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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Schiffes
und eine Steuerungsanordnung gemäß der im Oberbegriff
des Patentanspruches 1 beziehungsweise 6 näher definierten
Art.
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Beispielsweise
sind für Schiffe innenbordseitige und außenbordseitige
Antriebssysteme bekannt. Ein innenbordseitiges Antriebssystem besteht
aus einem Motor, der in dem Schiffsrumpf angeordnet ist. Eine Antriebswelle
ist über ein Untersetzungsgetriebe mit dem Motor verbunden,
wobei die Antriebswelle durch den Schiffsrumpf geführt
ist und am Ende einen antreibbaren Propeller zum Antrieb des Schiffes aufweist.
Der Propeller strömt ein Ruder an. Das Ruder wird über
eine Steuerungsanordnung zum Ausführen von gewünschten
Manövern angesteuert, wobei üblicherweise mehrere
Ruder, z. B. bezogen auf die Längsachse des Schiffes ein
steuerbordseitig angeordnetes Ruder und ein backbordseitig angeordnetes
Ruder, vorgesehen sind.
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Beispielsweise
ist eine hydraulische Steuerungsanordnung für Schiffe bekannt,
welche einen Hydraulikzylinder umfasst, der mit einem Ruderstock eines
ersten Ruders zum Einstellen eines gewünschten Steuerwinkels
verbunden ist. Der Ruderstock des ersten Ruders ist über
eine Verbindungsstange mit einem Ruderstock des zweiten Ruders verbunden, so
dass die beiden Ruder immer die gleiche Steuerbewegung ausführen.
Dies hat jedoch den Nachteil, dass dadurch hohe hydrodynamische
Kräfte an den Rudern auftreten und somit auch ein höherer
Widerstand im Wasser erzeugt wird.
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Eine
mechanische Steuerungsanordnung bei einem Schiff ist beispielsweise
aus der Druckschrift
GB 457 051 bekannt.
Die bekannte Steuerungsanordnung dient zur gleichzeitigen Ansteuerung
von drei Rudern, wobei ein zentrales Ruder, ein backbordseitiges
Ruder und ein steuerbordseitiges Ruder vorgesehen sind. Die Ruderstöcke
der einzelnen Ruder sind über eine gemeinsame Verbindungsstange
betätigbar. Nachteilig bei dieser bekannten Steuerungsanordnung
ist es, dass das Verhältnis zwischen den Steuerwinkeln
der einzelnen Ruder nicht in Bezug auf die Geschwindigkeit des Schiffes verändert
werden kann. Zudem sind mit jedem Schiffsrumpf individuelle Seetests
und entsprechende Auswertungen zur Einstellung der Steuerungsanordnung
erforderlich.
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Ferner
ist auch eine elektronisch ansteuerbare Steuerungsanordnung als
so genanntes Steer-by-Wire-System bekannt. Bei diesem System wird
die mechanische oder hydraulische Verbindung zwischen dem Steuerrad
und den Rudern durch eine elektronische Steuereinrichtung und durch
ein entsprechendes Netzwerk ersetzt. Die elektronische Steuereinrichtung
empfängt Signale von einem Sensor, der die Position des
Steuerrades erfasst und in entsprechende Ausgangssignale umwandelt,
um den elektrischen Aktuator jedes Ruders anzusteuern, der mit dem
Ruder gekoppelt ist, um einen entsprechenden Steuerwinkel einzustellen.
Die Steuerungsanordnung kann vorzugsweise bei Schiffen mit einem Schiffsrumpf
zur Gleitfahrt eingesetzt werden, wobei wenigstens zwei innenbordseitige
Antriebssysteme verwendet werden, wobei ein erstes an der steuerbordseitig
und ein zweites an der backbordseitig des Schiffes angeordnet sind.
