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Elektrische Fernsteuerung, insbesondere für Ruderanlagen auf Schiffen
mit Drehstromversorgung Die Erfindung betrifft elektrische Fernsteuerungen, insbesondere
für Ruderanlagen auf Schiffen, die mit Drehstromgeneratoren ausgerüstet sind oder
bei welchen für lebenswichtige Betriebe, wie z. B. die Ruderanlage, Drehstrom von
besonderen Maschinensätzen zur Verfügung stellt. Es handelt sich dabei meist um
Steuerungen des Feldkreises von Leonhardgeneratoren, deren Anker mit dem Rudermotor
elektrisch gekuppelt ist, oder um Ruderantriebe, bei denen die Einleitung des Steuervorganges
durch einen Verstellmotor bewirkt wird. Zu der zuletzt genannten Art gehören unter
anderem hydraulische Ruderanlagen, bei welchen der Flüssigkeits- (COl-) Druck durch
einen dauernd durchlaufenden Motor erzeugt und die Fernsteuerung des Flüssigkeitsgetriebes
(z. B. Lauff-Thoma-Getriebes) von einem kleinen Verstellmotor durchgeführt wird.
Eine andere Anwendung des Verstellmotors für Ruderanlagen ist dann vorhanden, wenn
dieser Motor zur Verstellung einer kleinen Steuerwalze oder von Steuernocken verwendet
wird, durch die der Erregerstrom im Feldkreis des Leonardgenerators geschaltet wird.
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Blei allen diesen Aufgaben wird angestrebt, daß die gewünschte Ruderlage
ohne Pendelurigen des Ruders erreicht wird, wozu eine Abbremsung des steuernden
Ver.stellmotors notwendig ist. Um höchste Betriebssicherheit zu erreichen, sollen
erfindungsgemäß -die für Ruderanlagen häufig angewandten Steuerungen durch Schützenkontakte
vermieden
werden, da bei diesen Anordnungen auch bei geringer elektrischer Beanspruchung durch
die hohe Schalthäufigkeit ein merlizbarer mechanischer Verschleiß der Kontakte auftritt.
Die Erfindungsaufgabe, eine von beweglichen Kontakten freie elektrische Fernsteuerung
vorzugsweise für Ruderanlagen zu schaffen, ist so gelöst worden, daB mindestens
die Einleitung oder die Begrenzung des Steuervorganges durch Schalten von Gleichströmen
bewirkt wird, die aus einem Wechsel- oder Drehstromnetz über Gleichrichter- entnommen
werden, wobei die Schaltung kontaktlos über Drehregler auf der Wechselstromseite
der Gleichrichter erfolgt. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, die Gleichstromsteuerung
mit Wechselstromkreisen zu verbinden, deren Spannung ebenfalls kontaktlos ,durch
die gleichen Drehregler geschaltet wird, die auf der Wechsetstromseite der Gleichrichter
angeordnet sind.
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Diese Drehtransformatoren sind je nach Art der angewendeten Schaltung
als normale Übertrager, als Zus,atztrausformatoren oder auch als Drosselspulen geschaltet.
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Als Gleichrichter können Trockengleichrichter Anwendung finden oder
dampfgefüllte Entladungsgefäße.
