DE102014002034A1

DE102014002034A1 - Ruderantriebssystem und Verfahren

Info

Publication number: DE102014002034A1
Application number: DE102014002034.7A
Authority: DE
Inventors: Henrik Schädel
Original assignee: MacGregor Hatlapa GmbH and Co KG
Current assignee: MacGregor Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2015-08-13
Also published as: EP3105118B1; CN105247226A; EP3105118A1; JP2016518288A; KR20160013016A; WO2015121233A1

Abstract

Offenbart ist ein Ruderantriebssystem zum Betätigen einer Ruderanlage von Wasserfahrzeugen, mit zumindest einem Ruder und mit zwei redundanten elektrohydraulischen Hauptantrieben zum Ruderlegen, die unabhängig voneinander betreibbar sind, wobei das Ruderantriebssystem einen von den Hauptantrieben unabhängig betreibbaren elektrohydraulische Nebenantrieb zum Ruderlegen hat, der einen Elektromotor mit Frequenzumrichter zum Antreiben einer Hydraulikpumpe aufweist, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Ruderantriebssystems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ruderantriebssystem 1 zum Betätigen einer Ruderanlage von Wasserfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betätigen einer Ruderanlage von Wasserfahrzeugen.
Ruderanlagen von Schiffen werden üblicherweise mit elektrohydraulischen Ruderantriebssystemen ausgestattet. Bekannte Ruderantriebssysteme haben zwei identisch ausgeführte redundante elektrohydraulische Hauptantriebe, jeweils bestehend aus einer elektromotorisch angetriebenen Hydraulikpumpe, einer sogenannten Motorpumpengruppe, einer zugehörigen Leistungs- und Steuerungselektronik sowie hydraulischer Peripherie. Die Größe der Motorpumpengruppen wird gemäß den Bauvorschriften der Klassifikationsgesellschaften so bemessen, dass das Ruder in 28 Sekunden über einen Winkelbereich von 65° (35° einer Seite nach 30° der anderen Seite) bewegt werden kann. Dabei muss die Ruderlegezeit bzw. Ruderlegegeschwindigkeit je nach Schiffstyp mit nur einer oder mit beiden Motorpumpengruppen erreicht werden.
Die Größe der Hydraulikpumpen wird in erster Näherung durch den erforderlichen Ölvolumenstrom bestimmt, wohingegen die Größe der Elektromotoren durch die hydraulische Leistung, d. h. den Volumenstrom und die Druckdifferenz des Hydrauliköls, bestimmt wird. Die Hydraulikpumpen werden mit Elektromotoren betrieben, die mit einer festen Nenndrehzahl ausgeführt werden, so dass die erforderliche variable Antriebsleistung über das motorische Drehmoment variieren kann.
Die beschriebenen Eigenschaften der Kombinationen aus Elektromotor und Hydraulikpumpe führen zu betrieblichen Nachteilen. Die Motorpumpengruppe läuft bei annähernd gleichbleibender und maximaler Drehzahl. Da die reibungsbedingte mechanische Verlustleistung eine Funktion der Drehzahl ist, wird demnach die volle Verlustleistung in jedem Betriebszustand erzeugt, auch wenn beispielsweise keine Ruderverstellung und folglich kein Ölstrom erforderlich ist. Im Falle der Ausführung der Hydraulikpumpen als Konstantpumpen trägt zudem die hydraulische Reibung zur Verlustleistung bei. Zudem läuft ein Elektromotor in beispielsweise Asynchronbauweise bei kleineren Leistungen als der Nennleistung bei sehr ungünstigen Leistungsfaktoren, so dass deutliche höhere effektive Ströme, als für die Leistung erforderlich wären, fließen. Folglich sind die elektrischen Leistungsverluste besonders bei kleinen Leistungen verhältnismäßig hoch.
Die beschriebenen Zusammenhänge führen dazu, dass ein Ruderantriebssystem besonders in Betriebszuständen kleiner Leistung bzw. im Leerlauf sehr hohe Verlustleistungen erzeugt, die durchaus im Bereich von 10% bis 20% der Nennleistung liegen können. Im Hinblick auf die Gesamteffizienz der Ruderanlage sind diese Betriebszustände besonders kritisch, weil das Ruderantriebssystem zum überwiegenden Teil der gesamten Betriebszeit aufgrund kleiner benötigter Ruderkorrekturen in der Geradeausfahrt nur sehr wenig Nutzleistung, also hydraulische Leistung, erfordert.
