DE3638785C2 - Luftkissenwasserfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftkissenwasserfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei solchen Fahrzeugen bedarf die Steuerung der maschinellen Ein­ richtungen bei wechselnden Geschwindigkeiten, Seeverhältnissen und Beladungszuständen nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten ei­ ner jahrelangen Erfahrung und zeitraubender versuchsweise durch­ geführter Manöver, für die im Bedarfsfall Zeit, Raum und Personal nicht mit Sicherheit zur Verfügung stehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in dieser Hin­ sicht eine vielseitig praktisch fundierte Abhilfe zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für ein Schaltbild der Steuerungsan­ lage gemäß der Erfindung. Die einzelnen Geräte und deren Aufga­ be sowie deren Anschlüsse bzw. Kabelverbindungen sind aus der Zeichnung ersichtlich.

Die Zeichnung zeigt drei Datenbanken, Meßgeräte, einen Rechner, einen Zeitschalter, einen Steuerimpulsgeber und einen Abfrager, wobei die erste Datenbank mit Daten gespeichert wird, welche aus wissenschaftlichen Versuchen ermittelt sind und für alle möglichen Fahrbereiche in Abhängigkeit von den geforderten Prio­ ritäten eine optimale Einstellung aller von dem Steuergerät be­ dienbaren Regeleinrichtungen beinhalten (Standardprogramm). Diese Daten können nur durch manuelle Eingaben verändert werden. Die zweite Datenbank speichert durch einen Rechner aufgearbei­ tete Werte, die dem Rechner von den Meßgeräten während der Fahrt des Wasserfahrzeuges in den verschiedenen Fahrbereichen zugeführt werden, wobei diese Werte laufend aktualisiert werden, da sich diese Werte bei sich wechselnden Wetterlagen verändern können.

Die dritte Datenbank speichert durch einen Rechner aufgearbeitete Werte, die über Meßgeräte gewonnen werden, wenn mittels des Steuerimpulsgebers ausgewählte Regeleinrichtungen in regelmäßi­ gen Abständen über einen kurzen Zeitraum nur in einem Maße in abwechselnd kleineren und größeren Gruppen betätigt werden, daß hieraus neue Daten gezogen werden können.

Hierbei betätigt der Steuerimpulsgeber die Regeleinrichtungen nach einem eingegebenen Programm einzeln und in ihrer Größe ab­ wechselnden Gruppen.

Während der Tätigkeit des Steuerungsimpulsgebers werden von der zweiten Datenbank keine Daten aufgenommen.

Der Abfrager ermittelt gemäß der geforderten Prioritäten in re­ gelmäßigen Zeitabständen aus den drei Datenbanken, die zum augen­ blicklichen Fahrzustand vorhandenen Werte, vergleicht diese mit­ einander und veranlaßt das Steuergerät, sobald günstigere Werte ermittelt sind, eine neue Einstellung der Regeleinrichtungen vor­ zunehmen.

Bei einem luftkissenunterstützten Wasserfahrzeug werden gemäß der Erfindung von den Meßgeräten über den Rechner folgende Wer­ te der zweiten und dritten Datenbank zugeführt:

• I. Außenbereich:
  • 1. Fahrgeschwindigkeit im Wasser
  • 2. Propellersteigung
  • 3. Ruderstellung
  • 4. Trimmflossenstellung
  • 5. Luftkissendruck
• II. Bereich Hauptmaschinen-Anlage:
  • 1. Treibstoffverbrauch in der Zeiteinheit
  • 2. Drehmoment der Abtriebswelle
  • 3. Drehzahl der Abtriebswelle
• III. Bereich Hilfsmaschinen-Anlage:
  • 1. Treibstoffverbrauch in der Zeiteinheit
  • 2. Drehmoment der Abtriebswelle zu der das Luftkissen erzeugenden Einrichtung
  • 3. Drehzahl der Abtriebswelle zu der das Luftkissen erzeugenden Einrichtung
  • 4. Schaltposition der Kupplung
• IV. Kraftübertragung von der Hauptmaschinen-Anlage zu der das Luftkissen erzeugenden Einrichtung
  • 1. Drehmoment
  • 2. Drehzahl
  • 3. Schaltposition der Kupplung

Aus diesen Werten können mittels der Steuereinrichtung neben einer größtmöglichen Geschwindigkeit auch in allen Geschwin­ digkeitsbereichen eine größtmögliche Wirtschaftlichkeit be­ wirkt werden, wobei die Steuereinrichtung folgende Regelein­ richtungen betätigt:

