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Die
Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeugvortriebssystem zum Betreiben
einer Antriebsanlage eines Wasserfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Es
ist eine Antriebsanlage eines Wasserfahrzeuges bekannt, bei der
jeder Motor der Antriebsanlage über
ein Getriebe mit mindestens einer regelbaren Kupplung für eine Vorwärts- oder
eine Rückwärtsfahrt
eine Propellerwelle antreibt. Eine bestimmte Drehzahl der Propellerwelle
kann dadurch herbeigeführt
werden, indem die Motordrehzahl oder der Schlupfgrad einer der Kupplungen
variiert wird. Zur Wahl der Vortriebsrichtung und der Geschwindigkeit
des Wasserfahrzeuges ist zumindest eine Steuerstation vorhanden.
Um die Drehzahl des Motors bzw. die der Propellerwelle zu beeinflussen,
sind diesbezügliche
Steuerungs- und Sensormittel nutzbar.
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Es
ist ferner bekannt, dass von der Brücke eines Wasserfahrzeuges
aus die Motordrehzahl und die Getriebeschaltstellung über einen
auch als Fahrhebel genanten Steuerhebel einer Steuerstation steuerbar
sind. In der Neutralposition dieses Steuerhebels dreht der Motor
bei geöffneter
Kupplung mit Leerlaufdrehzahl. Wird der Steuerhebel um einen bestimmten
Betrag vor oder zurück
ausgelenkt, wird das Getriebe eingekuppelt. Diese drei ausgeprägten Positionen
sind üblicherweise
durch das Einrasten des Steuerhebels in Rastenstufen spürbar. Das
weitere Auslenken des Steuerhebels über seinen Hebelweg erhöht die Motordrehzahl
bei eingekuppeltem Getriebe bis zur Nenndrehzahl. Bei dieser Betriebsart
handelt es sich um einen Schnellfahr-Modus.
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Um
das Wasserfahrzeug langsamer zu bewegen, als es sich aus der Motorleerlaufdrehzahl
und der Getriebeübersetzung
ergibt, kann der sogenannte Langsamfahr-Modus (Trollingbetrieb)
mit schlupfender Kupplung gewählt
werden. Dieser Betriebszustand wird beispielsweise durch eine Taste
am Steuerhebel aktiviert. Bei Betätigung dieser Taste kuppelt das
Getriebe mit großem
Schlupf ein, und über
eine Auslenkung des Steuerhebels wird der Schlupf der Kupplung reduziert.
Zusätzlich
kann die Motordrehzahl geringfügig
erhöht
werden. Dadurch lässt
sich die Geschwindigkeit feinfühlig
einstellen und das Wasserfahrzeug sehr langsam manövrieren.
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Die
EP 0 595 977 B1 offenbart
ein Steuerungssystem einer Antriebsanlage, bei welche ein Antriebsmotor über ein
Getriebe mit einer Propellerwelle in Verbindung steht. Mit diesem
bekannten Steuerungssystem kann die Antriebsanlage eines Wasserfahrzeuges
in der Weise betrieben werden, dass aus zwei möglichen Betriebsmodi ein Betriebsmodus
ausgewählt
wird.
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Bei
einer ersten Betriebsart wird die Kupplung für die Vorwärts- bzw. Rückwärtsfahrt vollständig geschlossen.
Die Fahrtgeschwindigkeit wird dann durch eine Variation der Motordrehzahl
eingestellt. Bei der zweiten Betriebsweise bleibt eine Motordrehzahl
konstant, während
die Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeuges durch den Schlupfgrad
der Kupplungen bestimmt wird. Somit wird, je nachdem welche Betriebsart
vorgewählt
wird, dem Steuerhebel der Steuerstation eine bestimmte Funktion
zugeordnet.
