DE19823776C2 - Hydraulikanlage für ein Schiff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hydraulikanlage für ein Schiff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In vielen Fällen werden Schiffe mit verstellbaren Propellern ausgerüstet, die von einem Motor über ein Getriebe angetrieben werden. Dabei wird für den Betrieb eine Hydraulikanlage benö­ tigt, um einerseits die Getriebekupplung zu betätigen und um andererseits den Verstellpropeller in die jeweils gewünschte Richtung zu verstellen.

Bekannte Hydraulikanlagen umfassen daher zwei Hydrauliksyste­ me. Das erste Hydrauliksystem für das Getriebe ist für die Getriebeschmierung sowie für die Bedienung der üblicherweise als Lamellenkupplung ausgebildeten Getriebekupplung vorgese­ hen. Für die Bedienung des Verstellpropellers wird ein ge­ trenntes zweites Hydrauliksystem benutzt.

Für das erste Hydrauliksystem mit dem zugeordneten Ölkreis­ lauf und dem ersten Verstellventil für die Betätigung der Ge­ triebekupplung wird als Ölförderpumpe eine Konstantpumpe ver­ wendet, welche über eine Welle in Verbindung mit dem Getriebe steht und dauernd angetrieben ist. Solange die Getriebekupp­ lung nicht über das erste Verstellventil betätigt wird, fließt das von der Konstantpumpe geförderte Öl über ein Druckbegrenzungsventil in den gemeinsamen Ölsumpf zurück. Nur bei Betätigung des ersten Verstellventils wird das von der Konstantpumpe geförderte Öl zum Schalten der Kupplung heran­ gezogen.

Demgegenüber hat man bisher für das zweite Hydrauliksystem mit dem zweiten zugehörigen Ölkreislauf zur Bedienung des zweiten Verstellventils des Verstellpropellers als Ölförder­ pumpe eine Verstellpumpe eingesetzt. Verstellpumpen werden allgemein als optimal angesehen, weil sie aufgrund ihrer Wir­ kungsweise nur dann Öl im Ölkreislauf fördern, wenn das Ver­ stellventil für den Verstellpropeller betätigt werden muß. Im Ruhezustand, wenn also das Verstellventil nicht betätigt wird, erfolgt keine Ölförderung, obwohl die Verstellpumpe über eine Zapfwelle dauernd vom Getriebe angetrieben wird. Da der Verstellpropeller bzw. das entsprechende zweite Verstell­ ventil vergleichsweise selten betätigt wird, hat sich bisher aus Gründen der Energieeinsparung der Einsatz einer Verstell­ pumpe für den zweiten Ölkreislauf durchgesetzt.

Der Umstand, daß bei den bekannten Hydraulikanlagen das erste und das zweite Hydrauliksystem in an sich vorteilhafter Weise aus nur einem gemeinsamen Ölsumpf im Getriebegehäuse gespeist werden, wodurch ein integriertes Hydrauliksystem gebildet wird, hat in der Praxis jedoch im Hinblick auf die Betätigung des Verstellpropellers zu Nachteilen geführt. Der gemeinsame Ölsumpf im Getriebegehäuse führt nämlich dazu, daß Luftblasen in das in den Ölkreisläufen geförderte Öl gelangen, weil das Öl im Ölsumpf durch ständige Bewegung eintauchender Zahnräder sowie durch von oben in den Ölsumpf tropfendes Öl in ständi­ ger Bewegung ist.

Bei der Konstantpumpe des ersten Ölkreislaufs für die Getrie­ bekupplung sind die Luftblasen im Öl zwar ohne nachteilige Wirkung, weil der Förderbetrieb der Konstantpumpe durch die im Öl befindlichen Luftblasen nicht merklich beeinflußt wird, jedoch trifft dies nicht für die an sich vorteilhafte Ver­ stellpumpe zu. Vielmehr hat sich in der Praxis gezeigt, daß die Luftblasen im Öl bei der Verstellpumpe aufgrund deren be­ sonderer Arbeitsweise zu Funktionsstörungen und in Extremfäl­ len sogar zum Ausfall der Verstellpumpe, z. B. durch Kavitati­ on, führen kann.

