DE4337401C1 - Trollingeinrichtung für eine Schiffsantriebseinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Trollingeinrichtung für eine Schiffsantriebseinrichtung mit einem einen Propeller antreibenden Schiffswendeuntersetzungsgetriebe, das hydraulisch steuerbar und über ein Wegeventil wahlweise betätigbare Vorwärts- und Rückwärtskupplungen aufweist, sowie mit einem mit einer elektronischen Einheit steuerungsmäßig verbundenes Proportionalventil zur Steuerung der Propellerdrehzahl, durch Schlupfvorgabe für die Kupplungen. Trollingeinrichtungen werden bei Schiffen eingesetzt, um die Propellerdrehzahlen über die Getriebeuntersetzung hinaus unter die kleinstmögliche Motordrehzahl zu senken. Anwendungsfälle der Trollingfahrt sind insbesondere die Langsamfahrt beim Fischen oder auch das Manövrieren im Hafen. Diese Verminderung der Drehzahl der Propellerwelle läßt sich erreichen durch ein definiertes Rutschen der Kupplungsscheiben bzw. der Kupplungslamellen.

So ist aus der Schrift US 3 653 476 ein Schiffskontrollsystem bekannt, bei dem pneumatische oder hydraulisch betätigbare Mittel vorgesehen sind, um Einfluß auf die Drehgeschwindigkeit des Propellers zu nehmen. Als Meßelement wird ein Geschwindigkeitsmesser eingesetzt, der zur Steuerung des Mediendruckes verwandt wird und mit dem die Kupplungen betätigt werden. Ziele dieser, insbesondere für Schlepperschiffe geschaffenen Kontrolleinrichtung ist das Erzielen einer konstanten Fahrgeschwindigkeit. Bei dieser bekannten Einrichtung sind keine zusätzlichen Sicherheitsfunktionen vorgesehen; so enthält dieses System keine Wellenbremse. Weiterhin besteht keine Möglichkeit, einen Zweistufenbetrieb durchzuführen.

Aus JP 60-256629 ist ein Druckkontrollmechanismus zur Überwachung des Pumpendrucks eines Hydrauliksystems für den Antrieb von Fahrzeugen bekannt, mit dem die Kupplungen betätigt werden. Meßtechnisch erfaßt wird die Schaltposition eines Wegeventils sowie der Fahrzustand des Fahrzeugs, wobei nach Verarbeitung dieser Daten ein Überströmventil zur Druckbeeinflussung gesteuert wird. Das aus dieser Schrift bekannte System ermöglicht nur ein Absenken des Druckes, der sich aus den Verlusten der Ventile 19, 20 und 21 zusammensetzt. Dieser Druck ist nur in einem geringen Bereich und dabei nur grob steuerbar. Darüber hinaus funktioniert bei einem Versagen der Elektronik bzw. Elektrik das vorgeschlagene System nicht mehr, da das Zweistufensteuerventil nicht weiterarbeitet.

Weiterhin ist aus der DE 40 19 687 ein Schiffsantrieb bekannt mit einem zwischen Motor und Propeller an­ geordneten Getriebe, das hydraulisch steuerbare und wahlweise betätigbare Vorwärts- und Rückwärtskupp­ lungen aufweist sowie einer Trollingeinrichtung, bei dem ein, mittels einer elektronisch/hydraulischen Steuereinheit betätigbaren Druckreduzierventil zur Beeinflussung des Ölhydraulikflusses Verwendung findet und Mittel eingesetzt werden, um durch Schnell­ entlüftung eine Zerstörung der in Betrieb befindlichen Kupplung zu vermeiden. Das Druckreduzierventil, das als Proportionalventil ausgebildet sein kann, ist steuerungsmäßig mit der elektronischen Einheit verbunden.

Mit dieser bekannten Trollingeinrichtung ist nur eine Vorausfahrt möglich. Der aus dieser Schrift bekannte Aufbau läßt für den sicheren Trollingbetrieb nur kleine Kupplungsvolumina mit entsprechend geringen Leckölverlusten zu.

