DE2619982A1

DE2619982A1 - Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE2619982A1
Application number: DE19762619982
Authority: DE
Inventors: Sven Walter Nilsson
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1975-05-16
Filing date: 1976-05-06
Publication date: 1976-11-25
Also published as: SE7505626L; JPS51135096A; GB1537394A; IT1072332B; FR2310917B1; SE392083B; US4004537A; DE2619982C3; NL7605090A; FR2310917A1; DE2619982B2

Description

Steuervorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, insbesondere für schwenkbare Schiffsruder oder Schiffspropellertriebe, mit einem Stellglied, welches durch ein Steuerrad oder dergl. über eine Verbindungswelle und einen Servomotor drehend betätigt wird.

Es ist eine Steuervorrichtung bekannt, bei der die Mutter oder die Spindel eines Schraubgetriebes das Stellglied darstellt, welches mit dem Steuerrad über eine biegsame Welle gedreht wird, so daß sich die Schwenkstellung des mit dem Schraubgetriebe mechanisch verbundenen Schiffsruders ändert und einstellt. Die von Hand zum Drehen des Steuerrades auszuübenden Kräfte können dabei recht groß werden.

Deshalb wird bei einer anderen bekannten Steuervorrichtung ein Servomotor, zum Beispiel Elektromotor, zwischengeschaltet, so daß die Betätigungskräfte am Steuerrad klein bleiben. Diese bekannte Steuervorrichtung hat aber den Nachteil, daß bei Ausfall des Servomotors die Steuervorrichtung blokkiert, so daß eine direkte Steuerung von Hand wegen der mechanischen Hemmung im mit dem Servomotor verbundenen Sehraubgetriebe nicht möglich ist.

Außerdem ist eine Steuervorrichtung bekannt, bei der ein Hydraulikmotor als Servomotor zwischen Steuerrad und Stellglied des Sehraubgetriebes angeordnet ist. Hydraulisch betätigte, durch hydraulische Steuerventile vom Steuerrad her gesteuerte Kolben greifen am Umfang der Mutter des oder der Schraubgetriebe an, um das Schiffsruder oder den Schiffspropellertrieb zu schwenken«, Diese Steuervorrichtung kann bei Ausfall des Hydraulikmotors noch von Hand bedient werden, ist aber wegen der komplizierten Konstruk-

609848/0259

ORIGINAL !MSPECTED

tion des Hydraulikmotors und wegen der teuren Sonderausführung des Schraubgetriebes, das jetzt nicht mehr als normale billige Kugel- oder Rollenmutter ausgebildet werden kann, unwirtschaftlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Steuervorrichtung der angegebenen Art zu schaffen, bei der die Gefahr der Blockierung der Steuerung von Hand bei Ausfall des Servomotors abgewendet ist. Die Steuervorrichtung soll überdies wirtschaftlich herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Servomotor, zum Beispiel Elektromotor, eine Triebwelle aufweist, die über ein Getriebe an das Stellglied angeschlossen ist, wobei das Getriebe einen an sich bekannten, zweiseitig wirkenden Freilauf aufweist, dessen Eingangswelle mit der Triebwelle des Servomotors und dessen Ausgangswelle mit dem Stellglied verbunden ist. Das Stellglied kann somit durch Drehen am Steuerrad betätigt werden, und zwar unbeeinflußt von einem etwaigen Ausfall bzw. einer Blockierung des Servomotors.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung ist das Stellglied durch die Mutter oder durch die Spindel eines herkömmlichen Schraubgetriebes, zum Beispiel einer Kugel- oder Rollenmutter mit zwischen Mutter und Spindel umlaufenden endlosen Reihen von Kugeln oder Rollen, gebildet.

Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung sind Mittel zum Ein- und Ausschalten und Richtungssteuern der Drehbewegung der Triebwelle des Servomotors vorhanden. Diese Mittel können erfindungsgemäß durch einen, mit einer vorbestimmten Kraft am Steuerrad in der einen oder anderen Drehrichtung federnd betätigbaren, elektrisch polenden Sehaltkontakt gebildet sein, der mit dem Servomotor elektrisch verbunden ist.

