EP1790566A1 - Verfahren zur Dämpfung der Rollbewegung eines Wasserfahrzeuges - Google Patents

Verfahren zur Dämpfung der Rollbewegung eines Wasserfahrzeuges Download PDF

Info

Publication number
EP1790566A1
EP1790566A1 EP06023343A EP06023343A EP1790566A1 EP 1790566 A1 EP1790566 A1 EP 1790566A1 EP 06023343 A EP06023343 A EP 06023343A EP 06023343 A EP06023343 A EP 06023343A EP 1790566 A1 EP1790566 A1 EP 1790566A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transverse
slope
pitch
ship
indirectly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP06023343A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1790566B1 (de
Inventor
Harald Gross
Dirk Dr. Jürgens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Turbo Schneider Propulsion GmbH and Co KG
Original Assignee
Voith Turbo Marine GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Turbo Marine GmbH and Co KG filed Critical Voith Turbo Marine GmbH and Co KG
Publication of EP1790566A1 publication Critical patent/EP1790566A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1790566B1 publication Critical patent/EP1790566B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B39/00—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude
    • B63B39/08—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude to decrease vessel movements by using auxiliary jets or propellers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B39/00—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude
    • B63B39/06—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude to decrease vessel movements by using foils acting on ambient water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/04—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction
    • B63H1/06—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades
    • B63H1/08—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment
    • B63H1/10—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment of Voith Schneider type, i.e. with blades extending axially from a disc-shaped rotary body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/42—Steering or dynamic anchoring by propulsive elements; Steering or dynamic anchoring by propellers used therefor only; Steering or dynamic anchoring by rudders carrying propellers

