DE2301622A1 - Schiffsruder-steuersystem - Google Patents

Description

Sperry Rand Corporation
Troy, Mich. U.S.A.

Schiffsruder-Steuersystem

Ruderanlagen für größere Schiffe erfordern beträchtliche, am Ruderschaft angreifende Kräfte, und müssen von der Schiffsbrücke aus fernbedient werden können. In der Vergangenheit wurden derartige Erfordernisse dadurch erfüllt, daß ein großes hydraulisches Betätigungsorgan für das Ruder vorgesehen wurde, sowie eine stufenlos verstellbare Verdrängerpumpe mit Drehrichtungsumkehr zur Verdrehung des Betätigungsorgans sowie ein Folgesteuersystem von der Steuersäule auf der Brücke zu der Pumpe. Das Folgesystem erfordert ein großes und kostspieliges Differentialgetriebe sowie platzraubende Anordnungen zur Übertragung der mechanischen Bewegung von der Brücke zum Ruderantrieb. Um Kosten zu sparen und die Kompliziertheit derartiger Systeme herabzusetzen, bediente man sich einer Folgesteuerung, bei der das Betätigungsorgan des Ruders lediglich durch uiriDrei-Wege-Vontil gesteuert wird. Ein derartiges System

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erfordert lediglich eine einfache elektrische Verbindung von der Steuersäule zum Ruderantrieb, hat jedoch mehrere Nachteile, vor allem ist es ungenau bei der Bestimmung der Ruderlage, führt zur Stoßbelastung und besitzt geringe Haltbarkeit.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gesetzt, ein verbessertes Schiffsruder-Steuersystem vorzusehen, bei dem eine. zuverlässige Folgesteuerung bei geringeren Kosten als in früheren Folgesystemen erreicht werden kann, das die Verwendung einfacher elektrischer Leitungen zwischen Brücke und Ruderantrieb erlaubt, und das das Auftreten von Stoßbelastungen im System vermeidet.

Diese erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Schiffsruder-Steuersystem vorgesehen ist, das. eine hydraulische Rudermaschine und eine stufelos verstellbare Verdrängerpumpe mit Drehrichtungsumkehr zur Verdrehung der Rudermaschine umfaßt, eine einen Servomotor und eine hydraulische Brücke mit einem von einem ständigen schwachen Vorsteuerflüssigkeitsstrom durchflossenen Paar von Ablaufkreisläufen umfassende Vorrichtung zur Regelung der Pumpenverdrängung, sowie eine Kommandovorrichtung zur Veränderung des Widerstands in einem ersten Teil

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der Ablaufkreisläufe, und eine Folgevorrichtung zur Veränderung des Widerstands in einem zweiten Teil der Ablaufkreisläufe in Abhängigkeit von der Veränderung der Pumpenverdrängung, wobei die Kommandovorrichtung ein erstes, auf Kommando bewegbares Element sowie ein zweites Element umfaßt, das eine Folge bewegung in Abhängigkeit von der Verdrehung der Rudermaschine ausführt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 das Schema eines hydraulischen Kreislaufs

eines Rudersteuersystems in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 Ein hydraulisches Kreislaufschema, das einen

Teil der Fig. 1 in größerer Ausführlichkeit darstellt.

Fig. 3 Einen Längsschnitt eines in dem System nach

Fig. 1 vorgesehenen Kommandoorgans.

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Fig. 4 Einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 der

Fig. 3.

Fig. 5 Einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 der

, Fig. 3.

Fig. 6 Einen Querschnitt entlang der Linie 6-6 der

■ Fig. 3.

Fig. 7 ist ein Teilausschnitt der Steuervorrichtung.

In Fig. 1 wird eine Drehflügel-Rudermaschine 10 gezeigt, die an einem Ruderschaft 12 befestigt ist und über Rohrleitungen .14 und 16 mit Drucköl versorgt wird. Parallel dazu sind ein Paar von Druckminderventilen 18 sowie ein Überströmventil 20 geschaltet. Der Rotor 22 mit drei Drehflügeln hat einen Gelenkpunkt 24, in dem ein Rückmeldegestänge 26 gelagert ist, das die Bewegung der Drehflügel-Rudermaschine 10 in einem Punkt der ^Steuervorrichtung wiederholt. In Fig. 1 wird außerdem ein zweiter Satz der Antriebs- und Steuervorrichtungen als Reserve gezeigtj die Beschreibung bezieht sich, jedoch nur auf einen Satz.

