DE202005005848U1

DE202005005848U1 - Rudermaschinenantrieb für ein Schiff

Info

Publication number: DE202005005848U1
Application number: DE200520005848
Authority: DE
Original assignee: Moog GmbH
Current assignee: Moog GmbH
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2005-04-12
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2015-04-13

Abstract

Rudermaschine (1) für ein Schiff mit mindestens zwei elektromotorischen Antrieben (2, 3), von denen einer ein Hauptmotor (2) und der andere ein Hilfsmotor (3) ist, mindestens zwei redundanten Sensoren (10, 11) zum Erfassen der Winkellage des Ruderblatts und mindestens einer Steuerung (13), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei redundante Steuerungen (13, 14) vorgesehen sind, die jeweils mit dem Hauptmotor (2) und jeweils einem Sensor (10, 11) verbunden sind, während eine dritte Steuerung (15) mit dem Hilfsmotor (3) verbunden ist, wobei Haupt- (2) und Hilfsmotor (3) eine gemeinsame Antriebswelle (4) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rudermaschine für ein Schiff mit mindestens zwei elektromotorischen Antrieben, von denen einer ein Hauptmotor und der andere ein Ersatz- oder Hilfsmotor ist, mindestens zwei redundanten Sensoren zum Erfassen der Winkellage des Ruderblatts und mindestens einer Steuerung.
Standardmäßig wird für Rudermaschinen von militärischen Schiffen gefordert, dass sie redundant ausgeführt sind. Üblicherweise umfasst eine solche Rudermaschine deswegen drei Antriebe. Es handelt sich dabei um einen Hauptantrieb, einen Ersatz- oder Hilfsantrieb und einen Notantrieb. Der Hauptantrieb ist so ausgebildet, dass er volle Leistung bringt und als Einzelantrieb das Ruder gemäß der Spezifikation bewegt. Der Ersatzantrieb bringt die gleiche Leistung wie der Hauptantrieb. Der Hilfsantrieb ist ein Ersatzantrieb kleinerer Leistung. Der Notantrieb kommt zum Einsatz, wenn die beiden anderen Antriebe ausgefallen sind, beispielsweise wenn das Bordnetz ausgefallen ist. Der Notantrieb kann manuell, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angetrieben sein.
Der Antrieb des Ruderblatts kann in verschiedenen Varianten erfolgen. So ist z.B. bekannt, dass ein Linearantrieb das Ruder über einen mit der Ruderwelle verbundenen Hebel bewegt. Auch der Einsatz eines rotatorischen Antriebs ist bekannt. Dabei wird die Ruderwelle mit einem Zahnkranz versehen, in den der Ruderantrieb mit seinem Abtriebsritzel eingreift.
Ein Nachteil der bekannten Rudermaschinen ist der hohe Platzbedarf bedingt durch die drei Antriebsmotoren. Vor allem auf militärischen Schiffen, wie z.B. U-Booten, ist eine platzsparende Anordnung erforderlich.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rudermaschinenantrieb für ein Schiff bereitzustellen, der einen geringen Platzbedarf und eine geringe Anzahl von Baugruppen aufweist, trotzdem redundant aufgebaut ist und somit eine hohe Verfügbarkeit besitzt und kostengünstig herzustellen ist.
Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens zwei redundante Steuerungen vorgesehen sind, die jeweils mit dem Hauptmotor und jeweils einem Sensor verbunden sind, während eine dritte Steuerung mit dem Hilfsmotor verbunden ist, wobei Haupt- und Hilfsmotor eine gemeinsame Antriebswelle aufweisen.
Der Hauptmotor ist für den Betrieb am normalen 440V-Bordnetz mit voller Leistung, d.h. vollem Drehmoment und voller Drehzahl, ausgelegt. Aufgrund der sehr hohen Zuverlässigkeit des Motors im Vergleich zur ansteuernden Elektronik fungiert der Hauptmotor gleichzeitig als Ersatzantrieb. Der Hauptmotor weist also zwei Leistungselektroniken auf, die den Motor alternativ betreiben können.
Durch die Anordnung der beiden Motoren, d.h. des Hauptmotors und des Hilfsmotors, auf einer gemeinsamen Antriebswelle ist eine platzsparende Anordnung möglich. Da drei redundante Ansteuersysteme vorhanden sind, wird eine hohe Zuverlässigkeit erreicht. Da ein zusätzlicher Ersatzmotor eingespart werden kann, ist zudem eine kostengünstige Ausführung möglich. Der Hilfsmotor kommt zum Einsatz, wenn das Bordnetz ausfällt und ist daher für den Betrieb an einer 24-Volt-Batteriestromversorgung ausgelegt. Das Ruder kann mit dem Hilfsantrieb dann nur mit eingeschränkter Leistung bewegt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rudermaschine als Linearaktuator ausgebildet ist, indem die Antriebswelle des Haupt- und des Hilfsmotors als Eingangswelle eines Getriebespindelantriebs ausgebildet ist. Die Bewegung der Antriebswelle des Haupt- und des Hilfsmotors wird über ein Reduktionsgetriebe (z.B. Planetengetriebe oder Zykloidengetriebe) auf eine Getriebespindel übertragen. Auf der Getriebespindel befindet sich eine Spindelmutter. Die rotatorische Bewegung der Antriebswelle der Motoren wird über die Getriebespindel und die Spindelmutter in translatorische Bewegung umgewandelt. An der Spindelmutter ist die Schubstange befestigt, die das Ruder bewegt. Der verschleißfeste Linearaktuator, bestehend aus Getriebespindel und Spindelmutter, wandelt somit die rotatorische Bewegung der Motoren um in die zur Bewegung des Ruders benötigte translatorische Bewegung. Das Reduktionsgetriebe sorgt dabei für die benötigte Untersetzung.