DE1922565A1

DE1922565A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Steuerwirkung einer verstellbaren Steuerschraube

Info

Publication number: DE1922565A1
Application number: DE19691922565
Authority: DE
Inventors: Svensson Tord Birger; Mogren Olof Rolf Goesta
Original assignee: KARLSTAD MEKANISKA AB; Karlstads Mekaniska Werkstad AB
Current assignee: KARLSTAD MEKANISKA AB; Metso Fiber Karlstad AB
Priority date: 1968-05-03
Filing date: 1969-05-02
Publication date: 1969-11-13
Also published as: US3589830A; CA924798A; SE312497B; NO123680B; GB1200588A; NL6906642A; FI44533B; FR2007763A1; CH487016A; ES366703A1

Description

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wmAHviim β MÜNCHEN »3

A 15269 2. Mai I969

A 1536-9

. Firma AKTIEBOLAGET KARLSTADS MEKANISKA WERKSTAD Fack, S - 65$ βλ , Karlstad / Schweden ...

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Steuerwirkung einer verstellbaren Steuerschraube

Die Erfindung betrifft ein VErfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Steuerwirkung einer verstellbaren Steuerschraube, vorzugsweise einer Steuerschraube, die in einem zwischen den Seiten eines Schiffsrumpfes verlaufenden Tunnel angeordnet ist,

Steuerschrauben-Anlagen der vorerwähnten Art sind unter anderem durch das deutsche Patent 1,123,939 bekannt geworden und rufen beim Schiff Wendewirkungen hervor, wenn die Steuerschrauben einen Wasserstrom durch den querschiffs verlaufenden Tunnel treibt. Die Steuerschraube ist gewöhnlich für denAntrieb durch einen Elektromotor vorgesehen, jedoch können auch andere Arten von Antriebsmotoren verwendet werden. Die Flügel der Steuerschraube sind an einer Nabe verstellbar angebracht, damit ihre Steigung mittels einer hydraulischen Verstelleinrichtung, z.B. ein in der Nabe angeordneter hy-

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draulischer Zylinder mit Kolben, und Ventile zur regelbaren Zufuhr von Drucköl verstellt werden kann. Die hydraulische Verstelleinrichtung ist zur Fernsteuerung von der Schiffsbrücke aus vorgesehen. Durch Verstellen der Flügel kann die Steuerschraube auf verschiedene Steigungen eingestellt werden, nämlich von einer maximalen Steigung in der einen Richtung zu einer maximalen Steigung in der entgegengesetzten Richtung, ohne daß die Drehrichtung der Schraube umgekehrt werden muß.

Eine Steuerschraube, besonders wenn sie in einem Tunnel, der quer zum Rumpf verläuft, angeordnet ist, wird oft unter Bedingungen betrieben, die sich infolge der Bewegungen des Schiffes sowie aufgrund fremder Gegenstände, z.B. Eis, das in den Tunnel eindringt, stark verändern. Da die bisher bekannten Steuerschrauben-Anlagen im Prinzip zur direkten Einstellung der Schraubensteigung von der Brücke aus angelegt sind, besteht immer eine Gefahr, daß die Steigung auf Werte eingestellt werden kann, welche unter bestimmten Betriebsbedingungen den Antriebsintor der Steuerschraube überlasten, oder daß die Steuerschraubenanlage nicht in der bestmöglichen Weise ausgenutzt wird. Eine Überlastung kann eine Störung des Motors und eine verlorene Steuerungsfähigkeit des Schiffes zur Folge haben.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Regelung der Steuerwirkung einer verstellbaren Steuerschraube, um unter allen Betriebsbedingungen eine maximale oder eine gewünschte geringere Steuerwirkung ohne die Gefahr erzielen zu können, daß der Antriebsmotor der Steuerschraube überlastet wird.

Der Leistungsverbrauch der Steuerschraube wird durch die Steigung und durch die Schraubendrehzahl sowie durch die Betriebsbedingungen, z.B. Hindernisse in Form von Eisbruch, im Tunnel bestimmt.

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Das durch die Erfindung zu lösende technische Problem besteht darin, wie der Leistungsverbrauch der Steuerschraube auf Werte beschränkt werden kann, die für den Antriebsmotor nicht gefährlich und für die beabsichtigte Steuer-· wirkung geeignet sind.

Das erfindungsgemässe Verfahren unterscheidet sich im wesentlichen dadurch, daß die Steigungsverstelleinrichtung der Schraubenflügel durch ein Signal aus einer Steuervorrichtung gesteuert wird, welches den Unterschied darstellt zwischen einerseits einem "Bezugswerf'-Signal, das eine gewünschte Leistung des Antriebsmotors der Steuerschraube darstellt und von einem von Hand verstellbaren Signalgeber abgegeben wird, und andererseits einem "Istwert"-Signal, das die Wirkleistung des Antriebsmotors darstellt.