Weiterhin kann erfindungsgemäß die Steuervonichtung ein Zusatzsteuerrad oder dergl. aufweisen, welches mit einem durch Drehen dieses Zusatzsteuerrades betätigbaren Zusatzschaltkontakt zum elektrischen Ein- und Ausschalten und Richtungssteuern der Drehbewegung der Triebwelle des Servomotors ausgerüstet ist.

Außerdem kann die Steuervorrichtung erfindungsgemäß einen Schalter zum

609848/0259

Zu- oder Abschalten, der elektrischen Stromquelle der Schaltkontakte aufweisen.

Nach einem weiteren Merkmal kann die Steuervorrichtung an ein automatisches Steuersystem, zum Beispiel an einen Steuerkompaß mit elektrischem Verstärker, zum Ein- und Ausschalten und Richtungssteuern der Drehbewegung der Triebwelle des Servomotors angeschlossen sein. Dabei können vorteilhafterweise Mittel, zum Beispiel eine Trenrikupplung, zum Entkuppeln des Steuerrades bei angeschlossenem automatischen Steuersystem vorhanden sein. Dadurch wird ein unnötiges Mitdrehen des Steuerrades bei Einschaltung des automatischen Steuersystems verhindert.

Erfindungsgemäß kann die Verbindungswelle elastisch biegsam ausgebildet sein, so daß diese im Schiff leicht verlegbar und einbaubar ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles mit der zugehörigen Zeichnung erläutert.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels besitzt ein Steuerrad 1 mit einen nachgeschalteten Getriebe 2 zum Übersetzen der Drehbewegung des Steuerrades 1 und Übertragen des Drehmomentes dieses Steuerrades 1 auf eine elastisch biegsame Verbindungswelle 5· Di^e elastisch biegsame Verbindungswelle 3 leitet die Drehbewegung und das Drehmoment vom Steuerrad zum drehbeweglichen Stellglied, das heißt zur Mutter oder Spindel, eines an sich bekannten Schraubgetriebes 4. Das Schraubgetriebe 4 ist vorzugsweise als normales Schraubgetriebe mit endlosen Reihen von Kugeln oder Rollen, die zwischen Mutter und Spindel abrollen, ausgebildet. Die vom Steuerrad 1 über die elastisch biegsame Verbindungswelle 3 in das Schraubgetriebe 4 eingeleitete Drehbewegung wird dort in eine Linearbewegung der angeschlossenen Lenkstange 5 in an sich bekannter Weise umgewandelt, so daß über das Gelenk 6 und dem fest mit dem Schiffsruder 8 verbundenen Lenkhebel 7 die Sehwenkstellung des Schiffsruders 8 eingestellt wird.

Das drehbewegliche Stellglied, Mutter oder Spindel, des Schraubgetriebes 4 ist übrigens über das Getriebe 11 und das Zahnradvorgelege 10 an den Elektromotor 9, der als Servomotor wirkt, angeschlossen. Das Getriebe 11 ist als

- 609848/0259

bekannter, zweiseitiger, das heißt nach beiden Triebrichtungen wirkender, Freilauf ausgebildet, so daß bei angeschlossenem Elektromotor 9 ein Betätigen des Steuerrades und Verstellen des Schiffsruders 8 von Hand noch möglich ist.

Die Eingangswelle dieses Freilaufes ist mit der Triebwelle des Elektromotors 9 und die Ausgangswelle mit dem Stellglied des Schraubgetriebes 4 verbunden. Das Stellglied kann sich aufgrund des Antriebes vom Elektromotor schneller drehen als dies gemäß der Kraftübertragung und Drehung vom Steuerrad 1 über die Verbindungswelle 3 her gegeben ist.

