EP0589339B1

EP0589339B1 - Regelung für einen Bootsantrieb mit einem Motor und einem Verstellpropeller

Info

Publication number: EP0589339B1
Application number: EP93114802A
Authority: EP
Inventors: Peter Müller
Original assignee: Landolt Alexander Dr
Current assignee: Landolt Alexander Dr
Priority date: 1992-09-23
Filing date: 1993-09-15
Publication date: 1997-04-02
Anticipated expiration: 2013-09-15
Also published as: DE4231815C1; EP0589339A1; US5415523A

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelung für einen Bootsantrieb mit einem Motor, einem Verstellpropeller und einem Regler, dem eine Soll-Motordrehzahl sowie die Ist-Motordrehzahl aufgegeben werden und dessen Ausgangssignal einen hydraulischen Stelltrieb zur Verstellung der Flügelsteigung beaufschlagt.
Bootsantriebe werden überwiegend mit Verbrennungsmotoren ausgerüstet. Die Motorleistung wird durch Vorgabe des Brennstoffstroms oder des Füllungsgrades eingestellt. Die Motordrehzahl stellt sich dabei entsprechend dem Gleichgewicht zwischen dem vom Motor abgegebenen und dem vom Propeller aufgenommenen Drehmoment ein. Ist der Bootsantrieb mit einem Verstellpropeller ausgerüstet, richtet sich die Motordrehzahl nach der jeweils eingestellten Propellersteigung. Dabei können bereits kleine Änderungen der Propellersteigung große Änderungen der Motordrehzahl zur Folge haben. Deswegen ist das Einhalten bzw. Nachführen der Flügelsteigung von großer Bedeutung.
Bei einer Regelung der eingangs beschriebenen Gattung (DE 39 01 137) wird die Motordrehzahl über einen Regelkreis geregelt, dessen Stellgröße die Propellersteigung ist. Zum Stelltrieb gehört wenigstens ein doppeltwirkender Hubzylinder, der in Abhängigkeit von der erfaßten Drehzahlabweichung in der einen oder in der anderen Richtung mit Druckmittel beaufschlagt wird und dadurch die Steigung der Flügel des Verstellpropellers entsprechend ändert. Das hat sich an sich bewährt, erfordert aber einen verhältnismäßig großen regeltechnischen und konstruktiven Aufwand.
Aufgabe der Erfindung ist eine Regelung, mit der durch einfache und preiswerte Maßnahmen die Motordrehzahl über die Flügelsteigung geregelt werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Verstellpropeller Flügel aufweist, bei denen die Resultierende der hydrodynamischen Kräfte unter allen Betriebsbedingungen derart neben und auf derselben Seite der Flügeldrehachse angreift, daß das Flügeldrehmoment stets in gleicher Richtung im Sinne einer Steigungsänderung wirkt, daß der Stelltrieb einen einfach wirkenden Hubzylinder aufweist, der bei Druckbeaufschlagung die Flügel entgegen der von der Resultierenden der hydrodynamischen Kräfte bewirkten Steigungsänderung verstellt und daß der Arbeitsraum des Hubzylinders eine Leckage aufweist. - Die Erfindung nutzt zur Steigungsänderung das beschriebene Flügeldrehmoment. Dieses Flügeldrehmoment dreht den Flügel, wenn es das vom Stelltrieb auf den Flügelfuß ausgeübte Drehmoment überschreitet. Das ist möglich, wenn der Arbeitsraum des Hubzylinders eine Leckage aufweist. Der Stelltrieb kann dann aus einem einfach wirkenden Hubzylinder bestehen, der bei Druckbeaufschlagung die Flügel verstellt. Dabei kann das Flügeldrehmoment entweder im Sinne einer Steigungsverringerung oder im Sinne einer Steigungsvergrößerung wirken, wobei das vom Stelltrieb auf den Flügel ausgeübte Drehmoment jeweils dem Flügeldrehmoment entgegenwirkt.
Insbesondere kann der Arbeitsraum des Hubzylinders über eine Drossel mit einem Tank verbunden sein. In diesem Zusammenhang kann im Bereich des Hubzylinders eine Labyrinthdichtung angeordnet werden.
Bei entsprechender Auslegung der Flügel und der Leckage wird der Regler nicht aktiv, solange die Differenz zwischen Soll-Motordrehzahl und Ist-Motordrehzahl unerheblich ist. Erst wenn die Ist-Motordrehzahl signifikant von der Soll-Motordrehzahl abweicht, wird der Regler aktiv und wird der Hubzylinder mit Druckmittel beaufschlagt, und zwar vorzugsweise taktweise, wozu dem Hubzylinder ein taktweise gesteuertes Magnetventil für die Druckmittelzufuhr zugeordnet sein kann. Dann wird die Steigung der Flügel vergrößert, bis die Soll-Motordrehzahl mit der Ist-Motordrehzahl übereinstimmt.