Die Drucköl-Rohrleitungen 14 und 16 werden durch die Durckölhauptleitungen 2ii und 30 versorgt, sowie durch ein elektromagnetisch

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betätigtes Halteventil 32 ( zur Feststellung des Ituderschafts durch Hand), und zwar von einer stufenlos verstellbaren Ver-. drängerpumpe 34 mit Drehrichtungsumkehr, die durch einen Elektromotor 36 angetrieben wird. Der Elektromotor 3(i treibt außerdem eine Vorsteuerölpumpe 38 an und versorgt ein elektromagnetisch betätigtes Kommandoventil 40 durch die Steuerleitung 42 mit Drucköl. Über eine Zweigleitung 44 wird die Verdrängerregelvorrichtung der Verdrängerpumpe 34 mit Vorsteuerdrucköl versorgt; dies ist ausführlicher in Fig. 2 dargestellt und wird in diesem Zusammenhang noch näher beschrieben.

Die Verdrängerregelvorrichtung wird gesteuert durcli ein Summierventil 45, dessen Ventilkörper 4G mit dem Rückmeldegestänge 20 über Stift und Schlitz 48 verbunden ist. Der innere Ilotor 53 des Summierventils 45 wird in schwingende Bewegung versetzt durch einen Kommandozylinder 50, der einen mit dem Rotor 53 mechanisch verbundenen Kolben 52 besitzt. Diese Verbindung ist in Fig. 1 als Kommundogestänge 54 dargestellt; es kann jedoch eine andere passende Verbindung gewählt werden, wie zum Beispiel später in Verbindung mit den Fig. 3, 4, 5 und fi beschrieben wird. Die ZufiibrliMtungon 5(> und 58 zwischen dom KommandovoMtil 40 und

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dem Kommandozylinder 50 können entsprechend einstellbare Absperrventile 60 und 62 umfassen, zusammen mit Rückschlagventilen zur Regulierung der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 52. Durch den Kommandozylinder 50 wird darüber hinaus ein Synchronmotor 64 zur Erzeugung eines Rückkopplungssignals betätigt, das auf der Lage des Kolbens 52 beruht.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß in der Verdrängungs-Regelvorrichtung ein Servomotor Verwendung findet, der einen, durch den Abzweig 68 mit einem konstanten Vorsteuerdruck beaufschlagten Kolben mit kleiner Fläche umfaßt sowie einen Kolben 70 mit großer Fläche, der gesteuert wird von einem Drei-Wege-Ventil 72, das Drucköl über den Abzweig 74 erhält. Die /erdrängerpumpe wird ebenfalls durch die VorsteuerÖlpumpe 38.mit Drucköl geladen, und zwar durch das Druckminderventil 76 und den Abzweig 78, der zu einem gebräuchlichen, mit den Durckölhauptleitungen und 3 0 verbundenen Rückschlagventil 80 führt. Ein Druckbegrenzungsventil 82 begrenzt den Ladedruck, während ein Zwei-Wege-Ventil 84 und ein für höheren Druck ausgelegtes Druckminderventil als zusätzlicher Schutz für die Druckölhauptleitungen 2V> und dienen. Letztere werden primär geschützt durch Rückschlagventile 88 und ein vorgesttmerloH Zwei-Wege-Venli I ί)()-ί)2.