Definitions

  • the invention relates to a method for damping the rolling motion of a watercraft, in particular for the roll stabilization of ships, in detail with the features of the preamble of claim 1.
  • the wings are characterized by arranged parallel to the axis of rotation bearing axes, which are additionally pivotable about their own bearing axes.
  • the wing shafts are mounted in plain bearings or special bearings and preferably sealed by double-acting seals against seawater inlet and oil outlet.
  • the wheel body is guided in the axial direction through a track plate and is centered in the radial direction by a bearing, preferably roller bearings.
  • the track plate takes on the weight of the rotating parts and the tilting forces and moments resulting from the propeller thrust, while the bearing assembly transmits the propeller thrust via the propeller housing to the ship.
  • the drive of the wheel body via a flanged on the propeller housing transmission gear and a preferably arranged in the propeller Bevel gear with cyclo-palo spiral toothing.
  • the ring gear is connected via the track plate and the drive drum to the wheel body.
  • the kinematics are controlled by a joystick actuated by two 90 ° offset oil servomotors - a first servomotor and a second servo motor.
  • the first servomotor acts as a so-called drive servo motor and adjusts the slope for the longitudinal thrust, ie, the ship's forward and backward travel.
  • the second servo motor is used to adjust the transverse thrust, ie causes a movement to port and starboard, ie transversely to the longitudinal direction of the hull.
  • the decisive factor is that these can produce a thrust in the respective desired direction by adjusting their wings in order to counteract a rolling movement.
  • the use of such propellers for damping rolling motion is for example known from the following publications: 1. US 2,155,892 2 , US 2,155,456
  • a corresponding device for detecting a roll movement of the ship at least indirectly characterizing size is provided, in the simplest case in the form of a pendulum, wherein in a rolling movement indicating deflection of the pendulum this rash movement is converted directly into a signal for controlling the individual servomotors.
  • the document refers to this US 2,155,892 mainly to the presence of a rolling movement transverse to the longitudinal direction of the ship, while from the document US 2,155,456 the use of a propeller of the type mentioned for roll stabilization in the longitudinal direction is used. In the latter case, however, the propeller itself is pivoted about a horizontal axis, which is very expensive in terms of constructive design and accordingly only allows unsatisfactory results in terms of responsiveness.
  • the invention is therefore based on the object, a method for damping roll motions of watercraft, in particular for the roll stabilization of ships such that the disadvantages mentioned are avoided, especially since the system allows a high ride comfort through its use in ships, which manifests itself therein in that rolling movement is greatly reduced, whereby the system should be characterized by a very short response time and a low design and control engineering effort.
  • the size of the set longitudinal pitch is also taken into account. This minimizes the possible adjustment range depending on their size. As a result, unwanted overlays and countermovements are avoided in other directions.
  • each of the longitudinal gradients are assigned to each of the two limit characteristics for the maximum adjustability at the set transverse pitch, d. H.
  • Each set longitudinal pitch is characterized by its own adjustment range for the transverse pitch. In this case, the theoretically possible adjustment range is reduced with increasing set travel rate.
  • the change in the transverse pitch is at least in dependence on the set transverse pitch and the strength of the rolling motion, d. H. the size of a size that at least indirectly characterizes the rolling motion of the ship. From these variables, the required change in the transverse pitch is determined in the map, from which a manipulated variable for controlling the adjusting device, in particular the rudder servo motor, is formed.
  • the propulsion movement or the set speed in the forward drive direction is set as the target value for a ship speed constant value to be kept constant and compared with a currently determined speed during the entire phase of the roll stabilization and depending on the deviation by changing the travel pitch compensated.
  • a regulation for constant speed of the roll stabilization is additionally superimposed here.
  • the overlay makes it possible to compensate the Rolling movement with constant, ie unchanged travel speed.
  • Dynamic positioning is understood to mean the automated control both in the longitudinal and in the transverse direction, as is particularly advantageous for holding a given position of the ship at sea.
  • the roll stabilization is switchable and with this adjustable sizes for driving gradient and transverse slope allowed in terms of it resulting thrust in the longitudinal or transverse direction does not overwrite the specifications from the parent driving modes.
  • FIG. 1 illustrates in a schematically simplified representation of the basic structure of an inventively designed control and regulation system 1 for watercraft 2, in particular in the form of ships, comprising at least one so-called Schneiderpropeller 3.
  • This is a drive element comprising a rotating wheel body 3.1, the axially parallel wings 3.21 to 3.24 on the outer circumference 3.3 carries.
  • the wing shafts 3.41 to 3.4n are rotatably mounted in plain bearings or special bearings and sealed by double-acting seals against seawater inlet and oil outlet.
  • the wheel body 3.1 is guided axially through a track plate 3.5 and centered radially by a roller bearing. While the roller bearing transmits the propeller thrust to the ship 2 via the propeller housing 3.6, the thrust bearing absorbs the dead weight of the rotating parts and the tilting forces and moments resulting from propeller thrust and pressure.
  • the wheel body 3.1 itself is driven by a reduction gear 3.7 flanged to the propeller housing 3.6 and a bevel gear arranged in the propeller.
  • the ring gear of the bevel gear is connected via the track plate 3.5 and the drive drums with the wheel body 3.1.
  • the control of the kinematics is done via the control stick, which is actuated by two offset by 90 degrees servomotors 3.10 and 3.11 as actuators.
  • the two servomotors 3.10 and 3.11 serve to adjust the so-called longitudinal and also transverse pitch and thus act as adjusting devices 7.1 and 7.2 for adjusting the transverse and / or longitudinal pitch.
  • the first servo motor 3.10 adjusts the pitch for the longitudinal thrust, ie forward and reverse travel of the ship 2
  • the second servomotor 3.11 which is also referred to as rudder servo, is used to influence the transverse thrust, ie movements to port and starboard.
  • FIG. 1 illustrates an example of the basic structure of such a propeller. On this will not be discussed in detail, since this is well known from the prior art.
  • Decisive is only the kinematics and the corresponding servomotors, here designated 3.10 and 3.11, which allow an adjustability of the wings 3.21 to 3.24.
  • the servomotor 3.10 acts as a so-called driving servo motor and 3.11 as a so-called rudder servo motor.
  • the control during operation can be done differently.
  • three basic types of control are distinguished for controlling such systems, which characterize operating modes - the manual control, the so-called autopilot and as a third additional option Dynamic Positioning. These basic operating modes can be switched on in roles of the ship 2, a so-called roll stabilization 8 in the form of the control and / or control system 1. According to the invention, the roll stabilization can be carried out in different ways.
  • the roll stabilization is activated as a function of a variable which at least indirectly characterizes a rolling movement of the ship.
  • the activation can be done as needed, ie manually or automatically, which is subordinate to the individual driving controls, manual, autopilot or dynamic positioning.
  • a control and / or regulating device 5 is provided, in which the manipulated variables Y 1 , Y 2 are determined for the roll stabilization.
  • Input quantity is at least one, the rolling motion of the ship 2 at least indirectly characterizing size, preferably the actual value of the transverse pitch directly.
  • the manipulated variables in particular the manipulated variable Y 1, for controlling the actuating device 7.2 in the form of the servomotor 3.11 for changing the transverse gradient are determined and output therefrom.
  • a roll stabilization takes place by specifying the transverse pitch.