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So
wird bei Vorwahl des Schnellfahr-Modus die Kupplung für die Vorwärtsfahrt
geschlossen. Mit dem Steuerhebel wird dann die Motordrehzahl variiert,
um eine bestimmte Reisegeschwindigkeit einzustellen. Wenn mit der
Steuerstation der Langsamfahr-Modus vorgewählt wird, ändert sich die dem Steuerhebel
zugeordnete Funktion. Solange dieser Modus gewählt ist, wird der Motor mit
einer bestimmten, gleichbleibenden Drehzahl betrieben. Dabei wird die
Fahrgeschwindigkeit über
den Steuerhebel in der Weise variiert, dass der Schlupfgrad der
Kupplung des Getriebes mehr oder weniger groß gewählt wird. Über den Schlupfgrad der Kupplung
wird somit die Drehgeschwindigkeit der Propellerwelle eingestellt.
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Der
Nachteil dieses bekannten Steuerungssystems liegt darin, dass kein
direkter Übergang
zwischen den beiden Geschwindigkeitsmodi möglich ist. Wird der andere
Geschwindigkeitsmodus benötigt, so
muss der Steuerhebel zunächst
in die Neutral-Stellung zurückgenommen
werden, anschließend
der neue Betriebsmodus gewählt
und dann der Steuerhebel wieder in die ursprüngliche Richtung bewegt werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zu zeigen, wie mit geringen
konstruktiven Aufwand der gesamte Geschwindigkeitsbereich des Wasserfahrzeuges
ohne Umschaltung des Betriebszustandes über die Auslenkung des Steuerhebels einstellbar
ist.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs,
während
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den
Unteransprüchen
entnehmbar sind.
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Die
Erfindung betrifft demnach ein Wasserfahrzeugvortriebssystem zum
Betreiben einer Antriebsanlage eines Wasserfahrzeuges, mit mindestens
einem Motor, der über
ein Getriebe mit mindestens einer regelbaren Kupplung für eine Vorwärts- und
Rückwärtsfahrt
eine Propellerwelle antreibt, einer Baueinheit zum Steuern der Motordrehzahl
und des Schlupfgrades der mindestens einen Kupplung, und mit mindestens
einer Steuerstation zur Wahl der Vortriebsrichtung und Geschwindigkeit
des Wasserfahrzeuges in Ansprechen auf eine Auslenkung mindestens
eines Steuerhebels, wobei der Steuerhebel für einen Vorwärtsbetrieb
von einer Neutralposition bis zu einer Vorwärts- Maximalposition (Vor-Max) und für einen
Rückwärtsbetrieb
von der Neutralposition bis zu einer Rückwärts-Maximalposition (Rück-Max) auslenkbar
ist, sowie die Antriebsanlage mindestens in einem Schnellfahr-Modus
und einem Langsamfahr-Modus betreibbar ist, wobei im Schnellfahr-Modus
die Kupplung vollständig
eingekuppelt und im Langsamfahr-Modus eine Veränderung des Schlupfgrades der
Kupplung herbeiführbar
ist.
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Zudem
ist zur Lösung
der gestellten Aufgabe vorgesehen, dass der Langsamfahr-Modus und
der Schnellfahr-Modus zu einem Kombinier-Modus zusammengefasst sind,
bei welchem die Antriebsanlage im Vorwärts- beziehungsweise Rückwärtsbetrieb bei
einer Auslenkung des Steuerhebels von der Neutralposition bis hin
zu einer Umschaltposition (Vor-Umschalt, Rück-Umschalt) im Langsamfahr-Modus, und
bei einer Auslenkung des Steuerhebels von der Umschaltposition (Vor-Umschalt, Rück-Umschalt)
bis hin zur Vorwärts- und/oder Rückwärts-Maximalposition
(Vor-Max, Rück-Max)
im Schnellfahr-Modus
betreibbar ist.
