DE2301622C3 - Elektrohydraulische Schiffsrudersteuereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Schiffsiudersteuereinrichtung mit einem hydraulischen Rudermotor und einer in der Förderrichtung umkehrbaren, stufenlos verstellbaren Hauptpumpe sowie einer Hilfspumpe, die beide von demselben Elektromotor angetrieben werden, und mit einem von einem Rudersteuerstand aus elektrisch gesteuertem Steuerventil sowie einer Verdrängungseinstelleinrichtung für die Hauptpumpe, die ein Summierventil und eine hydraulische Betätigungseinrichtung mit Stellventil zur Einstellung des Druckmittelflusses zur Betätigungseinrichtung umfaßt, welches Stellventil von dem Summierventil steuerbar ist, und die einen vom Steuerventil gesteuerten Stellkolben aufweist, der mechanisch mit dem Summierventi! gekoppelt ist, das seinerseits mechanisch über ein Gestänge mit dem drehbaren Teil des Rudermotors verbunden ist.

Für die Erzeugung einer kontinuierlich ablaufenden Ruderbewegung ist es erforderlich, daß in der Rudersteuereinrichtung keine Druck- und Einpendelungsstöße oder Druckschwankungen auftreten, deren Entstehungsursache meistens darauf zurückzuführen ist, daß die Kolben der hydraulischen Stellmotore nicht oder nicht schnell genug vor dem Eintreffen eines neuen Steuersignals in ihre Ausgangs- oder neutrale Lage zurückkehren. Es sind für die Übertragung von Steuersignalen zum Verstellen der Pumpenverdrängung bereits Einrichtungen vorgeschlagen, die dieser Forderung Rechnung tragen sollen.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art wird das den Servomotor steuernde Stellventil mechanisch verstellt. Die Entstehung von Druckstößen in dieser bekannten Steuereinrichtung wird mittels eines Differen tialgetriebes soweit wie möglich verhindert. Einpendelungsstöße lassen sich jedoch nicht verhindern, weil auch bei dieser Einrichtung ein lastfreies Anfahren der Rudermaschine nicht gwährleistet ist. Durch die Verwendung des Differentialgetriebes und dem für seine Montage erforderlichen Aufwand ist diese bekannte Rudersteuereinrichtung sehr teuer.

Bei einer anderen bekannten Rudereinrichtung wird das steuernde Stellventil elektrohydraulisch verstellt. Auch mit dieser bekannten Einrichtung ist es nicht ge-

lungen, die Einpendelungsstöße ganz zu vermeiden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine im Verhältnis zu bekannten Einrichtungen billigere elektrohydraulische Schiffsrudersteuereinrichtung verfügbar zu machen und so zu verbessern, daß auch Einpendelungsstöße vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Seliventil der Betätigungseinrichtung für die Hauptpumpe über eine hydraulische Brückenschaltung mk einem Ablaufkreispaar schaltbar ist, durch das kontinuierlich ein kleiner Steuerflüssigkeitsstrom fließt und in deren ersten Teil das Summierventil den Widerstand verändert, während in deren zweitem Teil der Widerstand von einem Mengenteiler verändert wird, der über die Verdrängungsänderung der Hauptpumpe gesteuert wird, daß der Stellmotor an dem im Summierventil angeordneten Rotor gekoppelt ist und daß der Ventilkörper des Summierventils i.iit dem Gestänge zum drehbaren Teil des Rudermotors verbunden ist.

Weitere Ausstattungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet. Diese Schiffsrudersteuereinrichtung vermeidet nicht nur die Nachteile der beiden obenerwähnten Steuereinrichtungen, sondern sie übernimmt auch deren Vorteile. Die Herstellungskosten sind jedoch wesentlich niedriger, weil sie weder ein mechanisches Differentialgetriebe mit entsprechenden Übertragungsvorrichtungen noch eine mechanische Übertragung der Steuerbewegungen zwischen der Schiffsbrücke und der Rudermaschine erfordert.