In der DE 39 07 841 ist ein Schiffsvortriebssystem für ein Wasserfahrzeug offenbart, bei dem zwischen Motor und Propeller hydraulische regelbare Vorwärts- und Rückwärtskupplungen angeordnet sind. Zur Erfassung der Füllung der Kupplung ist ein Öldruck-Sensor vorge­ sehen, dessen Anzeigesignale einem Steuergerät zugeführt werden, der proportional zu den Anzeigen entsprechende Rückführsignale liefert. Ein Steuersystem zum Betreiben einer Antriebsanlage eines Schiffes ist Gegenstand der DE 41 12 192. Die Antriebsanlage besteht aus einem Motor, der über ein Getriebe mit regelbaren ölhydraulisch betätig­ baren Kupplungen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt eine Propellerwelle antreibt. Mit einem Drucksensor wird der Kupplungsdruck erfaßt und darüber der Schlupf­ grad der Kupplungen verändert. Die Drehzahl der Propel­ lerwelle kann damit die Drehzahl des Motors auch unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes unterschreiten.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine Trollingeinrichtung für Schiffsantriebe zu schaffen, bei der mit einfachen technischen Mitteln zur Vermeidung steuerloser Betriebszustände die Kupplung in kürzester Zeit gefüllt und anschließend ein sensibles Steuern des die Kupplung betätigenden Öldruckes möglich ist. Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Die Schiffsantriebseinrichtung weist dabei Kupplungen auf, die an die Hauptölstromleitung angeschlossen sind und über ein Wegeventil einzeln ansteuerbar sind. Über diesen direkten Anschluß wird die jeweils angesteuerte Kupplung in kürzest möglicher Zeit gefüllt und durch Meßelemente wird die Füllung der jeweiligen Kupplung mit Hydraulikflüssigkeit überwacht. Nach vollständiger Füllung der Kupplung wird der Hydraulikölstrom über eine Umgehungsleitung geführt, die durch ein Mengenregelventil die Menge deutlich reduziert und den Druck des Ölstroms zur Kupplung durch ein Proportional-Wegeventil einstellt. Die überflüssige Ölmenge wird über ein Zweistufensteuerventil in den Schmierkreislauf geleitet. Das an die Umgehungsleitung angeschlossene Proportional-Wegeventil wird von einer elektronischen Einheit gesteuert, die meßtechnisch mit Meßelementen in Verbindung steht, die die Füllung der in Betrieb befindlichen Kupplung aufnimmt. Hierzu zählen direkte Meßaufnahmegeräte wie das Erfassen des Füllstandes und/oder des Druckes des Hydrauliköles, aber auch mitelbare Meßsignale wie die Drehzahl der Propellerwelle. So kann bei stehender Propellerwelle das Signal aufgenommen werden, wenn die Propellerwelle anfängt sich zu drehen. Dreht sich die Propellerwelle bereits, so wird zuerst erfaßt, in welche Richtung sich die Propellerwelle dreht und dann der Zeitpunkt aufgenommen, an dem sich die Propellerwelle in die richtige Richtung dreht. Hat das System erkannt, daß die Propellerwelle sich in die richtige Richtung dreht, so ist der Zeitpunkt verwendbar, an dem sich die Propellerwelle beschleunigt. Diese genannten Kriterien der indirekten Messung haben den Vorteil, daß kein zusätzlicher Sensor im Bereich des Antriebes benötigt wird und bei stehender Propellerwelle ist das Losbrechmoment bereits überwunden, wenn das Getriebe in den Trollingbetrieb geht. Das bedeutet, daß kein Schlupf beim Losbrechen des Propellers vorhanden ist. Ist der Trollingbetrieb vom Führer des Schiffes eingeschaltet, so fragt das System zunächst ab, ob die Motordrehzahl im erlaubten Bereich liegt. Ist die