Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Manövrieren einer Yacht sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for maneuvering a yacht and to an apparatus for carrying out the method.
Durch die WO 02/085702 A1 wurde eine Motoryacht mit einer Vortriebsanlage bekannt, welche zwei jeweils eine Schiffsschraube antreibende Antriebsaggregate aufweist. Zusätzlich zu der Vortriebsanlage weist die Motoryacht ein Bugstrahlruder und ein Heckstrahlruder auf, d. h. quer zur Längsrichtung der Yacht wirkende Schubeinrichtungen. Die Schiffsschrauben und die Strahlruder werden gemeinsam von einer Steuereinrichtung über einen als Joystick ausgebildeten Steuerhebel gesteuert. Der Joystick kann innerhalb eines Vollkreises von 360° in acht verschiedene Richtungen gekippt werden, die sich jeweils um 45° unterscheiden. Je nachdem, welches Manöver mit der Yacht gefahren werden soll, werden entweder der Vortrieb oder die Strahlruder oder Vortrieb und Strahlruder aktiviert.By the WO 02/085702 A1 a motor yacht was known with a propulsion plant, which has two each driving a propeller drive units. In addition to the propulsion system, the motor yacht on a bow thruster and a stern thruster, ie acting transversely to the longitudinal direction of the yacht thrusters. The propellers and the thrusters are controlled together by a control device via a control lever designed as a joystick. The joystick can be tilted within a full 360 ° circle in eight different directions, each differing by 45 °. Depending on which maneuver is to be driven with the yacht, either the propulsion or the thruster or propulsion and thrusters are activated.
Durch die US 7,234,983 B2 wurde eine Motoryacht bekannt, welche zwei um eine Hochachse schwenkbare Propellerantriebe, kurz Schwenkantriebe genannt, aufweist. Durch die Schwenkung des von den Propellern erzeugten Schubvektors werden Giermomente in den Schiffsrumpf eingeleitet, welche den Kurs des Bootes bestimmen. Eine Lateralbewegung, d. h. ein Manövrieren der Yacht quer zur Längsrichtung ist mit diesem Antrieb nicht möglich.By the US Pat. No. 7,234,983 B2 a motor yacht was known, which has two pivotable about a vertical axis propeller drives, shortly called rotary actuators. By pivoting the thrust vector generated by the propellers yaw moments are introduced into the hull, which determine the course of the boat. A lateral movement, ie a maneuvering of the yacht transversely to the longitudinal direction is not possible with this drive.
Durch die US 7,267,068 B2 wurde eine Motoryacht mit zwei Schwenkantrieben bekannt, welche je nach Ausrichtung der beiden Schubvektoren beliebige Manövrierbewegungen wie vorwärts, rückwärts, seitwärts und drehend erlauben. Eine reine Lateralbewegung, d. h. eine seitliche Versetzung der Yacht ist aufgrund der beiden nebeneinander im Heckbereich angeordneten Schwenkantriebe jedoch nicht möglich. Die Steuerung der Motoryacht erfolgt über eine als Joystick ausgebildete Steuereinrichtung, wobei der Joystick in jede beliebige Richtung innerhalb eines Vollkreises gekippt und um seine Längsachse gedreht werden kann. Durch Kippen oder Drehen des Joysticks werden sinnfällige Manövrierbewegungen des Bootes eingeleitet. Nachteilig bei dem bekannten Manövrierverfahren ist es, dass zwei Schwenkantriebe zur Erzeugung eines Kräftepaares aus Schubvektoren erforderlich sind. Eine solche Doppelantriebsanlage ist für kleinere Yachten, insbesondere Segelyachten aus Kosten-, Gewichts- und Bauraumgründen nicht sinnvoll.By the US 7,267,068 B2 was a motor yacht with two rotary actuators known which allow depending on the orientation of the two thrust vectors any maneuvering movements such as forward, backward, sideways and rotating. A pure lateral movement, ie a lateral displacement of the yacht is not possible due to the two juxtaposed in the rear area pivot drives. The control of the motor yacht via a control device designed as a joystick, wherein the joystick can be tilted in any direction within a full circle and rotated about its longitudinal axis. By tilting or turning the joystick, noticeable maneuvering movements of the boat are initiated. A disadvantage of the known maneuvering method is that two part-turn actuators are required for generating a force pair of thrust vectors. Such a double drive system is not useful for smaller yachts, especially sailing yachts for cost, weight and space reasons.
Durch die WO 2005/005249 A1 wurde ein schwenkbarer Propellerantrieb für ein Boot bekannt, im Folgenden auch kurz als Schwenkantrieb bezeichnet. Der bekannte Schwenkantrieb wird als Einzelantrieb für Boote verwendet, wobei aufgrund der Schwenkbarkeit des vom Propeller erzeugten Schubvektors auf ein Ruderblatt verzichtet werden kann.By the WO 2005/005249 A1 was a swivel propeller drive for a boat known, hereinafter also referred to briefly as a pivot drive. The known rotary actuator is used as a single drive for boats, which can be dispensed with due to the pivoting of the thrust vector generated by the propeller on a rudder blade.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Manövrieren einer Yacht anzugeben, welches auch für kleinere Yachten brauchbar ist, sowie eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.It is an object of the present invention to provide a method for maneuvering a yacht, which is also useful for smaller yachts, as well as to provide a suitable device for carrying out the method.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object of the invention is achieved by the independent claims 1 and 10. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Erfindungsgemäß wird das bekannte Manövrierverfahren mittels Joystick, der von Hand kipp- und drehbar ist, auf eine Yacht übertragen, welche nur einen Schwenkantrieb und vorzugsweise auch ein Bugstrahlruder aufweist. Damit wird der Vorteil erreicht, dass die Steuerung mittels Joystick auch für kleinere Yachten mit einer weniger aufwändigen Antriebsanlage angewendet werden kann.According to the known maneuvering method by means of a joystick, which is tiltable and rotatable by hand, transferred to a yacht, which has only a pivot drive and preferably also a bow thruster. This achieves the advantage that the control by means of a joystick can also be used for smaller yachts with a less complex drive system.