• I. Außenbereich
  • a) Blattverstellung der Propeller
  • b) Ruderverstellung
  • c) Trimmflossenstellung
  • d) Regelung der das Luftkissen erzeugenden Einrich­ tung in der Drehzahl und Flügelverstellung bei Gebläsen
• II. Bereich Hauptmaschinen-Anlage
  • a) Veränderung der Kraftstoffzufuhr (Einspritzmenge bei Gasturbinen oder Dieselmotoren)
  • b) Betätigung des Anlassers
• III. Bereich Hilfsmaschinen-Anlage
  • a) Veränderung der Kraftstoffzufuhr (Einspritzmenge bei Gasturbinen oder Dieselmotoren)
  • b) Betätigung des Anlassers
  • c) Betätigung der Kupplung, die in der Kraftüber­ tragung von der Hilfsmaschinen-Anlage zu der das Luftkissen erzeugenden Einrichtung angeordnet ist
• IV. Kraftübertragung von der Hauptmaschinen-Anlage zu der das Luftkissen erzeugenden Einrichtung
  • a) Betätigung der Kupplung
  • b) Betätigung der Drehzahlregelung

Gemäß der Erfindung arbeitet die Steuereinrichtung auf folgen­ de Weise, wenn ein Fahrbefehl gegeben wird, ein Geschwindig­ keitsbereich und als Priorität Wirtschaftlichkeit vorgewählt wird:

Im ersten Arbeitsschritt entnimmt der Abfrager aus der ersten Datenbank die zum gewählten Geschwindigkeitsbereich gehörigen Daten und prüft, ob es bei der gewählten Geschwindigkeit wirt­ schaftlich ist, mit einem Luftkissen zu fahren.

Ergebnis I

• A. Die Erzeugung eines Luftkissens ist unwirtschaftlich.
  Regelung:
  • 1. Regulierung der Kraftstoffzufuhr der Hauptmaschinen-Anlage (II.a.)
  • 2. Anlassen der Hauptmaschinen-Anlage (II.b.)
  • 3. Regulierung der Propeller-Blattver­ stellung (I.a.)

Ergebnis II

• A. Die Erzeugung eines Luftkissens ist wirtschaftlich.
• B. Die zu erbringenden Leistungen für den Vortrieb des Wasserfahrzeuges und für die Erzeugung des Luftkis­ sens liegen in einem wirtschaftlichen Leistungsbe­ reich der Hauptmaschinen-Anlage.
  Regelung:
  • 1. Regulierung der Kraftstoffzufuhr der Hauptmaschinen-Anlage (II.a.)
  • 2. Anlassen der Hauptmaschinen-Anlage (II.b.)
  • 3. Einschalten der Kupplung, die in der Kraftübertragung von der Hauptmaschinen- Anlage zu der das Luftkissen erzeugenden Einrichtung angeordnet ist (IV.a.)
  • 4. Betätigung der Drehzahlregelung von der Kraftübertragung, die von der Hauptma­ schinen-Anlage zu der das Luftkissen erzeugenden Anlage führt (IV.b.)
  • 5. Regulierung der Propeller-Blattverstel­ lung (I.a.)

Ergebnis III

• A. Die Erzeugung eines Luftkissens ist wirtschaftlich.
• B. Die zu erbringenden Leistungen für den Vortrieb des Wasserfahrzeuges und für die Erzeugung eines Luft­ kissens liegen nicht in einem wirtschaftlichen Lei­ stungsbereich oder außerhalb des Leistungsbereiches der Hauptmaschinen-Anlage.
  Regelung:
  • 1. Regulierung der Kraftstoffzufuhr der Hilfsmaschinen-Anlage (III.a.)
  • 2. Anlassen der Hilfsmaschinen-Anlage (III.b.)
  • 3. Einschalten der Kupplung, die in der Kraftübertragung von der Hilfsmaschi­ nen-Anlage zu der das Luftkissen er­ zeugenden Einrichtung angeordnet ist (III.c.)
  • 4. Regulierung der Kraftstoffzufuhr der Hauptmaschinen-Anlage (II.a.)
  • 5. Anlassen der Hauptmaschinen-Anlage (II.b.)
  • 6. Regulierung der Propeller-Blattver­ stellung (I.a.)

Gemäß der Erfindung wird während des Betriebes der Hilfsma­ schinen-Anlage bei einer vorgewählten Priorität der Wirt­ schaftlichkeit von der Steuerungsanlage in vorgegebenen Zeit­ abständen der gesamte Treibstoffverbrauch in der Zeiteinheit der Hauptmaschinen- und der Hilfsmaschinen-Anlage festgestellt und einem errechneten Treibstoffverbrauch in der Zeiteinheit gegenübergestellt, der sich aus der Summe des augenblicklichen Treibstoffverbrauches der Hauptmaschinen-Anlage und einem theoretischen zusätzlichen Treibstoffverbrauch in der Zeitein­ heit bei der Hauptmaschine ergibt, wenn die Hauptmaschinen- Anlage für die Erzeugung des Luftkissens herangezogen werden würde.

