DE3543326A1 - Steuereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung, insbeson­ dere zur Steuerung von Motor-, Kupplung- oder Verstell­ propeller von Schiffen, gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Eine derartige Steuereinrichtung ist in der Regel mit einer weiteren gleichartigen Steuereinrichtung gekoppelt, um z. B. bei Schiffen sowohl von der Kommandobrücke als auch von einem Nebenstand aus die verschiedenen Steuer­ vorgänge durchführen zu können. Um der Bedienungsperson auch bei Standortwechsel, z. B. von der Kommandobrücke zum Nebenstand die Möglichkeit zu geben, die an der Steuereinrichtung auf der Kommandobrücke vorgenommene Einstellung und somit auch den augenblicklichen Betriebszustand (Motordrehzahl, Vorwärts- oder Rück­ wärtsfahrt) erkennen zu können, ist es erforderlich, daß die auf dem Nebenstand angeordnete Steuereinrich­ tung mit der auf der Kommandobrücke angeordneten Steuer­ einrichtung synchron geschaltet wird. Ein synchrones Schalten der beiden Steuereinrichtungen kann durch eine mechanische oder auch durch eine elektrische Verbindung der in den Steuereinrichtungen angeordneten Schaltein­ richtungen erzielt werden.

Eine Steuereinrichtung, die mit einer gleichartig aus­ gebildeten zweiten Steuereinrichtung elektrisch verbun­ den ist, kann derart aufgebaut sein, daß sie einen über ein Potentiometer ansteuerbaren Elektromotor aufweist, welcher über eine Kupplung und ein Untersetzungsgetriebe mit der Schalteinrichtung und einem mit der Schaltein­ richtung verbundenen Schalthebel der Steuereinrichtung in Wirkverbindung steht. Werden eine erste und eine zweite derartig ausgebildete Steuereinrichtung mitein­ ander gekoppelt, so wird bei einer Stellbewegung an der ersten Steuereinrichtung über den an der zweiten Steuer­ einrichtung angeordneten Elektromotor und das zugehörige Untersetzungsgetriebe an der zweiten Steuereinrichtung ein Stellvorgang durchgeführt, der synchron zu dem Stell­ vorgang an der ersten Steuereinrichtung verläuft.

Von Nachteil ist bei einer derart aufgebauten Steuer­ einrichtung, daß das von dem Elektromotor angetriebene Getriebe eine sehr große Untersetzung aufweisen muß, um die hohe Drehzahl des Elektromotors in eine niedrige Drehzahl für den Antrieb der den Schalthebel und die Schalteinrichtung bewegenden Welle umsetzen zu können. Aufgrund des großen Untersetzungsverhältnisses des Ge­ triebes hat das Getriebe eine Eigenhemmung, die so groß ist, daß sich die Schalteinrichtung mittels des Schalt­ hebels nur mit großem Kraftaufwand betätigen läßt. Um diesem Umstand abzuhelfen, ist es erforderlich, zwischen dem Getriebe und dem Schalthebel eine Kupplung anzu­ ordnen. Die Kupplung arbeitet in der Weise, daß sie bei Antrieb der Schalteinrichtung und des Schalthebels mittels des Elektromotors das Getriebe und den Schalt­ hebel kraftschlüssig miteinander verbindet und bei Be­ tätigung der Schalteinrichtung mittels des Schalthebels die Verbindung zwischen Schalthebel und Getriebe auf­ hebt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaf­ fen, die einen einfachen Aufbau aufweist und sich leicht schalten läßt.

Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angege­ benen Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, auf eine Kupplung zwischen Getriebe und Schalthebel verzichten und ein im Aufbau wesentlich einfacheres Getriebe ver­ wenden zu können. Durch den Einsatz eines Schrittmotors ist es möglich geworden, ein Getriebe mit einer sehr ge­ ringen Untersetzung zu verwenden, so daß das Getriebe und der Schrittmotor sich mittels des Schalthebels durch­ drehen lassen. Auf eine Bremse für den Schalthebel kann verzichtet werden, da die Haltekraft des Schrittmotors so groß ist, daß der Schalthebel bei stromlosen Zustand des Schrittmotors von diesem gehalten wird. Wird für den Schrittmotor ein kleiner Schrittwinkel gewählt, so ist eine feinfühlige Steuerung der Schalteinrichtung und des Schalthebels möglich.

Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Steuereinrichtung, welche einen in einem Gehäuse angeordneten Geräteträger aufweist, an dem ein Schrittmotor sowie ein mit einem Schalt­ hebel verbundenes Getriebe angeordnet sind und

Fig. 2 ein Blockschaltbild für zwei miteinander ge­ koppelte Steuereinrichtungen.

