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Schiffsruderanlage mit hydraulischer Rudermaschine Die Erfindung bezieht
sich auf Schiffsruderanlagen und betrifft im besonderen eine Anordnung an hydraulischen
Steuervorrichtungen für Schiffe, bei denen zwischen der Steuerradpumpe und der Rudermaschine
eine ständig im gleichen Drehsinn angetriebene Druckflüssigkeitspumpe eingeschaltet
ist, welche die zum Drehen des Ruders erforderliche Kraft leistet.
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Bei Versagen der mechanisch angetriebenen Pumpe war es früher unmöglich,
das Schiff zu steuern, und es wurde daher bei Anlagen dieser Art die ganze hydraulische
Steuereinrichtung in der Regel doppelt angeordnet, so daß sich ständig eine vollständige
Anlage in Reserve befand.
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Um diese verteuernde und komplizierende Verdopplung des Steuerapparates
und die Unterbrechung der Steuerung zu vermeiden, die beim Einschalten der Reserveanlage
an Stelle der schadhaft gewordenen Anlage nicht zu umgehen ist, wurde vorgeschlagen,
die Steuervorrichtung so einzurichten, daß die Radpumpe und die mechanisch angetriebene
Pumpe beim Versagen der letzteren automatisch serien verbunden werden, und zwar
derart, daß die Steuerung ohne Unterbrechung fortgesetzt werden kann, nachdem die
mechanisch angetriebene Pumpe versagt hat, weil die Flüssigkeit in der Einrichtung
von der Radpumpe zur Rudermaschine und von dort zur Radpumpe zurückbefördert wird.
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Die bekannten Steuervorrichtungen dieser Art haben indessen den Nachteil,
daß das Steuerrad sehr schnell gedreht werden muß, wenn die Kursänderungen des Schiffes
nicht zu lange Zeit beanspruchen sollen, da die ganze Druckflüssigkeitsmenge, welche
die Rudermaschine betätigt, die Steuerradpumpe passieren muß. Der Durchmesser
der
Zylinder dieser Pumpe darf dann nur so groß sein daß ein einzelner Mann dieselbe
unter Handsteuerung betätigen kann.
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Weiter sind Steuereinrichtungen bekannt, bei denen die Pumpe, die
vom Steuerrad unter Zuhilfenahme von Ventilen oder einen oder mehreren Schiebern,
die z. B. mit einer besonderen hydraulischen Anlage fernbetätigt sein können, betrieben
wird, mit den Zylindern in der Rudermaschine in Verbindung gesetzt wird und dadurch
das Ruder mit Handkraft ohne Hiife der mechanisch getreiebenen Pumpe bewegen kann.
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Darüber hinaus sind Steuereinrichtungen bekanntgeworden, bei denen
eine zusätzliche, mechanisch betätigte Pumpe verwandt wird, die erst nach Umstellung
von Ventilen Flüssigkeit zur Rudermaschine fördern kann.
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Bei einer anderen bekannten Bauart, die bei Versagen der Antriebsmaschine
eine automatische Umschaltung der Steuerung auf Handbetrieb bewirkt, wird mittels
einer Klaue von der Antriebsmaschine auf einen mechanischen Handantrieb umgeschaltet.
Bei der Umschaltung besteht immer die Gefahr, daß Steuerrad und Ruder nicht mehr
übereinstimmend in Mittellage liegen. Außerdem erfordert diese Bauart lange Wellenleitungen
durch große Teile des Schiffes.
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Die Anwendung der Erfindung soll dazu beitragen die Nachteile vorbekannter
Bauarten zu beseitigen. Die Erfindung betrifft demnach eine Schifsruderanlagz mit
einer hydraulischen Rudermaschine und einer ständig in gleichem Drehsinn mechanisch
angetriebenen Druckflüssgkeitspumpe, welche die zur Bewegung des Servomotors der
Rudermaschine erforderliche Druckflüssigkeit liefert und mittels einer handgetriebenen
Radpumpe derart gesteuert ist, daß die Radpumpe Druckflüssigkeit einem oder mehreren
Steuerservomotoren zuspeist, mittels welcher ein Steuerorgan der Druckflüssigkeitspumpe
beeinflußbar ist, das ihre Leistung und Druckrichtung ändert. Das wesentliche Kennzeichen
des Erfindungsgegenstandes besteht in einer mechanisch angetriebenen Hilfspumpe,
deren Fördermenge und Förderrichtung sich wie die Fördermenge und Förderrichtung
der Druckflüssigkeitspumpe verhält, und die zusammen mit der Druckflüssigkeitspumpe
von den Steuenservamotoren derart einstellbar ist, daß sie aus den Räumen saugt,
in welche die Radpumpe Druckflüssigkeit zuführt, und Flüssigkeit zu den Räumen speist,
aus welchen die Radpumpe saugt, wobei die Verbindung der Hilfspumpe mit der Radpumpe
gleichzeitig an den Servomotor der Rudermaschine über Ventille angeschlossen sind,
die bei Stillstand der Druckflüssigkeitspumpe durch die Förderung der Radpumpe geöffnet
werden, während in den Verbindungen des Servomotors der Rudermaschine mit der Druckflüssigkeitspumpe
angeordnete, vom Druck dieser Pumpe gesteuerte Ventile durch Federdruck geschlossen
werden.
