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Hydraulische Anlage, insbesondere für den Antrieb von Verhol- und
Haltewinden auf Massengutschiffen Die Erfindung betrifft eine hydraulische-Anlage
für den Antrieb von vorzugsweise mehreren unabhängig voneinander belastbaren und
mit unterschiedlichen Drehzahlen steuerbaren Aggregaten, insbesondere Verhol- und
Haltewinden auf Schiffen, die je durch einen an ein hydraulisches Netz mit konstantem
Netzdruck angeschlossenen hydraulischen Verstellmotor (Hydraulikmotor mit veränderlicher
Schluckmenge) angetrieben werden.
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Die Erfindung befaßt sich vornehmlich mit dem Fernantrieb hydraulischer
Winden, insbesondere Verhol- und Haltewinden, die im explosionsgefährdeten Bereich,
z. B. auf Massengutschiffen für flüssige oder trockne Ladung sowie auf Containerschiffen
zum Einsatz kommen. Grundsätzlich ist die Erfindung aber auch für den Antrieb einzelner
Anlagen, z. B. Winden, geeignet.
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Der Einsatz hydraulischer Regelmotoren (Verstelimotoren) ist
bei
derartigen Anlagen fur den Fernantrieb hydraulischer Winden bereits bekannt. Das
grundsätzliche Problem besteht darin, daß bei durch konstanten Netzdruck gespeisten
hydraulischen Verstellmotoren die Gefahr des "Durchgehens" gegeben ist. Bei einer
bekannten hydraulischen Anlage mit Verstellmotor und konstantem Netzdruck wird ein
Hochfahren des Hydraulikmotors bis zu seiner Zerstörung dadurch vermieden, daß dem
Hydraulikmotor ein Drehmomentwandler nachgeordnet ist. Die Charakteristik des Drehmomentwandlers
bewirkt, daß dem Hydraulikmotor stets ein Drehmoment "aufgezwungen" wird, welches
ein Durchgehen des Motors verhindert Der Erfindung liegt die rufgabe zugrunde, eine
verbesserte Alternative für derartige hydraulische Anlagen vorzuschlagen, die m
aufbau und in der Handhabung einfach und für alle Lastzustände betriebssicher ist.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe ist zur Lösung dieser Aufgabe dadurch
gekennzeichnc, daß eine in einer Motorvorlaufleitung und/cder Motorrücklaufleitung
des Verstellmotors angeordnete Stelldrossel in bhängigkeit vom Betriebszustand des
Verstellmotors hinsichtlich der Durchflußmenge veränderbar ist. Dabei ist ein wesentliches
Merkmal des Betriebszustandes für die Veränderung der Stelldrossel die Drehzahl
des Verstellmotors.
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Eine Erhöhung dieser D'iotordrehzahl hat demnach zur Folye, daß die
Stelidrossel im Sinne einer Drosselung der Durchflußmenge betätigt wird. Darüber
hinaus ist die Veränderung der Stelldrossel abhängig von der Schluckmenge des Verstellmotors,
also zum Beispiel von dem öffnungswinkel der Schrägscheibe des Motors.
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Die hier im Sinne der Erfindung in Betracht kommenden Stelldrosseln
sind so ausgebildet, daß vor allem die Differenz aus
den Drücken
vor und hinter der Stelldrossel veränderbar ist, aber auch die Durchflußmenge. Es
kommen demnach in erster Linie handelsübliche verstellbare Drosselventile, aber
auch Druckminderventile, bei denen die Federkraft in Abhängigkeit von der Drehzahl
des Verstellmotors verändert wird, Schieber und Klappen mit Drosselcharakter etc.
in Betracht.
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Durch eine auf besondere Weise bestimmte Abhängigkeit der vorgenannten
Beeinflussungsgrößen für die Stelldrossel kann die Kennlinie des Verstellmotors
bestimmt werden. Eine Veränderung dieser Abhängigkeit bewirkt eine Veränderung der
Kennlinie. Bei einer bestimmten Einstellung des Verstellmotors ist die gegenseitige
Beeinflussung der Stellgrößen derart, daß bei Änderungen des Betriebszustandes,
insbesondere der Belastung des Verstellmotors, nur geringfügige Veränderungen der
eingestellten Drehzahl auftreten.
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Der Einfluß der Drehzahl des Verstellmotors wird nach einem weiteren
Merkmal der Erfindung durch einen Fliehkraftregler auf die Stelldrossel übertragen.
Diesem drehzahlabhängigen Organ wirkt ein von dem Öffnungswinkel des Verstellmotors
abhängiges Organ entgegen. Zwischen diesen beiden die Stelldrossel beaufschlagenden
Organen ist ein Puffer, insbesondere eine Druckfeder angeordnet. Die Stelldrossel
wird durch die sich ergebende Differenz der Stellkräfte aus beiden vorgenannten
Organen verändert.
