NL8101129A - Inrichting voor het aandrijven en besturen van een vaartuig. - Google Patents

Description

N/30.057-St/lb ' *-

Inrichting voor het aandrijven en besturen van een vaartuig.

De uitvinding betreft een inrichting voor het aandrijven en besturen van een vaartuig, dat ten minste één paar roerschroeven heeft, waarbij de roerschroeven van elk paar althans nagenoeg symmetrisch ter weerszijden 5 van de door het laterale zwaartepunt lopende middenlangs-lijn van het vaartuig zijn geplaatst, welke inrichting is voorzien van een stuurelement,dat stuurbewegingen in twee vrijheidsgraden kan uitvoeren, waarbij elke stuurbeweging op respectieve gevers van een afstandsbesturingssysteem 10 voor de roerschroeven werkt.

Er is een dergelijke inrichting voor het besturen van schepen met twee roerschroeven bekend, waarbij een hefboom, die in de richtingen van twee coördinaten verdraaibaar is, wordt toegepast, welke hefboom over 15 gevers, fasediscriminatoren, versterkers en stelmotoren de draaibewegingen van de roerschroeven tot stand brengt.

De bekende inrichting is gecompliceerd en maakt het niet mogelijk om het schip in willekeurige richtingen zonder draaien te verzetten (traverseren genoemd), zie het Ameari-20 kaanse octrooischrift 3.976.023.

De uitvinding beoogt een inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, die eenvoudig en goedkoop kan worden uitgevoerd en waarmee kan worden getraverseerd.

25 De inrichting volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat de beweging van het stuurelement in de ene vrijheidsgraad een draaiing om een as is, waarmee via de gevers, zoals elektrische servo-elementen, een synchrone verdraaiing van de roerschroeven van elk paar 30 wordt bestuurd, terwijl de beweging van het stuurelement in de tweede vrijheidsgraad de verschuiving van een tand-stangelement veroorzaakt, waarmee via de zelfde gevers een relatieve tegengestelde verdraaiing van de roerschroeven wordt bestuurd.

35 Zoals bekend is, kunnen gevers worden toege past, die uit twee ten opzichte van elkaar beweegbare onderdelen bestaan, zoals bij elektrische servo-elementen uit een spoel of dergelijke en een langs deze spoel verschuif- 8101129 % - 2 - bare borstel of dergelijke. In dat geval is volgens de uitvinding de uitvoering bij voorkeur zodanig, dat het stuurelement bij de genoemde draaiing via tandwielen of dergelijke op het ene onderdeel van de gever werkt, en dat het 5 stuurelement bij de genoemde verschuiving via het tandstang-element op het andere onderdeel van de gever werkt.

De gevers en ontvangers van het afstands-besturingssysteem kunnen elektrisch danwel hydraulisch of pneumatisch of in een combinatie daarvan zijn uitgevoerd.

10 De voor dergelijke afstandsbesturingssystemen toe te passen elementen zijn op zichzelf bekend.

Volgens een andere uitvoeringvorm van de uitvinding is het ook mogelijk, dat het stuurelement bij de genoemde draaiing en verschuiving op het zelfde onderdeel 15 van de gever werkt.

Een eenvoudige uitvoering van de inrichting wordt verkregen als het of elk bij de draaiing van het stuurelement op de gevers werkende tandwiel een schuine vertanding heeft en bij de verschuiving van het stuurelement 20 in de langsrichting wordt verschoven en dan als tandstang-- element werkt.

Met de stuurinrichting volgens de uitvinding is een schokvrij manoeuvreren en ook een snelle omschakeling van vooruit op achteruit en omgekeerd mogelijk zonder 25 dat het schip uit de koers loopt. De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van in de tekening weergegeven uitvoer ingsvoorbeelden .

Fig. 1 toont schematisch een vaartuig, dat van de aandrijf- en besturingsinrichting volgens de uit-30 vinding is voorzien; fig. 2 toont een eerste uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding, en wel het stuurelement, de gevers en het daartussen geschakelde tandwieldrijfwerk; fig. 3 is een schema van voorbeelden van de 35 verschillende standen van het stuurelement met de daarbij behorende voortstuwingsrichtingen van de schroeven; fig. 4 illustreert een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding; en fig. 5 toont schematisch een derde uitvoerings- 40 vorm.