  • the term "transverse pitch” is understood to mean the pitch which describes the pushing movement in the transverse direction when the ship is stationary. This method is reproduced by way of example with reference to a block diagram in FIG. 2a.
  • the roll stabilization is activated in the presence of a pointing to a roll of the ship or the operation of the roll stabilization at least indirectly characterizing size A.
  • a position of the rudder, ie a current transverse slope Q is at least indirectly characterizing detected size and fed to the control device 5. This may be the control and / or regulating device of the control and / or regulating system 1.
  • the corresponding assignment takes place via a predefined or stored characteristic map, from which the possible setting range ⁇ Y is determined on the basis of the currently determined rudder gradient, and a manipulated variable Y 1 can be adjusted to achieve the roll stabilization depending on the rolling movement characterizing size X.
  • FIG. 2 b illustrates, plotted over the theoretically possible usable transverse pitch command, the setting range for the roll stabilization.
  • the map is characterized by two limit states, each of which characterizes the maximum adjustment range at the set transverse slope.
  • the straight line I illustrates the state in relation to the possible adjustment of the transverse pitch, ie the rudder in both directions at full speed, ie 100 percent in the feed direction.
  • the two straight lines II and III limit the possible setting range as a function of the individual driving states in the feed direction, the straight lines II and III describing the limit state, ie the maximum possible adjustability when the transverse inclination is set.
  • the straight line IV and V describes this analogously, but for the opposite adjustment, here second adjustment. This reveals the area for roll stabilization.
  • FIG. 3a and FIG. 3b illustrate a further development according to FIG. 2a, in which additionally the longitudinal pitch, ie the pitch that causes the thrust in the longitudinal direction or in the advancing direction, is taken into account becomes. 2a, whereby in this case, however, associating means 6 includes by way of example a characteristic diagram according to FIG. 3b, which limits the possible rolling stabilization range as a function of the currently set driving gradient.
  • a variable of the control and / or regulating device characterizing the current travel or longitudinal gradient L is at least indirectly derived, whereby the possible range of change for realizing the roll stabilization is derived as a function of this from the allocation device 6 can.
  • the map is constructed analogously as in Figure 2b, but more characteristics are added for the individual longitudinal gradients. These are designated in each case by I to V x , wherein x in this case represents the pitch in the longitudinal direction in percent. It can be seen that when driving gradient zero, ie at a standstill, the possibility of changing the transverse pitch is greatest, while at full speed, ie driving gradient 100%, in the longitudinal direction of the adjustment is almost zero.
  • the theoretically possible setting range is set in relation to the standstill state in this characteristic map taking into account the current transverse pitch.
  • a manipulated variable Y is determined from the respectively determined operating point, and the servomotor 3.11 is activated with it.
  • the longitudinal pitch to compensate for by the change of Transverse slope occurring speed losses are made.
  • the longitudinal gradient is simultaneously changed as a function of the then adjusted change in the transverse pitch by actuation of the adjusting devices 7.1 and 7.2, in particular increased in order to compensate for the speed losses.
  • a control for setting a certain speed wherein an actual value of the current speed V is determined before activation or at the beginning of the activation of the roll stabilization and set as the setpoint V soll for the speed to be respected or not undershooting speed and after passing through or changing the transverse pitch according to the method shown in Figures 2 and 3 additionally a manipulated variable Y 2new to change the longitudinal pitch is set.
  • the manipulated variable Y 2new serves as a rule to increase the longitudinal pitch in order to reduce a higher speed or the loss of speed here.
  • at least the current transverse pitch is first determined in the presence of a variable at least indirectly characterizing the use of the roll stabilization, and this is fed to a control device.
  • the currently present speed V ist is set as a setpoint for the speed V soll to be maintained or else a specific speed that can be selected.
  • a specific speed that can be selected.
  • the desired effect that is the attenuation of the corresponding manipulated variable to change in at least the transverse pitch formed and thereby adjusting speed V is to be determined and to the target quantity V to compare.
  • an adaptation is made to the effect that the target speed V soll is preferably excited. This is done by changing the longitudinal pitch.
  • the longitudinal pitch is determined and also processed in the control and regulating device 5 and formed a control variable for changing the longitudinal pitch.
  • the determination of the manipulated variable can be done purely mathematically, via diagrams or tables. This will then be in an output of Control and / or regulating device 5 output and the respective adjusting device, in particular the servomotor 3.10 supplied to change the slope in the longitudinal direction.
  • the roll stabilization in particular Abregelung the rolling motion, while embedded in a control on initiation of a constant speed.
  • the following variables can be regarded as parameters for the presence of a rolling motion, at least one of the following variables: roll angle, roll angular velocity, roll angular acceleration and / or variables describing the rolling motion or triggering waves, such as frequency, amplitude. If, at least in embodiments in FIGS. 1 to 4, the determination of the manipulated variable for controlling the individual actuating devices is carried out by further methods, according to FIG. 5, the desired control of the individual servomotors 3.10 and 3.11 takes place with the desired roll stabilization.
  • the roller movement at least indirectly characterizing size detecting detection device 9 which supplies this size of a control and / or regulating device 5, wherein derived depending on the present control signal for longitudinal and / or transverse slope of this directly from the adjustment becomes.
  • the detection device comprises for this purpose at least two sensors 10.1, 10.2 for the lateral acceleration, which determines the slope from the difference and in turn from the slope the manipulated variable Y to control the individual servomotors 3.10, 3.11, in particular the valve devices makes.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dämpfung der Rollbewegung eines Wasserfahrzeuges, insbesondere Rollstabilisierung eines Schiffes mit mindestens einem Propeller, umfassend einen rotierenden Radkörper, welcher am Außenumfang achsparallele Flügel trägt, die drehbar um ihre Längsachse gelagert sind;
- bei welchen in Abhängigkeit wenigstens einer, die Rollbewegung des Wasserfahrzeuges wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe durch Änderung der Steigung ein Schub erzeugt wird, der der Rollbewegung entgegenwirkt;
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- die Änderung der Steigung zur Erzeugung eines Gegenschubes erfolgt wahlweise bei Erfassung einer die Rollbewegung des Schiffes charakterisierenden Größe oder einem Signal zur Aktivierung der Rollstabilisierung;
