DE102005001817A1

DE102005001817A1 - Motorwasserfahrzeug mit einer Steuereinrichtung

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Publication number: DE102005001817A1
Application number: DE102005001817A
Authority: DE
Original assignee: Rotinor GmbH
Current assignee: Cayago Tec GmbH
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2025-01-14
Also published as: WO2006074896A1; UA92336C2; DK1838571T3; AU2006205932A1; MX2007008367A; CA2594772C; ATE527165T1; CA2594772A1; BRPI0606638A2; KR101276784B1; BRPI0606638B1; RU2381950C2; EP1838571A1; IL184546A; KR20070100961A; AU2006205932B2; EP1838571B1; ES2375148T3; JP2008529866A; JP4755653B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Motorwasserfahrzeug mit einer Steuereinrichtung und mit einer Antriebseinheit, die eine durch einen Elektromotor angetriebene Wasserschraube aufweist, wobei der Elektromotor, eine Bedieneinheit, eine Motorsteuerung, eine Akkumulatorsteuerung und ein Akkumulator in einem Fahrzeugrumpf angeordnet sind und wobei die Wasserschraube in einem Strömungskanal in dem Fahrzeugrumpf angeordnet ist. Um dabei die steuernden und anzusteuernden Komponenten mittels einer Systemarchitektur, einem Systembus und einem Mensch - Maschine - Interface zu verbinden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bedieneinheit, die Motorsteuerung und die Akkumulatorsteuerung mittels einer über die Steuereinrichtung gesteuerten Kommunikationseinrichtung in Datenverbindung gebracht sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Datenübertragung besonders störungssicher ist, eine ständige Überwachung der Systemkomponenten durchgeführt und bei Bedarf eine Not-Abschaltung vorgenommen werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Motorwasserfahrzeug mit einer Steuereinrichtung und mit einer Antriebseinheit, die eine durch einen Elektromotor angetriebene Wasserschraube aufweist, wobei der Elektromotor, eine Bedieneinheit, eine Motorsteuerung, eine Akkumulatorsteuerung und ein Akkumulator in einem Fahrzeugrumpf angeordnet sind und wobei die Wasserschraube in einem Strömungskanal in dem Fahrzeugrumpf angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Steuereinrichtung eines Motorwasserfahrzeugs mit einer Antriebseinheit, die eine durch einen Elektromotor angetriebene Wasserschraube aufweist, wobei der Elektromotor, eine Bedieneinheit, eine Motorsteuerung, eine Akkumulatorsteuerung und ein Akkumulator in einem Fahrzeugrumpf angeordnet sind und wobei die Wasserschraube in einem Strömungskanal in dem Fahrzeugrumpf angeordnet ist.
Ein Motorwasserfahrzeug im Sinne der Erfindung ist ein motorangetriebenes Wasserfahrzeug, bei dem die das Wasserfahrzeug steuernde Person auf oder unter der Wasseroberfläche gezogen wird. Das Wasserfahrzeug dient als Fortbewegungshilfe für einen Schwimmer oder Taucher. Auch unter dem Namen Nasstauchboot ist ein solches Wasserfahrzeug bekannt, da der Schwimmer oder Taucher in keiner Kabine oder auch auf dem Fahrzeug sitzt, sondern unmittelbar mit dem Wasser in Kontakt ist.

Aus der DE 90 05 333 ist ein Motorwasserfahrzeug bekannt, welches einen zylindrischen Hauptkörper besitzt, in dem die Batterien und sonstige Steuerteile angeordnet sind. Am Heck sind in einem ringförmigen Körper sowohl der Elektromotor als auch die Wasserschraube angebracht. Dieses Wasserfahrzeug kann sowohl zum Antrieb eines kleinen Bootes als auch einer Einzelperson dienen. Die durch den Elektromotor und die Wasserschraube erzeugte Strömung trifft dabei auf die zu transportierende Person auf.

Ein weiteres Motorwasserfahrzeug ist durch die WO 01/62347 bekannt. Dabei liegt der Benutzer auf dem Fahrzeugrumpf und die Wasserschraube im Strömungskanal wird durch einen von Batterien gespeisten Elektromotor so angetrieben, dass eine Wasserströmung durch den Strömungskanal gesaugt wird, die entgegen der Fahrtrichtung des Motorwasserfahrzeuges verläuft. Die Wasserströmung wird somit vom Benutzer ferngehalten und kann durch die Form des Fahrzeugrumpfes auch am Benutzer vorbeigeführt werden. Dies erleichtert das Schwimmen und das Tauchen mit dem Motorwasserfahrzeug. Dabei sind eine Wasserschraube, ein Elektromotor und ein Steuergerät zu einer Einheit zusammengefasst und im Strömungskanal des Motorwasserfahrzeuges untergebracht. Dies bringt eine wesentliche Vereinfachung im Aufbau und für die Wartung des Motorwasserfahrzeuges mit sich. Die in einem getrennten Gehäuse untergebrachten Batterien sind für den Ladevorgang leicht herausnehmbar und durch ein neues Gehäuse mit geladenen Batterien ersetzbar.

