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Steuerung von Schiffsruderanlagen Die Steuerungen von Ruderantrieben
werden häufig als Wegsteuerungen ausgebildet"d. h. so, daß eine Verdrehung ides
Steuerrades auf ider Kommandobrücke @um einen bestimmten Winkelweg ein Nachlaufen
edles Ruders um einen entsprechenden Winkelweg zur Folge hat. Es sind mehrere Systeme
dieser Art bekannt, z. B. Steuerorgane im@it Kontaktapparaten, Potentiometerschaltungen,
Drehfeldgeber-und Empfängersysteme. Diese bekannten Systeme sind aber zum Teil verhältnismäßig
aufwändig, zum Teil haben sie andere Nachteile.
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Durch (die Erfindung lassen sich derartige Anlagen bei voller Wahrung,
te,idweise sogar Verbesserung der Betriebssicherheit, Schnelligkeit und Genauigkeit
ihres Arbeitens wesentlich vereinfachen und verbilligen. Erfindungsgemäß werden
an den Enden mindestens eines Teils der Steuerleitungen an der Kommandostelle einerseits
und im Ruderraum andererseits Impulsgeber bzw. Impulsempfänger angeordnet. Die Kommandos
werden z. B. an der Kommandostelle in Impulse und im Ruderraum die Impulse wieder
in Kommandos für die Steuerorgane des Rudermotors übersetzt, oder es wird, was unter
Umständen noch vorteilhafter ist, an der Kommandostelle der Befehl zum Ingangsetzen
des Ruderantriebs vorgegeben, und die Impulse werden vomRuderschaft, abhängig von
der Bewegung des Ruderblattes bzw. -schaftes, zur Kommandostelle zurückgegeben,
wodurch die Ausführung des Befehls quittiert und mit der Beendigung der Impulsfolge
zugleich beendet wird.
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Durch die hier erstmals vorgeschlagene Anwendung einer Impulssteuerung
bei Schiffsruderanlagen wird vor allem der besondere Vorteil erzielt, daß eine solche
Anlage bei Leitungsunterbrechurig oder Schiffsschluß keine gefährlicl-)en Fehlkommand,os
übermittelt. Außerdem ist er insbesondere für Leitungen erforden1nche Aufwand wesentlich
geringer als bei, den bekannten Systemen.
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Im folgenden ist die Erfindung im einzelnen an Hand einiger Ausführungsbeispiele
erläutert.
Bei dem in Fig. i dargestellten Ausführungsbeispiel ist
i das Steuerrad auf der Kommandobrücke, 2 der auf dem Schaft des Ruders sitzende
Ruderquadrant, 3 der Rudermotor, der von einem Leonardgenerator 4 gespeist wird.
Statt eines Rudermotors kann hier wie bei den übrigen Ausführungsbeispielen auch.
eine andere, z. B. eine hydraulische Antriebseinrichtung für das bzw. die Ruder
vorgesehen sein.
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Mit dem Steuerrad i sind zwei gemeinsam drehbare Kontaktbahnen 5,
6 gekuppelt, die mit einem koaxial dazu gelagerten, unabhängig davon drehbaren Schleifkontakt
7 zusammenarbeiten. Der Schleifkontakt läßt sich mittels eines Nachdrehmotors 8
verstellen, der über je ein Schaltschütz 9 (für Linkslauf) und io (für Rechtslauf)
gesteuert wird. Der Nachdrehmo r 8 ist gleichzeitig Antrieb für die Impulsgeberkontakte
ii (für Backbord) und 12 (für Steuerbord). An der Kommandostelle befinden sich ferner
Abhängigkeitskontakte 13 und 14, die mit der Kommandoeinrichtung derart gekuppelt
sind, daß die Kontakte 13 bei Nullstellung des Steuerrades geschlossen sind; während
die Kontakte 14 geschlossen sind, wenn die Kontaktbahnen 5 und 6 symmetrisch zum
Schleifkontakt 7 stehen. Sie steuern die Schaltschütze 15 (für Linkslauf) und 16
(für Rechtslauf) eines Rückdrehmotors 17, welcher Impulsgeberkontakte 18 (für Bb)
und i9 (für Stb) antreibt. Die Teile 15 bis i9 lassen sich gewünschtenfalls auch
im Ruderraum anordnen.
