DE2459143C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Umsteuereinrichtung für einen
Schiffsantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE-OS 23 22 161 geht eine derartige Umsteuereinrich
tung für einen Schiffsantrieb hervor. Dabei wird dem vom
Schiff durchfahrenen Gewässer Wasser entnommen und diesem
durch eine von einem Antriebsmotor angetriebene Pumpe Ener
gie zugeführt. Das derart behandelte Wasser wird in der Form
eines Antriebsstrahles ausgestoßen. Für die Rückwärtsfahrt
des Schiffes wird zur Schubumkehr eine Stahlumlenkhaube in
die Strömungsbahn des Antriebsstrahles gebracht. Die be
kannte Umsteuereinrichtung weist außerdem eine Ventilein
richtung zur Steuerung der Drehzahl des Antriebsmotors der
Pumpe und der dem Wasser durch die Pumpe zugeführten Ener
giemenge und eine weitere Ventileinrichtung auf, durch die
die Bewegung der Strahlumkehrhaube in die Strömungsbahn des
Antriebsstrahles gesteuert werden kann. Es ist ferner ein
die Strahlung der Strahlumkehrhaube und die Drehzahl des
Antriebsmotors für die Pumpe beeinflussender Steuerhebel
vorgesehen, der eine neutrale Stellung, eine Vorwärtsstel
lung eine Rückwärtsstellung besitzt.
Ein Problem besteht bei einer derartigen Umsteuereinrichtung
darin, daß die Ventileinrichtungen zur Beeinflussung der
Drehzahl des Antriebsmotors für die Pumpe bzw. zur Beein
flussung der Stellung der Strahlumkehrhaube durch ein auf
wendiges und daher kostspieliges, mechanisches und hydrauli
sches Steuersystem angesteuert werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin,
eine derartige Umsteuereinrichtung für einen Schiffsantrieb
derart zu verbessern, daß sein Steuersystem vergleichsweise
einfach aufgebaut und billig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs bereits erwähnte
Umsteuereinrichtung gelöst, die durch die in dem kennzeich
nenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale
gekennzeichnet ist.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Umsteuerein
richtung besteht darin, daß ihr Steuersystem für die
Ventileinrichtung zur Beeinflussung der Drehzahl des An
triebsmotors für die Pumpe und die Ventileinrichtung zur
Beeinflussung der Stellung der Strahlumlenkhaube im wesent
lichen aus einfachen und daher wenig kostspieligen Potentio
metern besteht, die durch den Steuerhebel betätigbar sind.
Im folgenden werden die Erfindung deren Ausgestaltungen im
Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Hecks
eines Tragflächenbootes mit einem Wasserstrahlan
trieb, bei dem die vorliegende Umsteuereinrichtung
zur Anwendung gelangen kann;
Fig. 2, 3 und 4 je eine Seitenansicht der Strahlumlenkhaube in der
vollständig zurückgezogenen Stellung, einer
Mittelstellung und der vollständig ausgefahrenen
Stellung, in der der Wasserstrahl vollständig
nach rückwärts umgelenkt wird;
Fig. 5 ein Schaltbild der vorliegenden Umsteuereinrich
tung; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der
Funktion der vorliegenden Umsteuereinrichtung.
Fig. 1 zeigt das Heck eines Tragflächenbootes 10 mit den
nach unten ragenden Stützen 12 und 14, die an ihren unteren
Enden durch Tragflächen 16 und 18 miteinander verbunden
sind. Diese Tragflächen 16 und 18 sind an ihren rückwärtigen
Kanten mit Steuerflächen 20 und 22 versehen. An dem nicht
dargestellten Bug des Tragflächenbootes 10 ist eine dritte,
nach unten ragende Stütze vorgesehen, die als Steuerruder
wirkt, und an ihrem unteren Ende eine weitere Tragfläche
trägt. Die Stützen 12 und 14 und die von diesen getragenen
Tragflächen 16, 18 können um die Drehachse 24 nach oben in
eine Ruhestellung verschwenkt werden.