Die vorbeschriebene bekannte Ausführung hat sich zwar in Sachen Zuverlässigkeit sowie der Sicherheit bewährt, jedoch zeigt sich, dass diese Technik nicht effizient ist. Auf See sind nur sehr kleine Ruderwinkel zu bewältigen und somit wird nur wenig Leistung der Hydraulikpumpen abgefordert. Dadurch läuft die jeweilige Hydraulikpumpe die meiste Zeit im Leerlauf und verbraucht somit unnötig Energie, da der sie antreibende Elektromotor nicht optimal ausgenutzt wird. Außerdem ist eine konstant hohe Ruderlegegeschwindigkeit im Manövrierbetrieb zwar wünschenswert, für die Propulsionsgüte bei Geradeausfahrt aber unter Umständen hinderlich.
Zudem ist ein Ruderantriebssystem bekannt, das zur Erhaltung einer Manövrierfähigkeit beim unvorhergesehenen Ausfall von beiden elektrohydraulischen Hauptantrieben einen über einen Hydrospeicher gespeisten Nebenantrieb aufweist, mittels dem durch Druckentlastung das Ruder gelegt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ruderantriebssystem zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile beseitigt und einen effizienten Betrieb ermöglicht. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum effizienten Betätigen einer Ruderanlage zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Ruderantriebssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
Ein erfindungsgemäßes Ruderantriebssystem zum Betätigen einer Ruderanlage von Wasserfahrzeugen hat zumindest ein Ruder und zwei redundante elektrohydraulische Hauptantriebe zum Ruderlegen, die unabhängig voneinander betreibbar sind. Erfindungsgemäß weist das Ruderantriebssystem einen von den Hauptantrieben unabhängig betreibbaren elektrohydraulischen Nebenantrieb zum Ruderlegen auf, der einen Elektromotor mit Frequenzumrichter zum Antreiben einer Hydraulikpumpe aufweist.
Dadurch, dass ein Nebenantrieb bereitgestellt ist, dessen Elektromotor über einen Frequenzumrichter gespeist wird, lässt sich deren Drehzahl und Drehrichtung stufenlos zwischen Stillstand und Nenndrehzahl sowie bei reduziertem Drehmoment über die Nenndrehzahl hinaus steuern. Demzufolge kann die Drehzahl genau entsprechend der erforderlichen Fördermenge gewählt werden. Insbesondere bei stehendem Ruder steht auch der Antriebsstrang, so dass keine Verlustleistung wie bei einem leerlaufenden Hauptantrieb erzeugt wird. Ferner kann mit Hilfe des Frequenzumrichters der Leistungsfaktor eingestellt und folglich auch bei niedrigen Drehzahlen sehr hoch gewählt werden, so dass auch die verlustbehafteten Ströme so gering wie im Nennpunkt des Elektromotors gehalten werden können. Durch den Nebenantrieb werden zwar einmalige Investitionskosten verursacht, die aufgrund der kleinen Größe vor allem des Frequenzumrichters insgesamt aber geringer ausfallen als beispielsweise für die zusätzliche Beschaffung von zwei Frequenzumrichtern für die Hauptantriebe. Eventuelle Ausfallrisiken des Frequenzumrichters stellen bei der erfindungsgemäßen Lösung keinen Nachteil dar, weil die gemäß den Klassifikationsvorschriften erforderlichen Hauptantriebe in unveränderter Weise vorhanden sind und im Versagensfall des Frequenzumrichters auf einen oder beide Hauptantriebe zurückgegriffen werden kann. Das erfindungsgemäße Ruderantriebssystem ermöglicht somit den effizienten Betrieb einer Ruderanlage, insbesondere dann, wenn beim Schwachlastbetrieb, beispielsweise bei einer Autopilotfahrt auf hoher See, bei dem kleine Ruderwinkel in langer Zeit und ein kleiner Leistungsbedarf besteht, das Ruderlegen über den Nebenantrieb erfolgt. Die Hauptantriebe befinden sich dann im Stillstand. Im Nennlastbetrieb hingegen, beispielsweise bei einer Revierfahrt, bei einer Fahrt durch schlechtes Wetter, wenn große Ruderwinkel in kurzer Zeit sowie ein großer Leistungsbedarf erforderlich sind, kann das Ruderlegen über einen oder beide Hauptantriebe erfolgen. Der Nebenantrieb befindet sich dann im Stillstand.