Der Schwenkantrieb, auch Ruderpropeller genannt, umfasst eine Vortriebseinrichtung, insbesondere mit Schiffsschraube, welche um eine Hoch- oder Steuerachse schwenkbar ist und somit eine unterschiedliche Schubrichtung relativ zum Schiffsrumpf ermöglicht. Das optionale Bugstrahlruder ist fest im vordersten Bereich des Rumpfes angeordnet, erzeugt einen Schub quer zur Längsrichtung des Schiffes und beschleunigt somit eine Drehbewegung. Mittels des Schwenkantriebes und des Bugstrahlruders kann das Manövrierverfahren vorteilhaft durchgeführt werden, d. h. es wird eine feinfühlige, intuitive, schnell ansprechende Manövrierbarkeit der Yacht erreicht. Beispielsweise lassen sich Quer- oder Lateralbewegungen der Yacht durch Querstellung des Schwenkantriebes und Einsatz des Bugstrahlruders darstellen. Dies ist ein erheblicher Vorteil beim Manövrieren, insbesondere für Segelyachten.The pivoting drive, also called rudder propeller, comprises a propulsion device, in particular with a ship's propeller, which is pivotable about an up or control axis and thus allows a different thrust direction relative to the ship's hull. The optional bow thruster is fixed in the foremost area of the fuselage, creating a thrust across the vessel's longitudinal direction, thus speeding up its rotation. By means of the pivoting drive and the bow thruster, the maneuvering process can be advantageously carried out, d. H. It achieves a sensitive, intuitive, fast-response maneuverability of the yacht. For example, lateral or lateral movements of the yacht can be represented by the transverse position of the pivoting drive and the use of the bow thruster. This is a significant advantage in maneuvering, especially for sailing yachts.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schwenkantrieb durch Kippen und/oder Drehen des Joysticks ansteuerbar. Durch die Kipprichtung, welche vorzugsweise in Mitschiffsrichtung oder quer zur Mittschiffsrichtung erfolgt, wird die Richtung des Schubvektors, d. h. der Steuerwinkel des Schwenkantriebes bestimmt. Durch den Kippwinkel von 0° bis ca. 45° wird die Stärke des Schubes bestimmt.According to a preferred embodiment of the rotary actuator is controlled by tilting and / or turning the joystick. By the tilting direction, which takes place preferably in Mitschiffsrichtung or transversely to the midships direction, the direction of the thrust vector, d. H. the control angle of the rotary actuator determined. The tilt angle from 0 ° to approx. 45 ° determines the strength of the thrust.
Durch Drehen des Joysticks um seine Längsachse wird eine Gierbewegung der Yacht eingeleitet, wobei der Schubvektor derart geschwenkt wird, dass ein Giermoment auf das Unterwasserschiff der Yacht ausgeübt wird.By rotating the joystick about its longitudinal axis, a yaw movement of the yacht is initiated, wherein the thrust vector is pivoted so that a yaw moment is exerted on the underwater vessel of the yacht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können der Schwenkantrieb und das Bugstrahlruder durch Kippen des Joysticks in Querrichtung gleichzeitig angesteuert werden. Dadurch sind reine Lateralbewegungen der Yacht, also eine Querversetzung bei gleicher Kursausrichtung, möglich. Der Schub des Bugstrahlruders und des Schwenkantriebes wirken dabei in die gleiche Richtung, wobei der Schub so gesteuert wird, dass keine Drehbewegung des Schiffsrumpfes auftritt.According to a further advantageous embodiment, the pivot drive and the bow thruster by tilting the joystick in the transverse direction be controlled simultaneously. As a result, pure lateral movements of the yacht, so a Querversetzung with the same course orientation, possible. The thrust of the bow thruster and the pivot drive act in the same direction, the thrust is controlled so that no rotational movement of the hull occurs.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können das Bugstrahlruder und der Schwenkantrieb durch Drehen des Joysticks in senkrechter Position, d. h. nicht gekippt, angesteuert werden. Durch diese Drehung des Joysticks kann ein Drehen der Yacht auf der Stelle erreicht werden, d. h. es wird ein minimaler Manövrierraum für die Schiffsdrehung benötigt.According to a further advantageous embodiment, the bow thruster and the pivot drive by turning the joystick in a vertical position, d. H. not tilted, controlled. By this rotation of the joystick, a turning of the yacht can be achieved on the spot, d. H. a minimal maneuvering space is needed for the ship's turn.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist als Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens eine Segelyacht vorgesehen, welche im Allgemeinen mit nur einem motorischen Antrieb ausgerüstet ist. Insofern bedeutet die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einer Segelyacht einen großen Komfort- und Sicherheitszuwachs beim Manövrieren.According to a further aspect of the invention is provided as a device for carrying out the method, a sailing yacht, which is generally equipped with only a motor drive. In this respect, the application of the method according to the invention on a sailing yacht means a large increase in comfort and safety during maneuvering.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigenAn embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below, which may result from the description and / or the drawing further features and / or advantages. Show it
