebsmodulen angeordnet sind, die zumindest Kühlwasseranschlüsse und Anschlüsse an einen Datenbus aufweisen. So können die Antriebsmodule werftseitig ohne spezielle Fachkenntnisse des Werftpersonals einwandfrei montiert wer- den. Eine Installation kann an verschiedenen Stellen- desIn an embodiment of the invention it is provided that the diesel engines are arranged in drive modules which have at least cooling water connections and connections to a data bus. In this way, the drive modules can be installed perfectly on the shipyard without the specialist knowledge of the shipyard personnel. An installation can take place at different points
Schiffes, z.B. im sonst nicht genügend genutzten Bug oder im Kielbereich, in Seitentanks etc., erfolgen. So ist eine völlig neue optimale Gestaltung des Innenraums eines kleineren Schiffes möglich. Insbesondere für Yachten, Patrouillenboote etc. ergeben sich erheblich Komfortgewinne in bezug auf die Messe, die Kabinen etc. Es ist im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen, daß mehrere Motore durch Getriebe auf einen Generator wirken können und mehrere Propellermotoren von einem Generator mit Energie versorgt werden. Alle Komponenten können beliebig miteinander kombiniert werden. So kann z.B. die Zahl der Generatoren im Schiff beschränkt und von der geringen Baugröße der Generatoren besonders vorteilhaft Gebrauch gemacht werden. Die elektrischen Propellermotoren, die auch in Ruderpropellern angeordnet sein können, sich in der Regel aber im Schiffsinneren befinden, und die Generatoren werden vorteilhaft als permanent erregte Maschinen ausgebildet. So ergeben sich kompakte wartungsfreie elektrische Maschinen. Ebenso wie die Komponenten des Automatisierungssystems, die Stromrichter etc. werden auch die Motoren und Generatoren vorteilhaft aus der allge- meinen Antriebstechnik genommen. So ergeben sich besondere Kostenvorteile, da die gefertigten Stückzahlen dieser Einrichtungen hoch sind.Ship, for example in the bow which is otherwise not used enough or in the keel area, in side tanks etc. This enables a completely new, optimal design of the interior of a smaller ship. Especially for yachts, patrol boats, etc., there are considerable gains in comfort with regard to the trade fair, the cabins, etc. It is also provided in the context of the invention that a plurality of motors can act on a generator by means of gears and that a plurality of propeller motors are supplied with energy by one generator. All components can be combined with one another as desired. For example, the number of generators in the ship can be limited and the small size of the generators can be used particularly advantageously. The electric propeller motors, which can also be arranged in rudder propellers, but are usually located inside the ship, and the generators are advantageously designed as permanently excited machines. This results in compact, maintenance-free electrical machines. Just like the components of the automation system, the power converters, etc., the motors and generators are also advantageously taken from the general drive technology. This results in special cost advantages, since the number of units manufactured by these facilities is high.
Vorteilhaft wird das Automatisierungssystem über einen Moni- toring-and Control-Rechner geführt, in dem auch Schiffsbetriebsdaten, insbesondere Motorbetriebsdaten, wie Soll- und Istwerte, gespeichert und nach Bedarf an eine Servicestation übergeben werden. Dies erfolgt wahlweise durch eine Satellitenübertragung, z.B. von hoher See aus, aber auch über ein Telefonmodem oder durch den Austausch einer Diskette, wenn das Schiff im Hafen liegt.The automation system is advantageously carried out via a monitoring and control computer, in which ship operating data, in particular engine operating data, such as setpoints and actual values, are also stored and transferred to a service station as required. This is done either by satellite transmission, e.g. from the high seas, but also via a telephone modem or by exchanging a floppy disk when the ship is in port.