- bei welchen in Abhängigkeit eines als Ist-Wert fungierenden Vorgabewertes der aktuellen an den Flügeln eingestellten Quersteigung eine Änderung der Quersteigung erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dämpfung der Rollbewegung eines Wasserfahrzeuges, insbesondere zur Rollstabilisierung von Schiffen, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Wasserfahrzeuge, insbesondere Schiffe, sind in ihrem Einsatzbereich der Änderung der Umgebungsbedingungen ausgesetzt. So bewirkt starker Wellengang eine als unkomfortabel empfundene Rollbewegung des Schiffes, je nach Ausrichtung der Wellen gegenüber dem Schiffskörper, insbesondere der Längsachse. Dabei treten sowohl Rollbewegungen in Längsrichtung des Schiffes als auch quer zu dieser oder in überlagerter Form aus Rollbewegungen in Längs- und Querrichtung in einem Winkel zur Längsrichtung auf. Um diese zu kompensieren beziehungsweise zu unterbinden sind aus dem Stand der Technik Ausführungen bekannt, welche einen sogenannten Schneiderpropeller zur Rollstabilisierung nutzen. Bei dieser Ausführung handelt es sich um einen Propeller, welcher einen rotierenden Radkörper umfasst, der mehrere, vorzugsweise vier oder fünf achsparallele Flügel im Bereich seines Außenumfanges trägt. Die Flügel sind durch parallel zur Rotationsachse angeordnete Lagerachsen charakterisiert, wobei diese zusätzlich um ihre eigenen Lagerachsen schwenkbar sind. Die Flügelschäfte sind in Gleitlagern oder Spezialwälzlagern gelagert und vorzugsweise durch doppelwirkende Dichtringe gegen Seewassereintritt und Ölaustritt abgedichtet. Der Radkörper wird in axialer Richtung durch eine Spurplatte geführt und ist in radialer Richtung durch ein Lager, vorzugsweise Rollenlager, zentriert. Die Spurplatte nimmt dabei das Eigengewicht der umlaufenden Teile und die aus dem Propellerschub resultierenden Kippkräfte und Momente auf, während die Lageranordnung den Propellerschub über das Propellergehäuse auf das Schiff überträgt. Der Antrieb des Radkörpers erfolgt über ein am Propellergehäuse angeflanschtes Übersetzungsgetriebe und ein vorzugsweise im Propeller angeordnetes Kegelradgetriebe mit Zyklo-Paloidspiralverzahnung. Das Tellerrad ist über die Spurplatte und die Antriebstrommel mit dem Radkörper verbunden. Die Steuerung der Kinematik erfolgt über einen Steuerknüppel, der durch zwei um 90° versetzte Drucköl-Servomotoren - einen ersten Servomotor und einen zweiten Servomotor - betätigt wird. Der erste Servomotor fungiert dabei als sogenannter Fahrtservomotor und verstellt die Steigung für den Längsschub, d. h. Voraus- und Zurückfahrt des Schiffes. Der zweite Servomotor dient der Einstellung des Querschubes, d. h. bewirkt eine Bewegung nach Backbord und Steuerbord, d. h. quer zur Längsrichtung des Schiffskörpers. Bezüglich der konkreten Ausgestaltung dieses Propellers bestehen im Detail eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Entscheidend ist, dass diese durch Verstellung ihrer Flügel einen Schub in der jeweils gewünschten Richtung erzeugen können, um einer Rollbewegung entgegen zu wirken. Der Einsatz derartiger Propeller zur Dämpfung von Rollbewegung ist beispielsweise aus den nachfolgenden Druckschriften vorbekannt:
    1. US 2,155,892 2 . US 2,155,456
  • Aus der Druckschrift US 2,155,892 ist die Verwendung eines Schneiderpropellers zur Rollstabilisierung vorbekannt, bei welcher die Flügelstellung zur Variation des Schubes in der jeweils gewünschten Richtung variiert wird. Diese Druckschrift beschreibt verschiedene Anordnungsmöglichkeiten für einen derartigen Propeller. Gemäß einer ersten Ausführung wird ein entsprechender Propeller unterhalb des Schwerpunktes des Schiffes am Schiffskörper befestigt, gemäß einer zweiten Ausführung erfolgt die Anbindung am Schiffskörper in horizontaler Richtung versetzt zum Schwerpunkt des Schiffes um weniger als ein Viertel der Schiffslänge. Die Änderung der Flügelstellung erfolgt dabei im einzelnen über die Ansteuerung der Servomotoren bei Vorliegen einer Rollbewegung. Dazu ist eine entsprechende Einrichtung zur Erfassung einer die Rollbewegung des Schiffes wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe vorgesehen, im einfachsten Fall in Form eines Pendels, wobei bei einem eine Rollbewegung anzeigenden Ausschlag des Pendels diese Ausschlagbewegung direkt in ein Signal zur Ansteuerung der einzelnen Servomotoren umgesetzt wird. Dabei bezieht sich die Druckschrift US 2,155,892 hauptsächlich auf das Vorliegen einer Rollbewegung quer zur Längsrichtung des Schiffes, während aus der Druckschrift US 2,155,456 die Verwendung eines Propellers der eingangs genannten Art zur Rollstabilisierung in Längsrichtung eingesetzt wird. Im letzten Fall wird jedoch der Propeller selbst um eine horizontale Achse verschwenkt, was hinsichtlich der konstruktiven Ausführung sehr aufwendig ist und dementsprechend hinsichtlich der Ansprechbarkeit nur unbefriedigende Ergebnisse zulässt. Aufgrund der generell vorliegenden direkten Kopplung zwischen der Einrichtung der zur Erfassung wenigstens einer die Rollbewegung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe in Form einer mechanischen Erfassungseinrichtung, insbesondere in Form eines Pendels, welches direkt auf die Rollbewegung reagiert und diese somit durch Verstellung nachbildet, ist bereits eine zeitliche Verzögerung im Hinblick auf das Vorliegen des IST-Wertes einer die Rollbewegung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe zu beobachten, wodurch die Ansprechbarkeit eines derartigen Systems für die heutigen Komfortanforderungen in keinster Weise befriedigen können. Dies gilt auch für die Umsetzung beziehungsweise Zuordnung der die Rollbewegung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe in das Verstellsignal, was aufgrund der Kopplung mit der Erfassungseinrichtung sehr aufwendig ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Dämpfung von Rollbewegungen von Wasserfahrzeugen, insbesondere zur Rollstabilisierung von Schiffen derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden, insbesondere da das System durch den Einsatz in Schiffen einen hohen Fahrkomfort ermöglicht, der sich darin äußert, dass Rollbewegung stark reduziert wird, wobei das System durch eine sehr kurze Ansprechzeit und einen geringen konstruktiven sowie steuerungstechnischen Aufwand charakterisiert sein soll.
  • Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Für die nachfolgenden Erläuterungen werden folgende Begriffe definiert:
    • Längssteigung
    entspricht der Steigung, welche den Schub in Längsrichtung des Schiffes beziehungsweise Vortriebsrichtung erzeugt, wobei unter Steigung die Steigung der Flügel verstanden wird
    Quersteigung
    entspricht der Steigung, die eine Schubbewegung bei stehendem Schiff in Querrichtung ermöglicht und wird auch als Rudersteigung bezeichnet
    Längsrichtung
    Richtung in oder parallel zur Längsachse des Schiffes (entspricht der Richtung für Geradeausfahrt)
    Querrichtung
    Back- oder Steuerbord, senkrecht oder im Winkel zur Längsrichtung
  • Istwerte für Längs- und/oder Quersteigung sind Vorgabewerte, d. h. Sollwerte, die durch Eingabe in übergeordnetem System vorgegeben sind Erfindungsgemäß wird zur Dämpfung der Rollbewegung eines Wasserfahrzeuges, insbesondere zur Rollstabilisierung von Schiffen, die mit einem Propeller in Form eines Schneider-Propellers angeführt sind, umfassend einen rotierenden Radkörper mit im Bereich des Außenumfangs angeordneten drehbar gelagerten achsparallelen Flügeln der Schub in Querrichtung durch Änderung der Quersteigung in Abhängigkeit eines IST-Wertes der aktuell eingestellten Quersteigung, d. h. Rudersteigung, wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe geändert, um einer Rollbewegung entgegen zu wirken. Dadurch wird ein Schub in einem Winkel zur Längsrichtung beziehungsweise Längsachse des Schiffes erzeugt. Dadurch wird es möglich, auf einfache Art und Weise allein aufgrund der Änderung der Flügelstellung, insbesondere der Quersteigung der Flügel des Propellers eine entsprechende Ansteuerbarkeit zu gewährleisten. Die Einstellung beziehungsweise Änderung der Quersteigung in Abhängigkeit der aktuell eingestellten Quersteigung erfolgt entsprechend eines vorgebbaren beziehungsweise vordefinierten Kennfeldes. Das Kennfeld wird durch die Grenzkennlinien begrenzt, welche die maximale Verstellbarkeit bei einer bestimmten eingestellten Quersteigung in einem sogenannten Quersteigungs/Quersteigungsänderungskornmando-Diagramm wiedergeben. Der Stellbereich charakterisiert dabei die Verstellung in beide Richtungen, d. h. sowohl in positiver als auch negativer Richtung bezogen auf die Neutralstellung eines Flügels. Die Quersteigung ist dabei durch den Winkel zwischen der Längsachse eines Flügels und der Parallelen zur Längsrichtung des Schiffes beziehungsweise zur Vortriebsrichtung charakterisiert. Innerhalb des genannten Kennfeldes ist in Abhängigkeit einer bereits voreingestellten Quersteigung, d. h. Rudersteigung, jeder Betriebspunkt zwischen diesen beiden Grenzkennlinien ansteuerbar. Die Ansteuerung erfolgt dabei vorzugsweise in Abhängigkeit des Vorliegens einer die Rollbewegung des Schiffes wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe. Unter diesen wird dabei wenigstens eine der nachfolgend genannten Größen verstanden:
    • Rollwinkel
    • Rollwinkelgeschwindigkeit
    • Rollwinkelbeschleunigung
    • Bei möglicher vorausschauender Betrachtung wären auch die Rollbeschleunigung eine den Wellengang wenigstens mittelbar charakterisierende Größe wie Frequenz, Amplitude denkbar
  • In der Regel wird dazu immer eine Änderung der Quersteigung vorgenommen und somit der Rollbewegung entgegengewirkt. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung wird zusätzlich die Größe der eingestellten Längssteigung mit berücksichtigt. Diese minimiert den möglichen Verstellbereich in Abhängigkeit ihrer Größe. Dadurch werden unerwünschte Überlagerungen und Gegenbewegung auch in anderer Richtung vermieden.
  • Im Kennfeld sind dazu jeder Längssteigung jeweils die beiden Grenzkennlinien für die maximale Verstellbarkeit bei eingestellter Quersteigung zugeordnet, d. h. jede eingestellte Längssteigung ist durch einen eigenen Verstellbereich für die Quersteigung charakterisiert. Dabei wird der theoretisch mögliche Verstellbereich mit zunehmender eingestellter Fahrtsteigung reduziert.