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Mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens sind in den Zeichnungen
veranschaulicht. Fig. i zeigt eine Schaltung z. B. für eine hydraulische Ruderanlage,
deren hydraulisches Getriebe von dem Verstellmotor i beeinflußt wird. Dieser Motor
soll bei Legen des Ruders nach Backbord bzw. Steuerbord rechts- bzw. li.nks'herum
laufen. Er ist ein Zweiphasenmotor; seine beiden Phasen werden über Drehtransformatoren
2 und 3 gespeist. Diese Drehtransformatoren sind an einen Sparumspanner q. angeschlossen,
so daß die den Drehreglern 2, 3 primär zugeführten Spannungen aufeinander senkrecht
stehen. Der eine Transformator 2 wird dabei an die Phasenspannung u und der andere,
3, an die verkettete Spannung vw gelegt. Die .Drehtransformatoren 2 und 3 sind einphasig
gewickelt, so daß sie eine Regelung der abgegebenen Spannung ohne Phasenverdrehung
ermöglichen. Dadurch werden auch die dem Verstellmotor i zugeführten Phasenspannungen
um 9o° gegeneinander versetzt sein. Der Drehtransformator 2 ist als Drosselspule
geschaltet, hat also eine sekundäre kurzgeschlossene Wicklung, so da,ß bei Gleichachsigkeit
mit der Ständerwicklung nur eine minimale Drosselung entsprechend der Steuerspannung
des Drehtransformators auftritt; wird der Läufer um 9o° e1. verdreht, so wird die
Primärwicklung als Drossel den überwiegenden Teil der zur Verfügung stehenr den
Spannung übernehmen. Die angeschlossenen Motorphasen werden damit praktisch spannungslos.
Der Drehtransformator 3 ist als normaler Transformator geschaltet, der in den beiden
Hartlagen des Ruders um iSo° gegeneinander versetzte Spannungen an seiner Sekundärwicklung
abgibt, während er in der Mittschiffsstellung sekundär spannungsfrei ist. Die Polzahlen
der Drehtransformatoren 2 und 3 sind bei dieser Schaltung gleich. Der Antrieb der
beiden Drehtransformatoren erfolgt über ein Getriebe 5 vom Handrad 6, das mit Selbstsperrung
ausgerüstet ist. Als Steuerung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Zeitsteuerung
vorgesehen, bei der das Handrad so lange in einer seiner. Außenendlagen gehalten
wird, wie das Ruder in Bewegung sein soll. Eine stetige Verdrehung oder zahlreiche
Zwischenstellungen für das Handrad kommen bei dieser Steuerung nicht in Betracht,
sondern, wie auch durch die Rastung 7 angedeutet ist, lediglich drei oder evtl.
fünf Hauptstellungen.
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Befindet sich das Steuerrad in der Mittelstellung, so ist die horizontale
Phase des Motors i vollkommen spannungslos, die vertikale Phase 'hat nur eine geringe
Restspannung. Der Nachlauf der Schwungmassen, die mit dem Motor i gekuppelt sind
(Getriebe, Gestänge usw.), kann durch eine Wirbelstrombremse io in geringen Grenzen
gehalten werden, die in der Mittelstellung des Steuerrades erregt sein muß, in den
Außenstellen jedoch unerregt. Bei der Wirbelstrombremsung sind zwei bifilar gewickelte
Erregerwicklungen vorgesehen, welche über die beiden Tockengleichrichtergeräte 8
und 9 in Gegenschaltung gespeist werden, derart, daß sich ihre Wirkungen in bezug
auf die Wirbelstrombremse aufheben, wenn das Steuerrad nicht in Mittelschiffsstellung
steht. Die Spannung V1 ist also variabel und wird der konstanten Spannung V2 entgegengeschaltet.
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Die unterhalb der Linie A-B in Fig. i gezeichneten Teile sind im Rudermaschinenraum
untergebracht, während die übrigen Teile an beliebigen Stellen des Schiffes aufgebaut
werden können. Die Verbindung zum Rudermaschinenraum erfordert dabei lediglich ein"
fünfadriges Kabel. Die Wirbelstrombremse io kann man mit dem Verstellmotor i organisch
zu einer Einheit zusammenbauen. An Stelle der Wirbelstrombremse könnte auch ein
Bremsmotor vorgesehen werden mit zwei Erregerwicklungen zum Anschluß an die Trockengleichrichter
8 und 9, dessen Ständer kurzgeschlossen ist. Auch ein entsprechend gewickelter Käfigläufer
ist als Bremseinrichtung gut geeignet.