Motordrehzahl außerhalb des zulässigen Bereiches, beispielsweise zu hoch, so schaltet sich die Trollingeinrichtung aus. Ist hingegen die Motordrehzahl zu niedrig oder ist das Getriebe nicht eingeschaltet, so wird das Trollingsystem nur in Bereitschaft geschaltet. Sobald die Motordrehzahl im richtigen Bereich liegt oder das Getriebe eingeschaltet ist und der Propeller sich in die richtige Richtung dreht und bei gefüllter Kupplung beschleunigt, erst dann schaltet sich der Trolling ein, d. h. erst jetzt schlupft die eingeschaltete Kupplung. Bei schlupfender Kupplung ist es möglich, die Propellerdrehzahl unter den Wert der synchronen Drehzahl des Motors um bis zu 55% abzusenken. Auch in diesem Betriebszustand ist die Antriebslage sicher betreibbar, wobei in diesem für die Lamellenkupplung kritischen Fahrzustand die Differenz der Winkelgeschwindigkeit überwacht wird und das Überschreiten eines festgelegten Wertes unterbunden wird. Durch das feinfühlige Steuern des Hydrauliksystemdruckes zur Betätigung der Kupplungen im Trollingbetrieb durch das einfach aber sicher als Proportionalventil ausgestaltete Wegeventil läßt sich der Schlupf der Kupplungsteile, bei Lamellenkupplungen also der einzelnen Lamellen, exakt beeinflussen. Der Druck bzw. die Kraft, mit dem die Lamellen der Kupplung zusammengepreßt werden, ist zum einen proportional der in diesem Zeitraum in Wärme umgesetzten Energie und ebenfalls proportional der Differenz der Winkelgeschwindigkeit der Kupplungslamellen zueinander. Durch die feinfühlige Einflußnahme auf die schlupfende Kupplung wird der sog. Turbineneffekt verhindert, d. h. der Propeller dreht sich im Trollingbetrieb infolge der Anströmung bei hoher Geschwindigkeit des Schiffes in die falsche Richtung. Dieser Betriebszustand, d. h. die große Drehzahldifferenz der Lamellen bewirken eine starke Erwärmung der Lamellenkupplung, darf nur für kurze Zeit zugelassen werden. Durch die Überwachung der Drehzahl der Propellerwelle wie auch seiner Drehrichtung werden sämtliche Betriebszustände des Antriebssystems überwacht, so daß auch ein Betrieb, bei dem die Propellerwelle steht und gleichzeitig bei laufendem Motor die Kupplung schlupft, verhindert wird. An das Hydrauliksystem ist über eine Anschlußleitung ein Schmierkreislauf angeschlossen. Beim Umschalten vom Trollingbetrieb auf den Normalbetrieb wird mit dem Führen des hydraulischen Mediums über die Umgehungsleitung mit den dort vorgesehenen Mengen und dem Druckregelventil eine in der Elektronik angelegte Rampe (Druckablauffunktion) abgefahren. Danach erfolgt ein Umschalten auf den Systemdruck durch ein die Umgehungsleitung und die Hauptstromleitung verknüpfendes Schaltventil. Durch diese Verfahrensweise werden Schaltstöße im Hydraulikkreislauf vermieden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch große Kupplungen eingesetzt werden, die in verschlissenem Zustand hohe Leckölverluste aufweisen. In Abhängigkeit vom verschlissenen Zustand können diese Verluste bis zu 10 l/min betragen. Erfindungsgemäß wird ein Proportional-Wegeventil eingesetzt, welches im Vergleich zu einem Proportional-Druckbegrenzungsventil eine bessere Linearität zwischen dem Spannungseingangssignal und dem sich einstellenden Druck im Hydrauliksystem, insbesondere im unteren Druckbereich, aufweist. Darüber hinaus läßt sich der Systemdruck bei Einsatz von Proportional- Wegeventilen auf im Vergleich zu Druckventilen auf tiefere Werte absenken.