Beim bestimmungsgemäßen Einsatz ist das Motorwasserfahrzeug Süß- oder Salzwasser, Temperaturschwankungen und Beaufschlagung durch den Wasserdruck ausgesetzt. Wird das Gerät in einem Verleih eingesetzt, sind besondere Sicherheitsmaßnahmen und unterschiedlich geschulte Benutzer zu berücksichtigen. Insbesondere müssen Fehlfunktionen des Gerätes, die den Benutzer schädigen könnten, weitgehend vermieden werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Motorwasserfahrzeug der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches aufgrund seiner Systemarchitektur einen besonders sicheren Betrieb ermöglicht.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum besonders sicheren Betrieb des Motorwasserfahrzeugs bereitzustellen.

Vorteile der Erfindung

Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Bedieneinheit, die Motorsteuerung und die Akkumulatorsteuerung mittels einer über die Steuereinrichtung gesteuerten Kommunikationseinrichtung in Datenverbindung gebracht sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Datenübertragung besonders störungssicher ist, eine ständige Überwachung der Systemkomponenten durchgeführt und bei Bedarf eine Not-Abschaltung vorgenommen werden kann.

Sind in einem lösbaren Hochstrom-Steckverbinder Datenübertragungskontakte und Leistungsübertragungskontakte zusammengefasst, kann eine robuste lösbare Verbindung zwischen der Akkumulatorsteuerung und der Motorsteuerung verwirklicht werden.

Weist die gesteuerte Kommunikationseinrichtung einen Systembus für den Datenaustausch auf, ist die Systemarchitektur besonders übersichtlich, da in allen Komponenten identische Signale zur Verfügung stehen und bei Änderungen diese gleichzeitig an allen Komponenten wirksam werden.

Ist der Systembus als Zweidrahtsystem mit bidirektionaler differentieller Signalübertragung ausgeführt, kann trotz hoher mittelfrequenter Ströme in der Motorsteuerung und der Antriebseinheit und der damit verbundenen elektromagnetischen Störeinflüsse ein sicherer Datentransport erreicht werden.

Kostengünstige Standardbauteile können verwendet werden, wenn die gesteuerte Kommunikationseinrichtung eine RS-485-Übertragungseinrichtung aufweist.

Sind die Bedieneinheit als Bus-Master und die Motorsteuerung und Akkumulatorsteuerung als Bus-Slave ausgeführt, kann erreicht werden, dass die Datenverarbeitungseinheit mit Speicher den Datenverkehr überwachen und eine Unterbrechung feststellen kann. In einem solchen Fehler-Fall kann eine Notabschaltung ausgelöst werden.

Ist für den Datenaustausch zwischen der Steuereinrichtung und einer Serviceeinrichtung eine drahtlose Schnittstelle vorgesehen, kann eine vor eindringendem Wasser geschützte Datenverbindung realisiert werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die drahtlose Schnittstelle als bidirektionale Infrarotschnittstelle oder andere optische Schnittstelle ausgeführt ist. Viele tragbare Computer sind mit einer solchen Schnittstelle ausgerüstet und sind somit ohne Aufrüstung zur Wartung des Motorwassergerätes einsetzbar.

Ist für die drahtlose Schnittstelle ein Zeitmultiplexverfahren mit einem variablen Zeitraster für Sender und Empfänger vorgesehen, wird die verfügbare Bandbreite optimal für den Datenverkehr ausgenutzt.

Ein erstmaliges Laden von Programmen in die Datenverarbeitungseinrichtung in die Bedieneinheit und/oder die Motorsteuerung und/oder die Akkumulatorsteuerung als auch die Erneuerung der Programme wird ohne zusätzliche Maßnahmen ermöglicht, wenn für die gesteuerte Kommunikationseinrichtung eine Boot-Loader-Software zum Datentransfer über die drahtlose Schnittstelle vorgesehen ist.

Sind für den Datentransfer über die drahtlose Schnittstelle Zugriffsberechtigungen vorgesehen, kann erreicht werden, dass die Programme gegen unbefugten Zugriff geschützt sind.

Eine Ausführungsform mit Anpassungsmöglichkeiten der Betriebsparameter für geschulte Bediener und erweiterte Berechtigungen für Servicepersonal sieht vor, dass für den Zugriff auf interne Parameter, Messwerte, Einstellungen und Programmierungen Zugriffsberechtigungen vorgesehen sind.

Eine gegen unbefugtes Öffnen und/oder eindringendes Wasser geschützte Ausführung sieht vor, dass die Motorsteuerung mindestens einen Lichtsensor und mindestens einen Wassersensor aufweist.

Weist die Akkumulatorsteuerung mindestens einen Lichtsensor und mindestens einen Wassersensor auf, ist das Motorwasserfahrzeug besonders vor elektrischer Fehlfunktion geschützt.

