DE2626422A1

DE2626422A1 - Schiffs- oder bootssteuerung mit hydrodynamischer servoeinrichtung

Info

Publication number: DE2626422A1
Application number: DE19762626422
Authority: DE
Inventors: Bertil Ingemar Bostrom; Stellan P Knoos
Original assignee: Individual
Current assignee: Herman Brinks Bv Deurningen Nl
Priority date: 1975-06-17
Filing date: 1976-06-12
Publication date: 1977-01-13
Also published as: SE7606923L; CA1032025A; AU1444676A; NL184105B; SE425073B; DE2626422C2; NL7606390A; JPS5231494A; US3983831A; GB1502518A; JPS6056680B2; FR2315117B1; FR2315117A1

Description

SCHIFFS- ODER BOOTSSTEUERUNG MIT HYDRODYNAMISCHER SERVOEINRICHTUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schiffs- oder Bootssteuerung unter Verwendung einer hydraulischen Servoeinrichtung, die ein drehbar und pendelnd gelagertes Ruder aufweist, das in einer Was s er strömung angeordnet ist.

Automatische Steuerungssysteme für Segelboote sind im wesentlichen entweder elektronisch unter Einschluß eines Autopiloten od. dgl. aufgebaut oder sie weisen Windflügel auf, die das Boot bezüglich des scheinbaren Windes auf einem vorbestimmten Kurs halten. Verschiedene solcher Systeme sind in dem Buch SELF
STEERING FOR SAILING CRAFT, John S. Lechter Jr., 1974, International Marine Publishing Company, Camden, Maine, USA, genau beschrieben. Elektronische Einrichtungen weisen bei Se-gelbooten

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den Nachteil auf, daß sie auf elektrischen Strom, angewiesen sind, der in kleineren Segelschiffen nicht immer in ausreichendem Maße zur Verfügung steht. TJeiterhin werfen sie Probleme hinsichtlich der Wartung und Zuverlässigkeit im Vergleich zu den meisten rein mechanischen Einrichtungen auf. Im Falle der Autopiloten, die das Fahrzeug auf einem Kompaßkurs halten und nicht auf Windrichtungsänderungen ansprechen, können darüber hinaus zufällige Kursänderungen bei Annäherung von Eisenteilen und anderen schwierigen Segelsxtuationen auftreten.

Unter den verschiedenen bekannten Einrichtungen, die auf einen Windflügel oder eine Windfahne ansprechen, um das Boot oder Schiff auf einem vorbestimmten Kurs bezüglich der Richtung des scheinbaren Windes zu halten, findet man Systeme, bei denen das Ausgangssignal der Windfahne zum direkten Antrieb entweder des regulären Bootsruders oder eines Hilfsruders benutzt wird, oder Systeme, bei denen dieses Ausgangssignal zum Antrieb eines Ruders herangezogen wird, das als hydraulische Servoeinrichtung zur Erzeugung einer Antriebskraft entweder für das reguläre oder ein Hilfsruder wirkt.

In der US-PS 3 319 594 sowie dem erwähnten Buch von Letcher sind u.a. Systeme beschrieben, bei denen allein die Windenergie zur Erzeugung der Antriebskraft für das Ruder verwendet wird.

Der wesentliche Nachteil dieser Systeme besteht darin, daß sie nicht in der Lage sind, ausreichende Antriebskraft unter jeglichen Segelbedingungen zu erzeugen, insbesondere bei größeren Segelbooten (8 Meter und mehr).

In diesem Zusammenhang sind Vorrichtungen bekannt, die eine hydrodynamische Servoeinrichtung zur Verstärkung der von den Windfahnen abgenommenen Antriebskraft aufweisen. Hierbei ist ein Servoruder entweder am Haupt- oder an einem Hilfsruder angeordnet, wobei das Servoruder entweder am Hauptruder angelenkt oder eine getrennte Einheit hinter diesem Hauptruder ist. Das Servoruder erzeugt direkijfeine Wasserkraft am Hauptruder, die dessen Steuerung überwacht. Derartige Einrichtungen sind jedoch in der Regel nicht in der Lage, ausreichende Kraft bei größeren Booten zur Verfugung zu stellen.

Bei einer weiteren Steuerungseinrichtung unter Verwendung einer Windfahne und einer hydrodynamischen Servoeinrichtung, welche insbesondere bei größeren Booten Eingang gefunden hat, wird ein Ruder in der Wasserströmung hinter dem Boot angeordnet; es ist im Hinblick auf eine Dreh- und Pendelbewegung gelagert. Wird dieses Ruder infolge eines Steuersignals der Windfahne zur Drehung veranlaßt, so wirkt die Wasserströmung derart, daß das Ruder seitlich pendelnd angetrieben wird. Diese seitliche Bewegung erzeugt eine Kraft für das Hauptruder des Schiffes, welches Ruder mittels einer Seilverbindung angebracht ist. Ein derartiges