In dem Dokument DE 40 19 687 A1 ist ein Schiffsantrieb be­ schrieben, bei welchem zwischen dem Motor und dem Propeller ein Getriebe angeordnet ist, das hydraulisch steuerbar ist und wahlweise betätigbare Vorwärts- und Rückwärtskupplungen sowie eine mit einem Druckreduzierventil versehene Trolling- Einrichtung aufweist. Durch die Trolling-Einrichtung besteht die Möglichkeit, bei konstanter Motordrehzahl Einfluss auf die Propellerdrehzahl zu nehmen, weshalb die Trolling-Einrichtung insbesondere bei Hafenmanövern und in Kanalfahrten eingesetzt wird, da hier in der Regel bei konstanter Getriebeübersetzung die Schiffsgeschwindigkeit bei kleinstmöglicher Motordrehzahl noch zu groß ist.

Um der Gefahr einer Zerstörung der Kupplungen durch Fehlbedie­ nungen zu begegnen und um in jedem Betriebszustand der Trol­ ling-Einrichtung ein sicheres Manövrieren des Schiffes zu er­ möglichen, ist der bekannte Schiffsantrieb derart ausgestal­ tet, dass das Druckreduzierventil der Trolling-Einrichtung ei­ ne elektronisch-hydraulische Steuereinheit besitzt, und dass zwischen dem Druckreduzierventil und mindestens einer der Kupplungen ein hydraulisch mit dem Druckreduzierventil in Ver­ bindung stehendes an die Druckölleitung angeschlossenes Ventil angeordnet ist. Außerdem ist zwischen einer Zuleitung zur Kupplung und einer Schnellentlüftungsleitung ein Rückschlag­ ventil vorgesehen. Insgesamt trifft das Dokument DE 40 19 687 A1 keine Hydraulikanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1, und insbesondere sind weder ein Verstellpropeller noch ein gemeinsamer Ölsumpf für zwei Hydrauliksysteme vorge­ sehen.

Andererseits beschreibt zwar das Dokument WO 87/00815 ein Kon­ trollsystem für einen Verstellpropeller, jedoch betrifft die­ ses Kontrollsystem lediglich die spezielle Ventil- und Schal­ tungsanordnung zur Veränderung der Neigung der Propellerblät­ ter. Eine Hydraulikanlage mit zwei Hydrauliksystemen, die aus einem gemeinsamen Ölsumpf im Getriebegehäuse gespeist sind, wird nicht erwähnt. Entsprechendes gilt auch für die Veröf­ fentlichung der Zeitschrift "Ölhydraulik und Pneumatik" 13 (1969), Nr. 4, S. 184-188, wo unter dem Titel "Hochdruckhyd­ rauliksystem für die Regelung einer Propellerpumpe" Mechanis­ men zur Verstellung der Laufradschaufeln im Wege der Lagerung eines ganzen hydrostatischen Getriebes im Rotor der Propeller­ pumpe beschrieben ist, und wo jeglicher Bezug zur Problematik der Erfindung fehlt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung eines gemeinsamen Ölsumpfes eine Hydraulikanlage für ein Schiff anzugeben, welche trotz Luftblasen im Ölkreislauf eine sichere Betätigung des Verstellpropellers des Schiffes ermög­ licht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei der Hydraulikanlage ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 gegebenen Merkmale.

In neuartiger Weise kommt bei der Erfindung erstmals für die Ölförderpumpe des zweiten Ölkreislaufs für das dem Verstell­ propeller zugeordnete Verstellventil eine Konstantpumpe zum Einsatz, wie sie auch im ersten Ölkreislauf für die Betäti­ gung der Getriebekupplung vorgesehen ist. Die Erfindung geht davon aus, daß die Arbeitsweise einer Konstantpumpe zur För­ derung einer konstanten Ölmenge durch Luftblasen im Öl in der Praxis nur vernachlässigbar beeinflußt wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Ausgestal­ tung des zweiten Verstellventils. Dieses ist wahlweise wie folgt ausgebildet:

• a) als Proportional-Wegeventil mit zwei Arbeitsstellungen und eine einen drucklosen Umlauf des Öls des zweiten Öl­ kreislaufs ermöglichende Neutralstellung,
• b) als Proportional-Wegeventil mit zwei Arbeitsstellungen und einer Sperrstellung, in welcher der zweite Ölkreis­ lauf über ein auf einen minimalen Druckwiderstand ein­ stellbares Druckbegrenzungsventil verläuft, oder
• c) als Schwarz-Weiß-Wegeventil mit zwei Arbeitsstellungen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das zweite Feststellventil mit Hilfe von Steueröl betätigt, wobei dieses Steueröl über eine Steuerölleitung dem ersten Ölkreislauf entnommen wird.