Das Ruderantriebssystem lässt sich technisch sehr einfach ausführen, wenn die Hydraulikpumpe des Nebenantriebs eine Konstantpumpe mit einem konstanten Fördervolumen ist.
Die Effizienz des Ruderantriebssystems lässt sich weiter steigern, wenn der Nebenantrieb im Vergleich zu den Hauptantrieben leistungsreduziert ist. Leistungsreduziert bedeutet dabei, bei einem gleichen Nenndruck eine geringere Nennleistung und einen geringeren Ölvolumenstrom, so dass der Nebenantrieb bei vollem Nenndruck weniger Ölvolumenstrom als jeder der Hauptantriebe fördert. Beispielsweise kann der Nebenantrieb so bemessen sein, dass er zwischen 5% bis 30%, vornehmlich 10% bis 20%, von dem Ölvolumenstrom jedes Hauptantriebs bei vollem Nenndruck fördern kann. Somit beträgt dann auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Nennleistung des Nebenantriebs zwischen 5 bis 30%, vornehmlich zwischen 10% bis 20%, der Nennleistung jedes Hauptantriebs.
Eine technische Ausführung des Ruderantriebssystem besteht darin, dass beispielsweise zumindest die Hydraulikpumpen der Hauptantriebe Konstantpumpen mit einem konstanten Fördervolumen sind.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel sind Hydraulikpumpen der Hauptantriebe Verstellpumpen mit verstellbarem Fördervolumen.
Bei einem Ausführungsbeispiel hat zumindest die Hydraulikpumpe des Nebenantriebs zwei Förderrichtungen.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betätigen einer Ruderanlage von Wasserfahrzeugen mit einem Ruderantriebssystem, insbesondere mit einem Ruderantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, werden zwei redundante Hauptantriebe und ein Nebenantrieb getrennt voneinander betrieben, wobei sich im Nennlastbetrieb der Nebenantrieb im Stillstand befindet und eine Ruderlegung durch einen der Hauptantriebe durchgeführt wird, und sich im Schwachlastbetrieb die Hauptantriebe im Stillstand befinden und eine Ruderlegung durch den Nebenantrieb durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß befindet sich bei Stillstand des Ruders oder bei kleinen erforderlichen Ruderlegegeschwindigkeiten, wie es üblicherweise zu einem großen Zeitanteil während einer stationären Geradeausfahrt und bei leichten Kurskorrekturen eines Schiffes der Fall ist, der Nebenantrieb mit der frequenzgeregelten Hydraulikpumpe im Betrieb. Die Hauptantriebe befinden sich im Stillstand, können aber jederzeit zugeschaltet werden. Entsprechend von erforderlicher Ruderlegegeschwindigkeit und Ruderlegewinkel kann die Drehzahl der Hydraulikpumpe zwischen Stillstand und Nennwert gesteuert werden. Bei geringen erforderlichen Rudermomenten und folglich bei geringen Öldrücken kann der Nebenantrieb sogar bei höheren als der Nenndrehzahl betrieben werden, wenn der Frequenzumrichter den Elektromotor in einem Betriebszustand der Feldschwächung führt. Diese Betriebsart ist vorteilhaft, wenn der Elektromotor des Nebenantriebs bei optimalem Leistungsfaktor und folglich bei geringen elektrischen Verlusten betrieben wird. Ferner wird die mechanische und hydraulische Verlustleistung, die aufgrund der kleinen Baugröße ohnehin deutlich geringer als die der Hauptantriebe ist, zudem drehzahlabhängig und damit nur dann erzeugt, wenn auch hydraulische Nutzleistung benötigt wird. Die vergleichsweise großen Hauptantriebe befinden sich dann im Stillstand und erzeugen damit weder elektrische, mechanische oder hydraulische Verlustleistung, noch verbrauchen sie Betriebszeit, so dass Verschleiß- und Wartungskosten erheblich reduziert werden. Im Nennlastbetrieb bei erforderlichen Ruderlegegeschwindigkeiten, die über die Leistungsmöglichkeit des Nebenantriebs hinausgehen, wird wenigstens einer der Hauptantriebe in Betrieb genommen und der Nebenantrieb abgeschaltet.
Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Schaltbilder näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ruderantriebssystems zum Betätigen einer Ruderanlage, und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel des Ruderantriebssystems.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ruderantriebssystems 2 zum Betätigen einer Ruderanlage 4 eines Wasserfahrzeugs schematisch skizziert.
Die Ruderanlage 4 hat ein Ruder bzw. Ruderblatt 6, das um eine senkrecht zur Blattebene stehende Drehachse 7 um einen bestimmten Drehwinkel verstellbar ist. Es ist an einer Traverse 8 befestigt, die über zwei jeweils diametral gegenüberliegende Zylinderkolbeneinheiten 10, 12 bzw. 14, 16 um den jeweiligen Drehwinkel verschwenkt werden kann. Die Zylinderkolbeneinheiten 10, 12, 14, 16 stehen jeweils mit einer Arbeitsleitung 18, 20, 22, 24 mit einer Verbindungsleitung 26, 28 zwischen der Ruderanlage 4 und dem Ruderantriebssystem 2 in Fluidverbindung.
Das Ruderantriebssystem 2 hat einzeln ansteuerbare elektrohydraulische Hauptantriebe 30, 32 sowie einen einzeln ansteuerbaren elektrohydraulischen Nebenantrieb 34. Die Hauptantriebe 30, 32 sind redundant ausgebildet, so dass im Folgenden aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich der gemäß der Darstellung in 1 linke Hauptantrieb 30 stellvertretend für beide Hauptantriebe 30, 32 beziffert wird.
Die Hauptantriebe 30, 32 haben im Wesentlichen jeweils eine Hydraulikpumpe 36, einen Elektromotor 38, eine Ventileinrichtung 40 sowie einen Tank 42. Die Hydraulikpumpe 36 fördert über eine eingangsseitige Förderleitung 44 das Arbeitsmedium bzw. Fluid, insbesondere ein Hydrauliköl, aus dem Tank 42 und über eine ausgangsseitige Pumpleitung 46 zu einem Pumpenanschluss P der Ventileinrichtung 40. Von einem mit dem Pumpenanschluss P in Grundstellung I der Ventileinrichtung 40 kurzgeschlossenen Hydraulikanschluss H der Ventileinrichtung 40 ist eine Hydraulikleitung 48 zurück zur Hydraulikpumpe 36 geführt. Um ein Rückströmen des Fluids aus der Hydraulikleitung 48 in den Tank 42 zu verhindern, ist in der Förderleitung 44 ein in Tankrichtung gesperrtes Rückschlagventil 50 angeordnet. Zur Druckentlastung der Pumpenleitung 46 in Grundstellung I der Ventileinrichtung 40 erstreckt sich von der Pumpenleitung 46 zum Tank 42 eine Entlastungsleitung 52, in der ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil 54 angeordnet ist. Zum Abführen von Leckageöl ist die Hydraulikpumpe 36 mit einer in den Tank 42 mündenden Leckölleitung 56 versehen.
Die Hydraulikpumpen 36 der Hauptantriebe 30, 32 sind hier als Konstantpumpen mit einer konstanten Fördermenge ausgeführt. Dabei weisen sie eine Förderrichtung auf. Der die jeweilige Hydraulikpumpe 36 antreibende Elektromotor 38 ist ein Drehstrommotor und insbesondere ein Asynchronmotor.
Zur Ermöglichung einer Ruderlegung in beide Drehrichtungen ist die Ventileinrichtung 40 der Hauptantriebe 30, 32 als ein 3/4-Wegeventile mit einer zweistufigen elektrohydraulischen Betätigung ausgeführt. Die Ventileinrichtungen 40 bzw. 3/4-Wegeventile haben jeweils drei Schaltstellungen I, II, III, wobei die Schaltstellung I die bereits vorerwähnte Grundstellung bzw. eine federzentrierte Mittelstellung ist. Die Ventileinrichtungen 40 haben jeweils einen Arbeitsanschluss A und einen Arbeitsanschluss B, der über jeweils eine Anschlussleitung 58, 60 mit einer der Verbindungsleitungen 26, 28 in Fluidverbindung steht. In der Schaltstellung II ist die Ventileinrichtung 66 aufgesteuert und der Pumpenanschluss P steht mit dem Arbeitsanschluss B in Verbindung. Der Hydraulikanschluss H steht dann mit dem Arbeitsanschluss A in Fluidverbindung. In der Schaltstellung III ist die Ventileinrichtung 66 ebenfalls aufgesteuert, wobei dann der Pumpenanschluss P mit dem Arbeitsanschluss A, und der Hydraulikanschluss H mit dem Arbeitsanschluss B in Fluidverbindung steht.