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Eine andere Ausführung zeigt Fig. 2. Dabei ist der gleiche Verstellmotor
i vorgesehen wie in Fig. i; auch der Drehtransformator 3 hat die vorher beschriebene
Wirkungsweise. Die vertikale Phase des Verstellmotors i ist dauernd an Spannung
gelegt. Dies ist möglich, da der Motor auch dann sein Drehmoment verliert, wenn
die andere Phase ohne Spannung kurzgeschlossen ist; was in der vorliegenden Schaltung
durch die Sekundärwicklung des Drehreglers 3 erfolgt, sobald dieser in seiner Mittelstellung
steht.
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Die Schaltung nach Fig.2 unterscheidet sich gegenüber der nach Fig.
i außerdem dadurch, daß nicht eine Zeit-, sondern eine Wegsteuerung vorgesehen ist.
Die Anzahl der Umdrehungen des Verstellmotors i steht dabei m einem festen Verhältnis
zu den Umdrehungen am Steuerrad 6. Dieses Handrad arbeitet auf ein Schraubendifferential,
von dessen Zahnstange die beiden Drehtransformato
Ten 2 und 3 verstellt
werden. Die Rückstellung in Abhängigkeit von dem vom Motor i zurückgelegten Weg
erfolgt z. B. durch den Rückdrehmotor 13, der von einem mit dem Verstellmotor i
direkt gekuppelten kleinen Synchrongenerator 14 gespeist wird. Es kann jedoch auch
jede andere Form einer elektrischen Welle zur Rückdrehung des. Differentials verwendet
werden.
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Die Wirbelstrombremse ro hat hier nur eine Wicklung, die an den Trockengleichrichter
8 angeschlossen ist, der seinerseits seine Spannung über den als Zusatztransformator
geschalteten Drehregler 2 erhält. Die Gegenschaltung der Netzspannung Vd und der
dem Maximalwert gleich großen Spannung h, an der Sekundärwicklung des Drehreglers
2 ergibt hier eine ähnliche Wirkung, wie sie nach Fig. i durch Gegenschaltung der
beiden Trockengleichrichtergeräte 8, 9 erzielt wird.
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Der Drehtransformator 2 erhält bei direkter Kupplung von 2 und 3 die
doppelte Polzahl wie der D.rehtran.sformator 3. Dadurch wird bei einer Auslenkung
von der Mittellage in die Hartlage der Drehregler 3 um 9o° e1., der Drehregler 7
jedoch um i8o° e1. verstellt. Da die Verdrehung durch das Differential stetig erfolgt,
wird auch die Spannung Tb allmählich ihrem Endwerte zustreben. Dadurch ist trotz
der konstanten Frequenz eine Drehzahlregelung des Motors i in beschränktem Maße
möglich. Weil der Spannungsanstieg an der Sekundärwicklung des Transformators in
Abhängigkeit vom Drehwinkel nach einer Sinusfunktion verläuft, wird auch bei kleinen
Verdrehungen bereits ein kräftiges Anwachsen der Spannung vorhanden sein und den
Motor i anlaufen lassen. Das Aussetzen der Bremswirkung in Abhängigkeit von der
Stellung des Drehreglers 2 soll bei Ausrücken aus der Nullage möglichst schlagartig
einsetzen. Um dies zu unterstützen, ist in Fig. 2 zwischen die beiden Drehregler
2, 3 ein Getriebe i i mit veränderlicher Übersetzung (Kurvenscheiben, Ellipsenräder
oder ähnliches) angedeutet, das bei geringen Verdrehungen des Drehtransformators
3 aus seiner Mittellage bereits erhebliche Drehwinkel am Drehregler 2 bewirkt.
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Die elektrische Schaltung der beiden Regler kann in vorteilhafter
Weise auch für die Zeitsteuerungen verwendet werden.