Mit Hilfe des direkt am Steuerrad 1 eingebauten Schaltkontaktes 12 mit federbelasteten elektrischen Kontaktstellen wird der Elektromotor 9 gesteuert, das heißt, bei Erreichen einer bestimmten Größe des Drehmomentes am Steuerrad 1 wird ein elektrischer Kontakt geschlossen und dementsprechend der Elektromotor 9 eingeschaltet. Je nach Drehrichtung des Drehmomentes wird dabei der elektrische Strom zum Steuern der Drehrichtung dee Elektromotors 9 gepolt. Elektrische Leitungen 13 leiten den elektrischen Strom vom Schaltkontakt 12 zum Relais 14. Wenn das Steuerrad 1 betätigt bzw. gedreht wird, schließt also der Schaltkontakt 12 und ein entsprechend der Drehrichtung des Steuerrades 1 gepolter elektrischer Strom wird zum Relais 14 geschickt. Das Relais 14 leitet daraufhin den elektrischen Strom von der Stromquelle 15 zum Elektromotor 9* so daß dieser über das Zahnradvorgelege 10 und das Getriebe 11 das Stellglied des Schraubgetriebes 4 dreht und somit Servoarbeit leistet. Gleichzeitig wird mit dieser Drehung die Verbindungswelle 3 gedreht, so daß eine Drehbewegungs-Rückführung über das Getriebe 2 zum Steuerrad 1 erfolgt. Sobald die Drehbewegung am Steuerrad unterbrochen wird, öffnet sich der Schaltkontakt 12 wegen der besagten Rückführung, die Zuführung des elektrischen Stromes wird unterbrochen und die Steuerbewegung des Stellgliedes und des mit diesem verbundenen Schiffsruders wird beendet.

Für den Fall, daß die Steuerbewegung vom Bedienungsmann als zu langsam erachtet wird, kann dieser mit einer zusätzlichen Steuerkraft am Steuerrad 1 ein Drehmoment über die Verbindungswelle 3 zum Stellglied übertragen, so daß die Servoarbeit des Elektromotors 9 unterstützt wird, denn der Elektromotor 9 wird durch dieses Drehmoment entlastet und dreht dem-

609848/0259

entsprechend schneller. Bei einer vorbestimmten Steuerkraft am Steuerrad 1 wird die Leerlaufdrehgeschwindigkeit des Elektromotors 9 erreicht, so daß der Freilauf des Getriebes 11 die Triebwelle des Elektromotors 9 freigibt. Das Steuern der Schwenkbewegung des Schiffsruders 8 erfolgt dann ausschließlich von Hand und die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung des Schiffsruders wird mit der Größe der Drehgeschwindigkeit am Steuerrad 1 eingestellt.

Vorteilhafterweise ist ein Schalter 16 zwischen der Stromquelle 15 und dem Schaltkontakt 12 eingebaut, mit dem der Servobetrieb des Elektromotors 9 ein- und ausgeschaltet werden kann. Bei ausgeschaltetem Servobetrieb erfolgt die Steuerung des Schiffsruders 8 ausschließlich von Hand, und zwar vom Steuerrad 1 aus. Im Freilauf des Getriebes 11 dreht sich dann nur die Ausgangswelle, während die Eingangswelle stillsteht. Dasselbe trifft natürlich zu, wenn der Elektromotor aus irgendeinem Grund (Havarie), zum Beispiel infolge Stromausfall, nicht in Betrieb genommen werden kann.

Bei eingeschaltetem Servobetrieb des Elektromotors 9 kann das Zusatzsteuerrad 17 (mit unterbrochenen Strichen in der Zeichnung eingezeichnet) ebenfalls betätigt werden. Dieses Zusatzsteuerrad 17 besitzt den Zusatzschaltkontakt l8, welcher ebenso wie der Schaltkontakt 12 des Steuerrades 1 funktioniert. Im übrigen ist der Zusatzsehaltkontakt durch entsprechende elektrische Leitungen (mit unterbrochenen Strichen eingezeichnet) mit den elektrischen Leitungen 13 des Schaltkontaktes 12 verbunden. Vom Zusatzsteuerrad 17 aus kann also die Schwenkstellung des Schiffsruders 8 nur indirekt über den Elektromotor 9 eingestellt werden. Das Zusatzsteuerrad 17 ist mit dem Schalter 19 zu- oder abschaltbar.

Die Steuervorrichtung ist erfindungsgemäß mit einem elektrischen Schalter 16, der als Dreiwegschalter ausgebildet ist, ausgerüstet. Dadurch kann diese auf Servobetrieb, Handbetrieb und automatischen Betrieb geschaltet werden, wobei das zugehörige automatische Steuersystem aus einem Steuerkompaß 20 mit elektrischem Verstärker 21, der das vom Steuerkompaß 20 herkommende elektrische Signal verstärkt, besteht. Vom Verstärker 21 aus wird das Relais 14 mit elektrischem Strom versorgt und dementsprechend wird ein elektrischer Strom zum Elektromotor 9 geleitet, der diesen Elek-

609848/0259

tromotor 9 zum Steuern der Schwenkstellung des Schiffsruders 8 in Bewegung setzt.