Sind wasserdichte versteckte Bedienelemente an der Steuereinrichtung angeordnet, können Sonderfunktionen wie die Rückstellung der Mietdauer-Uhr ausgelöst werden, ohne die wasserdichte Umhüllung des Gerätes zu öffnen.

Ist in der Akkumulatorsteuerung eine akustische Alarmeinrichtung vorgesehen, kann der Bediener auf kritische Betriebszustände wie eine Übertemperatur von Komponenten oder eine Fehlfunktion aufmerksam gemacht werden.

Eine besonders zur Vermietung des Motorwasserfahrzeuges geeignete Ausführung sieht vor, dass in der Steuereinrichtung eine auf die Antriebseinheit wirkende Zeiterfassungseinrichtung vorgesehen ist.

Die maximale Tauchtiefe kann an die Belastbarkeit der wasserdichten Umhüllung des Motorwasserfahrzeugs als auch an die Fähigkeiten des Bedieners angepasst werden, wenn in der Steuereinrichtung mindestens ein Wasserdruck-Sensor angeordnet ist.

Eine robuste Ausführungsform der Bedieneinrichtung des Motorwasserfahrzeugs sieht vor, dass die Bedieneinheit mindestens einen Handgriff mit einem Haltegriff-Sensor aufweist und dass der Haltegriff-Sensor aus einem beweglich gelagerten Permanentmagneten besteht, der in Wirkverbindung mit zwei Magnetfeld-Sensoren steht.

Eine Selbstüberwachung der Bedieneinrichtung, und damit eine besonders funktionssichere Ausführung, kann erreicht werden, indem für die Auswertung der Signale der zwei Magnetfeld-Sensoren im Haltegriff-Sensor eine Fehlererkennung durch Bildung eines Summensignals aus den beiden Signalen der Magnetfeld-Sensoren vorgesehen ist.

Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zwischen der Bedieneinheit, der Motorsteuerung und der Akkumulatorsteuerung Daten mittels einer gesteuerten Kommunikationseinrichtung übertragen werden. Dies ermöglicht eine Überwachung der Komponenten und damit einen besonders sicheren Betrieb.

Eine Erhöhung der Betriebsbereitschaft durch auswechselbare Akkumulatoren bei gleichzeitig sicherer Betriebsweise durch Integration des Akkumulators und einer intelligenten Akkumulatorsteuerung kann erreicht werden, indem die Datenübertragung und die Leistungsübertragung über einen lösbaren Hochstrom-Steckverbinder vorgenommen wird. Somit ist es möglich, neben der Leistungsübertragung auch Programme in die Akkumulatorsteuerung zu übertragen und Parameter und Daten zwischen Bedieneinheit und Akkumulatorsteuerung auszutauschen.

Eine sicherere Betriebsweise wird erreicht, indem bei einer Unterbrechung oder Störung der gesteuerten Kommunikationseinrichtung von länger als 3 Sekunden die Akkumulatorsteuerung die Spannung am Hochstrom-Steckverbinder vollständig abschaltet. Hierdurch wird eine Gefährdung von Bedienern als auch eine Beschädigung von Bauteilen vermieden.

Die elektrische Sicherheit nach außen als auch der Schutz von Bauteilen werden verbessert, indem bei stehendem Elektromotor maximal 16 V bei einer Strombegrenzung von 500mA von der Akkumulatorsteuerung an den Hochstrom-Steckverbinder durchgeschaltet werden.

Eine Fehlersuche als auch eine Entscheidung im Falle von Regressansprüchen werden erleichtert, indem in der Steuereinrichtung Diagnoseinformationen zu Extremwerten von mindestens einem der Zustände Temperatur, Strom und Wasserdruck sowie mindestens einem der Ereignisse geöffnetes Gerät, eingedrungenes Wasser, Antriebsfehlfunktion und Sensorfehler gespeichert werden.

Wird bei Auslösung eines Not-Halts von der Bedieneinheit über den Systembus ein Befehl zum Stopp des Elektromotors an die Motorsteuerung gesendet, und fragt die Bedieneinheit die Drehzahl des Elektromotors über den Systembus ab, und wird bei einer dabei festgestellten Drehzahl größer Null eine Leistungsstufe der Motorsteuerung abgeschaltet, und wird bei einer danach festgestellten Drehzahl größer Null über ein von dem Systembus unabhängiges Not-Aus-Signal die Spannungsversorgung der Motorsteuerung abgeschaltet, kann erreicht werden, dass durch mehrere unabhängige Maßnahmen ein Not-Halt des Elektromotors bewirkt werden kann und eine Fehlfunktion sehr unwahrscheinlich ist.

