DE69204919T2 - Lagesteuerungsgerät für einen Ruderapparat, insbesondere eines Schiffes. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lagesteuerungsgerät für einen Ruderapparat, insbesondere eines Schiffes.
• Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf solche Steuerungsgeräte, die zwei doppelt wirkende Stellzylinder aufweisen, die mit den Enden einer Ruderstange des Apparats verbunden sind und an Druckfluidversorgungseinrichtungen angeschlossen sind, deren Betrieb gesteuert wird durch Einrichtungen zum Regeln der Lage des Apparats auf eine Soll-Lage.
• Derartige bekannte Vorrichtungen weisen eine Reihe von Nachteilen einerseits hinsichtlich ihrer Struktur und andererseits hinsichtlich neuer Funktionen auf, die der Ruderapparat erfüllen soll.
• Die Druckfluidversorgungseinrichtungen der Stellzylinder umfassen ein oder mehrere Fluidpumpen, und man muß die Zahl der Fluidschaltglieder in den Versorgungsleitungen der Zylinder erhöhen, um eine schnelle Rekonfiguration des Systems, z.B. nach einer Störung, zu ermöglichen. Dies erhöht jedoch die Komplexität der Leitungen und die Leckgefahr.
• Außerdem wird diese Art von Ruderapparaten in zunehmendem Maße eingesetzt, um zur Stabilisierung und zur Dämpfung der Bewegungen z.B. eines Schiffes beizutragen, welches Wellenbewegungen, z.B. des Meeres ausgesetzt ist.
• Folglich arbeiten diese Apparate ständig dynamisch mit hohen Winkelgeschwindigkeiten, doch ist bei den bekannten Ruderapparaten kein besonderes Mittel vorgesehen, um einen optimalen Betrieb dieser Apparate unter solchen Bedingungen zu ermöglichen.
• Aus den Druckschriften FR-A-2 058 953 und US-A-3 741 073 sind z.B. Lagesteuerungsgeräte für einen beliebigen Apparat wie etwa ein Flugzeugruder bekannt, die Stellzylinder aufweisen, die an Druckfluidversorgungseinrichtungen angeschlossen sind, deren Betrieb durch Regeleinrichtungen auf eine Soll-Lage eingestellt wird.
• Die Strukturen dieser Geräte sind jedoch relativ komplex, und sie weisen sehr lange Antwortzeiten auf.
• Aufgabe der Erfindung ist daher, diese Probleme zu lösen, indem ein Lagesteuerungsgerät für einen Ruderapparat vorgeschlagen wird, das einfach und zuverlässig ist und eine optimale Stabilisierung der Lage dieses Apparats sicherstellen kann.
• Zu diesem Zweck ist Gegenstand der Erfindung ein Lagesteuerungsgerät für einen Ruderapparat eines Schiffes nach Anspruch 1.
• Die Erfindung ist besser zu verstehen anhand der nachfolgenden Beschreibung, die lediglich als Beispiel dient und auf die beigefügten Figuren Bezug nimmt. Es zeigen:
• - Figur 1 ein synoptisches Schema eines erfindungsgemäßen Steuerungsgeräts;
• - Figur 2 ein Schema, das die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Steuerungsgeräts verdeutlicht; und
• - Figur 3 eine partielle Schnittdarstellung des mechanischen Teils eines erfindungsgemäßen Steuerungsgeräts.
• Wie man in Figuren 1 und 2 sehen kann, umfaßt ein erfindungsgemäßes Lagesteuerungsgerät für einen Ruderapparat, z.B. eines Schiffes, zwei doppeltwirkende Stellzylinder 1 und 2, deren Kolbenstangen mit den Enden einer Ruderstange des Apparats verbunden sind, die in den Figuren mit dem allgemeinen Bezugszeichen 3 belegt ist. Dieser Ruderapparat weist eine herkömmliche Struktur mit einer Ruderstange auf, mit der das (nicht dargestellte) Ruder in einer gewünschten Lage gehalten werden kann.
• Die Stellzylinder 1 und 2 sind mit Druckfluidversorgungseinrichtungen verbunden, die in Figur 1 allgemein mit dem Bezugszeichen 4 belegt sind, und deren Funktion durch Einrichtungen 5 zum Regeln der Lage des Apparats auf eine Soll-Lage gesteuert wird. Diese Steuereinrichtungen 5 haben eine Struktur bekannter Art und umfassen z.B. einen herkömmlichen PID-Regler.
• Erfindungsgemäß umfassen die Druckfluidversorgungseinrichtungen 4 der Zylinder eine jedem Stellzylinder 1 und 2 zugeordnete Versorgungsgruppe, wobei diese Gruppen jeweils mit den Bezugszeichen 6 bzw. 7 belegt sind. Diese Gruppen haben bekannte Strukturen und umfassen beispielsweise hydraulische Pumpen, deren Betrieb über den Ausgang der Steuereinrichtungen 5 gesteuert wird.
• Ferner umfaßt das erfindungsgemäße Steuerungsgerät auch Ausgleichseinrichtungen 8 zum Ausgleichen der Fluidversorgungsdrücke der Stellzylinder am Ausgang dieser Gruppen, mit denen die Steuerung der Stellzylinder ausgeglichen und die Lage des Apparats stabilisiert wird.
• Wie man insbesondere in Fig. 2 erkennt, umfassen die Ausgleichseinrichtungen 8 vorteilhafterweise zwei doppelt wirkende Ausgleichszylinder, die mit den Bezugszeichen 9 und 10 belegt sind, gegenläufig montiert sind, und deren Kolbenstangen in Translation fest verbunden sind. Jeder dieser Ausgleichszylinder 9 und 10 ist parallel zu einem der Stellzylinder 1 bzw. 2 angeschlossen, so daß er gleichzeitig mit diesem mit Druckfluid versorgt wird.