Unter dem voranstehend erwähnten Schwarz-Weiß-Wegeventil versteht man ein binär wirkendes Ventil, welches nur auf oder zu macht.

Die Erfindung löst auf überraschende Weise den Widerspruch, der darin besteht, daß zum einen aus Energiegründen die bis­ herige Verwendung einer Verstellpumpe für das zweite Ver­ stellventil sinnvoll war, und daß zum anderen der Einsatz ei­ ner Konstantpumpe wegen des Einflusses der Luftblasen im Öl eine sichere Funktionsweise der Pumpe ermöglicht, obwohl die Konstantpumpe fortdauernd im Betrieb ist und fortdauernd Öl fördert, daß jedoch aus Gründen der Energieeinsparung eine Konstantpumpe für das Verstellventil des Verstellpropellers keinen Sinn ergibt.

Gleichwohl ist die Verwendung einer Konstantpumpe als Ölför­ derpumpe für den zweiten Ölkreislauf bei der Erfindung ein Vorteil, der in der besonderen Ausgestaltung des zweiten Ver­ stellventils zu sehen ist. In der Neutralstellung, also der Ruhestellung, erfolgt nämlich in neuartiger Weise ein druck­ loser Umlauf des Öls, so daß der Energiebedarf für die Kon­ stantpumpe vergleichsweise gering ist. Dies gilt auch für die Alternativen b) und c), bei denen der Ölkreislauf ebenfalls praktisch drucklos über das einstellbare Druckbegrenzungsven­ til verläuft, solange das zweite Verstellventil nicht betä­ tigt wird. Das Druckbegrenzungsventil 8 wird dabei auf "Null" eingestellt. In der Sperrstellung bzw. im Aus-Zustand kann - anders als bei der Alternative a) - kein Öl über das betref­ fende Ventil fließen, so daß der Ölkreislauf dann über das Druckbegrenzungsventil verläuft.

Schließlich sieht die Erfindung gemäß einem weiteren Merkmal vor, daß das Steueröl über eine Steuerölleitung aus dem er­ sten Ölkreislauf entnommen wird. Dabei wird davon ausgegan­ gen, daß im ersten Ölkreislauf ein Feinfilter vorgesehen ist, und daß somit in dem ersten Ölkreislauf sehr sauberes Öl ge­ fördert wird. Diese saubere Öl gewährleistet eine sichere und zuverlässige Ansteuerung bzw. Aktivierung des zweiten Ver­ stellventils für den Verstellpropeller.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der von der Konstantpumpe des zweiten Ölkreislaufs zum zwei­ ten Verstellventil führenden Ölleitung ein Grobfilter ange­ ordnet. Diese Maßnahme führt zu dem Vorteil geringerer Ko­ sten, da Grobfilter weniger aufwendig und weniger teuer als Feinfilter sind. Für den Betrieb der Konstantpumpe und die Betätigung des zweiten Verstellventils reicht das grob gefil­ terte Öl aus, während das Steueröl, mit welchem die Betäti­ gung des zweiten Verstellventils eingeleitet wird, erfin­ dungsgemäß dem ersten Ölkreislauf mit dem sauberen Öl entnom­ men wird.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Hydraulikanlage, und

Fig. 2-4 jeweils eine Darstellung eines zweiten Verstellventils in unterschiedlichen Be­ triebsfunktionen.

Die in Fig. 1 dargestellte Hydraulikanlage für ein Schiff ist zur Betätigung der Getriebekupplung 20 eines Getriebes 18 so­ wie zum Verstellen eines von dem Getriebe 18 angetriebenen Verstellpropellers 17 vorgesehen. Der das Getriebe 18 antrei­ bende Schiffsmotor ist aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnung nicht dargestellt.