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass die Rudermaschine als rotatorischer Antrieb ausgebildet ist, indem die beiden elektromotorischen Antriebe ein Ritzel antreiben, das in einen, mit dem Ruderblatt verbundenen, Zahnkranz eingreifen. Es ist somit nicht nötig die rotatorische Bewegung des Antriebsmotors in eine translatorische Bewegung umzuwandeln.
Gemäß einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass das Umschalten zwischen den Steuerungen des Hauptmotors und dem Hilfsmotor vom Ruderleitstand gesteuert erfolgt. Aufgrund der recht geringen Dynamik ist ein manuelles Umschalten üblicherweise ausreichend.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Steuerungen so miteinander wirkungsverbunden, dass das Zu- und Abschalten des Hilfsmotors dynamisch in Abhängigkeit von einer Bewegungsgröße, z.B. der Ruderlegegeschwindigkeit erfolgt. Sinkt also die Ruderlegegeschwindigkeit unter einen bestimmten Wert, so wird der Hauptmotor ab- und der Hilfsmotor eingeschaltet.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 Seitenansicht der Rudermaschine mit Teilschnitt
2 Schematisches Schaltbild der Rudermaschine.
In 1 ist eine Rudermaschine 1 in Seitenansicht mit einem Teilschnitt dargestellt. Die Rudermaschine 1 umfasst einen Hauptmotor 2 und einen Hilfsmotor 3, die eine gemeinsame Antriebswelle 4 aufweisen. Im Normalantrieb ist der Hilfsmotor 3 passiv und wird vom Hauptmotor 2 mitgedreht. Für beide Motoren 2, 3 können beispielsweise bürstenlose Wechselstrom-Servomotoren eingesetzt werden. Der Hauptmotor 2 wird über das normale Bordnetz mit 440V-Netzspannung versorgt, der Hilfsmotor 3 ist an eine 24V-Batterie angeschlossen.
Die rotatorische Bewegung der Motoren 2, 3 wird über ein Reduktionsgetriebe 5 untersetzt und mittels eines Gewindeantriebs 6 in eine translatorische Bewegung überführt. Der Gewindeantrieb 6 besteht aus einer Gewindestange 7 und einer Spindelmutter 8. Auf der Spindelmutter 8 ist eine Schubstange 9 befestigt, die die translatorische Bewegung des Lineargetriebes an das Ruder überträgt und somit die Ruderlage verstellt. Die Motoren 2, 3 und das Reduktionsgetriebe 5 und der Gewindeantrieb 6 sind also schiffsfest, während die Schubstange 9 mit dem Ruder in Wirkverbindung steht.
Die aktuelle Lage des Ruderblatts wird über die Rotorlagegeber 10, 11 erfasst und an die Steuerungen des Hauptmotors 2 übertragen. Durch Schließen der Bremse 12 kann der Gewindeantrieb 6 und somit das Ruderblatt in seiner Position arretiert werden.
In 2 ist ein schematisches Schaltbild der Rudermaschine 1 dargestellt. Der Hauptmotor 2 und der Hilfsmotor 3 weisen eine gemeinsame Antriebswelle 4 auf, deren rotatorische Bewegung über ein Reduktionsgetriebe 5 untersetzt wird und mittels des Gewindeantriebs 6 in eine translatorische Bewegung überführt wird. Der Gewindeantrieb 6 besteht aus der Gewindestange 7 mit einer darauf angebrachten Spindelmutter 8. An der Spindelmutter 8 ist die Schubstange 9 befestigt, die die translatorische Bewegung des Gewindeantriebs 6 auf das Ruder überträgt.
Der Hauptmotor 2 ist redundant mit zwei Leistungselektroniken verbunden, die den Hauptmotor 2 alternativ betreiben können. Zwei Leistungsschütze 13, 14 sorgen dafür, dass der Hauptmotor 2 alternativ mit einem von zwei Servoverstärker 15, 16 verbunden ist und somit an den Rotorlagegeber 10 bzw. 11 angeschlossen ist.
Im Notbetrieb, d.h. bei Ausfall des 440V-Bordnetzes, treibt der mit einer 24V-Batterie betriebene Hilfsmotor 3 den Gewindeantrieb 6 an und positioniert somit das Ruder in der gewünschten Ruderlage. Dafür wird ein weiterer Servoverstärker 17 eingesetzt.
Die redundante Regelung der Ruderlagenposition erfolgt über einen Servokontroller 18. Die Ruderlageposition kann beispielsweise über ein digitales Bedien- und Anzeigegerät 19 vorgegeben werden und vom Servokontroller 18 überwacht werden. Im Störfall gewährleistet der Servokontroller 18 das Umschalten zwischen den Steuerungen des Hauptmotors 2 bzw. das Zuschalten des Hilfsmotors 3 und sorgt so für einen sicheren Betrieb der Rudermaschine 1.

