DE2144724A1

DE2144724A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Laststeuerung von Schiffsantrieben

Info

Publication number: DE2144724A1
Application number: DE19712144724
Authority: DE
Inventors: Gunnar Axel Sollentuna; Malmström Donald Ingemar Tumba; Kihlberg (Schweden)
Original assignee: Jungner Instrument AB
Current assignee: Jungner Instrument AB
Priority date: 1970-09-09
Filing date: 1971-09-07
Publication date: 1972-03-16
Also published as: JPS582875B1; GB1365898A; NO130150B; FR2107471A5; DE2144724C3; DK129028B; SE345634B; DE2144724B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Laststeuerung
von Schiffsantrieben

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Laststeuerung eines Schiffsantriebs mit wenigstens einer
Hauptmaschine, deren Drehzahl mittels einer die Betriebsmittel spei sung der Maschine steuernden Anordnung im wesentlichen auf einem bestimmten Sollwert gehalten wird, und-mit Einrichtungen zum Ermitteln der jeweiligen Istlast der Maschine, wobei die Istlast mit bestimmten vorzählten Grenzwerten verglichen wird, um beim Überschreiten der Grenzwerte durch die Istlast ein Signal sum Verstellen des Einstellwinkels der verstellbaren Schraubenflügel zu erzeugen und damit die Antriebslast auf den Sollwert

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zurückzuführen, sowie auf eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.

Steuerungsverfahren und -Einrichtungen zum Konstanthai.ten der Drehzahl der Heuptmaschine eines Schiffes sind in zahlreichen verschiedenen Arten "bekannt. Gewöhnlich findet dabei ein "Regler Verwendung, welcher im Falle eines Dieselmotor? dessen Brennstoffzufuhr "bzv;. bei Turbinenschiffen den Haupte¹ arjpf schieber beeinflußt. Ds der Hub der Brennstoffpumpe bsv;. deren volumetrischer Wir-kur.gcgrad dem erzeugten Antrieb ^drehmoment im vesentliehen direkt proportional ist, läßt er sich als Kenngröße für die ,jeweils vorhandene Belastung des Motors heranziehen. Zur Bestimmung der tatsächlichen Belastung des Antriebs !arsen sich auch andere Kenngrößen wie das Wellendrehmoment,, die Abgastemperatur oder auch die Drehzahl der Laderturbine verwenden.

Ein Maß für den Antriebswirkungsgrad eines Schiffsantriebs der genannten Art ergibt sich als Produkt aus der Drehzahl der Hauptmaschine und dem Einstellwinkel der Schraubenflügel. Der Wirkungsgrad des Antriebs ist somit auf zweierlei V/eise steuerbar, und zwar entweder durch Beeinflussung der Drehzahl oder des Einstellwinkels. Somit ergibt sich ψ auch die Möglichkeit, Einstellwinkel (oi)und Drehzahl derart aufeinander abzustimmen, daß der gegebene Antriebsbedarf in der zweckmäßigsten Weise gedeckt ist. Die beiden gebräuchlichsten Arten der Steuerung bestehen im Konstanthalten der Drehzahl der Maschinenwelle und Verändern des Einstellwinkels oder im Verändern sowohl des Einstellwinkels als auch der Drehzahl der Maschinenwelle in einem sogenannten kombinierten Steuerungssystem.

Bei einem solchen kombinierten Steuerungssystem kann die Drehzahl für einen gegebenen Einstellwinkel jeweils so gewählt werden, daß die Hauptmaschine und die Schraube hinsichtlich Belastung und Manöverierfähigkeit jeweils im günstigsten Bereich arbeiten.

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Bas kombinierte Steuerungssystem gewährt im Betrieb jedoch keinen ausreichenden Schutz gegen Überlastung der Hnrchine beim Verstellen des Einstellwinkels um einen großen Letrar, beispielsweise beim Anfallen des Schiffes von Stopp auf Voll Vorauf-· oder bein Umsteuern von Voll Voraus auf Voll Zurück. Starke Überlastung kann auch durch starken Seegane: "bev/.i rkt verden. Außerdem irt die Belastung der Maschine bei leerem und schwer beladenem Schiff verschieden. Diese Gegebenheiten wachen eine Vorrichtung erforderlich, welche den .'"'inst ellv.'ink el der Schreubenflugel bei bestimmten Lastverhriltnissen begrenzt oder r;ßi' verkleinert.