8101129 # « - 3 -

De beweging van een vaartuig kan in twee componenten worden ontleed en wel in een langs- of dwarsbeweging (zonder draaiing verzetten of traverseren) en een draaiing. Deze bewegingen kunnen ook op elkaar gesuperponeerd zijn.

5 Het draaipunt van het vaartuig is het laterale zwaartepunt. Bij versnellingen speelt het massazwaartepunt nog een rol, maar dit punt zal steeds dichtbij het laterale zwaartepunt liggen, zodat dit laatste met voldoende nauwkeurigheid als draaipunt kan gelden. Als een vaartuig zonder 10 draaiing moet worden verzet, moeten de voortstuwings-krachten, betrokken op het laterale zwaartepunt, zonder moment aangrijpen, d.w.z. de momenten van de krachten moeten elkaar opheffen.

Bij een symmetrische plaatsing van de roer-15 schroeven ter weerszijden van het middenlangsvlak van het vaartuig voor of achter het laterale zwaartepunt treedt een momentvrije krachtaangrijping voor vooruit en achteruit varen op zolang daarbij de roerschroeven evenwijdig aan het middenlangsvlak zijn gericht. Voor alle dwarsbewegingen 20 (traverseren) moeten passende draaihoeken voor de roerschroe-ven worden gevonden.

Met de uitvinding is het mogelijk om door een éénmalige afwijking vanuit de parallel gerichte stand van de roerschroeven momentvrije krachten in elke gewenste rich-25 ting te verkrijgen.

Wel is het zo, dat traverseren in elke gewenste richting alleen niet voldoende is voor het uitvoeren van alle manoeuvres. Uitwendige krachten, zoals wind, stroom, sleepkrachten die niet nauwkeurig in het laterale zwaarte-30 punt aangrijpen, of een verschuiving van het laterale zwaartepunt door anders beladen of trimmen, kunnen draaiing van het vaartuig veroorzaken,die moet worden gecompenseerd. Het moet derhalve mogelijk zijn om op het traverseren een draaibeweging te superponeren.

35 Een op de traverseerkracht gesuperponeerd draai- moment kan worden verkregen door de voortstuwingskrachten ten opzichte van elkaar uit hun traverseerrichting weg te draaien. Daarbij verandert de ter beschikking staande traverseersterkte. Een naar rechts traverseren plus rechts 40 ten opzichte van elkaar verdraaien van de voortstuwings- 8101 129 - 4 - f c krachten leidt bijvoorbeeld tot een versterkt traverseren plus rechts draaien van het schip. Een rechts traverseren plus links ten opzichte van elkaar verdraaien van de voort-stuwingskrachten leidt tot een verminderd traverseren plus 5 links draaien. Het traverseren kan daarbij zo sterk worden verminderd, dat het schip op de plaats zelf wordt gedraaid. Dit is de enige mogelijkheid voor een zuiver ronddraaien van het schip zonder andere verplaatsing.

Met de inrichting volgens de uitvinding kun- , 10 nen de volgende functies worden verricht.

Synchroon sturen van de parallel gerichte roerschroeven over 360° continu.

Instellen vanuit de evenwijdige stand van de roerschroeven naar een traverseerstand.

15 Synchroon sturen van de roerschroeven in de traverseerstand over 360° continu.

Superponeren van een draaibeweging op een traverseerbeweging door tegengestelde verstelling van de schroeven (roerverstemming).

20 In fig. 1 is schematisch een vaartuig 10 met twee roerschroeven 11, 12 afgebeeld, die een paar vormen en ter weerszijden van het middenlangsvlak 13 van het vaartuig symmetrisch zijn geplaatst. Dit middenlangsvlak loopt door het laterale zwaartepunt 14 van het vaartuig.

