Verfahren zum Betreiben eines Schiffsantriebssystems und Schiffsantriebssystem

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben eines Schiffsantriebssystems und ein Schiffsantriebssystem.

Ein Schiffsantriebssystem eines Schiffs verfügt über einen Schiffsmotor, optional ein Getriebe, eine Propellerwelle und einen Propeller. Das Getriebe ist zwischen den Schiffsmotor und die Propellerwelle bzw. den mit der Propellerwelle gekoppelten Propeller geschaltet, nämlich derart, dass das Getriebe eine Drehzahl und ein Drehmoment einer Motorwelle des Schiffsmotors in eine Drehzahl und ein Drehmoment der Propellerwelle wandelt. Es ist bereits bekannt, dass der Propeller eines Schiffsantriebssystems als Verstellpropeller ausgebildet sein kann, wobei bei einem Verstellpropeller derselbe zur Einstellung eines Pitchwinkels des Verstellpropellers verstellt werden kann. Ziel des Schiffsantriebssystemes ist es, eine Antriebsleistung zu erzeugen, die der gewünschten Schiffsgeschwindigkeit des Be- dieners entspricht.

Zum Betreiben eines Schiffsantriebssystems ist es grundsätzlich bekannt, abhängig von einer bedienerseitigen Antriebsanforderung an das Schiffsantriebssystem steuerungsseitig und automatisch auf Grundlage eines Verstellpropeller-Kennfelds eine Soll-Drehzahl für die Propellerwelle und einen Soll-Pitchwinkel für den Verstellpropeller zu bestimmen. Abhängig von der bedienerseitigen Antriebsanforde- rung sowie abhängig von der Soll-Drehzahl für die Propellerwelle wird ferner steuerungsseitig und automatisch auf Grundlage eines Schiffsmotor-Kennfelds ein Soll-Betriebspunkt für den Schiffsmotor bestimmt, nämlich eine Soll-Drehzahl und ein Soll-Moment, die der Schiffsmotor zur Erfüllung der bedienerseitigen Antriebsanforderung unter Berücksichtigung der Soll-Drehzahl für die Propellerwelle aufbringen muss. Mit der obigen, aus der Praxis bekannten Vorgehensweise zum Betreiben eines Schiffsantriebssystems kann eine bedienerseitige Antriebsanforderung automatisch steuerungsseitig in entsprechende Betriebsparameter für den Verstellpropel- ler sowie Betriebsparameter für den Schiffsmotor umgesetzt werden. Es besteht jedoch Bedarf daran, den Kraftstoffverbrauch eines Schiffsantriebssystems weiter zu reduzieren.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines Schiffsantriebssystems und ein

Schiffsantriebssystem zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Schiffsantriebssystems nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird abhängig von einer gemessenen Ist-Drehzahl und einem gemessenen Ist-Moment ein Ist-Betriebspunkt des Schiffsmotor bestimmt, wobei abhängig vom Ist-Betriebspunkt des Schiffsmotors steuerungsseitig und automatisch auf Grundlage des Verstellpropeller-Kennfelds und des Schiffsmotor-Kennfelds überprüft wird, ob bei gleichbleibender Antriebsleistung die Soll-Drehzahl für die Propellerwelle und der Soll-Pitchwinkel des Verstellpropellers unter Verringerung eines Kraftstoffverbrauchs des Schiffsmotors veränderbar sind, wobei dann, wenn dies möglich ist, die Soll-Drehzahl für die Propellerwelle, der Soll-Pitchwinkel des Verstellpropellers und der Soll-Betriebspunkt des Schiffsmotors angepasst werden.