Die Verbindungsleitungen 26, 28 sind an ihrem einen Ende mit zwei parallel geschalteten und entgegengesetzt wirkenden vorgesteuerten Druckbegrenzungsventilen 62, 64 zur Druckentlastung der Ruderanlage 4 versehen, beispielweise beim Schlagen des Ruderblattes gegen ein Unterwasserhindernis. Mit ihrem jeweils anderen Ende sind die Verbindungsleitungen 26, 28 mit jeweils einem Arbeitsanschluss C, D einer im Folgenden noch erläuterten Ventileinrichtung 66 des Nebenantriebs 34 verbunden.
Der Nebenantrieb 34 hat neben der Ventileinrichtung 66, die im Folgenden noch näher erläutert wird, eine Hydraulikpumpe 68, einen Elektromotor 70 und einen Frequenzumrichter 72.
Die Hydraulikpumpe 68 ist ausgangsseitig durch eine Pumpenleitung 74 mit einem Pumpenanschluss P der Ventileinrichtung 66 verbunden. Eingangsseitig mündet in die Hydraulikpumpe 68 eine Hydraulikleitung 76, die sich von einem Hydraulikanschluss H der Ventileinrichtung 66 erstreckt. In einer Grundstellung IV sind der Pumpenanschluss P und der Hydraulikanschluss H kurzgeschlossen. Um in einer Schaltstellung V ein Rückströmen des Fluids aus den Verbindungsleitungen 26, 28 zu verhindern, ist sowohl in der Pumpenleitung 74 als auch in der Hydraulikleitung 76 ein aufsteuerbares Rückschlagventil 78, 80 angeordnet. Ein Steuerdruck zum Aufsteuern des Rückschlagventile 78, 80 wird dabei über jeweils eine Steuerleitung 82, 84 von der Pumpenleitung 74 bzw. der Hydraulikleitung 76 abgegriffen. Zur Druckentlastung der Pumpenleitung 74 und der Hydraulikleitung 76 erstreckt sich von diesen in den Tank 42 jeweils eine Entlastungsleitung 86, 88, in denen jeweils ein vorgesteuertes und in Tankrichtung aufsteuerbares Druckbegrenzungsventil 90, 92 angeordnet ist.
Die Hydraulikpumpe 68 hat eine in den Tank 42 mündende Leckölleitung 94 zum Abführen von Leckageöl. Die Hydraulikpumpe 68 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als eine Konstantpumpe mit zwei Förderrichtungen ausgeführt. Sie wird durch den Elektromotor 70, bevorzugterweise ein Drehstrommotor in Asynchronbauweise, angetrieben, dem der Frequenzumrichter 72 zugeordnet ist. Bevorzugterweise ist der Nebenantrieb 34 im Vergleich zu den Hauptantrieben 30, 32 leistungsreduziert.
Der Frequenzumrichter 72 ermöglicht, dass die Drehzahl und Drehrichtung des Elektromotors 70 stufenlos zwischen Stillstand und Nenndrehzahl sowie bei reduziertem Drehmoment über die Nenndrehzahl hinaus gesteuert werden kann. Demzufolge kann die Drehzahl genau entsprechend der erforderlichen Fördermenge der Hydraulikpumpe 68 gewählt werden. Ferner wird mit Hilfe des Frequenzumrichters der Leistungsfaktor eingestellt. Hierdurch kann dieser auch bei niedrigen Drehzahlen sehr hoch gewählt werden, so dass auch verlustbehaftete Ströme so gering wie im Nennpunkt des Elektromotors 70 gehalten werden.
