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Hydraulische Rudersteuerung Die Erfindung betrifft eine hydraulische
Rudersteuerung, bei der der von einer Pumpe erzeugte Druck zur Betätigung des hydraulischen
Stellantriebes des Ruders oder der Hubverstellung der Ruderpumpe dient, unter Anwendung
einer wegabhängigen Ruhestromfernsteuerung und Verwendung magnetgesteuerter Ventile.
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Es sind zahlreiche Schaltungsanordnungen für eine hydraulische Ruderanlage
bekannt, bei denen mit relativ großem Aufwand versucht wird, eine möglichst große
Genauigkeit bei der Ruderlegung zu erzielen. Um ein Überschwingen des Ruders über
die Sollage zu verhindern, wird die Ruderverstellung im allgemeinen so durchgeführt;
daß das Ruder im Tastbetrieb in die Sollage gebracht wird. Die hierzu erforderlichen
häufigen Schaltungen stellen eine große, verschleißfördernde Belastung für die verwendeten
Bauteile dar, was jedoch in der Annahme in Kauf genommen wird, daß die so erzielbare
Genauigkeit die größtmögliche sei.
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Es ist im einzelnen auch die Anwendung druckgeregelter Pumpen bekannt,
die also einen konstanten Förderdruck liefern. Bisher jedoch war man der Ansicht,
daß das Einlaufen des Ruders in die Solllage bei konstantem Verstelldruck die zuvor
genannte Neigung zum Überschwingen unterstützen würde, vor allem dann, wenn nicht
besondere Gegenmaßnahmen gegen diese Erscheinung, z. B. besondere Rückführungen,
vorgesehen werden. Zur Erzielung einer größtmöglichen Genauigkeit wird vielfach
mit hydraulischen Rückführungen gearbeitet, die den für eine solche Ruderanlage
erforderlichen Aufwand erheblich erhöhen.
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Es ist andererseits bekannt, in hydraulischen Rudersteuerungen Konstantdruckpumpen
vorzusehen; dabei werden dann allerdings Magnetventile verwendet, die nur die beiden
Schaltzustände »Auf« und »Zu« kennen, deren Öffnungsstellung also unabhängig von
einem Aussteuerungsgrad ist.
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Bei weiteren Anlagen ist ebenfalls der Aufwand unter anderem auch
an Rückführungen innerhalb einer zugehörigen Regelung beträchtlich und somit nachteilig.
Trotz dieses Aufwandes läßt sich mit den bisher bekannten hydraulischen Ruderanlagen
keine größere Genauigkeit als 1° Ruder erzielen, die ebenfalls noch als nachteilig
zu bezeichnen ist.
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Es ist ferner bekannt, zur Überwindung statischer Reibung Stellenantriebe
mit netzhöherer Rüttelfrequenz zu beaufschlagen. Dies ist bei hydraulischen Rudersteuerungen
jedoch nicht üblich, weil man durch das Rütteln schädliche Auswirkungen auf das
Leitungssystem, die Dichtungen od. dgl. befürchtet. Bei der Lösung der Aufgabe,
die genannten Nachteile zu beseitigen, setzt sich die Erfindung jedoch über die
zuvor genannte Ansicht hinweg und verwertet gleichzeitig die Erkenntnis, daß es
durch eine bestimmte Kombination von einzelnen, zum Teil auch bereits für hydraulische
Rudersteuerungen bekannten technischen Merkmalen möglich wird, die bei den bekannten
Ruderanlagen bestehenden Nachteile hinsichtlich eines relativ großen technischen
Aufwandes, insbesondere an Rückführungen, und der noch nicht befriedigenden Genauigkeit
zu beseitigen.
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Auch wegabhängige Ruhestromfernsteuerungen sind im Zusammenhang mit
Rudersteuerungen bekannt, bei denen der von einer Pumpe erzeugte Druck zur Betätigung
der Hubverstellung der Ruderpumpe dient, wobei magnetgesteuerte Ventile verwendet
werden. In dem Bestreben, aus der Vielzahl der für eine Kombination zur Verfügung
stehenden technischen Merkmale die günstigsten herauszufinden, hat die Erfindung
gleichzeitig erkannt, daß für die mit einer Kombination bestimmter Elemente zu erzielenden
Vorteile die Anwendung dieser Rudersteuereinrichtung eine günstige Voraussetzung
ist.
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Die von der Erfindung vorgeschlagene Kombination enthält folgende,
im einzelnen bekannte Merkmale: 1. eine auf konstanten Druck geregelte Pumpe, 2.
ein elektrohydraulisches Stellventil des kontinuierlich die Durchflußmenge verstellenden
Typs,
3. die Verwendung einer Rüttelfrequenz zur Betätigung für
das elektrohydraulische Stellventil.
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Der für den Aufbau einer Ruderanlage nach der Erfindung erforderliche
technische Aufwand ist gegenüber dem Aufwand bei bisher bekannten Anlagen stark
vermindert. Besonders vorteilhaft ist jedoch auch die Verbesserung der erzielbaren
Genauigkeit. Bei Nennbelastung aufgenommene Meßwerte bei Verwendung der Einrichtung
zur Hubverstellung einer mit einer mengenregulierenden Ruderpumpe ausgerüsteten
Ruderanlage ergaben, daß die Differenz Istwert zu Sollwert der Rudereinstellung
in der Mehrzahl der Einstellfälle im Verstellbereich ± 5° um die Ruder-Nullage gleich
oder kleiner als 0,2° war und 0,3° nie überstieg.
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Es wird weiterhin vorgeschlagen, den hydraulischen Kreislauf der Rudersteuerung
als offenen Kreislauf auszuführen, da dann die bei einem geschlossenen Kreislauf
auftretenden Kühlprobleme, z. B. der Einbau eines teueren Druckkühlers, Gegenmaßnahmen
gegen Blasenbildung u. dgl. entfallen.
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Bei kleinen Ruderanlagen, z. B. auf Küstenschiffen, Schnellbooten
od. dgl. sitzt der hydraulisch betätigte Stellantrieb meist direkt auf dem Ruderschaft,
während es genauso gut möglich ist, mit der erfmdungsgemäßen Ruderanlage auch einen
Hauptschieber zu betätigen, dessen Stehkolben zur Steuerung großer Ruderschaftmomente
ausreichend ist.
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Nachfolgend soll an Hand von Zeichnungen die Erfindung näher beschrieben
werden.
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F i g. 1 zeigt den Aufbau einer hydraulischen Rudersteuerung. Der
hydraulische Kreislauf wird gespeist durch eine von einem Elektromotor
10 angetriebene Pumpe 11, die durch einen Druckregler 12 auf konstanten Druck
geregelt ist. Günstig anwendbar ist hierfür eine regelbare Kolbenflügelpumpe mit
Nullhubregelung, da die Pumpe nur in einer Richtung zu fördern braucht. Das von
der Pumpe 11 geförderte Öl gelangt auf ein als Tauchspulregler ausgeführtes elektrohydraulisches
Stellventil 13 des kontinuierlich die Durchflußmenge verstellenden Typs, das zur
Verstellung in den beiden möglichen Richtungen mit je einer elektromagnetischen
Wicklung 14 und 15 versehen ist. Der Tauchspulregler 13 nimmt also außer der Regelung
der Durchflußmenge auch die Umsteuerung der Bewegungsrichtung des nachgeschalteten
Drehflügelantriebes 16 vor. Ein Ruderwächter 17, der in die zur Betätigung des Tauchspulreglers
13 dienende Schaltung eingreift, wird direkt von der Bewegung des Ruderschaftes
18 verstellt. Am Tauchspulregler 13 wird also Drucköl von der Pumpe 11 durch die
Leitung 19 zugeführt. Zur Kontrolle des Druckes dient ein Meßinstrument 20. Außerdem
ist am Tauchspulregler 13 eine Rücklaufleitung 21 angeschlossen, die das drucklose
Arbeitsöl in einen Sammelbehälter 22 leitet. Eine weitere Rückführleitung 23 dient
zur Rückleitung des Leeköles. Die Pumpe 11 saugt die erforderliche Ölmenge über
einen Filter 24 aus dem Sammelbehälter 22 an.
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Der Drehflügelantrieb 17 ist mit Hilfe der Leitungen 70 und 71 an
den Tauchspulregler 13 angeschlossen.
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F i g. 2 zeigt eine andere Ausführung der hydraulischen Schaltung,
in der der Tauchspulregler wie zu F i g. 1 beschrieben gespeist wird, in der jedoch
der von ihm geregelten Ölstrom nicht direkt die Rudermaschine verstellt, sondern
den- Stellkolben 25 einer mengenregulierenden Ruderpumpe 26. Die Pumpe 26 wird durch
den Elektromotor 27 angetrieben und speist den Drehflügelantrieb 16. Diese Einrichtung
arbeitet über ein auf den Verstellhebel 28 der Pumpe 26 wirkendes Gestänge 29 derart,
daß bei Beaufschlagung des Stellkolbens 25 zunächst der Verstellhebel 28 der Pumpe
26 in diese hineingeführt wird, da das Gestänge 29 im Punkt 31 durch das von Ruderschaft
herrührende Gegenmoment festbleibt. Die Verstellung des Verstellhebels 28 bewirkt
eine entsprechende Beaufschlagung des Drehflügelantriebes 16, wobei dann die Drehung
des Ruderschaftes 18 über einen Hebel 32 und eine Einstellspindel 33 auf den Verstellhebel
28 zurückgeführt wird, so daß bei Erreichen der gewünschten Ruder-Sollage die Förderung
der Pumpe 26 wieder abgestellt wird. Die Förderung der Pumpe 26 ist durch den Verstellhebel
28 nach Menge und Richtung verstellbar. Der Stellkolben 25 hat also die Funktion
einer Sollwertvorgabe für den Kraftteil der Rudersteuerung.
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Die Versorgung des Drehf(ügelantriebes 16 erfolgt über die Leitungen
72 und 73, während das hydraulische Medium über die Leitungen 74 und 75 dem Zylinder
30 zugeführt wird.
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F i g. 3 zeigt eine elektrische Schaltung für die wegabhängige Ruhestromfernsteuerung.
Mittels eines Handrades, dessen Primärwicklung 34 und dessen Ausgangswicklung 35
in diese Schaltung eingreifen, soll der hier nicht gezeichnete Tauchspulregler 13
betätigt werden, dessen beide Wicklungen 14 und 15 von einem Magnetverstärker 36
beaufschlagt werden. Der Magnetverstärker 36 wird gespeist von einer Sekundärwicklung
37 des Netztransformators 38. Jede der Wicklungen 14 und 15 ist an den Ausgang zweier
Arbeitswicklungen 39, 40 und 41, 42 des Magnetverstärkers 36 über die Gleichrichter
43 und Der Ausgang der jeweils zusammenarbeitenden Der Ausgang der jeweils zusammen
arbeitenden Wicklungen 39 und 40 bzw. 41 und 42 ist
mit den Gleichrichtern 43 bzw. 44 so geschaltet, daß die im Magnetverstärker entsprechenden
Oberwellen auf die Wicklungen 14 und 15 gelangen können, so daß auf diese Art und
Weise eine Rüttelfrequenz entsteht. Bei der vorliegenden Schaltung hat die Rüttelfrequenz
die doppelte Schwingungszahl der speisenden Netzfrequenz. Der Magnetverstärker 36
arbeitet derart, daß er auch in nicht ausgesteuertem Zustand einen Arbeitsstrom
fließen läßt und damit auch eine Rüttelfrequenz auf die Wicklungen 14 und 15 gibt.
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Der Magnetverstärker 36 wird mit Hilfe der Steuerwicklungen
47 und 48 konstant vorerregt. Diese beiden .Steuerwicklungen werden
von einer weiteren Sekundärwicklung 49 des Netztransformators 38 über einen Gleichrichter
50 und einen Einstellwiderstand 51 gespeist.
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Die Steuerung des Magnetverstärkers 36 erfolgt mit Hilfe der Steuerwicklungen
52, 53, 54 und 55, wobei der aus den Wicklungen 52 und 53 bestehende Steuerkreis
und der aus den Wicklungen 54 und 55 bestehende Steuerkreis von einer Phasenvergleichsschaltung
beaufschlagt werden, die im wesentlichen aus den Gleichrichtern 56 und 57 und den
Vorwiderständen 58 und 59 besteht und auf deren Eingang die Ausgangswicklung 35
des Handrades und die Ausgangswicklung 60 des Ruderwächters 17 geschaltet sind.
Die Phasenvergleichssehaltung wird gespeist über eine Sekundärwicklung 61 des Netztransformators
38.
Die Primärwicklung 62 des Ruderwächters 17 meldet den Ruder-Istwert zurück.