Hierzu werden von der Steuerungsanlage das Drehmoment (III.2.) und die Drehzahl (III.3.) der zu der das Luftkissen erzeugen­ den Einrichtung führenden Kraftübertragung ermittelt und diese Daten unter Berücksichtigung der in den Datenbanken vorhan­ denen zu dem Fahrbereich gehörenden Werte in einen theoreti­ schen, zusätzlichen Treibstoffverbrauch in der Zeiteinheit der Hauptmaschinen-Anlage umgerechnet und mit dem augenblick­ lichen Treibstoffverbrauch der Hauptmaschinen-Anlage zu einem Gesamtverbrauch in der Zeiteinheit addiert. Der Wert dieses theoretischen Gesamtverbrauches wird mit dem augenblicklichen Treibstoffverbrauch in der Hauptmaschinen- und Hilfsmaschinen- Anlage verglichen und sollte für den alleinigen Betrieb der Hauptmaschinen-Anlage eine größere Wirtschaftlichkeit ermit­ telt werden, nimmt die Steuerungsanlage eine Abschaltung der Hilfsmaschinen-Anlage (III.a.) und eine Einschaltung der Kupplung, der in der Kraftübertragung von der Hauptmaschinen- Anlage zu der das Luftkissen erzeugenden Einrichtung, vor (IV.a.). Die Abschaltung der Kupplungen erfolgt hierbei auto­ matisch mit der Abschaltung der zugehörigen Maschinenanlage.

Die Steuereinrichtung überwacht bei einem Betrieb des Wasser­ fahrzeuges nur durch die Hauptmaschinen-Anlage weiterhin die Wirtschaftlichkeit und nimmt eine Zuschaltung der Hilfsmaschi­ nen-Anlage vor, wenn eine Unwirtschaftlichkeit errechnet wird oder etwa bei einer Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit für die Erzeugung des Luftkissens von der Hauptmaschinen-Anlage nicht mehr genügend Leistung aufgebracht werden kann.

Die zu den Fahrständen gehörenden Meßwerte und Einstellungen der Regeleinrichtung werden auf einer Schautafel angezeigt und es können auch von der Steuerungsanlage auf der Schau­ tafel Empfehlungen angezeigt werden. Weiterhin ist eine Bedienungstafel angeordnet, durch welche das Wasserfahrzeug unter der Berücksichtigung der auf der Schautafel angezeigten Werte manuell optimal eingestellt werden kann.

Claims (10)

1. Luftkissenwasserfahrzeug, das sowohl mit als auch ohne Luftkissen betrieben werden kann, mit einer Hauptmaschinenanlage und einer Hilfsmaschinenanlage, wobei das Luftkissen entweder von der Hauptmaschinenanlage oder der Hilfsmaschinenanlage oder aber von beiden Maschinenanlagen gemeinsam erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftkissenwasserfahrzeug eine Steuerungsvorrichtung aufweist, die Meßgeräte für Fahrtzustandsgrößen, einen Rechner, Datenbanken für optimale Kombinationen von Fahrtzustandsgrößen und Regler zur Beeinflussung von Fahrtzustandsgrößen beinhaltet, wobei nach Vorgabe eines gewünschten Fahrtzustandes durch die Schiffsführung aus einer ersten Datenbank theoretisch ermittelte Grundwerte von Fahrzustandsgrößen entnommen und den Regeleinrichtungen zugeführt, anschließend diese Grundwerte variiert, die jeweils neuen Fahrtzustandsgrößen ermittelt, in einer zweiten Datenbank abgespeichert, mit den Grundwerten verglichen und die daraus unter Optimierungsgesichtspunkten gewonnenen Regelgrößen der Regeleinrichtung zugeführt werden.

2. Luftkissenwasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung aus der Datenübermittlung der Drehzahlen und des Drehmomentes der in Betrieb befindlichen, zu der das Luft­ kissen erzeugenden Anlage führenden Kraftübertragung den theoreti­ schen Treibstoffverbrauch der nicht das Luftkissen erzeugenden Ma­ schinenanlage für die Erzeugung des Luftkissens ermittelt, diesen theo­ retischen Treibstoffverbrauch für die Erzeugung des Luftkissens mit dem augenblicklich gemessenen Treibstoffverbrauch der arbeitenden Hilfsmaschinenanlage oder dem aus Treibstoffmehrverbrauch der arbei­ tenden Hauptmaschinenanlage für die Erzeugung des Luftkissens ver­ gleicht und hierdurch entspr. Einschalt- und Ausschaltvorgänge bei einer festgestellten Unwirtschaftlichkeit der bestehenden Antriebs­ situation einleitet.