Mit den ausgetauschten Schiffsbetriebsdaten kann ein Lifetime Service Concept realisiert werden, das dem Schiffseigner eine optimal hohe Verfügbarkeit des Schiffes ermöglicht. Wartungsarbeitszeiten, Ersatzteilbevorratung und die damit zusammenhängenden Arbeiten können von einer Servicestation vorab geplant und ohne, daß der Eigner damit befaßt wird, durchgeführt werden. So ergibt sich insbesondere für Yachten ein Be- trieb, der den Eigner von allen Arbeiten entlastet, die nicht mit dem Fahren des Schiffes zusammenhängen. Zusammen mit der hohen Betriebssicherheit der im Schiff verteilten kleineren Diesel, die durch den Betrieb dieser Diesel im Bereich höchster Zuverlässigkeit ermöglicht wird, ergibt sich eine bisher unbekannte hohe Betriebssicherheit der erfindungsgemäß ausgerüsteten Schiffe.With the exchanged ship operating data, a Lifetime Service Concept can be realized, which enables the ship owner an optimally high availability of the ship. Maintenance work times, spare parts inventory and the associated work can be planned in advance by a service station and can be carried out without the owner having to deal with it. This results in an operation, especially for yachts, that relieves the owner of all work that is not related to the driving of the ship. Together with the high operational safety of the smaller ones distributed in the ship Diesel, which is made possible by the operation of these diesels in the area of highest reliability, results in a previously unknown high operational reliability of the ships equipped according to the invention.
Für den Hafenbetrieb ist vorgesehen, daß das Schiff aus Brennstoffzellen oder Akkubänken mit elektrischer Energie versorgt wird und so den Forderungen nach einer emissionslosen Liegezeit im Hafen nachkommt. Die Akkubänke können vor- teilhaft auch dafür verwendet werden, das Beschleunigungsloch, das sich beim Zuschalten weiterer kleinerer Diesel ergeben würde und insbesondere bei der Verwendung von aufgeladenen Dieseln auftritt, zu überbrücken. Dann wird vorübergehend die Beschleunigungsenergie aus den Akkubänken entnommen. Insgesamt ergibt sich dann ein Fahrbetrieb, der mit dem Betrieb eines mit nur einem oder zwei großen Dieseln ausgerüstetes Schiffs erreichbar ist.For port operations, it is envisaged that the ship will be supplied with electrical energy from fuel cells or battery banks and thus meet the demands for an emission-free berth in the port. The battery banks can also advantageously be used to bridge the acceleration hole that would result when additional smaller diesels were switched on and that occur in particular when using charged diesels. Then the acceleration energy is temporarily removed from the battery banks. Overall, this results in a driving operation that can be achieved by operating a ship equipped with only one or two large diesels.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert, aus denen, ebenso wie aus den Unteransprüchen, weitere erfinderische Einzelheiten entneh bar sind.The invention is explained in more detail with reference to drawings, from which, as well as from the subclaims, further inventive details can be extracted.
Im Einzelnen zeigen:Show in detail:
FIGUR 1 eine Prinzipdarstellung der Energieerzeugung und- verteilung im Schiff,FIGURE 1 is a schematic diagram of the energy generation and distribution in the ship,
FIGUR 2 das Prinzip der Leistungserzeugung und -verteilungs- Einheiten undFIGURE 2 the principle of power generation and distribution units and
FIGUR 3 Ansichten von erfindungsgemäß verwendbaren Verzweigungsgetrieben sowieFIGURE 3 views of branching gears usable according to the invention and
FIGUR 4 das Schema des Lifecycle-Support-Concepts.FIGURE 4 shows the scheme of the lifecycle support concept.