Eine erfindungsgemässe Vorrichtung unterscheidet sich im wesentlichen durch einen von Hand einstellbaren Signalgeber, der dazu dient, ein "Bezugswerf'-Signal abzugeben, welches einer gewünschten Leistung des Antriebsmotors der Steuerschraube entspricht, eine Lastftthlvorrichtung zur Abgabe eines "Istwerf'-Signals, das der Wirkleistung des Antriebsmotors entspricht, eine Steuervorrichtung zur Aufnahme der Signale vom Signalgeber und der Lastfühlvorrichtung und zur Abgabe eines Signals, das durch die empfangenen Signale bestimmt wird, zur Steuerung der hydraulischen Steigungsverstelleinrichtung der Schraubenflügel in der Weise, daß die Schraubenflügel auf eine Steigung eingestellt werden, die der gewünschten Leistung entspricht.

Der Querschub für die Steuerung des Schiffes, der durch die Steuerschraube erzeugt wird, wird hauptsächlich durch die von dieser verbrauchten Leistung bestimmt» Es ist daher vorteilhaft, diese Leistung unmittelbar innerhalb der für den Antriebsmotor zulässigen Grenzen zu regeln,

^T..^Tenn die Steuerschraube, wie in den meisten Fällen für den

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einstelleinrichtung 11 miteinander aufweist» Das Elektromagnet-ölventil 17 dient dazu, die Rohrleitungen 23 entsprechend den empfangenen elektrischen Signalen entweder so zu verbinden, daß einer der beiden Räume des hydraulischen Zylinders 13, welche durch den Kolben 15 voneinander getrennt sind, mit der Druckölpumpe 19 verbunden wird, während der andere Zylinderraum mit dem öltank 21 verbunden wird, oder in der Weise, daß ein ölfluß zum hydraulischen Zylinder 13 bzw* aus diesem verhindert, und der Kolben 15 in einer festen Stellung gehalten wird. Der Kolben 15 ist mit den Schraubenflügeln 5 in an sich bekannter Weise so verbunden, daß jede Stellung des Kolbens 15 im hydraulischen Zylinder 13 einer bestimmten Steigungseinstellung der Steuerschraube 1 entspricht.

Zur Regelung der Steuerwirkung der Steuerschraube 1 ist ein Signalgeber 25, der von Hand auf der Schiffsbrücke mittels eines Handhebels 27 betätigt werden kann, vorgesehen und so angeordnet, daß er elektrische "Bezugswert"-Signale an eine Steuervorrichtung 29 abgibt. Die elektrischen "Bezugswert"-Signale zeigen die gewünschte Richtung der Steuerwirkung sowie die gewünschte Leistung des Antriebsmotors 9 an. Aus einer Nullstellung, welche der Steigung Null und der Leerlaufieistung der Steuerschraube 1 entspricht, ist der Handhebel 27 für jede gewünschte Steuerwirkung backbords oder steuerbords mit einer Leistung zwischen Leerlauf und maximal zulässiger Leistung für den Motor 9 verstellbar. In der Anschlußleitung 31 des Antriebsmotors 9 befindet sich eine Lastfühlvorrichtung 33, welche bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als wichtigsten Teil einen Stromwandler aufweist, welche Vorrichtung 33 dazu dient, elektrische "Istwert"-Signale an die Steuervorrichtung 29 abzugeben. Wenn der Antriebsmotor 9 so betrieben wird, daß er die Steuerschraube 1 bei einer konstanten Spannung und mit einer konstanten Drehzahl antreibt, gibt die Lastfühlvorrichtung ,33 elektrische "Istwerf'-Signale ab, welche der Amperezahl in der Anschlußleitung 31 und damit auch der Leistung des Motors

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Antrieb durch einen Wechselstrommotor vorgesehen ist, dessen , Spannung und Drehzahl im wesentlichen konstant gehalten wer- * den, kann die Lastfühlvorrichtung zweckmässig ein Stromwandler sein, der in die Anschlußleitung des Motors geschaltet ist, da die.Motorleistung unter diesen Bedingungen proportional zur Amperezahl ist.

Für den Antrieb der Steuerschraube wird, wie erwähnt, gewöhnlich ein Elektromotor, z.B. ein Asynchronmotor, der seine Stromversorgung von einem Generator erhält, welcher von der Hauptmaschine des Schiffes angetrieben wird, verwendet. In bestimmten Fällen kann es jedoch zweckmässig sein, daß der Generator von einer gesonderten Kraftquelle angetrieben wird. Aus verschiedenen Gesichtspunkten ist es zweifellos vorteilhaft, daß eine Steuervorrichtung für eine erfindungsgemässe · Steuerschraube leicht aus an sich bekannten und bewährten elektrischen Bauelementen zusammengebaut werden kann. Die verschiedenen Bauelemente sind durch elektrische Kabel zusammenschaltbar, welche leicht den örtlichen Bedingungen angepaßt werden können und gegen mechanische Beschädigung relativ unempfindlich sind.