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Im Ruderraum befindet sich als Empfangseinrichtung ein für zwei Arbeitsrichtungen
geeignetes Schrittschaltwerk 20 mit den Drehmagneten 21 (für Bb) und 22 (für Stb).
Das Scbaltwerk bewegt die beiden gemeinsam drehbaren Kontaktbahnen 24 und 25. Jedes
Anziehen und Abfallen eines der beiden Magnete der Schrittschaltwerke entspricht
einer Weiterbewegung der Kontaktbahn um einen kleinen Schritt. An die beiden Kontaktbahnen
ist im Ausführungsbeispiel die unterteilte Erregerwicklung des Leonardgenerators
4 angeschlossen. Die Einschaltung der Erregung geschieht durch einen unabhängig
von den Kontaktbahnen koaxial zu diesen gelagerten Schleifkontakt 26, der beim Ruderlegen
nach Bb über die Kontaktbahn 24, beim Ruderlegen nach Stb über die Kontaktbahn 25
gleitet und mit dem Ruderschaft durch einen Seiltrieb 27 od. dgl. gekuppelt ist.
Zwecks Regelung der Geschwindigkeit in zwei Stufen können Vorkontakte 28 und Vorwiderstände
29 im Feldstromkreis vorgesehen werden. Die Bewegung des Quadranten zwischen seinen
Endstellungen wird durch Endschalter 3o begrenzt. Zusammen mit dem Schleifkontakt
26 wird, ebenfalls. vom Ruderschaft aus, ein mit ihm fest verbundener Schleifkontakt
3 i bewegt, der über die festen Kontaktbahnen 32, 33 gleitet und sich bei Mittschiffslage
des Ruderblattes genau zwischen den Kontaktbahnen 32, 33 befindet, so daß die Verbindung
unterbrochen ist.
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In der Zeichnung sind alle Kontakte in derjenigen Lage dargestellt,
die sie bei Mittelstellung des Steuerrades auf der Brücke und des Ruderschaftes
im Ruderraum einnehmen. Die Steuerung befindet sich daher in Ruhe. Wird das Steuerrad
z. B. in Richtung Backbord gedreht, so gleitet der Schleifkontakt 7 auf die Kontaktbahn
5. Der Nachdrehmotor 8 wird über das Schütz 9 eingeschaltet und dreht die Kontaktbahnen
5 und 6 in der Drehrichtung ides Schleffkontaktes 7 so lange nach, bis wieder die
Anfangsstellung erreicht ist. Außerdem bewegt der Nachdrehmotor 8 den Impulsschalter
i i. (Der Impulsschalter 12 erhält keine Spannung, da sein Stromkreis durch den
Schleifkontakt 7 unterbrochen ist.) Im gleichen Takt und mit derselben Geschwindigkeit
werden durch das Schrittschaltwerk 2o auch die Kontaktbahnen 24 und 25 bewegt. Durch
Auflaufen des Kontaktes 26 auf die Kontaktbahn 24 wird der Steuergenerator 4 erregt,
und der Rudermotor 3 läuft an. Durch Drehung des Ruderschaftes mit dem Quadranten
2 wird der Schleifkontakt 21 über den Seiltrieb 27 nachgedreht, und zwar in der
gleichen Richtung wie die Kontaktbahnen 24 und 25. Hat der Kontakt 26 die Anfangsstellung
wieder erreicht, so ist die Erregung des Steuergenerators unterbrochen, und der
Antrieb steht still. Beim Ruderlegen nach Steuerbord treten die dieser Steuerrichtung
zugeordneten Schaltorgane in Funktion, d.- h. also Kontaktbahn 6, Schütz io, Impulsschalter
12 und Schaltwerk 21.
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Damit die Kontaktbahnen 5 und 6 im Steuerstand und 24 und 25 am Ruderantrieb
immer synchron laufen, derart, daß bei beendetem Steuermanöver Sollruderwinkel und
Istruderwinkel immer übereinstimmen, ist eine Rückdrehvorrichtung vorgesehen, die
selbsttätig die Mittelstellung der Kontaktbahnen in der Nullage der Steuerung korrigiert.
