DE3013654A1

DE3013654A1 - Vorrichtung zum steuern eines wasserfahrzeugs

Info

Publication number: DE3013654A1
Application number: DE19803013654
Authority: DE
Inventors: Jürgen 2000 Hamburg Issleib; Franz Dipl.-Kfm. 5401 Spay Krautkremer
Original assignee: Schottel GmbH and Co KG
Current assignee: Schottel GmbH and Co KG
Priority date: 1980-04-09
Filing date: 1980-04-09
Publication date: 1981-10-15
Also published as: BR8102100A; SE444299B; JPS56157697A; FI68196C; NO811211L; GB2074115A; GB2074115B; SE8008858L; FI804020L; DK147981A; FR2480227B1; US4418633A; BE887052A; DE3013654C2; AR227418A1; FR2480227A1; NL8101129A; AU6918981A; SG3784G; FI68196B

Description

Vorrichtung zum Steuern eines Wasserfahrzeugs

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern • eines Wasserfahrzeugs, wie sie im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschrieben ist.

>js ist bereits eine Vorrichtung zum Steuern von Schiffen rr:i* zv/ei Ruderprottellern bekannt, bei der ein Hebe»!, -.1^r in κν.¹'.· · Koordinaten schwenkbar ist, verwendet wi.rri αη·ι j ".τ über Geber, rhasendiskriminator, Verstärker vn^ ■. '·■■?. ■ l:m; ·.--.r die Jchwo'nkbewegung der Ruderpropeller bewirkt. Die bekannte Vorrichtung ist kompliziert und ein Verschieben des Schiff'-:, ohne Drehen (Traversieren genannt) ist nicht in beliebige Richtungen möglich (US-PS 3 976 023).

Der Erfindung liegt als Aufgabe eine Vorrichtung d<>r eingangs beschriebenen Art zugrunde, die einfacher und billig -v ist und mit jer traversiert weiden kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst,: die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, wobei sie vorteiThaft<;rweise mit den Merkmalen des Anspruchs 2 ausgestaltet werden kann. Die Geber und Empfänger für die Fernetouerung können elektrisch oder hydraulisch " oder pneumatisch oder in einer Kombination betrieben werden. Die Elemente derartiger Fernsteuerungen sind bekannt.

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Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bieten die Merkmale des Anspruchs 3. Eine Ausgestaltung der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 ergibt eine weitere sehr einfache Vorrichtung.

Mit der Erfindung ist ein ruckfreies Anfahren und schnelles * Umschalten von Voraus- auf Rückwärtsfahrt und um^kehrt gewährleistet, ohne daß das Wasserfahrzeug aus den Kurs läuft.

Die Erfindung ist anhand der Figuren 1 bis 5 erläutert.

Pi-*. 1 zeigt schematisch ein Wasserfahrzeug, auf d-'.s die Erfindung angewendet ist.

Fig. 2 zeigt schematisch ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung, und zwar das Steuerelement, die Geber und den Getriebezug dazwischen.

Pig. 3 zeigt ein Schema von Beispielen für die Stellung des Steuerelements mit den dazugehörigen Schubrichtungen dfir_ JPr ο peller.

Pig. 4 zeigt schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel schematisch.

Die Bewegung eines Wasserfahrzeugs "kann in zwei Anteile zerlegt werden, in eine Längs- oder Querbewegung (drehfreies Versetzen, Traversieren) und eine Drehung. Beide Bewegungen können sich überlagern. Der Drehpunkt des Fahrzeugs ist der Lateralschwerpunkt. Bei Beschleunigungen spielt der

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Massenschwerpunkt noch eine Rolle, doch wird dieser immer in der Nähe des lateralschwerpunktes liegen, so da,?, der Laterlschwerpunkt mit hinreichender Genauigkeit als Drehpunkt gelten kann. Soll ein Fahrzeug drehfrei versetzt wurden, dann müssen die Schubkräfte, bezogen auf den Laterlschwerpunkt, momentfrei angreifen, d.h., die Momente der Kräfte müssen sich aufheben.