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Das die Schluckmenge des Verstellmotors regelnde Organ ist mit einem
Element versehen, welches die Kennlinie des Verstellmotors maßgeblich bestimmt.
Konkret handelt es sich dabei um eine entsprechend ausgebildete Kurven scheibe,
die die vom Organ für die Veränderung der Schluckmenge ausgeübten Stellkräfte beeinflußt.
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Die erfindungsgemäße Anlage zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß
- durch entsprechende Formgebung der Kurvenscheibe -das System im besonderen Maße
an die jeweils gegebenen Betriebsverhältnisse, insbesondere an den Betrieb von Verholwinden,
angepaßt werden kann. Weiterhin ist von Vorteil, daß die Anlage für automatischen
Windenbetrieb geeignet ist. Dabei steht der Verstellmotor still und baut ein vorbestimmtes
Drehmoment auf.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine hydraulische Anlage gemäß der Erfindung mit mehreren
Verbrauchern an einer gemeinsamen Pumpe in schematischer Darstellung, Fig. 2 der
einer Winde zugeordnete Steuer- und Antrieb teil, ebenfalls in schematischer Darstellung,
als Ausführungsbeispiel, Fig. 3 der Steuer- und Antriebsteil gemäß Fig. 2 in veränderter
Stellung, Fig. 4 ein Diagramm mit der Kennlinie des Verstellmotors bei einer Anlage
gemäß Fig. 2 und 3.
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Die Erfindung soll in erster Linie Anwendung finden bei hydraulischen
Anlagen mit Fernantrieb mehrerer Aggregate, insbesondere Verhol- und Haltewinden.
Von den angetriebenen Aggregaten sind in Fig. 1 lediglich schematisch die in Fig.
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2 und 3 ebenfalls schematisch wiedergegebenen Steuer- und Antriebseinheiten
lOa, lOb, lOc dargestellt. Diesen sind auf der Ausgangsseite zum Beispiel Winden
(nicht dargestellt) nachgeordnet.
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Die Steuer- und Antriebseinheiten und damit die angetriebenen Aggregate
werden aus einem gemeinsamen Hydrauliknetz mit Vorlaufleitung 11 und Rücklaufleitung
12 gespeist. Die Steuer-und Antriebseinheiten 10a, lOb.. sind an dieses Hydrauliknetz
in Parallelschaltung je über eine Motorvorlaufleitung 13 und eine Motorrücklaufleitung
14 angeschlossen. In dem Hydrauliknetz, nämlich in der Vorlaufleitung 11 und den
Motorvorlaufleitungen 13, wird ein konstanter Druck, vorzugsweise in Höhe von etwa
200 at durch eine gemeinsame Regel pumpe 15 erzeugt. Diese wird durch einen Motor,
z. B. einen E-Motor 16 angetrieben. Die Regel pumpe 15 fördert in Abhängigkeit von
Druckänderungen in der Vorlaufleitung 11, derart, daß stets ein konstanter Druck
p1 in der Vorlaufleitung 11 unabhängig von der Belastung des Netzes aufrechterhalten
wird. In der Rücklaufleitung 12, die hier zu einem gemeinsamen Öltank 17 führt,
herrscht ein Druck p2. Das Hydrauliknetz kann auch als geschlossenes Kreislaufsystem
ausgebildet sein.
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Das Ausführungsbeispiel der Steuer- und Antriebseinheit 10a, lOb..
ist in Fig. 2 und 3 stark schematisiert dargestellt.
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Jede dieser Steuer- und Antriebseinheiten ist mit einem hydraulischen
Verstellmotor 18 ausgestattet. Es handelt sich hierbei um bekannte, handelsübliche
hydraulische Regelmotoren mit veränderlicher Schluckmenge. Vorzugsweise kommt hier
ein Verstellmotor mit sogenannter Schrägscheibe in Betracht, die zur Veränderung
des Drehmoments hinsichtlich ihrer Schräglage verstellt wird. Ein in Fig. 2 und
3 gezeigter Hebelarm 19 soll als Organ zur Verstellung der Schrägscheibe und damit
zur Veränderung der Schluckmenge verstanden werden.
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In einer der den einzelnen Verstellmotoren 18 der Anlage zugeordneten
Leitungen 13 und 14, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Motorvorlaufleitung
13, ist eine
Stelldrossel 20 geeigneter, bekannter Bauart, z. B.
ein verstellbares Drosselventil, angeordnet. Die Stelldrossel 20 bewirkt, daß in
dem von der Stelldrossel 20 zum Verstellmotor 18 führenden Teil der Motorvorlaufleitung
13 ein durch die Stelldrossel 20 veränderbarer Druck p3 erzeugt wird. Zur Feststellung
des Druckes p3 ist ein Manometer 21 vorgesehen.