1 eine schematische Darstellung des Rumpfes einer Segelyacht, 1 a schematic representation of the hull of a sailing yacht,
2 einen Joystick mit seinen drei Bezugsachsen xj, yj, zj sowie eine schematische Darstellung des Schiffsrumpfes mit seinen ortfesten Achsen x, y, z, 2 a joystick with his three reference axes x j, y j, z j, as well as a schematic representation of the hull with its ortfesten axes x, y, z,
3 eine schematische Darstellung eines Steuerungssystems der Yacht, 3 a schematic representation of a control system of the yacht,
4 eine erste Position des Joysticks mit Kippposition nach vorn, 4 a first position of the joystick with tilt position forward,
4a den Joystick in seiner ersten Position und die Bewegung der Yacht, 4a the joystick in its first position and the movement of the yacht,
4b den Joystick gedreht und die Bewegung der Yacht, 4b turned the joystick and the movement of the yacht,
5 eine zweite Position des Joysticks mit Kippposition nach hinten, 5 a second position of the joystick with tilting position to the rear,
5a den Joystick in seiner zweiten Position und die Bewegung der Yacht, 5a the joystick in its second position and the movement of the yacht,
5b den Joystick gedreht und die Bewegung der Yacht, 5b turned the joystick and the movement of the yacht,
6 die zweite Position des Joysticks mit um 180° geschwenktem Schwenkantrieb, 6 the second position of the joystick with swivel drive swiveled by 180 °,
6a den Joystick in seiner zweiten Position und die Bewegung der Yacht, 6a the joystick in its second position and the movement of the yacht,
6b den Joystick gedreht und die Bewegung der Yacht, 6b turned the joystick and the movement of the yacht,
7 eine dritte Position des Joysticks mit mittiger Position, 7 a third position of the joystick with central position,
7a den Joystick in seiner dritten Position und die Bewegung der Yacht, 7a the joystick in its third position and the movement of the yacht,
8 eine vierte Position des Joysticks mit Kippposition nach Steuerbord, 8th a fourth position of the joystick with tilt position to starboard,
8a den Joystick in seiner vierten Position und die Bewegung der Yacht, 8a the joystick in its fourth position and the movement of the yacht,
8b den Joystick gedreht und die Bewegung der Yacht, 8b turned the joystick and the movement of the yacht,
9 eine fünfte Position des Joysticks mit Kippposition nach Backbord, 9 a fifth position of the joystick with tilting position to port,
9a den Joystick in seiner fünften Position und die Bewegung der Yacht und 9a the joystick in its fifth position and the movement of the yacht and
9b den Joystick gedreht und die Bewegung der Yacht. 9b the joystick turned and the movement of the yacht.
1 zeigt in schematischer Darstellung einen Rumpf 1 einer nicht vollständig dargestellten Segelyacht mit einem Kiel 2, einer Antriebsmaschine 3, einem Bugstrahlruder 4 sowie einem Ruderblatt 5. Die Antriebsmaschine 3 treibt einen Propellerantrieb 6 an, welcher als Schwenkantrieb 6 ausgebildet, d. h. um die Hochachse schwenkbar ist. Ein derartiger Schwenkantrieb wird auch als Ruderpropeller bezeichnet, weil er die Funktion eines konventionellen Ruders ersetzt. Die Antriebsmaschine 3 kann ein Verbrennungsmotor oder ein Hybridantrieb, bestehend aus Elektro- und Verbrennungsmotor, sein. 1 shows a schematic representation of a fuselage 1 a not fully illustrated sailing yacht with a keel 2 , a prime mover 3 a bow thruster 4 as well as a rudder blade 5 , The prime mover 3 drives a propeller drive 6 on, which as a rotary actuator 6 formed, that is pivotable about the vertical axis. Such a rotary actuator is also referred to as a rudder propeller, because it replaces the function of a conventional rudder. The prime mover 3 may be an internal combustion engine or a hybrid drive consisting of electric and internal combustion engine.
2 zeigt einen als Joystick 7 ausgebildeten Steuerhebel zur Steuerung der Antriebsmaschine 3, des Schwenkantriebes 6 und des Bugstrahlruders 4. Der Joystick 7 weist einen Handgriff 7a und einen als Gelenk ausgebildeten Schwenkpunkt 7b auf, durch welchen die Längsachse zj des Joysticks 7 verläuft. Ferner sind dem Joystick 7 die Achsen xj und yj zugeordnet. Der Joystick 7 kann in Richtung der Achsen xj und yj gekippt und um seine Längsachse zj gedreht werden. 2 shows one as a joystick 7 trained control lever for controlling the prime mover 3 , the rotary actuator 6 and the bow thruster 4 , The joystick 7 has a handle 7a and a pivot point formed as a hinge 7b through which the longitudinal axis z j of the joystick 7 runs. Furthermore, the joystick 7 the axes x j and y j assigned. The joystick 7 can be tilted in the direction of the axes x j and y j and rotated about its longitudinal axis z j .
Auf der rechten Seite von 2 ist schematisch ein Grundriss der Yacht 1 (die Bezugsziffer 1 wird sowohl für den Rumpf als auch für die Yacht verwendet) mit drei Achsen x, y, z dargestellt, wobei y die Längsachse der Yacht 1, x deren Querachse und z die Hochachse bildet. Die Achsen xj, yj. zj sind parallel zu den ortfesten Schiffachsen x, y, z angeordnet.On the right side of 2 is schematically a floor plan of the yacht 1 (the reference number 1 is for both the hull and the yacht used) with three axes x, y, z, where y is the longitudinal axis of the yacht 1 , x whose transverse axis and z form the vertical axis. The axes x j , y j . z j are arranged parallel to the stationary shafts x, y, z.