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System wurde von H.G. Hasler entwickelt und ist in dem genannten Buch von Letcher beschrieben. Diese Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß sie eine vergleichsweise schwerfällige Ruderkupplung mit besonderer IiEballation erfordert. Darüber hinaus ist sie nicht tragbar, noch für einen schnellen Ein- und Ausbau geeignet, der in Abhängigkeit davon angeätrebt wird, ob mit oder ohne Benutzung der Vorrichtung gefahren werden soll. Schließlich kann bei solchen Systemen, bei denen das reguläre Ruder durch eine hydrodynamische Servoeinrichtung angetrieben wird, eine empfindliche und kompakte Steuereinrichtung nicht eingesetzt werden. Dies deshalb, weil herkömmliche Ruder von Segelbooten in der Regel nicht hinreichend ausbalanciert sind, d.h. der Abstand zwischen der Ruderdrehachse und dem Zentrum der auf das Ruder wirkenden hydrodynamischen Kräfte ist vergleichsweise groß, so daß ein relativ großes Steuermoment entsteht. Aus diesem Grunde ist ein separates und vorzugsweise kleineres Hilfsruder, bei dem besondere Aufmerksamkeit den Balanceproblemen gewidmet werden kann, zur Verwendung in Verbindung mit einer hydrodynamischen Servoeinrichtung zu bevorzugen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung vermeidet die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik, indem sie eine einfache, kompakte Einrichtung unter Verwendung einer hydrodynamischen Servoeinrichtung vorschlägt, die lösbar am Heck eines Schiffes oder Bootes installiertwerden kann. Die gesamte Arbeitseinrichtung ist in einer einzigen Einheit integriert, die zur Steuerung äes Bootes ihr eigenes Ruder aufweist, das als Hilfsruder zum Hauptruder des Bootes oder als einziges Ruder eingesetzt werden kann.

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Obgleich die Vorrichtung große Steuerkräfte erzeugen kann, ist sie nichtsdestoweniger kompakt und weist vergleichsweise geringes Gewicht auf. Sie reagiert sowohl auf schwache Ausgangssignale eines ¥indflügeis als auch auf mechanische Signale, die sowohl elektrisch als auch manuell erzeugt werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist wie folgt aufgebaut: Hin Pendelruder ist in einem Trägergehäuse drehbar um eine erste Achse und pendelnd um eine zweite Achse im wesentlichen quer zur ersten Achse angeordnet. Das Pendelruder weist zwei einander gegenüber liegende Flächen auf, die hydrodynamische Flächen bilden und als hydrodynaraisehe Servoeinrichtung wirken. Das Trägergelläuse ist am Spiegel des infrage kommenden Bootes angeordnet, wobei das Pendelruder in der wasserströmung hinter dem Boot angeordnet ist. Die zweite Achse des Pendelruders ist bezüglich der horizontalen Ebene des Bootes in Richtung zum Bootßspiegel nach unten geneigt. Ein Ruder oder Hauptruder ist ebenfalls an dem Trägergehäuse angeordnet, wobei das Ruderblatt * im 'fässer drehbar um eine einzige Achse vorgesehen ist. Dieses Ruder ist im eingebauten Zustand vorzugsweise am Trägergehäuse zwischen Pendelruder und Bootsrumpf vorgesehen. Im Gehäuse ist eine Kupplungseinrichtung zur Verbindung des Pendelruders mit dem Ruder derart vorgesehen, daß eine Pendelbewegung des Pendelruders eine Drehbewegung des Ruders herbeiführt; die Pendelbewegung des Pendelruders ist mit der Drehbewegung des Ruders zwangsgekoppelt. Weiterhin ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines oteuerungsübervachungssignals für das Pendelruder vorgesehen,

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wodurch das Pendelruder als Reaktion auf dieses Signal eine Drehbewegung ausführt. Dieses Steuersignal kann durch eine am Gehäuse angeordnete !Windfahne erzeugt v/erden. Bei einem Dreheingangssignal von der Ulndfahne oder einem anderen Signalgenerator zum Pendelruder wird der Angriffswinkel des Pendelruders aus einer vorbestimmten neutralen Stellung heraus geändert, wodurch eine seitlich gerichtete hydrodynamische Kraft auf das Pendelruder erzeugt wird. Auf diese Veise kommt es zu einer Pendelbewegung des %idelruders,und diese Bewegung wird über die Kupplungseinrichtung in dem Gehäuse auf das Ruder übertragen, so daß dieses eine Drehbewegung ausführt. Das Ruder wird so gedreht, daß das Boot als Reaktion auf das Steuersignal gelenkt wird (im Falle der ".»"indf ahne) derart, daß der Steuer-"Fehler" eliminiert wird.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Pendelruder über zwei Kugelkopflager im Gehäuse angeordnet. Eines dieser Lager ist im Gehäuserahmen angeordnet. Die !.eile des Pendelruders ist in diesem Lager zwecks Drehbewegung um drei gegenseitig aufeinander senkrecht stehende Achsen angeordnet. Das zweite Kugelkopflager ist ebenfalls im Gehäuse,Jedoch vom Rahmen entfernt angeordnet und wird in Verbindung mit einem Hebel zur Verbindung der Yelle des Pendelruders mit der "'felle des Ruders derart verwendet, daß eine Pendelbewegung der Velle des Pendelruders eine Drehbewegung der Ruderwelle herbeiführt, wobei die Pendelbewegung des Pendelruders mit der Drehbewegung des Ruders zwangsgekoppelt ist.