Der Antrieb des Tragflächenbootes 10 erfolgt durch Wasser
strahlen, die aus an beiden Seiten des Bootes angeordneten
Düsen 26, 28 ausströmen. Das Wasser wird aus dem Gewässer
durch eine Öffnung 30 am vorderen Teil des Tragflächenab
schnittes 32 entnommen und durch eine Mittelsäule 34 nach
oben zu nicht dargestellten Backbord- und Steuerbordpumpen
geleitet, die beispielsweise von Strahltriebwerken angetrie
ben werden. Aus den Pumpen wird das Wasser in der Form von
Wasserstrahlen dann durch die Düsen 26 und 28 ausgestoßen.
Die Wasserstrahlen treiben das Tragflächenboot 10 in die
Vorwärtsrichtung. Für eine Rückwärtsfahrt des Tragflächen
bootes 10 sind an den Düsen 26 und 28 Strahlumlenkhauben 36
und 38 angeordnet. Bei der Vorwärtsfahrt des Tragflächen
bootes 10 werden die Strahlumlenkhauben 36 und 38 in Stel
lungen geschwenkt, in denen sie die Strömung der Wasser
strahlen nicht behindern. Werden die Strahlumlenkhauben 36,
38 jedoch in die Wasserstrahlen hineingeschwenkt, so werden
diese zur Erzeugung eines Rückwärtsschubes umgelenkt.
Die Wirkungsweise der Strahlumlenkhauben 36, 38 geht am
besten aus den Fig. 2, 3 und 4 hervor. Der mit 40 be
zeichnete Wasserstrahl strömt aus der Düse 42 durch ein
zylindrisches Glied 44, das nach oben oder nach unten zum
Umlenken des Wasserstrahles verschwenkt werden kann. Nach
stehend wird beschrieben, in welcher Weise dies durchgeführt
wird. Die Strahlumlenkhauben 36, 38 selbst bestehen aus
gewölbten oder gekrümmten Gliedern 46, die mit der Hilfe von
Seitenarmen 48 mit nicht dargestellten Lagerungsgliedern
verschwenkbar verbunden sind. Die Seitenarme sind über ein
Gestänge 50 mit dem Kolben eines pneumatischen oder hydrau
lischen Zylinders 52 verbunden. An der einen Seite des
gekrümmten Gliedes 46 ist eine Öffnung 54 vorgesehen, die so
angeordnet ist, daß bei einem Verschwenken des gekrümmten
Gliedes 46 nach unten unter der Einwirkung des Zylinders 52
ein immer größer werdender Teil des Gliedes 46 die Wasser
strömung anschneidet, wie dies die Fig. 3 und 4 zeigen. In
diesem Falle wird die Wasserströmung durch die Öffnung 54
seitlich und nach rückwärts umgelenkt. Dabei wird ein Rück
wärtsschub für das Tragflächenboot 10 erzeugt.
Die vorliegende Umsteuereinrichtung ist in Fig. 5 darge
stellt, wobei die Elemente, die auch in den Fig. 1 bis 4
dargestellt sind, entsprechend bezeichnet sind. Wie dies
bereits ausgeführt wurde, wird durch eine Öffnung 30 einge
führtes Wasser durch die Mittelsäule 34 nach oben zu einer
Pumpe 56 geleitet, die durch einen Antriebsmotor 58, bei dem
es sich beispielsweise um ein Strahltriebwerk handelt, ange
trieben wird. Von der Pumpe 56 aus strömt das Wasser durch
die Düse 42 und erzeugt einen Wasserstrahl 40, in den das
gekrümmte Glied 46 hineinbewegt werden kann, um den Wasser
strahl nach rückwärts umzulenken. Das Glied 46 wird seiner
seits von den Seitenarmen 48 gehalten, die über ein Gestänge
50 mit dem Kolben des Zylinders 52 in Verbindung stehen. Es
können auch zwei Wasserstrahlen mit den entsprechenden An
trieben vorgesehen werden, von denen in der Fig. 5 nur eine
Ausführung dargestellt ist.