Wenn also bei Sollruderwinkel o die Steuerung nicht genau auf dem Istruderwinkel
o geregelt hat, steht der Kontakt 31 nicht genau zwischen den Kontaktbahnen 32 und
33, sondern ist noch mit einem von diesen beiden verbunden. Dadurch wird ein Steuerbefehl
über die Abhängigkeitskontakte 13 und 14, die bei Sollruderwinkel o geschlossen
sind, an das Schütz 15 bzw. 16 gegeben. Der Motor 17 bewegt dann die Impulsgeberkontakte
1$ bzw. ig, die die erforderlichen Korrekturimpulse an das Schrittschaltwerk 20
bzw. 21 weitergeben. Statt des gezeichneten motorischen Impulsgebers für die selbsttätige
Rückführung kann, ebenso wie für den Nachdrehmotor 8, auch ein magnetischer Impulsgeber
gewählt werden, der sich, wie schon erwähnt, sowohl am Steuerstand als auch an der
Nachdreheinrichtung im Ruderraum anbringen läßt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig.2 dargestellt. Auch hier
ist das Steuerrad auf der Kommandobrücke mit i und der Ruderquadrant mit 2 bezeichnet.
Die Antriebseinrichtung für das Ruder ist hier nicht mit dargestellt. Am Steuerstand
auf der Brücke befindet sich ein mehrpoliger Steuerschalter 41 bis 46, der durch
das Steuerrad entweder direkt oder über ein Getriebe mittels Rutschkupplung oder
Klinkenrad oder ein ähnliches Antriebsorgan :betätigt wird, und zwar so
lange,
wie sich das Rad in Bewegung befindet. Bei Stillstand des Rades werden die einzelnen
Pole des Steuerschalters durch Federkraft selbsttätig in die Anfangsstellung zurückgeführt.
Weiterhin sind zwei Impulsschalter 47, 48 vorhanden, die vom Handrad entweder direkt
oder über ein Getriebe so lange betätigt werden, wie sich das Rad in Bewegung befindet.
Die Zahl der Impulse ist somit von der Größe des eingestellten Sollruderwinkels
abhängig.
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Im Ruderraum befinden sich zwei Steuerschütze 49 (für Bb) und 50 (für
Stb), die entweder direkt den Rudermotor oder den Erregerkreis eines Leonardantriebs
steuern. Jedes Schütz ist mit öffnungs- und Schließkontakten ausgerüstet, die von
den Schützen gesteuerten Stromkreise sind nicht mit dargestellt. Ferner befinden
sich im Ruderraum zwei gekuppelte Wähler 5 i, 52, wie sie in der Fernmeldetechnik
verwendet werden, je einer für eine Steuerrichtung. Sie empfangen die vom Impulsgeber
ausgesandten Impulse und stellen ihre Kontaktarme auf die dem geforderten Ruderwinkel
zugeordneten Kontakte. Weiterhin ist ein besonderer Wähler mit zwei Kontaktbahnen
53, 54 vorhanden, der mit dem Ruderschaft mechanisch gekuppelt ist; die beiden Kontaktbahnen
53, 54 sind mit den beiden anderen Steuerwählern elektrisch verbunden; die Kontaktarme
werden vom Ruderschaft so lange nachgedreht, bis die 'Übereinstimmung mit den anderen
Steuerwählern 51, 52 erreicht ist. In dieser Lage wird das gerade eingeschaltete
Steuerschütz zum Abfallen gebracht und dadurch der Ruderantrieb stillgesetzt. Durch
einen oder mehrere Abhängigkeitskontakte 55 am Ruderquadranten ist für die Korrektur
der.Mittschiffslage gesorgt.