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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, der schematischen Zeichnung sowie den Unteransprüchen. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das am Spiegel eines Segelbootes angeordnet ist;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Installation am Spiegel eines Segelbootes;

Fig. 3 einen Querschnitt zur Darstellung der Verbindung der Bauteile im Trägergehäuse des bevorzugten Ausführungsbeispiels ;

Fig. 4 einen Querschnitt längs Linie 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 eine alternative Ausbildung der Pendelruderaufhängung;

Fig. 6 einen Querschnitt einer Einrichtung zum Lösen der Verbindung zwischen Pendelruder und Ruder;

Fig. 7 eine Darstellung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

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•f.

Fig. 8-11 Querschnitte durch weitere Kupplungen von Pendelruder und Ruder.

Gemäß Fig. 1 ist ein Trägergehäuse 3 lösbar am Spiegel eines Segelbootes 4 mittels fest am Spiegel angeordneter Halterungen 5 und 6 sowie herausnehmbarer Bolzen 7 u. 8 befestigt. Gleiche Halterungen und Bolzen (nicht gezeigt) sind auf der gegenüberliegenden Seite des Trägergehäuses vorgesehen. Eine Welle 31 eines Ruders 14 ist drehbar im Trägergehäuse 3 gelagert. Hierauf wird in Verbindung mit der Fig. 3 näher eingegangen. Zur manuellen Steuerung des Bootes ist eine Pinne 13 an- der Welle angeordnet. In Verbindung mit der Fig. 6 wird eine Einrichtung zur Lösung der Welle 31 aus ihrer Verbindung mit einer Welle 32 beschrieben für den Fall, daß ausschließlich manuelle Betätigung erfolgen soll.

Eine Windfahne 25 ist in einem Lager 26 angeordnet, das drehbar um seine Achse 27 in der Halterung 28 mittels eines Bolzens 3o gelagert ist, der seinerseits in einander gegenüberliegenden Ausnehmungen der Halterung 28 und der Arme des Lagers 26 angeordnet ist. Eine Hubstange 47 ist mittels einer Kugelverbindung 35 an einen Bolzen 29 des Lagers 26 angeschlossen. Diese Verbindung erfolgt asymmetrisch bezüglich des Lagers 26. Ein Rohrstück 19 ist drehbar in einem weiteren Rohrstück 12 gelagert, das seinerseits fest am Gehäuse 3 angeordnet ist. Eine Scheibe ist fest am Rohrstück 19 vorgesehen. Diese Scheibe 2o ist über

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Riemen 21 und 22 od. dgl. und eine Scheibe 24 mit; einem Steuerungsrad 23 verbunden, das zur Einstellung des gewünschten Kurses bezüglich des scheinbaren Windes herangezogen wird. Das Ruder 14 ist aus zwei Metallblechen 17 und 18 gebildet, die an ihren beiden Enden in Form eines bauchigen ¥ miteinander verbunden und fest an der Welle 31 angeordnet sind. Die Oberflächen dieser Bleche bilden hydrodynamische Flächen. Ein Pendelruder 11 ist gleichermaßen aus zwei nicht korrodierenden Metallblechen 15 und 16 aufgebaut, die hydrodynamische Flächen bilden und fest an einem Ende der Welle 32 angeordnet sind. Die beschriebene Blech-konstruktion ermöglicht niedrige Herstellungskosten bei hoher Festigkeit der Teile mit einer vergleichsweise großen Gesamtfläche für jede gegebene Längs- und Seitendimension der Ruder. Bei schwerer See ist darüber hinaus der Einfluß von auf diese Ruder wirkenden Seitenwellen geringer als wenn die gleiche Oberfläche an einer einzigen Fläche vorgesehen wäre. Hierdurch wird die Bruchgefahr verringert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wirkt wie folgt:

Wenn der Kurs des Bootes wie gewünscht relativ zum scheinbaren Wind eingestellt ist» wird die Scheibe oder das Rad 23 gedreht, so daß der Flügel 25 gedreht wird, bis er aufrecht steht* wodurch angezeigt wird, daß der Wind symmetrisch längs der Seiten des Flügels vorbeistreicht, d.h. die Seitenflächen des Flügels fluchten mit der Windrichtung, ffeächt das Boot von dem gewünschten

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Kurs bezüglich des scheinbaren Windes ab, so wird der Flügel einer seitlichen Windkomponente ausgesetzt, was zu einer seitlichen Drehung oder Kippung derselben um die Achse 27 führt. Auf diese ¥eise wird die Hubstange 47 in Abhängigkeit von der Richtung der seitlichen Bewegung der Fahne 25 entweder nach oben oder nach unten betätigt« Wie in Verbindung mit Fig. 3 erläutert wird, ist die Hubstange 47 derart mit der Welle 32 verbunden, daß eine Auf— oder· Abwärtsbewegung der Hubstange eine Drehung der Achse bewirkt. Dies wiederum führt zu einer Drehung des Pendelruders 11, wodurch letzteres einen Angriffswinkel bezüglich der Wasserströmung mitgeteilt erhält, so daß eine seitlich wirkende Kraft vom Wasser auf das Pendelruder wirkt* Dies führt zu einer pendelartigen (seitlichen) Bewegung des Pendelruders 11. Diese seitliche Bewegung wird von der Welle über eine Verbindung im Gehäuse 3 auf die Welle 31 übertrqEen, um diese und das Ruder 14 zu drehen, wie dies in Verbindung mit der Fig. 3 näher erläutert wird. Das Ruder 14 wird in eine solche Richtung gedreht, daß der Kurs des Bootes geändert wird und das Boot auf den ursprünglichen,, gewünschten Kurs bezüglich des scheinbaren Windes gebracht wird (d.h. der Fehler wird eliminiert)., Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einem Hauptruder verwendet wird, beträgt die effektive projizierte seitliche Fläche des Ruders 14 in der Regel etwa 25 bis 4o?ä der des Hauptruders.