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Die Stelldrossel 20 hat die Aufgabe, zu hohe Drehzahlen des Verstellmotors
18 bei im Verhältnis zu seiner Offnungsstellung zu geringer Last zu vermeiden. Zu
diesem Zweck wird beim Auftreten dieses Betriebszustandes die Stelldrossel 20 über
ein hier als Hebelarm 22 dargestelltes Organ im Sinne einer Drosselung des Durchflußquerschnitts
verändert.
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Der Verstellmotor 18 und die Stelldrossel 20 werden in Abhangigkeit
voneinander verändert. Die Abhängigkeit ist ungleichförmig.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Verstelleinrichtung
23 vorgesehen, die aus zwei Organen 24 und 25 besteht. Das Organ 24 dient zur Veränderung
des Verstellmotors 18 und zugleich zur Beaufschlagung der Stelldrossel 20.
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Dieses Organ 24 wird von außen, insbesondere durch eine Bedienungsperson,
gehandhabt. Das Organ 25 dient ausschließlich zur Beaufschlagung der Stelldrossel
20, und zwar in Abhängiykeit von der Drehzahl des Verstellmotors 18.
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Das Organ 24 bewirkt eine Verstellung des Motors 18 durch Verschwenken
des>Hebelarms 19. Zu diesem Zweck ist ein Hand.
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rad 26 vorgesehen, welches über eine drehbare Welle 27 und einen Kurbelarm
28 eine Schubstange 29 in der einen oder anderen Richtung beaufschlagt. Die Schubstange
29 ist mit dem freien Ende des Hebelarms 19 verbunden. Drehungen des Handrades
2G
in der einen oder anderen Richtung führen demnach zu Ausschwenkbewegungen des liebelarms
19 in entsprechender Richtung. Uber die Welle 27 wird auch die Stelldrossel 20 bestätigt,
und zwar in Abhängigkeit von der Stellung des Handrades 26. Zu diesem Zweck sitzt
auf der Welle 27 eine Kurvenscheibe 30. An dieser liegt ein Laufrad 31 einer Kolbenstange
32 an. Deren Kolben 33 stützt sich auf einer Druckfeder 34 ab, die in e l-n ;cwimmend
gelagerten Gehäuse 35 sitzt. Das vom Kolben 33 abliegende Ende des Gehäuses 35 erhält
Anlage an dem zugekehrten Ende des Hebel arms 22 zur Betätigung der Stelldrossel
20, und zwar zur Bewegung aus der mehr oder weniger geschlossenen bzw. gedrosselten
Stel-Jung (strichpunktierte Linie) in die geöffnete Stellung, die in Fig. 2 durch
ausgezogene Linie des Hebelarms 22 gekennzeichnet ist.
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Das dem Organ 24 entgegenwirkende Organ 25 wird durch den Verstellmotor
18 beeinflußt, und zwar durch dessen Drehzahl.
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Zu diesem Zweck ist das Organ 25 mit einem Fliehkraftregler 36 ausgerüstet.
Es kann sich hierbei um eine bekannte, handelsübliche Ausführung eines derartigen
Fliehkraftreglers handeln, der hier vereinfacht symbolhaft dargestellt ist mit schwenkbaren
Armen 37 und daran angeordneten Massen 38. Die Arme 37 sind jeweils um die Gelenke
39 schwenkbar, derart, daß bei entsprechend hoher Geschwindigkeit an den Armen 37
angeordnete, von diesen vorzugsweise rechtwinklig abstehende Nasen 40 an der Unterseite
eines Tellers 41 anliegen und diesen in Richtung auf das Organ 24 verschieben. Der
Fliehkraftregler 36 sitzt auf einer Welle 42, die vom Verstellmotor 18 angetrieben
wird. Der Teller 41 ist auf dieser Welle 42 mit einer hülsenartigen Führung 43 axialverschiebbar
gelagert.
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Die Führung 43 ihrerseits ist verbunden mit dem Gehäuse 35.
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Eine Beaufschlagung des Tellers 41 bewirkt demnach eine Verschiebung
desselben
mit dem Gehäuse 35 gegen die auf dem Kolben 33 abgestützte Feder 34. Der Teller
41 bzw. ein mit der Führung 43 verbundener Ansatz 44 beaufschlagt das zugekehrte
Ende des Hebelarms 22 in Richtung auf eine Schließung der Stelldrossel 20. Das Gehäuse
35 für die Druckfeder 34 stützt sich in Richtung auf den Hebelarm 22 auf einem Anschlag
48 ab, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch das zugekehrte Ende der
ortsfest gelagerten Welle 42 gebildet wird.