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Beispielsweise
aus den Druckschriften
US
7 033 234 B2 ,
US
2008 0 171 479 A1 und
WO 2008/030 149 A1 sind Steuerungsanordnungen
für Schiffe und Verfahren zum Steuern der Schiffe bekannt,
weiche das so genannte Ackermann-Verfahren verwenden. Die genannten
Druckschriften beziehen sich nur auf außenbordseitige Antriebssysteme, welche
außerhalb des Schiffsrumpfs angeordnete Antriebseinrichtungen
in Form von drehbaren Propellerantriebsanordnungen umfassen, welche
je nach Steuerwinkel eine Antriebskraft in eine gewünschte Richtung
erzeugen. Die Steuerungsanordnungen umfassen elektronische Steuereinrichtungen,
welche den Steuerwinkel der drehbaren Propellerantriebsanordnungen
einstellen. Die elektronisch angesteuerten Steuereinrichtungen können
im Rahmen der Ackermann-Korrektur den Steuerwinkel an die Geschwindigkeit
des Bootes und den Schiffsrumpf mit unterschiedlichen Eigenschaften
durch Veränderungen der Softwareparameter anpassen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren
zum Steuern eines Schiffes und eine Steuerungsanordnung für
ein Schiff der eingangs beschriebenen Gattungen vorzuschlagen, mit denen
eine verbesserte Ansteuerung ermöglicht wird, so dass der
Fahrkomfort erhöht wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruches 1 beziehungsweise 6 gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und
den Zeichnungen.
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Demnach
wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe durch ein Verfahren
zum Steuern eines Schiffes gelöst, bei dem der Steuerwinkel
zumindest eines backbordseitig angeordneten Ruders und bei dem der
Steuerwinkel zumindest eines steuerbordseitig angeordneten Ruders
mittels einer elektronischen Steuereinrichtung zum Ausführen
eines Manövers eingestellt wird, wobei der jeweilige Steuerwinkel
der Ruder in Abhängigkeit des während des Manövers
ermittelten Rollwinkels des Schiffes eingestellt wird. Somit kann
der Rollwinkel des Schiffes als zusätzliche Eingangsgröße
zum Ermitteln der optimalen Relativposition der Ruder verwendet
werden. Folglich kann während des Steuermanövers
der Rollwinkel des Schiffes begrenzt und somit auch der Widerstand
des Schiffes reduziert werden.
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Im
Rahmen einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung
kann vorgesehen sein, dass der Steuerwinkel des bei einer Kurvenfahrt
außenliegenden Ruders während des Manövers
reduziert wird, wenn die Geschwindigkeit des Bootes oberhalb der
Gleitgeschwindigkeit und der Rollwinkel des Schiffes oberhalb eines
vorbestimmten Grenzwertes liegen. Durch die Reduzierung des Steuerwinkels
bei dem bezogen auf die Kurvenfahrt des Schiffes außenliegenden
Ruders kann das auf das Ruder wirkende Moment erheblich reduziert
werden. Ferner kann durch die Verringerung des Steuerwinkels insgesamt
eine höhere Kurvengeschwindigkeit erreicht werden kann.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass der Steuerwinkel des äußeren Ruders derart
reduziert wird, dass sichergestellt wird, dass der Rollwinkel des Schiffes
wieder unterhalb eines festgelegten Grenzwertes absinkt. Gleichzeitig
wird dadurch die mechanische Belastung auf das Steuerrad reduziert
und somit auch ein unnötiger Widerstand an dem Steuerrad vermieden
beziehungsweise verringert.
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Vorzugsweise
kann der Steuerwinkel des bezogen auf die Kurvenfahrt äußeren
Ruders nur bis zu einem vorbestimmten minimalen Wert abgesenkt werden.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass der benötigte
Kurvenradius beziehungsweise Wendekreis des Schiffes immer unter
einem vorbestimmten maximalen Wert bleibt.
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Das
vorgeschlagene Verfahren zum Steuern eines Schiffes kann bevorzugt
bei einem Schiff zum Einsatz kommen, dass zumindest zwei innenbordseitige
angeordnete Antriebssysteme verwendet, welche jeweils Propeller
antreiben, die jeweils dem backbordseitig angeordneten Ruder beziehungsweise dem
steuerbordseitig angeordneten Ruder zugeordnet sind. Es ist auch
möglich, dass weitere Antriebssysteme und entsprechend
zugeordnete Ruder verwendet werden. Ebenso ist es möglich,
dass das vorgeschlagene Verfahren bei einem Schiff mit außenbordseitig
angeordneten Antriebssystemen verwendet wird, wobei dann die elektronische
Steuereinrichtung jeweils direkt die drehbare Propellerantriebsanordnung
ansteuert, um die jeweiligen Steuerwinkel einstellen zu können.