Mit der Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, einen sich tatsächlich ausbildenden Ist-Betriebspunkt des Schiffsmotors auf Grundlage einer gemessenen Ist- Drehzahl und eines gemessenen Ist-Moments des Schiffsmotors zu bestimmen. Abhängig von dem Ist-Betriebspunkt wird dann steuerungsseitig und automatisch überprüft, ob bei gleichbleibender Antriebsleistung der Kraftstoffverbrauch des Schiffsmotors verringert werden kann, nämlich über eine Anpassung der Soll- Drehzahl sowie des Soll-Pitchwinkels für den Verstellpropeller und damit auch un- ter Anpassung des Soll-Betriebspunkts des Schiffsmotors. Hierdurch kann ein Schiffsantriebssystem unter Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und demnach unter Optimierung des Wirkungsgrads betrieben werden. Vorzugsweise wird die Ist-Drehzahl des Schiffsmotors über einen Drehzahlsensor und/oder das Ist-Moment des Schiffsmotors über einen Drehmomentsensor gemessen. Hiermit kann der Ist-Betriebspunkt des Schiffsmotors einfach und zuver- lässig messtechnisch erfasst werden.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird ferner die zur Wasserströmung relative Schiffsgeschwindigkeit gemessen, wobei abhängig von der Schiffsgeschwindigkeit ein Grenzwert für den Soll-Pitchwinkel des Verstellpropellers bestimmt wird, um Kavitationen des Verstellpropellers zu vermeiden. Die zusätzliche Berücksichtigung einer gemessenen Schiffsgeschwindigkeit erlaubt einen besonders vorteilhaften Betrieb des Schiffsantriebssystems unter Vermeidung von Kavitationen des Verstellpropellers.

Das Schiffsantriebssystem ist in Anspruch 5 definiert.

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 Schema eines Schiffsantriebssystems.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schiffsantriebssystems sowie ein Schiffsantriebssystem. Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Schiff 10 im Bereich eines Schiffsantriebssystems 1 1 . Das Schiffsantriebssystem 1 1 um- fasst einen Schiffsmotor 12, der an einer Motorwelle 13 eine Drehzahl und ein Drehmoment bereitstellt, nämlich abhängig vom Betriebspunkt des Schiffsmotors 12. Das Schiffsantriebssystem 1 1 verfügt weiterhin über einen mit einer Propeller- welle 14 gekoppelten Verstellpropeller 15. Am Verstellpropeller 15 kann insbesondere ein sogenannter Pitchwinkel eingestellt werden.

Optional verfügt das Schiffsantriebssystem über ein Getriebe 1 6. Das Getriebe 1 6 ist zwischen den Verstellpropeller 15 und den Schiffsmotor 12, nämlich zwischen die Propellerwelle 14 und die Motorwelle 13, geschaltet, wobei das Getriebe 1 6 Drehzahlen der Motorwelle 13 und Drehmomente der Motorwelle 13 in Drehzahlen und Drehmomente der Propellerwelle 14 wandelt.

Fig. 1 zeigt weiterhin als Bestandteil einer Steuerungseinrichtung 17 des Schiffsantriebssystems ein Bedienterminal 18, an welcher ein Bediener 19 eine bedie- nerseitige Antriebsanforderung an das Schiffsantriebssystem 1 1 vorgeben kann. Abhängig von der bedienerseitigen Antriebsanforderung an das Schiffsantriebssystem 1 1 wird steuerungsseitig und automatisch von der Steuerungseinrichtung 17 auf Grundlage eines in der Steuerungseinrichtung 17 hinterlegten Verstellpropeller-Kennfelds eine Soll-Drehzahl für die Propellerwelle 14 und ein Soll- Pitchwinkel für den Verstellpropeller 15 bestimmt. Weiterhin wird abhängig von der bedienerseitigen Antriebsanforderung und abhängig von der Soll-Drehzahl der Propellerwelle 14 steuerungsseitig und automatisch von der Steuerungseinrich- tung 17 auf Grundlage eines in derselben hinterlegten Schiffsmotor-Kennfelds ein Soll-Betriebspunkt für den Schiffsmotor 12 bestimmt, nämlich eine Soll-Drehzahl und ein Soll-Drehmoment, welches der Schiffsmotor 12 an seiner Motorwelle 13 bereitstellen muss, um unter Berücksichtigung der aus dem Verstellpropeller- Kennfeld ermittelten Betriebsparameter die bedienerseitige Antriebsanforderung zu erfüllen bzw. bereitzustellen.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird abhängig von einer gemessenen Ist-Drehzahl des Schiffsmotors 12 und abhängig von einem gemessenen Ist- Drehmoment des Schiffsmotors 12 ein Ist-Betriebspunkt des Schiffsmotors 12 be- stimmt. Hierzu ist dem Schiffsmotor 12, nämlich der Motorwelle 13 desselben, einerseits ein Drehzahlsensor 20 und andererseits an Drehmomentsensor 21 zuge- ordnet, um das vom Schiffsmotor 12 an seiner Motorwelle 13 bereitgestellte Drehmoment sowie die an der Motorwelle 13 bereitgestellte Drehzahl messtechnisch zu erfassen.