  • Die Änderung der Quersteigung erfolgt zumindest in Abhängigkeit der eingestellten Quersteigung und der Stärke der Rollbewegung, d. h. der Größe einer die Rollbewegung des Schiffes wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe. Aus diesen Größen wird im Kennfeld die erforderliche Änderung der Quersteigung ermittelt, aus welcher eine Stellgröße zur Ansteuerung der Stelleinrichtung, insbesondere des Ruderservomotors, gebildet wird.
  • Gemäß einer weiteren Weiterentwicklung ist es vorgesehen, die Geschwindigkeitsreduzierung in Längsrichtung aufgrund einer Änderung der Steigung in Querrichtung durch entsprechende Ansteuerung in Vortriebsrichtung zu kompensieren. Dies kann beispielsweise in Form einer Regelung auf konstante Geschwindigkeit erfolgen. In diesem Fall wird die Vortriebsbewegung beziehungsweise die eingestellte Geschwindigkeit in Vortriebsrichtung als SOLL-Wert für einen konstant zu haltenden Geschwindigkeitswert für die Fortbewegung des Schiffes gesetzt und während der gesamten Phase der Rollstabilisierung mit einer aktuell ermittelten Geschwindigkeit verglichen und in Abhängigkeit der Abweichung durch Änderung der Fahrsteigung kompensiert. Dies bedeutet, dass hier eine Regelung auf konstante Geschwindigkeit der Rollstabilisierung zusätzlich überlagert wird. Die Überlagerung ermöglicht dabei eine Kompensation der Rollbewegung bei gleichzeitig konstanter, d. h. unveränderter Reisegeschwindigkeit.
  • Die erfindungsgemäße Lösung zur Rollstabilisierung ist dabei als ein Feature in einer Steuerung zur Ansteuerung eingangs genannter aufgebauter Propeller in einem Wasserfahrzeug, insbesondere Schiff, einsetzbar. Dieses Feature kann dabei je nach Bedarf zuschaltbar oder aber automatisch zuschaltbar ausgeführt sein. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist dieses Feature immer der eigentlichen Fahrsteuerung untergeordnet, d. h. je nachdem, in welchem Betriebsmodus das Schiff betrieben wird, ist die Rollstabilisierung lediglich als Zusatz einsetzbar und hinsichtlich der Priorität ihrer Betätigung dem eigentlich eingestellten Betriebsmodus untergeordnet. Als Fahrmodi werden nachfolgende unterschieden:
    1. 1.) Manuelle Vorwahl des Fahrtsignals, d. h. des Schubes in Längsrichtung und Steuerung des Schubes in Querrichtung über einen Kompass
    2. 2.) Autopilot - über Steuerung vorgebbare Einstellung des Schubes in Längsrichtung und manuelle Steuerung des Schubes in Querrichtung über Kompass
    3. 3.) Dynamic Positioning - Halten einer vorgegebenen Position auf See
  • Unter dem Autopiloten wird dabei die elektronische Vorgabe eines Fahrtsignals in Querrichtung verstanden, während Änderung der Längssteigung noch von Hand steuerbar ist. Unter Dynamic Positioning wird die automatisierte Steuerung sowohl in Längs- als auch Querrichtung verstanden, wie dies insbesondere für das Halten einer vorgegebenen Position des Schiffes auf See von Vorteil ist. In all diesen Fahrmodi ist die Rollstabilisierung zuschaltbar und die mit dieser einstellbaren Größen für Fahrsteigung und Quersteigung dürfen hinsichtlich des daraus resultierenden Schubes in Längs- oder Querrichtung nicht die Vorgaben aus den übergeordneten Fahrmodi überspielen.
  • Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
    • Figur 1
    verdeutlicht in schematisiert stark vereinfachter Darstellung das Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Lösung;
    Figuren 2a und 2b
    verdeutlichen anhand von Blockschaltbildern und eines Diagramms eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung;
    Figuren 3a und 3b
    verdeutlichen anhand eines Blockschaltbildes und eines Diagramms eine Weiterentwicklung gemäß Figur 2;
    Figur 4
    verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Blockschaltbildes eine Weiterentwicklung gemäß einer Ausführung in Figur 3.
    Figur 5
    verdeutlicht eine Möglichkeit der Direktansteuerung der Ventile der Servomotoren.
  • Figur 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung den Grundaufbau eines erfindungsgemäß ausgeführten Steuer- und Regelsystems 1 für Wasserfahrzeuge 2, insbesondere in Form von Schiffen, umfassend zumindest einen sogenannten Schneiderpropeller 3. Bei diesem handelt es sich um ein Antriebselement, umfassend einen rotierenden Radkörper 3.1, der achsparallele Flügel 3.21 bis 3.24 am Außenumfang 3.3 trägt. Die Flügelschäfte 3.41 bis 3.4n sind dabei in Gleitlagern oder in Spezialwälzlagern drehbar gelagert und durch doppelwirkende Dichtringe gegen Seewassereintritt und Ölaustritt abgedichtet.
  • Der Radkörper 3.1 wird axial durch eine Spurplatte 3.5 geführt und radial durch ein Rollenlager zentriert. Während das Rollenlager den Propellerschub über das Propellergehäuse 3.6 auf das Schiff 2 überträgt, nimmt das Spurlager das Eigengewicht der umlaufenden Teile und die aus Propellerschub und Druck resultierenden Kippkräfte und Momente auf. Der Radkörper 3.1 selbst wird über ein am Propellergehäuse 3.6 angeflanschtes Untersetzungsgetriebe 3.7 und ein im Propeller angeordnetes Kegelradgetriebe angetrieben. Das Tellerrad des Kegelradgetriebes ist über die Spurplatte 3.5 und die Antriebstrommeln mit dem Radkörper 3.1 verbunden. Die Steuerung der Kinematik geschieht über den Steuerknüppel, der durch zwei um 90 Grad versetzte Servomotoren 3.10 und 3.11 als Stellglieder betätigt wird. Diese beiden Servomotoren 3.10 und 3.11 dienen dabei der Einstellung der sogenannten Längs- und auch Quersteigung und fungieren somit als Stelleinrichtungen 7.1 und 7.2 zur Einstellung der Quer- und/oder Längssteigung. Der erste Servomotor 3.10 verstellt die Steigung für den Längsschub, d. h. Voraus- und Rückwärtsfahrt des Schiffes 2, der zweite Servomotor 3.11 , welcher auch als Ruderservomotor bezeichnet wird, dient der Beeinflussung des Querschubes, d. h. Bewegungen nach Backbord und Steuerbord. Figur 1 verdeutlicht dabei beispielhaft den Grundaufbau eines derartigen Propellers. Auf diesen wird im Detail wird weiter nicht eingegangen, da dieser aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt ist. Entscheidend ist lediglich die Kinematik und die entsprechenden Servomotoren, hier mit 3.10 und 3.11 bezeichnet, die eine Verstellbarkeit der Flügel 3.21 bis 3.24 ermöglichen. Dabei fungiert der Servomotor 3.10 als sogenannter Fahrservomotor und 3.11 als sogenannter Ruderservomotor. Die Ansteuerung bei Betrieb kann unterschiedlich erfolgen. Im wesentlichen werden zur Steuerung derartiger Systeme drei grundsätzliche Steuervarianten unterschieden, die Betriebsmodi charakterisieren - die manuelle Ansteuerung, der sogenannte Autopilot und als dritte weitere Möglichkeit Dynamic Positioning. Diesen Grundbetriebsmodi kann bei Rollen des Schiffes 2 eine sogenannte Rollstabilisierung 8 in Form des Steuer- und/oder Regelsystems 1 zugeschaltet werden. Erfindungsgemäß kann dabei die Rollstabilisierung auf unterschiedliche Art und Weise ausgeführt werden. Gemäß einer ersten Ausführung wird in Abhängigkeit einer auf einer Rollbewegung des Schiffes wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe die Rollstabilisierung aktiviert. Die Aktivierung kann dabei je nach Bedarf, d. h. manuell oder aber auch automatisch erfolgen, wobei diese den einzelnen Fahrsteuerungen, manuell, Autopilot oder Dynamic Positioning untergeordnet ist. Dazu ist eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 5 vorgesehen, in welcher die Stellgrößen Y1, Y2 für die Rollstabilisierung ermittelt werden. Eingangsgröße ist dabei wenigstens eine, die Rollbewegung des Schiffes 2 wenigstens mittelbar charakterisierende Größe, vorzugsweise der Istwert der Quersteigung direkt. Aus diesen wird je nach Strategie, wie noch in den Figuren 2 bis 4 beschrieben, die Stellgrößen, insbesondere die Stellgröße Y1 zur Ansteuerung der Stelleinrichtung 7.2 in Form des Servomotors 3.11 zur Änderung der Quersteigung ermittelt und ausgegeben.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt eine Rollstabilisierung durch Vorgabe der Quersteigung. Unter Quersteigung wird dabei die Steigung verstanden, die die Schubbewegung bei stehendem Schiff in Querrichtung beschreibt. Dieses Verfahren ist beispielhaft anhand eines Blockschaltbildes in Figur 2a wiedergegeben. Die Rollstabilisierung wird dabei bei Vorliegen eines auf ein Rollen des Schiffes hinweisendes oder die Betätigung der Rollstabilisierung wenigstens mittelbar charakterisierende Größe A aktiviert. Dazu wird eine Stellung des Ruders, d. h. eine die aktuelle Quersteigung Qist wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe erfasst und der Steuereinrichtung 5 zugeführt. Bei dieser kann es sich um die Steuer- und/oder Regeleinrichtung des Steuer- und/oder Regelsystems 1 handeln. In der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 5 ist dabei eine Zuordnungseinrichtung 6 integriert, die in Abhängigkeit der aktuellen Stellung des Ruders, d. h. der aktuellen Quersteigung Qist, eine Zuordnung über den maximalen Bereich der Verstellbarkeit des Ruders, insbesondere der Änderung der Quersteigung ermöglicht. Im einfachsten Fall erfolgt die entsprechende Zuordnung über ein vordefiniertes beziehungsweise abgespeichertes Kennfeld, aus welchem anhand der aktuellen ermittelten Rudersteigung der mögliche Stellbereich ΔY ermittelt wird und eine Stellgröße Y1 in Abhängigkeit der die Rollbewegung charakterisierende Größe X zur Erzielung der Rollstabilisierung eingestellt werden kann.