Eine Trennkupplung 22 ist zwischen Steuerrad 1 und Stellglied des Schraubgetriebes 4 in der Verbindungswelle 3 vorgesehen. Diese Trennkupplung entkuppelt das Steuerrad 1 vom Stellglied selbsttätig, sobald mit dem Schalter 16 auf automatischen Betrieb geschaltet wird. Dadurch wird erreicht, daß das Steuerrad 1 bei automatischen Antrieb des Stellgliedes durch den Servomotor 9 nicht mitdreht.

Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann im Rahmen des Erfindungsgedankens weitgehend abgeändert werden. So kann, zum Beispiel, anstelle des Elektromotors 9 ein beliebig gebauter anderer Servomotor vorgesehen werden. Anstelle eines Kugelmutter-Schraubgetriebes 4 mit der Mutter oder der Spindel als Stellglied kann ein anderes Schraubgetriebe mit oder ohne Wälzkörper zwischen Kutter und Spindel eingebaut werden. Vorzugsweise wird allerdings ein Kugelmutter-Schraubgetriebe mit endlosen Reihen von umlaufenden Kugeln verwendet, weil dieses eine geringe Laufreibung aufweist und als herkömmliches Maschinenelement preisgünstig auf dem Markt erhältlich ist.

609848/0259

Claims

SKP KUGELLAGERFAERIKEN GMEH Schweinfurt, 3.5.I976

TPA/vH/gh

Patentansprü ehe

lJ Steuervorrichtung, insbesondere für schwenkbare Schiffsruder oder Schiffspropellertriebe, mit einem Stellglied, welches durch ein Steuerrad oder dergl. über eine Verbindungswelle und einen Servomotor drehend betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (9)» zum Beispiel Elektromotor, eine Triebwelle aufweist, die über ein Getriebe (11) an das Stellglied angeschlossen ist, wobei das Getriebe (11) einen an sich bekannten, zweiseitig wirkenden Freilauf aufweist, dessen Eingangswelle mit der Triebwelle des Servomotors (9) und dessen Ausgangswelle mit dem Stellglied verbunden ist.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied durch die Mutter, zum Beispiel Kugel- oder Rollenmutter, eines Schraubgetriebes (4) gebildet ist.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied durch die Spindel, zum Beispiel Kugel- oder Rollensehraubspindel, eines Schraubgetriebes (4) gebildet ist.

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (12) zum durch die Bewegung des Steuerrades (1) ausgelösten Ein- und Ausschalten und Richtungssteuern der Drehbewegung der Triebwelle des Servomotors (9) vorhanden sind.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel durch einen, mit einer vorbestimmten Kraft am Steuerrad (1)

609848/0259

in der einen oder in der anderen Drehrichtung federnd betätigbaren, elektrisch polenden Sehaltkontakt (12), der mit dem Servomotor (9) elektrisch verbunden ist, gebildet sind.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet, daß diese ein Zusatzsteuerrad (17) oder dergl. aufweist, welches mit einem durch Drehen dieses Zusatzsteuerrades (17) betätigbaren Zusatzschaltkontakt (18) zum elektrischen Ein- und Ausschalten und Richtungssteuern der Drehbewegung der Triebwelle des Servomotors (9) ausgerüstet ist.

7. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen Schalter (16,19) zum Zu- oder Abschalten der elektrischen Stromquelle (15) der Schaltkontakte (12,18)

aufweist.

8. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (9) an ein automatisches Steuersystem, zum Beispiel an einen Steuerkompaß (20) mit elektrischem Verstärker (21), zum Ein- und Ausschalten und Riehtungssteuern der Drehbewegung der Triebwelle des Servomotors (9) angeschlossen ist.

9. Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel, zum Beispiel eine Trennkupplung (22), zum Entkuppeln des Steuerrades (l) bei angeschlossenem automatischen Steuersystem vorhanden sind.

10. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungswelle (jj) elastisch biegsam ausgebildet ist.

609848/0259