Bei einer symmetrischen Anordnung der Ruderpropeller beiderseits der Mittelebene des Wasserfahrzeugs, vor oder ninter dem Lateralschwerpunkt und bei parallelem Ausrichten zur Mittelebene ist ein momentfreier Kraftangriff für Vor- und Rückwärtsfahrt gegeben. Für alle Querbewegungen (Traver·- tiieren) müssen entsprechende Schwenkwinkel der Ruderpropeller gefunden werden.

Kit der Erfindung ist es möglich, durch ein einmaliges Abgehen von der parallelen Ausrichtung der Ruderpropel ler momentfr. ie -^ri-fte in jeder gewünschten Richtung zu erzeugen.

Allerdin ;s ift das Traversieren in ,iede beliebige Richtung allein für alle Manöver nicht ausreichend. Äußere iir^:ifte, wie Wind, Strömung, SchleBpkräite, die nic^t irenau am Loteralschwerpunkt angreifen, oder ein Verschieben des Lateralsohwrrpunktes durch unterschiedliches Beladen oder Trimmen können ein Drohen des Wasserfahrzeugs bewirken, das kompensiert werden muß. Ea muß also möglich sein, einem Traversieren eine Drehung zu überlagern.

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Ein der Traversierkraft überlagertes Drehmoment kann erzeugt werden, indem die Schubkräfte gegeneinander aus ihrer Traversierrichtung herausgedreht werden. Dabei ändert sich die zur Verfugung stehende Traversierstärke. Ein Rechtstraversieren plus rechts gegeneinander Drehen der Schubkräfte ergibt beispielsweise ein verstärktes Traversieren plus Rechtsdrehen des Schiffes. Ein Rechtstraversieren plus links gegeneinander Drehen ergibt ein vermindertes Traversieren plus Linksdrehen. Das Traversieren kann dabei so stark vermindert werden, daß auf der Stelle gedreht wird. Das ist die einzige Möglichkeit flir ein reines Drehen auf der Stelle.

Mit der Erfindung können folgende Punktionen durchgeführt werden.

Synchrones Steuern der parallel ausgerichteten Ruderpropeller unendlich um 360°.

Einstellen aus der parallelen Ausrichtung der Ruderpropeller auf eine Traversierstellung.

Synchrones Steuern der Ruderpropeller in Traversierstellung unendlich um 360°.

Überlagern einer Drehbewegung über eine Traversierbewegung durch gegensinniges Verstellen der Propeller (Ruderverstimmung).

PIg. 1 zeigt schematisch ein Wasserfahrzeug 10 mit zwei Ruderpropellern 11,12, die ein Paar bilden und beiderseits

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der Mittelebene 13 des Wasserfahrzeugs symmetrisch an/Teordnet sind. Diese Mittelebene verläuft durch den Lateralachwer— punkt 14. Die Ruderpropeller sind unter dem Rumpf vor dem Lateralschwerpunkt angeordnet, sie können auch dnhintur liegen. Die Propeller werden von einem oder Je einem Motor 6.1, 62 angetrieben. Die Ruderpropeller sind um eine nicht gezeichnete vertikale Achse schwenkbar und dafUr antreibbar. Der Antrieb durch Stellmotore od.dgl. für diese Schwenkung ist ebenfalls bekannt, so daß es genügt, die Ruderpropeller schematisch anzudeuten, wie es in Fig. 1 geschehen ist. Die Schwenkung der Ruderpropeller wird zum Hanöverleren des Wasserfahrzeugs mittels einer Fernsteuerung bewirkt. Für diese Fernsteuerung sind zwei Geber vorgesehen, die im vorliegenden Beispiel elektrische Drehmelder 15,16 sind. Diese Drehmelder wirken über ein Leitungssystem 17,18 auf nicht gezeichnete bekannte Stellmotore. Die elektrischen Drehmelder können verstellbare Widerstände oder Potentiometer odor auch induktiver oder kapazitiver Art sein. Die Fernbetätigung kann auch hydraulisch oder pneumatisch sein. Für all diese Steuerungen sind die Elemente bekannt,