Die Ventileinrichtung 66 ist ein 4/2-Wegeventil mit den beiden vorerwähnten Schaltstellungen IV und V. Die Ventileinrichtung 66 ist elektrisch betätigbar und in der Schaltstellung IV bzw. Grundstellung IV federvorgespannt. Sie hat die beiden Arbeitsanschlüsse C, D an denen wie vorerwähnt die Verbindungsleitungen 26, 28 angeschlossen sind. In der Grundstellung IV ist der Nebenantrieb 34 von der Ruderanlage 4 hydraulisch getrennt. In der Schaltstellung V ist die Ventileinrichtung 66 aufgesteuert. Der Pumpenanschluss P steht dann mit dem Arbeitsanschluss C und der Hydraulikanschluss H mit dem Arbeitsanschluss D in Fluidverbindung.
Bei einem bevorzugten Verfahren zum Betreiben bzw. Betätigen der Ruderanlage 4 wird diese im Schwachlastbetrieb, beispielsweise bei einer Autopilotfahrt auf hoher See, bei dem kleine Ruderwinkel in langer Zeit und ein kleiner Leistungsbedarf besteht, über den Nebenantrieb 34 betätigt. Die Hauptantriebe 30, 32 befinden sich dann im Stillstand. Wie in 1 gezeigt, ist im Schwachlastbetrieb die Ventileinrichtung 66 bevorzugterweise aufgesteuert (Schaltstellung V) und die Ventileinrichtungen 40 der Hauptantriebe 30, 32 sind zugesteuert (Grundstellung I).
Im Nennlastbetrieb hingegen, beispielsweise bei einer Revierfahrt, bei einer Fahrt durch schlechtes Wetter, wenn große Ruderwinkel in kurzer Zeit sowie ein großer Leistungsbedarf erforderlich sind, erfolgt der Betrieb der Ruderanlage 4 bevorzugterweise über einen der Hauptantriebe 30, 32. Der Nebenantrieb 34 befindet sich dann im Stillstand. Entsprechend ist dann die Ventileinrichtung 40 des aktivierten Hauptantriebs 30, 32 aufgesteuert (Schaltstellung II oder III) und die Ventileinrichtung 66 des Nebenantriebs 34 ist zugesteuert (Grundstellung IV). In Abhängigkeit von der Drehrichtung des Ruderblattes 6 befindet sich die Ventileinrichtung 40 des aktivierten Hauptantriebs 30, 32 in der Schaltstellung II oder in der Schaltstellung III.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ruderantriebssystems 2 zum Betätigen einer Ruderanlage 4 eines Wasserfahrzeugs gezeigt. Das Ruderantriebssystem 2 hat wie beim ersten Ausführungsbeispiel zwei redundant und unabhängig voneinander betreibbare elektrohydraulische Hauptantriebe 30, 32 sowie einen separat von den Hauptantrieben 30, 32 betätigbaren elektrohydraulischen Nebenantrieb 34. Fluidtechnisch sind die Hauptantriebe 30, 32 und der Nebenantrieb 34 über zwei Verbindungsleitungen 26, 28 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 in Fluidverbindung bringbar.
Im Unterschied zum Ruderantriebssystem 2 nach dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 haben die Hauptantriebe 30, 32 jeweils keine Konstantpumpe als Hydraulikpumpe 36, sondern hydraulische Verstellpumpen mit einem veränderbaren Fördervolumen, die zudem zwei Förderrichtungen aufweisen. Entsprechend der Ausführung der Hydraulikpumpe 36 als Verstellpumpen sind die Ventileinrichtungen 40 vereinfacht als jeweils ein elektrisch betätigbares 4/2-Wegeventil mit 2 Schaltstellungen VI, VII und zwei Arbeitsanschlüssen A, B ausgeführt.
Die Schaltstellung VII entspricht einer federvorgespannten Schließstellung, in der die Ventileinrichtung aufgesteuert ist. Die Schaltstellung VI entspricht einer Öffnungsstellung, in die Ventileinrichtung 40 aufgesteuert ist. In der Schaltstellung bzw. Öffnungsstellung VI steht eine sich von der Hydraulikpumpe 36 weg erstreckende und an einem Pumpenanschluss P der Ventileinrichtung 40 angeschlossene Pumpenleitung 46 über einen Arbeitsanschluss A der Ventileinrichtung 40 mit der Verbindungsleitung 26 in Fluidverbindung. Die Verbindungsleitung 28 steht dann über einen Arbeitsanschluss B der Ventileinrichtung 40 mit einer sich von einem Hydraulikanschluss H zur Hydraulikpumpe 36 erstreckenden Hydraulikleitung 48 in Fluidverbindung. In der Schaltstellung bzw. Schließstellung VII sind die Pumpenleitung 46 und die Hydraulikleitung 48 über den Pumpenanschluss P und den Hydraulikanschluss H kurzgeschlossen und somit die Hauptantriebe 30, 32 von den Verbindungsleitungen 26, 28 und somit von der Ruderanlage 4 fluidtechnisch getrennt.