In FIGUR 1 sind die einzelnen Antriebsmodule mit 1, 2, 3 und 4 bezeichnet. Modul 1 zerfällt dabei in einzelne Teilmodule, die jeweils Motorgeneratorsätze aufweisen, die unterschiedlich aufgebaut werden können, je nachdem, wie die Anforderungen im Schiff sind. So kann jeweils ein Motor einen Generator antreiben, es können aber auch über Verzweigungsgetriebe meh- rere Motoren einen Generator antreiben. Die in den Modulen 2 und 3 gezeigten Propellermotoren weisen ebenso wie das Modul 1 mit den Generatoren bzw. Motoren verbundene Stromrichter auf, die je nach Anforderung ausgestaltet werden und mit den anderen Modulen über ein Bussystem 10 verbunden sind. Hierbei kann es sich sowohl um einen CAN-Bus als auch einen anderen aus der Antriebs- bzw. allgemeinen Industrie-Technik bekannten Bus handeln. Die Module 1, 2 und 3 sind vorteilhaft durch einen Gleichspannungszwischenkreis miteinander verbunden. Im Modul 4 ist das Hafenenergieerzeugungssystem mit seiner Ver- bindung 7 zu einer Landstation gezeigt. Modul 9 enthält den Monitoring- und Control-Rechner mit einer Kommunikationsein- heit. Dieses Modul ist wesentlich für den Lifetime Service. Die Module 4, 5, 6, 7 und das Batteriemodul 8 werden im wesentlichen nur im Hafen benötigt. Zusammen mit dem Batterie- odul 8, das noch durch ein Brennstoffzellenmodul, das nicht gezeigt ist, ergänzt werden kann, ergibt sich dann eine an die jeweiligen Bestimmungen in jedem Hafen anpassbare Hafenenergieversorgung. Die Module 5 und 6 sind für den Schiffsbetrieb notwendig und erlauben es, auch handelsübliche AC- Bordkomponenten einzusetzen. Die einzelnen Module sind durch ein DC-Netz miteinander verbunden, das ebenso wie das Wasserkühlsystem durch dick ausgezogene Linien verdeutlicht wird. Die einzelnen Module sind durch kurze Hinweise in englischer Sprache bezeichnet.In FIGURE 1, the individual drive modules are designated 1, 2, 3 and 4. Module 1 breaks down into individual sub-modules, which each have motor generator sets that can be constructed differently, depending on the requirements in the ship. One motor can drive one generator at a time, but several motors can also drive one generator via branching gears. The propeller motors shown in modules 2 and 3, like module 1, have converters connected to the generators or motors, which are designed according to requirements and are connected to the other modules via a bus system 10. This can be both a CAN bus and another bus known from drive or general industrial technology. The modules 1, 2 and 3 are advantageously connected to one another by a DC voltage intermediate circuit. Module 4 shows the port power generation system with its connection 7 to a land station. Module 9 contains the monitoring and control computer with a communication unit. This module is essential for Lifetime Service. The modules 4, 5, 6, 7 and the battery module 8 are essentially only required in the port. Together with the battery module 8, which can also be supplemented by a fuel cell module (not shown), this results in a port energy supply that can be adapted to the respective regulations in each port. Modules 5 and 6 are necessary for ship operation and allow the use of standard AC on-board components. The individual modules are connected to each other by a DC network, which, like the water cooling system, is illustrated by thick solid lines. The individual modules are identified by brief instructions in English.
Die dick ausgezogenen Linien zwischen den Modulen 4, 5, 6 und 7 sind AC-Verbindungen. Es handelt sich dabei vorzugsweise um Verbindungen mit 60 Hz. Die gesamte installierte Leistung in einem typischen, erfindungsgemäß gebildeten Schiffs-Antriebs- System beträgt bis zu 2000 kW, wobei die einzelnen Generatoren und Motoren mindestens 50 kW Leistung aufweisen. Als Dieselmotoren werden bevorzugt Motoren der Firmen Cummins Cater- pillar oder Detroit Diesel eingesetzt. Als Elektromotoren werden ELFA-Einheiten (EPS130-1200) mit ELFA-Invertern von Siemens Transportation Systems eingesetzt. Zusammen mit den Automatisierungskomponenten von Siemens A&D ergibt sich ein System, dessen Komponenten ohne weiteres zueinander passen.The bold lines between modules 4, 5, 6 and 7 are AC connections. These are preferably connections at 60 Hz. The total installed power in a typical ship propulsion system formed according to the invention is up to 2000 kW, the individual generators and motors having a power of at least 50 kW. Cummins Caterpillar engines are preferred as diesel engines. pillar or Detroit Diesel used. ELFA units (EPS130-1200) with ELFA inverters from Siemens Transportation Systems are used as electric motors. Together with the automation components from Siemens A&D, the result is a system whose components easily fit together.