Eine besonders einfach zu bedienende und trotzdem den Sicherheits-Vorschriften genügende Ausführungsform sieht vor, dass zum Transport des Motorwasserfahrzeugs bei angeschlossenem Ladegerät über die Bedieneinheit ein Signal an die Akkumulatorsteuerung gegeben wird, worauf die Akkumulatorsteuerung den Ladezustand des Akkumulators überprüft und bei einem Ladestand von mehr als 10% der Maximalkapazität einen Fehler signalisiert und bei einem Ladestand von weniger als 10% der Maximalkapazität einen Ladevorgang bis 10% der Maximalkapazität startet.

Wird zum Transport des Motorwasserfahrzeugs von der Bedieneinheit ein Befehl zum Übergang in einen Transportmodus über den Systembus an die Akkumulatorsteuerung übertragen und trennt die Akkumulatorsteuerung die Betriebsspannung vom Hochstrom-Steckverbinder und werden in der Akkumulatorsteuerung alle Komponenten bis auf einen Sicherheitscontroller von der Stromversorgung getrennt, kann erreicht werden dass ein sicherer Transport möglich ist und dennoch die Selbstüberwachung der Akkumulatorsteuerung erhalten bleibt.

Überwacht der Sicherheitscontroller im Transportmodus die Spannung und Temperatur des Akkumulators sowie einen Lichtsensor, kann erforderlichenfalls bei einem unzulässigen Betriebszustand des Akkumulators wie Übertemperatur oder drohender Tiefentladung eine Warnung erfolgen als auch ein unberechtigtes Öffnen der Akkumulatorsteuerung protokolliert werden.

Überwacht im Transportmodus der Sicherheitscontroller die Ladebuchse, und versetzt er bei Verbindung mit einem Ladegerät die Akkumulatorsteuerung in den Normalbetriebs-Modus, kann das Motorwasserfahrzeug ohne zusätzliche Einrichtungen vom Transportmodus in den Normalbetriebs-Modus umgeschaltet werden. Aufwecken aus dem Transport-Modus erfolgt, wenn die Spannung des Ladegerätes innerhalb eines zulässigen Spannungsbereichs liegt.

Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert: Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung der Steuerungseinrichtung für ein Motorwasserfahrzeug
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine Steuereinrichtung 1 für ein Motorwasserfahrzeug mit einem Bedienteil 10 und einer von ihm gesteuerten Motorsteuerung 20, die eine Antriebseinheit 30 mit einem Elektromotor 31 steuert und überwacht. Die Motorsteuerung 20 und das Bedienteil 10 sind über einen Hochstrom-Steckverbinder 40 mit einer Akkumulatorsteuerung 50 verbunden, die die Versorgung der Steuereinrichtung 1 aus einem Akkumulator 60 steuert und überwacht.
Das Bedienteil 10 dient zur Eingabe von Fahrbefehlen an das zum Über- und Unterwasserbetrieb geeignete Fahrzeug sowie zur Ausgabe von Nachrichten über den Zustand des Fahrzeugs an den Bediener. Weiterhin dient es zur Dateneingabe für Programme und Parameter für die Steuereinrichtung 1.
Der Benutzer liegt oder steht auf dem Fahrzeug und hält sich an einem linken Handgriff 15 und einem rechten Handgriff 16 fest. Fahrbefehle werden über den rechten Handgriff 16 gegeben, der einen Haltegriff-Sensor 18 aufweist. Der Haltegriff-Sensor 18 besteht aus zwei horizontal in Fahrtrichtung hintereinander angeordneten Magnetfeldsensoren und einem darüber angeordneten lotrecht montierten Permanentmagneten, der an einer Blattfeder aufgehängt ist und dessen einer Pol sich über dem in Fahrtrichtung vorderen Magnetfeldsensor befindet. Für einen Fahrbefehl wird der rechte Handgriff 16 zum Bediener hin geneigt. Dadurch bewegt sich der Pol des Permanentmagneten von dem vorderen Magnetfeldsensor weg zum hinteren Magnetfeldsensor hin. Bei maximaler Auslenkung steht er direkt über dem hinteren Magnetfeldsensor. Bei der beschriebenen Bewegung des rechten Handgriffes 16 nimmt das Magnetfeld am vorderen Magnetfeldsensor stetig ab, während es am hinteren Magnetfeldsensor stetig zunimmt. Beide Signale werden einer Datenverarbeitungseinheit mit Speicher 14 zugeführt, die sie auf Plausibilität prüft und Fahrbefehle daraus ableitet. Die Plausibilitätsprüfung umfasst eine Berechnung eines Maßes für das Gesamt-Magnetfeld an beiden Sensoren und ein Vergleich mit oberen und unteren Grenzwerten. Liegt das Gesamt-Magnetfeld außerhalb der Grenzwerte, wird auf eine Fehler geschlossen und ein Not-Halt veranlasst. Weiterhin wird das Ereignis im Speicher der Datenverarbeitungseinheit mit Speicher 14 eingetragen.
Schiebt der Bediener den rechten Handgriff 16 nach vorne, wird die Energieversorgung der Antriebseinheit 30 und damit die Fahrtgeschwindigkeit verringert. Lässt der Bediener den rechten Handgriff los, kehrt dieser in die vordere Position zurück und die Energieversorgung der Antriebseinheit 30 wird abgeschaltet; dies tritt auch ein, wenn der Bediener das Wasserfahrzeug unwillentlich verlässt.
Zur Kommunikation mit dem Bediener weist die Bedieneinheit 10 ein LC-Display 13 auf. Ein Wasserdrucksensor 17 dient der Überwachung der Tauchtiefe des Gerätes. Wird ihr einstellbarer Maximalwert überschritten, kann die Antriebseinheit 30 vorübergehend ausgeschaltet werden, so dass das Gerät durch den Eigenauftrieb in niedrigere Tauchtiefen aufsteigt.
Für Sonderfunktionen, die dem Bediener nicht zugänglich sein sollen, verfügt das Bedienteil über zwei versteckt angeordnete Hall-Sensoren 11 und 12. Sie können beispielsweise links und rechts des LC-Displays 13 angeordnet sein. Werden sie mit zugehörigen Permanentmagneten aktiviert, lässt sich so beispielsweise eine Mietdauer-Uhr zurücksetzen.
Das Bedienteil 10 kommuniziert mit der Motorsteuerung 20 und der Akkumulatorsteuerung 50 über einen Systembus 43. Wegen der möglicherweise durch die hohen mittelfrequenten elektrischen Ströme in der Motorsteuerung 20 auftretenden elektrischen Störungen sind die Motorsteuerung 20 und die Antriebseinheit 30 räumlich von der Bedieneinheit 10 getrennt und der Systembus 43 in einer bidirektionalen differentiellen Signalübertragungstechnik wie RS-485 realisiert. Auf dem Bus arbeitet das Bedienteil 10 als Bus-Master und die Motorsteuerung 20 und die Akkumulatorsteuerung 50 als Bus-Slave. Der Bus-Master sendet Befehle an die Slaves und erhält zu jeder Anfrage eine Bestätigung, die wiederum die ursprüngliche Anfrage enthält. Dadurch kann der Bus-Master feststellen, ob ein Befehl den Slave erreicht hat und korrekt verstanden und bearbeitet wurde. Stellt der Bus-Master einen Fehler fest, kann er den Befehl erneut senden oder Sicherheitsmaßnahmen wie einen Not-Halt einleiten.