Die Pumpenleitung 46 sowie die Hydraulikleitung 48 sind über jeweils eine als Bypass zur Hydraulikpumpe 36 verlaufende Kurzschlussleitung 96, 98 miteinander verbunden, wobei in dieser jeweils ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil 100, 102 angeordnet ist, die jeweils in entgegengesetzte Richtungen wirken.
Die jeweilige von einem Elektromotor 38, insbesondere ein als Drehstrommotor ausgeführter Asynchronmotor, angetriebene Hydraulikpumpe 68 hat eine in den Tank 42 mündende Leckölleitung 56 zum Abführen von Leckageöl.
Der Nebenantrieb 34 ist gegenüber dem Nebenantrieb 34 nach dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 unverändert. Der Nebenantrieb 34 weist somit einen Frequenzumrichter 72 zum Ansteuern eines Elektromotors 70 zum Antreiben einer Hydraulikpumpe 76 auf. Die Hydraulikpumpe 76 ist als Verstellpumpe mit verstellbaren Fördervolumen und zwei Förderrichtungen ausgeführt. Eine Ventileinrichtung 66 ist gleich dem ersten Ausführungsbeispiel nach den 1 als ein elektrisch betätigbares 4/2 Wegeventil ausgeführt, das eine federvorgespannten Grundstellung IV und eine Schaltstellung V sowie zwei Arbeitsanschlüsse C, D, einen Pumpenanschluss P und einen mit dem Pumpenanschluss P in der Grundstellung IV kurzgeschlossenen Hydraulikanschluss H aufweist.
In 2 ist der gleiche Betriebszustand des Ruderantriebssystems 2 wie in 1 gezeigt. Die Ventileinrichtungen 40 der Hauptantriebe 30, 32 sind zugesteuert (Schließstellung VII) und die Ventileinrichtung 66 des Nebenantriebs 34 ist aufgesteuert (Schaltstellung V). Somit wird die Ruderanlage 4 über den Nebenantrieb 34 gespeist und hierdurch ein Schwachlastbetrieb, in dem sich die Hauptantriebe 30, 32 im Stillstand befinden, symbolisiert.
Im Nennlastbetrieb befindet sich der Nebenantrieb 34 im Stillstand, d. h. die Ventileinrichtung 66 ist zugesteuert (Grundstellung IV) und das Ruderlegen erfolgt über einen der Hauptantriebe 30, 32, wozu die Ventileinrichtung 40 des jeweils vorgesehenen Hauptantriebs 30, 32 dann aufgesteuert ist (Öffnungsstellung VI).
Während bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 beim Betrieb einer der Hauptantriebe 30, 32 eine Drehrichtungsänderung des Ruderblattes 6 in eine über eine Veränderung der Schaltstellungen II, III der Ventileinrichtungen 40 erfolgt, wird beim zweiten Ausführungsbeispiel nach 2 zur Drehrichtungsänderung des Ruderblattes 6 analog zum Nebenantrieb 34 die Förderrichtung der jeweiligen Hydraulikpumpe 36, 68 umgedreht.
Offenbart ist ein Ruderantriebssystem zum Betätigen einer Ruderanlage von Wasserfahrzeugen, mit zumindest einem Ruder und mit zwei redundanten elektrohydraulischen Hauptantrieben zum Ruderlegen, die unabhängig voneinander betreibbar sind, wobei das Ruderantriebssystem einen von den Hauptantrieben unabhängig betreibbaren elektrohydraulische Nebenantrieb zum Ruderlegen hat, der einen Elektromotor mit Frequenzumrichter zum Antreiben einer Hydraulikpumpe aufweist, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Ruderantriebssystems.