Die entgegengesetzten Enden des Zylinders 52 stehen über ein
Ventil 60 einer Ventileinrichtung 60, 64, 66 mit einer
Druckflüssigkeitsquelle 62 in Verbindung. Das Ventil 60 kann
die Druckflüssigkeitsquelle 62 mit dem einen oder dem ande
ren Ende des Zylinders 52 verbinden, so daß je nach der
Einstellung des Ventiles 60 das gekrümmte Glied 46 nach der
einen oder der anderen Richtung verschwenkt werden kann. Das
Ventil 60 wird seinerseits von einer elektrischen Betäti
gungsvorrichtung 64 mit einer Steuerwicklung 66 gesteuert.
Die Elemente 64 und 66 sind Teil der bereits erwähnten
Ventileinrichtung. Die Betätigungsvorrichtung 64 ist so
eingerichtet, daß bei einer gleich hohen Spannung an den
entgegengesetzten Enden der Steuerwicklung 66 die Betäti
gungsvorrichtung 64 sich im Stillstand befindet. Bei un
gleichen Spannungen bewegt die Betätigungsvorrichtung 64 das
Ventil 60 nach der einen oder der anderen Richtung, bis die
Spannungen wieder die gleiche Größe aufweisen.
Eine Steuerung des Tragflächenbootes 10 von Hand erfolgt
mittels eines Steuerhebels 68, der nach beiden Richtungen
für eine Vorwärts- oder eine Rückwärtsfahrt verschwenkt
werden kann. Dieser Steuerhebel 68 steht über ein mechani
sches Gestänge 70 mit den Schleifkontakten 72 und 74 der
Potentiometer 76 und 78 in Verbindung. Das Potentiometer
76 ist Teil einer Steuerhebelschaltung 80, während
das Potentiometer 78 Teil einer Umsteuerschaltung 82
ist.
Die beiden Enden des Potentiometers 76 sind an den Pluspol
84 einer Gleichstromquelle (nicht dargestellt) angeschlos
sen, während die Enden des Potentiometers 78 an die ent
gegengesetzten Pole 84 und 86 derselben Gleichstromquelle
angeschlossen sind. Das Potentiometer 76 weist in der Mitte
einen Kurzschlußabschnitt 88 auf, dessen Mittelpunkt über
einen Widerstand 90 und einen Leerlauftrimmer 92 mit dem Pol
86 in Verbindung steht. An die eine Seite des Kurzschlußab
schnittes 88 des Potentiometers 76 ist ein Widerstandskon
taktabschnitt 94 für die Rückwärtsfahrt angeschlossen, wäh
rend an die andere Seite des Kurzschlußabschnittes 88 ein
Widerstandsabschnitt 96 für die Vorwärtsfahrt angeschlossen
ist, der aus den später beschriebenen Gründen durch die
Widerstände 98 und 100 überbrückt ist. Das obere Ende des
Widerstandskontaktabschnittes 96 steht über einen Vorwärts
trimmer 102 mit dem Pol 84 in Verbindung, während das untere
Ende des Widerstandskontaktabschnittes 94 über einen Rück
wärtstrimmer 104 und einen Widerstand 106 mit demselben Pol
84 in Verbindung steht.
Wenn der Schleifkontakt 72 auf dem Kurzschlußabschnitt 88
liegt, bildet der Widerstand des Potentiometers 76 mit den
Widerständen 90 und 92 einen Spannungsteiler. Wenn sich der
Steuerhebel 68 in der neutralen Stellung befindet, fließt
ein Strom vom Schleifkontakt 72 zu einer Ventileinrichtung
108 und zurück zum Pol 86, so daß der Antriebsmotor 58 mit
der Leerlaufdrehzahl arbeitet, die mit der Hilfe des Wider
standes 92 eingestellt werden kann. Wird der Steuerhebel 68
aus der neutralen Stellung entweder in die Rückwärts- oder
Vorwärtsstellung bewegt, so wird die Leerlaufdrehzahl auf
grund des Kurzschlußabschnittes 88 eine Zeitlang aufrechter
halten. Bewegt sich jedoch der Schleifkontakt 72 in der
einen oder der anderen Richtung über den Kurzschlußabschnitt
88 hinaus, so steigt die Spannung an der elektropneumati
schen Ventileinrichtung 108 entweder an oder sie sinkt ab.