Da die Flügel unter der Wirkung des Flügeldrehmomentes in Verbindung mit der Leckage ständig im Sinne einer Steigungsverringerung verstellt werden, was zu einem ständigen Arbeiten der Regelung führen würde, kann es zweckmäßig sein, einen Grenzwertregler mit einem Toleranzband für den Soll-/Ist-Drehzahlvergleich einzusetzen, so daß die Regelung z.B. erst anspricht, wenn die Differenz zwischen Ist-Motordrehzahl und Soll-Motordrehzahl mehr als 20 U/min beträgt. Ein solches Toleranzband reicht in der Praxis regelmäßig aus. In Extremfällen, so z.B. bei Sportbooten, die in rauher See empfindlich reagieren, oder bei denen im Seegang der Verstellpropeller mehr oder weniger austaucht, können zusätzliche Maßnahmen eingesetzt werden, indem z.B. dem Regler eine Schaltung zugeordnet wird, die extreme Differenzen zwischen Soll-Motordrehzahl und Ist-Motordrehzahl sowie deren Zeitdauer erfaßt und daraus eine zeitlich beschränkte, virtuelle Soll-Motordrehzahl bildet, die für den Regler maßgeblich ist.
Zur Unterstützung eines schwachen Flügeldrehmomentes kann eine den Stelltrieb in der gleichen Richtung wie die Resultierende der hydrodynamischen Kräfte beaufschlagende Feder vorgesehen sein.
Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert; die einzige Figur zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer Regelung für einen Bootsantrieb mit einem Otto-Motor und einem Verstellpropeller.
Man erkennt einen Otto-Motor 1, der über eine Welle 2 einen Verstellpropeller 3 antreibt, sowie einen Regler 4.
Dem Regler 4 werden eine durch die Stellung eines zum Motor 1 gehörenden Gashebels oder Tasters vorgegebene Soll-Motordrehzahl 5 sowie die mit einem Drehzahlmesser 6 gemessene Ist-Drehzahl 7 aufgegeben. Daraus ermittelt der Regler 4 als Stellgröße die Steigung der Propellerflügel 8 des Verstellpropellers 3. Ein entsprechendes Ausgangssignal 9 des Reglers 4 beaufschlagt einen Taktgeber 10, der wiederum ein Magnetventil 11 betätigt, das einerseits an eine Pumpe 12 und andererseits an einen im einzelnen nicht dargestellten Stelltrieb des Verstellpropellers 3 angeschlossen ist.
Der Stelltrieb ist ein einfach wirkender Hubzylinder, der bei Druckbeaufschlagung über an sich bekannte mechanische Übertragungselemente die Flügel 8 des Verstellpropellers 3 im Sinne einer Steigungsvergrößerung verstellt. Der Arbeitsraum des Hubzylinders weist eine Leckage auf und ist z.B. über eine nicht dargestellte Drossel mit einem Tank 13 verbunden.
Die Flügel 8 des Verstellpropellers 3 sind so ausgelegt, daß unter allen in Frage kommenden Betriebsbedingungen die Resultierende der an dem Flügel 8 angreifenden hydrodynamischen Kräfte derart neben und auf derselben Seite der Flügeldrehachse angreifen, daß das Flügeldrehmoment im Sinne einer Steigungsverringerung wirkt.
Der Regler 4 ist ein Grenzwertregler mit einem Toleranzband für den Soll-/Ist-Drehzahlvergleich. Die Breite des Toleranzbandes für die Drehzahldifferenz kann z.B. 20 U/min betragen.
Nicht dargestellt ist ferner, daß der Kolben des Hubzylinders oder ein daran angeschlossenes mechanisches Bauteil von einer Feder beaufschlagt ist, die im Sinne einer Steigungsreduzierung wirkt.
Die dargestellte Regelung arbeitet wie folgt: Solange die Soll-Motordrehzahl 5 und die Ist-Motordrehzahl 7 im wesentlichen übereinstimmen bzw. ihre Differenz sich im Bereich des vorgegebenen Toleranzbandes befindet, ist der Regler nicht aktiv. Da aber aus dem Arbeitsraum des Hubzylinders über die Leckage ständig Druckmittel in den Tank 13 abfließt, weil das um die Flügeldrehachse der Flügel 8 des Verstellpropellers 3 wirkende Flügeldrehmoment im Sinne einer Rückstellung des Hubzylinders wirkt, verringert sich die Steigung der Flügel 8 des Verstellpropellers 3. Damit erhöht sich die Ist-Motordrehzahl 7. Sobald die Differenz von Ist-Motordrehzahl 7 und Soll-Motordrehzahl 5 das vorgegebene Toleranzband verläßt, wird der Regler 4 aktiv und beaufschlagt den Taktgeber 10, so daß das Magnetventil 11 im vorgegebenen Takt öffnet und der Hubzylinder mit Druckmittel beaufschlagt wird. Damit wird auch die Steigung der Flügel 8 solange vergrößert, bis die Differenz zwischen Ist-Motordrehzahl und Soll-Motordrehzahl wieder im Bereich des Toleranzbandes liegt.
Die Regelung arbeitet in gleicher Weise, wenn die Resultierende der an den Flügel 8 angreifenden hydrodynamischen Kräfte im Sinne einer Steigungsvergrößerung und der Stelltrieb im Sinne einer Steigungsverringerung wirken.