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Der wesentliche Zweck der Hilfspumpe ist es zunächst, die überflüssige
Druckflüssigkeit von der Radpumpe zur Radpumpe zurückzupumpen, so daß ein kontinuierlicher
Kreislauf zustande kommt. Ferner dient die Hilfspumpe zur Rückführung der Steuerservomotonen
in die neutrale Stellung, wenn mit der Radpumpe nicht mehr gepumpt wird. Wenn ein
Manöver vorgenommen und die Radpumpe um eine gewisse Anzahl von Umdrehungen gedreht
worden ist, werden die Steuerservomotoren in einer solchen Stellung stehen, daß
sowohl die Hauptpumpe als auch die Hilfspumpe arbeiten. Wenn die Radpumpe angehalten
wird, muß auch die Hauptpumpe gestoppt werden, weil das Ruder sonst seine Drehung
fortsetzen würde. Da die Hiffspumpe nach Anhalten der Radpumpe ihren Betrieb fortsetzt,
wird sie vom Druckraum der Steuerservomotoren saugen und Druckflüssigkeit zu den
anderen Räumen der Steuerservomotoren speisen, so daß diese schnell in die neutrale
Stellung zurückbefördert werden. Hierdurch hört dann die Abgabe von Druckflüssigkeit
der Hauptpumpe auf, so daß die Drehung des Ruders aufhört. Die Hilfspumpe dient
somit zum Zurückpumpen der Flüssigkeit zur Radpumpe und zur Rückführung der Hauptpumpe
in die Nullstellung. Dies erfolgt alles völlig selbstttätig durch einfache und betriebssichere
Organe, die raumsparend angeordnet sind, so daß die ganze Rudermaschine sehr kompakt
und mit geringen Abmessungen gebaut werden kann.
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Ferner ist die Radpumpe direkt mit dem Servomotor der Rudermaschine
verbunden, weil in die Leitungen einige Ventile eingeschaltet sind, die von der
Förderung der Radpumpe gesteuert werden, so daß ein fortgesetztes Drehen der Radpumpe
nach Anhalten der Hauptpumpe selbsttätig ein Öffnen der Ventile nach sich zieht,
so daß die Flüssigkeit der Radpumpe direkt in den Servomotor der Rudermaschine gespeist
wird. Hierdurch wird mit sehr einfachen Mitteln eine ganz neue und fortschrittliche
Wirkung erzielt, weil die Steuerung des Schiffes auf ganz normale Art und Weise
fortgesetzt werden kann, wenn die Hauptpumpe versagt. Es hat sich in der Praxis
erwiesen, daß es der Rudergast überhaupt nicht bemerkt, wenn die Hauptpumpe zum
Stillstand kommt, sofern nur kleine Ruderbewegungen ausgeführt werden. Bei größeren
Ruderbewegungen macht sich naturgemäß ein größerer Widerstand bemerkbar; das Schiff
kann jedoch leicht mit der Radpumpe allein gesteuert werden.
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Die vorstehend umrissenen Merkmale charakterisieren das Zusammenwirken
der Organe, welches zu den bedeutenden Vorteilen an der erfindungsgemäßen,Rudermaschine
führt. Das Vorhandensein der Hilfspumpe, ,welche einen kontinuierlichen Kreislauf
,an der Radpumpe ermöglicht, erlaubt gleichzeitig die Überführung von Radpumpenflüssig'keit
zur Rudermaschine.
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Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Schiffsruderanlage besteht
darin, daß die Druckflüssigkeitspumpe eine umlaufendeKolbenpumpe mit radial angeordneten
Zylindern ist, deren Kolben sich am Innenrand eines die Pumpe umgebenden Radialkugellagers
abstützen, welches bei Verschiebung senkrecht zum Pumpenrotor durch zwei wechselseitig
durch
die Steuerflüssigkeit der Radpumpe beaufschlagte Servomotorkolben die Fördermenge
und Förderrichtung der Pumpe bestimmt, wobei eine kleinere Pumpe, die Hilfspumpe,
deren Kolben sich an dem gleichen Innenring stützen, mit der Druckflüssigkeitspumpe
fest verbunden ist.