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Die bis jetzt beschriebenen Teile können im Iluderraum in der Nähe des Ruderschafts angeordnet sein; das Steuerkommando für sie kann von der Schiffsbrücke aus lediglich durch elektrische Leitungen erfolgen. Damit kann, wie in Fig. 1 gezeigt, eine Steuersäule 94 vorgesehen sein, und zwar zur Hand- oder Selbststeuerung, die über elektrische Leitungen 9ü und 98 mit dem Kommandoventil 40 zu dessen Steuerung verbunden ist. Über die eine elektrische Leitung erfolgt ein Signal einheitlicher Größe für das Ruder legen nach Backbord, während die andere Leitung ein ähnliches Signal für das Ruderlegen nach Steuerbord gibt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß, obwohl nur eine einzelne Leitung dargestellt ist, die Leitungen jedoch wie üblich zweiadrig sind. Die Lage im Steuerzylinder, wie sie vom Synchronmotor 64 empfangen wird, wird als elektrisches Signal über die Folgeleitungen 100 zur Brücke übertragen, wo dieses Signal wie üblich entweder in die Selbststeueranlage oder in die Ruderstellungs-Folgesteuerung eingegeben wird.

Die Fig. 3, 4, 5 und G sind eine Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Kommandozylinders 50, seines Kolbens 52 und des Kommandogestänges 54 sowie des SimmiiervenUls 45* Der Ventilkörper 4(J des Suinniiervtnilils 45 besitz.t einen

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Hohlkranz 102 der drehbar in einer unteren Bohrung 104 des Kommandozylinders 50 gelagert ist und an dessen äußerem Ende ein Ausleger 106 (siehe Fig. 7) befestigt ist. Das äußere Ende des Auslegers 106 ist über das Gestänge 108 mit dem Stift 48 und dem Rückmeldegestänge 26 am Rotor der Hauptruder maschine verbunden. Der Rotor 53 des Summierventils sitzt am unteren Ende einer Schwingachse 110, die in der Bohrung des Ilohlkranzes 102 und in der oberen Bohrung des Kommandozylinders 50 gelagert ist.

Durch das Summierventil 45 wird ein Paar von veränderbaren Widerständen erzeugt, von denen jeweils einer für jeden der beiden Ablaufkreisläufe 114 und 116 (siehe Fig. 2) vorgesehen ist, die Teil der das Drei-Wege-Ventil 72 steuernden hydraulischen Brücke sind. Der Rotor 53 besitzt ein Paar bogenförmiger Nuten 118, die zum unteren Ende der Schwingachse 110 in Fig. 3 überleiten, und die mit dem Behälter über die Mittenbohrung 120 verbunden sind. Jeder der veränderbaren Widerstände besteht aus einem Paar von diametral sich gegenüberliegenden öffnungen 122 und 124, wobei diese öffnungen untereinander durch Bohrungen 126 bzw. 1 2.Ί verbunden sind. Die Ablauf--Kreisläufe 114 und 110 vorbinden die öffnungen 122 und 124 über

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biegsame Schläuche. Die Schwingachse 110 ist an ihrem oberen KmIc mit dem !.läufer 130 des Synchroinnotnrs (54 verbunden; das Gehäuse des Synchronmotor ist mit Hilfe eines llaltebügeis 132 am Kommandozylinder 50 befestigt.

Die Schwingachse 110, die den Rotor 53 des Summierventils bildet, ist zur Erzeugung einer Schwingbewegung mit einem mit der Bezugszahl 54 in Fig. 3 bezeichneten, sich in radialer Richtung erstreckenden Arm verbunden, der durch eine Bohruilg in einem Lagerzapfen 134, der im Kolben 52 verläuft, hindurchgeht. Dadurch wird bei Längsbewegung des Kolbens Γ>2 (fig. 4) eine Schwingbewegung der Schwingachse 110 erzeugt. Entsprechend kann der Widerstand an den öffnungen 122 und 124 gleichmäßig und entgegengesetzt verändert werden, wenn die Schwingachse 110 sich aus ihrer Mittellage in die eine oder andere Richtung bewegt. Dadurch wird umgekehrt der Widerstand in den Ablauf-Kreisläufen 114 und H(J verändert und infolge der Kennlinien des hydraulischen Brückenkreislaufs das Drei-Wege-Ventil 72 in die eine oder andere Richtung geschaltet, und damit der Servomotor 70 mit großem Durchmesser betätigt oder abgeschaltet.