In FIGUR 2 bezeichnet 11 die beiden Schiffspropeller, die sowohl als Festpropeller ausgeführt sein können, aber auch Ruderpropeller sein können. 12 bezeichnet die zusammengefaßten Dieselmotoren und 13 sowie 14 Verzweigungsgetriebe, die unterschiedlich ausgeführt sein können. 15 und 16 bezeichnen Generatoren bzw. Elektromotoren, die ebenfalls mit Verzweigungsgetrieben zusammenarbeiten können. So ergibt sich ein baukastenartig zusammenstellbares Antriebssystem mit Diesel- motoren, Generatoren und Elektromotoren, das allen Anforderungen an die Leistung und den Raum von kleineren Schiffen, wie Yachten, Patrouillenbooten, Küstenwachschiffen, Fischereifahrzeugen etc. gerecht wird. Wie jedem Fachmann ersichtlich, kann jeweils ein für jede Schiffsgröße und die jeweili- gen Einsatzanforderungen optimales Betriebsverhalten durchIn FIGURE 2, 11 denotes the two ship propellers, which can be designed as fixed propellers, but can also be rudder propellers. 12 denotes the combined diesel engines and 13 and 14 branching gears, which can be designed differently. 15 and 16 denote generators or electric motors, which can also work with branching gears. The result is a modular drive system with diesel engines, generators and electric motors that meets all the requirements for the performance and space of smaller ships such as yachts, patrol boats, coast guard ships, fishing vessels, etc. As can be seen by every specialist, an optimal operating behavior for each ship size and the respective application requirements can be achieved
Zu- und Abschalten sowie Regeln der einzelnen Komponenten erreicht werden. Insgesamt kann dadurch die Zeit zwischen zwei Reparaturintervallen erheblich vergrößert werden, insbesondere wenn ein Monitoring durch eine mit Fachpersonal besetzte Landstation stattfindet. Dann kann das Automatisierungssystem anforderungsgerecht auf die jeweiligen Anforderungen in den unterschiedlichen Fahrtstufen eingestellt werden. Natürlich ist auch eine feste Vorgabe durch ein Optimierungsprogramm möglich. Dieses Optimierungsprogramm wird dann fahrtstufenbe- zogen geschaltet.Switching on and off as well as rules of the individual components can be achieved. Overall, the time between two repair intervals can be increased considerably, especially if monitoring is carried out by a land station staffed with specialist personnel. Then the automation system can be adjusted to the respective requirements in the different speed levels. Of course, a fixed specification is also possible through an optimization program. This optimization program is then switched based on speed level.
In FIGUR 3 werden zwei unterschiedliche Ausführungen von Verzweigungsgetrieben gezeigt, wobei 17 ein konventionell aufgebautes Verzweigungsgetriebe zeigt und 18 ein besonders flach- bauendes Verzweigungsgetriebe. Derartige Verzweigungsgetriebe sind aus dem allgemeinen Maschinenbau bekannt und weisen eine hohe Lebensdauer bei guter Zuverlässigkeit auf. In FIGUR 4 schließlich ist das Schema eines Lifecycle Service und Support Concepts gezeigt. Die Bezeichnung SYS steht dabei für Siemens Yacht Solutions. Schematisch ist der Kommunikationsweg gezeigt, in dem das Repair- and Sparepart-Management einen wesentlichen Teil bildet. Zusammen mit dem Fault- diagnosis-Center ergibt sich ein Schiffsbetrieb, der für den Eigner vollkommen problemlos ist. Von besonderem Vorteil ist, dass die bisher nach längeren Ausfahrten üblichen Control- und Reparaturroutinen vollständig entfallen können.FIG. 3 shows two different versions of branching gears, 17 showing a conventionally constructed branching gear and 18 a particularly flat branching gear. Such branching gears are known from general mechanical engineering and have a long service life with good reliability. Finally, FIGURE 4 shows the scheme of a lifecycle service and support concept. The name SYS stands for Siemens Yacht Solutions. The communication path is shown schematically, in which the repair and spare part management forms an essential part. Together with the fault diagnosis center, there is a ship operation that is completely problem-free for the owner. It is particularly advantageous that the control and repair routines that have been customary after longer trips can be completely dispensed with.