Im Hinblick auf eine optimale Stabilisierung wird das Pendelruder 11 vorzugsweise unter einem Winkel von 2o bis 35° bezüglich

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der horizontalen Ebene des Bootes hinter diesem nachgeschleppt. Mit einer derart gekippten ¥elle erzeugt eine Pendelbewegung eine stabilisierende hydrodynamische, gegeneinandergerichtete ¥irkung für das Pendelruder. Bei dieser Neigung wird die Pendeldrehbewegung hydrodynamisch begrenzt,und zwar selbst bei ins Gewicht fallender Drehung der Welle um ihre Längsachse (das Eingangssignal)

In Fig. 2 ist eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte, ebenfalls am Spiegel eines Bootes angeordnete Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Aus Gründen einer vereinfachten Darstellung ist der Windflügel oder eine andere Einrichtung zur Erzeugung eines Steuersignales nicht gezeigt. Es gelangen ein herkömmliches Pendelruder 11 und ein Ruder 14 zur Anwendung. Die effektive Seitenfläche des Pendelruders 11 beträgt etwa 2o bis 25% der des Ruders 14. Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das Pendelruder 11 in einem Gehäuse 3 drehbar um seine Längsachse und pendelnd um die Achse Io gelagert; das Ruder 14 ist in dem Gehäuse drehbar um seine Längsachse angeordnet. Sowohl für das Pendelruder als auch das Ruder wird ein großes Aspektverhältnis bevorzugt. Zur Erleichterung der Montage und Demontage der Einheit bezüglich der Halterungen 5 und 6 ist eine Handhabe 29 vorgesehen. Zur weiteren Erleichterung dieser Arbeiten sind in der oberen Halterung sechs Schlitze angeordnet. Die dynamische Wasserlinie ist mit 8 und die statische Wasserlinie mit 7 bezeichnet .-

In den Fig. 3 und 4 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel

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einer im Gehäuse 3 angeordneten Kupplung gezeigt. Die ¥elle 31 des Ruders ist im Gehäuse 3 drehbar um seine Längsachse mittels Lagerbuchsen 39, 4o gelagert. Die Hubstange 47 erstreckt sich durch das fest am Gehäuse vorgesehene Rohrstück 12 in das Gehäuse. Ein Ende der Hubstange 47 ist an einem Kipphebel 46 angeordnet, der mehrere Ausnehmungen 52 zur wahlweisen Anordnung der Hubstange längs des Kipphebels aufweist. Er ist mit einem ersten Teil 46a versehen, an dem die Hubstange befestigt ist sowie mit einem zweiten Teil 46b, der senkrecht zum Teil 46a verläuft. Letzterer wiederum ist zwecks Drehung an einer Welle 45 angeordnet", die ihrerseits fest am Gehäuse 3 vorgesehen ist. Am "Teil: 46b.ist ein zweiter Kipphebel 44 fest angeordnet. Er verläuft senkrecht zu diesem Teil 46b. Der Kipphebel 44 ist an seinem einen Ende mit einem Kugelkopf 5o versehen; er bildet eine Kugelkopfverbindung mit einem Ende eines Gelenkteils 49. Ein Hebelarm 41 weist seinerseits an einem seiner Enden einen Kugelkopf 43 auf, der mit dem anderen Ende des Gelenkteils 49 ein Kugelgelenk bildet. Der Hebelarm 41 ist fest mittels eines Splintes 42 an der Welle 32 befestigt. Ein Kugelgelenklagerteil 35 ist an der Welle 32 angeordnet; es ist in einem konkaven sphärischen Lager 33 gelagert,: das fest in der Wandung des Gehäuses 33 angeordnet ist. An dem gezeigten Ende der Welle 32 ist ein weiteres Kugelgelenklagerteil 36 fest angeordnet; es ist in korrespondierenden, konkaven spärischen Lagerschalen 34 angeordnet, die in einem Gelenkarm vorgesehen sind. Letzterer ist mittels eines Sperrbolzens 38 an der Welle 31 angelenkt.