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Die
der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Steuerungsanordnung
für ein Schiff mit zumindest einem backbordseitig angeordneten
Ruder mit zumindest einem steuerbordseitig angeordneten Ruder und
mit zumindest einer elektronischen Steuereinrichtung zum Einstellen
der jeweiligen Steuerwinkel der Ruder über zumindest einen
Aktuator zum Ausführen eines Manövers gelöst, wobei
die elektronische Steuereinrichtung zumindest mit einem Tachometer
oder dergleichen zum Ermitteln der Geschwindigkeit des Schiffes
gekoppelt ist, und wobei die Steuersignale zum Ausführen
eines Manövers über ein Steuerrad oder dergleichen
an die elektronische Steuereinrichtung übermittelt werden. Erfindungsgemäß kann
zumindest ein Neigungswinkelsensor oder dergleichen zum Bestimmen
des jeweils vorliegenden Rollwinkels des Schiffes als weitere Eingangsgröße
vorgesehen sein.
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Auf
diese Weise kann die elektronische Steuereinrichtung sowohl die
Eingangssignale von dem Steuerrad, dem Tachometer und auch von dem Neigungswinkelsensor
verwenden, um entsprechende Ausgangssignale an die Ruder-Aktuatoren
auszugeben, um die gewünschten Steuerwinkel an den Rudern
einstellen zu können. Bezogen auf ein Kurvenmanöver
des Schiffes kann somit, wenn das Geschwindigkeitssignal des Tachometers
eine Geschwindigkeit angibt, die über der Gleitgeschwindigkeit
des Schiffes liegt, und der Neigungswinkelsensor einen Wert für
den Rollwinkel des Bootes beziehungsweise Schiffes oberhalb eines
vorbestimmten Komfortsniveaus angibt, den Steuerwinkel des in der Kurvenfahrt
außenliegenden Ruders verringern, bis der Rollwinkel des
Schiffes unter ein vorbestimmtes Niveau wieder absinkt.
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Bei
der vorgeschlagenen Steuerungsanordnung kann vorzugsweise das ebenfalls
vorgeschlagene Verfahren zum Einsatz kommen. Es sind jedoch auch
andere Ansteuerungsmöglichkeiten denkbar. Vorzugsweise
kann die erfindungsgemäße Steuerungsanordnung
bei einem Schiff mit zumindest zwei innenbordseitig angeordneten
Antriebssystemen vorgesehen sein. Auch hier ist es möglich,
dass die Steuerungsanordnung bei Schiffen eingesetzt wird, die außenbordseitig
angeordnete Propellerantriebsanordnungen aufweisen, so genannte
Pod-Antriebe.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Steuerungsanordnung zum
Steuern eines Schiffes; und
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2 eine
Tabelle mit den zusammengefassten Ergebnissen von zwei zu vergleichenden Kurvenfahrten
als Manöver eines Schiffes.
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In 1 ist
eine mögliche Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen
Steuerungsanordnung für ein Schiff nur schematisch dargestellt,
so dass die vereinfachte Ansicht nicht sämtliche Bauteile
explizit zeigt. Das Schiff weist einen Schiffsrumpf 1 auf,
in dem innenbordseitig nicht weiter dargestellte Antriebssysteme
vorgesehen sind. Außenbordseitig ist ein backbordseitig
angeordnetes Ruder 2 und ein steuerbordseitig angeordnetes
Ruder 3 vorgesehen, die zum Einstellen eines gewünschten
Steuerwinkels über jeweils zugeordnete Ruder-Aktuatoren 4, 5 betätigt
werden. Jedem Ruder-Aktuator 4, 5 ist z. B. jeweils
eine elektronische Steuereinrichtung 6, 7 zugeordnet,
die jeweils mit einem Steuerrad 8 gekoppelt ist. Es ist
jedoch möglich, dass z. B. die Steuereinrichtungen und
die Ruder-Aktuatoren sowie weitere Komponenten der Steuerungsanordnung
jeweils zu einem Bauteil zusammengefasst werden.
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Ein
vom Fahrer gewünschtes Manöver kann über
das Steuerrad 8 als Eingangsignal an die Steuereinrichtungen 6, 7 übermittelt
werden. Zudem ist jede Steuereinrichtung 6, 7 mit
einem Tachometer 9 gekoppelt. Auf diese Weise können
den elektronischen Steuereinrichtungen 6, 7 als
Eingangssignale die jeweils aktuelle Geschwindigkeit des Schiffes übermittelt
werden.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass die elektronischen Steuereinrichtungen 6, 7 mit
zumindest einem Neigungswinkelsensor 10 gekoppelt sind. Auf
diese Weise können den Steuereinrichtungen 6, 7 als
weitere Eingangsgröße der jeweils aktuelle Rollwinkel
des Schiffes übermittelt werden. Mit dem Rollwinkel wird
die jeweilige Bewegung des Schiffes um die Längsachse bezeichnet.