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Ein ähnliches Paar von veränderbaren Widerständen ist außerdem in dem Mengenteiler 136 (Fig. 2) vorgesehen, der Vorsteuerdruckflüssigkeit über den Abzweig 138 erhält und sie auf die beiden Ablauf-Kreisläufe 114 und 116 verteilt in Abhängigkeit von der Lage der Ilubreguliervorrichtung der Verdr anger pumpe 34. Der hydraulische Brückensteuerkreislauf kann ähnlich ausgelegt sein wie in der gleichzeitigen US-Anmeldung 182, 677.

Die Wirkungsweise des vorliegenden Schiffsruder-Steuersystems wird bei entsprechend eingeschalteten elektrischen und hydraulischen Kreisläufen und ausgeglichenem Zustand des ganzen Systems am besten klar, wenn angenommen wird, daß die Steuersäule 94 entweder selbsttätig, wenn es sich um eine Selbststeuerung handelt oder von Hand, wenn es ein handbetätigtes Steuerruder ist, eingestellt wird, wodurch zum Beispiel die elektrische Leitung 96 zur Ausführung einer Iluderbewegung nach Backbord aktiviert wird. Dadurch wird das Kommando ventil 40 verschoben und versorgt zum Beispiel die Zuführleitung 58 mit Vorsteuerkontrollflüssigkeit sowie das rechte Ende des Kommandozylinders 50, wodurch der Kolben 52 sich nach links in der Fig. 1 bewegt. Je langer dieses Signal gegebon wird, desto weiter wird .sic-h der Kolben 52 bewegen. Diuse Bewegung wird zur Brücke über den

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Synchronmotor 64 und die Folge leitungen 100 zurückgemeldet.

Sobald der Kolben 52 eine erste Bewegung ausgeführt hat, wird der Rotor 53 des Summierventils verschoben und verändert dadurch den Ausgleich in den Ablauf-Kreisläufen 114 und 116 der hydraulischen Brücke, wodurch das Drei-Wege-Ventil 72 so verschoben wird, daß der Servomotor 70 mit großer Fläche entweder aktiviert oder deaktiviert wird, und die Verdrängerpumpe 34 einen in entsprechende Richtung verlaufenden Hub ausführt^ um die Rudermaschine 10 mit Drucköl zu versorgen. Wenn der Rotor 22 und der Ruderschaft 12 sich bewegen, wird diese Bewegung auf den Ventilkörper 46 des Summierveniils 45 übertragen, wodurch die Tendenz bestellt, das in der hydraulischen Brücke vorhandene Signal auszulöschen. Gelangt der Kolben 52 des Kommandozylinders in neuer Lage zur Ruhe, bewegt die Rudermaschine den Ruderschaft 12 in seine neue Lage; durch diese Bewegung werden die öffnungen in dem Summierventil in Nullstellung zurückgeführt, wodurch auch das Drei-We ge-Ventil 72 wieder in Nullstellung geschoben wird und die weitere Aktivierung des Servomotors 70 beendet. Damit sind alle Teile wieder in ausgeglichener Lage; das Ruder hat seine neue Lage entsprechend dom an der Steuersäule 94 gegebenen Kommando eingenommen.

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Der größte Ausschlag der Rudermaschine 10 kann durch Begrenzung des Hubs des Kolbens 52 des Kommandozylinders eingestellt werden. Dazu wird der Kolben 52 mit Kolbenstiften 140 an seinen beiden Enden versehen., die mit einstellbaren Rückschlagventilen 142 in Eingriff stehen, die an den Enden des Kommandozylinders 50 angebracht sind. Diese Rückschlagventile 142 sitzen in den Drucköleinlaß- und Auslaßöffnungen ■ 144 und verhindern im geschlossenen Zustand die weitere Zufuhr von Drucköl in die entsprechenden Endseiten des Zylinders*. Durch Anheben oder Senken des Ventilkörpers des Rückschlagventils 142 kann der Punkt, an dem der Kolbenstift 140 ein Schließen des Rückschlagorgans zuläßt, verändert und so der Jlub des Kolbens 52 begrenzt werden.

