DE650341C - Sicherung der Leistungsregelung von Antriebsmaschinen fuer Wasserfahrzeuge - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
18. SEPTEMBER 1937

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 650341 KLASSE 65 fi GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom ti. Januar 1934 ab

Für das Manövrieren von Wasserfahrzeugen ist es erwünscht, das Schiff möglichst schnell I)CScIiIeUnIgCn, stoppen und die Fahrtrichtung wechseln lassen zu können. Es ist verständlich, daß diese Manöver um so schneller durchgeführt werden, je kräftiger die Wirkung der Schuborgane, ζ. B. der Propcller, ist. Um also eine möglichst kräftige Wirkung zu erreichen, wird.man versuchen.

die Antriebsmaschinen bei den Manövern unvermittelt mit ihrer vollen Leistung einzusetzen. Es ist bekannt, dall dies nicht immer zulässig ist, da unter l'mständeu die Kraftwirkung auf flas Wasser so groß wird, daß dieses nicht mehr in ordnungsmäßiger Weise der Beschleunigung folgen kann. Es löst sich von den Propellerflügeln ab, möglicherweise wird Luft angesaugt, der Propeller findet keinen genügenden Widerstand mehr, geht durch und wirbelt das Wasser nur mehr auf, ohne die gewünschte besonders starke Schubwirkung aufzubringen. Die Folge davon ist, daß das Schiffsmanöver längere Zeit braucht, als wenn mit geringerer Leistung gesteuert worden wäre. Mancher Schiffszusammenstoß hätte vermieden oder doch gemildert werden können, wenn die Schiffsleitung nicht in dem Bestreben, möglichst schnell zu stoppen, den Hcfehl -»äußerste Kraft zurück« gegel>en hätte, sondern sich mit einer Teilleistung begnügt hätte. Dieses Einsetzen einer falschen Maschinenleistung soll durch die vorliegende Erfindung unmöglich gemacht werden.

Die. Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die maximale, von den Propellern noch ohne Wirbelung übertragbare Yerzögerungs- oder Beschleunigungskraft von der augenblicklichen Schiffsgeschwindigkeit abhängig ist. Man wird beim Stoppen eines Schiffes λ·οη der vollen Geschwindigkeit aus die Propeller zunächst nur mit kleinerer Leistung rückwärts laufen lassen dürfen als bei der halben Schiffsgeschwindigkeit. L'm dies zu erreichen, wird bei· Beschleunigungs- oder Verzögerungsmanövern die Leistung der Antriebsmaschine folgendermaßen geregelt. .

Erfindungsgemäß ist ein von der Relativgeschwindigkeit des Schiffes gegenüber dem Wasser abhängiges Anzeige- oder Regelinstrument vorgesehen, welches einen für das jeweils beabsichtigte Manöver zum einwandfreien Arbeiten des Propellers im Wasser gerade noch maximal zulässigen Betriebswert (Leistung oder Drehzahl der Antriebsmaschine) ermittelt, nach welchem die Leistung oder Drehzahl der Antriebsmaschine selbsttätig oder von Hand einzustellen ist.

ICs ist bei Luftfahrzeugen bereits bekannt, ein von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges abhängiges Regelorgan anzuwenden, das die Kraftzufuhr zur Antriebsmaschine beeintlul.lt.

*) l'mi 1Ι1Ί11 l'ali-iilsnchcr .·,·//;</ als <//<· Erfinder uii£i'£chi'n wonL'n.-

Dipi.-111«. (Uto Türk in ller/iii-lfa/ensee und Dipl.-Ing. Theodor Deeg in Herliu-Siemenssiinli.

1 );is der vorliegenden Erfindung zugrunde Hegende Problem ist bei den bekannten -Anordnungen jedoch nicht behandelt, denn bei Flugzeugen kommt ein l'msteuern .von Vo rwärts- auf Rückwärtsgang nicht in Frage. L-I)CHSO besteht bei Flugzeugen keine Gefahr, dal.i die Strömung an den Propellcrrlügeln bei plötzlicher Leistungssteigerung infolge eier Trägheit der Luft abreißt.