Die in Fig. 1 dargestellte Steuereinrichtung setzt sich im wesentlichen aus einer mit einem Schalthebel verbun­ denen Schalteinrichtung, einer Anzeigeeinrichtung sowie einer ersten Einrichtung zur Steuerung eines bei einem Schaltvorgang an der Steuereinrichtung synchron zu diesem Schaltvorgang verlaufenden Schaltvorganges an einer an­ deren gleichartigen Steuereinrichtung und einer zweiten Einrichtung zur Steuerung der Schalteinrichtung und/oder des Schalthebels der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Steuersignalen der jeweils anderen gleichartigen Steuereinrichtung zusammen.

In einem zweiteilig ausgebildeten Gehäuse ist ein Geräte­ träger 10 angeordnet, an welchem eine Welle 14 gelagert ist, die ein erstes Zahnrad 18 und ein zweites Zahnrad 12 trägt. Die Welle 14 ist mit einem Schalthebel 6 verbun­ den, der mit seinem einen Ende in einer koaxial zur Welle 14 angeordneten Ausnehmung im Gehäuse gelagert ist. Das erste Zahnrad 18 wirkt mit einem Getriebe zusammen, wel­ ches sich aus einem mit dem Zahnrad 18 in Eingriff stehen­ den dritten Zahnrad 16, einem mit dem dritten Zahnrad 16 in Wirkverbindung stehenden vierten Zahnrad 17 und einem fünften Zahnrad 11 zusammensetzt, welches mit dem vierten Zahnrad 17 in Eingriff steht. Das dritte Zahnrad 16 und das vierte Zahnrad 17 sind auf einer gemeinsamen Achse 19, die am Geräteträger 10 befestigt ist, gelagert. Das fünfte Zahnrad 11 ist an der Antriebswelle 29 eines Schritt­ motors 13 befestigt, welcher mittels Schrauben mit dem Geräteträger 10 verbunden ist. Ein sechstes Zahnrad 9, welches auf der Welle 7 eines am Geräteträger 10 be­ festigten Potentiometers 21 befestigt ist, steht über einen Zahnriemen 30 mit dem zweiten Zahnrad 12 in Wirk­ verbindung. Mit dem sechsten Zahnrad 9 ist eine Kurven­ scheibe 3 kraftschlüssig verbunden, die ebenfalls auf der Welle 7 des Potentiometers 21 befestigt ist. Die Kurvenscheibe 3 dient zur Betätigung eines Mikroschal­ ters 2, der am Geräteträger 10 angeordnet ist. Vom Mikro­ schalter 2 führen Steuerleitungen 1, 15 zu einer am Ge­ räteträger 10 befestigten Anschlußleiste 20. Der Schritt­ motor 13 ist über Steuerleitungen 25, 26 ebenfalls mit der Anschlußleiste 20 verbunden. Vom Potentiometer 21 führen Steuerleitungen 22, 23 zu einer elektronischen Auswerte- und Steuereinrichtung 24, die über Steuer­ leitungen 25, 26, 27, 28 einerseits mit dem Schrittmotor 13 und andererseits mit der Anschlußleiste 20 verbunden ist. Die Auswerte- und Steuereinrichtung 24 weist eine Vergleichseinrichtung auf, die einen der Schalthebel­ stellung ensprechenden Ist-Wert mit einem Soll-Wert ver­ gleicht und Steuersignale auf den Schrittmotor gibt. Im Ausführungsbeispiel dient das Potentiometer 21 als Ein­ richtung zum Erkennen der Schalthebelstellung. Es ist denkbar, anstelle des Potentiometers 21 auch andere Sensoreinrichtungen, wie z. B. magnetisch oder auch fotoelektrisch arbeitende Sensoreinrichtungen vorzu­ sehen, die entweder mit dem Schalthebel oder wenigstens einem mit dem Schalthebel in Wirkverbindung stehenden Teil zusammenwirken. Zur Steuerung verschiedener Ag­ gregate (Antrieb für Verstellpropeller, oder Regelein­ richtung für die Motordrehzahl der Schiffsmaschine) können mehrere Potentiometer oder auch andersartige Einrichtungen eingesetzt werden, die mittels des Schalthebels oder wenigstens eines mit dem Schalthebel zusammenwirkenden Teiles betätigt werden.