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Durch
ein derartiges Wasserfahrzeugvortriebssystem ist ein direkter Übergang
zwischen den Geschwindigkeitsbereichen möglich, ohne dass der Steuerhebel
auf Neutral zurückgestellt,
der neue Betriebszustand gewählt
und der Steuerhebel wieder in die ursprüngliche Richtung bewegt zu
werden braucht. Dadurch wird dem Bediener der Antriebsanlage die
Arbeit wesentlich erleichtert.
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Vorzugsweise
enthält
die Steuerstation mindestens eine Rastvorrichtung, welche an der
Umschaltposition bereitgestellt ist. Die Nichtlinearität (Wasserfahrzeugsgeschwindigkeit/Fahrhebelweg) an
dieser Position könnte
sonst bei zügigem Überfahren
unvorteilhaft zu einer unerwarteten Geschwindigkeitserhöhung führen.
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In
einer bevorzugten Variante bewirkt diese Rastvorrichtung, dass der
Steuerhebel an der Umschaltposition nur gegen einen mechanischen
Widerstand weiter auslenkbar ist. Somit erfährt der Bediener intuitiv,
ab welcher Auslenkposition des Steuerhebels der Langsamfahr-Modus
in den Schnellfahr-Modus übergeht.
Dadurch wird die passive Sicherheit weiter erhöht.
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Vorzugsweise
enthält
die Rastvorrichtung ein Federelement, welches den Steuerhebel in
der Umschaltposition zentriert. Durch diese Ausgestaltung muss der
Bediener gegen einen erhöhten
Widerstand zur Auslenkung des Steuerhebels angehen, um vom Langsamfahr-Modus
in den Schnellfahr-Modus zu gelangen.
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Vorzugsweise
ist eine optische und/oder akustische Signalisiervorrichtung an
der Steuerstation vorhanden, welche bei der Auslenkung des Steuerhebels
mindestens ab der Umschaltposition ein optisches und/oder akustisches
Signal an den Bediener ausgibt. Somit kann der Bediener zusätzlich mittels einer
Signalisierung erfahren, ab welcher Auslenk-Position des Steuerhebels
der Langsamfahr-Modus in den Schnellfahr-Modus übergeht.
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Die
Erfindung lässt
sich anhand eines Ausführungsbeispiels
weiter erläutern.
Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt
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1 eine
Seitenansicht einer Steuerstation mit einem Steuerhebel in einer
Ausführungsform
gemäß der Erfindung,
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2 eine
schematische Darstellung eines Wasserfahrzeugsvortriebsystems zum
Betreiben einer Antriebsanlage eines Wasserfahrzeuges,
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3 ein
Diagramm hinsichtlich des Verlaufs von Motordrehzahl und Propellerdrehzahl
in Abhängigkeit
von der Auslenkung des Steuerhebels im Schnellfahr-Modus gemäß dem Stand
der Technik,
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4 ein
Diagramm hinsichtlich des Verlaufs von Motordrehzahl und Propellerdrehzahl
in Abhängigkeit
der Auslenkung des Steuerhebels im Langsamfahr-Modus gemäß dem Stand
der Technik, und
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5 ein
Diagramm hinsichtlich des Verlaufs von Motordrehzahl und Propellerdrehzahl
in Abhängigkeit
der Auslenkung des Steuerhebels im Kombinier-Modus in einer Ausführungsform
gemäß der Erfindung.
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1 zeigt
demnach eine Seitenansicht einer Steuerstation 1 mit einem
Steuerhebel 2 in einer möglichen Ausführungsform
der Erfindung. In der Neutralposition (Neutral) befindet sich der
Antriebsmotor im Leerlauf und dreht mit seiner Leerlaufdrehzahl.
Für einen
Vorwärtsbetrieb
ist der Steuerhebel 2 von der Neutralposition (Neutral)
bis zu einer Vorwärts-Maximalposition
(Vor-Max) auslenkbar, während
derselbe für
einen Rückwärtsbetrieb
von der Neutralposition (Neutral) bis zu einer Rückwärts-Maximalposition (Rück-Max)
bewegbar ist. Zwischen diesen maximalen Auslenkungspositionen werden erfindungsgemäß zwei Betriebs-Modi
durchfahren, nämlich
der Langsamfahr-Modus und der Schnellfahr-Modus.