Die Druckverhältnisse im proportionalen Zweig stellen sich dabei wie folgt ein: Eine verstellbare Blende bestimmt den Ölzufluß im Zweig. Die Leckölverluste der Kupplung, welche im wesentlich abhängig vom Verschleißzustand sind, ändern sich nur langsam. Das Proportional- Wegeventil läßt gesteuert Öl in den Tank abfließen und stellt damit den Druck ein. Diese Ölmenge ist gering, wodurch mit einem baulich kleinen Proportionalventil eine vergleichsweise große Ölmenge in ihrem Druck sicher gesteuert wird.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargelegt. Dabei zeigt die Fig. 1 das Schema der Antriebshydraulik eines Schiffes.

In der Fig. 1 weist ein Schiffsantrieb eine Kupplung 11 für die Vorwärtsfahrt und eine Kupplung 12 für die Rückwärtsfahrt auf sowie einen Motor 13, der über ein Getriebe 14 mit einem an einer Propellerwelle 16 befestigten Propeller 15 in Verbindung steht.

An die Kupplungen 11 bzw. 12 sind die Zuleitungen 32 bzw. 33 angeschlossen. Durch ein Wegeventil 22 können die Zuleitungen 32, 33 zum einen mit einem Abfluß 38 und einer Hauptstromleitung 31 verbunden werden. Dabei wird die Hauptstromleitung 31 gespeist von einer Pumpe 21, wobei parallel zur Pumpe eine Druckbegrenzung 27 vorgesehen ist, die über einen Abfluß 38 überschüssiges Öl in einen Tank fördert.

In der Hauptstromleitung 31 ist in Förderrichtung unmittelbar vor dem Wegeventil 22 ein Schaltventil 23 vorgesehen, mit dem der Ölstrom über einen im Bereich der Pumpe 21 an die Hauptstromleitung 31 angeschlossene Umgehungsleitung 35 lenkbar ist. Weiterhin ist in der Umgehungsleitung 35 ein Mengenregelventil 25 angeordnet. In Strömungsrichtung hinter dem Mengenregelsystem 25, aber vor dem Schaltventil 23, ist an der Umgehungsleitung 35 eine Abzweigung 36 vorgesehen, in der ein Proportional-Wegeventil 24 angeordnet ist, das über einen Abfluß 37 mit dem Tank in Verbindung steht. In Strömungsrichtung vor dem Mengenregelventil 25 sind in der Umgehungsleitung 35 ein (nicht weiter dargestellter) Filter und ein Schaltventil 26 angeordnet. Zwischen dem Schaltventil 26 und dem Mengenregelventil 25 zweigt eine Verbindungsleitung 39 ab, die mit einem Zweistufensteuerventil 51 eines Schmierkreislaufes verbunden ist. Das Zweistufensteuerventil 51 steht darüber hinaus über einen Anschluß 34 mit der Hauptstromleitung 31 in Verbindung. Das Zweistufensteuerventil 51 dient zum Druckaufbau in zwei Stufen, mit dem (außer im Trollingbetrieb) die entsprechende Kupplung sanft eingeschaltet wird. Im Fahrbetrieb (auch im Trollingbetrieb) hält dieses Ventil dem Druck in der Hauptstromleitung 31 auf Enddruck. Dieser Druck beträgt in solchen Systemen etwa 20 bar.

Die hydraulischen Betätigungselemente 23, 26 und 24 sind über Steuerleitungen 45, 46 und 47 mit einem elektronischen Bauteil 49 steuerungsmäßig verknüpft. Der elektronische Bauteil ist Teil einer elektronischen Einheit 41, die über eine Meßleitung 44 mit Meßelementen 43 in Verbindung steht. Darüber hinaus ist an die elektronische Einheit 41 ein Sollwertgeber 42 angeschlossen. Als Meßelemente 43 kommen Elemente zum Einsatz zum Messen des Durchflusses, des Druckes, der Drehzahl, des Weges sowie der Kraft, wobei die physikalischen Größen direkt oder indirekt erfaßt werden.