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Darüber hinaus besteht ein weiteres Kennzeichen darin, daß die beiden
von der Radpumpe kommenden Leitungen mit den Leitungen zu dem Servomotor der Rudermaschine
über federbelastete Ventile in Verbindung stehen, die bei Stillstand der Druckflüssigkeitspumpe
auf der jeweiligen Saugseite der Radpumpe durch einen der in die Endlage gegangenen
Servomotorkolben für das Radialkugellager und auf der jeweiligen Druckseite durch
den Druck der Steuerflüssigkeit geöffnet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel bei Anordnung nach der Erfindung ist in der
Zeichnung näher dargestellt. Fig. I zeigt die Radpumpe, einen waagerechten Schnitt
durch die angetriebene Druckflüssigkeitspumpe, mit ihren verschiedenen Organen in
der mittleren Lage, sowie die Rudermaschine, Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch
den mittleren Teil der Anordnung nach der Linlie a-a in Fig. I und Fig. 3 einen
senkrechten Schnitt durch den mittleren Teil der Anordnung nach der Linie b-b in
Fig. I.
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Im Pumpengehäuse I findet sich im Boden einer zylindrischen Bohrung
2 ein konzentrisch angebrachter zylindrischer Zapfen 3, um welchen ein von einer
Kraftmaschine angetriebener Rotor 4 drehbar gelagert ist, in dessen zylindrischer
Oberfläche zwei Sätze radiale Pumpenzylinder 5, 6, 7 und 8 in zwei Kränzen gebohrt
sind, deren Durchmesser von verschiedener Größe sind, und deren Kolben 9, Io, II
und I2 am äußeren. Ende von einem senkrecht zur Motorwelle nebst dem Kolben verschiebbaren
Radialkugellager I3 umschlossen sind, dessen äußerer Ring mit Kolben I4 und I5 verbunden
ist, welche in Zylinder I7 und I6 im Pumpengehäuse I wandern können, und welche
an ihrer dem Radialkugellager I3 abgekehrten Seite Zapfen tragen, welche durch das
Verschieben der Kolben I4 und I5 die in Zylinderdeckeln 2o und 2I angebrachten federbelasteten
Ventile I8 und I9 öffnen können. Die Zylinder werden während der umdrehenden Bewegung
des Motors 4 mit den Kanälen 22 und 23 im Zapfen 3 wechselweise in Verbindung und
die Zylinder 6 und 8 in derselben Weise mit den Kanälen 24 und 25 wechselweise in
Verbindung gesetzt, welche zu den Zylindern I6 und I7 führen und außerdem durch
Leitungen 26 und 27 mit einer Radpumpe 28 in Verbindung sind, während die Kanäle
22 und 23 je nach einem Ende eines im Pumpengehäuse I gebohrten Zylinders 29 führen,
in dem ein Kolben 30 wandern kann, dessen zwei Zapfen 3I und 32 durch das
Verschieben des Kolbens in axialer Richtung die federbelasteten Ventile 33 und 34
in den Zylinderdeckeln 2o und 2I öffnen können. Die Ventile I8 und 33 öffnen beide
zu einem Kanal 35, von welchem aus zu einem Zylinder 37 an der Rudermaschine 38
durch eine Leitung 36 eine Verbindung besteht, ebenso wie sich die Ventile I9 und
34 zu einem Kanal 39 öffnen, von welchem zu einem Zylinder 4I an der Rudermaschine
38 durch eine Leitung 4o eine Verbindung besteht.
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Bei der Radpumpe 38 wechselt die Druckflüssigkeit die Bewegungsrichtung,
wenn die Pumpe ihre Drehrichtung wechselt.