Fig. 2 zeigt ein Steuerelement 19, das auf die Geber, in diesem Fall die elektrischen Drehmelder 15,16 einwirkt. Auf -i einer vertikalen Welle 20, die in einem Gestell 21 drehbar aber nicht längsverschiebbar gelagert ist, ist am oberen Ende ein Hebel 22 um eine horizontale Achse 23 drehbar gelagert. Koaxial mit dem Hebel ist mit diesem ein Ritzel 24 verbunden, das in eine zylindrische Zahnstange 25

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eingreift. Die zylindrische Zahnstange sitzt am oberen Ende einer Stange 26, die die vertikale Welle koaxial durchdringt und sich relativ zu dieser drehen und längsvorschieben kann. Der Hebel 22 kann zwei Endstellungen 1,4 einnehmen und zwischen diesen Endstellungen zwei Raststellungen 2,3. .Die Elemente für die Rasten sind bekannt und daher nicht gezeichnet,

Am unteren Ende der vertikalen Welle 20 ist ein zahnrad 27 befestigt, dieses greift in ein Zwischenrad 28 ein, das mit ^ zwei Zahnrädern 29,30 kämmt. Koaxial und drehfest mit den Zahnrädern 29,30 verbunden ist ein erstes Glied 31 ^f1er "Drehmelder 15,16. Das mit dem ersten Glied 31 zusammenwirkende zweite Glied 32 ist drehbar aber nicht längsvarschiebbar im Gestell gelagert. Das erste Glied kann eine Schleifbärste, das zweite Glied eine Spule eines elektrischen Widerstands oder eines Potentiometers sein.

D'is untere Ende der Stange 26 greift mit einem Querstift 33 in einen Schlitz 34 ein, dor an einer'] "Jnde eines zweiarmigen W Hebels 35 vorgesehen ist. Am anderen Ende dieses Hebels ist ebenfalls ein Schlitz 36 eingearbeitet, in den ein Stift 37 eingreift, der an einem Ende einer Betätigungsstange 38 sitzt. Die Betätigungsstange ist im Gestell längsversc'^iebbar aber nicht drehbar gelagert. Am anderen Ende der .Betätigungsstange ist eine zweiseitige Zahnstange 39 vorgesehen. In einer Seite der Zahnstange greift eine erste Verzahnung 40 in ein Zahnrad 41 ein, das mit dem zweiten Glied 32 des

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drehmelders 15 verbunden ist. An der anderen Seite greift eine zweite Verzahnung 42 in ein Zahnrad 43 ein, das mit dem zweiten Glied des Drehmelders 16 verbunden ist.

Wird die vertikale Welle 20 mit dem Hebel 22 gedreht, dann werden über Zahnrad 27» Zwischenrad 28 und die Zahnräder 29,30 die ersten Glieder des Drehmelders synchron in gleicher Drehrichtung verdreht. Wird der Hebel 22 um die horizontale Achse geschwenkt, dann werden über die Elemente 26,35,38,39,-40,41,42,43 die zweiten Glieder der Drehmelder gegenläufig verdreht.

In Fig.3 sind sehematlsch einige Steuerfunktionen dnrgo.-itc¹ ! t;, die mit dem oben beschriebenen Steuerelement durchgeführt werden können. In Kolonne 100 sind die Zeilen benumtner*··, in denen die Steuerschemata beschrieben sind. Kolonne 101 gibt die Winkelstellung des Hebels 22 bei Drehung um die vertikale Welle an; Kolonne 102 bezeichnet die Endstellungen bzw. die Rasten des Hebels 22 bei Schwenkung um die horizontale Achse 23. Kolonne 103 symbolisiert die Stellung des Hebels ?2 und die Kolonnen 104 und 105 bezeichnen die Richtung der Schübe bei den betreffenden Stellungen der Ruderpropeller.

Zeile 111: Befindet sich der nicht gedrehte Hebel (Stellung 0°) in der Endlage 1, dann sind die Ruderpropeller parallel nach geradeaus gerichtet.

Zeile 112: Wird der Hebel 22 um die vertikale Achse 20' gedreht, dann werden die Ruderpropeller synchron geschwenkt und das Fahrzeug in herkömmlicher Weise Manöveriert.