Das Gehäuse setzt sich aus einem Gehäuseunterteil und einem Gehäuseoberteil, welches vorzugsweise wenigstens teilweise aus einem durchsichtigen Material gefertigt ist, zusammen. Im Gehäuseoberteil ist eine mit Markie­ rungen versehende Skala 4 angeordnet, die im wesent­ lichen halbkreisförmig ausgebildet ist. Ein am Zahnrad 18 befestigter Zeiger 8 erstreckt sich radial vom Zahn­ rad 18 weg in Richtung auf die Markierungen der Skala 4 zu. Der Geräteträger ist auf der Bodenplatte des Gehäuse­ unterteils befestigt und erstreckt sich senkrecht zur Bodenplatte in den Gehäuseinnenraum hinein. An dem sich in das Gehäuseoberteil hineinerstreckenden Bereich des Geräteträgers 10 sind mit Beleuchtungskörpern 5 für die Skalenbeleuchtung ausgestattete Halterungen angeordnet.

Die erwähnte Schalteinrichtung setzt sich aus der mit dem Schalthebel 6 verbundenen Welle 14, dem auf der Welle 14 befestigten zweiten Zahnrad 12, dem über den Zahnriemen 30 mit dem Zahnrad 12 in Wirkverbindung stehenden sechs­ ten Zahnrad 9, der mit diesem verbundenen Kurvenscheibe 3 sowie dem mittels der Kurvenscheibe 3 betätigbaren Mikroschalter 2 und den nicht dargestellten Potentiome­ tern, die über die Welle 7 mit dem sechsten Zahnrad 9 verbunden sind zusammen.

Als Anzeigeeinrichtung dienen der mit dem auf der Welle 14 befestigten ersten Zahnrad 18 verbundene Zeiger 8 und die im Gehäuseoberteil angeordnete Skala 4. Als eine erste Einrichtung zur Steuerung eines bei einem Schaltvorgang an der Steuereinrichtung synchron zu diesem Schaltvorgang verlaufenden Schaltvorganges an einer anderen gleichartigen Steuereinrichtung dient das Potentiometer 21 im Zusammenwirken mit der Auswerte­ und Steuereinrichtung 24.

Die eingangs als eine zweite Einrichtung zum Antrieb und zur Steuerung der Schalteinrichtung und/oder des Schalthebels der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Steuersignalen der jeweils anderen gleichartigen Steuereinrichtung bezeichnete Einrichtung besteht aus dem Schrittmotor 13, der von der Auswerte- und Steuer­ einrichtung 24 ansteuerbar ist und als Antrieb für die Schalteinrichtung sowie den Schalthebel dient. Die Schalteinrichtung und der Schalthebel 6 können direkt vom Schrittmotor 13 oder auch, wie in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel dargestellt, über ein Getriebe betätigt werden, welches sich aus dem dritten Zahnrad 16, dem vierten Zahnrad 17 und dem fünften Zahnrad 11 zusammen­ setzt. Das dritte Zahnrad 16 steht dabei mit dem ersten Zahnrad 18, welches mit der den Schalthebel 6 tragenden Welle 14 verbunden ist, in Eingriff.

Fig. 2 zeigt in Form eines Blockschaltbildes die Schal­ tung von zwei miteinander gekoppelten, gleichartig auf­ gebauten Steuereinrichtungen der vorstehend beschrie­ benen Art. Der besseren Übersicht halber sind die den in Fig. 1 gezeigten Einrichtungen und Leitungen ent­ sprechenden Einrichtungen und Leitungen mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Bezugsziffern derjenigen Einrichtungen, welche der zweiten Steuereinrichtung zuzuordnen sind, sind mit einem Apostroph versehen.

In Fig. 2 sind eine erste Steuereinrichtung I und eine zweite Steuereinrichtung II dargestellt, die sich aus je einer Schalteinrichtung 6, 18 bzw. 6′, 18′, einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden Schrittmotor 13 bzw. 13′, einem von der Schalteinrichtung 6, 18 bzw. 6′, 18′ betätigbaren Potentiometer 21 bzw. 21′ sowie einer Auswerte- und Steuereinrichtung 24 bzw. 24′ zusammen­ setzen.

Das Potentiometer 21 der ersten Steuereinrichtung I ist über Steuerleitungen 22, 23 mit der Auswerte- und Steuereinrichtung 24 verbunden. Von der Auswerte- und Steuereinrichtung 24 führen Steuerleitungen 25, 26 zum Schrittmotor 13 der ersten Steuereinrichtung I. In gleicher Weise ist das Potentiometer 21′ der zweiten Steuereinrichtung II mit der zugehörigen Auswerte- und Steuereinrichtung 24′ über Steuerleitungen 22′, 23′ verbunden. Von dieser Auswerte- und Steuereinrichtung 24′ führen Steuerleitungen 25′, 26′ zum Schrittmotor 13′ der zweiten Steuereinrichtung II.