Es versteht sich, dass die gezeigten und beschriebenen Module bedarfsweise ergänzbar sind, z.B. durch Gasturbinen-Generator-Module oder Brennstoffzellenmodule. Dann ergibt sich z.B. eine Ausbildung des Schiffes, die sowohl eine hohe Endge- schwindigkeit ermöglicht als auch einen emissionsfreien Normalfahrbetrieb. Diese Ausführung ist insbesondere für Küsten- wachboote vorteilhaft. It is understood that the modules shown and described can be supplemented if necessary, e.g. through gas turbine generator modules or fuel cell modules. Then e.g. a training of the ship that enables both a high top speed and emission-free normal operation. This version is particularly advantageous for coast guard boats.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem mit einem Bordnetz und mit zumindest einem Elektromotor für zumindest einen Schiffspropeller und über eine Schiffsbetriebs-Automatisie- rungsanlage regelbare Motore, insbesondere Dieselmotore, und mit zumindest einem Generator für die Energieversorgung der Elektromotoren der Schiffspropeller und eines Schiffsbordnetzes, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Leistung des Schiffs-Antriebssystems im Zusammenwirken von mehreren, relativ kleinen, Dieselmotoren erzeugt wird, die im Schiff verteilt aufstellbar und durch die Automatisierungsanlage (9) aufeinander abgestimmt betreibbar sind.1. Electric ship propulsion system with an on-board electrical system and with at least one electric motor for at least one ship propeller and motors which can be regulated via a ship's automation system, in particular diesel engines, and with at least one generator for the power supply of the electric motors of the ship propellers and a ship's electrical system, characterized in that that the power of the ship propulsion system is generated in the interaction of several, relatively small, diesel engines, which can be installed in a distributed manner in the ship and can be operated in a coordinated manner by the automation system (9).
2. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dieselmotoren von der Automatisierungsanläge derart regelbar sowie zu- und abschaltbar sind, daß ihr Betrieb stets im für einen störungsfreien Lauf erforderlichen Drehzahlbereich erfolgt.2. Electric ship propulsion system according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n e e c h n e t that the diesel engines of the automation systems can be controlled and switched on and off so that their operation always takes place in the speed range required for trouble-free operation.
3. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dieselmotore in Antriebsmodulen (1) angeordnet sind, die zumindest Kühlwasseranschlüsse und Anschlüsse an einen Datenbus aufweisen.3. Electric ship propulsion system according to claim 1 or 2, so that the diesel engines are arranged in propulsion modules (1) which have at least cooling water connections and connections to a data bus.
4. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Antriebsmodule (1) busfähige Regler aufweisen.4. Electrical ship propulsion system according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the drive modules (1) have bus-compatible controllers.
5. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach Anspruch 3 oder 4, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Antriebsmodule (1) derart ausgebildet sind, daß sie als schnell installierbare komplette Einheiten an beliebigen Stellen im Schiff aufstellbar sind.5. Electric ship propulsion system according to claim 3 or 4, since you rchgek characterized in that the drive modules (1) are designed such that they as fast installable complete units can be placed anywhere in the ship.
6. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach Anspruch 3, 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Antriebsmodule (1) steckbare Elektroanschlüsse sowie Wasseranschlüsse mit Sehne11kupplungen aufweisen.6. Electric ship propulsion system according to claim 3, 4 or 5, so that the drive modules (1) have pluggable electrical connections and water connections with tendon couplings.
7. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem für Schiffe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es zumindest ein DC-Energieverteilungsnetz aufweist und dass die Motoren und Generatoren vorzugsweise als AC-Maschinen mit va- riabler Frequenz ausgebildet sind.7. Electric ship propulsion system for ships according to one or more of the preceding claims, that a d u r c h g e k e n e z e i c h n e t that it has at least one DC power distribution network and that the motors and generators are preferably designed as AC machines with variable frequency.
8. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mehrere Motore durch ein Getriebe auf einen Generator wirken können.8. Electric ship propulsion system according to one or more of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that multiple motors can act on a generator through a gear.
9. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die An- triebsmodule durch einen CAN-Bus (10), einen Interface- oder einen Profi-Bus mit der Schiffsbetriebs-Automati- sierungsanlage (9) verbunden sind.9. Electric ship drive system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the drive modules are connected to the ship's automation system (9) by a CAN bus (10), an interface bus or a professional bus ,
10. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem für Schiffe nach ei- nem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es zumindest einen Monitoring- und Control-Rechner (9) aufweist, der den Motoren Sollwerte vorgibt und der Schiffsbetriebsdaten, insbesondere Motorbetriebsdaten speichert und nach Be- darf an eine Servicestation übergibt, wahlweise über eine Satellitenverbindung, ein Telefonmodem oder durch den Austausch einer Diskette. 10. Electrical ship propulsion system for ships according to one or more of the preceding claims, characterized in that it has at least one monitoring and control computer (9), which specifies setpoints for the motors and stores the ship's operating data, in particular engine operating data, and according to Be - May be handed over to a service station, either via a satellite connection, a telephone modem or by exchanging a floppy disk.
11. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es für den Hafenbetrieb, aber auch für den Ausgleich plötzlicher E- nergieanforderungen bei Beschleunigung des Schiffes elektrische Speichereinheiten, ZB-Akkumulatoren in einem Batteriemodul (8) aufweist.11. The electrical ship propulsion system according to one or more of the preceding claims, that it has electrical storage units, eg accumulators in a battery module (8) for port operation, but also for the compensation of sudden energy requirements when the ship is accelerating.
12. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach einem oder eh- reren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es für den Hafenbetrieb, zumindest für die Grundlast des Hafenbetriebs, Brennstoffzellen aufweist, die emissionsfrei arbeiten.12. The electric ship propulsion system according to one or more of the preceding claims, that it has fuel cells that work emission-free for port operation, at least for the base load of port operation.
13. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es Schiffspropeller mit hoher Steigung, d.h. auf Höchstfahrt op- timierte, Schiffspropeller aufweist.13. Electric ship propulsion system according to one or more of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that there are ship propellers with a high pitch, i.e. optimized ship propellers at maximum speed.
14. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es in ein Lifetime-Service-Concept eingebunden ist, in dem z.B. Wartungsarbeitszeiten und Ersatzteilbereitstellüng geplant und überwacht werden.14.Electric ship propulsion system according to one or more of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that it is integrated into a lifetime service concept in which e.g. Maintenance working hours and spare parts provision are planned and monitored.
15. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach einem oder meh- reren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Elektromotore und/oder Generatoren, aufweist, die als permanent erregte Maschinen ausgebildet sind.15. An electric ship propulsion system according to one or sev- eral of the preceding claims, characterized in that it comprises electric motors and / or generators, which are configured as permanently excited machines.
16. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach einem oder meh- reren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Komponenten der Automatisierungsanlage und der Antriebsanlage Standardkomponenten, wie Dieselmotore, Elektromotore oder Generatoren von diesel-elektrischen Omnibussen oder anderen Einrichtungen zur Personenbeförderung aufweist.16. Electric ship drive system according to one or more of the preceding claims, characterized in that as components of the automation system and the drive system Standard components, such as diesel engines, electric motors or generators of diesel-electric buses or other facilities for passenger transportation.
17. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es für Schiffe mit einem Geschwindigkeitsanforderungsprofil verwendet wird, das sowohl lange Höchstfahrtstufen als auch lange Langsamfahrtstufen aufweist.17. Electric ship propulsion system according to one or more of the preceding claims, that it is used for ships with a speed requirement profile that has both long maximum speed steps and long slow speed steps.
18. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es als diesel-elektrisches Antriebssystem für schnelle Yachten, Patrouillenboote, Fischereischutzboote oder Fischereifahrzeuge verwendet wird.18. Electric ship propulsion system according to one or more of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that it is used as a diesel-electric propulsion system for fast yachts, patrol boats, fishing protection boats or fishing vessels.
19. Elektrisches Schiffs-Antriebssystem nach einem oder meh- reren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es zumindest ein zusätzliches Gasturbinen-Generator-Modul aufweist, in dem anstelle eines Dieselmotors eine kleine Gasturbine angeordnet ist. 19. Electric ship propulsion system according to one or more of the preceding claims, that a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that it has at least one additional gas turbine generator module in which a small gas turbine is arranged instead of a diesel engine.
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