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Die
Antriebsanlage ist im Vorwärts-
beziehungsweise Rückwärtsfahrbetrieb
bei einer Auslenkung des Steuerhebels 2 von der Neutralposition (Neutral)
bis hin zu einer Umschaltposition (Vor-Umschalt, Rück-Umschalt)
im Langsamfahr-Modus, sowie bei einer Auslenkung des Steuerhebels 2 von
der Umschaltposition (Vor-Umschalt, Rück-Umschalt) bis hin zur Vorwärts- bzw.
Rückwärts-Maximalposition (Vor-Max,
Rück-Max)
im Schnellfahr-Modus betreibbar.
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In
einer nicht dargestellten Ausführungsform der
Erfindung kann die Steuerstation 1 mindestens eine Rastvorrichtung
enthalten, welche an der Umschaltposition (Vor-Umschalt, Rück-Umschalt)
ausgebildet ist. Dabei kann die Rastvorrichtung bewirken, dass der
Steuerhebel 2 an der Umschaltposition (Vor-Umschalt, Rück-Umschalt)
nur gegen einen mechanischen Widerstand weiter auslenkbar ist. In
einer Ausführungsform
kann die Rastvorrichtung dazu ein positionszentrierendes Federelement
für den Steuerhebel 2 enthalten.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann eine optische und/oder akustische Signalisiervorrichtung an
der Steuerstation 1 vorhanden sein, welche bei der Auslenkung
des Steuerhebels 2 mindestens ab der Umschaltposition (Vor-Umschalt,
Rück-Umschalt)
eine optische und/oder akustische Signalisierung an den Bediener
ausgibt.
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In 2 ist
in schematischer Darstellung ein Wasserfahrzeugvortriebssystem zum
Betreiben einer Antriebsanlage eines Wasserfahrzeuges dargestellt.
Die Antriebsanlage wird über
die Steuerstation 1 mittels des Steuerhebels 2 (hier
nicht dargestellt) gesteuert. Die Antriebsanlage hat mindestens
einen Motor, dessen Abtriebswelle ein Getriebe 3 antreibt. Innerhalb
des Getriebes 3 sind in nicht näher dargestellter Weise Zahnräder angeordnet,
die miteinander kämmend
in Antriebsverbindung stehen. Ferner ist mindestens eine Kupplung 4 vorhanden.
Diese Kupplung 4 kann in mehreren Schaltzuständen betrieben
werden, wobei diese entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen
ist, oder sie wird in einem geregelten Schlupfbetrieb betrieben.
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Bei
der Kupplung 4 handelt es sich vorzugsweise um eine hydraulisch
betätigbare,
nasslaufende Lamellenkupplung. Mit Hilfe eines Kupplungs-Druckstellers 5 kann
der Schlupfgrad der Kupplung 4 eingestellt werden. Vom Getriebe 3 führt eine
Propellerwelle 6 zu einem Propeller 7, der für den Vortrieb
des Wasserfahrzeuges sogt.
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Die
Drehzahl der Abtriebswelle des Motors kann über einen Drehzahlsensor 8 erfasst
werden. Ein weiterer Drehzahlsensor 9 ist der Propellerwelle 6 zugeordnet,
um auch deren Drehzahl zu erfassen. Mit einem Fahrtrichtungssteller 10 ist
das Getriebe 3 von Vorwärtsfahrt
auf Rückwärtsfahrt
umschaltbar. Ein Temperatursensor 11 überwacht zudem die Betriebstemperatur
der Kupplung 4.