In der Schwedirohcn Patentschrift p16 ?00 ist ein V^rff-h^;?) und eine Vorrichtunr der genannten Art für die Lastet on orm^ der Hsuptentriehrrnarchine von Schiffen beschrieben. ^Ί>ο:- darin beschriebene Verfahren ist im wesentlichen dadurch, gekennzeichnet, daß ein bei Überschreiten der einr^estellten Sollwerte der i3elactunß erseiiptes Korrekturcir-nel in eine 'tu:pulsfolße umrevandelt und diese "dann einem Servosystem zugeführt v.'ird, um den Einstellv.'inke] der Schrsubenflüpel schrittweise zu verstellen, wobei pener Impuls der Folge einen Stellschritt auslöst. Dieses Verfahren errribt unter anderem eine gewisse Stabilität der Einstellv.dnkelkorrektur. Kurzfristige Laständerrungen brauchen dabei den Einstellwinkel nicht su beeinflussen, da die Verzögerung, mit welcher eine Laständerung das Verstellen des Einstellwinkels auslöst willkürlich bestimmbar ist.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren erbringt der Umstand, daß bei über- oder Unterbelastung bis zur Abgabe eines Korrektursignalε für die Schraubenverstellung eine gewisse Zeit verstreicht, .jedoch auch einige Nachteile. Während dieser Zeit kann die Überbelastung nämlich sehr groß sein, ohne daß die Steuereinrichtungen virksam v/erden. Bei intermittierender Überbelastung, bei spiel sweise in schwerer See fahrendem Schiff, kann es dann vorkommen,

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daß die Maschine ohne Korrektur des Einsteil winkele der Schraubenflügel periodisch unter beträchtlicher Überlast arbeitet. Gemäß der vorstehend genannten Patentschrift erfolgt die Korrektur des Ein st eil winkel f. über aufeinanderfolgende Impulse, bis die Über- oder Unterbelastung ausgeglichen ist. Die Korrektur des Einstellwinkels geht demgemäß nicht in einem Zug vor sich, sondern die Schraubenflügel nähern sich der korrigierten Winkelstellung schrittweise. Mit dem vorstehend beschriebenen System erfolgt daher bei schwerer See und entsprechend- abwechselnder Über- und Unterbelastung des Antriebs dauernd eine " Korrektur des Einstellwinkels. Da das Servosystem zum Verstellen des EinstellWinkels zumeist ein mittels Magnetschiebern gesteuertes hydraulisches System darstellt, sind die Magnetschieber durch die dauernde pulsierende Betätigung erheblichem Verschleiß unterworfen.

Es gibt auch noch andere Steuerungssysteme, "beispielsweise .mit mechanisch-hydraulischen Reglern, welche jedoch vergleichsweise sehr kompliziert sind und sich nur schwer verschiedenen Betriebsbedingungen bei Erhaltung ihrer Stabilität anpassen lassen.

fc An ein Steuerungssystem der genannten Art sind die folgenden Anforderungen zu stellen:

1) Das System soll ein Korrektursignal abgeben, wenn die Durchschnittsbelastung über einen gewissen Zeitraum, z.B. zehn Sekunden, zu hoch ist, bei Überlastung von kürzerer Dauer jedoch nicht. Dadurch ist unnötiger Verschleiß der Servo-VerStelleinrichtungen vermeidbar, während die Hauptmaschine und die Schraube wirksam vor Überlastung geschützt sind.

2) Bei Überlastung soll die Korrektur des Einstellwinkels ohne Überfahren des angesteuerten Einstellwinkels so genau wie möglich erfolgen. Wegen der Gefahr des Verschleißes sollten die Megnetschieber in der Servo-Verstelleinrichfcung möglichst selten betätigt werden.