25 De roerschroeven zijn onder de romp voor het laterale zwaartepunt geplaatst, maar kunnen ook daarachter liggen.

De schroeven worden door een enkele motor of, zoals getekend, elk door een eigen motor 61, 62 aangedreven. De roerschroeven zijn elk om een niet getekende 30 verticale as draaibaar en wel door passende aandrijfmiddelen. De aandrijving van deze draaibeweging door stelmotoren of dergelijke is eveneens bekend, zodat het voldoende is om in fig. 1 de roerschroeven alleen schematisch aan te duiden. Voor het manoeuvreren van het vaartuig kan deze 35 verdraaiing van de roerschroeven door afstandsbesturing plaatsvinden. Het afstandsbesturingssysteem heeft twee gevers, die in het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld bestaan uit elektrische servo-elementen 15 en 16. Deze servo-elementen zijn door leidingen 17 en 18 met niet getekende, 40 op zichzelf bekende stelmotoren elektrisch gekoppeld. De 810 112 9 3 « - 5 - elektrische servo-elementen 15 en 16 kunnen uit verstelbare weerstanden of potentiometers bestaan danwel van inductieve of capacitieve aard zijn. De afstandsbesturing kan echter ook hydraulisch of pneumatisch zijn uitgevoerd. Voor al deze 5 besturingssystemen zijn de elementen op zichzelf bekend.

In fig. 2 is een in fig. 1 schematisch aangeduid stuurelement 19 nader afgebeeld, welk stuurelement op de gevers, in dit geval de elektrische servo-elementen 15 en 16 werkt. Op een verticale as 20, die in een gestel 10 21 draaibaar maar in de langsrichting onverschuifbaar is gelegerd, is aan het boveneinde een hefboom 22 aangebracht, die om een horizontale as 23 draaibaar is. Aan de hefboom 22 zit coaxiaal met de as 23 een rondsel 24 vast, dat in een cilindrische tandstang 25 grijpt. Deze tandstang 25 15 is aan het boveneinde van een stang 26 gevormd, die door de hol uitgevoerde verticale as 20 heen steekt en ten opzichte van deze as 20 draaibaar en axiaal verschuifbaar is. De hefboom 22 kan om de as 23 tussen twee eindstanden 1 en 4 worden verdraaid, waarbij zich tussen deze beide eindstanden 20 twee gefixeerde tussenstanden 2 en 3 voor de hefboom bevinden. De standfixeringsmiddelen hiervoor zijn op zichzelf bekend en daarom niet getekend.

Aan het ondereinde van de holle verticale as 20 is een tandwiel 27 bevestigd, dat in een tussenwiel 28 25 grijpt, welk tussenwiel op zijn beurt met twee tandwielen 29 en 30 in ingrijping is. Met elk van deze tandwielen 29 en 30 is een coaxiaal daarmee liggend eerste onderdeel 31 van het servo-element 15 resp. 16 vast verbonden. Het met dit eerste onderdeel 31 samenwerkende tweede onderdeel 32 van 30 het betrokken servo-element is draaibaar maar in de langsrichting onverschuifbaar in het gestel van de inrichting ondersteund. Het eerste lid 31 kan bijvoorbeeld een verschuifbare contactborstel zijn en het tweede onderdeel 32 een door deze borstel aangegrepen spoel van een elektrische 35 weerstand of van een potentiometer.

Het ondereinde van de stang 26 grijpt met een dwarspen 33 in een sleuf 34, die in het ene einde van een twee-armige hoekhefboom 35 is aangebracht. Aan het andere einde van deze hefboom is daarin eveneens een 40 sleuf 36 aangebracht, waarin een pen 37 grijpt, die aan het 8101 129 » - 6 - \ ene einde van een bedieningsstang 38 vastzit. De bedienings-stang 38 is in de langsrichting verschuifbaar maar ondraaibaar in het gestel ondersteund. Aan het andere einde van de bedieningsstang 38 zit een tandstang 39 vast, die aan de ene 5 zijde een vertanding 40 en aan de andere zijde een vertanding 42 heeft. De tandstang grijpt met zijn eerste vertanding 40 in een tandwiel 41, dat met het tweede onderdeel 32 van het servo-element 15 is verbonden. De andere vertanding 42 van de tandstang 39 grijpt in een tandwiel 43, dat met het 10 tweede onderdeel van het servo-element 16 is verbonden.

Als de verticale as 20 door middel van de hefboom 22 wordt verdraaid, worden via het tandwiel 27, het tussenwiel 28 en de tandwielen 29 en 30 de eerste onderdelen 31 van de beide servo-elementen 15 en 16 synchroon in de 15 zelfde richting verdraaid. Als de hefboom 22 om de horizontale as 23 wordt verzwenkt, worden via de stang 26, de hefboom 35, de bedieningsstang 38, de tandstang 39, de vertandingen 40 en 42 en de tandwielen 41 en 43 de tweede onderdelen van de servo-elementen 15 en 16 in tegengestel-20 de zin verdraaid.