Signalleitungen 27, 28 verbinden die Auswerte- und Steuereinrichtung 24 der ersten Steuereinrichtung I mit der Auswerte- und Steuereinrichtung 24′ der zweiten Steuereinrichtung II.

Die Funktion der im vorstehenden beschriebenen Steuer­ einrichtung wird unter Zuhilfenahme der Fig. 1 und 2 nachfolgend näher erläutert.

Werden eine erste Steuereinrichtung I und eine zweite gleichartige Steuereinrichtung II miteinander gekoppelt, so werden die erste Steuereinrichtung I und die zweite Steuereinrichtung II, wie in Fig. 2 dargestellt, elek­ trisch verbunden.

Es wird angenommen, daß der Schalthebel 6 der ersten Steuereinrichtung I um einen bestimmten Betrag um die Längsachse der Welle 14 verschwenkt wird. Mittels der Welle 14 und des Zahnrades 18 werden das Getriebe 17, 16, 11 und der mit dem Getriebe 17, 16, 11 in Wirkver­ bindung stehende Schrittmotor 13 durchgedreht. Gleich­ zeitig wird mittels des ebenfalls auf der Welle 14 be­ festigten zweiten Zahnrades 12, des Zahnriemens 30 und des sechsten Zahnrades 9 der mit dem sechsten Zahnrad 9 in Wirkverbindung stehenden Abnehmer des Potentiome­ ters 21 um einen vom Verstellwinkel des Schalthebels 6 abhängigen Betrag um seine Drehachse gedreht. Vom Poten­ tiometer 21 wird eine vom Verstellwinkel des Schalthe­ bels 6 abhängige Spannung auf die Auswerte- und Steuer­ einrichtung 24 der ersten Steuereinrichtung I gegeben. Gleichzeitig wird von einem nicht dargestellten wei­ teren Potentiometer eine ebenfalls vom Verstellwinkel des Schalthebels 6 abhängige Spannung auf die Schalt­ einrichtung eines Aggregats, wie z. B. Antrieb für Ver­ stellpropeller oder Einrichtung für die Drehzahlregelung des Schiffmotors, gegeben. In der Auswerte- und Steuer­ einrichtung 24 der ersten Steuereinrichtung I wird die vom ersten Potentiometer 21 abgegebene Spannung in zur Weiterverarbeitung geeignete Signale, z. B. digitale Signale, umgewandelt, welche über die Signalleitung 28 der Auswerte- und Steuereinrichtung 24′ der zweiten Steuereinrichtung II zugeführt werden.

In der Auswerte- und Steuereinrichtung 24′ der zweiten Steuereinrichtung II werden diese als Soll-Wert dienen­ den digitalisierten Signale mit einem Ist-Wert ver­ glichen, welcher der Winkelstellung des Schalthebels 6′ der zweiten Steuereinrichtung II entspricht. Die Aus­ werte- und Steuereinrichtung 24′ der zweiten Steuer­ einrichtung II erkennt durch Vergleich des Ist-Wertes mit dem Soll-Wert die Abweichung der Schalthebelstel­ lung der zweiten Steuereinrichtung II gegenüber der Schalthebelstellung der ersten Steuereinrichtung I und gibt ein entsprechendes Stellsignal auf den Schrittmo­ tor 13′ der zweiten Steuereinrichtung II. Der Schritt­ motor 13′ bringt jetzt mittels des Getriebes 18′ den Schalthebel 6′ der zweiten Steuereinrichtung II in eine Stellung, die der Stellung des Schalthebels 6 der ersten Steuereinrichtung I entspricht. Da beide Steuereinrich­ tungen den gleichen Aufbau aufweisen, erfolgt auch an dem mit dem Schalthebel 6′ bzw. mit dem Getriebe 18′ zu­ sammenwirkenden Potentiometer 21′ der zweiten Steuerein­ richtung II eine Einstellung, die der Einstellung des Potentiometers 21 an der ersten Steuereinrichtung I ent­ spricht. Beide Steuereinrichtungen befinden sich somit stets in der gleichen Schaltstellung, so daß die Be­ dienungsperson bei Standortwechsel, z. B. von der Kommandobrücke zur Nebenstelle, jederzeit über den augen­ blicklichen Betriebszustand informiert ist und an jeder der Steuereinrichtungen von identischen Schaltstellungen ausgehend Schaltvorgänge durchführen kann.