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3) Das"System soll eine Grenzwertsteuerung für die normale Sollwertsteuerung des Einstellwinkels ermöglichen. Dies würde bedeuten, daß das System lediglich den Höchstwert des Einstellwinkels begrenzt, wobei ein unterhalb des Höchstwerts liegender Sollwert des Einstellwinkels,beispielsweise der Einctellwinkel für Stopp, über die normale So 11 vrertsteuerung einstellbar ist. Dadurch ist die Hanöv^rierfähigkeit hinsichtlich des Einstellv/inkelF, jederzeit gewährleistet. 1st jedoch die normale Sollwertsteuerung auf einen übermäßig großen Einsteilwinkel eingestellt, so ist der tatsächliche Einstellwinkel durch einen Bezugsgrenzwert entsprechend der zTilässigen Last begrenzt.

4) Das System soll sich ohne Schwierigkeit verschiedenen Betriebsbedingungen "anpassen lassen.

Ein wichtiges Ziel der Erfindung ist die Schaffunp; eines Verfahrens und einer Anordnung, bei welchem bzw. welcher die vorstehend angeführten Forderungen erfüllt sind.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert proportionales Signal b erzeugt und einem Tiefpaßfilter zugeführt wird, daß dem Tiefpaßfilter ein weiteres Signal zugeführt wird, welches proportional der zeitlichen Ableitung des EinsteilWinkels c<, welche zunächst entsprechend der Gleichung

db _ rr OK (_Λ Ν

dt " *■' dt ^ >

proportional der Änderung des Lastdifferenzsignals ist, ist, und daß die Charakteristik des Tiefpaßfilters so gewählt ist, daß die Verzögerung des Differenzsignals im Filter derart kompensiert wird, daß das Ausgangssignal b , des Filters ein dem Differenzsignal äquivalentes verzögerungsfreies Signal darstellt, wodurch ein schnelles Verstellen des Einstellwinkels ohne Pendelschwingungen erzielt wird.

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BAO

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Bei einer Anordnung der genannten Art für die Laststeuerung der Hauptantriebsmaschine eines Schiffes, deren Drehzahl mittels eines Steuerungssystem:;:, welches die Brennstoffzufuhr beeinflußt und Einrichtungen ζυπ Ermitteln der tatsächlichen Belastung der Maschine, beispielsweise über das V/ellendrehmoment oder die Brennstoffzufuhrmenge, aufweist, auf einem bestimmten Sollwert im wesentlichen konstant gehalten wird, indem die tatsächliche Belastung mit bestimmten vorgewählten Grenzwerten verglichen wird., wobei beim Überschreiten eines der Grenzwerte ein Signal zum Verstellen des Einsbellwinkels der Schraubenflügel in einer mittels Magnet Schiebern gesteuerter hydraulischen Servo-Verstelleinricntiing erzeugt wird, welche einen einen Sollwertgeber, einen Istwertgeber, Vergleichseinriohtungen und Pegeldetektoreinrichtungen enthaltenden Steuerkreis aufweist, welcher beim Unterschreiten des Sollwerts durch den Istwert um einen bestimmten "Betrag ein logisches Vorstellsignal und beim Überschreiten des Collwerbs durch den Istwert ein Rückstel!signal an die Servo-Verstelleinrichtung abgibt, ist erfindungsrremaß vorgesehen, daß ein durch eine Differentialanordnung erzeugtes Ausgangssignal b entsprechend der Differenz zwischen dem Istlart-signal und dem Solllnstsignal einem Tiefpaßfilter zugeführt wird, v/elcher ferner ein der zeitlichen Ableitung des Ein-Stellwinkels proportionales Signal -^r- zugeführt erhält und

CL Tj

ein Signal b , erzeugt, welches dem Lastdifferenzsignal äquivalent ist und zusammen mit AusgangsSignalen, des Pegeldetektors einer logischen Schaltung zugeführt wird, welche derartig eingerichtet ist, daß ein dem Vorstellsignal entsprechender Magnetschieber betätigt wird, wenn ein Unterbelastung anzeigendes Lastdifferenzsignal gleichzeitig mit einem Vorstellsignal des Pegeldetektors vorhanden ist, und daß ein dem Rückstellsignal entsprechender Magnetschieber betätigt wird, wenn ein Überlastung anzeigendes Lastdiffejsizsignal und/oder ein durch den Pogeldetektor erzeugtes Rückstellsignal vorhanden ist.