• Das erfindungsgemäße Gerät umfaßt ferner einen linearen Lageaufnehmer 11 für die Lage der Stangen der Ausgleichszylinder, dessen Ausgang an Regeleinrichtungen 12 zum Regeln des Betriebs wenigstens einer der Zylinderversorgungsgruppen, in diesem Fall der Gruppe 6, angeschlossen ist, um die Steuerung der Stellzylinder auszugleichen und die Lage des Ruderapparats durch Einwirken auf den Ausgangsdruck dieser Gruppe zu stabilisieren.
• Man erkennt, daß die Stellzylinder 1 und 2 durch die Gruppen 6 und 7 in Abhängigkeit vom in den Regler eingegebenen Lagesollwert und der tatsächlichen Lage der Ruderstange versorgt werden. Diese Lagen werden durch beliebige bekannte Einrichtungen eingegeben bzw. gemessen.
• Da die Versorgung der Zylinder 1 und 2 mittels unterschiedlicher, getrennter Pumpen stattfindet, müssen Einrichtungen zum Ausgleichen der Drücke und Ausgangsdurchsätze dieser Gruppen vorgesehen werden, um eine gute Lagestabilisierung des Ruderapparats zu erreichen. Dies wird erzielt durch Ausgleichseinrichtungen, die Ausgleichszylinder 9 und 10 umfassen, die parallel zu den Zylindern 1 und 2 angeschlossen sind. Im Fall eines Ungleichgewichts zwischen den Ausgangsdrücken P1 und P2 der Gruppen 6 bzw. 7 entsteht ein Ungleichgewicht zwischen den auf die Kolben der Ausgleichszylinder 9 und 10 ausgeübten Kräften, so daß diese sich verschieben, um das Ungleichgewicht automatisch auszugleichen. Die Verschiebung dieser Kolben bringt eine Verschiebung ihrer Stangen mit sich, und diese Verschiebung wird durch den Lageaufnehmer 11 gemessen. Dessen Ausgangssignal wird verwendet, um den Betrieb einer der Versorgungsgruppen über den Regler 12 zu regeln.
• Es ist zu erkennen, daß mit dem erfindungsgemäßen Gerät nicht nur die Fluidversorgungsdrücke der Stellzylinder der Ruderstange kompensiert werden können, sondern darüber hinaus jedes Ungleichgewicht, so daß eine optimale Stabilisierung des Ruderapparats erreicht wird.
• Außerdem kann hierdurch eine sehr kurze und von der Antwortzeit der Lageregelschleife des Systems unabhängige Antwortzeit erzielt werden.
• Ferner ermöglicht eine solche Struktur eine optimale Ausnutzung des Ruderapparats des Schiffes zu Zwecken der Stabilisierung des Schiffes.
• In Figur 3 ist eine Ausgestaltung des mechanischen Teils eines erfindungsgemäßen Geräts gezeigt.
• Man erkennt in dieser Figur die Ausgleichszylinder 9 und 10, deren Ausgangsstangen 9a und 10a über eine Verbindungsstruktur 13 verbunden sind, die in ihrem oberen Bereich ein Mitnehmerelement 14 für den beweglichen Abschnitt 15 des Lageaufnehmers 11 der Zylinderstangen aufweist. Das Mitnehmerelement 14 ist verschiebbar an einer Führungsstange 16 montiert.
• Selbstverständlich sind andere Ausgestaltungen dieses mechanischen Teils denkbar.
• Obwohl in der Ausgestaltung ein Regler 12 dargestellt ist, mit dem der Betrieb der Versorgungsgruppe 6 des Zylinders 1 geregelt werden kann, kann selbstverständlich dieser Regler auch in die Steuerstrecke der Versorgungsgruppe 7 des Zylinders 2 integriert werden.
• Schließlich können auch andere Ausgleichseinrichtungen wie etwa Ausgangsdruckkomparatoren für die Gruppen 6 und 7 verwendet werden, wobei das Ausgangssignal dieser Komparatoren zum Ansteuern des Reglers 12 verwendet wird.

Claims (2)

1. Lagesteuerungsgerät für einen Ruderapparat eines Schiffes, mit zwei doppelt wirkenden Stellzylindern (1, 2), die mit den Enden einer Ruderstange (3) des Apparats verbunden und an Druckfluidversorgungseinrichtungen (4) angeschlossen sind, deren Betrieb gesteuert wird durch Einrichtungen (5) zum Regeln der Lage des Apparats auf eine Soll-Lage, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfluidversorgungseinrichtungen der Stellzylinder zu jedem Stellzylinder (1, 2) eine Versorgungsgruppe (6, 7) aufweisen, und daß das Gerät Ausgleicheinrichtungen (8) zum Ausgleichen der Fluidversorgungsdrücke der Stellzylinder (1, 2) am Ausgang dieser Gruppen umfaßt, um die Steuerung der Stellzylinder (1, 2) auszugleichen und die Lage des Apparats zu stabilisieren, und daß die Ausgleicheinrichtungen zwei entgegengesetzte doppelt wirkende Ausgleichzylinder (9, 10) , deren Stangen (9a, 10a) in Translation fest verbunden sind und die jeweils parallel zu einem der Stellzylinder (1, 2) angeschlossen sind, sowie einen Lageaufnehmer (11) zum Erfassen der Lage der Stangen der Ausgleichzylinder (9, 10) umfassen, dessen Ausgang an Einrichtungen (12) zum Regeln des Betriebs wenigstens einer der Versorgungsgruppen (6, 7) angeschlossen ist, um die Steuerung der Stellzylinder auszugleichen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lageaufnehmer ein Linearaufnehmer ist.