Für die Betätigung der Getriebekupplung 20 ist ein erstes Hy­ drauliksystem vorgesehen, welches eine Konstantpumpe 1, ein Feinfilter 2 sowie einen Ölkühler 3 umfaßt, an welchen sich ein Druckbegrenzungsventil 4 anschließt, wodurch ein erster Ölkreislauf gebildet wird. In diesem Ölkreislauf wird aus ei­ nem im Gehäuse des Getriebes 18 befindlichen Ölsumpf 12 fort­ laufend Öl gefördert. Die Betätigung der Getriebekupplung er­ folgt über ein an dem Ölförderkreislauf angeschlossenes Schaltventil 5, welches als Schwarz/Weiß-Ventil ausgebildet ist. Im geschlossenen Zustand des Schaltventils fließt das von der Konstantpumpe 1 geförderte Öl über das Druckbegren­ zungsventil 4 zurück, während bei geöffnetem Schaltventil 5 und bei Betätigung des Schaltventils ein geringerer Anteil des Öls in die Kupplung 20 fließt.

An dem Druckbegrenzungsventil 4 wird der für die Getriebe­ kupplung 20 erforderliche Druck eingestellt, und durch Betä­ tigung des Schaltventils 5 wird die Getriebeschaltkupplung ein- bzw. ausgeschaltet. Die elektrische Ansteuerung des Schaltventils 5 erfolgt durch eine elektronische Steuerein­ richtung 11, durch welche das Schaltventil 5 zur Betätigung aktiviert werden kann.

Neben dem soweit beschriebenen ersten Ölkreislauf umfaßt die Hydraulikanlage ein zweites Hydrauliksystem mit einem zweiten Ölkreislauf für die Betätigung des Verstellpropellers 17. Zu diesem zweiten Ölkreislauf gehören als Ölförderpumpe eine Konstantpumpe 6, ein Grobfilter 7, sowie ein steuerbares und einstellbares Druckbegrenzungsventil 8. Parallel zu diesem Druckbegrenzungsventil 8 befindet sich als Verstellventil ei­ ne besondere Ventilanordnung in Form eines Proportional- Wegeventils 9.

Von dem Proportional-Wegeventil 9 führen eine erste Ölleitung 13 sowie eine zweite Ölleitung 14 zu einem Verstellzylinder 10. Dieser besitzt in an sich bekannter Weise eine Stangen­ seite 15 und eine Kolbenseite 16 und dient zum Verstellen des Verstellpropellers 17.

Schließlich sind in Fig. 1 noch eine Leckölleitung Y des Pro­ tortional-Wegeventils 9 sowie eine Leckölleitung L des Druck­ begrenzungsventils 8 zu erkennen, die beide zum gemeinsamen Ölsumpf 12 führen.

Zur näheren Erläuterung des neuen Proportional-Wegeventils 9 wird nachfolgend auf Fig. 2-4 Bezug genommen, welche je­ weils in detaillierter Darstellung die Hydraulikeinheit 19 gemäß Fig. 1 wiedergeben und jeweils unterschiedliche Posi­ tionen des Proportional-Wegeventils 9 betreffen.

Fig. 2 zeigt das Proportional-Wegeventil 9 in seiner Neutral­ stellung. Das Druckbegrenzungsventil 8 ist auf einen solchen Wert eingestellt, daß das von der Konstantpumpe 6 (vgl. Fig. 1) aus dem gemeinsamen Ölsumpf 12 geförderte Öl den Weg mit dem geringsten Widerstand über die Ölleitung 21 (Druckleitung) und über die Tankleitung T zurück in den Öl­ sumpf 12 nimmt. In der Neutralstellung erfolgt somit ein aus Energiegründen vorteilhafter einfacher druckloser Umlauf des Öls.

Fig. 3 zeigt das Proportional-Wegeventil 9 in einer ersten Arbeitsstellung zur Betätigung des Verstellzylinders 10 (vgl. Fig. 1) über die Leitungen 13 und 14. Zu diesem Zweck wird das Proportional-Wegeventil 9 zunächst über die elektronische Steuereinrichtung 11 sowie über die Steuerölleitung X in der Weise betätigt, daß die in Fig. 3 dargestellte Arbeitsstel­ lung eingenommen wird. In dieser Arbeitsstellung ist der zu­ vor beschriebene drucklose Umlauf des Öls aufgehoben.