Abhängig vom gemessenen Ist-Moment und der gemessenen Ist-Drehzahl kann dann der Ist-Betriebspunkt des Schiffsmotors 12 bestimmt werden, nämlich eine vom Schiffsmotor 12 bereitgestellte Ist-Leistung.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass abhängig von dem ermittelten Ist-Betriebspunkt des Schiffsmotors 12 steuerungsseitig und automatisch von der Steuerungseinrichtung 17 auf Grundlage des in derselben hinterlegten Verstellpropeller-Kennfelds sowie auf Grundlage des ebenfalls in derselben hinterlegten Schiffsmotor-Kennfelds überprüft wird, ob bei gleichbleibender Antriebsleistung des Schiffsantriebssystems 1 1 die Soll-Drehzahl für die Propellerwelle 14 und der Soll-Pitchwinkel für den Verstellpropeller 15 unter Verringerung des Kraftstoffverbrauchs des Schiffsmotors 12 verändert werden kann, insbesondere dadurch, dass die Drehzahl der Propellerwelle 14 reduziert und der Pitchwinkel des Verstellpropellers 15 erhöht wird. Da eine veränderte Soll-Drehzahl für die Propellerwelle 14 Auswirkungen auf den Betriebspunkt des Schiffsmotors 12 hat, erfolgt diese Überprüfung unter Verwendung des Schiffsmotor-Kennfelds sowie des Verstellpropeller Kennfelds.

Dann, wenn aus der obigen Überprüfung folgt, dass bei gleichbleibender Antriebsleistung des Schiffsantriebssystems 1 1 eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs des Schiffsmotors 12 unter Veränderung der Soll-Drehzahl der Propellerwelle 14 und eine Veränderung des Soll-Pitchwinkels für den Verstellpropeller 15 möglich ist, werden die Soll-Drehzahl der Propellerwelle 14 und der Soll-Pitchwinkel des Verstellpropellers 15 entsprechend angepasst, nämlich unter entsprechender Anpassung des Betriebspunkts des Schiffsmotors 12, um denselben unter Verringe- rung seines Kraftstoffverbrauchs zu betreiben. Sollte dies jedoch nicht möglich sein, so werden die Soll-Drehzahl der Propellerwelle 14, der Soll-Pitchwinkel des Verstellpropellers 15 und der Betriebspunkts des Schiffsmotors 12 nicht ange- passt.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, ferner die re- lative Schiffsgeschwindigkeit zu messen. Abhängig von der Schiffsgeschwindigkeit wird ein Grenzwert für den Soll-Pitchwinkel des Verstellpropellers 15 bestimmt, um Kavitationen des Verstellpropellers 15 zu vermeiden. Die Anpassung des Soll- Pitchwinkels sowie der Soll-Drehzahl von Verstellpropeller 15 bzw. Propellerwelle 14 abhängig vom ermittelten Ist-Betriebspunkt des Schiffsmotors erfolgt dann un- ter Berücksichtigung eines von der Schiffsgeschwindigkeit abhängigen Grenzwerts für den Soll-Pitchwinkel, um Kavitationen des Verstellpropellers 15 zu vermeiden.

Mit der Erfindung kann ein Schiffsantriebssystem optimal unter Verringerung des Kraftstoffverbrauchs betrieben werden. Zumindest werden ein Drehmoment des Schiffsmotors 12 und eine Drehzahl desselben messtechnisch erfasst. Vorzugsweise wird weiterhin eine Schiffsgeschwindigkeit messtechnisch erfasst, um Kavitationen am Verstellpropeller 15 auszuschließen.

Die Erfindung kommt insbesondere bei Schiffsantriebssystemen zum Einsatz, de- ren Schiffsmotor als Common-Rail-Schiffsdieselbrennkraftmaschine ausgeführt ist.

Bezugszeichenliste

Schiff

Schiffsantriebssystem

Schiffsmotor

Motorwelle

Propellerwelle

Verstellpropeller

Getriebe

Steuerungseinrichtung

Bedienterminal

Bediener

Drehzahlsensor

Drehmomentsensor