Die Wirkungsweise ist wie folgt: Wenn die Hubstange 47 nach unten

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bewegt wird, dreht sich der Kipphebel 46 auf der Welle 45. Dies bewirkt eine Drehung des Kipphebels 44, was zu einer Drehung der "lelle 32 und des daran angeordneten Pendelruders im Uhrzeigersinn (von oben gesehen) führt. Hieraus wiederum resultiert eine Pendelbewegung der lielle 32 als Reaktion auf die dem Pendelruder mitgeteilte hydraulische Kraft. Hierdurch wird eine Drehung der Welle 32 um ihre Achse Io bewirkt, was zu einen großen Drehmoment führt, das an die pfeile 31 über das Gelenk 37 und den Sperrbolzen 38 angelegt wird, um eine Drehung dieser lielle und Betätigung des daran angeordneten Ruders derart zu bejärken, daß eine Steuerung des Bootes-zur Ifiederherstellung des gewünschten Kurses bezüglich des scheinbaren liindes bewirkt wird. Ss sei ausgeführt, daß die Pendelbewegung der Kelle 32 und die. Drehbewegung der !ielle 31 fest miteinander gekoppelt sind. Gleichermaßen sei erwähnt, daß das durch den Kugelkopf 43 und das Gelenkteil 49 gebildete Kugelgelenk so gezeigt ist, daß es.etwas oberhalb der Pendelachse Io angeordnet ist. Dies tragt zu einer weiteren Stabilisierung der Wirkung bei und vermeidet durclb. Herbeiführen einer Verringerung des Angriffswinkels des aufschwingenden Pen&elruders eine Übersteuerung (Küickkoppelungsdäaipfung) .

Der Qrehwinkel des Ruders für einen gegebenen Betrag an Pendelbewegung; der !felle 32 ist eine Funktion des Abstandes zwischen den lagern 33 und 34 vemä. des Abstandes zwischen dem Lager 34 und, dea Bolzen 38. Die Pendelachse Io ist bei sich änderndem Pendelwinkel nicht ortsfest bezüglich des Gehäuses. Dies bewirkt jedoch

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keinen nachteiligen Einfloß auf die Wirkungsweise der Vorrichtung. Die Hubstange 47 wird in einer der Ausnehmungen 52 des Teiles 46a "des Kipphebels 46 derart angeordnet, daß man eine richtige Einstellung der Torrichtung erhält, dh. daß sich der richtige WI nrif«htieniyi Ί ¥i rike*! bezüglich der Drehung der ¥elle 32 einstellt. Die Pendelachse Io des Pendelruders ist bezüglich der horizontalen Ebene des Bootes in Richtung zum Bootsspiegel nach unten geneigt, um die Betriebs Stabilität durch Herbeiführen einer gegeneinander gerichteten liirkung auf das Pendelruder zu steigern.

In Fig. 6 ist eine abgeänderte Version des bevorzugten führungsbeispiels gezeigt. Hierbei kann die Welle 31 des Ruders von der pfeile 32 des Pendelruders abgetrennt werden, um z.B. eine bequeme Handsteuerung und eine größere Drehbewegung der Welle zu ermöglichen. Der Gelenkarm 37 ist hierbei nicht direkt miifcels eines Bolzens an der Welle 31 angeordnet, sondern mittels eines Sperrbolzens 7o an einer Miiffe 69, die die ^JeIIe 31 koaxial umgibt, dort jedoch nicht befestigt ist. Die Welle 31 ist gleichfalls von einer weiteren Mtiffe 71 koaxial umgeben. Diese Muffe ist mittels des Sperrbolzens 38 fest mit der ¥elle verbunden. Ein Stift 72 weist einen konischen Kopf 72a auf, der die Miffen 71 und 69 während der automatischen Steuerung miteinander verbindet (siehe Fig. 6). Se* wird unter der Wirkung einer Feder 74 in der Sperrstellung gehalten und kann mittels eines Seiles 78 aus seinem Eingriff mit der Muffe 69 herausgezogen werden. Eine nach oben gerichtete Bewegung des Seiles dreht den Hebel

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um den Stift 76, wodurch der Stift 72 gegen die "Wirkung der Feder 74 und ausser Eingriff mit der Muffe 69 bewegt wird. Das Seil 78 kann durch eine nicht gezeigte Einrichtung derart festgelegt v/erden, daß der Sperrstift 72 in der entsperrten Stellung verbleibt. In diesem Fall vermag das Pendelruder keinerlei Wirkung auf die Welle 31 auszuüben; sie kann somit manuell über z.B. eine Ruderpinne gedreht werden.

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kupplung zwischen Ruder und Pendelruder schematisch gezeigt. Diese Ausbildung findet Verwendung bei einer geteilten Halterung. Das Pendelruder 11 ist an einem Verbindungsarm 6o angeordnet, der das Pendelruder mit einer zylindrischen, fest am Verbindungsarm angeordneten Muffe 59 verbindet. Sie ist mittels Kugellager 57, 58 drehbar an der Welle 32 gelagert. Auf diese Weise können Verbindungsarm 6o und Pendelruder 11 um die Längsachse der Welle verschwenkt oder gedreht werden. Ein derartiges Dreheingangssignal wird auf den Verbindungsarm 6o durch ein Antriebssignal übertragen, das an der Stelle 66 von einer z.B. in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen Windfahne oder einer anderen Steuerkontrolleinrichtung eingeleitet werden kann. Die Welle 32 weist an ihrem einen Ende ein Kugelgelenklagerteil 35 auf, das in einem syrischen Lager 33 des unteren Gehäuseteils 3a angeordnet ist. Das andere Ende der Welle 32 weist ebenfalls ein Kugelgelenklagerteil 36 auf, das in einem sphärischen Lager 3^ angeordnet ist, welches mittels des Gelenkhebels 37 an die Welle 31 angeschlossen ist. Der Gelenkhebel 37 ist wiederum über einen