An dem Bedienteil 10 ist eine bidirektionale Infrarotschnittstelle 70 angebracht. Über sie kann von außen auf die Programme in Bedienteil 10, Motorsteuerung 20 und Akkumulatorsteuerung 50 zugegriffen werden und gegebenenfalls können neue Programme eingespeichert werden. Weiterhin können Parameter aus diesen Einheiten gelesen als auch in diese geschrieben werden. In der Datenverarbeitungseinheit mit Speicher 14 ist hierzu eine Boot-Loader-Software vorgesehen. Dort findet auch eine Authentifizierung der Eingaben über einen PIN-Code statt. Es sind unterschiedliche Ebenen von Berechtigungen für Benutzer, Besitzer, Service und Fabrik vorgesehen, die den Zugang zu Programmiermöglichkeiten und Daten freigeben und sperren. Über den durch PIN gesicherten Zugang kann auch die Verleihdauer für ein Mietgerät und die maximale Tauchtiefe eingestellt werden. Hierbei kann die maximale Tauchtiefe vom „Benutzer" mit dessen PIN soweit verstellt werden, wie es die durch die „Fabrik"-PIN festgelegten Grenzen zulassen. Nach Festlegung der Verleihdauer kann die Zeitangabe abwärts zählen und so dem Benutzer die verbleibende Restdauer auf dem LC-Display 13 anzeigen. Es kann vorgesehen sein, dass bei einer vorgegebenen Restdauer die Leistung des Elektroantriebes reduziert wird, um dem Benutzer die Aufforderung zur Rückkehr zusätzlich zur Anzeige zu signalisieren, ihm aber eine Rückkehr mit verminderter Fahrt zu ermöglichen.
Die Befehle der Bedieneinheit 10 werden in der Motorsteuerung 20 über eine Regelung 22 an eine Leistungsstufe 25 weitergeleitet. Die Leistungsendstufe 25 wird mit einem Temperatursensor 24 überwacht und vor Überlastung geschützt. Die Leistungsendstufe 25 ist mit der Antriebseinheit 30 über eine Leistungsübertragung 36 und eine Datenübertragung 37 verbunden. Die Drehzahl des Elektromotors 31 wird mittels Hall-Sensoren 32, 33 und 34 gemessen, über den Systembus 43 weitergeleitet und in der Bedieneinheit 10 von der Datenverarbeitungseinheit mit Speicher 14 mit Soll-Werten verglichen. Im Falle einer Abweichung von den Soll-Werten, wenn beispielsweise trotz eines Befehls zur Reduktion der Drehzahl des Elektromotors 31 auf Null über den Systembus 43 die Drehzahl des Elektromotors 31 nicht auf Null zurückgeht, kann mit dem Not-Aus-Signal 26, das unabhängig vom Systembus 43 wirkt, die gesamte Stromversorgung der Motorsteuerung 20 abgeschaltet werden und so eine sicheres Anhalten des Motors erreicht werden.
Die Temperatur des Elektromotors 31 wird fortlaufend mittels des Temperatursensors 35 überwacht, so dass im Falle einer Überlastung eine Not-Abschaltung erfolgen kann.
Als Maßnahme zur Energieeinsparung kann bei abgeschaltetem Antrieb die Leistungsstufe 25 komplett ausgeschaltet werden.
Der Akkumulator 60 und die zugehörige Akkumulator-Steuerung 50 sind austauschbar um eine ständige Bereitschaft des Gerätes zu erreichen. Ihre Verbindung zum Systembus wird über den Hochstrom-Steckverbinder 40 hergestellt, der neben zwei Leistungsübertragungs-Kontakten 42 zwei Datenübertragungs-Kontakte 41 aufweist. Durch die Ausbildung des Systembus als seriellen Bus reichen zwei Datenübertragungs-Kontakte 41 aus und eine besonders robuste Steckverbindung mit nur vier Kontakten kann gewählt werden. Der Akkumulator 60 ist mit der Akkumulator-Steuerung 50 über eine Leistungsübertragung 57 und eine Datenübertragung 58 verbunden. Über die Datenübertragung 58 überwacht ein Sicherheitscontroller 55 die Akkumulatorspannung und die Temperatur mittels der Temperatursensoren 61, 62. Der Sicherheitscontroller 55 gibt bei Überhitzungsgefahr als auch möglicher Tiefentladung ein Warnsignal über eine akustische Alarmeinrichtung 54 aus.