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Zeile 113: Steht der Hebel 22 auf O⁰ und in Rast-Stellung 2, stehen die Ruderpropeller auf der Ausgangsstellung zum Traversieren (in diesem Falle Traversioren nach vorn).

Zeile 114: Ein Drehen des Hebels in dieser Rast-Stellung veranlaßt mit der Zahnstange ein Traversieren in eine gewünschte Richtung, z.B.' Trnversieren 45° nach rechts vorn.

Zeile 115: Traversieren 90° nach rechts.

Zeile 116: Sin Schwenken des Hebels aus der Rast-Stellung heraus bewirkt ein gegenseitiges "Verstimmen" der Drehmelder mittels der Zahnstange und veranlaßt, daß dem Traversieren eine i)rehung- überlagert wird, z.B. Tmversieren 45° nach rechts vorn und Drehen nach links.

Zeile 117: Traversieren 90 nach rechts und Drehen nach links,

Zeile 118: In Stellung 3 stehen beider Propeller gegeneinander; trotz eingekuppelter Maschine keine Schiffsbewegung.

Zeile 119: Leicht rückwärts.

Zeile 120: Schwenkt man den Hebel um die horizontale Achse auf Stellung 4, dann schwenken die Ruderpropeller gegensinnig in die Parallele rückwärts. YoIl zurück. Das Gleiche würde man auch erreichen durch Drehen des Hebels um die vertikale Achse, dann ergibt sich beim Schwenken der Ruderpropeller aber ein Seitenschub, der evtl. schädlich ist.

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Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das auf der vertikalen Welle sitzende Zahnrad 51 in die Zahnräder 52,53 eingreift, die jeweils das erste Glied 31 der Drehmelder 15,16 antreiben. Die koaxial mit der vertikalen Welle gelagerte Stange 54 ist am unteren Ende mit einer zweiten zylindrischen Zahnstange 55 versehen, die mit . einem hyperboloidisch geformten Ritzel 56 kämmt. Das Ritzel kann auch eine andere geeignete Form haben. Auf gleicher

Welle mit dem Ritzel sind, drehfest mit diesem verbunden, zwei Kegelräder 57,58 angeordnet, die in Kegelräder 59,60 eingreifen, die mit dem zweiten Glied 32 der Drehmelder verbunden sind. Die Funktion dieses Steuerelementes geht unmittelbar aus der Beschreibung zur Fig» 2 hervor.

Eine weitere Ausf lihrungsform der Erfindung zei^t η cheim fciirs oh die Fig.5. Der Hebel 70, der dem Hebel 22 der oben beschriebenen Ausführungsbeispielen entspricht, ist am Ende einer Welle 71 befestigt, die in einem nicht gezeichneten Gestell drehbar und längsverschiebbar gelagert ist. Die Elemente einer derartigen Lagerung sind bekannt und daher nicht gezeichnet. Auf der Welle sind swei schrägverzahnte RHder 72,73 befestigt, deren Zähne gegenläufige Zahnschrägen haben. Die Zahnschräge ist jeweils mit den strichpunktierten Linien 74,75 angedeutet. Die schrägverzahnten Zahnräder kämmen mit Gegenräder 76,77, die mit einem Glied der Drehmelder 15,16 gekuppelt sind, z.B. über Wellen 78,79. Das zweite Glied der Drehmelder ist am Gestell befestigt. Wird der Hebel 70 mit der um die Achse 71'

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geschwenkt, dann werden die Drehmelder 15,16 synchron im gleichen Drehsinn verstellt. Die Ruderpropeller 11,12 werden-parallel und gleichsinnig geschwenkt. Wird der ^uebel 70 aus der Stellung 1 nach 2,3 oder 4- verschoben, dann werden die Gegenräder 76,77 über die Zahnschrägen 74,75 gegensinnig gedreht und die Drehmelder "verstimmt", wie . Fig. 3, Zeilen 113 bis 119 zeigen.

