DE2619982C3

DE2619982C3 - Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE2619982C3
Application number: DE2619982A
Authority: DE
Inventors: Sven Walter Partille Nilsson (Schweden)
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1975-05-16
Filing date: 1976-05-06
Publication date: 1980-05-22
Also published as: DE2619982A1; SE7505626L; JPS51135096A; GB1537394A; IT1072332B; FR2310917B1; SE392083B; US4004537A; NL7605090A; FR2310917A1; DE2619982B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, insbesondere für schwenkbare Schiffsruder oder Schiffspropellertriebe, mit einem Stellglied, welches durch ein Steuerrad mit einer Verbindungswelle und durch einen Servomotor mit einer über ein Getriebe -n an das Stellglied angeschlossenen Triebwelle drehend betätigbar ist.

Es ist eine Steuervorrichtung bekannt, bei der die Mutter oder die Spindel eines Schraubgetriebes das Stellglied darstellt, welches mit dem Steuerrad über eine w 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 w) Servomotors die Steuervorrichtung blockiert, so daß eine direkte Steuerung von Hand wegen der mechanischen Hemmung im mit dem Servomotor verbundenen Schraubgetriebe nicht möglich ist.

Außerdem ist eine Steuervorrichtung bekannt, bei der <>5 ein Hydraulikmotor als Servomotor zwischen Steuerrad und Stellglied des Schraubgetriebes 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 Konstruktion des Hydraulikmotors und wegen der teuren Sonderausführung des Schraubgetriebes, das jetzt nicht mehr als normale billige Kugel- oder Rollenmutter ausgebildet werden kann, unwirtschaftlich.

Zum Stand der Technik gehört eine Steuervorrichtung, mit einer Steuerwelle, auf die wahlweise Handoder Kraftantrieb über ein Planetengetriebe einwirkt (DE-AS 11 80 269). Diese Steuervorrichtung hat also keinen den Handbetrieb unterstützenden Servotrieb und ist außerdem in ihrer Konstruktion aufwendig und teuer.

Es ist eine mit einem Servormotor ausgerüstete Steuervorrichtung bekannt, die mit einem Wendegetriebe und zwei durch ein Schaltrad mit Schaltgestänge bedienbaren Reibungskupplungen ausgerüstet ist (DE-AS 10 99 884). Ganz abgesehen davon, daß diese Steuervorrichtung eine komplizierte Konstruktion mit Störungsanfäliigkeit der Verschleiß unterworfenen Reibungskupplungen aufweist, ist auch eine unvollständige Servowirkung des Servormotors gegeben. Bei eingekuppeltem Servormotor und schnellem Handbetrieb wird nämlich der Servomotor über seine

Leerlaufzahl hinaus gedreht, so daß der Servomotor dem Handbetrieb einen erheblichen Widerstand entgegensetzen kann.

!n der DE-GM 18 81896 ist die Anordnung der Steuerung eines Schiffes von mehreren Leitständen aus beschrieben, deren handbetätigte Stellglieder über elastisch biegsame Gestände mit Getrieben miteinander verbunden sind. Bei dieser Anordnung ist die Unterstützung des Handbetriebes durch ein Servormotor nicht gegeben, so daß von Hand relativ hohe Kräfte ausgeübt werden .Müssen und die empfindlichen, elastisch biegsamen Gestänge mit den zugehörigen Getrieben leicht überbeansprucht werden.

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 herstellbarsein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst. daß 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.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Entsprechend der Ausgestaltung nach Anspruch 2 jo und 3 ist das Stellglied durch die Mutter oder durch die Spindel eines herkömmlichen Schraubgetriebes, z. B. einer Kugel- oder Rollenmutter mit zwischen Mutter und Spindel umlaufenden endlosen Reihen von Kugeln oder Rollen, gebildet. r>