Der Sicherheitscontroller 55 überwacht den Hochstrom-Steckverbinder 40 auf einen möglichen Kurzschluss durch Salzwasser oder leitfähige Gegenstände. Hierzu kann bei stehendem Motor die Spannung an den Leistungsübertragungs-Kontakten 42 auf einen ungefährlichen Wert von 16V begrenzt sein und weiterhin der Maximalstrom begrenzt sein. In der Praxis hat sich ein Wert von 500mA für die Strombegrenzung als geeignet erwiesen. Die Fahrspannung wird eingeschaltet, sobald der Benutzer den Haltegriff-Sensor betätigt. Daraufhin erfolgt der Befehl zum Einschalten des Motors durch die Bedieneinheit
Der Sicherheitscontroller 55 überwacht den Hochstrom-Steckverbinder 40 auch auf eine Unterbrechung der Datenübertragung über den Systembus 43 und schaltet bei einer Unterbrechung von mehr als 3 Sekunden die Spannung an den Leistungsübertragungs-Kontakten 42 ab.
Die Motorsteuerung 20 und die Akkumulatorsteuerung 50 enthalten Wassersensoren 23 und 53, so dass die bei einer Leckage der Einheiten dieses Ereignis in den Fehlerspeicher in der Datenverarbeitungseinrichtung mit Speicher 14 eingetragen werden kann und der Antrieb ausgeschaltet werden kann. Bei Wasser im Akku wird auch ein Eintrag im Speicher der Akkusteuerung eingetragen, da der Akku auch getrennt von der Bedieneinheit betrieben werden kann. Im Falle eines Wassereintrittes kann so frühzeitig eine Tauchfahrt abgebrochen werden, ehe das Motorwasserfahrzeug größeren Schaden nimmt. Weiterhin enthalten die Motorsteuerung 20 und die Akkumulatorsteuerung 50 Lichtsensoren 21 und 52, die ein Öffnen der Bauteile erkennen und eine Protokollierung in der Datenverarbeitungseinrichtung mit Speicher 14 ermöglichen. Bei Wasser im Akku wird auch ein Eintrag im Speicher der Akkusteuerung eingetragen, da der Akku auch getrennt von der Bedieneinheit betrieben werden kann. Ein unbefugtes Öffnen des Gerätes kann so erkannt werden und der Ursachenfindung für mögliche Schadensfälle dienen.
Die Akkumulatorsteuerung 50 kann über eine Ladebuchse 51 mit einem hier nicht dargestellten Ladegerät verbunden werden. Stellt der Sicherheitscontroller 55 eine geeignete Ladespannung an den Kontakten der Ladebuchse 51 fest, beginnt der von einer Ladesteuerung 56 überwachte Ladevorgang des Akkumulators 60. Hierbei überwacht der Sicherheitscontroller 55 die Temperatur des Akkumulators 60 mit Temperatursensoren 61 und 62. Als Akkumulator kommt wegen der hohen Kapazität bevorzugt ein Lithium-Ionen-Akkumulator zum Einsatz.
Für einen Flugtransport muss der Hochstrom-Steckverbinder 40 spannungsfrei sein und der Ladestand des Akkumulators 60 darf höchstens 10% der Maximalkapazität betragen. Zur Vorbereitung kann der Benutzer bei angeschlossenem Ladegerät über die Bedieneinheit 10 ein Signal über den Systembus 43 an den Sicherheitscontroller 55 geben. Ist der momentane Ladezustand unzulässig hoch, wird ein Warnsignal ausgegeben und der Benutzer muss den Akkumulator bis zur zulässigen Grenze entladen. Ist der Ladestand unter 10%, wird der Akkumulator 60 auf 10% seiner Maximalkapazität geladen. Anschließend trennt der Sicherheitscontroller 55 die Spannungsversorgung von den Leistungsübertragungs-Kontakten 42 und den übrigen Verbrauchern. Lediglich der Sicherheitscontroller 55 selber bleibt aktiv und überwacht Spannung und Temperatur am Akkumulator 60 sowie den Lichtsensor 52. Die Steuereinrichtung 1 ist zum Transport bereit.
Zur Beendigung des Transportmodus wird das Ladegerät erneut angeschlossen. Stellt der Sicherheitscontroller 55 eine zulässige Ladespannung fest, aktiviert er die Komponenten der Steuereinrichtung 1 wieder und leitet eine Aufladung des Akkumulators 60 bis auf Soll-Kapazität ein.
Durch diese Systemarchitektur kann auch unter kritischen Betriebsbedingungen wie elektromagnetischen Störungen, einer Leckage am Hochstrom-Steckverbinder 40 oder im Gehäuse der Motorsteuerung 20 oder der Antriebseinheit 30 und selbst bei einer Fehlfunktion des Systembus 43 ein sicherer Betrieb erreicht werden.