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BAD ORlGfNAt

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V/fd„tere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile dev Erfindung ergeben rieh aus der folgenden Berchreibung eines Ausfühnmgsbeispiels anhand der Zeichnung, deren einzige Figur ein GchematiF.iertes Blockschaltbild einej? erfindungspemäßen Steuerungrsnnordnung zeigt.

Das fjchematir.che Blockr-chaltbild enthält eine nach den; erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Steuerungsanordnun·?· 16 mit einem Grenz- oder Sollwert-Signalgeber 1, einem If;tv.'ert-Sirnalp;eber 2, einem Differntialverstärker 5, einem KC-Tiefpaßfilter 4 einem Pegelclotektor b und einer logischen Gren?.\verteinheit 6. Ferner zeigt die Zeichnung eine herkömmliche Steuerungsrmordnunp; mit einem einen Scl.lv/ertpieber für den .Einf.tellv;inkel enthaltenden Brückentelegrafen 12, einen Differentialverrtärker 7 vnid einem Pegcldetektor 8. Außerdem ist eine einen Istwertgeber enthaltende Servo-Verstelleinrichtimg 9, ein Brennstoffdurchflußgeber 11, ein Tachogenerator 10 zur Anzeige der Drehzahl der Hauptmai=chine und ein Drehzahlregler 15 für die Hauptmaschine vorhanden.

Die beschriebene Anordnung arbeitet gemäß der Erfindung in folgender Weise:

Der Grenzwert-Signalgeber 1 erzeugt ein der zulässigen Belastung entsprechendes, auf das Wellendrehmoment oder den Brennstoffzufluß bezogenes Grenzvertsignal in Form eines Gleichspannungspegels. Der Grenzwert kann entweder konstant oder ein in Abhängigkeit vom tatsächlichen Leistungsbedarf auf die Drehzahl der Maschine bezogener Wert sein. Im letzteren Fall wird ein der tatsächlichen Drehzahl der Maschine entsprechendes Signal dem Grenzwert-Signalgeber 1 entweder als Gleichspannung oder als Wechselspannung mit einer vom Antrieb des Taqhogenerators 10 durch die Maschinenwelle abhängigen Frequenz zugeführt. Die entsprechende Funktionsbeziehung läßt sich ohne Schwierigkeit mit bekannten Mitteln wie Verstärkern und nichtlinearen Elementen, Dioden od. dergl. herstellen.

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Im Istwert-Signalgeber 2 wird ein beispielsweise durch einen mechanisch mit dem Brennstoffreglergestänge der Maschine verbundenen Synchrongenerator oder Potentiometer ode-r durch eirnaWellen-Drehmomentmesser erzeugtes, der tatsächlichen Last entsprechendes Signal mit einem geeigneten Maßstabbeiwert in eine Gleichspannung umgewandelt. Der Differentialverstärker 3 vergleicht das vom Istwert-Signalgeber 2 zugeführte umgewandelte Istwertsignal mit dem vom Grenzwert-Signalgeber 1 zugeführten Grenzwertsirrnal und erzeugt ein Differenzcignal b, welches gleichzeitig über einen relativ hochohmigen Widerstand und. über eine mit einem niederohmigen Widerstand in Keine liegende Rückwärtsdiode dem RC-Tiefpaßfilter A zugeleitet wird. Dadurch ist das dem Tiefpaßfilter zugeführte Signal stärker, wenn das Istwertsignal beträchtlich stärker ist als das Grenζwert signal.

Dem Tiefpaßfilter ^l\ wird außerdem ein von der Servo-Ver- _stelleinrichtung 9 abgegebenes Signal zugeführt, welches proportional der Änderungsgeschwindigkeit -^p des Einstellwinkels c< der Schraubenflügel ist. Im Hinblick a.uf die d\irch die Servoeinrichtung bewirkte, in Bezug auf die Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten des Schiffes schnelle Verstellung des Einstellwinkels läßt sich für das Differenzsignal b und den Einstellwinkel <X näherungs-" weise die Beziehung

b = f (oc) . (2)

aufstellen, woraus sich

db df (Q doc dt ⁼ doc dt

ergibt.