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Fig. 3 zeigt eine Schaltung, bei der die elektrische Speisung des
Verstellmotors i ähnlich erfolgt wie in Fig. 2. Abweichend ist die Speisung der
Wirbelstrombremse ro und der mechanische Antrieb des Drehreglers 3. Bei den Drehreglern
war bisher nur ein Teil beweglich, während der andere feststand. Hier soll der Ständer
ebenfalls drehbar sein und wird z. B. über eine Schnecke vom Handrad 6 verdreht,
während der Läufer über ein Getriebe vom Nachstellmotor 13 bewegt wird. Der Nachstel.lmotür
wird ähnlich wie früher von einem kleinen Synchrongenerator 1q. angetrieben. Mechanisch
entspricht also die Anordnung dem Nachdrehsystem.
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Als kontaktloser Schalter für die Erregung der Gleichstrombremse ro
ist ein Stromrichter 15 vorgesehen, dem zur Erhöhung der Sicherheit ein parallel
arbeitendes Gefäß 16 zugeordnet ist. Die dreiphasigen Stromrichter liegen, wie auch
die übrigen Teile der Schaltung, an dem Sparvortransformator 4.. Ihre Gitter sind
über die Gitterwiderstände 17 an eine konstante Vorspannungsquelle 18 angeschlossen,
die in Reihe mit dem Abgriffwiderstand i9 angeordnet ist. Ist die Sekundärwicklung
des Reglers 3 spannungslos (Mittelstellung), so liegt auch keine Spannung am Widerstand
i9, so daß die beiden Gefäße durch die positive Vorspannung 18 arbeitsbereit sind.
Wird der Regler 3 aus der Mittellage verdreht und soll sich der Motor 2 zu bewegen
beginnen, so wird über den Trockengleichrichter 8 am Widerstand, ig eine negative
Gitterspannung entstehen, welche die Vorspannung 18 überwiegt und die Gefäße sperrt.
Die Bremsung wird also, ähnlich wie durch einen Schalter, aufgehoben. Fällt eines
dieser beiden Gefäße aus, so kann es im Betrieb ausgewechselt werden. Durch eine
Meldeeinrichtung wird kontrolliert, ob beide Gefäße in Ordnung sind.
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Den Schaltungen nach Fig. i bis 3 isst eine von einem Verstellmotor
gesteuerte Rud-ermaschinenbetätigungzugrunde gelegt. In Fig. q.hingegen ist eine
Anordnung dargestellt, bei der die Verstellung des Ruderquadranten durch einen Elektromotor
erfolgt, der von einem Leonardsatz mit Dreh.strommotor angetrieben wird. Von den
zwei Erregerwicklungen des Leonardgenerators 2i für Rechts- und Linkslauf ist jeweils
nur eine unter Spannung. Der mechanische Antrieb der beiden Drehregler 2 und 3,
deren Ständer feststehen, erfolgt z. B. nach dem Rückdirehsystem über ein Differentialgetriebe.
Der Rückdrehmotor 13 liegt an den Schleifringen des Rudermaschinenmotors 2o. Der
Antrieb der beiden Diehregler erfolgt so, daß der eine, 2, von der Mittellage nur
nach rechts ausgelenkt werden kann und bei Verdrehung des Steuerrades von der Mittellage
nach links stehenbleibt; umgekehrt wird der Drehregler 3 nur nach links, von der
Mittellage aus gerechnet, mitgenommen. Über die zugeordneten Trockengleichrichter
8 und 9 wird demnach eine der beiden Erregerwicklungen des Leonardgenerators 21
in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerrades 6 Spannung erhalten. Die Erregerwicklung
des Rudermaschinenmotors kann an einen Drehstrom-Gleichstrom-Umformer angeschlossen
oder über eine besondere Gleichrichteranordnung gespeist werden.
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Die Schaltung bewirkt eine Steuerung, bei der die Betätigung des Handrades
die gleiche ist wie bei einer mit Dampf angetriebenen Ruderanlage. Es ist naturgemäß
ohne weiteres möglich, unter Fortfall von variablen Getrieben, Rückdrehmotor und
Differential die Drehregler nach dem Prinzip der Zeitsteuerung zu betätigen.