In fig. 3 zijn schematisch enkele stuurfuncties afgeheeld, die met het boven beschreven stuurelement kunnen worden uitgevoerd. In de kolom 100 van fig. 3 zijn de hieronder beschreven genummerde standen van de stuur-25 hefboom 22, die twee vrijheidsgraden heeft, aangeduid.

Kolom 101 geeft de hoekstand van de stuurhefboom 22 bij verdraaiing daarvan om de verticale as 20 aan. Kolom 102 geeft de eindstanden resp. de tussenstanden van de stuurhefboom 22 aan bij verzwenking daarvan om de horizontale 30 as 23. Kolom 103 symboliseert de stand van de stuurhefboom 22 en de kolommen 104 en 105 geven de richting van de voortstu-wingskrachten bij de betrokken hoekstanden van de roer-schroeven 11 en 12 aan.

Stand 111: De niet om zijn verticale as 20' 35 verdraaide stuurhefboom (stand 0^) bevindt zich in de eindstand 1 ten opzichte van de horizontale as 23, in welk geval de beide roerschroeven evenwijdig en recht naar voren zijn gericht.

Stand 112: Als de stuurhefboom 22 om de 40 verticale as 20' wordt verdraaid, worden de roerschroeven 8101129 τ 7 - synchroon verdraaid, waarbij het vaartuig op conventionele wijze kan worden gemanoeuvreerd.

Stand 113: De stuurhefboom 22 staat op 0° en in de tussenstand 2, waardoor de roerschroeven in de uit-5 gangsstand voor het traverseren (in dit geval traverseren naar voren) zijn gebracht.

Stand 114: Verdraaiing van de stuurhefboom 22 in deze tussenstand 2 veroorzaakt via de tandstang 39 het traverseren in een bepaalde gewenste richting, bijvoor-10 beeld het traverseren 45° rechts naar voren.

Stand 115: Traverseren 90° naar rechts.

Stand 116: Verzwenking van de stuurhefboom 22 uit de tussenstand 2 naar de tussenstand 3 leidt tot een wederzijds "verstemmen" van de servo-elementen 15 en 16 15 door middel van de tandstang 39 en veroorzaakt, dat op het traverseren een draaiing wordt gesuperponeerd, bijvoorbeeld traverseren 45° rechts naar voren en draaien naar links.

Stand 117: Verzwenking van de stuurhefboom 22 20 uit de tussenstand 2 naar de eindstand 1 toe leidt tot traverseren 90° naar rechts......en draaien naar links.

Stand 118: In de tussenstand 3 van de stuurhefboom 22 zijn de beide schroeven naar elkaar toe gericht, zodat ondanks hun aandrijving het schip niet wordt ver-25 plaatst.

Stand 119: Langzaam achteruit.

Stand 120: Als de stuurhefboom 22 om de horizontale as 23 naar de stand 4 wordt verzwenkt, worden de roerschroeven in tegengestelde zin naar de achterwaarts 30 gerichte evenwijdige stand, dus de stand volle kracht achteruit, gedraaid. Het zelfde kan ook worden bereikt door de stuurhefboom om de verticale as te verdraaien, maar dan treedt bij het verdraaien van de roerschroeven een zijwaarts verzet op, dat schadelijk kan zijn.

35 Fig. 4 toont een uitvoeringsvorm van de in richting volgens de uitvinding, waarbij het op de verticale holle as zittende tandwiel 51 met tandwielen 52 en 53 in ingrijping is, die elk het eerste onderdeel 31 van het servo-element 15 resp. 16 aandrijven. De coaxiaal met deze 40 verticale as lopende stang 54 is aan het ondereinde van een 8101 129

« V

- 8 - cilindrische tandstang 55 voorzien, die in een hyperboloidisch gevormd rondsel 56 grijpt.. Dit rondsel kan echter ook een andere geschikte vorm hebben. Op de as van het rondsel 56 zitten twee met het rondsel meedraaiende kegelwielen 57 5 en 58, die in kegelwielen 59, 60 grijpen, welke met de tweede onderdelen 32 van de servo-elementen 15 en 16 verbonden zijn. De werking van dit stuurelement is analoog aan dat van fig.

2 en volgt uit de beschrijving van deze fig.

In fig. 5 is schematisch een derde uitvoerings-10 vorm van de inrichting volgens de uitvinding afgebeeld.