1: Steuereinrichtung
10: Bedieneinheit
11: Hall-Sensor
12: Hall-Sensor
13: LC-Display
14: Datenverarbeitungseinheit mit Speicher
15: linker Handgriff
16: rechter Handgriff
17: Wasserdruck-Sensor
18: Haltegriff-Sensor
20: Motorsteuerung
21: Lichtsensor
22: Regelung
23: Wassersensor
24: Temperatursensor
25: Leistungsstufe
26: Not-Aus-Signal
30: Antriebseinheit
31: Elektromotor
32: Hallsensor
33: Hallsensor
34: Hallsensor
35: Temperatursensor
36: Leistungsübertragung
37: Datenübertragung
40: Hochstrom-Steckverbinder
41: Datenübertragungs-Kontakte
42: Leistungsübertragungs-Kontakte
43: Systembus
50: Akkumulatorsteuerung
51: Ladebuchse
52: Lichtsensor
53: Wassersensor
54: Akustische Alarmeinrichtung
55: Sicherheitscontroller
56: Ladesteuerung
57: Leistungsübertragung
58: Datenübertragung
60: Akkumulator
61: Temperatursensor
62: Temperatursensor
70: Infrarotschnittstelle

Claims

Motorwasserfahrzeug mit einer Steuereinrichtung (1) und mit einer Antriebseinheit (30), die eine durch einen Elektromotor (31) angetriebene Wasserschraube aufweist, wobei der Elektromotor (31), eine Bedieneinheit (10), eine Motorsteuerung (20), eine Akkumulatorsteuerung (50) und ein Akkumulator (60) in einem Fahrzeugrumpf angeordnet sind und wobei die Wasserschraube in einem Strömungskanal in dem Fahrzeugrumpf angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinheit (10), die Motorsteuerung (20) und die Akkumulatorsteuerung (50) mittels einer über die Steuereinrichtung (1) gesteuerten Kommunikationseinrichtung in Datenverbindung gebracht sind.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem lösbaren Hochstrom-Steckverbinder (40) Datenübertragungskontakte (41) und Leistungsübertragungskontakte (42) zusammengefasst sind.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuerte Kommunikationseinrichtung einen Systembus (43) für den Datenaustausch aufweist.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Systembus (43) als Zweidrahtsystem mit bidirektionaler differentieller Signalübertragung ausgeführt ist.
Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuerte Kommunikationseinrichtung eine RS-485-Übertragungseinrichtung aufweist.
Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinheit (10) als Bus-Master und die Motorsteuerung (20) und Akkumulatorsteuerung (50) als Bus-Slave ausgeführt sind.
Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für den Datenaustausch zwischen der Steuereinrichtung (1) und einer Serviceeinrichtung eine drahtlose Schnittstelle vorgesehen ist.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Schnittstelle als bidirektionale Infrarotschnittstelle (70) oder andere optische Schnittstelle ausgeführt ist.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die drahtlose Schnittstelle ein Zeitmultiplexverfahren mit einem variablen Zeitraster für Sender und Empfänger vorgesehen ist.
Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die gesteuerte Kommunikationseinrichtung eine Boot-Loader-Software zum Datentransfer über die drahtlose Schnittstelle vorgesehen ist.
Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für den Datentransfer über die drahtlose Schnittstelle Zugriffsberechtigungen vorgesehen sind.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Zugriff auf interne Parameter, Messwerte, Einstellungen und Programmierungen Zugriffsberechtigungen vorgesehen sind.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (20) mindestens einen Lichtsensor (21) und mindestens einen Wassersensor (23) aufweist.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatorsteuerung (50) mindestens einen Lichtsensor (52) und mindestens einen Wassersensor (53) aufweist.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wasserdichte versteckte Bedienelemente an der Steuereinrichtung (1) angeordnet sind.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Akkumulatorsteuerung (50) eine akustische Alarmeinrichtung (54) vorgesehen ist.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (1) eine auf die Antriebseinheit (30) wirkende Zeiterfassungseinrichtung vorgesehen ist.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (1) mindestens ein Wasserdruck-Sensor (17) angeordnet ist.
Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinheit (10) mindestens einen Handgriff (15, 16) mit einem Haltegriff-Sensor (18) aufweist und dass der Haltegriff-Sensor (18) aus einem beweglich gelagerten Permanentmagneten besteht, der in Wirkverbindung mit zwei Magnetfeld-Sensoren steht.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass für die Auswertung der Signale der zwei Magnetfeld-Sensoren im Haltegriff-Sensor (18) eine Fehlererkennung durch Bildung eines Summensignals aus den beiden Signalen der Magnetfeld-Sensoren vorgesehen ist.
Verfahren zum Betrieb einer Steuereinrichtung (1) eines Motorwasserfahrzeugs mit einer Antriebseinheit (30), die eine durch einen Elektromotor (31) angetriebene Wasserschraube aufweist, wobei der Elektromotor (31), eine Bedieneinheit (10), eine Motorsteuerung (20), eine Akkumulatorsteuerung (50) und ein Akkumulator (60) in einem Fahrzeugrumpf angeordnet sind und wobei die Wasserschraube in einem Strömungskanal in dem Fahrzeugrumpf angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Bedieneinheit (10), der Motorsteuerung (20) und der Akkumulatorsteuerung (50) Daten mittels einer gesteuerten Kommunikationseinrichtung übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung und die Leistungsübertragung über einen lösbaren Hochstrom-Steckverbinder (40) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Unterbrechung oder Störung der gesteuerten Kommunikationseinrichtung von länger als 3 Sekunden die Akkumulatorsteuerung (50) die Spannung am Hochstrom-Steckverbinder (40) vollständig abschaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass bei stehendem Elektromotor (31) maximal 16 V bei einer Strombegrenzung von 500mA von der Akkumulatorsteuerung (50) an den Hochstrom-Steckverbinder (40) durchgeschaltet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (1) Diagnoseinformationen zu Extremwerten von mindestens einem der Zustände Temperatur, Strom und Wasserdruck sowie mindestens einem der Ereignisse geöffnetes Gerät, eingedrungenes Wasser, Antriebsfehlfunktion und Sensorfehler gespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auslösung eines Not-Halts von der Bedieneinheit (10) über den Systembus (43) ein Befehl zum Stopp des Elektromotors (31) an die Motorsteuerung (20) gesendet wird, und dass die Bedieneinheit (10) die Drehzahl des Elektromotors (31) über den Systembus (43) abfragt, und dass bei einer dabei festgestellten Drehzahl größer Null eine Leistungsstufe (25) der Motorsteuerung (20) abgeschaltet wird und dass bei einer danach festgestellten Drehzahl größer Null über ein von dem Systembus (43) unabhängiges Not-Aus-Signal (26) die Spannungsversorgung der Motorsteuerung (20) abgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zum Transport des Motorwasserfahrzeugs bei angeschlossenem Ladegerät über die Bedieneinheit (10) ein Signal an die Akkumulatorsteuerung (50) gegeben wird, worauf die Akkumulatorsteuerung (50) den Ladezustand des Akkumulators (60) überprüft und bei einem Ladestand von mehr als 10% der Maximalkapazität einen Fehler signalisiert und bei einem Ladestand von weniger als 10% der Maximalkapazität einen Ladevorgang bis 10% der Maximalkapazität startet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zum Transport des Motorwasserfahrzeugs von der Bedieneinheit (10) ein Befehl zum Übergang in einen Transportmodus über den Systembus (43) an die Akkumulatorsteuerung (50) übertragen wird und dass die Akkumulatorsteuerung (50) die Betriebsspannung vom Hochstrom-Steckverbinder (40) trennt und dass in der Akkumulatorsteuerung (50) alle Komponenten bis auf einen Sicherheitscontroller (55) von der Stromversorgung getrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitscontroller (55) im Transportmodus die Spannung und Temperatur des Akkumulators (60) sowie einen Lichtsensor (52) überwacht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass im Transportmodus der Sicherheitscontroller (55) die Spannung an der Ladebuchse (51) überwacht, und bei Verbindung mit einem Ladegerät die Akkumulatorsteuerung (50) in den Normalbetriebs-Modus versetzt.