3 zeigt in schematischer Darstellung ein Steuerungssystem 8 mit den Komponenten Joystick 7, Schwenkantrieb 6, Bugstrahlruder 4 und Antriebsmaschine 3. Sämtliche Komponenten 3, 4, 6, 7 sind mit einer elektronischen Steuereinheit 9 durch Steuerleitungen 9a, 9b, 9c, 9d verbunden. Die Bewegungen des Joysticks 7, Kippen und/oder Drehen, werden über die Steuerleitung 9a als Eingangssignale in die elektronische Steuereinheit 9 eingeleitet und als Steuerbefehle an die Antriebsmaschine 3, den Schwenkantrieb 6 und/oder das Bugstrahlruder 4 weitergegeben. Die Segelyacht kann somit allein durch die Bewegungen des Joysticks 7 – was im Folgenden genauer erläutert wird – gesteuert, insbesondere bei niedrigen Bootsgeschwindigkeiten manövriert werden. Dabei werden die Drehzahl der Antriebsmaschine 3, der Steuer- oder Schwenkwinkel des Schwenkantriebes 6 und/oder die Schubrichtung des Bugstrahlruders 4 angesteuert. 3 shows a schematic representation of a control system 8th with the components joystick 7 , Swivel drive 6 , Bow thruster 4 and prime mover 3 , All components 3 . 4 . 6 . 7 are with an electronic control unit 9 through control lines 9a . 9b . 9c . 9d connected. The movements of the joystick 7 , Tilting and / or turning, are over the control line 9a as inputs to the electronic control unit 9 initiated and as control commands to the prime mover 3 , the rotary actuator 6 and / or the bow thruster 4 passed. The sailing yacht can thus alone by the movements of the joystick 7 - which is explained in more detail below - controlled, in particular maneuvered at low boat speeds. In this case, the speed of the prime mover 3 , the control or swivel angle of the rotary actuator 6 and / or the thrust direction of the bow thruster 4 driven.
Anhand der nachfolgenden 4 bis 9 werden die einzelnen vom Joystick 7 einnehmbaren Positionen und deren Wirkungen auf die Bewegung der Yacht ausführlich erläutert.Based on the following 4 to 9 the individual are from the joystick 7 ineptable positions and their effects on the movement of the yacht explained in detail.
4 zeigt den Joystick 7, dargestellt durch einen Kreis mit Mittelpunkt M in einer ersten gekippten Position. Die dem Joystick 7 zugeordneten Koordinaten xj, yj sind als Koordinatenkreuz mit dem Mittelpunkt O in einem Kreis k, der den Schwenkbereich des Joysticks 7 markiert, dargestellt. Der Joystick 7 mit der Längsachse zj ist um den Koordinatenursprung und Mittelpunkt O in Richtung der Achsen +/–xj und +/–yj kippbar. Die in der Zeichnung dargestellte Position des Joysticks 7 entspricht einer Kippung nach vom, d. h. in Richtung der Längsachse y der Yacht bzw. in Richtung Vorwärtsfahrt. Der Kippwinkel, gemessen aus der Senkrechten (Hochachse), ist maßgebend für die Drehzahl der Antriebsmaschine 3, d. h. die Stärke des Propellerschubes. Je weiter der Joystick 7 gekippt ist, d. h. je größer der Kippwinkel ist, desto höher ist die Drehzahl der Antriebsmaschine 3 und der Schub des Schwenkantriebes 6. Die Drehzahl des Schwenkantriebes 6 ist mit n bezeichnet und in einem Diagramm über der Achse yj aufgetragen. Man erkennt, dass die Drehzahl n proportional zur Auslenkung des Joysticks 7 in Richtung der Achse yj ansteigt. Auf der rechten Seite von 4 ist der Grundriss der Yacht mit Bugstrahlruder 4 und Schwenkantrieb 6, dessen Schwenkbereich um die Hochachse durch den Winkel +/–α angedeutet ist, schematisch dargestellt. Durch Drehung des Joystickes 7 um seine Längsachse zj, dargestellt durch einen Doppelpfeil αzj, wird der Schwenkantrieb 6 um die Hochachse geschwenkt und eine Gierbewegung der Yacht bewirkt. Der Schwenk- oder Steuerwinkel des Schwenkantriebes 6 um die Hochachse ist mit α angegeben und in dem Diagramm rechts unten in 4 über dem Drehwinkel αzj des Joysticks 7 aufgetragen. Man erkennt die lineare Abhängigkeit zwischen beiden Winkeln, allerdings mit entgegengesetzten Vorzeichen. Bei einer Drehung des Joysticks 7 im Uhrzeigersinn erfolgt die Schwenkung des Schwenkantriebes 6 entgegen dem Uhrzeigersinn, damit intuitiv auch ein Giermoment im Uhrzeigersinn, d. h. ein Drehen der Yacht nach Steuerbord erreicht wird. Der Schwenkantrieb 6 dreht also proportional, aber gegensinnig zur Drehbewegung am Joystick 7. Das Bugstrahlruder 4 ist bei diesem Manöver abgeschaltet. 4 shows the joystick 7 represented by a circle with center M in a first tilted position. The joystick 7 assigned coordinates x j , y j are as coordinate with the center O in a circle k, which is the pivot range of the joystick 7 marked, shown. The joystick 7 with the longitudinal axis z j is tiltable about the origin of coordinates and center O in the direction of the axes +/- x j and +/- y j . The position of the joystick shown in the drawing 7 corresponds to a tilt to from, ie in the direction of the longitudinal axis y of the yacht or in the direction of driving forward. The tilt angle, measured from the vertical (vertical axis), is decisive for the speed of the prime mover 3 ie the strength of the propeller thrust. The farther the joystick 7 is tilted, that is, the greater the tilt angle, the higher the speed of the prime mover 3 and the thrust of the rotary actuator 6 , The speed of the rotary actuator 6 is denoted by n and plotted on a graph above the axis y j . It can be seen that the speed n is proportional to the deflection of the joystick 7 in the direction of the axis y j increases. On the right side of 4 is the layout of the yacht with bow thruster 4 and swivel drive 6 whose pivotal range about the vertical axis is indicated by the angle +/- α, shown schematically. By turning the joystick 7 about its longitudinal axis z j , represented by a double arrow α zj , the pivot drive 6 pivoted about the vertical axis and causes a yaw movement of the yacht. The swivel or control angle of the rotary actuator 6 around the vertical axis is indicated by α and in the diagram at the bottom right in 4 above the angle of rotation α zj of the joystick 7 applied. One recognizes the linear dependence between both angles, however with opposite signs. When turning the joystick 7 in clockwise direction, the pivoting of the rotary actuator takes place 6 counterclockwise, so that a clockwise yaw moment, ie a turning of the yacht to starboard, is achieved intuitively. The rotary actuator 6 rotates proportionally, but in opposite directions to the rotation of the joystick 7 , The bow thruster 4 is disabled during this maneuver.