Unter der Annahme» daS der Tiefpaßfilter i\ ein einfacher KO"^v:'ilt-er mit einer Zsitkonstante T ist., ergibt sich für

pe.lvfii'cer- /; ausgehende Signal Β_&ν,_Ρ der Ausdruck

/OK l

t "5 1 '« :." -Λ Γ·

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τ/- doc

^Dekv " 1 + ST ⁺ TT~ST ' (4)

worin K₁ eine Maßstabkonstante und
^b - dt ^1St*

Bei geringen Änderungen von OC ist der Ausdruck —z~~~ = Kp konstant, so daß sich in der Formel für b , der Ausdruck ~ durch ΐτ ' -tt: ersetzen läßt, so daß nun . ox- lip dt ⁷

ül db ^I
b + K₂ * dt (1 + K₂S)-b

^bekv ⁼ Ί~Τ~ΠΤ ⁼ 1 + ST .

Ist die Zeitkonr.tante des Filters 4 so gewählt, daß K₁ = K₂ - T, ₍₆)

so reduziert sich die vorstehende Formel auf

^bekv ^{= b}' (7)

und das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 4 ist von einem servo-technisehen Standpunkt aus trotz der Verzögerung durch -den Filter dem ungefilterten Differenzsignal wirkungsgleich, in Bezug auf äußere Einflüsse wie schwere See und dergl. Jedoch stark gefiltert. Demzufolge sind die steuerungstechnischen Probleme beträchtlich vereinfacht. In vielen Fällen ist die Servo-Verstelleinrichtung ein System mit drei Wirkstellungen, beispielsweise ein hydraulisches Kolbensystem, welches durch einen ersten Magnetschieber zum Vergrößern des Einstellwinkels und durch einen zweiten Magnetschieber zum Verkleinern des Einsteilwinkeis steuerbar ist, wobei keine Einstellwinkeländerung eintritt, solange keiner der beiden Magnetschieber betätigt wird. In diesem Fall bleibt die Änderungsgeschwindigkeit bei Vergrößerung und Verkleinerung des Einstellwinkels, also beim Vorstellen und Rückstellen, konstant, so daß den Magnetschiebern logische Signale entsprechend dem Ausdruck 4 zugeführt werden können.

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V/enn nämlich

1 = 1 .einer Vergrößerung von 06,
I=O keiner Vergrößerung von o£,
D = I einer Verkleinerung von °£,

D = O keiner Verkleinerung von <X und Oi bei Vergrößerung von dem Quotienten d sowie

¹ dt

oc bei Verkleinerung von dem Quotienten d_ entspricht·,

^ά dt

erhält man den Ausdruck

\ M

Das vom Tiefpaßfilter 4 abgegebene Lartdifferenzr.ißnal b_o, _τ steuert den Pegeldetektor 5 in folgender Weise« let da:-: Differenzsignal positiv und größer sls ein bestimmter Betrag /j^j, so erscheint an einem Ausgang des Pegeldetek— tors ein logisches Rückstellsignai T) ^ = 1. Ist rias Differenz,-signel kleiner als /L, dann ist D_x, = O. Ist das Differenzsignal negativ und größer als ein anderer bestimmter Be- -trag /jo» ^EO erscheint am anderen Ausgang des PeKeldetektors ein logisches Vorstellsignal.

Somit ist

Iy, = 1, wenn das Differenz sign al größer ist als -/fc. und I^ =0, v;enn das Differenz signal kleiner ist als -/[o·

Dem Pegeldetektor können außerdem die beiden logischen Signale für die Magnet schieber zugeleitet v/erden, nämlich I für Vergrößerung und D für Verkleinerung des Einstell— winkeis, wodurch die Pegelgrenz'werte /f^ und /Jp entsprechend den folgenden Beziehungen beeinflußt werden:

V/enn I=O, dann ist der Pegelgrenzwert für /Jp = /Jp 1 = 1, dann ist der Pegelgrenzwert für /|p - 0

1 D = O, dann ist der Pegel grenz wert für /^ = /],j ,

D = 1. dann ist der Pegelgrenzwert für ^=O 209812/1090

Solanrre die Servo-Verstelleinrichtung unbet?itip;t ist, wöf? der Fall ist; wenn I=O und D=O, ergeben sich die folgenden "Beziehungen:

. wenn /f > /[ \ = Überlast (9)

^D1 ^{= 0}I wenn -A \-C A<A \ = Normallasb (Gollberejch) (10)