ίο Die maximal zulässigen Leistungen, welche für ein Wasserfahrzeug feststehende Werte sind, können durch Versuche bestimmt werden oder auch als Erfahrungszahlen von anderen ähnlichen Schiffen her bekannt sein. Xatürlieh sind für eine bestimmte Schiffsgeschwindigkeit zwei verschiedene Grenzleistungen vorhanden, nämlich eine für weitere Beschleunigung in der bestehenden Fahrtrichtung und eine im allgemeinen andere für die 'Verzögerung, zum Stoppen oder L'msteuern gegen die bestehende Fahrtrichtung. Durch die Erfindung wird die Kraftstoffzufuhr zu den Antriebsmaschinen bei den Manövern so begrenzt, dal.i die zulässige Grenzleistung möglichst erreicht, in keinem Fall aber überschritten werden kann. Diese Begrenzung k;'im durch verschiedene Mittel geschehen, ■/.. I>. (lurch Anschläge an den Brennstoffzufiihrhebehi bei Dieselmotoren oder an den Steuerorganen von Dampfturbinen oder Dampfmaschinen oder auch durch zusätzliche Drosselventile in den Kraftstoffzufuhrleitungt_n. Da, wie oben gesagt; die zulässige Masehincnleisumg l'ür jede Schiffsgeschwindigkeit anders ist, .-0 werden diese Begrenzungsmitlel in 'ihrer Wirkung von der jeweils herrschenden Schiffsgeschwindigkeit abhängig gemacht.

Man kann die für die Durchbildung der Erfindung benötigten Hinrichtungen so ausbilden, daLi die Kommandogabe für die Regelung der AntnVbsniaschineti von Hand erfolgt. In diesem-Fall wird man ein Anzeigeinstrument vorsehen, welches in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung,, der Schiffsgeschwindigkeit und dem beabsichtigten Manöver arbeitet und welches die optimale Leistung ruler Drehzahl der Schiffsmaschine anzeigt. Entsprechend am Angaben die>es liistrumentes kann die Ma.-chinculei-uimg von Hand auf den günstigsten Betriebswert eingestellt werden, bei dem das obenerwähnte Wirbeln- der Propeller im Wasser nicht eintritt. Man kann jedoch die Erfindung auch «.< > diirchführen, dal.i eine Steuereinrichtung vorgesehen wird, welche das beabsichtigte ücsdileuiiigungs- oder Yerzögerungsmanöver selbMtaiig durchführt.

In den Figuren sind in <chematiseher Dar fiu su-lliing Ausfühnirigsbcispielr der Erfindung gezeichnet.

In Flg. ι' ist mit τ eine Kolbendampfmaschine bezeichnet, die einen Propeller 2 antreibt. 3 ist ein Schieber in der Dampfzufuhrleitung der Dampfmaschine. Er dient 5_; zur Einstellung der Maschinenleistung. Dieser Schieber wird durch einen Verstellhebel 4 betätigt, der im festen Drehpunkt 5 gelagert ist. Die Öffnung des Schiebers ist begrenzt durch ein als Anschlag dienendes Kurven- 7c stück 6. Dieses Kurvenstück ist durch ein Logg verstellbar, derart, daß es je nach der Schiffsgeschwindigkeit den Schieber 3. mehr oder weniger schließt. Das Logg ist in der Figur scheuiatisch durch den Hebel 7 dar- 7f gestellt, der im JAmkt S drehbar gelagert ist und mit seinem äußeren Ende 9 über den Schiffsrumpf hinaus in das Fahrwasser reicht. Die beiden Federn 10 sind bestrebt, den Hebel 7 und damit das Kurvenstück 6 in So seiner Mittellage zu halten. Das am Schiffskörper vorbeifliegende Wasser übt auf das äußere .Hebeleilde 9 einen Druck aus, der in Richtung und Größe von der Fahrtrichtung und Fahrtgeschwindigkeit abhängig ist. Dadurch wird für jede 'Fahrtgeschwindigkeit eine besondere Lage des Kurvenstückes 6 eingestellt und damit die Leistungszufuhr bei entsprechender Formgebung des Kurven-Stückes in der gewünschten Abhängigkeit von der Fahrtgeschwindigkeit begrenzt.