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Sperrbolzen oder Bolzen 38 an die ¥elle 31 angeschlossen. Letztere ist drehbar in einer Lagerbüchse 39 gelagert, die am Gehäuse 3a vorgesehen ist, das seinerseits am Spiegel des Bootes 4 über eine Halterung 9o befestigt ist. Der obere Teil der ^T,ielle 31 weist wiederum ein Kugelgelenklagerteil 91 auf, das vorzugsweise in einem sphärischen Lager 56 angeordnet ist. Letzteres ist über eine Halterung 93 am Bootsrumpf befestigt. Das Ende der "Felle 31 ist mit Nuten 67 versehen, so daß wahlweise eine Ruderpinne für die Handsteuerung angebracht werden kann. Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel arbeitet grundsätzlich in der gleichen ¥eise wie die vorbeschriebenen AusführungsbeispieJie. Ein bei 66 eingeleitetes Eingangssignal dreht das Pendelruder 11, wodurch man eine Pendelbewegung des Pendelruders um die Achse Io als Reaktion auf den Wasserdruck erhält. Hierdurch wird über den Gelenkhebel 37 die Welle 31 gedreht, so daß das Ruder das Boot derart steuert, daß es auf das Eingangssteuersignal reagiert und - im Falle einer Windflügel-Steuerung - das Fehlersignal behebt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Pendelachse Io wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen geneigt ist, um auf das Pendelruder eine stabilisierende gegeneinandergerichtete Wirkung zu erzeugen.

Im Zusammenhang mit der Fig. 7 ist die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt. Fig. 7 ist eine Draufsicht der Vorrichtung, die man erhält, wenn man von oberhalb des Spiegels des Bootes 4 gerade nach unten blickt. Es wird dabei davon ausgegangen, daß sich die Welle 32 aufgrund

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eines ¥indfahnensignals - angedeutet durch den Pfeil 95 - aus ihrer neutralen Position herausgedreht hat. Hierdurch wird das Pendelruder 11 relativ zur Wasserströmung derart gedreht, daß die Komponenten der Wasserkraft das Pendelruder seitlich um seine Pendelachse in Richtung des Pfeiles 97 antreibt. Hierdurch ergibt sich eine Drehung der Ruderwelle 31» vgl. Pfeil 98. Hierdurch wird das Boot auf einen solchen Kurs gesteuert, daß das Fehlersignal eliminiert wird. Die ¥elle 32 wird graduell solange durch das 'findfahnensignal in ihre ursprüngliche Position zurückgedreht, bis das Fehlersignal auf Null verringert ist. Bs sei darauf hingewiesen, daß das Pendelruder 11 und das Ruder 14 anfänglich bei der Steueraktion zusammenwirken, d.h., sie werden beide in der gleichen Richtung als Antwort auf das anfängliche Steuerüberwachungssignal gedreht.

In der Fig. 8 ist eine weitere Kupplung zur Verbindung der "fellen des Pendelruders und des Ruders schematisch gezeigt. Die '.,eile 32 des Pendelruders ist um ihre Längsachse drehbar in einem Lager Io7 angeordnet. Das Lager Io7 ist mittels Zapfen Io5 u. Io6 drehbar um die feste Pendelachse Io angeordnet. Am Lager Io7 ist ein Kegelrad Io9 fest angeordnet; ein Kegelrad Io8 ist an der ¥elle 31 des Ruders befestigt. Somit wird die -/.'eile 31 über das Getriebe Io8, Io9 in den Lagerbuchsen 39, 4o gedreht, wenn&Le ?.^Telle 32 als Reaktion auf die an das Pendelruder angreifende Wasserkraft pendelnd angetrieben wird.

In Fig. 9 ist eine v/eitere Kupplung schematisch gezeigt.

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Hierbei ist die ¥elle 32 in einer Gabel Ho drehbar um ihre Längsachse gelagert. Die Gabel ist mittels Zapfen Io5, I06 drehbar um die Achse Io im Gehäuse 3 angeordnet. Sie ist über einen Hebel 114 an die ¥elle 31 des Ruders angekuppelt. Der Hebel ist mittels eines Kugelkopfes 113 und korrespondierender Lager 112 verschiebbar und drehbar in der Gabel angeordnet, wobei er verschiebbar und drehbar im Kugelkopf 113 gelagert ist. Das sphärische Lager 112 ist verstellbar in der Gabel angeordnet, so daß der wirksame Hebelarm zwischen Gabel und ".Teile 31 nach Bedarf verstellt werden kann, l'ie bei den vorangegangenen Beispielen wird somit die Velle 31 in Lagerbuchsen 39 und 4o als Reaktion auf eine Pendelbewegung der !Teile 32 in ■ Drehung versetzt.