Claims

Rudermaschine (1) für ein Schiff mit mindestens zwei elektromotorischen Antrieben (2, 3), von denen einer ein Hauptmotor (2) und der andere ein Hilfsmotor (3) ist, mindestens zwei redundanten Sensoren (10, 11) zum Erfassen der Winkellage des Ruderblatts und mindestens einer Steuerung (13), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei redundante Steuerungen (13, 14) vorgesehen sind, die jeweils mit dem Hauptmotor (2) und jeweils einem Sensor (10, 11) verbunden sind, während eine dritte Steuerung (15) mit dem Hilfsmotor (3) verbunden ist, wobei Haupt- (2) und Hilfsmotor (3) eine gemeinsame Antriebswelle (4) aufweisen.
Rudermaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rudermaschine (1) als Linearaktuator ausgebildet ist, indem die Antriebswelle (4) des Haupt- (2) und des Hilfsmotors (3) als Eingangswelle eines Getriebespindelantriebs (6) ausgebildet ist.
Rudermaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rudermaschine (1) als rotatorischer Antrieb ausgebildet ist, indem die beiden elektromotorischen Antriebe (2, 3) ein Ritzel antreiben, das in einen, mit dem Ruderblatt verbundenen, Zahnkranz eingreift.
Rudermaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschalten zwischen den beiden Steuerungen des Hauptmotors (2) und dem Hilfsmotor (3) über einen Ruderleitstand gesteuert erfolgt.
Rudermaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungen so miteinander wirkungsverbunden sind, dass das Zu- und Abschalten des Hilfsmotors (3) dynamisch in Abhängigkeit von einer Bewegungsgröße, wie der Ruderlegegeschwindigkeit, erfolgt.