DE102011108789A1

DE102011108789A1 - Watercraft i.e. ship, has detection unit detecting geometric change of cavity due to loads acting on rudder such that rudder controller is operatively arranged on rudder under consideration of geometric change of cavity

Info

Publication number: DE102011108789A1
Application number: DE201110108789
Authority: DE
Inventors: Thomas Porep
Original assignee: Porep GmbH
Current assignee: Porep GmbH
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-01-31

Abstract

The watercraft has a rudder comprising a rudder shaft that is connected to a rudder blade. A rudder controller acts on the rudder. A gas-filled cavity i.e. air-filled cavity, is formed in or on a bearing overlapped on the rudder shaft. A detection unit is connected with the controller, and detects a geometric change of the cavity due to loads acting on the rudder. The controller is operatively arranged on the rudder under consideration of the geometric change of the cavity. The detection unit is designed as an optical fiber cable, a photo-sensitive element, strain gauge or inductive sensor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug mit einem ein Ruderblatt und eine mit dem Ruderblatt verbundene Ruderwelle, einem die Ruderwelle lagernden Lager, und einer auf das Steuerruder wirkenden Rudersteuerung.The invention relates to a watercraft having a rudder blade and a rudder shaft connected to the rudder blade, a bearing supporting the rudder shaft, and a rudder control acting on the rudder.

Wasserfahrzeuge vom vorbenannten Typ sind seit alters bekannt. Bekannt ist auch, dass eine effiziente Steuerung eines Schiffs stark von der Erfahrenheit des Rudergängers abhängig ist. Insbesondere in der heutigen Zeit besteht speziell bei Frachtern und Fähren der Bedarf einer besonders ökonomischen Steuerung, mit der einerseits eine schnelle und sichere Fahrt ermöglicht, andererseits ökologische Folgeschäden aufgrund eines erhöhten Kraftstoffverbrauchs und Schadstoffausstoßes vermieden, zumindest aber verringert werden sollen.Watercraft of the aforementioned type have been known since ancient times. It is also known that an efficient control of a ship is heavily dependent on the experience of the helmsman. Especially in the modern day, there is a need for a particularly economical control, especially on freighters and ferries, which on the one hand enables fast and safe driving, on the other hand avoids ecological consequential damage due to increased fuel consumption and pollutant emissions, or at least reduces it.

Es sind zwar mittlerweile Ruderanlagen bekannt, bei denen beispielsweise ein Ruderlagenanzeiger dem Rudergänger die Lage des Ruderblattes anzeigt, damit dieser die Ruderlage besser einschätzen kann und eine visuelle Rückkopplung zu seinem Handeln hat. Ebenso sind Selbststeueranlagen bekannt, bei denen der Kurs des Schiffes permanent mit der Kompasslage verglichen und das Ruderblatt dem Kurs entsprechend nachgestellt wird.Although there are now known rudder systems in which, for example, a rudder angle indicator indicates to the helmsman the position of the rudder blade, so that he can better assess the rudder position and has a visual feedback to his actions. Likewise, self-steering systems are known in which the course of the ship is permanently compared with the compass position and the rudder blade is adjusted according to the course.

Diese Anlagen berücksichtigen jedoch nur ungenügend den für die Einhaltung des Kurses notwendigen Energie-, d. h. Treibstoffbedarf.However, these facilities insufficiently take into account the energy required to maintain the course, d. H. Fuel requirements.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Wasserfahrzeug mit einer Rudersteuerung bereitzustellen, mit deren Hilfe Kraftstoff eingespart werden kann.The object of the invention is therefore to provide a watercraft with a rudder control, with the help of which fuel can be saved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Wasserfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.This object is achieved by the watercraft with the features of claim 1. The subclaims reflect advantageous embodiments of the invention.

Grundgedanke der Erfindung ist es, im Wesentlichen die Ruderwirkung, die nicht immer proportional zur angezeigten Ruderstellung ist, zu verbessern. Bei erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird die Betriebssicherheit des Schiffes, speziell im Manöverbetrieb, erhöht, wobei auch der Kraftstoffverbrauch optimiert wird. Hierfür werden die auf das Ruderblatt wirkenden Lasten mittelbar durch die an der Ruderwelle anliegenden Kräfte, die sich unmittelbar auf das Ruderlager bzw. auf den Festpunkt des Ruderlagers übertragen, gemessen. Die Messung kann dabei in einem Hohlraum im Lager, aber auch in einem Hohlraum am Lager, insbesondere am Lagerführungsrohr, erfolgen.The basic idea of the invention is essentially to improve the rudder effect, which is not always proportional to the indicated rudder position. In the embodiment of the invention, the reliability of the ship, especially in maneuvering, increased, with the fuel consumption is optimized. For this purpose, the loads acting on the rudder blade are measured indirectly by the forces applied to the rudder shaft, which are transmitted directly to the rudder bearing or to the fixed point of the rudder bearing. The measurement can take place in a cavity in the bearing, but also in a cavity on the bearing, in particular on the bearing guide tube.

So ist es beispielsweise denkbar, dass eine extreme Ruderstellung zu einem schlechteren Ruderwirkungsgrad führt als ein geringerer Rudereinschlag. Neben der schlechten Ruderwirkung hat dieses einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zur Folge und wirkt sich speziell in einer höheren Belastung des Ruderlagers aus, wobei die erfindungsgemäße Rudersteuerung unter Berücksichtigung des angestrebten Kurses und der auf das Ruderlager wirkenden Belastung ein Optimum einstellt, sodass der Kurs eingehalten, der Kraftstoffverbrauch aber gesenkt ist.So it is conceivable, for example, that an extreme rudder position leads to a worse rudder efficiency than a lower rudder impact. In addition to the bad rudder effect, this has an increased fuel consumption and affects especially in a higher load of the rudder bearing, the rudder control according to the invention, taking into account the target course and the load acting on the rudder bearing optimum, so that the price maintained, the fuel consumption but lowered.

Mit anderen Worten wird immer diejenige Ruderstellung gesucht und eingestellt, die innerhalb eines vorgegebenen Spielraums der Ruderstellung ein Optimum ergibt. Sollte die vom von der vom Rudergänger ausgewählten Ruderlage derart abweichen, dass ein Belastungsmaximum am Ruderlager auftritt und gleichzeitig eine nicht optimale Ruderwirkung erreicht werden, so erfolgt durch die erfindungsgemäß ausgestaltete Rudersteuerung eine automatische Korrektur auf den besten Wirkungsgrad womit gleichzeitig bevorzugt sichergestellt werden soll, dass bei maximaler Ruderleistung auch ein Minimum an Kraftstoff verbraucht wird.In other words, that rudder position is always searched for and set, which results in a given margin of the rudder position an optimum. If the rudder position selected by the helmsman deviates from the rudder bearing in such a way that a maximum load is achieved at the rudder bearing and a non-optimal rudder effect is achieved, then the rudder control designed according to the invention automatically corrects for the best efficiency and at the same time preferably ensures that maximum rudder power also consumes a minimum of fuel.

Die Rudersteuerung kann auch so eingestellt sein, dass im automatischen Betrieb bei vorgegebenem Kurs sofort die in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch optimale Ruderlage eingestellt wird.The rudder control can also be set to automatically set the optimum rudder position with respect to fuel consumption during automatic operation at a given heading.

In jedem Fall kann vorgesehen sein, dass die Ruderlage bei vorgegebenem Kurs nicht über einen vorbestimmten am Ruderlager gemessenen Belastungswert hinaus verändert werden kann.In any case, it can be provided that the rudder position can not be changed beyond a predetermined load value measured at the rudder bearing at a predetermined rate.

Die Messung der an der Ruderwelle anliegenden Lasten erfolgt nun erfindungsgemäß dadurch, dass im Lager oder am Lager oder am Gegenlager der Ruderwelle ein Hohlraum vorgesehen ist, in dem in geeigneter Weise Sensoren zur Kraftmessung eingebaut sind. Alternativ kann an dem Führungsrohr, d. h. der Aufnahme für das Ruderlager, von außen z. B. eine Halbschale (ein der Länge nach geteiltes Rohr) angebracht werden, welches von Seiten des Schiffes trocken zugänglich ist. Durch diesen Hohlraum, der anders als das im Wasser befindliche Ruderlager selbst trocken ist, kann z. B. durch optische Verfahren (Lasertechnik aber auch durch Dehnungsmesstreifen und andere Verfahren) die (Ver-)Biegung des Führungsrohr als indirekte Messung des auf das Ruderblatt wirkenden Kräfte gemessen werden. Der (zusätzlich angebrachte) Hohlraum ermöglicht nun die einfache und sichere Messung im Trockenen, wenngleich sich der Hohlraum auch wenigstens zum Teil unter der Wasserlinie befinden mag. Die Gefahr der Beschädigung von Sensoren beim Auswechseln der Lager und der erforderlichen Demontage der Welle entfällt damit komplett. Der Hohlraum ist mit einem Gas, bevorzugt Luft, gefüllt. Die Geometrie des Hohlraums ist so ausgebildet, dass diese sich mit der auf das Lager wirkenden Belastung ändert und mithilfe von geeigneten im Hohlraum angeordneten Mitteln gemessen werden kann.The measurement of the voltage applied to the rudder shaft loads now according to the invention is characterized in that in the bearing or on the bearing or on the abutment of the rudder shaft, a cavity is provided in which sensors are installed for measuring force in a suitable manner. Alternatively, on the guide tube, i. H. the receptacle for the rudder bearing, z. B. a half-shell (a longitudinally divided tube) are attached, which is dry from the side of the ship. Through this cavity, which is different than the in-water rudder bearing itself is dry, z. B. by optical methods (laser technology but also by strain gauges and other methods) the (ver) bending of the guide tube as an indirect measurement of the forces acting on the rudder blade forces are measured. The (additionally attached) cavity now allows easy and safe measurement in the dry, although the cavity may also be at least partially below the waterline. The risk of damage to sensors when replacing the bearings and the required disassembly of the shaft is thus completely eliminated. The cavity is filled with a gas, preferably air. The geometry of the cavity is designed to vary with the load on the bearing and to be measured by suitable means located in the cavity.