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Die
Drehzahlsensoren 8 und 9, der Kupplungsdrucksteller 5 und
der Fahrtrichtungssteller 10 sind mit der Steuerstation 1 über geeignete
Signalübertragungsmittel
verbunden. Das Getriebe 3 mit den Sensor- und Steuermitteln 8, 9, 11 sowie 5 und 10 können zu
einer Baueinheit 13 zusammengefasst sein. Die Steuerstation 1 ist über eine
Leitung 14, beispielsweise eine normale elektrische Leitung
oder eine Datenbusleitung, an eine Steuereinheit 15 angeschlossen.
In die Leitung 14 mündet
hier auch ein Anschluss eines Sensors 16 für die Wasserfahrzeugsgeschwindigkeit
sowie ein Anschluss für
einen Systemstecker 17, an den bedarfsweise ein Gerät zur Systemdiagnose
angeschlossen werden kann.
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Die
Steuereinheit 15 umfasst eine Reihe von Kontroll-, Schalt-
und Stellelementen. im Einzelnen handelt es sich hierbei um einen
Befehlsgeber 18 für die
Fahrtrichtung, einen Sollwertgeber 19 für die Drehzahl der Propellerwelle 6 im
Langsamfahr-Modus (Trolling-Modus), eine Kontrolllampe 20,
die dem Wasserfahrzeugsführer
den ordnungsgemäßen Betrieb
der Antriebsanlage anzeigt, sowie zwei Warnleuchten 21 und 22,
die Abweichungen vom ordnungsgemäßen Betrieb
signalisieren. Zudem können weitere
Kontroll-, Schalt- und Stellelemente 23 bis 26 vorgesehen
sein, ausgebildet beispielsweise als Notschal ter sowie als Schalter,
mit dem die elektrische Stromversorgung einschaltbar ist.
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Ein
wesentliches Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, dass der
Langsamfahr-Modus und der Schnellfahr-Modus zu einem Kombinier-Modus zusammengefasst
sind. Diese Modi können
mittels der in 1 detaillierter dargestellten
Steuerstation 1 durch Bedienen des Steuerhebers 2 eingestellt
werden. Somit kann die Antriebsanlage im Vorwärts- und/oder Rückwärtsbetrieb
bei einer Auslenkung des Steuerhebels 2 von der Neutralposition
(Neutral) bis hin zu einer Umschaltposition (Vor-Umschalt; Rück-Umschalt)
im Langsamfahr-Modus, und bei einer Auslenkung des Steuerhebels 2 von
der Umschaltposition (Vor-Umschalt, Rück-Umschalt) bis hin zur Vorwärts- bzw.
Rückwärts-Maximalposition (Vor-Max,
Rück-Max)
im Schnellfahr-Modus betrieben werden.
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3 zeigt
ein Diagramm über
den Verlauf von Motordrehzahl und Propellerdrehzahl [rpm] in Abhängigkeit
von der Auslenkung des Steuerhebels im Schnellfahr-Modus gemäß dem Stand
der Technik. Wird der Steuerhebel um eine bestimmte Auslenkung vor-
oder zurückgeschwenkt,
so wird das Getriebe eingekuppelt. Diese drei ausgeprägten Stellungen
sind üblicherweise
durch Rasten spürbar.
Der weitere Hebelweg erhöht
die Motordrehzahl bzw. Propellerdrehzahl bei eingekuppeltem Getriebe
bis zu dessen Nenndrehzahl.
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4 zeigt
ebenfalls ein Diagramm über
den Verlauf von Motordrehzahl und Propellerdrehzahl [rpm] in Abhängigkeit
von der Auslenkung des Steuerhebels im Langsamfahr-Modus gemäß dem Stand der
Technik. Um das Wasserfahrzeug langsamer zu bewegen, als es sich
aus der Motorleerlaufdrehzahl und der Getriebeübersetzung ergibt, kann der
Langsamfahr-Modus mit schlupfender Kupplung im Getriebe gewählt werden.