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Zwei weitere Impulsschalter 56, 57 arbeiten als Selbstunterbrecher
mit konstanter Frequenz und dienen zur Abgabe von Korrekturimpulsen für die selbsttätige
Nachstellung des Ruderblattes in der Mittschiffslage bei Stillstand der übrigen
Steuerung.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise möge als Beispiel ein Backbordrudermanöver
dienen. Wird das Steuerrad i nach Bb gedreht, so wird der Steuerschalter 4i nach
Art eines Schleppkontaktes geschlossen, öffnet sich aber, wie oben erwähnt, bei
Stillstand des Rades selbsttätig wieder durch Federkraft. Der Stromkreis des Bb-Steuerschützes
49 ist dann über Steuerschalter 4i, Verriegelungsschalter 58 am Steuerbordschütz
49 und Vorwiderstand 59 geschlossen. Das Schütz hält sich über seinen Selbsthaltekontakt
6o angezogen. Während der Drehung des Steuerrades i wird der Impulsschalter 47 entsprechend
dem verlangten Ruderwinkelweg betätigt. Die Steuerimpulse gelangen auf den Bb-Impulsempfänger
6i, der den Kontaktarm des Wählers 51 und damit auch den des Wählers 52 auf den
dem verlangten Ruderwinkel zugeordneten Kontakt dreht. Der Wähler, dessen Kontaktbahn
53 mit den Kontakten des Wählers 5 i parallel geschaltet ist, wird nun vom Ruderschaft
aus nachgedreht, bis die Stellungen beider Wähler übereinstimmen. Dann ist das Schütz
49 kurzgeschlossen, fällt ab und setzt den Ruderantrieb still.
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Beim Ruderlegen in Richtung Stb arbeitet die Steuerung in der gleichen
Weise. Durch das Schließen des Kontaktes 43 wird bei Bewegung des Steuerrades in
Stb-Richtung zunächst sichergestellt, daß das Bb-Schütz ausgeschaltet ist.
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Da es unter Umständen vorkommen kann, daß nicht alle Steuerimpulse
wirksam sind und deshalb bei Mittelstellung des Steuerrades und Stillstand der Steuerung
das Ruder nicht in der Mittschiffslage liegt, ist ein Kontakt 55 am Ruderquadranten
und ein weiterer 45 am Steuerstand vorgesehen, über die mit dem getrennten und mit
konstanter Frequenz arbeitenden Impulsgeber 56 so lange Korrekturimpulse gegeben
werden, bis wieder Übereinstimmung zwischen den Lagen von Steuerrad und Ruderquadrant
herrscht.
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Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung
ist in Fig.3 dargestellt. i ist wiederum das Steuerrad auf der Kommandobrücke, 2
der Räderquadrant, 3 der Rudermotor und 4 der diesen speisende Leonardgenerator:
Das am Steuerstand auf der Brücke angeordnete Steuerrad i steuert über eine Zahnradübersetzung
ein System 70 von Nockenkontakten a bis e. Die Kontakte d und e sind auf
einem mit der Nockenwelle verbundenen beweglichen Arm 69 befestigt: Die Kontakte
a und b sind in der Nullage geschlossen, der Kontakt c in einem kleinen Winkel-Bereich
um die Nullage herum geöffnet. Beim Bb-Ruderlegen ist der Kontakt e und beim Stb-Ruderlegen
der Kontakt d geschlossen; während bei Stillstand des Antriebes beide Kontakte offen
sind. Ein ebenfalls zweckmäßig am Steuerstand angeordnetes Schrittschaltwerk mit
zwei Magnet-Systemen 74 72 für zwei Drehrichtungen steuert über eine Zahnradübersetzung
ein Nockensystem 73 mit den Nockenscheiben der beweglichen Kontakte d und e sowie
den Nockenscheiben der Kontakte f und g. Durch eine Meldelampe 74 wird die Betriebsbereitschaft
der Anlage angezeigt.