De stuurhefboom 70, die correspondeert met de stuurhefboom 22 van de hiervoor beschreven uitvoeringsvormen, is aan het einde van een as 71 bevestigd, die in een niet getekend gestel draaibaar en axiaal verschuifbaar is ondersteund.

15 De onderdelen voor een dergelijke ondersteuning zijn op zichzelf bekend en daarom niet getekend. Op de as 71 zijn twee tandwielen 72 en 73 met schuine vertanding bevestigd, waarvan de tanden in tegengestelde zin schuin verlopen, zoals door de stipppellijnen 74 en 75 is aangeduid. De schuine 20 tandwielen 72 en 73 staan met tandwielen 76 en 77 in in-grijping, die elk met een onderdeel van één van de servo-elementen 15 en 16 zijn gekoppeld, bijvoorbeeld zoals getekend via een as 78 resp. 79. Het andere onderdeel van de servo-elementen 15 en 16 is aan het gestel bevestigd.

25 Wordt de stuurhefboom 70 om de as 71' gedraaid, dan worden de servo-elementen 15 en 16 synchroon in de zelfde draairichting versteld en dus de roerschroeven 11 en 12 evenwijdig aan elkaar in de zelfde zin verdraaid. Als de stuurhefboom 70 uit de getekende stand 1 naar de stand 2, 3 of 4 wordt 30 verschoven, worden de tandwielen 76 en 77 via de schuine tanden 74 en 75 van de tandwielen 72 en 73 in tegengestel-de zin verdraaid en dus de servo-elementen ^verstemd^* op de wijze als hiervoor aan de hand van fig. 3, standen 113-119 is uiteengezet.

8101 129

Claims (5)

1. Inrichting voor het aandrijven en besturen van een vaartuig, dat ten minste één paar roerschroeven heeft, waarbij de roerschroeven van elk paar althans nagenoeg symmetrisch ter weerszijden van de door het laterale zwaarte- 5 punt lopende middenlangslijn van het vaartuig zijn geplaatst, welke inrichting is voorzien van een stuurelement, dat stuur-bewegingen in'twee vrijheidsgraden kan uitvoeren, waarbij elke stuurbeweging op respectieve gevers van een afstands-besturingssysteem voor de roerschroeven werkt, met het 10 kenmerk, dat de beweging van het stuurelement (19, 70) in de ene vrijheidsgraad een draaiing om een as (20', 50', 71. is, waarmee via de gevers, zoals elektrische servo-ele-menten (15, 16), een synchrone verdraaiing van de roerschroeven (11,12) van elk paar wordt bestuurd, terwijl de beweging 15 van het stuurelement in de tweede vrijheidsgraad de verschuiving van een tandstangelement (39, 55, 74, 75) veroorzaakt, waarmee via de zelfde gevers een relatieve tegengestelde verdraaiing van de genoemde roerschroeven wordt bestuurd.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met gevers, 20 die uit twee ten opzichte van elkaar beweegbare onderdelen bestaan, zoals bij elektrische servo-elementen uit een spoel of dergelijke en een langs deze spoel verschuifbare borstel of dergelijke, met het kenmerk, dat het stuurelement (19, 70) bij de genoemde draaiing via tandwielen 25 (27-30; 50, 52, 53; 72-77) of dergelijke op het ene onderdeel (31) van de gever inwerkt, en dat het stuurelement bij de genoemde verschuiving via het tandstangelement (39; 55; 75, 74. op het andere onderdeel (32) van de gever inwerkt.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met gevers, 30 die uit twee ten opzichte van elkaar beweegbare onderdelen bestaan, zoals bijvoorbeeldbij elektrische servo-elementen uit een spoel of dergelijke en een langs deze spoel verschuifbare borstel of dergelijke, met hetken-m e r k, dat het stuurelement (70) bij de draaiing en de 35 verschuiving op het zelfde onderdeel van de gever inwerkt.

4. Inrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat het of elk bij de verdraaiing van 8101129 t v - 10 - het stuurelement (70) op de gevers (15, 16) werkende tandwiel (75 resp. 74) een schuine vertanding heeft en bij de verschuiving van het stuurelement in de langsrichting wordt verschoven en dan als tandstangelement werkt.

5 5. Inrichting volgens één der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat voor de beweging van het stuurelement in de tweede vrijheidsgraad tussen twee eindstanden (1, 4) twee gefixeerde tussenstanden (2, 3) aanwezig zijn. 8101129