Bezugszeichenliste

   Antrieb
11 Kupplung Vor
12 Kupplung Rück
13 Motor
14 Getriebe
15 Propeller
16 Propellerwelle
   hydraulische Betätigungselemente
21 Pumpe
22 Wegeventil
23 Schaltventil
24 Proportional-Wegeventil
25 Mengenregelventil
26 Schaltventil
27 Druckbegrenzung 21
   Hydraulikleitungen
31 Hauptstromleitung
32 Zuleitung 11
33 Zuleitung 12
34 Anschluß
35 Umgehungsleitung
36 Abzweigung
37 Abfluß 22, 24
38 Abfluß 21
39 Verbindungsleitung 50
   Meß- und Regelsystem
41 Elektronische Einheit
42 Sollwertgeber
43 Meßelemente
44 Meßleitung
45 Steuerleitung 23
46 Steuerleitung 26
47 Steuerleitung 24
49 Elektronisches Bauteil
   Schmierkreislauf
51 Zweistufensteuerventil
52 Filter

Claims (13)

1. Trollingeinrichtung für eine Schiffsantriebseinheit mit einem einen Propeller antreibenden Schiffswende-Untersetzungsgetriebe, das hydraulisch steuerbar und über ein Wegeventil wahlweise betätigbare Vorwärts- und Rückwärtskupplungen aufweist, sowie mit einem mit einer elektronischen Einheit steuerungsmäßig verbundenes Proportionalventil zur Steuerung der Propellerdrehzahl, durch Schlupfvorgabe für die Kupplungen, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Einheit (41) mit Meßelementen (43) zur Erfassung der Füllung der in Betrieb befindlichen Kupplung (11, 12) verbunden ist, daß in der Haupthydraulikleitung (31) in Förderrichtung unmittelbar vor dem die Kupplungen (11, 12) wahlweise betätigendes Wegeventil (22) ein Schaltventil (23) vorgesehen ist, mit dem der Ölstrom über eine im Bereich der Pumpe (21) an die Haupthydraulikleitung (31) angeschlossene Umgehungsleitung (35) lenkbar ist, daß in der Umgehung (35) ein Mengenregelventil vorgesehen ist und daß an die Umgehung (35) eine Abzweigung (36) angeschlossen ist, in der das steuerungsmäßig mit der elektronischen Einheit (41) verbundene und als Wegeventil (24) ausgebildete Proportionalventil angeordnet ist.

2. Trollingeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (43) ein Durchflußmesser zur Umfassung der Ölfüllung der Kupplungen (11, 12) ist.

3. Trollingeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (43) ein Wegmesser ist, der die Stellung des Kupplungskolbens zum Lamellenpaket der Kupplung (11, 12) aufnimmt.

4. Trollingeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (43) ein Druckmesser ist, der die auf die Lamellen der Kupplung (11, 12) wirkende Anpreßkraft des Kolbens erfaßt.

5. Trollingeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (43) ein mit der Kupplung (11, 12) verbundener den Mediendruck erfassender Druckmesser ist.

6. Trolllingeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (43) ein mit der Kupplung (11, 12) verbundener Differenzdruckmesser ist.

7. Trollingeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (43) ein die Füllung der Kupplung mittelbar durch die Bewegung der Propellerwelle (16) erfassender Drehzahlmesser ist.

8. Trollingeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das als Drehzahlmesser ausgebildete Meßelement (43) mit einem Bauteil (49) der elektronischen Einheit (41) verbunden ist, das den Beginn der Drehbewegung der Propellerwelle (16) erfaßt.

9. Trollingeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das als Drehzahlmesser ausgebildete Meßelement (43) Bauteile besitzt, die die Drehrichtung der Propellerwelle (16) erfassen und den Zeitpunkt ermitteln, bei dem die Propellerwelle (16) sich in die gewünschte Richtung dreht.

10. Trollingeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das als Drehzahlmesser ausgebildete Meßelement (43) Bauteile besitzt, die den Zeitpunkt erfassen, bei dem die sich in gewünschter Richtung drehende Propellerwelle (16) beschleunigt.

11. Trollingeinrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Hauptstromleitung (31) ein Anschluß (34) vorgesehen ist, der mit einem zu einem Schmierkreislauf gehörenden Zweistufensteuerventil (51) in Verbindung steht.

12. Trollingeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umgehung (35) in Ölströmungsrichtung vor dem Mengenregelventil (25) ein Schaltventil (26) vorgesehen ist, mit dem der Ölstrom unterbrechbar ist.

13. Trollingeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mengenregelventil (25) und dem Schaltventil (26) an die Umgehung (35) eine mit dem Zweistufensteuerventil (51) verbundene Leitung (39) vorgesehen ist.