Wird der Schalthebel 6′ der zweiten Steuereinrichtung II von Hand in eine neue Position gebracht, so werden mittels des Zahnrades 18′ das Getriebe und der zuge­ hörige Schrittmotor 13′ mit Hilfe des Schalthebels 6′ durchgedreht. Vom Potentiometer 21′ wird eine der Stel­ lung des Schalthebels 6′ entsprechende Spannung auf die Auswerte- und Steuereinrichtung 24′ gegeben. Die Aus­ werte- und Steuereinrichtung 24′ der zweiten Steuerein­ richtung II gibt ein als Soll-Wert dienendes Signal auf die Auswerte- und Steuereinrichtung 24 der ersten Steuereinrichtung I. Diese führt wiederum einen Ist-Wert- Soll-Wert-Vergleich durch und gibt ein Stellsignal auf den Schrittmotor 13 der ersten Steuereinrichtung I. Der Schrittmotor 13 bringt mittels des Getriebes und des Zahnrades 18 den Schalthebel 6 der ersten Steuerein­ richtung I in eine Stellung, die der Schalthebelstellung der zweiten Steuereinrichtung II entspricht.

Auf die im vorstehenden beschriebene Art und Weise er­ folgt eine Stellbewegung am Schalthebel und an der An­ zeigeeinrichtung der jeweils einen Steuereinrichtung, die synchron zu der am Schalthebel und an der Anzeige­ einrichtung der jeweils anderen Steuereinrichtung durchgeführten Stellbewegung verläuft.

Claims (3)

1. Steuereinrichtung, insbesondere zur Steuerung von Motor, Kupplung oder Verstellpropeller von Schif­ fen, mit folgenden Merkmalen:

• a) Es ist eine Schalteinrichtung (18) vorgesehen, die mit einem Schalthebel (6) und einer Anzei­ geeinrichtung (4, 8) zur Anzeige des von der Schalteinrichtung (18) und/oder der Stellung des Schalthebels (6) abhängigen jeweiligen Be­ triebszustandes in Wirkverbindung steht;
• b) es ist eine erste Einrichtung (21, 24) zur Steuerung eines bei einem Schaltvorgang an der Steuereinrichtung synchron zu diesem Schaltvorgang verlaufenden Schaltvorganges an einer anderen gleichartigen Steuerein­ richtung vorgesehen;
• c) es ist eine zweite Einrichtung zur Steuerung der Schalteinrichtung und/oder des Schalthe­ bels der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Steuersignalen einer anderen gleicharti­ gen Steuereinrichtung vorgesehen;
  gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
• d) Die zweite Einrichtung weist einen Schrittmotor (13) auf, welcher mit der Schalteinrichtung (18) und/oder mit dem Schalthebel (6) oder mit wenig­ stens einem mit dem Schalthebel (6) zusammenwir­ kenden Bauteil in Wirkverbindung steht;
• e) der Schrittmotor (13) ist direkt oder indirekt von Ausgangssignalen einer anderen Steuerein­ richtung ansteuerbar;
• f) die erste Einrichtung weist Mittel (21, 24) zum Erkennen der jeweiligen Stellung der Schaltein­ richtung (18) oder/und des Schalthebels (6) oder/und eines mit dem Schalthebel (6) zusam­ menwirkenden Bauteiles auf;
• g) die erste Einrichtung der Steuereinrichtung weist Mittel (24) zum Erzeugen eines Steuer­ signals zum Steuern des Schrittmotors (13), einer anderen Steuereinrichtung auf.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) Die erste Einrichtung weist ein Potentiometer (21) auf, welches mit der Schalteinrichtung oder/und dem Schalthebel (6) oder/und mit wenigstens einem mit dem Schalthebel zusammen­ wirkenden Bauteil in Wirkverbindung steht;
• b) das Potentiometer (21) dient zur Abgabe einer Spannung, welche abhängig ist von der Stellung des Schalthebels (6) oder/und der Schaltein­ richtung oder/und wenigstens eines mit dem Schalthebel (6) zusammenwirkenden Bauteils;
• c) der ersten Einrichtung ist eine Auswerte- und Steuereinrichtung (24) zugeordnet, welche einen der vom Potentiometer (21) abgegebenen Spannung entsprechenden Ist-Wert bildet;
• d) die Auswerte- und Steuereinrichtung (24) weist Mittel zum Vergleichen des Ist-Wertes mit einem Soll-Wert sowie Mittel zum Erzeugen eines als Stellsignal dienenden Ausgangs­ signals bei Auftreten einer Differenz zwischen Ist-Wert und Soll-Wert auf.

3. Steuereinrichtung nach wenigstens einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung ein Getriebe (17, 16, 11) auf­ weist, über welches der Schrittmotor (13) mit dem Schalthebel (6) bzw. mit einem mit dem Schalthebel (6) zusammenwirkenden Teil in Wirkverbindung steht.