Diese Mittel zum Erfassen einer geometrischen Änderung des Hohlraums sind im Hohlraum vor dem Eindringen von Wasser geschlitzt und mit der Rudersteuerung verbunden. Sie können als optische Systeme, beispielsweise als Systeme bestehend aus einem Laser und einem photosensitiven Element oder Systeme bestehend aus einer Lichtquelle, einem Glasfaserkabel und einem photosensitiven Element, oder als Dehnungsmessstreifen oder induktive Sensoren ausgebildet sein.These means for detecting a geometric change of the cavity are slotted in the cavity from the ingress of water and connected to the rudder control. They can be designed as optical systems, for example as systems consisting of a laser and a photosensitive element, or systems consisting of a light source, a fiber optic cable and a photosensitive element, or as strain gauges or inductive sensors.

Die Mittel können dabei Entfernungsänderungen entlang einer Achse des Hohlraums oder Abweichungen von einer Achse des Hohlraums erfassen. Bevorzugt können die Mittel zum Erfassen der geometrischen Änderung des Hohlraums eine geometrische Änderung derjenigen Achse des Hohlraums erfassen, die parallel zur Längsachse der Ruderwelle ausgerichtet ist. Alternativ können die Mittel zum Erfassen der geometrischen Änderung des Hohlraums eine geometrische Änderung derjenigen Achse des Hohlraums erfassen, die quer zur Längsachse der Ruderwelle ausgerichtet ist.The means may detect changes in distance along an axis of the cavity or deviations from an axis of the cavity. Preferably, the means for detecting the geometric change of the cavity can detect a geometric change of that axis of the cavity, which is aligned parallel to the longitudinal axis of the rudder shaft. Alternatively, the means for detecting the geometric change of the cavity may detect a geometrical change of that axis of the cavity which is oriented transversely to the longitudinal axis of the rudder shaft.

Derart ausgerüstet kann eine Biegung des Hohlraums jeweils entlang einer Achse erfasst werden, wobei – wenn Mittel für jeweils eine Achse vorgesehen sind – eine Biegung des Hohlraums entlang jeder Achse erfasst werden kann. Ist mehr als ein Mittel für jeweils eine Achse vorgesehen kann auch eine Torsion des Hohlraums erfasst werden, wobei an der Ruderwelle üblicherweise eher Biegungen der Ruderwelle hervorrufende Lasten, nicht aber eine Torsion verursachende Lasten auftreten.Thus equipped, a bend of the cavity can be detected each along an axis, wherein - if means are provided for each axis - a bending of the cavity along each axis can be detected. If more than one means is provided for each axis, a torsion of the cavity can also be detected, wherein on the rudder shaft usually loads of the rudder shaft causing loads, but not torsion causing loads occur.

Die Messung erfolgt bevorzugt „online”, sodass ständig Messdaten über die am Ruder auftretenden Lasten erfasst und der Rudersteuerung zugeführt werden können, die entsprechend sofort in die Ruderlage eingreifen kann.The measurement is preferably carried out "online", so that constantly measured data on the loads occurring at the rudder can be detected and fed to the rudder control, which can immediately intervene in the rudder position.

Claims

Watercraft with A control rudder having a rudder blade and a rudder shaft connected to the rudder blade, A bearing bearing the rudder, and A rudder control acting on the rudder, marked by - Arranged in or on the camp, gas-filled cavity, and Cavity-based means connected to the rudder control for detecting a geometrical change of the cavity due to loads acting on the rudder, wherein the rudder control is arranged taking into account the geometric change of the cavity acting on the rudder.

Watercraft according to claim 1, characterized in that the cavity is filled with air.

Vessel according to one of the preceding claims, characterized in that the means for detecting a geometric change of the axis of the cavity are arranged parallel to the longitudinal axis of the rudder shaft.

Vessel according to one of the preceding claims, characterized in that the means for detecting a geometric change of the axis of the cavity are arranged transversely to the longitudinal axis of the rudder shaft.