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	Begriffsliste	Wasserfahrzeug	* * m *	1 J	•ι	3013654
	Ruderpropeller	m ·			P 64 J)E
	Mittelebene
10	lateralschwerpunkt		{
¹¹J 12)	Drehmelder
13	Leitungssystem
14	Steuerelement
15) 16)	Achse
17) 18)	vertikale Welle
19	Gestell
19'	Hebel
20	horizontale Achse	I
21	Ritzel
22	zylindrische Zahnstange
23	Stange	I
24	Zahnrad	f
25	Zwischenrad	1
26	Zahnräder
27	erstes Glied
28	zweites Glied
29) 30)	Querschiff
31	Schlitz
32	zweiarmiger Hebel
33	Schlitz
34	Stift
35	Betätigungsstange
36	zweiseitige Zahnstange
37	erste Verzahnung
38	Zahnrad
39	zweite Verzahnung
40	Zahnrad
41
42	•
43

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50	Vertikale Welle,
50'	Achse
51') 52 53 )	ι ;' Zahnrad
54	Stange
55	aweite zylindrische Zahnstange
56	flitzel
57) 58)	Kegelräder
59) 60)	Kegelräder
61) 62	Motore

70) Hebel

71 Welle

71 ' Achse 12)

öchrägverzahnte Zahnräder gtrich-punktierte Linien

Gegenräder Wellen

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Claims

-3913654 Schottel-Werft Germering, den 8, APR. 1980 Josef Becker GmbH & Co KG. P 64 DE Ansprüche

1. Vorrichtung zum Antrieb und Steuern eines Wasserfahrzeugs, das mindestens ein Paar Ruderpropeller aufweist, wobei ui'i Ruderpropeller jeden Paars im wesentlichen symmetrisch beiderseits der durch den lateralsehwerpunkt ν :rlaufenden Mittellinie des Wasserfahrzeugs angeordnet sind, mi;; einem Steuerelement, das Steue »-'bewegungen in zwei Freiheitsgraden ausführen kann, von denen jede Steue"bewegung auf je einen Geber für eine Fernsteuerung der Wutirrnrope ]-?r wirkt, dndurch gekennzeichnet, daJ3 die Bewegung des ."teu^relenentes (19,70) in der»; einen Kreiheitsgrnd eine Drehung um eine Achse (20', 50', 71') i-t, womit üV;r die Geber, z.B. elektrische Drehmelder (15,16) eine synchrone bciiwenlcun^ der Ruderpropeller (11,12) jeden Paares gesteuert, wird,

w'ihrend die Bev/e.^un^ dea Steuerelementes im zweiten Freiheitsfjrad d.·>a Verschieben oineo Zohniitoniren-Elementes (3^, 55, 74, 75) bewirkt, womit über die gleichen Geber eine Schwenkung der besagten Ruderpropeller relativ zueinander gegenläufig gesteuert wird.

2. Vorrichtung mit Gebern, die jeweils im wesentlichen aus zv/ei relativ zueinander bewegbaren Gliedern bestehen, z.B. bei elektrischen Drehmeldern aus einer Spule od.dgl.

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und einer diese abgreifenden Schleifbürste od.dgl., n<ach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (19,70) bei der Drehung über Zahnräder (27 bis 30; 50, 52, 53;, 72 bis 77) od.dgl. auf das eine Glied (31) des Gebers einwirkt,

und das Steuerelement bei der Schiebung über das Zahn-Stangenelement 39; 55; 75,74) auf das andere Glied(32) des Gebers einwirkt.

3. Vorrichtung mit Gebern, die jeweils im wesentlichen aus zwei relativ zueinander bewegbaren Gliedern bestehen, z.B. bei elektrischen Drehmeldern aus einer Spule od.dgl. und einer diese abgreifenden Schleifbürste od.dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (70) bei der Drehung und der Schiebung auf das gleiche Glied des Gebers einwirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die bei der Drehung des Steuerelements (70) auf die Geber 15,16) wirkende Zahnrad bzw. Zahnräder (75,74) schrägverzahnt sind, . · bei der Schiebung des Steuerelements längsverschoben werden und so als Zahnstangenelement wirken.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bewegung des Steuerelementes im zweiten Freiheitsgrad zwischen zwei Endstellungen (1,4) zwei Rast-Stellungen (2,3) vorgesehen sind.

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