Nachfolgend wird eine erfindungsgemässe Vorrichtung in Verbindung mit der beiliegenden schematischen Zeichnung näher beschrieben.

Eine Steuerschraube 1 mit Flügeln 5, welche an einer Schraubennabe 3 verstellbar angebracht sind, ist über einen Kegeltrieb 7 mit einem Antriebsmotor 9 verbunden, welcher bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Asjrnchronmotor ist. Die Steigungseinstellung der Schraubenflügel 5 ist durch eine hydraulische Steigungseinstelleinrichtung 11 verstellbar, die einen hydraulischen Zylinder 13 mit einem doppeltwirkenden Kolben 15, ein Elektromagnet-Ölventil 17, eine Druckölpumpe 19' mit einem öltank 21 sowie die notwendigen Rohrleitungen 23 zur Verbindung der Bauelemente der hydraulischen Steigungs-

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direkt proportional sind. Die Steuervorrichtung 29 besitzt ein polarisiertes Relais, das gleichzeitig durch die elektrischen Signale betätigt wird, die vom Signalgeber 25 und von der lastfühlvorrichtung 33 empfangen werden. Das polarisierte Relais dient in an sich bekannter Weise zur Beeinflussung weiterer Relais zur Abgabe elektrischer Signale an das Elektromagnet-Ölventil 17, wodurch eine Erhöhung oder Verringerung der Steigung der Flügel 5 der Steuerschraube 1 eingeleitet wird. Die Steuervorrichtung 29 besitzt femer weitere Relais,,die gleichzeitig durch elektrische Signale aus dem Signalgeber 25 und aus einer Vorrichtung 35 zur Bestimmung der Steuerrichtung gesteuert werden, welche Vorrichtung 35 ferner dazu dient, mechanisch die Stellungen des Kolbens 15 im hydraulischen Zylinder 13 abzutasten. Die Vorrichtung 35 bewirkt in an sich bekannter Weise eine Verstellung der Flügel 5 der Steuerschraube 1 auf die Steigung Null, wenn der Antriebsmotor 9 zum Stillstand kommt, was ferner zur Folge hat, daß der Antriebsmotor 9 nicht wieder in Gang gesetzt werden kann, bevor die Flügel 5 der Steuerschraube 1 in die Stellung mit der Steigung Null gebracht worden sind. Dies ist zur Sicherheit.

Eine etfindungsgemässe Vorrichtung arbeitet im Prinzip wie folgt: der Antriebsmotor 9 wird bei sich in der Stellung mit der Steigung Null befindendem Flügel 5 des Schraubenpropellers 1 oberhalb seiner Leerlaufleistung in Gang gesetzt, so daß der Antriebsmotor 9 nur die verhältnismässig geringe Leistung abgibt, welche zur Überwindung der Reibungsverluste bei der mechanischen Übertragung auf die Steuerschraube und zur Drehung der Steuerschraube 1 erforderlich ist. Die Lastfühlvorrichtung 33 gibt ein elektrisches "Istwert-Signal, welches proportional der Mindestleistung des Antriebsmotors 9 ist, an die Steuervorrichtung 29 ab. Wenn der Handhebel 27 aus seiner Neutralstellung in eine Stellung bewegt wird, die einer gewünschten Steuerwirkung entspricht, z,B, "Steuerbord mit voller Leistung", wird der Signalgeber 25 zur Abgabe eines elektrischen "B®zugswert"-Signals an die