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Dieser
Betriebszustand wird gemäß dem Stand
der Technik wie eingangs detailliert erläutert durch Betätigen einer
Taste an der Steuerstation aktiviert. Daraufhin kuppelt das Getriebe
mit großem Schlupf
ein, und anschließend
wird über
den Steuerhebelweg der Schlupf der Kupplung reduziert. Zusätzlich kann
die Motordrehzahl geringfügig
erhöht werden.
Der 4 ist deutlich entnehmbar, dass die Propellerdrehzahl
bei konstanter Motordrehzahl mit der Auslenkung des Steuerhebels
ansteigt. Dadurch lässt
sich die Geschwindigkeit sehr feinfühlig einstellen und das Wasserfahrzeug
sehr langsam manövrieren.
Dieser Modus wird insbesondere beim Eindocken in Hafenanlagen gewählt.
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5 zeigt
ein Diagramm über
den Verlauf von Motordrehzahl und Propellerdrehzahl [rpm] in Abhängigkeit
von der Auslenkung des Steuerhebels im Kombinier-Modus gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung. Hierbei wird der Steuerhebelweg von der Neutral-Position
bis hin zur Maximalposition (Vor-Max,
Rück-Max)
aufgeteilt, indem jeweils eine Umschaltposition (Vor-Umschalt, Rück-Umschalt) dazwischen
gesetzt ist. Der erste Teil von der Neutral-Position (Neutral) bis
zur Umschaltposition (Vor-Umschalt, Rück-Umschalt) erlaubt den Langsamfahr-Modus.
Hier kuppelt das Getriebe mit großem Schlupf ein und über den
Steuerhebelweg bzw. die Auslenkung des Steuerhebels wird der Schlupf reduziert.
Zusätzlich
kann die Motordrehzahl geringfügig
erhöht
werden.
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Ab
der Umschaltposition (Vor-Umschalt, Rück-Umschalt) bis zur Maximalposition
(Vor-Max, Rück-Max)
hingegen wird das Getriebe vollständig eingekuppelt und nur noch
die Motordrehzahl erhöht. Wie 5 zeigt,
ist das Verhältnis
von Motordrehzahl und Propellerdrehzahl in dieser Ausführungsform, entgegen
dem Stand der Technik, nicht proportional zur Auslenkung des Steuerhebels,
welches in der neuen Steuerungsweise begründet ist.
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Dadurch
kann ohne Umschaltung des Betriebszustandes der gesamte Geschwindigkeitsbereich
des Wasserfahrzeugs über
den Schalthebelweg eingestellt werden. Somit ist ein direkter Übergang
zwischen den verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen möglich. Wird
ein anderer Geschwindigkeitsbereich gewünscht, so braucht nun nicht mehr
wie bisher der Schalthebel in die Neutral-Stellung zurückgeführt, der
neue Betriebszustand gewählt
und der Schalthebel wieder in die ursprüngliche Richtung bewegt zu
werden.
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- 1
- Steuerstation
- 2
- Steuerhebel
- 3
- Getriebe
- 4
- Kupplung
- 5
- Kupplungs-Drucksteller
- 6
- Propellerwelle
- 7
- Propeller
- 8
- erster
Drehzahlsensor
- 9
- zweiter
Drehzahlsensor
- 10,
11
- Sensor-
und Steuermittel
- 13
- Baueinheit
- 14
- Leitung
- 15
- Steuereinheit
- 16
- Sensor
- 17
- Systemstecker
- 18
- Befehlsgeber
- 19
- Sollwertgeber
- 20
- Kontrolllampe
- 21
- Warnlampe
- 22
- Warnlampe
- 23
- Kontroll-,
Schalt-, Stellelement
- 24
- Kontroll-,
Schalt-, Stellelement
- 25
- Kontroll-,
Schalt-, Stellelement
- 26
- Kontroll-,
Schalt-, Stellelement