3. Luftkissenwasserfahrzeug nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuereinrichtung bei einer Erzeugung des Luftkissens durch die Hilfsmaschinenanlage vor einer Ankopplung der von der Hauptmaschinenanlage zu der das Luftkissen erzeugenden Anlage füh­ renden Kraftübertragung mittels eines Programmes überprüft, ob die Hauptmaschinenanlage für die vollständige Erzeugung des Luftkissens eine noch genügende Leistungsreserve besitzt oder nur einen Teil des Antriebs hierfür übernehmen kann und hiernach entspr. Schalt­ vorgänge veranlaßt.

4. Luftkissenwasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuereinrichtung bei einer Erzeugung des Luftkissens durch die Hauptmaschinenanlage vor einer Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit mittels eines Programms überprüft, ob bei der geforderten Mehrleistung die Erzeugung des Luftkissens wei­ terhin von der Hauptmaschine durchgeführt werden kann, ob die Hilfsmaschinenanlage hinzugeschaltet werden muß oder ob die von der Hauptmaschinenanlage zu der das Luftkissen erzeugenden Anlage führenden Kraftübertragung abgekoppelt werden muß und die Hilfs­ maschinenanlage vollständig die Erzeugung des Luftkissens über­ nehmen muß und hiernach entspr. Schaltvorgänge veranlaßt.

5. Luftkissenwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine der in der Steuereinrichtung vorgesehenen Daten­ banken Einstellwerte zu allen vorkommenden Fahrzuständen aufgegliedert nach vorgegebenen Prioritäten und Fahrgeschwindigkeiten in einem manuell auswechselbaren Standardprogramm enthält, während weitere Datenbanken Einstellwerte aus dem laufenden Fahrbetrieb dann speichern, wenn diese durch den Rechner ausgewertet, gemäß der möglichen Prio­ ritäten zu besseren Fahrzuständen führen, als diese im Standardpro­ gramm der ersteren Datenbank gespeichert sind, wobei die Einstell­ werte sowohl aus dem normalen Fahrbetrieb, als auch aus Fahrzuständen gewonnen werden, die aus einer programmierten Verstellung der Regel­ einrichtung herrühren.

6. Luftkissenwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Zeitschalter in festgelegten Intervallen einen Steuerimpulsgeber veranlaßt, Regeleinrichtungen zu betätigen und die sich hierbei ergebenden und von einem Rechner aufgearbeiteten Werte auf eine hierfür vorgesehene Datenbank leitet, während in einem anderen Intervall der Zeitschalter den Steuerimpulsgeber abschaltet und die vom Rechner aufgearbeiteten, aus dem normalen Fahrprogramm herrührenden Meßwerte auf eine hierfür vorgesehene Datenbank leitet.

7. Luftkissenwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung einen Steuerimpulsgeber aufweist, durch welchen in festgelegten Zeiträumen die Regeleinrichtungen nach einem Programm einzeln und in ihrer Größe abwechselnden Gruppen betätigt werden und die hierbei sich verändernden Meßwerte über einen Rechner in eine Datenbank dann eingegeben werden, wenn gemäß der einge­ gebenen Priorität günstigere Einstellungen der Regeleinrichtungen gefunden werden, als diese bereits in den Datenbanken vorhanden sind.

8. Luftkissenwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerungseinrichtung einen Abfrager aufweist, der gemäß einer gewählten Priorität die in den Datenbanken vorhandenen zu einer eingestellten Fahrgeschwindigkeit gehörenden Einstellwerte miteinander vergleicht, auswählt und hiernach über ein Steuergerät eine neue Einstellung der Regeleinrichtungen vornimmt.

9. Luftkissenwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerungsanlage den Luftkissendruck bei einer gewählten Priorität der Wirtschaftlichkeit auf einem Mindestdruck hält und gleichzeitig für den Vortrieb günstige Drehzahl- und Steigungsverhältnisse eines Verstellpropellers wählt.

10. Luftkissenwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß folgende Prioritäten eingegeben werden können:

• 1. Größtmögliche Geschwindigkeit
• 2. Betrieb unter Vorgabe der Geschwindigkeit bei einem geringst möglichen Treibstoffverbrauch mit einer Regulierung des Luft­ kissens.
• 3. Betrieb unter Vorgabe der Geschwindigkeit bei einem geringst möglichen Treibstoffverbrauch bei einer Vorgabe des Luftkis­ sendrucks.
• 4. Größtmögliche Geschwindigkeit unter Vorgabe des Treibstoffver­ brauchs in der Zeiteinheit bei einer Regulierung des Luftkis­ sendrucks.
• 5. Größtmögliche Geschwindigkeit unter Vorgabe eines Treibstoff­ verbrauchs in der Zeiteinheit bei einer Vorgabe des Luftkis­ sendrucks.
• 6. Größtmögliche Reichweite mit einer Regulierung des Luftkissen­ drucks und
• 7. größtmögliche Reichweite mit einer Vorgabe des Luftkissendrucks.