4a zeigt – in Ergänzung zu 4 – den Joystick 7 (linkes Bild) in nach vorn gekippter Position. Die zugehörige Stellung des Schwenkantriebes 6 ist im rechten Bild dargestellt: der Schwenkantrieb 6 liegt mittschiffs und treibt die Yacht 1 in Richtung des Pfeils V nach vorn und geradeaus. 4a shows - in addition to 4 - the joystick 7 (left picture) in forward tilted position. The associated position of the rotary actuator 6 is shown in the right picture: the rotary actuator 6 lies amidships and drives the yacht 1 in the direction of the arrow V forward and straight ahead.
4b zeigt den Joystick 7 in derselben Kippposition wie in 4a, jedoch um den positiven Drehwinkel αzj, also im Uhrzeigersinn gedreht. Das rechte Bild zeigt die Yacht 1 mit dem Schwenkantrieb 6, der entgegen dem Uhrzeigersinn um den Steuerwinkel –α geschwenkt ist. Der vom Schwenkantrieb 6 erzeugte Schubvektor übt somit ein im Uhrzeigersinn drehendes Giermoment auf die Yacht 1 aus, welche entsprechend dem Pfeil StB nach Steuerbord eindreht. 4b shows the joystick 7 in the same tilt position as in 4a , but by the positive rotation angle α zj , that is rotated in a clockwise direction. The right picture shows the yacht 1 with the rotary actuator 6 , which is pivoted in the counterclockwise direction by the control angle -α. The from the rotary actuator 6 generated thrust vector thus exerts a clockwise rotating yaw moment on the yacht 1 off, which turns according to the arrow StB to starboard.
5 zeigt den Joystick 7 in einer zweiten Position, d. h. nach hinten bzw. nach achtern gekippt, d. h. in Richtung –yj. Der Schwenkantrieb 6 befindet sich in der gleichen, d. h. unveränderten Position wie in 4, allerdings ist die Drehrichtung des Propellers umgekehrt, sodass die Schubrichtung nach rückwärts gerichtet ist, die Yacht bewegt sich nach achtern. Die Drehzahl n des Schwenkantriebes 6 ist im Quadranten –n/–yj aufgetragen. Der Steuerwinkel α des Schwenkantriebes 6 ist im Diagramm als Funktion des Drehwinkels αzj aufgetragen. Man erkennt daraus, dass der Joystick 7 und der Schwenkantrieb 6 gleichsinnig drehen. 5 shows the joystick 7 in a second position, ie tilted backwards or aft, ie in the direction -y j . The rotary actuator 6 is in the same, ie unchanged position as in 4 However, the direction of rotation of the propeller is reversed, so that the thrust direction is directed backwards, the yacht moves aft. The speed n of the rotary actuator 6 is plotted in quadrant -n / -y j . The control angle α of the rotary actuator 6 is plotted on the diagram as a function of the angle of rotation α zj . It can be seen that the joystick 7 and the rotary actuator 6 turn in the same direction.
5a zeigt – in Ergänzung zu 5 – den Joystick 7 in nach hinten gekippter Position (linkes Bild), d. h. für Rückwärtsfahrt geradeaus. Das rechte Bild zeigt die Yacht 1 mit dem mittschiffs liegenden Schwenkantrieb 6, dessen Propeller allerdings in entgegengesetzter Richtung wie bei Vorwärtsfahrt läuft. Die Yacht 1 läuft – wie durch den Pfeil R angedeutet – geradeaus rückwärts. 5a shows - in addition to 5 - the joystick 7 in the rear tilted position (left picture), ie for driving straight ahead. The right picture shows the yacht 1 with the midships pivoting drive 6 whose propeller, however, runs in the opposite direction as in forward driving. The yacht 1 runs - as indicated by the arrow R - straight backward.
5b zeigt den Joystick 7 in derselben Kippposition wie in 5a, jedoch im Uhrzeigersinn um den Winkel +αzj gedreht. Wie das rechte Bild zeigt, wird dadurch der Schwenkantrieb 6 ebenfalls im Uhrzeigersinn gedreht, wie durch den Pfeil +α angedeutet. Aufgrund des Steuerwinkels +α erzeugt der Schubvektor des Schwenkantriebes 6 ein im Uhrzeigersinn drehendes Giermoment. Dies hat zur Folge, dass das Heck der Yacht 1 entsprechend dem Pfeil BB nach Backbord dreht. 5b shows the joystick 7 in the same tilt position as in 5a , but rotated clockwise by the angle + α zj . Like the right picture shows, thereby the pivot drive 6 also rotated in a clockwise direction, as indicated by the arrow + α. Due to the control angle + α generates the thrust vector of the rotary actuator 6 a clockwise yaw moment. As a result, the stern of the yacht 1 turns to port according to the arrow BB.
6 zeigt den Joystick 7 in derselben Position wie in 5, nämlich nach hinten, d. h. in Richtung –yj, gekippt. Allerdings ist der Schwenkantrieb 6 um 180° gegenüber der Position in 4 geschwenkt, sodass er bei positiver Drehzahl n einen Schub in Richtung Heck und damit eine Rückwärtsfahrt der Yacht bewirkt. Während der Rückwärtsfahrt kann der Joystick 7 um seine Längsachse zj um den Drehwinkel αzj gedreht werden, was eine Schwenkung des Schwenkantriebes 6 um den Steuerwinkel +/–α und eine Gierbewegung der Yacht bewirkt. Wie das Diagramm α = f(αzj) zeigt, erfolgt die Drehbewegung am Joystick 7 gleichsinnig mit der Schwenkbewegung des Schwenkantriebes 6. 6 shows the joystick 7 in the same position as in 5 , namely to the rear, ie in the direction -y j , tilted. However, the pivot drive 6 180 ° from the position in 4 pivoted so that it causes a positive thrust n thrust towards the stern and thus a reverse of the yacht. During the reverse drive, the joystick 7 be rotated about its longitudinal axis z j by the rotation angle α zj , which is a pivoting of the pivot drive 6 effected by the control angle +/- α and a yaw movement of the yacht. As the diagram shows α = f (α zj ), the rotary movement takes place on the joystick 7 in the same direction with the pivoting movement of the rotary actuator 6 ,
6a zeigt – in Ergänzung zu 6 – den Joystick 7 in nach hinten gekippter Position, d. h. für Rückwärtsfahrt geradeaus. Der Schwenkantrieb 6 liegt mittschiffs und schiebt die Yacht 1 gerade achteraus, was durch den Pfeil R angedeutet ist. 6a shows - in addition to 6 - the joystick 7 in the rear tilted position, ie for driving straight ahead. The rotary actuator 6 lies amidships and pushes the yacht 1 just aft, which is indicated by the arrow R.
6b zeigt den Joystick 7 in der gleichen Position wie in 6a, jedoch um den Winkel +αzj im Uhrzeigersinn gedreht. Dies bewirkt – wie das rechte Bild zeigt – eine Schwenkung des Schwenkantriebes 6 ebenfalls im Uhrzeigersinn, d. h. um den Steuerwinkel +α. Dadurch wirkt ein im Uhrzeigersinn drehendes Giermoment auf die Yacht 1, sodass deren Heck nach Backbord eindreht, wie durch den Pfeil BB angedeutet. 6b shows the joystick 7 in the same position as in 6a , but rotated by the angle + α zj clockwise. This causes - as the right picture shows - a pivoting of the rotary actuator 6 also in a clockwise direction, ie by the control angle + α. As a result, a clockwise rotating yaw moment acts on the yacht 1 so that its tail rotates to port, as indicated by the arrow BB.
7 zeigt den Joystick 7 in einer dritten Position im Koordinatenursprung, d. h. in einer senkrechten Stellung, d. h. der Kippwinkel ist gleich Null. Durch Drehung des Joysticks 7 um seine senkrechte Längsachse zj kann eine Drehung der Yacht auf der Stelle („auf dem Teller”) durchgeführt werden. Der Propellerschub, d. h. die Propellerdrehzahl n ist dabei, wie das entsprechende Diagramm zeigt, proportional zum Drehwinkel αzf des Joysticks 7. Der Schwenkantrieb 6 wird bei diesem Manöver bevorzugt um 90° geschwenkt, sodass er quer zur Schiffslängsrichtung steht und somit ein Giermoment auf die Yacht ausübt. Der Steuerwinkel α des Schwenkantriebes 6 bleibt, wie das Diagramm zeigt, während des Drehmanövers konstant. Zusätzlich kann zur Unterstützung der Gierbewegung das Bugstrahlruder 4 zugeschaltet werden, sodass sich ein Kräftepaar mit entgegengesetzt wirkenden Schubvektoren ergibt. 7 shows the joystick 7 in a third position in the coordinate origin, ie in a vertical position, ie the tilt angle is equal to zero. By turning the joystick 7 around its vertical longitudinal axis z j , a rotation of the yacht on the spot ("on the plate") can be performed. The propeller thrust , ie the propeller speed n is, as the corresponding diagram shows, proportional to the rotational angle α zf of the joystick 7 , The rotary actuator 6 In this maneuver, it is preferably swiveled through 90 °, so that it is perpendicular to the ship's longitudinal direction and thus exerts a yaw moment on the yacht. The control angle α of the rotary actuator 6 As the diagram shows, it remains constant during the turning maneuver. In addition, to assist in the yawing motion, the bow thruster 4 be switched so that a pair of forces results with oppositely acting thrust vectors.
7a zeigt – zur weiteren Erläuterung von 7 – den Joystick 7 in mittiger senkrechter Position zur Einleitung des Manövers „Drehen auf der Stelle”. Dazu wird der Joystick 7 im Uhrzeigersinn gedreht, wie durch den Pfeil +αzj angedeutet. Das rechte Bild zeigt die Yacht 1 mit quergestelltem Schwenkantrieb 6, welcher um den Steuerwinkel α = –90° geschwenkt wurde. Die Drehung des Joysticks 7 und die Schwenkung des Schwenkantriebes 6 sind also gegenläufig. Der auf 90° gestellte Schwenkantrieb 6 übt ein im Uhrzeigersinn wirkendes Giermoment auf die Yacht 1 aus, sodass diese im Uhrzeigersinn entsprechend dem Pfeil D dreht. Zur Unterstützung dieses Manövers kann das Bugstrahlruder 4 zugeschaltet werden, welches mit entgegengesetzter Schubrichtung wie der Schwenkantrieb 6 arbeitet. Die Drehung der Yacht 1 erfolgt also sinnfällig, d. h. in der gleichen Drehrichtung wie die Drehung am Joystick 7. Analog wird das entsprechende Manöver mit entgegengesetzter Drehrichtung ausgeführt, was nicht dargestellt ist. 7a shows - for further explanation of 7 - the joystick 7 in the center vertical position to initiate the maneuver "turning on the spot". This is the joystick 7 Turned clockwise, as indicated by the arrow + α zj . The right picture shows the yacht 1 with transversal swivel drive 6 , which was pivoted by the control angle α = -90 °. The rotation of the joystick 7 and the pivoting of the rotary actuator 6 are so in opposite directions. The 90 ° rotary actuator 6 exerts a clockwise yaw moment on the yacht 1 so that it rotates clockwise according to arrow D. In support of this maneuver, the bow thruster can 4 be switched, which with opposite thrust direction as the rotary actuator 6 is working. The rotation of the yacht 1 So it is obvious, ie in the same direction as the rotation on the joystick 7 , Similarly, the corresponding maneuver is performed with opposite direction of rotation, which is not shown.