Auch in der Fig. Io ist eine weitere Kupplung zur Verbindung der 'Teilen des Pendelruders und des Ruders schematisch gezeigt. Die 7TeIIe 32 des Pendelruders ist drehbar um ihre Längsachse in einer Gabel 12o angeordnet. Letztere ist zwecks Drehung um die Pendelachse Io im Gehäuse 3 mittels eines Zapfens 123 gelagert, der sich von der Gabel weg in eine zylindrische Muffe 124 des Gehäuses erstreckt. Die pfeile 31 des Ruders ist wiederum mittels Lagerbuchsen 39 und 4o zwecks Drehung um ihre Längsachse am Gehäuse vorgesehen. Ein Hebel oder Anlenkungsarm 128 ist mittels eines Bolzens 129 an der pfeile 31 angeordnet„ Die Gabel 12o ist am Hebel 128 mittels eines Kardangelenkes 13o und eines Bolzens 131 angeschlossen. Letzterer ist verschiebbar in dem hohlen Hebel

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128 vorgesehen. Eine Pendelbewegung der ¥elle 32 des Pendelruders um die Achse Io führt -wiederum dazu, daß der Hebel 128 eine Drehbewegung auf die welle 31 überträgt. Fig. 11 zeigt ebenso eine schematische Darstellung einer Verbindung der beiden Vellen. Die UeIIe 32 des Pendelruders ist wiederum drehbar um ihre Längsachse in einer Gabel 135 vorgesehen. Die Welle 32 des Pendelruders sowie die Welle 31 des Ruders sind beide derart angeordnet, daß sowohl das Pendelruder als auch das Ruder sich zum Bootsrumpf hin erstrecken im Gegensatz zu sämtlichen vorangegangenen Ausführungsbeispielen, wobei sich diese beiden Teile vom Rumpf weg erstreckten. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß sich die Pendelachse Io trotzdem nach unten aus der Horizontalebene des Bootes in Richtung zum Spiegel neigt, jedoch nicht senkrecht zur Längsrotationsachse des Pendelruders verläuft. Vie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist die Welle 31 des Ruders drehbar in Lagerbüchsen 39 und 4o im Gehäuse 3 gelagert. Die ¥elle 32 ist drehbar um ihre Längsachse in einer Gabelung 135 vorgesehen; die Drehung um die Pendelachse Io erfolgt mittels des Zapfens 123, der drehbar in einer Muffe 124 des Trägergehäuses vorgesehen ist. Die Gabelung oder Gabel 135 ist an die ¥elle 131 in gleicher ¥eise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 angelenkt, d.h. mittels eines verschiebbaren Hebels 114, der an der Welle 31 mittels eines Bolzens 115 fest angeordnet ist. Der Hebel 114 weist einen Arm auf, der verschiebbar in einem Kugelkopf 113 vorgesehen ist, der seinerseits in einem sphärischen Lager 112 gelagert ist. Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 kann die Lage des

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sphärischen Lagers längs der Gabel 135 zur Änderung des effektiven Hebelarms des Hebels verstellt werden. Auf diese I/eise erzeugt wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen eine Drehbewegung der Welle 32 um die Achse Io eine Drehbewegung der TTelle Die erfindungsgemäße Vorrichtung erbringt somit eine relativ einfache und preiswerte Bootssteuerung unter Vervrendung einer hydrodynamischen Servoeinrichtung; sie kann als bauliche Einheit am Spiegel eines Bootes angeordnet werden.

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Claims

PATENTANSPRUCHS

1.J Hydrodynamische Servoeinrichtung zur Steuerung eines Bootes oder Schiffes mit einem am Bootsheck angeordneten Tr"ger, .gekennzeichnet durch ein Pendelruder (11) mit mindestens zwei einander gegenüberliegenden h3*drodynamisehen Flächen, eine Tünriclitung zur Anordnung des Pendelruders :n der Halterung (5,6) in der '.»"ass er strömung hinter dem T)oot zur Ausführung von Drehbewegungen um eine erste Achse unter Änderung des Angriffswinkels der Flächen bezüglich des "..Rasers und zur Ausführung von Pendelbewegungenjuni eine zweite, im wesentlichen quer zur ersten Achse verlaufenden zweiten Achse (Io); ein Ruder (14) mit mindestens z^T<'ei einander gegenüberliegenden hydro- «-■■yn°.iiisehen Fl^rlchcn, einer Lagerung des Ruders (14) an dem Träger (3) zur drehbaren Anordnung des Ruders (14) im Vasser um eine einzige Achse unter Änderung des Angriffswinkels der Flachen bezüglich des ,assers, eine kupplungseinrichtung zur Verbindung des Pendelruders (11) mit dem Ruder (14) derart, daß (bei Ansicht von oben in Richtung zum Bug des Bootes) eine Pendelbewegung des Pendolrudcrs (11) nach links eine Drehung des Ruders (14) entgegen dein Uhrzeigersinn und eine Pendelbewegung des Pendelruders nach rechts eine Drehung des Ruders im Uhrzeigersinn bewirkt, wobei die Pendelbewegung des

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Pendelruders und die Drehbewegung des Ruders miteinander zwangsgekoppelt sind, und durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Steuerungsüberwachungssignals für das Pendelruder zu dessen Drehung um die erste Achse zur Änderung seines Angriffswinkels, wobei bei Änderung des Angriffswinkels des Pendelruders aus der neutralen Lage das Pendelruder pendelnd angetrieben wird und das Ruder (14) zur Herbeiführung der Steuerungswirkung dreht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zur Aufhängung des Pendelruders (11) und des Ruders (14) an der Halterung (5,6) eine erste (32) bzw. zweite T/elle (31) aufweist sowie erste, am Träger angeordnete Lager (33, 35) zur beweglichen Lagerung des Pendelruders (11) um die erste und zweite Achse und zweite, ebenfalls am Träger vorgesehene Lager(39, 4o) zur drehbaren Anordnung des Ruders (14) um die einzige Achse.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung zur Verbindung des Pendelruders (11) mit dem Ruder (14) einen fest mit seinem einen Ende an der ¥elle (31) des Ruders und mit seinem anderen Ende unter Gewährleistung von zwei Freiheitsgraden an der v.~elle(32) des Pendelruders angeordneten Hebel (37) aufweist, wobei die feste Anordnung des Hebels an der Welle des Ruders die Bewegung des Pendelruders auf zwei Freiheitsgrade begrenzt.