Bezugszeichenliste

2: Ruderantriebssystem
4: Ruderanlage
6: Ruderblatt
7: Drehachse
8: Joch
10: Zylinderkolbeneinheit
12: Zylinderkolbeneinheit
14: Zylinderkolbeneinheit
16: Zylinderkolbeneinheit
18: Arbeitsleitung
20: Arbeitsleitung
22: Arbeitsleitung
24: Arbeitsleitung
26: Verbindungsleitung
28: Verbindungsleitung
30: Hauptantrieb
32: Hauptantrieb
34: Nebenantrieb
36: Hydraulikpumpe
38: Elektromotor
40: Ventileinrichtung
42: Tank
44: Nachsaugeleitung
46: Pumpenleitung A
48: Pumpenleitung B
50: Rückschlagventil
52: Entlastungsleitung
54: Druckbegrenzungsventil
56: Leckölleitung
58: Anschlussleitung
60: Anschlussleitung
62: Druckbegrenzungsventil
64: Druckbegrenzungsventil
66: Ventileinrichtung
68: Hydraulikpumpe
70: Elektromotor
72: Frequenzumrichter
74: Pumpenleitung A
76: Pumpenleitung B
78: Rückschlagventil
80: Rückschlagventil
82: Steuerleitung
84: Steuerleitung
86: Entlastungsleitung
88: Entlastungsleitung
90: Druckbegrenzungsventil
92: Druckbegrenzungsventil
94: Leckölleitung
96: Kurzschlussleitung
98: Kurzschlussleitung
100: Druckbegrenzungsventil
102: Druckbegrenzungsventil
A: Arbeitsanschluss
B: Arbeitsanschluss
C: Arbeitsanschluss
D: Arbeitsanschluss
H: Hydraulikanschluss
P: Pumpenanschluss
I: Schaltstellung /Grundstellung/Mittenstellung
II: Schaltstellung
III: Schaltstellung
IV: Schaltstellung/Grundstellung
V: Schaltstellung
VI: Schaltstellung/Öffnungsstellung
VII: Schaltstellung/Schließstellung

Claims

Ruderantriebssystem (2) zum Betätigen einer Ruderanlage (4) von Wasserfahrzeugen, mit zumindest einem Ruder (6) und mit zwei redundanten elektrohydraulischen Hauptantrieben (30, 32) zum Ruderlegen, die unabhängig voneinander betreibbar sind, gekennzeichnet durch einen von den Hauptantrieben (30, 32) unabhängig betreibbaren elektrohydraulischen Nebenantrieb (34) zum Ruderlegen, der einen Elektromotor (68) mit Frequenzumrichter (74) zum Antreiben einer Hydraulikpumpe (68) aufweist.
Ruderantriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Hydraulikpumpe (68) des Nebenantriebs (34) eine Konstantpumpe mit einem konstanten Fördervolumen ist.
Ruderantriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Nebenantrieb (34) im Vergleich zu den Hauptantrieben (30, 32) leistungsreduziert ist.
Ruderantriebssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei Hydraulikpumpen (36) der Hauptantriebe (30, 32) Konstantpumpen mit konstanten Fördervolumen sind.
Ruderantriebssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei Hydraulikpumpen (36) der Hauptantriebe (30, 32) Verstellpumpen mit verstellbaren Fördervolumen sind.
Ruderantriebssystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Hauptantriebe (30, 32) jeweils einen polumschaltbaren Elektromotoren (38) zum Antreiben ihrer jeweiligen Hydraulikpumpe (36) haben.
Ruderantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die Hydraulikpumpe (68) des Nebenantriebs (34) zwei Förderrichtungen hat.
Ruderantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hydraulikpumpen (36) der Hauptantriebe (30, 32) zwei Förderrichtungen haben.
Verfahren zum Betätigen einer Ruderanlage (4) von Wasserfahrzeugen mit einem Ruderantriebssystem (2), insbesondere mit einem Ruderantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei redundante Hauptantriebe (30, 32) und ein Nebenantrieb (34) getrennt voneinander betrieben werden, wobei sich im Nennlastbetrieb der Nebenantrieb (34) im Stillstand befindet und eine Ruderlegung durch einen der Hauptantriebe (30, 32) durchgeführt wird und sich im Schwachlastbetrieb die Hauptantriebe (30, 32) im Stillstand befinden und eine Ruderlegung durch den Nebenantrieb (34) durchgeführt wird.