8 zeigt den Joystick 7 in einer vierten Position, nämlich in Richtung der positiven xj-Achse gekippt, also zur Steuerbordseite. In dieser Position des Joysticks 7 kann eine Quer- oder Seitwärtsbewegung, auch Lateralbewegung genannt, der Yacht bewirkt werden. Dabei werden der Schwenkantrieb 6 um +90° verschwenkt und das Bugstrahlruder 4 mit der gleichen Schubrichtung aktiviert. Auf die Yacht wirken dann zwei Schubvektoren, die parallel und quer zur Längsrichtung des Schiffes ausgerichtet sind. Um keine Gierbewegung des Schiffes zu erzeugen, werden beide Schubvektoren über die elektronische Steuereinheit gegeneinander ausbalanciert. Die Drehzahl n des Schwenkantriebes 6 entspricht dabei zunächst dem Kippwinkel des Joysticks 7, wie dies im mittleren Diagramm n = f(xj) dargestellt ist. Die konstante Drehzahl nb des Bugstrahlruders 4 liegt etwas höher. Zusätzlich, d. h. nach der Kippbewegung kann der Joystick 7 um den Drehwinkel αz gedreht werden, wie dies im linken Diagramm n = f(αzj) dargestellt ist. Damit wird die bisherige Schubbalance aufgehoben und ein Giermoment auf das Schiff ausgeübt, welches zu einer Drehbewegung – nach Backbord oder Steuerbord – führt. Damit kann der reinen Lateralbewegung eine Drehbewegung des Schiffes überlagert werden, was bei bestimmten Manövern, z. B. bei Windeinfluss von Vorteil sein kann. 8th shows the joystick 7 in a fourth position, namely tilted in the direction of the positive x j axis, ie to the starboard side. In this position of the joystick 7 can be a lateral or lateral movement, also called lateral movement, the yacht be effected. Here are the pivot drive 6 swiveled + 90 ° and the bow thruster 4 activated with the same thrust direction. On the yacht then act two thrust vectors, which are aligned parallel and transverse to the longitudinal direction of the ship. To avoid yawing the ship, both thrust vectors are balanced against each other via the electronic control unit. The speed n of the rotary actuator 6 initially corresponds to the tilt angle of the joystick 7 , as shown in the middle diagram n = f (x j ). The constant speed n b of the bow thruster 4 is a bit higher. In addition, ie after the tilting movement, the joystick 7 are rotated by the rotation angle α z , as shown in the left diagram n = f (α zj ). Thus, the previous thrust balance is removed and exerted a yaw moment on the ship, which leads to a rotational movement - to port or starboard. Thus, the pure lateral movement, a rotational movement of the vessel are superimposed, which in certain maneuvers, z. B. may be beneficial in wind influence.
8a zeigt – zur weiteren Erläuterung von 8 – den Joystick 7 in nach Steuerbord gekippter Position, was eine Bewegung der Yacht 1 (rechtes Bild) in Richtung des Pfeils L bewirkt. Die Yacht 1 bewegt sich seitwärts und macht eine reine Lateralbewegung, d. h. ohne Gierbewegung. Der Schwenkantrieb 6 ist um den Steuerwinkel α = +90° geschwenkt, mit Schubrichtung nach Steuerbord. Das Bugstrahlruder 4 ist zugeschaltet und schiebt ebenfalls nach Steuerbord. Die Summe der Giermomente aus dem Schubvektor des Bugstrahlruders 4 und dem Schubvektor des Schwenkantriebes 6 ist gleich Null – es herrscht Momentengleichgewicht. 8a shows - for further explanation of 8th - the joystick 7 in tilted position to starboard, causing a movement of the yacht 1 (right picture) in the direction of the arrow L causes. The yacht 1 moves sideways and makes a pure lateral movement, ie without yawing. The rotary actuator 6 is pivoted by the control angle α = + 90 °, with thrust direction to starboard. The bow thruster 4 is switched on and also pushes to starboard. The sum of the yawing moments from the thrust vector of the bow thruster 4 and the Thrust vector of the rotary actuator 6 is zero - there is moment equilibrium.
8b zeigt eine Änderung des Manövers gemäß 8a, indem der Joystick 7 im Uhrzeigersinn entsprechend dem Pfeil +αzj gedreht wird. Durch diese Drehung am Joystick wird das Momentengleichgewicht aufgehoben, indem entweder der Schub des Schwenkantriebes 6 reduziert wird, sodass das Giermoment aufgrund des Bugstrahlruders 4 dominiert, oder der Schub des Bugstrahlruders 4 verstärkt wird, sodass dessen Giermoment gegenüber dem Giermoment aus dem Schwenkantrieb 6 dominiert. Durch die Drehung des Joysticks 7 im Uhrzeigersinn wird die Yacht 1 gleichsinnig gedreht, d. h. der Lateralbewegung L gemäß 8 wird eine Drehbewegung zur Steuerbordseite, angedeutet durch den Pfeil StB, überlagert. 8b shows a change of the maneuver according to 8a by the joystick 7 is rotated clockwise according to the arrow + α zj . This rotation on the joystick eliminates the torque balance by either the thrust of the pivot drive 6 is reduced, so that the yaw moment due to the bow thruster 4 dominated, or the thrust of the bow thruster 4 is amplified so that its yaw moment compared to the yaw moment from the rotary actuator 6 dominated. By turning the joystick 7 Clockwise, the yacht becomes 1 rotated in the same direction, ie the lateral movement L according to 8th is a rotational movement to the starboard side, indicated by the arrow StB, superimposed.