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4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Achse der Pendelbewegung des Pendelruders bezüglich der Horizontalebene des Bootes in Richtung zum Bootsspiegel nach unten geneigt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Steuerungsüberwachungssignals eine an dem Träger angeordnete Windfahne (25) aufweist, die dann ein Bewegungssignal erzeugt, wenn ihre Seitenflächen nicht mit der Windrichtung fluchten, und daß eine Einrichtung zur Übertragung des Bewegungssignals auf das Pendelruder zur Herbeiführung dessen Drehbewegung um die erste Achse vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Fig. 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungssignal eine Linearbewegung ist und die Einrichtung zur Übertragung des Signals auf das Pendelruder eine mit der Windfahne (25) verbundene Hubstange (47) aufweist sowie einen ersten Kipphebelarm (46a) zur Umwandlung der Linear- in eine Drehbewegung, einen fest am Kipphebelarm (46a) angeordneten Kipphebel (46) zur Bewegung mit jenem, einen fest an der Welle (32) des Pendelruders (11) angeordneten Hebel (41) und ein Verbindungsteil (49) zur Verbindung des Hebels (41) mit dem Kipphebel (46), wobei das Verbindungsteil (49) über Kugelkopfgelenke mit dem Kipphebelarm (46a) und dem Hebel (41)

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verbunden ist und das Kugelkopflager für den Hebel (41) über der zweiten (Pendelbewegungs-) Achse des Pendelruders angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet _t daß die erste Achse des Pendelruders (11) bezüglich eines normal zur Horizontalebene des Bootes verlaufenden Vektors geneigt ist.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ruder (14) und das Pendelruder (ll) jeweils aus zwei an ihren gegenüberliegenden Enden miteinander verbundenen, V-förmig gebogenen Platten gebildet sind, die zwischen ihren gegenüberliegenden Enden Abstand zueinander aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager ein erstes sphärisches Lager zur Anordnung der Welle(32) des Pendelruders (11) am Träger mit drei Freiheitsgraden sowie ein zweites sphärisches Lager an der ¥elle (31) oberhalb des ersten Lagers zur Verbindung der Welle (31) mit der Kupplung aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Anordnung des Pendelruders (14) an dem Träger (3) eine Welle (32), ein sphärisches Lager (33,

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35) mit drei Freiheitsgraden für die !felle (32), einen fest am Ruder (14) angeordneten Gelenkhebel (37), ein sphärisches Lager (34, 36) zur Verbindung des Gelenkhebels (37) mit der Uelle (32) sowie einen Arm zur Verbindung des Ruders (ll) mit der Yelle (32) aufweist, wobei der Arm drehbar mit der 'velle verbunden und fest am Pendelruder (11) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichre t, daß zwischen Pendelruder (ll) unr3 Ruder (14) eine Trennkupplung vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkhebel (37) mit seinem einen Ende mit wenigstens zwei Freiheitsgraden an der .velle (32) des Pendelruders (ll) angeordnet ist und daß an der Velle 31 des Ruders (14) ein Sperrstift (72) zur wahlweisen Verbindung des anderen Endes des Gelenkhebels (37) mit der "..'eile (31) sowie eine Einrichtung zur Betätigung des Sperrstiftes (72) und dessen Aussereingriffbringen mit dem Gelenkhebel vorgesehen ist, um eine Drehung der w'elle (31) des Ruders (14) unabhängig von der ^T.«"elle (32) des Pendelruders (ll) zu ermöglichen.

13. Vomchtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lager eine Gabel aufweist sowie ein erstes Lager zur drehbaren Anordnung des Pendelruders (11) um die erste

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Achse lind ein zweites Lager zur drehbaren Anordnung der Gabel in dem Träger (3) um die zweite Achse.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Lager· zxvei sich von der Gabel erstreckende Zapfen (lo5, Io6) aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet» daß das zweite Lager einen einzigen sich von der Gabel erstreckenden Zapfen (123) aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung von Pendelruder (11) und Ruder (14) zwei ineinander eingreifende Kegelräder (lo8, Io9) aufweist, die an der Gabel bzw. 'felle (31) des Ruders (14) angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung von Pendelruder (ll) und Ruder (14) einen mit seinem einen Ende fest an der Ivelle (31) des Ruders (14) angeordneten Hebel (114) sowie eine Einrichtung zur verschiebbaren Bewegung und Drehbewegung unfzwei Achsen des Hebels mit der Gabel auf v/eist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbindung des Hebels (114) mit der

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Gabel ein in der Gabel angeordnetes Lager (112, 113) für mindestens zwei Freiheitsgrade aufweist, v/ob ei der Hebel verschiebbar in dem Lager vorgesehen ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbindung des Hebels mit der Gabel einen verschiebbar mit dem Hebel (128) verbundenen Bolzen (131) sowie ein den Bolzen mit der Gabel verbindendes Kardangelenk (I3o) aufweist.

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