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Die in der vorstehenden Weise ausgebildete Steuer- und Antriebseinheit
arbeitet im wesentlichen wie folgt: Der Verstellmotor 18 wird durch Drehen des Handrades
26 und dadurch verursachtes Schwenken des Hebelarms 19 aus der gezeigten Null-Stellung
in Gang gesetzt. Entsprechend der Stellung der Schrägscheibe des Motors 18 wird
durch den mit konstantem Druck fließenden Ölstrom ein entsprechendes -Drehmoment
aufgebaut. Zugleich wird vom Motor 18 über die Welle 42 der Fliehkraftregler 36
angetrieben. Bei einer bestimmten Drehzahl wird der Teller 41 und damit der Hebelarm
22 der Stelldrossel 20 durch den Fliehkraftregler 36 beaufschlagt.
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Dieser Stellkraft wirkt eine Kraft des Organs 24 entgegen, die sich
in einer zumindest anfänglich zunehmenden Spannung der Feder 34 auswirkt. Da sich
diese Feder 34 in dem Gehäuse 35 abstützt, welches seinerseits mit der Führung 43
des Tellers 41 verbunden ist, kann es nur dann zu einer Verstellung der Stelldrossel
20 kommen, wenn zwischen den vorgenannten Stellkräften eine Differenz in der einen
oder anderen Richtung auftritt.
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Wenn die Öffnungsstellung des Motors 18 nicht der vorhandenen Belastung
entspricht, z. B. bei Seilbruch, besteht an
sich die Gefahr des
Durchgehens, da Öl in ausreichender Menge bei konstantem Druck über die Motorvorlaufleitung
13 nachgefördert wird. Dabei steigt die Drehzahl des Motors 18 geringfügig an, mit
der Folge, daß der Fliehkraftregler 36 eine entsprechend erhöhte Kraft auf den Teller
41 ausübt. Dies wiederum hat zur Folge, daß bei gegebener Spannung der Feder 34
deren Gehäuse 35 mit der Führung 43 und dem Anschlag 44 in Richtung einer Schließbewegung
der Stelldrossel 20 verstellt wird. Dadurch wird dem Verstellmotor 18 Ö1 bei geringerem
Druck p3 zugeführt.
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Die gegeneinander wirkenden Organe, insbesondere der Fliehkraftregler
36 in Verbindung mit der beaufschlagten Druck feder 34, haben zur Folge, daß bei
Änderung des Betriebszustands des Motors im voranstehenden Sinne nur geringfügige
Veränderungen der Drehzahl auftreten. Es ist ein besonderes Merkmal der Anlage,
daß die von außen eingestellte Drehzahl trotz erheblicher Änderungen des Betriebszustands
feinfühlig eingehalten wird.
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Die Kurvenscheibe 30 ist so ausgebildet, daß bei zunehmender Öffnung
des Verstellmotors 18 bis zu einem bestimmten Bereich der durch das Organ 24 erzeugte
Gegendruck erhöht wird, so daß eine höhere Geschwindigkeit des Motors 18 erforderlich
ist, um eine Drosselung der Stelldrossel 20 zu bewirken. Mit Hilfe dieser Kurvenscheibe
30 kann die Charakteristik des Verstellmotors 18 beeinflußt werden. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ergibt sich eine Kennlinie 45 des Verstellmotors, die in Fig.
4 dargestellt ist. Eine Drehung des Handrades 26 bis zu einem Winkel von 300 führt
zu einer möglichen Maximalgeschwindigkeit des Verstellmotors 18. Bei dieser Maximalgeschwindigkeit
ermöglicht ein Drehmoment des Verstellmotors 18 bis zu 33 % des maximalen Drehmoments.
Darüber hinaus
verringert sich die Geschwindigkeit bei steigendem
Drehmoment entsprechend der Kennlinie 45.
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Diese Charakteristik wird durch die in Fig. 2 und 3 gezeigte Form
der Kurvenscheibe 33 erreicht. Der erste Bewegungsbereich entspricht einer Drehung
um 30° bis zu einer Umlenkecke 46, die im Diagramm gemäß Fig. 4 dem Kurvenpunkt
47 entspricht.
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Diese Stellung ist durch maximalen Gegendruck des Organs 24 gekennzeichnet.
Es liegt auf der Hand, daß durch eine Änderung der Gestalt der Kurvenscheibe die
Nennkurve des Verstellmotors 18 veränderbar ist.