  • Figur 2b verdeutlicht dabei, aufgetragen über das theoretisch mögliche nutzbare Quersteigungskommando, den Stellbereich für die Rollstabilisierung. Das Kennfeld ist durch zwei Grenzzustände charakterisiert, die jeweils den maximalen Verstellbereich bei eingestellter Quersteigung charakterisieren. Die Gerade I verdeutlicht dabei den Zustand in Bezug auf den möglichen Verstellweg der Quersteigung, d. h. des Ruders in beide Richtungen bei voller Fahrt, d. h. 100 Prozent in Vorschubrichtung. Die beiden Geraden II und III begrenzen dabei den möglichen Stellbereich in Abhängigkeit der einzelnen Fahrzustände in Vorschubrichtung, wobei die Geraden II und III den Grenzzustand, d. h. die maximal mögliche Verstellbarkeit bei eingestellter Quersteigung, beschreiben. Die Gerade IV und V beschreibt diesen analogerweise, jedoch für die entgegengesetzte Verstellrichtung, hier zweite Verstellrichtung. Daraus ersichtlich wird der Bereich für die Rollstabilisierung. Diese ist bei eingestellter Quersteigung Null, d. h. eine Exzentrizität am größten, während sich je nach voreingestellter Quersteigung, d. h. vorliegendem Istwert Qist von ungleich Null für die Quersteigung, dieser Bereich verringert. Aus diesem Kennfeld kann dann entweder die gewünschte Stellgröße zur Ansteuerung der Stelleinrichtung 7 zur Änderung der Quersteigung ermittelt werden oder aber auch abgelesen werden. Im einfachsten Fall wird dabei in Abhängigkeit der vorliegenden Exzentrizität, d. h. des Istwertes der aktuellen Quersteigung, der maximal mögliche Stellbereich ausgeschöpft. Entsprechend wird die entsprechende Stellgröße Y1 am Ausgang der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 5 ausgegeben und der Stelleinrichtung für die Änderung des Rudersignals, insbesondere der Quersteigung am Servomotor 3.11 ausgegeben. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, in Abhängigkeit der die Rollbewegung charakterisierenden Größen, eine Stellgröße Y1 zu berechnen oder zuzuordnen, die zu einer Einstellung einen Betriebspunkt im Stellbereich führt, d. h. der Stellbereich wird nicht ausgeschöpft, und die Stellgröße Y1 wird als Funktion des aktuellen Istwertes der Quersteigung, eines Istwertes der die Rollbewegung charakterisierenden Größe einstellt.
  • Verdeutlichen die Figuren 2a und 2b eine erste Grundausführung der erfindungsgemäßen Lösung zur Stabilisierung, verdeutlichen die Figur 3a und die Figur 3b eine Weiterentwicklung gemäß Figur 2a, bei welcher zusätzlich die Längssteigung, d. h. die Steigung, die den Schub in Längsrichtung beziehungsweise in Vortriebsrichtung bewirkt, berücksichtigt wird. Auch bei dieser werden die entsprechenden Eingangsgrößen gemäß Figur 2a berücksichtigt, wobei hier jedoch Zuordnungseinrichtung 6 beispielhaft ein Kennfeld gemäß Figur 3b beinhaltet, welche den möglichen Rollstabilisierungsbereich in Abhängigkeit der aktuell eingestellten Fahrtsteigung eingrenzt. Dies bedeutet, dass als weitere Ist-Größe eine die aktuelle Fahrt- bzw. Längssteigung List wenigstens mittelbar charakterisierende Größe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung zuführbar ist, wobei in Abhängigkeit dieser aus der Zuordnungseinrichtung 6 der mögliche Änderungsbereich zur Realisierung der Rollstabilisierung abgeleitet werden kann. Im einzelnen ist das Kennfeld analog wie in Figur 2b aufgebaut, jedoch sind für die einzelnen Längssteigungen weitere Kennlinien eingefügt. Diese sind jeweils mit I bis Vx bezeichnet, wobei x in diesem Fall die Steigung in Längsrichtung in Prozent wiedergibt. Daraus ist erkennbar, dass bei Fahrsteigung Null, d. h. im Stillstand, die Möglichkeit der Änderung der Quersteigung am größten ist, während bei voller Fahrt, d. h. Fahrsteigung 100%, in Längsrichtung der Verstellbereich nahezu Null beträgt. In Abhängigkeit der tatsächlich aktuellen Fahrtsteigung wird dann in diesem Kennfeld unter Berücksichtigung der aktuellen Quersteigung der theoretisch mögliche Stellbereich gegenüber dem Stillstandszustand eingestellt. Dazu wird aus dem jeweils ermittelten Betriebspunkt eine Stellgröße Y ermittelt und mit dieser der Servomotor 3.11 angesteuert.
  • Gemäß einer Weiterentwicklung der Ausführung gemäß Figur 2 und 3 kann zusätzlich die Längssteigung zum Ausgleich der durch die Änderung der Quersteigung auftretenden Geschwindigkeitsverluste vorgenommen werden. Dies bedeutet, dass gemäß Figur 4 in Abhängigkeit der dann eingestellten Änderung der Quersteigung durch Ansteuerung der Stelleinrichtungen 7.1 und 7.2 gleichzeitig die Längssteigung geändert wird, insbesondere vergrößert um hier einen Ausgleich der Geschwindigkeitsverluste zu erzielen. Dies kann beispielsweise in Form einer Regelung zur Einstellung einer bestimmten Geschwindigkeit erfolgen, wobei ein Ist-Wert der aktuellen Geschwindigkeit Vist vor Aktivierung oder bei Beginn der Aktivierung der Rollstabilisierung ermittelt wird und als Sollwert Vsoll für die einzuhaltende Geschwindigkeit gesetzt wird beziehungsweise eine nicht zu unterschreitende Geschwindigkeit und nach Durchlaufen beziehungsweise Änderung der Quersteigung gemäß den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Verfahren zusätzlich eine Stellgröße Y2neu zur Änderung der Längssteigung gesetzt wird. Die Stellgröße Y2neu dient dabei in der Regel der Vergrößerung der Längssteigung, um hier eine höhere Geschwindigkeit beziehungsweise den Geschwindigkeitsverlust zu reduzieren. Auch hier wird zuerst bei Vorliegen einer den Einsatz der Rollstabilisierung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe zumindest die aktuelle Quersteigung ermittelt und diese einer Steuereinrichtung zugeführt. Ferner wird die aktuell vorliegende Geschwindigkeit Vist als Sollgröße für die einzuhaltende Geschwindigkeit Vsoll gesetzt oder aber eine bestimmte Geschwindigkeit, die wählbar ist. Dabei wird gemäß Figur 2 oder Figur 3 in Abhängigkeit der die Rollbewegung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen und des gewünschten Effektes, d. h. der Dämpfung dieser die entsprechende Stellgröße zur Änderung zumindest der Quersteigung gebildet und die sich dabei einstellende Geschwindigkeit Vist ermittelt und mit der Sollgröße Vsoll vergleichen. Bei Abweichung wird dann eine Anpassung dahingehend vorgenommen, dass die Sollgeschwindigkeit Vsoll vorzugsweise angeregt wird. Dies erfolgt durch Änderung der Längssteigung. Dazu wird die Längssteigung ermittelt und ebenfalls in der Steuer- und Regeleinrichtung 5 bearbeitet und eine Stellgröße zur Änderung der Längssteigung gebildet. Die Ermittlung der Stellgröße kann dabei rein rechnerisch, über Diagramme oder Tabellen erfolgen. Diese wird dann in einem Ausgang der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 5 ausgegeben und der jeweiligen Stelleinrichtung, insbesondere dem Servomotor 3.10 zur Änderung der Steigung in Längsrichtung zugeführt. Die Rollstabilisierung, insbesondere Abregelung der Rollbewegung, dabei in einer Regelung auf Einleitung einer konstanten Geschwindigkeit eingebettet.
  • Als Parameter für das Vorliegen einer Rollbewegung können dabei folgende Größen angesehen werden, mindestens eine der nachfolgenden Größen: Rollwinkel, Rollwinkelgeschwindigkeit, Rollwinkelbeschleunigung und/oder aber die bzw. die Rollbewegung auslösenden Wellen beschreibenden Größen, wie Frequenz, Amplitude.
    Erfolgt zumindest in Ausführungen in den Figuren 1 bis 4 die Ermittlung der Stellgröße zur Ansteuerung der einzelnen Stelleinrichtungen über weitere Verfahren, erfolgt gemäß Figur 5 bei gewünschter Rollstabilisierung die direkte Ansteuerung der einzelnen Servomotoren 3.10 und 3.11. In diesem Fall ist zumindest eine, die Rollbewegung wenigstens mittelbar charakterisierende Größe erfassende Erfassungseinrichtung 9 vorgesehen, die diese Größe einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 5 zuführt, wobei in Abhängigkeit des vorliegenden Steuersignales für Längs- und/oder Quersteigung aus dieser direkt der Verstellwinkel abgeleitet wird. Die Erfassungseinrichtung umfasst dazu wenigstens zwei Sensoren 10.1, 10.2 für die Querbeschleunigung, wobei diese aus der Differenz die Steigung ermittelt und aus der Steigung wiederum die Stellgröße Y zur Ansteuerung der einzelnen Servomotoren 3.10, 3.11, insbesondere der Ventileinrichtungen vornimmt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Steuer- und/oder Regelsystem
    2
    Wasserfahrzeug
    3
    Schneiderpropeller
    3.1
    Radkörper
    3.21 - 3.24
    achsparallele Flügel
    3.41 - 3.4n
    Flügelschäfte
    3.5
    Spurplatte
    3.6
    Propellergehäuse
    3.7
    Übersetzungsgetriebe
    3.10, 3.11
    Servomotor
    5
    Steuer- und/oder Regeleinrichtung
    6
    Zuordnungseinrichtung
    7
    Stelleinrichtung
    8
    Rollstabilisierung
    9
    Empfangseinrichtung
    10.1, 10.2
    Sensoren