Von der Konstantpumpe 6 wird das Öl vielmehr über die Leitung 21 sowie über die Leitung 13 zur Stangenseite 15 des Ver­ stellzylinders 10 geleitet. Der Öldruck steigt dabei maximal auf den am Druckbegrenzungsventil 8 eingestellten Wert an. Das auf der Kolbenseite 16 des Verstellzylinders 10 verdräng­ te Öl fließt über die zweite Ölleitung 14 und über das durch­ lässige Proportional-Wegeventil 9 sowie über die Leitung T in den gemeinsamen Ölsumpf 12 zurück, so daß mit Hilfe des Ver­ stellzylinders 10 der Verstellpropeller 17 in eine erste Richtung verstellt werden kann.

In Fig. 4 ist die andere, zweite Arbeitsstellung des Propor­ tional-Wegeventils 9 dargestellt, in welche das Proportional- Wegeventil 9 über die elektronische Steuereinrichtung 11 so­ wie über die Steuerölleitung X gebracht ist.

In dieser Arbeitsstellung gelangt das von der Konstantpumpe 6 geförderte Öl über die Leitung 21 zur Leitung 14, welche zur Kolbenseite 16 des Verstellzylinders führt. Der Öldruck steigt wiederum maximal auf den am Druckbegrenzungsventil 8 eingestellten Wert an. Das auf der Stangenseite 15 des Ver­ stellzylinders 10 verdrängte Öl fließt über die Ölleitung 13, über das Proportional-Wegeventil 9 sowie über die Leitung T wieder zurück in den gemeinsamen Ölsumpf 12. Somit läßt sich der Verstellzylinder 10 betätigen, um den Verstellpropeller 17 in eine andere Richtung zu verstellen.

Claims (3)

1. Hydraulikanlage für ein Schiff, welches mit einem Ver­ stellpropeller versehen ist, der von einem Motor über ein Ge­ triebe angetrieben wird, wobei die Hydraulikanlage ein erstes Hydrauliksystem mit einer ersten, als Konstantpumpe ausgebil­ deten Ölförderpumpe in einem ersten Ölkreislauf für ein er­ stes Verstellventil zur Betätigung einer Getriebekupplung und ein zweites Hydrauliksystem mit einer zweiten Ölförderpumpe in einem zweiten Ölkreislauf für ein zweites Verstellventil zur Betätigung des Verstellpropellers in zwei Richtungen um­ faßt, und wobei das erste und zweite Hydrauliksystem aus ei­ nem gemeinsamen Ölsumpf im Getriebegehäuse gespeist sind, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweite Ölförderpumpe eine Kon­ stantpumpe (6) ist, daß das zweite Verstellventil (9) a) ein Proportional-Wegeventil mit zwei Arbeitsstellungen und eine einen drucklosen Umlauf des Öls des zweiten Ölkreislaufs er­ möglichende Neutralstellung ist, oder b) ein Proportional- Wegeventil mit zwei Arbeitsstellungen und einer Sperrstel­ lung, in welcher der zweite Ölkreislauf über ein auf einen minimalen Druckwiderstand einstellbares Druckbegrenzungsven­ til (8) verläuft ist, oder c) ein Schwarz-Weiß-Wegeventil mit zwei Arbeitsstellungen ist, wobei im Aus-Zustand des Schwarz- Weiß-Wegeventils der zweite Ölkreislauf ebenfalls über ein auf einen minimalen Druckwiderstand einstellbares Druckbe­ grenzungsventil (8) verläuft, daß das zweite Verstellventil mit Hilfe von Steueröl betätigt ist und daß das Steueröl über eine Steuerölleitung (X) aus dem ersten Ölkreislauf entnommen wird.

2. Hydraulikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verstellventil (9) von einer elektronischen Steuerung (11) ansteuerbar und aktivierbar ist.

3. Hydraulikanlage nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der von der Konstantpumpe (6) zum zwei­ ten Verstellventil (9) führenden Ölleitung ein Grobfilter (7) angeordnet ist.