Damit nimmt die Drehzahl des Antriebsmotores 58 zu oder ab,
was zur Folge hat, daß der vom Wasserstrahl erzeugte Schub
entsprechend verändert wird.
Da der Schleifkontakt 74 des Potentiometers 78 ebenfalls mit
dem mechanischen Gestänge 70 in Verbindung steht, bewegen
sich die beiden Schleifkontakte 72 und 74 gemeinsam im
Gleichlauf. Wenn sich der Schleifkontakt 74 in der mittleren
Position befindet, steht er mit einem Widerstandskontaktab
schnitt 110 in Verbindung, der an beiden Enden von den
Kurzschlußabschnitten 112 und 114 begrenzt wird. Die Kurz
schlußabschnitte 112 und 114 stehen über die Trimmer 116,
118 mit dem Pol 84 bzw. dem Pol 86 der Gleichstromquelle in
Verbindung.
Zum Potentiometer 78 ist ein zweiter Spannungsteiler paral
lelgeschaltet, der aus den gleichen Widerständen 120 und 122
besteht, die mit einem Trimmerwiderstand 124 in Serie ge
schaltet sind. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerstän
den 120 und 122 kann über den Kontakt 126 des Relais 128 und
über den Widerstand 130 mit der einen Seite der Steuerwick
lung 66 für die Betätigungsvorrichtung 64 verbunden werden.
Das Relais 128 bleibt im allgemeinen jedoch stromlos, so daß
der Schleifkontakt 74 des Potentiometers 78 über den Wider
stand 130 mit der Steuerwicklung 66 in Verbindung steht. Die
andere Seite der Steuerwicklung 66 ist mit dem Schleifkon
takt 132 eines Potentiometers 134 verbunden, das zwischen
den positiven und den negativen Pol 84, 86 der Gleichstrom
quelle geschaltet ist. Bei einer Hin- und Herbewegung des
Schleifkontaktes 74 auf dem Widerstandsabschnitt 110, betä
tigt die Betätigungsvorrichtung 64 das Ventil 60, während
der mit dem Gestänge 50 mechanisch verbundene Schleifkontakt
132 sich in dem gleichen Ausmaß bewegt, bis die Brücken
schaltung sich wieder im Gleichgewicht befindet und die
Betätigungsvorrichtung 64 zum Stillstand gelangt.
Die Einrichtung ist ferner mit einem von Hand zu betätigen
den Schalter 134 sowie mit einem Schalter 138 ausgestattet,
der mit dem Steuerhebel 68 in Verbindung steht und geschlos
sen wird, wenn der Steuerhebel 68 in der neutralen Stellung
steht. Unter der Annahme, daß die Schalter 136 und 138
geschlossen sind, wird das Relais 128 erregt, bis der von
Hand zu betätigende Schalter 136 von den Haltekontakten 140
geöffnet wird. Gleichzeitig bewirkt die Erregung des Relais
128, daß der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 120
und 122 mit der Steuerwicklung 66 verbunden wird, so daß die
Position der Betätigungsvorrichtung 64 durch die Position
des Schleifkontaktes auf dem Trimmerwiderstand 124 in der
neutralen Stellung gehalten wird.
Die Arbeitsweise der vorliegenden Umsteuereinrichtung geht
aus der Fig. 6 hervor, die die Grenzen der Bewegung des
Steuerhebels 68 und die Beziehung der beiden mit dem Steuer
hebel 68 in Verbindung stehenden Potentiometer 76, 78 zuein
ander und deren Signalausgangsanforderungen als Funktion der
Einstellung des Steuerhebels 68 zeigt. In der Fig. 6 stellt
die Wellenform A das am Schleifkontakt 74 des Potentiometers
78 auftretende Signal dar, während die Wellenform B das am
Schleifkontakt 72 des Potentiometers 76 auftretende Signal
darstellt. In der Fig. 6 sind die Schleifkontakte 74 und 72
in deren neutralen Stellungen dargestellt.