Claims (12)

  1. Verfahren zur Dämpfung der Rollbewegung eines Wasserfahrzeuges, insbesondere Rollstabilisierung eines Schiffes (2) mit mindestens einem Propeller, umfassend einen rotierenden Radkörper (3), welcher am Außenumfang achsparallele (3.21, 3.2n) Flügel trägt, die drehbar um ihre Längsachse gelagert sind;
    1.1 bei welchen in Abhängigkeit wenigstens einer, die Rollbewegung des Wasserfahrzeuges (2) wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe durch Änderung der Steigung ein Schub erzeugt wird, der der Rollbewegung entgegenwirkt;
    gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    1.2 die Änderung der Steigung zur Erzeugung eines Gegenschubes erfolgt wahlweise bei Erfassung einer die Rollbewegung des Schiffes charakterisierende Größe oder einem Signal zur Aktivierung der Rollstabilisierung;
    1.3 bei welchen in Abhängigkeit eines als Ist-Wert fungierenden Vorgabewertes der aktuellen an den Flügeln eingestellten Quersteigung eine Änderung der Quersteigung vorgenommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quersteigung reduziert wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Änderung der Quersteigung aus einem vordefinierten oder vorspeicherbaren Kennfeld abgeleitet wird, welches durch zwei Grenzlinien begrenzt ist, wobei die Grenzlinien die maximal mögliche Verstellbarkeit bei einem bestimmten voreingestellten Wert der Quersteigung beschreiben und wobei sich für jeden eingestellten Wert der Quersteigung im Kennfeld ein Stellbereich zwischen minimaler und maximaler Verstellbarkeit ergibt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Stellgröße (Y1) zur Änderung der Quersteigung als Funktion wenigstens einer die Rollbewegung des Schiffes (2) wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als die die Rollbewegung des Schiffes (2) wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen wenigstens eine der nachfolgend genannten Größen erfasst werden:
    - die den Rollwinkel wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe
    - eine die Rollgeschwindigkeit wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe
    - Rollbeschleunigung
    - eine den die Rollbewegung auslösenden Wellengang wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, wie Amplitude und/oder Frequenz
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden eingestellten Ist-Wert einer den Vorschub in Vortriebsrichtung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, insbesondere der Längs- bzw. Fahrtsteigung der maximale Stellbereich für die aktuell eingestellte Quersteigung zur Änderung der Quersteigung begrenzt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
    7.1 ein als Ist-Wert der aktuell eingestellten Fahrtsteigung fungierender Vorgabewert für die Fahrtsteigung und der als Ist-Wert fungierende Vorgabewert für die eingestellte aktuelle Quersteigung erfasst wird;
    7.2 in Abhängigkeit der Vorgabewerte für die Quersteigung und Längssteigung und die die Rollbewegung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen eine Stellgröße zur Änderung der Quersteigung ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit der Vorgabewerte sowie der die Rollbewegung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe eine Stellgröße zur Ansteuerung einer Stelleinrichtung (7.1; 7.2) für die Steigung (3.21, 3.2n) ausgegeben wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine, durch Erzeugung eines Querschubes hervorgerufene Geschwindigkeitsreduzierung durch Änderung der Längssteigung und damit der Fahrtsteigung in Vortriebsrichtung ausgeglichen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Aktivierung der Änderung der Quersteigung vorliegende Geschwindigkeit in Vortriebsrichtung ermittelt wird und der Ist-Wert als Soll-Wert für eine konstant zu haltende Fahrgeschwindigkeit gesetzt wird oder eine konstant zu haltende Fahrgeschwindigkeit als solche vorgegeben wird und bei welchen bei Änderung der Quersteigung die aktuellen Ist-Werte der Fahrgeschwindigkeit ermittelt werden und mit dem gesetzten Soll-Wert verglichen wird, wobei bei Abweichung eine Änderung der Fahrtsteigung derart erfolgt, dass der Ist-Wert an den Soll-Wert herangeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einem Verfahren zur Steuerung eines Wasserfahrzeuges untergeordnet ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einem der nachgenannten Verfahren untergeordnet ist:
    - der manuellen Einstellung der Längssteigung
    - der automatischen Einstellung beziehungsweise Regelung einer konstant eingestellten Schiffskurses oder
    - der automatischen Einstellung oder Regelung einer konstant zu haltenden Schiffsposition.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Bestandteil einer Regelung auf konstante Geschwindigkeit ist.
EP06023343A 2005-11-26 2006-11-09 Verfahren zur Dämpfung der Rollbewegung eines Wasserfahrzeuges Active EP1790566B1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005056469.0A DE102005056469B4 (de) 2005-11-26 2005-11-26 Verfahren zur Dämpfung der Rollbewegung eines Wasserfahrzeuges, insbesondere zur Rollstabilisierung von Schiffen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1790566A1 true EP1790566A1 (de) 2007-05-30
EP1790566B1 EP1790566B1 (de) 2010-07-14