Claims

Regelung für einen Bootsantrieb mit einem Motor, einem Verstellpropeller und einem Regler, dem eine Soll-Motordrehzahl sowie die Ist-Motordrehzahl aufgegeben werden und dessen Ausgangssignal einen hydraulischen Stelltrieb zur Verstellung der Flügelsteigung beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellpropeller (3) Flügel (8) aufweist, bei denen die Resultierende der hydrodynamischen Kräfte unter allen Betriebsbedingungen derart neben und auf derselben Seite der Flügeldrehachse angreift, daß das Flügeldrehmoment stets in gleicher Richtung im Sinne einer Steigungsänderung wirkt, daß der Stelltrieb einen einfach wirkenden Hubzylinder aufweist, der bei Druckbeaufschlagung die Flügel (8) entgegen der von der Resultierenden der hydrodynamischen Kräfte bewirkten Steigungsänderung verstellt, und daß der Arbeitsraum des Hubzylinders eine Leckage aufweist.
Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum des Hubzylinders über eine Drossel mit einem Tank (13) verbunden ist.
Regelung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Labyrinthdichtung im Bereich des Hubzylinders.
Regelung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hubzylinder ein taktweise gesteuertes Magnetventil (10, 11) für die Druckmittelzufuhr zugeordnet ist.
Regelung nach einem der Ansprüche 1 - 4, gekennzeichnet durch eine den Stelltrieb in der gleichen Richtung wie die Resultierende der hydrodynamischen Kräfte beaufschlagende Feder.
Regelung nach einem der Ansprüche 1 - 5, gekennzeichnet durch einen Grenzwertregler (4) mit einem Toleranzband für den Soll-/Ist-Drehzahlvergleich