Das Kurvenstück O in Fig. 1 ist so gezeichnet, wie es im Prinzip für die Umsteuerung von Yorausfahrt in Rückwärts- ■ fahrt notwendig wäre, d. h. bei großer Vorausgeschwindigkcit kann *nur wenig Leistung zugeführt werden. Für den umgekehrten Fall, für das l'msteuern von Rückwärtsfahrt in Vorwärtsfalirt oder für das Beschleunigen des Schiffes nach voraus, muß das Kurvenstück eine andere Form.bekommen, etwa wie es in 'Fig. ι als'Teil (j" gestrichelt eingezeichnet ist. Die beiden Kurvenstücke werden zweckmäßig mit dem L'msteuergestäuge der Maschine so gekuppelt, dal.i jeweils das für das gewünschte Manöver ■ maßgebende zwangsläufig in Eingriff ist.

Bringt man an dem Yerstellhebel 4 eine Feder ii an, die für dauernden Krattschlul.i zwischen dem Anschlagstück des Schiebers 3 und dem Kurvenstück O bzw. d" sorgt, so erfolgt die Einstellung der maximalen Sehieberöffntiug selbsttätig. Sobald also die Kraftzufuhr" zu der Maschine ι durch keine anderen Ventile oder Schieber mehr behindert wird. wird das Schiff je nach der !einstellung der Masehiiiensteuerung auf die schnellste Weise umgesteuert oder beschleunigt. Der Schiebet^ •-raucht in diesem Fall nicht identisch zu sein nit dem Regclsehieher der Maschine, mit Il-IH die l.eNtiuig beim Dauerbetrieb eiiiLfe-U-IIl wird. An Sielle des

kann natürlich auch ein Kurbelgetriebe verwendet werden, wie es bei Dampfmaschinensteuerungen ζ. Β. üblich ist.

Eine Einrichtung nach dem beschriebenen Beispiel verhindert zwar, daß dem Propeller eine Leistung zugeführt werden kann, die ein Wirbeln zur Folge haben muß. Bei See-• schiffen kann jedoch der Fall eintreten, daß die Schraube infolge hohen Seeganges aus ίο dem Wasser austaucht. Der Propeller beschleunigt sich dann sehr schnell, und es besteht die Möglichkeit, daß er bis zum vollständigen Wiedereintauchen schon eine so hohe Drehzahl angenommen hat, daß er nicht mehr richtig zu fassen vermag und zu wirbeln beginnt, obwohl die Leistung der Antriebsmaschine nicht den Anlaß dazu gegeben hat.

Diesen Nachteil vermeidet eine Anordnung, bei der nicht die Leistung der Antriebsmaschine, sondern deren maximal zulässige Drehzahl in 'Abhängigkeit von der Schiffsgeschwindigkeit angezeigt bzw. eingestellt wird. Leistung und Drehzahl sind beim normalen Betrieb nach einer stetigen Funktion \-oneinander abhängige Größen, derart, xlaß mit steigender Drehzahl auch die Leistung steigt. Dieses Gesetz gilt bis zum Einsatz der Wirbelung, bei der die Leistung nicht mehr im gleichen Grade mit der Drehzahl zunimmt, sondern im Gegenteil merklich kleiner sein kann als bei einer niedrigen Drehzahl. Wenn also die Drehzahl des Propellers während des S teuer Vorganges dauernd gerade unter dem Wert gehalten wird, bei dem für die augenblickliche Schiffsgeschwindigkeit Wirbeln eintritt, so wird dieses Manöver mit • der größtmöglichen Wirkung durchgeführt.

Ein Anwendungsbeispiel dieses Erfmdungsgedankens ist in Fig. 2 gegeben. Hier arbeitet eine T.urbine2i auf den Propeller 22. Von der Verbindungswelle 23 wird eine Tachometerdynamo 24 angetrieben, die eine der Drehzahl proportionale Spannung gibt. Die Schiffsgeschwindigkeit wird mit dem Staudruckmesser 25 in Richtung und Größe gemessen und durch geeignete Mittel, z.B. durch Widerstände, in einer elektrischen Größe ausgedrückt, die unmittelbar den vorgeschriebenen Maximalwert der Schraubendrehzahl wiedergibt.