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Claims (8)

PATENTANSPR UCHE

1. J Schiffsruder-Steuersystem mit einer hydraulischen Rudermaschine und einer stufenlos verstellbaren Verdrängerpumpe mit Drehrichtungsumkehr zur Verdrehung der Rudermaschine, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Regelung der Pumpenverdrängung eine einen Servomotor und eine hydraulische Brücke mit einem von einen: ständigen schwachen Vorsteuerflüssigkeitsstrom durchflossenen Paar von Ablauf-Kreisläufen umfassende Vorrichtung vorgesehen ist, sowie eine Kommandovorrichtung zur Veränderung des Widerstands in einem ersten Teil der Ablauf-Kreisläufe, und eine Folgevorrichtung zur Veränderung des Widerstands in einem zweiten Teil der Ablauf-Kreisläufe in Abhängigkeit von der Veränderung der Pumpenverdrängung, wobei die Kommandovorrichtung ein erstes, auf Kommando bewegbares Element sowie ein zweites Element umfaßt, das eine Folgebewegung in Abhängigkeit von der Verdrehung der Rudermaschine ausführt.

2. System entsprechend Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e η η ζ υ" ί c h net,

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daß ein hydraulisches Betätigungsorgan für die Kommando vorrichtung vorgesehen ist sowie ein Servosystem mit geschlossenem Kreislauf mit Verbindung zum Antrieb des Betätigungsorgans in Abhängigkeit von der Eingabe an der Steuersäule.

3. System entsprechend Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Servosystem ein elektrisch betätigtes Steuerventil umfaßt, das auf hydraulischem Weg mit dem Betätigungsorgan zur Steuerung desselben verbunden ist, sowie eine Steuersäule zur elektrischen Fernbedienung des Steuerventils.

4. System entsprechend irgendeinem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,

daß eine lageabhängige elektrische Rückkopplungsvorrichtung vorgesehen ist, die durch das Betätigungsorgan angetrieben wird und auf elektrischem Wege mit der Steuersäule verbunden ist.

5. System entsprechend irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, dadurchgekennzeichnet,

daß eine gemeinsame Vorsteuer-Flüssigkeit.squelle für den

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Pumpenservomotor, die Ablauf-Kreislaufe und das Betätigungsorgan vorgesehen ist.

6. Fernbedientes Betätigungsorgan für ein Summierventil, dadurch gekennzeichnet,

daß das Betätigungsorgan aus einem Körper besteht, der mit einer Längsbohrung versehen ist, in der ein doppelwirkender Kolben gleitend angeordnet ist, sowie mit einer zweiten, kleineren Bohrung, die senkrecht zur ersten Bohrung verläuft und diese an deren Mittelpunkt schneidet, mit einer Schwingachse in der zweiten Bohrung, mit einem Kolbenschlitz zur Aufnahme der Schwingachse., so daß diese die Kolbenachse schneidet, mit einem an der Schwingachse befestigten, sich radial in einer Richtung im Kolben erstreckenden Arm, mit einem Lagerzapfen zur Verbindung des Kolbens mit dem Arm zur Schwingbewegung durch den sich hin und her bewegenden Kolben, und mit einem Summierventil, das am Organkörper am Ende der kleineren Bohrung befestigt ist und dessen Rotor auf dem Ende der Schwingachse sitzt.

7. Betätigungsorgan entsprechend Anspruch (J, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Schwingachse sich durch erste Bohrung und Organkörper erstreckt.

8. Betätigungsorgan entsprechend irgendeinem der Ansprüche 6 und 7,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Rotor des Summierventils ein Paar von bogenförmigen Nuten hat, die im Schwingachsenschenkel ausgebildet sind.

8. Betätigungsorgan entsprechend irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Kolben beidendig mit axialen Kolbenstiften versehen ist, sowie mit Flüssigkeitseinläßen im Organkörper, deren öffnungen in der Nähe der Kolbenstiftenden liegen, und mit längs verstellbaren Rückschlagventilen, die am Ausgang der Bohrungen ange- ' ordnet sind, und zwar so, daß sie von dem auf der Einlaßseite des Kolbens befindlichen Kolbenstifts während des von der Lage des Rückschlagventils bestimmten Kolbenwegs offen gehalten werden.

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