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Wenn sämtliche Zylinder, Kanäle und Leitungen mit Druckflüssigkeit
aufgefüllt sind, wird der Rotor 4 der Druckflüssigkeitspumpe in Gang gesetzt. Da
das Radialkugellager I3 in der mittleren Lage steht, machen die Pumpenkolben des
Motors keine Bewegung in radialer Richtung. Dreht man aber das Steuerrad derart,
daß die Leitung 26 eine Saugleitung und die Leitung 27 eine Druckleitung für die
Radpumpe 28 werden, wird ein Druck auf den Kolben I4 im Zylinder I7 ausgeübt, und
der Kolben I4 wird mittels seines Zapfens das Radialkugellager I3 nach rechts verschieben,
während das Ventil I8 vom Federdruck stets geschlossen gehalten wird. Nun beginnen
die Pumpen des Rotors zu arbeiten und die aus der Leitung 27 kommende Druckflüssigkeit
wird im Zylinder 8 aufgenommen; von dort aus wird sie in den Kanal 24 und weiter
durch die Leitung 26 zur Radpumpe 28 zurückgedrückt. Gleichzeitig saugt der Zylinder
7 durch den Kanal 23 aus dem rechten Teil des Zylinders 29, und wegen dieses Druckabfalls
und einer später erwähnten gleichzeitigen Drucksteigerung im linken Teil des Zylinders
29 sowie dies großen Querschnitts des Kolbens 3o im Verhältnis zum Querschnitt des
Ventils 34 bewegt sich der Kolben nach rechts, öffnet dadurch mit dem Zapfen 32
das Ventil 34, wodurch zum Zylinder 4I durch den Kanal 39 und die Leitung 4o verbunden
wird. Die hieraus angesaugte Flüssigkeit wird durch den Kanal 22, den linken Teil
des Zylinders 29, wo der Druck steigt, durch das vom Druck geöffnete Ventil 33,
den Kanal 35 und die Leitung 36 zum Zylinder 37 an der Steuermaschine am Ruder 38
gedrückt, um dadurch, daß sie auf deren Kolben drückt, die Ruderpinne nach rechts
zu führen. Wenn man mit dem Drehen des Steuerrades aufhört, steigt der Druck in
der Leitung 26, da die Radpumpe aus dieser Leitung nicht mehr saugt, und der Druck
fällt in der Leitung 27, da die Pumpen 6, 8 des Rotors 4 noch aus dieser saugen,
ohne daß noch Druckflüssigkeit von der Radpumpe mehr zugeführt wird. Die Drucksteigerung
in der Leitung 26 und der Druckfall in der Leitung 27 betätigen die Kolben 14 und
15, welche das Radialkugellager wiederum in die mittlere Lage schieben. Hierdurch
hören die Pumpen des Rotors 4 auf zu arbeiten, der Druck steigt im rechten Teil
des Zylinders 29, wodurch der Kolben3o wieder in die mittlereLage geführt wird,
das Ventil 34 schließt, und da keine Druckflüssigkeit mehr zum linkenTeil desZylinders
29 zugeführt wird, das Ventil 33 schließt. Das Ruder wird dann in seiner
Lage verbleiben, bis das Steuerrad wieder gedreht wird.
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Wenn das Steuerrad nach der entgegengesetzten Seite gedreht wird,
bewegt sich die Druckflüssigkeit
in den Leitungen in der entgegengesetzten
Richtung und die Steuermaschine dreht das Ruder nach der entgegengesetzten Seite.
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Es ist ersichtlich, daß die Druckflüssigkeit unter normalen Verhältnissen
in zwei getrennten Systemen gehalten wird. Das eine besteht aus der Radpumpe 28,
den Zylindern 16, 17, 6 und 8, den Kanälen 24 und 25 sowie den Leitungen 26 und
27, in welchen eine kleinere Menge von Druckflüssigkeit umläuft; das andere System
besteht aus der Steuermaschine am Ruder 38, den Zylindern 29, 5 und 7, den Kanälen
22, 23, 35 und 39 sowie den Leitungen 36 und 40, in welchen eine größere Druckflüssigkeitsmenge
umläuft. Wenn aber die Kraftmaschine den Rotor nicht antreibt, bewirkt eine fortgesetzte
Drehung des Steuerrades in der obengenannten Richtung, daß die Druckflüssigkeit,
die jetzt nicht mehr von den Pumpen des Rotors aufgenommen wird, das Radialkugellager
I3 in seine äußere Lage nach rechts verschiebt, wodurch das Ventil I9 geöffnet wird;
dann steigt der Druck, bis er den Federdruck auf dem Ventil 18 überwinden kann,
welches geöffnet wird, wonach die Druckflüssigkeit vom System der Steuerradpumpe
durch den Kanal 35 und die Leitung 36 zum Zylinder 37 an der Rudermaschine gelangt,
während die Druckflüssigkeit vom Zylinder 4I der Rudermaschine durch die Leitung
4o, den Kanal 39 und das vom Zapfen am Kolben 15 geöffnete Ventil I9, den Kanal
24 und die Leitung 26 zur Steuerradpumpe strömt. Die Steuerung des Schiffes kann
somit ohne irgendwelche Umstellung stattfinden.