Die Erfindung wird nachstehend mit einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Diagramm der elektrohydraulischen Rudersteuereinrichtung,

F i g. 2 den Aufbau der Steuerung ohne Rudermotor, F i g. 3 einen Längsschnitt des Stellmotors,
F i g. 4 einen Schnitt der F i g. 3 auf der Linie 4-4,
F i g. 5 einen Schnitt der F i g. 3 auf der Linie 5-5,
F i g. 6 einen Schnitt der F i g. 3 auf der Linie 6-6,
F i g. 7 einen Teil der mechanischen Kraftübertragungseinrichtung.

Die F i g. 1 zeigt einen Drehflügel-Rudermotor 10 mit einem Ruderschaft 12, die über die Leitungen 14 und 16 mit einem Druckmittel gespeist wird. Parallel dazu liegt ein Paar Reduzierventile 18 und ein Überströmungsvenul 20. Der Rotor 22 der Rudermaschine besitzt 3 Flügel, von denen einer im Gelenkpunkt 24 mit dem Gestänge 26 verbunden ist, das die Bewegung des Rudermotors der Steuervorrichtung anzeigt. In F i g. 1 ist ein zweiter Satz Steuereinrichtungen als Reserve gezeigt, der jedoch nicht weiter behandelt wird.

Die Druckmittelleitungen 14 und 16 werden von den Hauptleitungen 28 und 30 über ein elektromagnetisches Halteventil 32 versorgt, das zur Festlegung des Ruderschafts 12 manuell betätigbar ist, und zwar mittels einer stufenlos verstellbaren Hauptpumpe 34 mit Drehrichtungsumkehr, die von einem Elektromotor 36 angetrieben wird. Der Elektromotor 36 treibt außerdem eine Hilfspumpe 38 an, die das elektromagnetische Steuerventil 40 über die Leitung 42 mit Druckmittel versorgt. Über die Zweigleitung 44 wird das Seliventil 72 der Hauptpumpe 34 mit Druckmittel versorgt, wie in F i g. 2 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben wird.

Das Stellventil 72 steuert das Summierventil 45, dessen Ventilkörper 46 über das Gestänge 26 mittels Gelenkbolzen 48 und Gabel mit einem der drei Flügel des Rotors 22 verbunden ist. Der Rotor 53 des Summierventils 45 wird in Schwingungen mit seinem Stellmoto 50 versetzt, durch den die Welle 110 geführt ist. Auf de Welle 110 sitzt lose der Kolben 52. Die Verbindung is in f i g. 1 als Steuergestänge 54 dargestellt; es kan hier jedoch auch jede andere geeignete Verbindung be nutzt werden, wie sie beispielsweise mit den F i g. 3,4, und 6 beschrieben ist.

Die Leitungen 56 und 58 zwischen dem Steuerventi 40 und dem Stellmotor 50 können einstellbare Absperr ventile 60 und 62 umfassen, die zusammen mit Rück schlagventilen die Bewegungsgeschwindigkeit des KoI bens 52 regeln. Der Stellmotor 50 betätigt darüber hin aus den Synchronmotor 64, der das Rückkopplungssi gnal erzeugt, das der Lage des Kolbens 52 entspricht.

Die Regeleinrichtung der Hauptpumpe 34 umfaß nach F i g. 2 einen Servomotor mit einem über die Lei tung 68 mit einem konstanten Vorsteuerdruck beauf schlagten, die Betätigungseinrichtung für die Haupt pumpe 34 bildenden Kolben 66 mit kleiner Fläche unc Kolben 70 mit großer Fläche, der über Leitung 69 von dem Stellventil 72 gesteuert wird, das wie der Kolber 66 mit Druckmittel über die Leitung 74 versorgt wird Die Hauptpumpe 34 wird von der Hilfspumpe 38 mi Druckmittel versorgt, und zwar über das Druckbegren zungsventil 76 und Leitung 78, die zu den mit der Druckmittelhauptleitungen 28 und 30 verbundener Rückschlagventilen 80 führt. Ein Druckbegrenzungsventil 82 begrenzt den Steuerdruck, während das Zwei wegeventil 84 und ein für höheren Druck ausgelegte: Druckbegrenzungsventil 86 als Schutz fürd die Druckmittelhauptleitungen 28 und 30 dienen. Letztere sine primär durch ei Rückschlagventile 88 und das vergestuerte Zweiwegeventil 90-92 geschützt.