I₁-Oj ^?- - ¹

¹ wenn /^ < -^ ρ ·- Unterbelastung. (H)

Daraus ergibt rich e'er Vorteil, daß D₁ und I₁ in einen; Sollbereich von fewisser Breite pleich Null rein können*

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Innerhalb dieses durch /[ ^ und /J _o begrenzten Bereiche wird die Servoverrtelleinrichtun[\-en bei kleineren Veränderungen (Oz Difierenzcigrials nicht betätigt. Ferner ergibt nioh der Vorteil, daß ein aufpmnd \^on Über- oder Unterbelartimp einpreleiteter Veretellvorran^ mittel ε des Servoeinrichuun^ r.ich rolange fortsetzt, bis das Differenz.'·.:- 'nal gleich null ist. Dadurch werden die mitteis der Servoeinrichtung bewirkten Verstellvorgänpe auf ein Mindestmaß beschränkt.

Das normale Sollwert-Steuerungssvstem für den Einstellwinkel der Schraubenflügel umfaßt bei der gezeigten Ausführung einen mit dem Brückentelegrafen gekoppelten Sollwertgeber, einen mit der Servo-Verstelleinrichtung 9 gekoppelten Istwertgeber, einen Differentialverstärker ? und einen Pegeldetektor 8. Das Sollwert- und das Istwertsignal werden im Differentialverstärker 7 miteinander verglichen. Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers ? wird dem zwei logische Ausgänge aufweisenden Pegeldetektor 8 zugeführt« Ist der Sollwert kleiner als der Istwert, so ist die Ei?- ferenzsignalspannung negativ. Bei Überschreiten einer ·^ν-,"νΤ-3-stiramten Spannung erscheint an einem Ausgang des Pe^eL... tektors 8 ein logisches Rückstellsignal Dp - 1, anderenfalls Dg = 0. Übersteigt eine positive Differenssignal-

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spannung einen vorbestimmten Wert, dann erscheint am anderen Ausgang des Pegeldetektors ein logischen Vorste.l lsip;nal Ip - 1, anderenfalls Ip = 0. Die Anordnung arbeitet somit in drei WirkStellungen.

In der logischen Schaltung 6 werden die Vor stell- und Rückst eil signale der beiden Pegeldetektoren 5 und 8 zur Erzielung einer Grenzwertsteuerung logisch kombiniert* Somit erscheint an einem Aasgang der Schaltung 6 nur dann ein logisches Vorstcllsignal I_or , wenn beide Pegeldetektoren ) 5 und 8 ein Vorstellsignal abgeben, wenn also I,-, - 1 und

I₀ - 1, anderenfalls ist I =0. Dementsprechend erscheint d ' syn

am anderen Ausgang der logischen Schaltung nur dann ein Rückstellsignal D_c,._r = 1, wenn einer der Pegeldetektcren 5 oder 8 ein Rücksteilsignal abgibt, wenn also D^ = 1 oder Dp = 1, anderenfalls ist D_qr =0. Nach der Booleschen .Algebra läßt sich diese Beziehung mit den folgenden "Formeln ausdrucken:

I = I₁- I₂ (12) ·

D = D₁ + D₂. (13)

Diese logische Kombination ergibt einen Schutz gegen Über- w lastung bei positiven Einstellwinkeln <X, d.h. bei Vorwärtsfahrt des Schiffes. Sie läßt sich ohne Schwierigkeit auch , auf einen Schutz im negativen Einstellwinkelbereich, also für Rückwärtsantrieb erweitern.

Entspricht beispielsweise ein logisches Signal ρ = 1 einem positiven Einstellwinkel und ein Signal ρ = O ein em negativen, so läßt sich ein Überlastungsschutz sowohl für Vor wärts- als auch für Rückwärtsantrieb erzielen, sofern die folgenden Beziehungen gegeben sind:

I = ρ · I₁ · I₂ + ρ (D₁ + I₂) und . (14)

D = ρ · (D₁ + D₂) + ρ · I₁ · D₂ . (15)