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Somit
kann die vorgeschlagene Steuerungsanordnung als Eingangssignale
unter anderem die Signale des Steuerrads 8, des Neigungswinkelsensors 10 und
des Tachometers 9 empfangen, um als Ausgangssignale für
die Ruder-Aktuatoren 6, 7 die entsprechenden Steuerwinkel
auszugeben. Bezogen auf ein Kurvenmanöver kann die elektronische
Steuereinrichtung 6 bzw. 7 des in der Kurvenfahrt
außenliegenden Ruders 2 bzw. 3 den Steuerwinkel
reduzieren, bis der Rollwinkel des Schiffes unter einen bestimmten
Grenzwert wieder absinkt, wenn die Geschwindigkeit des Schiffes über
der Gleitgeschwindigkeit und der Rollwinkel oberhalb eines vorbestimmten
Komfortniveaus liegt, welches durch entsprechende Eingangssignale
des Tachometers 9 und des Neigungswinkelsensors 10 an
die elektronischen Steuereinrichtungen 6, 7 übermittelt
wird.
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In 2 ist
eine Tabelle mit den zusammengefassten Ergebnissen von zwei Testfahrten
#1, #2 mit einem Schiff mit einem Gleitfahrtrumpf exemplarisch dargestellt.
Bei beiden Testfahrten #1, #2 wird eine Kurvenfahrt von 360° durchgeführt.
Bei der Testfahrt #1 wird im Rahmen von bekannten Verfahren und
bekannten Steuerungsanordnungen eine parallele Ruderstellung der
beiden Ruder 2, 3 vorgesehen. Im Unterschied dazu
wird bei der Testfahrt #2 die 360° Kurvenfahrt im Rahmen
des erfindungsgemäßen Verfahren mit der vorgeschlagenen
Steuerungsanordnung derart durchgeführt, dass z. B. bei
dem in der Kurvenfahrt außenliegenden Ruder 2 bzw. 3 nur ein
halb so großer Steuerwinkel eingestellt wird, als bei dem
in der Kurvenfahrt innenliegenden Ruder 2 bzw. 3.
Die Geschwindigkeit des Schiffes beträgt bei beiden Testfahrten
#1 und #2 zu Beginn 29 Knoten.
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Aus
der Tabelle ist nun ersichtlich, dass der Wendekreis beziehungsweise
der Kurvendurchmesser bei der Testfahrt #2 um etwa 32% bezogen auf die
Testfahrt #1 ansteigt. Die minimale Geschwindigkeit beziehungsweise
die Kurvengeschwindigkeit kann bei der Testfahrt #2 während
des Manövers um 13% bezogen auf die Testfahrt #1 erhöht
werden. Das auf das innenliegende Ruder 2 bzw. 3 in
der Kurvenfahrt wirkende Moment steigt bei der Testfahrt #2 um etwa
16% gegenüber der Testfahrt #1 an. Mit besonderem Vorteil
kann eine wesentliche Verringerung bei dem auf das außenliegende
Ruder 2 bzw. 3 wirkende Moment bei der Testfahrt
#2 erreicht werden. Bezogen auf die Testfahrt #1 wird das Moment bei
dem außenliegenden Ruder 2 bzw. 3 um
60% bei der Testfahrt #2 reduziert. Durch eine Feineinstellung des
Ackermann-Korrekturverhältnisses, d. h., das Verhältnis
zwischen den Steuerwinkeln der Ruder 2 bzw. 3,
kann eine optimale Anpassung der Eingangsgrößen
entsprechend der Schiffswerft und der Benutzerbedürfnisse
erhalten werden.
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- 1
- Schiffsrumpf
- 2
- backbordseitiges
Ruder
- 3
- steuerbordseitiges
Ruder
- 4
- Ruder-Aktuator
- 5
- Ruder-Aktuator
- 6
- elektronische
Steuereinrichtung
- 7
- elektronische
Steuereinrichtung
- 8
- Steuerrad
- 9
- Tachometer
- 10
- Neigungswinkelsensor
- #1
- erste
Testfahrt
- #2
- zweite
Testfahrt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - GB 457051 [0004]
- - US 7033234 B2 [0006]
- - US 20080171479 A1 [0006]
- - WO 2008/030149 A1 [0006]