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Im Ruderraum ist ein vom Ruderschaft 2 aus angetriebener Ruderfolgeschalter
75 vorgesehen, der folgende Einzelteile enthält: einen Impulsschalter il, der über
eine Nockenscheibe bei Drehung des Ruderschaftes Impulse abgibt, ferner einen Korrekturschalter
k1, der bei Bb-Auslage des Ruders geschlossen ist, und einen Korrektur-Schalter
k2, der bei Stb-Auslage des Ruders geschlossen ist, weiterhin einen Selbstunterbrecher
mit Impulsschalter i2, der automatisch mit einer bestimmten Frequenz Impulse abgibt,
sobald er über einen der Schalter k1 oder k2 eingeschaltet ist. Es sei noch bemerkt,
daß der Impulsschalter i. fortfallen kann, wenn die durch die Schalter k1 bewirkte
Verbindung nach einem Schritt der Drehmagnete 71 oder 72 mit Sicherheit durch die
Schalter f oder g wieder aufgetrennt werden kann: Weiterhin ist ein von einer Nockenscheibe
gesteuerter Schalter h vorhanden, der in einem schmalen Bereich um die Mittschiffslage
des Ruders geöffnet und sonst geschlossen ist. Ferner sind
zwei
Schütze 76 und 77 vorgesehen, die außer ihren Hauptkontakten noch mit je einem öffnungs-und
Schließkontakt versehen sind und entweder den Erregerkreis eines Leonardantriebs
oder den Rudermotor direkt steuern. Ein Spannungsteiler 78 dient zum Abgreifen der
passenden Spannung für die Magnetsysteme 7 i, 72 und die Schütze 76, 77. Der von
den Schützen gesteuerte Erregerstromkreis des Leonardgenerators ist über zwei Endschalter
79, 8o am Ruderquadranten geschleift. Weiter befindet sich im Erregerkreis ein Vorwiderstand
81, der zur schnellen Verstellung des Ruders überbrückt werden kann.
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Zur Ausführung des Bb-Rudermanövers wird das Steuerrad i nach Bb ausgelegt.
Die Kontakte a und b werden dabei durch die beiden entsprechenden Nockenscheiben
des Nackensystems 70 geöffnet.
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Der bewegliche Kontakt e läuft auf die zugehörige Nockeuscheibe des
Steuersystems 73 auf und wird geschlossen, Kontakt d bleibt offen. Über den Öffnungskontakt
des Schützes 77 erhält das Schütz 76 Spannung und zieht an. Über seine Hauptkontakte
wird der Erregerkreis des Steuergenerators 4 geschlossen, der Rudermotor 3 läuft
an und bewegt über den Ruderquadranten 2 das Ruder nach Bb. Vom Ruderschaft wird
der Ruderfolgeschalter 75 betätigt. Der Impulsschalter il wird wechselweise geschlossen
und geöffnet und gibt über die Leitung, die durch den Schließkontakt des Schützes
76 geschlossen ist, Impulse auf das Magnetsystem 71 des Schrittschaltwerkes. Dieses
verdreht in entsprechender Richtung über die Zahnradübersetzung das Nockensystem
73. Die Kontakte f und g werden geöffnet. Der bewegliche Kontakt d bleibt ebenfalls
offen. Der bewegliche Kontakt e bleibt so lange geschlossen, bis die zu ihm gehörige
Nockenscheibe dieselbe Winkellage erreicht hat; die der Kontakt e einnimmt, d. b.
bis der Istruderwinkel mit dem vorgegebenen Sollruderwinkel übereinstimmt.
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Wird nach Beendigung des Rudermanövers das Steuerrad i wieder in die
Nullage gedreht, so werden die Kontakte a und b geschlossen. Der bewegliche Kontakte
bleibt geöffnet, dagegen schließt der Kontakt d. Über den Öffnungskontakt des Schützes
76 bekommt nun die Schützspule des Schützes 77 Spannung, und das Schütz 77 zieht
an. Der Erregerkreis des Generators 4 wird dadurch in entgegengesetzter Richtung
geschlossen und bewegt den Ruderquadranten in Richtung Stb auf die Mittschiffslage
zu. Der Impulsschalter il gibt nun über den Schließkontakt des Schützes 77 Impulse
an das Magnetsystem 72 des Schrittschaltwerkes; so daß das Nockensystem 73 im Sinne
der Stb-Richtung auf die Nullage zu verdreht wird. Der bewegliche Kontakt d bleibt
so lange geschlossen, bis das Magnetsystem 73 in die Nullage nachgedreht worden
ist. Dann öffnet der Kontakt d, während die Kontakte f und g schließen. Durch Öffnen
von d fällt das Schütz 77 ab und setzt den Antrieb still. (Ein Stb-Manöver
erfolgt sinngemäß in umgekehrter Folge.) Sowohl die vom Handrad i als auch die v
otn Schrittschaltwerk bewegten Nockenscheiben 73 befinden sich nun in der Nullage.