Mit der Weiterbildung nach Anspruch 4 sind Mittel zum durch die Bewegung des Steuerrades ausgelösten Ein- und Ausschalten und Richtungssteuern der Drehbewegung der Triebwelle des Servomotors vorhanden. Diese Mittel können entsprechend der Ausgestaltung nach Anspruch 5 durch einen, mit einer vorbestimmten Kraft am Steuerrad in der einen oder anderen Drehrichtung federnd betätigbaren, elektrisch polenden Schaltkontakt gebildet sein, der mit dem Servomotor elektrisch verbunden ist. Weiterhin weist v> mit der Ausgestaltung nach Anspruch 6 die Steuervorrichtung ein Zusatzsteuerrad oder dgl. auf, welches mit einem durch Drehen dieses Zusatzsteuerrades betätigbaren Zusatzschaltkontakt zum elektrischen Ein- und Ausschalten und Richtungssteuern der Drehbewegung to der Triebwelle des Servomotors ausgerüstet ist.

Mit der Weiterbildung nach Anspruch 7 weist die Steuervorrichtung einen Schalter zum Zu- oder Abschalten der elektrischen Stromquelle der Schaltkontakte auf. y>

Gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 8 ist die Steuervorrichtung an ein automatisches Steuersystem, z. B. an einen Steuerkompaß mit elektrischem Verstärker, zum Ein- und Ausschalten und Richtungssteuern der Drehbewegung der Triebwelle des Servomotors ange- fai) schlossen. Dabei können mi* Her Ausgestaltung nach Anspruch 9 Mittel, z. B. eine Frennkupplung, zum Entkuppeln des Steuerrades bei angeschlossenem automatischen Steuersystem vorhanden sein. Dadurch wird ein unnötiges Mitdrehen des Steuerrades bei (>> Einschaltung des automatischen Steuersystems verhindert.

Die Weiterbildung nach Anspruch 10 besagt, daß die Verbindungswelle elastisch biegsam ausgebildet ist

Schließlich ist nach der Weiterbildung nach Anspruch 11 der Servomotor als Elektromotor ausgebildet.

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

Die Steuervorrichtung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels besitzt ein Steuerrad 1 mit einem nachgeschalteten Getriebe 2 zum Obersetzen der Drehbewegung des Steuerrades 1 und Übertragen des Drehmomentes dieses Steuerrades 1 auf eine elastisch biegsame Verbindungswelle 3. Die 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 Schwenkstellung 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 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 9 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 des 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 dementsprechend 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 Zusatzschaltkontakl 18, welcher ebenso wie der Schaltkontakt 12 des Steuerrades 1 funktioniert. Im übrigen ist der Zusatzschaltkontakt 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 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 Sleuerkompaß 20 mit elektrischem

lü 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 Elektromotor 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 22 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

jo gebauter anderer Servomotor vorgesehen werden. Anstelle eines Kugelmutler-Schraubgetriebes 4 mit der Mutter oder der Spindel als Stellglied kann ein anderes Schraubgetriebe mit oder ohne Wälzkörper zwischen Mutter 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuervorrichtung, insbesondere für schwenkbare Schiffsruder oder Schiffspropellergetriebe, mit einem Stellglied, welches durch ein Steuerrad mit einer Verbindungswelle und durch einen Servomotor mit einer über ein Getriebe an das Stellglied angeschlossenen Triebwelle drehend betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß 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 Roller.mutter, eines Schraubgetriebes (4) gebildet !sL

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

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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, mil einer vorbestimmten Kraft am Steuerrad (1) in der einen oder in der anderen Drehrichtung federnd betätigbaren, elektrisch polenden Schaltkontakt (12), der mit dem Servormotor (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 diese Zusatzsteuerrades (17) betätigbaren Zusatzschaltkontakt (18) zum elektrischen Ein- und Ausschalten und Richtungssteuern der Drehbewegung der Triebwelle des Servormotors (9) ίο 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 (12,28) 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 Richtungssteuern 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 (1) bei angeschlossenem automalischen Steuersystem vorhanden sind.

10. Steuervorrichtung nach einem der vorherge-Jd henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungswelle (3) elastisch biegsam ausgebildet ist

11. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

Ji der Servomotor als Elektromotor (9) ausgebildet ist