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Steuervorrichtung 29 veranlaßt, welches Signal der maximal zulässigen Leistung des Antriebsmotors 9 entspricht und ausserdem die Richtung der gewünschten Steuerwirkung anzeigt· Die an die Steuervorrichtung abgegebenen elektrischen "Istwert"-und "Bezugswerf'-Signaie werden miteinander verglichen und so lange das "Bezugswert"-Signal aus dem Signalgeber 25 stärker als das "Istwerte-Signal von der Lastfühlvorrichtung 33 ist, wird von der Steuervorrichtung 29 ein elektrisches Signal an das Elektromagnet-Ölventil 17 gegeben, was zur Wirkung hat, daß das Ventil die Rohrleitungen 23 so verbindet,daß Drucköl aus der Pumpe 19 derjenigen Seite desKolbens 15 im hydraulischen Zylinder 13 zugeführt wird, daß eine solche Verdrängung des Kolbens stattfindet, daß die Steigung der Schraubenflügel 5 in der gewünschten Richtung zunimmt. Wenn die Steigung zunimmt, nimmt die Steuerschraube 1 mehr Leistung vom Antriebsmotor 9 auf und nimmt das "Istwert"-Signal aus der Lastftihlvorrichtung 33 zu. Wenn die Steigung auf einen solchen Wert verstärkt worden ist, daß die Steuerschraube 1 die maximal zulässige Leistung des Antriebsmotors 9 aufnimmt, wird das "Istwert-Signal, das von der Lastfühlvorrichtung 33 abgegeben wird, gleich stark wie das "Bezugswert^M-Signal aus dem Signalgeber 25, so daß kein Ausgangssignal von der Steuervorrichtung 29 an das Elektromagnet-ölventiVL7 gegeben wird. Das ölventil 17 schaltet dann den ölfluß zu dem und aus dem hydraulischen Zylinder 13 ab, so daß der Kolben 15 und die Schraubenflügel 5 fest in den von' ihnen erreichten Stellungen gehalten werden. Wenn sich dann die Betriebsbedingungen der Steuerschraube 1 so ändern, daß der Leistungsverbrauch der Schraube zunimmt, z.B. wenn Eisbruch in den Quertunnel gelangt, nimmt das "Istwert^fl-Signal, das von der Lastfühlvorrichtung 33 abgegeben wird, zu und wird stärker als das "Bezugswert"-Signal aus dem Signalgeber, 25. Dies hat zur Folge, daß die Steuervorrichtung 29 ein Signal an das Elektromagnet-Ölventil 17 abgibt, was zur Wirkung hat, daß das Ventil die Rohrleitungen 23 so verbindet, daß sie öl zu dem und aus dem hydraulischen Zylinder 13 in solcher Weise leiten, daß

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die Steigung der Steuerschraube 1 herabgesetzt wird. Die Verringerung der Steigung dauert so tage an, bis die "Istwert"-und ^MBezugswert"-Signale aus der Lastfühlvorrichtung und aus dem Signalgeber 25 wieder gleich sind und das Ausgangssignal aus der Steuervorrichtung ,29 zum ölventil 17 aufhört und dadurch die Steigungseinstelleinrichtung der Schraubenflügel 5 gesperrt wird. Es besteht daher keine Gefahr einer Überlastung des Antriebsmotors 9.

In der vorangehenden Beschreibung wurde nur eine Ausführungsform der Erfindung gegeben und innerhalb des Rahmens der Erfindung sind verschiedene Abänderungen möglich. Beispielsweise kann der Antriebsmotor 9 ein Gleichstrommotor oder ein Dieselmotor sein, in welchen Fällen die Lastfühlvorrichtung 33 natürlich von anderer Art sein muß.

Patentansprüche; 909846/0 7 7 3

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Regelung der Steuerwirkung einer verstellbaren Steuerschraube mit Flügeln, welche durch eine hydraulische Steigungseinstelleinrichtung verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigungseinstelleinrichtung (11) der Schraubenflügel (5) durch ein Signal aus einer Steuervorrichtung (29) gesteuert wird, das die Differenz darstellt zwischen einerseits einem "Bezugswerf-Signal, welches eine gewünschte Leistung des Antriebsmotors (9) der Steuerschraube (1) darstellt und von einem von Hand verstellbaren Signalgeber (25) abgegeben wird, und andererseits einem "Istwert"-Signal, welches die Wirkleistung des Antriebsmotors (9) darstellt.
2. Vorrichtung zur Steuerung nach dem in Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahren eiia: verstellbaren Steuerschraube mit Flügeln, die durch eine hydraulische Steigungseinstelleinrichtung verstellbar sind, gekennzeichnet durch einen von Hand verstellbaren Signalgeber (25), der dazu dient, ein "Bezugswerf-Signal abzugeben, das einer gewünschten Leistung des Antriebsmotors (9) der Steuerschraube (1) entspricht, eine Lastfühlvorrichtung (33) zur Abgabe eines "Istwert"-Signals, das der Wirkleistung des Antriebsmotors (9) entspricht, eine Steuervorrichtung

' (29) zur Aufnahme der Signale aus dem Signalgeber (25) und aus der Lastfühlvorrichtung (33) und zur Abgabe eines von den aufgenommenen Signalen bestimmten Signals zur Steuerung der hydraulischen Steigungseinstellvorrichtung (11) der Schraubenflügel (5) in der Weise, daß die Schrau-

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benflügel mit einer Steigung eingestellt werden, die der gewünschten Leistung entspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, üai welcher die Steuerschraube durch einen Wechselstrommotor mit einer im wesentlichen konstanten Spannung und Drehzahl angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastfühlvorrichtung (33) durch einen Stromwandler gebildet wird, der in die Anschlußleitung des Antriebsmotors (9) geschaltet ist.

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