Die beschriebenen Teile können im Ruderraum in der Nähe des Ruderschaftes untergebracht werden. Die Steuersignale erhalten sie von der Schiffsbrücke 94 ausschließlich über elektrische Leitungen. Es kann also wie in F i g. 1 gezeigt, ein Ruderstand 94 vorgesehen sein, der manuell oder automatisch arbeitet und über elektrische Leitungen % und 98 mit dem Steuerventil 40 verbunden ist. Über eine der elektrischen Leitungen wird ein Steuersignal entsprechender Größe für dieBackbordsteuerung übertragen, während die andere Leitung für ein ähnliches Signal zur Steuerbordsteuerung vorgesehen ist. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die dargestellte einzelne Leitung in Wirklichkeit wie üblich aus zwei Adern besteht. Die Lage des Stellmotors 50, wie sie dem in der Rückkopplungseinrichtung wirkenden Synchronmotor gemeldet wird, erscheint nls elektrisches Signal und wird über die elektrischen Leitungen 100 zur Schiffsbrücke übertragen, wo dieses Signal in üblicher Weise für Steuerzwecke verwertet wird.

Die F i g. 3, 4, 5 und 6 zeigen das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Stellmotors 50 mit dem Kolben 52 und dem Gestänge 54 sowie das Summierventil 45. In dem Ventilkörper 46 des Summierventils 45 ist in die untere Bohrung 104 drehbar die Buchse 102 des Stellmotors 50 eingesetzt, an deren äußeren Ende der Hebelarm 106 befestigt ist. Das äußere Ende des Hebelarmes 106 ist über einen zweiarmigen Hebel 108 mit dem Achsbolzen 48 des Rückmeldegestänges 26 des Rotors 22 der Rudermaschine verbunden. Der Rotor 53 des Summierventils 45 sitzt auf dem unteren Ende der Welle 110, die in die Buchse 102 der Zylinderbohrung des Stellmotors 50 eingesetzt ist.

Das Summierventil 45 erzeugt ein Paar veränderbarer Widerstände, von dp.npn iewpik pinpr für pinpn ner

beiden Ablaufkreise 114 und 116 der das Stellventil 72 steuernden hydraulischen Brücke 72a vorgesehen ist (Fig.2). Der Rotor 53 des Summierventils ist mit einem Paar bogenförmigen Nuten 118 versehen, welche eine Verbindung zum unteren Ende der Welle 110 herstellen und mit dem Druckmittelbehälter über eine Mittelbohrung 120 verbunden sind (F i g. 3). Die veränderbaren Widerstände werden mit den diametral gegenüberliegenden öffnungen 122 und 124 erzeugt, wobei diese öffnungen durch Bohrungen 126 und 128 verbunden sind. Die Ablaufkreise 114 und 116 verbinden die öffnungen 122 und 124 über biegsame Schläuche. Die Welle 110 ist an ihrem oberen Ende mit der Welle 130 des Synchronmotors 64 verbunden, dessen Gehäuse mit Hilfe eines Haltebügels 132 am Stellmotor 50 befestigt ist.

Die Welle 110, die den Rotor 53 des Summierventils 45 trägt, ist zur Erzeugung einer Schwingung mit einem sich radial erstreckenden Stift 54 versehen, der durch eine Bohrung in dem Lagerzapfen 134 geführt ist, welcher in dem Kolben 52 tangential eingesetzt ist. Dadurch wird bei einer Verschiebung des Kolbens 52 die Welle 110 in Schwingung versetzt und an den öffnungen 122 und 124 wird ein gleichmäßiger entgegengesetzt wirkender Widerstand erzeugt, wenn die Welle 110 sich aus der Mittellage in die eine oder andere Richtung bewegt. In den Ablaufkreisen 114 und 116 wird dadurch umgekehrt der Widerstand verändert und infolge der Kennlinien der hydraulischen Brückenschaltung 72a wird das Stellventil 72 in die eine oder andre Richtung verschoben und dabei der große Kolben 70 des Servomotors betätigt oder stillgesetzt.