Sollte das Ruder infolge Ausfallens eines Impulses oder durch Zusammenfallen zweier
Impulse tatsächlich nicht in der Mittschiffslage, sondern z. B. noch etwas in Bb-Richtung
verdreht stehen, so tritt die automatische Korrektur der Mittschiffslage wie folgt
in Tätigkeit.
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Im Ruderfolgeschalter 75 ist (bei einer Bb-Abweichung von der Nullage)
der Schalter k1 geschlossen, im Steuerstand auf der Brücke sind aber bereits die
Kontakte b und f geschlossen. Der Impulsgeber i. schickt einen Korrekturimpuls zu
dem Magnetsystem 71 des Schrittschaltwerkes. Dieses dreht um einen Schritt
in der Bb-Richtung. Die Kontakte g und f öffnen und unterbrechen die Korrekturimpulse.
Durch Verdrehen der Nockenscheiben der Kontakte d und e in Bb-Richtung wird der
Kontakt d geschlossen und dadurch das Schütz 77 zum Ansprechen gebracht. Dieses
setzt in der schon beschriebenen Art den Ruderantrieb in Tätigkeit, und zwar so,
daß das Ruder in Richtung Stb auf die Mittschiffslage zu bewegt wird. Das Spiel
wiederholt sich so lange, bis nicht nur das Steuerrad i und das Schrittschaltwerk
in der Nullage stehen, sondern auch das Ruderblatt sich in der Mittschiffslage befindet.
Wie schon erwähnt, kann unter bestimmten Voraussetzungen auch auf den Impulsschalter
i2 verzichtet werden.
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Bei einer Abweichung der Ruderstellung in Stb-Richtung erfolgt die
Korrektur analog über den Korrekturschalter k2 und die Kontakte a und g sowie das
Magnetsystem 72 des Schrittscbaltwerkes.
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Die Kontakte c (im Steuerstand) und lt (im Ruderfolgeschalter) sind
jeweils im Bereich eines kleinen Winkels von z. B. 5° von der Mittschiffslage nach
beiden Seiten geöffnet. Bei größerer Auslage des Handrades i als 5° Stb oder Bb
wird c geschlossen und dadurch der Widerstand 8 1 überbrückt, was eine schnellere
Verstellung des Ruders zur Folge hat. Der im Ruderfolgeschalter befindliche Kontakt
bewirkt, daß die Langsamstufe nur dann eingeschaltet ist, wenn sich sowohl Handrad
als auch Ruder im Bereich von 5° Bb bis 5°' Stb befinden. Dagegen wird bei Rudermanövern
von Hartlage zu Hartlage auch dieser Bereich in der Schnellstufe durchlaufen.
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Es kann unter Umständen auch zweckmäßig sein, die Geschwindigkeit
des Ruderlegens durch Anwendung verschiedener Frequenzen der Impulse zu steuern.
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Weiterhin kann es vorteilhaft sein, durch Aufbringen einer Scheibe
mit einer Gradeinteilung auf der vom Schrittschaltwerk 71, 72 über ein Zahnrad
bewegten Welle des Nockensystems 73 einen einfachen Ruderlageanzeiger zu schaffen,
wobei die Gradeinteilung Bb-seitig und Stb-seitig mit verschieden farbigen Zahlen
gekennzeichnet wird.
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Bei stillgesetzter Impulssteuerung hat man die Möglichkeit, die Steuerung
auch noch als Zeitsteuerung verwenden zu können. Wird in diesem
Fall
z. B. das Steuerrad i in Richtung BI) ausgelegt, so wird über den beweglichen Kontakt
e das Schütz 76 geschlossen. Dadurch wird der Erregerkreis geschlossen und der Ruderantrieb
in Bb-Richtung in Tätigkeit gesetzt, und zwar bei Auslage bis zu 5°' in Langsamstufe,
darüber in Schnellstufe. Das Ruderblatt wird so lange bewegt, wie das Steuerrad
i in Bb-Auslage gehalten wird. Erst bei Rückstellung des Steuerrades i in die Nullage
wird der bewegliche Kontakt e geöffnet und das Schütz zum Abfallen gebracht. Hierdurch
wird der Ruderantrieb stillgesetzt. Beim Stb-Ruderlegen arbeitet die Steuerung über
Kontakt d und Schütz 77 sinngemäß.