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Im Bereich der kleinen Einstellwinkel kann die zum Überlastungsschutz dienende Grenzwertsteuerung ohne Schwierig keit außer Betrieb gesetzt werden, so daß nur die normale Sollwertsteuerung wirksam ist. Entspricht beispielsweise das logische Signal ρ - 1 dem Bereich der kleinen Einstell winkel und ρ = 0 dem der großen, dann ist die erwähnte Stillsetzung ohne Schwierigkeit erzielbar, sofern die folgenden Forderungen erfüllt sind:

I = ρ · [Pl₁ I₂ + P (D₁ + I₂)] ⁺ P ^I2 ^uncI

+ ρ D₂ . ' (17)

Wie man mühelos erkennt, ist das Tiefpaßfilter 4 auch als Integrator wirksam. Vorübergehende Über- und Unterbelastungen werden darin über einen Zeitraum T integriert. Das Ausgangssignal des Filters 4 ist dann ein Maß für die Durchschnitt sabv/eichung der Belastung vom eingestellten Soll-Grenzwert. Wiederholt auftretenden Belastungsänderungen v/erden somit über den der Zeitkonstante des Filters entsprechenden Zeitraum intep;riert und der Einstellwinkel derart eingestellt, daß der Durchschnittswert d.er Belastung dem eingestellten Sollwert entspricht.

Es wurde bereits erwähnt, daß das vom Differentialverstärker 3 abgegebene Signal dem Tiefpaßfilter sowohl direkt über einen in Reihe liegenden Widerstand als auch über eine zusätzliche Detektorschaltung zugeführt wird. Diese kann mit einer in Reihe mit einem niederohmigen Widerstand liegenden Rückwärtsdiode gebildet sein. Dadurch erhält man bei sehr großer Überlastung ein sehr schnelles Ansprechen der Schutzanordnung, da die zusätzliche Detektorschaltung eine Art Spitzenausgleich schafft. Überschreitet das Istlastsignal einen bestimmten Spitzenwert, so läßt die Schaltung diesen Wert durch, so daß der Tiefpaßfilter ein dem Höchstwert des Istlastsignals 'entsprechendes ausgang ε sign al abgibt.

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Im Vorstehenden ist die grundsätzliche Anordnung und Wirkungsweise öer Erfindung "beschrieben. In der Praxis enthält die Anordnung Manöver- und Schalttafeln mit Anzeigelampen, Betätigungstasten und Schaltern an sich bekanntor Art. Die Funktion dieser Einrichtungen sowie ihre rrepenseitigen Beziehungen liegen ebenfalls im Rahmen des Bekonnten» Die Erfindung eignet sich zur Verwendung für zahlreiche verschiedene Anwendungsgebiete im Rahmen der folgendon Ansprüche.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der P Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räunili-, eher Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlieh sein.

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Claims

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P »t en to η ρ η ϊ·ϋ oh e:

lly Verfahren zur Laststeuerung eines Schiffsantriebs mit wenigstens einer ITauptmaschine, deren Drehzahl mittels einer die Betriebsmittelspeisung der Maschine steuernden Anordnung im wesentlichen auf einem bestimmten Sollwert gehalten wird, und wit Einrichtungen zum Ermitteln der jeweiligen Istlast der Maschine, wobei die Istlast mit bestimmten vorgewählten Grenzwerten verglichen wird, urn beim tiberschreiten der Grenzwerte durch die Istlast ein Signal"zum'Verstellen des Einstellwinkcln der verstellbaren Schraubenflügel zu erzeugen und dsmit die Antriebslast auf den Sollwert zurückzuführen., dadurch gekennzeichnet, daß ein der Differenz zwischen dem Istwert und dem Soll—Grenzwert proportionales Sirmol b erzeugt und einem Tiefpaßfilter zugeführt wird, daß dem Tiefpaßfilter ein v/eitere ε Signal zugeführt wird, welches proportional der zeitlichen Ableitung des Ein stell vinlc eis oi welche zunächst entsprechend der Gleichung

db y cOc

dt " dt

proportional der Änderung des Lastdifferenzsignals ist, ist, und daß die Charakteristik des Tiefpaßfilters so gewählt ist, daß die Verzögerung des Differenzsignals im Filter derart kompensiert wird, daß das Ausgangssianal b ,. des Filters ein dem Differenzsignal äquivalentes verzögerungsfreies Signal- darstellt, wodurch ein schnelles Verstellen des Einstellwinkels ohne Pendelschwingungen erzielt wird.

2, Verfahren nach Anspruch 1 zum Vergrößern oder Verkleinern des Einstellwinkels mittels durch Magnetschieber gesteuerte hydraulische Servoeinrichtungen, wobei die Vergrößerung oder Verkleinerung des Einstellwinkels mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das der zeitlichen Ableitung des Ein-

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stellwinkels proportionale Signal durch logische Signale für Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Einstellv.änkels definiert ist.

5. \^rerfahren n-aoh Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Lastdifferenzsignal äquivalente Signal in der Weise abgetastet wird, daß bei Überschreiten eines bestimmten Viertes des äquivalenten Signals überlastung und bei Unterschreiten· eines anderen bestimmten Wertes des äquivalenten Signals Unterbelastung angezeigt wird,- wodurch' das Verstellen des Einstellwinkels bei Über- oder Unterbelastung solange erfolgt, bis das Lastdifferenzsignal gleich Null ist, so daß das Verstellen des Einstellwinkels ohne intermittierende Betätigung der Magnetschieber der Servoeinrichtung erfolgen kann,-

4. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5 für die Laststeuerung der Hauptantriebsrnaschine eines Schiffes, deren Drehzahl mittels eines Steuerungssystems, .welches die Brennstoffzufuhr beeinflußt und Einrichtungen zum Ermitteln der tatsächlichen Belastung der Maschine, beispielsweise über das Wellendrehmoment oder die Brennstoffzufuhrmenge, aufweist, auf einem bestimmten Sollwert im wesentlichen konstant gehalten wird, indem die tatsächliche Belastung mit bestimmten vorgewählten Grenzwerten verglichen wird, wobei beim Überschreiten eines der Grenzwerte ein Signal zum Verstellen des Einstellwinkels der Schraubenflügel in einer mittels MagnetSchiebern gesteuerten hydraulischen Servo-Verstelleinrichtung erzeugt wird, welche einen einen Sollwertgeber, einen Istwertgeber, Vergleichseinrichtungen und Pegeldetektoreinrichtungen enthaltenden Steuerkreis aufweist, welcher beim Unterschreiten des Sollwerts durch den Istwert um einen bestimmten Betrag ein logisches Vorstellsignal und beim Überschreiten des Sollwerts durch den Istwert ein Rückstellsignal an die Servo-Verstellein-

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richtung abgibt, dadurch gekenn ze i chnet , daß ein durch eine Differentialanordnung (3) erzeugtes Ausgangssignal b entsprechend der Differenz zwischen dem Istlastsignal und dein Sollastsignal einem Tiefpaßfilter (4) zuführbar ist, welchem ferner ein der zeitlichen Ableitung des Einstellwinkels proportionales Signal ^ zuleitbar ist und welcher ein dem Lastdifferenzsignal äquivalentes Signal ^₈W erzeugt, das zusammen mit Ausgangssignalen des Pegeldetektors (8) einer logischen Schaltung (6) zuführbar istf mittels deren ein dem Vorstellsignal entsprechender Schieber betätigbar ist, wenn ein Unterbelastung anzeigendes Lastdifferenzsignal gleichzeitig mit einem Vorstellsignal des Pegeldetektors auftritt, und mittels deren ein dem Rückstellsigns.1 entsprechender Magnetschieber betätigbar ist, wenn ein überlastung anzeigendes Lastdifferenzsignal oder ein durch den Pegeldetek'tor erzeugtes Eückstellsignal auftritt.

5>. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß Einrichtungen (5.bis 9) zum Ermitteln eines dem Einstellvrinkel entsprechenden Signals und zum Erzeugen eines dem Vorwärts- oder Rückwärtsantrieb entsprechenden Signals vorhanden sind.

6, Anordnung nach Anspruch 4 und/oder 5» dadurch gekennzeichnet , daß das Lastdifferenzsignal dem Tiefpaßfilter (4) über eine Schaltung zuführbar ist, mittels welcher beim Auftreten von Spitzenwerten des Lastdifferenzsignals die Abgabe eines dem Höchstwert des dem Lastdifferenzsignal äquivalenten Signals entsprechenden Signals und damit bei großer Überlast ein schnelles Einsetzen der Schutzwirkung bewirkbar ist.

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