Ein ähnliches Paar veränderbarer Widerstände weist auch der Mengenteiler 136 auf, der Vorsteuerdruckmi; te! über die Leitung 138 erhält und dieses auf die beiden Ablaufkreise 114 und 116 verteilt, und zwar in Abhängigkeit von der Lage des Hubes der Verdrängungssteuereinrichtung der Hauptpumpe 34 (F ι g. 2).

Die Wirkungsweise der Schiffsrudersteuereinrichtung soll mit entsprechend eingeschalteten elektrischen und hydraulischen Kreisen und einem ausgeglichenen Zustand des ganzen Systems erklärt werden unter der Annahme, daß der Rudersteuerstand 94 entweder automatisch oder von Hand betätigt wird, wobei beispielsweise zur Ausführung einer Ruderbewegung nach Backbord ein Signal über die Leitung 96 fließt. Mit diesem Signal wird das Steuerventil 40 betätigt, das der Leitung 58 und dem rechten Ende des Stellmotors 50 Druckmittel zuführt, wodurch der Kolben 52 in der F i g. 1 nach links bewegt wird. Je langer das Signal auf der Leitung 56 ist, desto weiter wird der Kolben 52 verschoben. Diese Bewegung wird zur Schiffsbrücke über den Synchronmotor 64 und die Leitungen 100 zurückgemeldet.
Nach dem Kolben 52 wird auch der Rotor 53 des

ίο Summierventils 45 verschoben, wodurch das Gleichgewicht in den Ablaufkreisen 114 und 116 der hydraulischen Brücke 72a verändert und das Stellventil 72 so verschoben wird, daß der Servomotor 70 mit großer Fläche entweder betätigt oder abgeschaltet wird und der Hub der Hauptpumpe 34 in der einen oder anderen Richtung verändert wird. Die Rotation des Rotors 22 und des Ruderschafts 12 wird auf den Ventilkörper 46 des Summiervenlils 45 übertragen, wodurch die Tendenz entsteht, das in der hydraulischen Brücke 72a vorhandene Signal zu löschen. Gelangt der Kolben 52 des Stellmotors 50 in der neuen Lage zur Ruhe, so bewegt die Rudermaschine 22 den Ruderschaft 12 in seine neue Lage; durch diese Bewegung werden die öffnungen des Summierventils 45 in die Nullstellung zurückgebracht

und auch das Stellventil 72 wieder in die Nullstellung geschoben. Eine weitere Beaufschlagung des großen Kolbens 70 des Servomotors ist damit unterbunden. Die Teile der Steuereinrichtung befinden sich wieder in ausgeglichener Lage, und das Ruder hat dem vom Ruderstand 94 gegebenen Signal entsprechend seine Lage eingenommen.

Die Ausschlagsgröße der Rudermaschine 10 kann durch Begrenzung des Hubs des Kolbens 52 des Stellmotors 50 eingestellt werden. Dazu ist der Kolben 52 mil den Kolbenstiften 140 an seinen beiden Enden versehen, die mit an den Enden des Kommando/.ylinders 50 angebrachten, einstellbaren Rückschlagventilen 142 in Eingriff stehen. Diese Rückschlagventile 142 liegen in den Einlaß- und Auslaßöffnungen 144 und verhü:

dein im geschlossenen Zustand die weitere Zufuhr von Druckmittel auf die entsprechenden Endseiten des Stellmotors 50. 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 Hub des Kolbens 52 begrenzt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrohydraulische Schiffsrudersteuereinrichtung mit einem hydraulischen Rudermotor und einer in der Förderrichtung umkehrbaren, stufenlos verstellbaren Hauptpumpe sowie einer Hilfspumpe, die beide von demselben Elektromotor angetrieben werden, und mit einem von einem Rudersteuerstand aus elektrisch gesteuertem Steuerventil sowie einer Verdrängungseinstelleinrichtung für die Kauptpumpe, die ein Summierventil und eine hydraulische Betätigungseinrichtung mit Stellventil zur Einstellung des Druckmittelflusses zur Betätigungseinrichtung umfaßt, welches Stellventil von dem Summierventil $teuerbar ist, und die einen vom Steuervenlil getteuerten Stellmotor aufweist, der mechanisch mit <tem Summierventil gekoppelt ist, das seinerseits mechanisch über ein Gestänge mit dem drehbaren Teil des Rudermotors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellventil (72) der Betätigungseinrichtung (66, 70) für die Hauptpumpe (34) über eine hydraulische Brückenschaltung (72a) mit einem Ablaufkreispaar (114, 116) schaltbar ist, durch das kontinuierlich ein kleiner Steuerflüssigkeitsstrom fließt und in deren ersten Teil das Summierventil (45) den Widerstand verändert, während in deren zweiten Teil der Widerstand von einem Mengenteiler (136) verändert wird, der über die Verdrängungsänderung der Hauptpumpe (34) gesteuert wird, daß der Stellmotor (50) an den im Summierventil (45) angeordneten Rotor (53) gekoppelt ist und daß der Ventilkörper (46) des Summierventils (45) mit dem Gestänge (26) zum drehbaren Teil des Rudermotors (10) verbunden ist.

2. Schiffsrudersteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Betätigungseinrichtungen (66, 70) der Hauptpumpe (34), die Ablauf kreise (114, 116) und der Stellmotor (50) mittels der Hilfspumpe (38) mit Druckflüssigkeit versorgt werden.

3. Schiffsrudersteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß (der Stellmotor (50) in an sich bekannter Weise einen Ventilkörper (50a) mit einer Zylinderbohrung tür einen zweiseitig wirkenden Kolben (52) und Lagerbohrungen für eine Welle (110) besitzt, deren eines Ende jedoch die mechanische Kupplung mit (dem Rotor (53) des Summierventils (45) bildet, wobei die WeIi^-" (tlO) senkrecht in der Zylinderbohrung angeordnet ist und sich in dieser etwa in der Mitte ihrer Länge durch einen Querschlitz im Kolken (52) erstreckt, und daß in dem Teil der Welle (110), der in der Kolbenmitte gehalten wird, ein radial vorstehender Stift (54) eingesetzt ist, der mittels tines Lagerzapfens (134) mit dem Kolben (52) so »erbunden ist, daß die WeIIe(UO) während der Hin- und Herbewegung des Kolbens (52) in schwingende Bewegung versetzt wird.

4. Schiffrudersteuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (110) sich quer durch die Zylinderbohrung des Kolbens (52) und quer durch den Ventilkörper (50a) hindurch erstreckt.

5. Schiffsrudersteuerekirichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (53) des Summierventils (45) durch die Welle (110) gebildet wird, die mit einem diametral gegenüberliegen

den Bogennutenpaar(118) versehen ist.

6. Schiffsrudersteuereinrichtung nach Anspruch : bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (52 an jedem Stirnende mit einem Axialstift (140) verse hen ist, die dazu dienen, die Ventilsitze der Ventile (142) zu betätigen, die axial einstellbar auf den Sei tenwänden des Ventilkörpers (50a) angeordnet sind und den Eingang der Druckflüssigkeit in die Zylinderbohrung steuern, so daß jeweils ein Ventil geschlossen und die Bewegung des Kolbens (52) unterbrochen wird, wenn der Kolben sich um einen bestimmten Betrag von einem Ventilsitz (142) entfernt hat.

7. Schiffsrudersteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine wegabhängige Rückkopplungseinrichtung (64) verwendet wird, die jedoch von dem Stellmotor (50) angetrieben wird und in an sich bekannter Weise elektrisch mit dem Rudersteuerstand (94) auf der Schiffsbrücke verbunden ist.