Family

ID=37806211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP06023343A Active EP1790566B1 (de) 2005-11-26 2006-11-09 Verfahren zur Dämpfung der Rollbewegung eines Wasserfahrzeuges

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7527009B2 (de)
EP (1) EP1790566B1 (de)
DE (1) DE102005056469B4 (de)
NO (1) NO337625B1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1997728A1 (de) * 2007-05-31 2008-12-03 J.G. Blaazer Beheer B.V. Mittel und Verfahren zur Schiffsstabilisierung
EP2944556A1 (de) * 2014-05-12 2015-11-18 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Zykloidisches Wasserantriebssystem

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007011711A1 (de) * 2007-03-08 2008-09-18 Joachim Falkenhagen Verfahren zur Antizipation von Wellen- und Windbewegungen und zu deren Kompensation
KR101533392B1 (ko) * 2007-10-11 2015-07-02 아이티알이씨 비. 브이. 롤 감쇠 기계장치를 구비하는 선박
DE102009002107A1 (de) * 2009-04-01 2010-10-14 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zum Steuern eines Schiffes und Steuerungsanordnung
DE102016121933A1 (de) 2016-11-15 2018-05-17 Schottel Gmbh Verfahren zur Dämpfung der Rollbewegung eines Wasserfahrzeuges
DE102018109085A1 (de) 2018-04-17 2019-10-17 Marco Sicconi Antriebsanordnung zur Kompensation und/oder zur Minderung und/oder zur Verringerung der Rollbewegung und/oder der Stampfbewegung eines Wasserfahrzeuges
NL2026944B1 (nl) * 2020-11-20 2022-07-01 Rotorswing Holland B V Stabilisatie-inrichting voor het actief dempen van scheepsbewegingen.
CN113501099B (zh) * 2021-08-26 2022-12-02 哈尔滨工程大学 一种减纵摇槽道螺旋桨

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB232175A (en) * 1924-04-10 1926-04-08 Kurt Friedrich Johannes Kirste Improvements relating to propelling and constructing ships
US3371635A (en) * 1966-09-07 1968-03-05 Nancy Lee Seeley Submersible vessel
EP0221491A1 (de) * 1985-11-08 1987-05-13 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Steuerung eines Zykloidenpropellers für Wasserfahrzeuge

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE690383C (de) * 1936-04-29 1940-04-29 Siemens App Schiffsstabilisierungsanlage
US2155892A (en) * 1937-01-08 1939-04-25 Askania Werke Ag Stabilizing device
US2155456A (en) * 1937-01-18 1939-04-25 Askania Werke Ag Stabilizing device for ships
US3665168A (en) * 1970-12-18 1972-05-23 Gen Electric Adaptively controlled position prediction system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB232175A (en) * 1924-04-10 1926-04-08 Kurt Friedrich Johannes Kirste Improvements relating to propelling and constructing ships
US3371635A (en) * 1966-09-07 1968-03-05 Nancy Lee Seeley Submersible vessel
EP0221491A1 (de) * 1985-11-08 1987-05-13 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Steuerung eines Zykloidenpropellers für Wasserfahrzeuge

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1997728A1 (de) * 2007-05-31 2008-12-03 J.G. Blaazer Beheer B.V. Mittel und Verfahren zur Schiffsstabilisierung
EP2944556A1 (de) * 2014-05-12 2015-11-18 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Zykloidisches Wasserantriebssystem

Also Published As

Publication number Publication date
DE102005056469A1 (de) 2007-05-31
EP1790566B1 (de) 2010-07-14
US20070123120A1 (en) 2007-05-31
NO337625B1 (no) 2016-05-09
NO20065410L (no) 2007-05-29
US7527009B2 (en) 2009-05-05
DE102005056469B4 (de) 2016-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1790566B1 (de) Verfahren zur Dämpfung der Rollbewegung eines Wasserfahrzeuges
EP2193073B1 (de) Verfahren zur steuerung eines oberflächenantriebs für ein wasserfahrzeug im oberen geschwindigkeitsbereich
EP2193074B1 (de) Verfahren zum steuern eines wasserfahrzeugs mit einem oberflächenantrieb
DE69505244T2 (de) Automatische drehzahlregelung eines verbrennungsmotors
EP2193072B1 (de) Verfahren zur steuerung eines oberflächenantriebs für ein wasserfahrzeug
DE69205172T2 (de) Koordinierte Kursabweichung bei hohen Geschwindigkeiten für Drehflügelflugzeug.
EP3099564B1 (de) Wasserfahrzeug, insbesondere schlepper
DE3908315A1 (de) Einrichtung und verfahren zum steuern eines luftfahrzeugs, insbesondere eines ferngesteuerten luftfahrzeugs
DE2227703A1 (de) Ruderbetätigungs-Steuereinrichtung für Seefahrzeuge
DE10261724B4 (de) Lenkkontrollsystem mit magnetorheologischem Dämpfer
EP2616327A1 (de) Verfahren zum betreiben eines schiffes, insbesondere eines frachtschiffes, mit wenigstens einem magnus-rotor
DE69206268T2 (de) Modellunterstüztes regelungssystem.
EP0595977B1 (de) Steuersystem zum betreiben einer antriebsanlage eines schiffes
WO2007016805A1 (de) Wasserfahrzeuglenkung und trimmung
EP0221491B1 (de) Vorrichtung zur Steuerung eines Zykloidenpropellers für Wasserfahrzeuge
DE69205173T2 (de) Giersteuerung bei hohen Geschwindigkeiten für Drehflügelflugzeug.
DE69712399T2 (de) Vorrichtung um die Geschwindigkeit eines Flugzeugs in einem vorgegebenen Bereich zu halten
EP4257476A1 (de) Steuerverfahren für ein schiff mit einem verstellpropeller
DE60106759T2 (de) Propellerflugzeug mit verbesserter Stabilität um seine Hochachse
EP2986502B1 (de) Optimierung eines antriebssystems mit einem verstellpropeller bei einem wasserfahrzeug während eines stoppmanövers
DE3901137C2 (de)
BE1031374B1 (de) Verfahren zur Steuerung eines elektromechanischen Lenksystems bei halbautonomen Fahrmodus des Lenksystems mit Positionsregelung mittels Boost-Regelung
DE1431185C3 (de) Regelvorrichtung für Luftfahrzeug-Triebwerksanlagen
DE1481551A1 (de) Flugregler fuer Flugzeuge
WO2010112391A2 (de) Verfahren zum steuern eines schiffes und steuerungsanordnung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20070322

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK YU

AKX Designation fees paid

Designated state(s): IT NL

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8566

GRAC Information related to communication of intention to grant a patent modified

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSCIGR1

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): IT NL

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: T3

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20100714

26N No opposition filed

Effective date: 20110415

PGRI Patent reinstated in contracting state [announced from national office to epo]

Ref country code: IT

Effective date: 20151204

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Payment date: 20201124

Year of fee payment: 15

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: PD

Owner name: J.M. VOITH SE & CO. KG; DE

Free format text: DETAILS ASSIGNMENT: CHANGE OF OWNER(S), ASSIGNMENT; FORMER OWNER NAME: VOITH TURBO GMBH & CO. KG

Effective date: 20210901

Ref country code: NL

Ref legal event code: HC

Owner name: VOITH TURBO GMBH & CO. KG; DE

Free format text: DETAILS ASSIGNMENT: CHANGE OF OWNER(S), CHANGE OF OWNER(S) NAME; FORMER OWNER NAME: VOITH TURBO MARINE GMBH & CO. KG

Effective date: 20210806

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20211109

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Payment date: 20231120

Year of fee payment: 18