Wenn sich der Schleifkontakt 72 nach rechts oder links aus
der neutralen Stellung herausbewegt und immer noch mit dem
Kurzschlußabschnitt 88 in Verbindung steht, bleibt das durch die
Wellenform B dargestellte Ausgangssignal am Schleifkontakt
72 konstant, wobei der Antriebsmotor 58 die Pumpe 56 mit
einer Drehzahl von 6000 U/min antreibt. Bewegt sich jedoch
der Schleifkontakt 72 über den Kurzschlußabschnitt 88 ent
weder in der Rückwärtsrichtung oder der Vorwärtsrichtung
hinaus, so gelangt er mit den Widerstandskontaktabschnitten
96 oder 94 in Berührung, so daß das Ausgangssignal (Wellen
form B) stärker wird. Bei einem Rückwärtsschub steigt das
Ausgangssignal bis zu demjenigen Wert an, bei dem der An
triebsmotor 58 mit einer Drehzahl von 7600 U/min arbeitet,
während in der Vorwärtsrichtung das Ausgangssignal bis zu einem
Wert ansteigt, bei dem der Antriebsmotor 58 mit einer Dreh
zahl von 13 250 U/min arbeitet. Die Nebenschlußwiderstände
98 und 100 dienen zum Linearisieren der Steuerhebelbezie
hung, wenn sich der Schleifkontakt 72 auf dem Widerstands
kontaktabschnitt 96 bewegt.
Bei der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Schleifkontaktes
72 bewegt sich entsprechend auch der Schleifkontakt 74. Im
Gegensatz zum Steuerhebelsignal wächst das Rückwärtssignal
von einem negativem Wert an der Vorwärtsseite der neutralen
Stellung bis zu einem positiven Wert an. Hierbei wird die
Strahlumlenkhaube 46 aus einer vollständig zurückgezoge
nen Stellung (Fig. 2) in eine vollständig ausgefahrene Stel
lung (Fig. 4) bewegt, in der der Wasserstrahl 40 vollständig
umgelenkt wird, so daß er einen Rückwärtsschub erzeugt.
Zwischen der vollständig zurückgezogenen und der vollständig
ausgefahrenen Stellung läuft der Antriebsmotor 58 im Leer
lauf mit einer Drehzahl von 6000 U/min, während die Strahl
umlenkhaube 46 eingestellt werden kann, so daß die Geschwin
digkeit des Tragflächenbootes 10 bei der Vorwärts- und Rück
wärtsfahrt geregelt wird. Steht bei geschlossenem
Schalter 136 der Steuerhebel 68 in der neutralen Stellung,
so wird das Relais 128 erregt, was zur Folge hat, daß die
Strahlumlenkhaube 46 in einer bestimmten Stellung festgehal
ten wird, die vom Trimmwiderstand 124 bestimmt wird. In
diesem Falle kann der Steuerhebel 68 nach vorn oder nach
rückwärts bewegt werden, ohne daß die Stellung der Strahlum
lenkhaube verändert wird, so daß der Lauf des Antriebsmotors
58 überprüft und beschleunigt werden kann.
Claims (3)
1. Umsteuereinrichtung für einen Schiffsantrieb, bei der
dem vom Schiff durchfahrenen Gewässer Wasser entnommen und
diesem durch eine von einem Antriebsmotor (58) angetriebene
Pumpe Energie zugeführt wird, bei der dieses dort behan
delte Wasser in der Form eines Antriebsstrahles (40) ausge
stoßen wird, bei der eine Strahlumlenkhaube (46) für die
Rückwärtsfahrt in die Strömungsbahn des Antriebsstrahles
(40) zur Schubumkehr hineinbewegbar ist, wobei die Umsteuer
einrichtung eine erste Ventileinrichtung (108) zum Steuern
der Drehzahl des Antriebsmotors (58) und der dem Wasser von
der Pumpe (56) zugeführten Energiemenge und eine zweite
Ventileinrichtung (60, 64, 66) zum Steuern der Bewegung der
Strahlumlenkhaube (46) in die Strömungsbahn des Antriebs
strahles (40) aufweist, und bei der ein die Stellung der
Strahlumlenkhaube (46) und die Drehzahl des Antriebsmotors
(58) beeinflussender Steuerhebel (68) mit einer neutralen
Stellung, einer Vorwärtsstellung und einer Rückwärtsstellung
vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektroni
sches Steuersystem ein erstes Potentiometer (76) aufweist,
dessen Schleifkontakt (72) an den Steuerhebel (68) gekoppelt
ist, und das ein Paar von Widerstandskontaktabschnitten (94,
96) aufweist, die durch einen Kurzschlußabschnitt (88) an
der neutralen Stellung des Schleifkontaktes (72) miteinander
verbunden sind, daß der Kurzschlußabschnitt (88) mit der
ersten Ventileinrichtung (108) zum Steuern der Drehzahl des
Antriebsmotors (58) verbunden ist, daß der Antriebsmotor
(58) in der neutralen Stellung des Steuerhebels (68) sowie
in Bereichen beiderseits der neutralen Stellung leerläuft,
daß das Steuersystem ein zweites Potentiometer (78) auf
weist, dessen Schleifkontakt (74) an den Steuerhebel (68)
gekoppelt ist, um die Stellung der Strahlumlenkhaube (46) zu
bestimmen, und daß das zweite Potentiometer (78) beiderseits
eines in der Mitte gelegenen Widerstandskontaktabschnittes
(110) Kurzschlußabschnitte (112, 114) derart aufweist, daß
bei einer Bewegung des Steuerhebels (68) bzw. des Schleif
kontaktes (74) durch die Bereiche beiderseits der neutralen
Stellung die Strahlumlenkhaube (46) aus einer vollständig
zurückgezogenen Position für einen Vorwärtsschub in eine
vollständig ausgefahrene Position für einen Rückwärtsschub
bewegt wird, daß die entgegengesetzten Anschlüsse des ersten
Potentiometers (76) mit dem einen Pol (84) einer Gleichstrom
quelle verbunden sind, daß die Mitte des Kurzschlußabschnitt
tes (88) des ersten Potentiometers (76) mit dem anderen Pol
der Gleichstromquelle verbunden ist, daß jeweils ein An
schluß des zweiten Potentiometers (78) mit einem anderen Pol
(84 bzw. 86) der Gleichstromquelle verbunden ist, und daß
das erste Potentiometer (76) und das zweite Potentiometer
(78) im wesentlichen die gleiche Länge aufweisen und daß der
Schleifkontakt (73) des ersten Potentiometers (76) und der
Schleifkontakt (74) des zweiten Potentiometers (78) durch
den Steuerhebel (68) gemeinsam und gleichförmig bewegt wer
den.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Widerstände (98, 100) zu dem Widerstandsabschnitt (96)
auf der einen Seite des Kurzschlußabschnittes (88) des
ersten Potentiometers (76) parallel geschaltet sind, um eine
Linearisierung der Ansprache des Steuerhebels (68) zu er
zielen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Spannungsteiler (120, 122, 124) zu dem
zweiten Potentiometer (78) parallel geschaltet ist und daß
eine Schalteinrichtung (126) zum wahlweisen Abtrennen des
Schleifkontaktes (74) des zweiten Potentiometers (78) von
der zweiten Ventileinrichtung (60) und zum Verbinden eines
Punktes des Spannungsteilers (120, 122, 124) mit der ge
nannten zweiten Ventileinrichtung (60, 64, 66) vorgesehen
ist, um die Einstellung der Umlenkhaube (46) festzuhalten.
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