9 zeigt den Joystick 7 in einer fünften Position, nämlich in Richtung der negativen xj-Achse, d. h. zur Backbordseite hin gekippt. In dieser Kippposition kann eine Lateralbewegung der Yacht zur Backbordseite hin durchgeführt werden – analog dem vorherigen Ausführungsbeispiel gemäß 8 zur Steuerbordseite. Der Schwenkantrieb 6 wird auf die Position α = –90° verschwenkt. Das Bugstrahlruder 4 wird aktiviert, sodass beide Schubrichtungen zur Backbordseite hin gerichtet sind. Beide Schubvektoren werden wiederum ausbalanciert, damit keine Gierbewegung des Schiffes auftritt, sondern eine reine Lateralbewegung bei gleicher Längsausrichtung. Soll die Lateralbewegung des Schiffes durch eine Gierbewegung korrigiert werden, so kann der Joystick 7 im oder entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden, was eine Änderung der Drehzahl des Schwenkantriebes 6 und damit eine Schubänderung bewirkt – dies ist im linken Diagramm n = f(αj) dargestellt. 9 shows the joystick 7 in a fifth position, namely in the direction of the negative x j -axis, ie tilted to the port side. In this tilting position, a lateral movement of the yacht can be carried out to port side - analogous to the previous embodiment according to 8th to the starboard side. The rotary actuator 6 is pivoted to the position α = -90 °. The bow thruster 4 is activated so that both thrust directions are directed to the port side. Both thrust vectors are in turn balanced, so that no yaw movement of the ship occurs, but a pure lateral movement with the same longitudinal alignment. If the lateral movement of the ship is to be corrected by a yawing motion, then the joystick can 7 be rotated clockwise or counterclockwise, which is a change in the speed of the rotary actuator 6 and thus causes a change in thrust - this is shown in the left diagram n = f (α j ).
9a zeigt – in weiterer Erläuterung von 9 – den Joystick 7 in nach Backbord gekippter Position, was eine Lateralbewegung der Yacht, entsprechend dem Pfeil L zur Backbordseite bewirkt. Der Schwenkantrieb 6 ist dabei um α = –90° geschwenkt, steht also quer zur Schiffslängsrichtung und schiebt nach Backbord. Das Bugstrahlruder 4 ist aktiviert und schiebt ebenfalls nach Backbord. 9a shows - in further explanation of 9 - the joystick 7 in port tilted position, causing a lateral movement of the yacht, according to the arrow L to the port side. The rotary actuator 6 is pivoted by α = -90 °, so it is transverse to the ship's longitudinal direction and pushes to port. The bow thruster 4 is activated and also pushes to port.
9b zeigt eine Abänderung des Manövers gemäß 9a, und zwar durch Drehen des Joysticks 7 entgegen dem Uhrzeigersinn gemäß Pfeil –αzj. Durch diese Drehung am Joystick 7 wird die vorherige Momentenbalance aufgehoben, sodass ein resultierendes links drehendes Giermoment erzeugt wird, welches eine Gierbewegung der Yacht 1 nach Backbord entsprechend dem Pfeil BB einleitet. 9b shows a modification of the maneuver according to 9a , by turning the joystick 7 counterclockwise according to arrow -α zj . By this rotation on the joystick 7 the previous moment balance is canceled, producing a resultant left-turning yaw moment, which is a yaw movement of the yacht 1 to port according to the arrow BB initiates.
Durch die Ausrüstung der Yacht 1 mit einem Schwenkantrieb 6, auch Ruderpropeller genannt, kann auf ein Heckstrahlruder und ein konventionelles Ruder mit Ruderblatt verzichtet werden.By the equipment of the yacht 1 with a rotary actuator 6 , also called rudder propeller, can be dispensed with a stern thruster and a conventional rudder with rudder blade.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Rumpf (Yacht)Hull (yacht)
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22
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Kielkeel
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33
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Antriebsmaschineprime mover
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44
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BugstrahlruderBow
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55
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Ruderblattrudder blade
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66
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SchwenkantriebRotary actuator
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77
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Joystickjoystick
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7a7a
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Handgriffhandle
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7b7b
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Gelenkpunktfulcrum
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88th
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Steuerungssystemcontrol system
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99
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Steuereinheitcontrol unit
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9a–9d9a-9d
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Steuerleitungencontrol lines
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xj; yj; zj x j ; yj ; z j
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Achsen von JoystickAxes of joystick
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x, y, zx, y, z
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Achsen von YachtAxes of yacht
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nn
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Drehzahl (Schwenkantrieb)Speed (rotary actuator)
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nb n b
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Drehzahl (Bugstrahlruder)Speed (bow thruster)
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αα
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Steuerwinkel (Schwenkantrieb)Control angle (rotary actuator)
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αzj α zj
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Drehwinkel (Joystick)Rotation angle (joystick)
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MM
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Mittelpunkt JoystickCenter point joystick
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OO
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Koordinatenursprungorigin
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kk
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Kreiscircle
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BBBB
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Backbordport
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StBStB
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Steuerbordstarboard
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VV
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VorwärtsForward
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RR
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RückwärtsBackward
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LL
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Lateralbewegunglateral movement
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DD
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DrehenRotate
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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WO 02/085702 A1 [0002] WO 02/085702 A1 [0002]
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US 7234983 B2 [0003] US 7234983 B2 [0003]
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US 7267068 B2 [0004] US 7267068 B2 [0004]
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WO 2005/005249 A1 [0005] WO 2005/005249 A1 [0005]
