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Hydraulische Steueranlage für Schiffe Die Erfindung bezieht sich auf
eine hydraulische Steueranlage für Schiffe unter Verwendung einer Steuerradpumpe,
die Druckflüssigkeit an einen hydraulischen Steuermechanismus für das ringförmige
Verstellorgan einer kontinuierlich rotierenden Ruderpumpe in Form einer Rädialkolbenpumpe,
die die Rudermaschine beaufschlagt, liefert, sowie mit einer finit der Ruderpumpe
rotierenden, von dem gleichen Organ verstellten Rückführpumpe für den Steuermechanismus.
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Bei einer solchen bekannten Steueranlage ist keine Möglichkeit einer
automatischen Steuerung gegeben. Außerdem kann die Ruderpumpe mit Hilfe von automatischen,
durch einen Kompaß direkt beeinflußten Steuermitteln nicht betätigt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine hydraulische Steueranlage der genannten
Art für eine automatische Steuerung einzurichten. Die Erfindung ist darin zu sehen,
daß eine dritte, mit der Ruderpumpe und der Rückführpurnpe fest verbundene rotierende
Pumpe, die Hilfspumpe, vorhanden ist, in der die Hublänge in den radialen Kolbenzylindern
durch ein mit einem gesonderten Steuerorgan mechanisch verbundenes, von dem anderen
ringförmigen Organ unabhängiges ringförmiges Organ geregelt wird, wobei das Steuerorgan
durch ein Signal von einem automatischen Kurssteuergerät verstellt wird und wobei
die Druck-und Saugleitungen der Hilfspumpe an die Druck- und Saugzweige der Rückführpumpe
derart angeschlossen sind, daß der hydraulische Steuermechanismus das ringförmige
Organ der Ruder- und Rückführpumpen, wenn die Hilfspumpe pumpt, ebenso bewegt, wie
wenn die Ruderpumpe bewegt würde.
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Eine solche Hilfspumpe wirkt in der Anlage als Steuerradpumpe und
kann unmittelbar von einem automatischen Kurssteuergerät beeinfiußt werden. Durch
die Verwendung einer solchen Hilfspumpe wird die Anlage nicht viel komplizierter
und auch nicht weniger betriebssicher, man erzielt jedoch zugleich eine automatische
Steuerung.
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Die Druck- und Saugleitungen der Hilfspumpe sind vorteilhaft mit den
Druck- und Saugleitungen der Rückführpumpe verbunden. Die Verbindung zwischen dem
ringförmigen Organ der Hilfspumpe und dem Steuerorgan kann gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung aus einem Hebelsystem mit Organen zur Einstellung des übersetzungsverhältnisses
bestehen. Dadurch wird erreicht, daß man ohne Schwierigkeiten die Anlage jeder gewünschten
Umdrehungszahl des Ailfspumpenmotors anpassen kann.
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Das Steuerorgan kann zweckmäßig aus einem elektrischen Solenoid bestehen,
dessen Anker mechanisch mit dem ringförmigen Organ der Hilfspumpe verbunden ist
und dessen Spule direkt mit einem mit einem Kompaß zusammenwirkenden elektrischen
Impulsgeber verbunden ist. Das Steuerorgan der Hilfspumpe ist auch über einen Handgriff
betreibbar.
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gei bekannten Steueranlagen, bei denn der hydraulische Steuermechanismus
aus einem Schieberventil besteht, und die Steuerradpuinpe über Rückschlagventile
mit den Druckzylindern der Rudermaschine verbunden ist, so daß Druckflüssigkeit
von der Steuerradpumpe - wenn die Rüekführpumpe nicht rotiert - durch das offene
Rückschlagventil an einen der genannten Druckzylinder, und Flüssigkeit vom anderen
Zylinder zur Steuerradpurnpe gedrückt wird, ergibt es sich, daß die Rückführpumpe,
wenn die Anlage für Handsteuerung verwendet wird, stets mit der Druckleitung von
der Steuerradpumpe verbunden ist, so daß der Rudergänger bei Betätigung der Steuerung
gezwungen ist, auch Drucköl durch die notwendigen Spielräume in der stillstehenden
Rückführpumpe zu drücken, welches die Steuerarbeit wesentlich vergrößert. Bei einer
Anlage mit einer Hilfspumpe nach den bisher genannten Merkmalen der Erfindung wird
dieser Nachteil noch vergrößert.
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Dieser Nachteil läßt sich aber gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung
dadurch vermeiden, daß der Schieber einstückig und getrennt von dem ringförmigen
Pumpenorgan
ausgeführt ist und die Schlitze in der Schieberventilbohrung so angeordnet sind,
daß die Verbindung zwischen der Steuerradpumpe einerseits und der Rückführpumpe
und der Hilfspumpe andererseits in den Endlagen des Schiebers unterbrochen ist und
der Flüssigkeitsdurchgang von dem einen Zylinder der Rudermaschine zur Steuerpumpe
ermöglicht ist.
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Bei einer solchen Anlage ist es zweckmäßig, daß der Schieber in an
sich bekannter Weise mit Hilfe eines Gestänges mit dem ringförmigen Organ verbunden
ist, wobei jedoch das Gestänge Organe zur Einstellung des 'Übersetzungsverhältnisses
aufweist. Dadurch wird erreicht, daß auch dieses übersetzungsverhältnis entsprechend
der Einstellung des Hebelsystems der Hilfspumpe stufenlos eingestellt werden kann.-
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Wirtschaftlich und@betriebsmäßig wird eine Steueranlage der Erfindung
zweckmäßig so gestaltet, daß der Schieber, der .ein. zylindrischer Körper ist, in
einer geschlossenen Bohrung von etwas größerer Länge als der Schieber gelagert ist,
indem die Leitungen von der Rückführpumpe an die Enden der Bohrung angeschlossen
sind, während Leitungen von der Steuerradpumpe mit Schlitzen am mittleren Teil der
Bohrung verbunden sind, welche Schlitze in neutraler Lage des -Schdbers durch Kanäle
im Schieber mit den Enden der °Bohrung verbunden sind; wobei näher an den Enden
der Bohrung weitere Schlitze vorhanden sind, .die mit den Leitungen von der Steuerradpumpe
zu den Druckzylindern des Ruders verbunden sind, indem in die letztgenannten Leitungen
zwischen der gteuerradpumpe und der Verbindung-zu den Schlitzen Rückschlagventile
eingeschaltet sind, die in Richtung von der Steuerradpumpe öffnen.
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Nachstehend wird.- eine Ausführungsform einer Steueranlage gemäß der
Erfindung an Hand von Zeichnungen beschrieben.
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F i g. 1 ist eine schematisch, teilweise geschnittene Darstellung
der Anlage und F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer kombinierten
Ruder-, Rückführ- und Hilfspumpe.
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Die Steueranlage besteht aus einer handbetätigten Steuerradpumpe 1,
von der zwei Flüssigkeitsleitungen 2 und 3 ausgehen, die mit Hilfe einer Leitung
4 mit einem Ausgleichventil5 für Lecköl miteinander verbunden sind. Das Ventil 5
ist mit dem Ölbehälter der Pumpe 1 verbunden und hat zwei Ventilkugeln, die mittels
einer Stange miteinander verbunden sind, so daß die eine Kugel immer in geöffneter
Lage steht. Die Leitungen 2 und 3 sind einem Schieberventil 6 mit einem Schieber
7 angeschlossen, der zum Öffnen von zwei leicht federbelasteten Ventilen an den
Enden des Schiebers eingerichtet ist; welche über Leitungen 8 und 9 mit Schlitzen
10 und 11 in einem zweiten Schieberventil 12 verbunden sind.
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Von den Leitungen 8 und 9 zweigen Leitungen 13 und 19. ab mit nach
außen öffnenden Rückschlagventilen. Auf der Außenseite derselben sind mit Rückschlagventilen
versehene Verbindungsleitungen 15 und 16 zu anderen Schlitzen 17 und 18 in dem Schieberventil
12 geführt. Die Leitungen 13 und 14 setzen sich direkt zu den Druckzylindern des
Ruders fort, die einen linken Teil 19 und einen rechten Teil 20 haben und
mit einer Kolbenstange 21 versehen sind, die auf nicht gezeigte Weise auf das Ruder
einwirkt. Das Schieberventil 12 hat eine Bohrung 22; die an beiden Enden geschlossen
ist und etwas länger als der Schieber 23 des Ventils ist, so daß bei der in F i
g. 1 gezeigten neutralen Lage des Schiebers ein Flüssigkeitsraum an jedem Ende der
Bohrung vorhanden ist. Diese Flüssigkeitsräume sind durch Schlitze 26 und 27, die
nicht von dem Schieber 23 abgesperrt werden können, an Leitungen 24 und 25 angeschlossen.
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Der Schieber 23 weist zwei Einfräsungen28 und 29 auf, die bei neutraler
Lage den Schlitzen 10 und 11 gegenüberstehen und durch Kanäle 30 und 31 im Schieber
mit den Flüssigkeitsräumen an dessen Enden verbunden sind. Diese Verbindungen werden
in den Endlagen des Schiebers abgesperrt. Das eine Ende des Schiebers hat einen
durch die Endwand des Schiebers ragenden Zapfen 32, der mit einem in einem festen
Drehpunkt 34 gelagerten zweiarmigen Hebel 33 drehbar verbunden ist: Eine maschinell
betriebene Pumpe besteht aus drei Sektionen, und zwar einer Hauptpumpe oder Ruderpumpe
35, einer Rückführpumpe 36 und einer Hilfspumpe 37, je mit Läufern 38, 39 und 40,
die je einen mittleren Ständer mit Ein- und Austrittskanälen für Flüssigkeit umschließen.
In F i g. 1 sind die Läufer der übersichtlichkeit wegen nebeneinander verlegt, aber
in Wirklichkeit sitzen sie auf einer gemeinsamen Welle oder bestehen, wie- dies
in F i g. 2 dargestellt ist, aus einem Stück und werden durch einen gemeinsamen,
nicht gezeigten Antriebsmotor angetrieben. Der Ventilschieber 23 ist in dem gleichen
Gehäuse wie die Pumpen gelagert, wie in F i g. 2 angedeutet. Die Läufer sind. mit
radialen Bohrungen 41, 42 und 43 versehen, in denen Kolben 44, 45 und 46 gelagert
sind, welche gemäß F i g. 2 als Kugeln ausgebildet sind. Die Bohrungen der Ruderpumpe
35 und der Rückführpumpe 36 sind von einem ringförmigen, mittels einer Zugstange
48 mit dem zweiarmigen Hebel 33 verbundenen Organ 47 umschlossen. Die Lage dieses
Organs 47 bestimmt den Hub der Kolben in den radialen Bohrungen, indem der Hub in
einer neutralen Lage, wo der Ring konzentrisch zum Läufer gelegen ist, gleich Null
ist, während er ständig zunehmen wird, je mehr das ringförmige Organ nach einer
der Seiten geführt wird.
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Die Bohrungen der Hilfspumpe 37 sind von einem ähnlichen ringförmigen
Organ 49 umschlossen, das mit einer Zugstange 50 verbunden ist, mittels welcher
es auf ähnliche Weise seitlich verschoben werden und den Hub der Kolben in dieser
Pumpe variieren kann.
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In den Pumpen 35, 36 und 37 ist der Ständer durch Trennwände in zwei
Hälften geteilt, die eine Druckseite und eine Saugseite bilden, weil die Bohrungen
der Läufer, wenn die ringförmigen Organe aus der neutralen Lage bewegt worden sind,
bei Passage der einen Hälfte saugen werden und bei Passage der anderen Hälfte der
Umdrehung drücken werden. Die beiden Flüssigkeitsräume in der Hilfspumpe 37 sind
mit Leitungen 51 und 52 verbunden, welche mit den Leitungen 24 und 25 und mit den
beiden Räumen der Rückführpumpe 36 in Verbindung stehen. Ferner sind die Leitungen
51 und 52 mit Hilfe eines Ausgleichventils 53 für Lecköl miteinander verbunden.
Die beiden Flüssigkeitsräume der Ruderpumpe 35 sind mit- Leitungen 54 und 55 verbunden,
die durch ein Schieberventil 56 von gleicher Art wie dasVentil 6 an die Druckzylinderteile
19 und 20 und außerdem an die Leitungen 13 und 14 angeschlossen sind. Zwisehen
den
Leitungen 54 und 55 ist ein Ausgleichventil 57 für Leckflüssigkeit angeordnet.
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Die Zugstange 50 ist mit einem zweiarmigen Hebel 58 verbunden, der
um einen festen Drehpunkt 59 gelagert und mit Hilfe einer Zugstange 60 mit einem
Kern 61 einer elektrischen Spule 62 verbunden ist. Der Kern 61 ist in demselben
Gehäuse wie die Pumpen angebracht (F i g. 2) und ist so gelagert, daß er unter Einwirkung
der Spannung in der Spule hin-und herbewegt wird, kann aber zugleich mit Hilfe eines
Handgriffes 63 bewegt werden.
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Die Spule 62 ist direkt einem nicht gezeigten automatischen elektrischen
Steuerapparat angeschlossen, welcher in Verbindung mit einem Kompaß wirkt und für
die Aussendung von elektrischen Impulsen, die die Spule 62 unter Spannung setzen,
eingerichtet ist.
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Die Steueranlage wirkt folgendermaßen: Bei normalem Betrieb rotieren
die drei Pumpen 35, 36 und 37, indem der dieselben antreibende Elektromotor kontinuierlich
läuft, aber die ringförmigen Organe 47 und 49 befinden sich in neutraler Lage, so
daß keine Pumparbeit geleistet wird, weil die Kolben 44, 45 und 46 konzentrisch
mit den ringförmigen Organen rotieren.
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Wenn die Steuerradpumpe 1 gedreht wird, wird Flüssigkeit durch eine
der Leitungen 2 oder 3 gedrückt werden, je nach der Drehrichtung. Wird vorausgesetzt,
daß die Leitung 2 Druckleitung ist, so wird die Druckflüssigkeit auf der linken
Seite des Schiebers 7 eintreten und den Schieber nach rechts bewegen, so daß das
rechte Rückschlagventil des Schiebers geöffnet wird. Das linke Rückschlagventil
wird von der Druckflüssigkeit geöffnet, so daß dieselbe durch die Leitung 8 an den
Schlitz 10 und von dort durch den Kanal 30 in den linken Raum am Ende des
Schiebers 23 gelangen kann. Die Druckflüssigkeit kann nicht in die Leitung
24 dringen, weil diese mit Flüssigkeit gefüllt ist und ein Durchgang durch
die Pumpen 36 und 37 und das Ventil 53 verhindert ist. Die Druckflüssigkeit kann
auch nicht in die Leitung 13 treten, weil das Rückschlagventil in dieser Leitung
vorläufig von der Feder geschlossen gehalten wird, da der zur Bewegung des Druckzylinders
19 des Ruders erforderliche Druck größer ist als der Druck, der zur Bewegung des
Schiebers 23 erforderlich ist.
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Deshalb wird eine Bewegung des Schiebers23 nach rechts in F i g. 1
erfolgen, und dadurch wird der Hebel 33 um den Punkt 34 im Uhrzeigersinn gedreht
werden, was eine Bewegung der Zugstange 48 nach links und damit eine Verschiebung
des Ringes 47 nach links bewirken wird. Dies führt dazu, daß die beiden Pumpen 35
und 36 zu pumpen anfangen. Wenn die Pumpen in Richtung der Pfeile A rotieren, wird
der Rückführpumpe die Leitung 52 als Druckleitung und die Leitung 51 als Saugleitung
dienen, wodurch die Flüssigkeit von dem linken Ende des Ventils 12 zum rechten Ende
gepumpt wird. Die Flüssigkeit sucht .den Schieber 23 in neutrale Lage zurückzuführen.
Solange die Steuerradpumpe gedreht wird, wird jedoch die Flüssigkeit durch den Schlitz
29 und die Leitungen 9 und 3 an die Steuerradpumpe 1 zurückgeführt werden.
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Die Ruderpumpe 35 wird die Leitung 54 als Druckleitung und die Leitung
55 als Saugleitung benutzen und wird deshalb eine gewisse Flüssigkeitsmenge aus
dem Zylinder 20 in den Zylinder 19 fördern, was eine Bewegung der
Kolbenstange 21 nach rechts in F i g. 1 und eine sich daraus ergebende Bewegung
des Ruders bewirkt. Der Schieber im Ventil 56 wird auf gleiche Weise, wie in bezug
auf das Ventil 6 erklärt, das eine der Rückschlagventile öffnen, während die Druckflüssigkeit
das andere öffnet.
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Wenn das Drehen der Steuerradpumpe aufhört, wird die Rückführpumpe,
da das Öl nicht durch die Steuerradpumpe gehen kann, wenn dieselbe nicht gedreht
wird, umgehend einen Druck am rechten Ende den Ventils 12 aufbauen und den Schieber
23 in die in F i g. 1 gezeigte neutrale Lage zurückdrücken, wodurch das ringförmige
Organ 47 durch das Gestänge 33, 48 auch in die neutrale Lage zurückgeführt
wird und die beiden Pumpen 35 und 36 ihre Pumptätigkeit einstellen.
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Bei Drehen der Steuerradpumpe in der entgegengesetzten Richtung erfolgt
dasselbe, nur in entgegengesetzter Richtung und durch entgegengesetzt liegende Leitungen,
da das ganze Leitungssystem symmetrisch zu der strichpunktiert eingezeichneten Mittelachse
ist.
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Wenn die Steuerradpumpe gedreht und Flüssigkeit in die Leitung 2 gedrückt
wird, wenn die maschinell angetriebenen Pumpen aus irgendeinem Grund nicht rotieren,
so wird der Schieber 23, wie früher erklärt, nach rechts in F i g. 1 bewegt werden,
aber da die Pumpen 35 und 36 nicht zu pumpen anfangen, wird der von der Steuerradpumpe
aufgebaute Druck am linken Ende des Ventils 12 den Schieber 23 ganz
nach rechts führen, wodurch der Schieber 23 die Verbindung zwischen dem Kanal
30 und dem Schlitz 10
absperrt. Die Steuerradpumpe wird jetzt einen
Druck in den Leitungen 2 und 8 aufbauen, der zur Überwindung des Widerstandes der
Feder im Rückschlagventil der Leitung 13 ausreicht. Die Druckflüssigkeit kann danach
durch die Leitung 13 in den linken Zylinder 19 am Ruder gepumpt werden, so daß dasselbe
lediglich durch Handkraft bewegt wird. Die Druckflüssigkeit ist durch das linke
Rückschlagventil daran gehindert, in das Ventil 56 zu gelangen. Damit befindet sich
aber die Druckflüssigkeit von der Steuerradpumpe nur in den Leitungen 2, 8 und 13,
da sowohl das Ventil 12 als auch die Pumpen von einer Verbindung mit der Steuerradpumpe
abgeschnitten sind.
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Da es nicht möglich ist, vollkommene Dichtheit in den genannten Teilen
zu haben, ist es ein Vorteil, daß sie während der Handsteuerung von der Druckleitung
der Steuerradpumpe abgesperrt sind, weil der ganze Druck, den der Rudergast zu erzeugen
vermag, zur Bewegung des Ruders verwendet wird.
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Die aus dem rechten Zylinder 20 herausgedrückte Flüssigkeit
geht durch die Leitung 14 ab und wird durch die Leitung 16, die Einfräsung 29 und
den Schlitz 11 zu der Leitung 9 und von dort durch die Leitung 3 an die Steuerradpumpe
zurückgeführt, da das Ventil von dem Kolben 7 geöffnet ist.
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Die Hilfspumpe 37 wird zur automatischen Steuerung der Anlage verwendet,
da, wie bereits erwähnt, die Spule 62 Impulse von einem automatischen Steuergerät
bekannter Art empfängt. Wenn der Kern 61 sich bewegt, wird der zweiarmige Hebel
58 um den Drehpunkt 59 gedreht werden und eine Verschiebung des ringförmigen
Organs 49 bewirken, so daß die Kolben 46 exzentrisch im Verhältnis
zu dem ringförmigen Organ rotieren werden, wodurch eine Pumptätigkeit einsetzt.
Diese Pumptätigkeit bewirkt ein Saugen von einem Ende des Ventils 12 zum anderen,
wonach der Schieber 23 nach einer der
Seiten verschoben wird und
das ringförmige Organ 47 durch das Gestänge 33, 48 nach einer der Seiten bewegt
wird und die Pumptätigkeit der Ruderpumpe 35 und der Rückführpumpe 36 anfängt. Es
ergibt sich somit, daß die Hilfspumpe 37 die Rolle der Steuerradpumpe 1 übernimmt
und wie diese Bewegungen des Schiebers 23 zur Regelung des ringförmigen Organs 47
hervorruft. Die Rückführpumpe 36 pumpt auf gleiche Weise wie bei normaler Steuerradpumpensteuerung
Flüssigkeit nach dem entgegengesetzten Ende des Schiebers 23 und sucht denselben
in die neutrale Lage zurückzuführen.
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Wenn der elektrische Impuls, der die Spanung in der Spule 62 hervorruft,
aufhört, zieht eine nicht gezeigte Feder den Kern 61 zurück, wodurch das ringförmige
Organ 49 in die mittlere Lage zurückgeführt wird und die Hilfspumpe zu pumpen aufhört.
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Wegen der geringen Energie, die zur Verschiebung des ringförnZigen
Organs 49 erforderlich ist, kann die normale Ausgangsleistung der Signale von den
erwähnten bekannten Steuergeräten direkt zur Betätigung des Magneten verwendet werden,
so daß Verstärkeranlage und Relais sich erübrigen.
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Durch Ausbildung der Anlage auf solche Weise, daß die Drehpunkte 34
und 59 in der Längsrichtung der Hebel 33 und 58 verschoben werden können,
kann das Verhältnis zwischen diesen Hebeln geändert werden, wodurch die Leistungen
der Pumpen 35 und 36 stufenlos variiert werden können, so daß sich eine gewünschte
Ruderzeit bei einer gegebenen Drehzähl des Antriebsmotors eireichen läßt. Man kann
somit ohne Schwierigkeit die Anlage an verschiedene Motordrehzahlen anpassen, ohne
die Anlage umbauen oder Teile auswechseln zu müssen. ' Dies ist bei der Hilfspumpe
37 besonders nützlich, weil man auf diese Weise ohne Schwierigkeit die Lenkgeschwindigkeit
im Verhältnis zu der besonderen Charakteristik des verwendeten automatischen Steuergeräts
einregeln kann. Da der Hebel 58 außerhalb der öld'ruckräume angebracht ist, kann
die Regelung ohne Ablassung des Öls vorgenommen werden, ja sogar während die Anlage
im Betrieb ist.
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Mit Hilfe des Handgriffes 63 ist es möglich, eine Steuerung durchzuführen,
selbst wenn die Steuerradpumpe außer Betrieb ist und das elektrische automatische
Gerät, das elektrische Impulse an die Spule 62 liefert, auch außer Betrieb ist,
weil das ringförmige Organ 49 mit Hilfe des Handgriffes 43 verschoben werden kann,
wodurch die Hilfspumpe 37 in Tätigkeit gesetzt wird, und deren Leistung zur Bewegung
des Ruders über die Ruderpumpe geregelt werden kann.