Es ist auch möglich, die Messung des Staudruckes in einem instrument und die Umwandlung dieses Meßwertes in den vorgeschriebenen Maximalwert der Schraubendrehzahl in einem zweiten Instrument vorzunehmen.

Iu dem Kreuzspul instrument 26 werden die Anzeigespaimung des Staudruckmessers 25, die den Sollwert der Propellerdrehzahl angibt, und die Spannung der Tachometerdynamo 24, die ein Maß für die tatsächliche Propellerdrehzahl darstellt, miteinander verglichen. Das Instrument ist nur dann in der Nullstellung, wenn die beiden Werte übereinstimmen, wenn also die Propellerwelle die vorgeschriebene Maximaldrehzahl inne hat. Ist dies nicht der Fall, so zeigt das Kreuzspulinstrument einen Ausschlag nach der einen oder anderen Seite, je nachdem, ob der Propeller zu schnell oder noch nicht mit seiner günstigsten Drehzahl läuft. Auf Grund dieser Anzeige kann dann die Leistungszufuhr der Turbine 21 eingeregelt werden. Falls man das Kreuzspulinstrument 26 mit zwei Kontaktpaaren 27 und 28 ausrüstet, kann es auch zur selbsttätigen Einstellung der optimalen Maschinendrehzahl verwendet werden, indem durch die Kontakte sinngemäß der Regler 29 der Turbine so beeinflußt wird, daß er mehr oder weniger Dampf eintreten läßt.

Die maximal zulässige Leistung oder Drehzahl der Propeller ist nicht nur von der Geschwindigkeit des Schiffes abhängig. Eine große Rolle spielt auch noch der Tiefgang des Schiffes. Bei kleinem Tiefgang liegen die Propeller nur wenig unter der Wasseroberfläche oder sie tauchen zum Teil aus. Dann ist die übertragbare Leistung natürlich kleiner, als wenn die Propeller bei vollem Tiefgang des Schiffes tiefer im Wasser liegen. Auch die Mächtigkeit und die Art des Schiffsbewuchses haben einen gewissen Einfluß auf die Verhältnisse. Diese Faktoren ändern sich jedoch nur langsam und können durch eine'Korrektur berücksichtigt werden. Bei dem Beispie! der Fig. 1 kann z. B. der Teil des Hebels 7, der zwischen Drehpunkt 8' und Kurvenstück 6 liegt, verlängert werden, wenn das Schiff mit kleinerem als normalem Tiefgang fährt. Durch diese Maßnahme wird eine Anpassung der Leistungszufuhr an die geänderten Verhältnisse erreicht. Bei elektrischen Übertragungsgliedern kann die Korrektur z. B. durch Zuschalten von Widerständen in geeignete Meß- oder Steuerstromkreise geschehen.

Claims (4)

1. .Patentansprüche:

   i. Sicherung der Leistungsregelung von Antriebsmaschinen für Wasserfahrzeuge bei Reschleunigungs- oder Verzögerungsmanövern, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Relativgeschwindigkeit des Schiffes gegenüber dem Wasser abhängiges Anzeige- oder Regel instrument vorgesehen ist, welches einen für das jeweils beabsichtigte Manöver zum einwandfreien Arbeiten des Propellers im Wasser gerade noch maximal zulässigen Betriebswert (Leistung oder Drehzahl der Antriebsmaschine) ermittelt, nach welchem die

   Leistung oder Drehzahl der Antriebsmaschine selbsttätig oder von Hand einzustellen ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch ein Anzeigeinstrument, welches in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung, der Schiffsgeschwindigkeit und dem beabsichtigten Manöver arbeitet und die maximal zulässige Leistung oder Drehzahl der Schiffsantriebsmaschine anzeigt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umsteuern von Vorwärts- auf Rückwärtsgang ■ oder umgekehrt jeweils ein besonderes Regelinstrument durch das Umsteuergestänge zwangsläufig eingestellt wird.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem von der Geschwindigkeit, Fahrtrichtung und dem jeweiligen Manöver abhängigen Regelinstrument der durch einen Schiffsgeschwindigkeitsmesser gebildete Sollwert mit dem Istwert der zu regelnden Betriebsgröße (Leistung oder Drehzahl) verglichen wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen