DE2301622B2 - Elektrohydraulische Schiffsrudersteuereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulisehe Schiffsrudersteuereinrichtung mit einem hydraulischen Rudermotor und einer t,i der Förderrichtung umkehrbaren, stufenlos verstellbaren Hauptpumpe sowie einer Hiifspumpe, die beide von demselben Elektromotor angetrieben werden, und mit einem von einem Rudersteuerstand aus elektrisch gesteuertem Steuerventil sowie einer Verdrängungseinstelleinrichiung für die Hauptpumpe, die ein Summierventil und eine hydraulische Betätigungseinrichtung mit Stellventil zur Einstellung des Druckmittelflusses zur Betätigungseinrichtung umfaßt, welches Stellventil von dem Summierventil Steuer bar ist, und die einen vom Steuerventil gesteuerten Stellkolben aufweist, der mechanisch mit dem Summierventil gekoppelt ist, das seinerseits mechanisch über ein Gestänge mit dem drehbaren Teil des Rudermotors verbunden ist.

Für die Erzeugung einer kontinuierlich ablaufenden Ruderbewegung ist es erforderlich, daß in der Rudersteuereinrichtung keine Druck- und Einpendelungsstöße oder Druckschwankungen auftreten, deren Entstehungsursache meistens darauf zurückzuführen ist, daß die Kolben der hydraulischen Stellmotore nicht oder nicht schnell genug vor dem Eintreffen eines neuen Steuersignals in ihre Ausgangs- oder neutrale Lage zurückkehren. Es sind für die Übertragung von Steuersignalen zum Verstellen der Pumpenverdrängung bereits Einrichtungen vorgeschlagen, die dieser Forderung Rechnung tragen sollen.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art wird das den Servomotor steuernde Stellventil mechanisch verstellt. Die Entstehung von Druckstollen in dieser bekannten Steuereinrichtung wird mittels eines Differentialgetriebes soweit wie möglich verhindert, Einpendelungsstöße lassen sich jedoch nicht verhindern, weil auch bei dieser Einrichtung ein lastfreies Anfahren der Rudermaschine nicht gwährleistet ist. Durch die Verwendung des Differentialgetriebes und dem für seine Montage erforderlichen Aufwand ist diese bekannte Rudersteuereinrichtung sehr teuer.

Bei einer anderen bekannten Rudereinrichtung wird das steuernde Stellventil elektrohydraulisch verstellt. Auch mit dieser bekannten Einrichtung ist es nicht ge-

lungen, die Einpendelungsstöße ganz zu vermeiden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine im Verhältnis zu bekannten Einrichtungen (»illigeie elektrohydrauHsche Schiffsrudersteuereinrichtung verfügbar su machen und so zu verbessern, daß auch Einpendelungsstöße vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst. daB das Sellventil der Betätigungseinrichtung für die Hauptpumpe über eine hydraulische Brückenschaltung mit einem Ablaufkreispaar schaltbar ist, durch das kontinuierlich ein kleiner Steuerflüssigkeitsstrom fließt und in deren ersten Teil das Summierventii den Widerstand verändert, während in deren zweitem Teil der Widerstand von einem Mengenteiler verändert wird, der über die Verdrängungsänderung der Hauptpumpe gesteuert wird, daß der Stellmotor an dem im Suminierventil angeordneten Rotor gekoppelt ist und daß der Ventilkörper des Summierventils mit dem Gestänge zum drehbaren Teil des Rudermotors verbunden ist. Weitere Ausstattungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet. Diese Schiffsruder- $teuereinrichtung vermeidet nicht nur die Nachteile der beiden obenerwähnten Steuereinrichtungen, sondern sie übernimmt auch deren Vorteile. Die Herstellungskosten sind jedoch wesentlich niedriger, weil sie weder ein mechanisches Differentialgetriebe mit entsprechenden Übertragungsvorrichtungen noch eine mechanische Übertragung der Steuerbewegungen zwischen der Schiffsbrücke und der Rudermaschine erfordert.

Die Erfindung wird nachstehend mit einem Ausf'ihirungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mäher erläutert Es zeigt

Fig. 1 das Diagramm der elektrohydraulischen Rudersteuereinrichtung,

F i g. 2 den Aufbau der Steuerung ohne Rudermotor, F i g. 3 einen Längsschnitt des Stellmotors,
F i g. 4 einen Schnitt der F i g. 3 auf der Linie 4-4,
F i g. 5 einen Schnitt der F i g. 3 auf der Linie 5-5,
F i g. 6 einen Schnitt der F i g. 3 auf der Linie 6-6,
F'. g. 7 einen Teil der mechanischen Kraftübertragungseinrichtung.

Die F i g. 1 zeigt einen Drehflügel-Rudermotor 10 mit einem Ruderschaft 12, die übt-r die Leitungen 14 und 16 mit einem Druckmittel gespeist wird. Parallel dazu liegt ein Paar Reduzierventile 18 und ein Überströmungsventil 20. Der Rotor 22 der Rudermaschine besitzt 3 Flügel, von denen einer im Gelenkpunkt 24 mit dem Gestänge 26 verbunden ist, das die Bewegung des Rudermotors der Steuervorrichtung anzeigt. In F i g. 1 ist ein zweiter Satz Steuereinrichtungen als Reserve gezeigt, der jedoch nicht weiter behandelt wird.

Die Druckmittelleitungen 14 und 16 werden von den Hauptleitungen 28 und 30 über ein elektromagnetisches Halteventi) 32 versorgt, das zur Festlegung des Ruderschafts 12 manuell betätigbar ist, und zwar mittels einer stufenlos verstellbaren Hauptpumpe 34 mit Drehrichtungsumkehr, die von einem Elektromotor 36 angetrieben wird. Der Elektromotor 36 treibt außerdem eine Hilfspumpe 38 an, die das elektromagnetische Steuerventil 40 über die Leitung 42 mit Druckmittel versorgt. Über die Zweigleitung 44 wird das Sellventil 72 der Hauptpumpe 34 mit Druckmittel versorgt, wie in Fig.2 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben wird.

Das Stellventil 72 steuert das Summiervennl 45, dessen Ventilkörpe; 46 über das Gestänge 26 mittels Gelenkbolzen 48 und Gabel mit einem der drei Flügel des Rotors 22 verbunden ist. Der Rotor 53 des Summier-Ventils 45 wird in Schwingungen mit seinem Stellmotor 50 versetzt, durch den die Welle 110 geführt ist. Auf der Welle 110 sitzt lose der Kolben 52. Pie Verbindung ist in F i g. I als Steuergestänge 54 dargestellt; es kann

liier jedoch auch jede andere geeignete Vf-rbindung benutzt werden, wie sie beispielsweise mit den F i g. 3,4,5 und 6 besehrieben ist

Die Leitungen 56 und 58 zwischen dem Steuerventil 40 und dem Stellmotor 50 können einstellbare Absperrventile 60 und 62 umfassen, die zusammen mit Rückschlagventilen die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 52 regeln. Der Stellmotor 50 betätigt darüber hinaus den Synchronmotor 64, der das Rückkopplungssignal erzeugt, das der Lage des Kolbens 52 entspricht

Die Regeleinrichtung der Hauptpumpe 34 umfaßt nach F i g. 2 einen Servomotor mit einem über die Leitung 68 mit einem konstanten Vorsteuerdruck beaufschlagten, die Betätigungseinrichtung für die Kauptpumpe 34 bildenden Kolben 66 mit kleiner Fläche und

jo Kolben 70 mit großer Fläche, der über Leitung 69 vom dem Stellventil 72 gesteuert wird, das wie der Kolben 66 mit Druckmittel über ^e Leitung 74 versorgt wird. Die Hauptpumpe 34 wird von der Hilfspumpe 38 mit Druckmittel versorgt, und zwar über das Druckbegrenzungsventil 76 und Leitung 78, die zu den mit den Druckmittelhauptieitungcn 28 und 30 verbundenen Rückschlagventilen 80 führt. Ein Druckbegrenzungsventil 82 begrenzt den Steuerdruck, während das Zweiwegeventil 84 und ein für höheren Druck ausgelegtes Druckbegrenzungsventil 86 als Schutz fürd die Druckmittelhauptleitungen 28 und 30 dienen. Letztere sind primär durch ei Rückschlagventile 88 und das vorgestuerte Zweiwegeventil 90-92 geschützt.
Die beschriebenen Teile können im Ruderraum in der Nähe des Ruderschaftes untergebracht werden. Die Steuersignale erhalten sie von der Schiffsbrücke 94 ausschließlich über elektrische Leitungen. Es kann also., wie in F i g. 1 gezeigt, ein Ruderstand 94 vorgesehen sein, der manuell oder automatisch arbeitet und über elektrische Leitungen 96 und 98 mit dem Steuerventil 40 verbunden ist. Über eine der elektrischen Leitungen wird ein Steuersignal entsprechender Größe für dieBackbordsteuerung übertragen, während die andere Leitung für ein ähnliches Signal zur Steuerbordsteuerung vorgesehen ist. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die dargestellte einzelne Leitung in Wirklichkeit wie üblich aus zwei Adern besteht. Die Lage des Stellmo tors 50, wie sie dem in der Rückkopplungseinrichtung wirkenden Synchronmotor gemeldet wird, erscheint als elektrisches Signal und wird über die elektrischen Leitungen 130 zur Schiffsbrücke übertragen, wo dieses Signal in üblicher Weise für Steuerzwecke verwerte! wird.
Die F i g. 3,4, 5 und 6 zeigen das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Stellmotors 50 mit dem Kolben 52 und dem Gestänge 54 sowie das Summierventil 45. Ir dem Ventilkörper 46 des Summierventils 45 ist in die untere Bohrung 104 drehbar die Buchse 102 des Stell motors 50 eingesetzt, an deren äußeren Ende der He

6c beiarm 106 befestigt ist. Das äußere Ende des Hebelar mes 106 ist über einen zweiarmigen Hebel 108 mit den Achsbolzen 48 des Rückmeloegestänges 26 des Roton 22 der Rudermaschine verbunden. Der Rotor 53 dei Summierventils 45 sitzt auf dem unteren Ende der WeI Ie 110, die in die Buchse 102 der Zylinderbohrung de: Stellmotors 50 eingesetzt ist.

Das Summierventil 45 erzeugt ein Paar veränderba rer Widerstände, von denen jeweils einer für einen de

beiden Ablaufkreise 114 und 116 der das Stellventil 72 steuernden hydraulischen Brücke 72a vorgesehen ist (F i g. 2). Der Rotor 53 des Summierventils ist mit einem Paar bogenförmigen Nuten 118 versehen, welche eine Verbindung zum unteren Ende der Welle 110 herstellen und mit dem Druckmittelbehälter über eine Mittelbohrung 120 verbunden sind (F i g. 3). Die veränderbaren Widerstände werden mit den diametral gegenüberliegenden öffnungen 122 und 124 erzeugt, wobei diese öffnungen durch Bohrungen !26 und 128 verbunden sind. Die Ablaufkreise 114 und 116 verbinden die öffnungen 122 und 124 über biegsame Schläuche. Die Welle HO ist an ihrem oberen Ende mit der Welle 130 des Synchronmotors 64 verbunden, dessen Gehäuse mit Hilfe eines Haltebügels 132 am Stellmotor 50 befestigt ist

Die Welle 110, die den Rotor 53 des Summierventils 45 trägt, ist zur Erzeugung einer Schwingung mit einem sich radial erstreckenden Stift 54 versehen, der durch eine Bohrung in dem Lagerzapfen 134 geführt ist, welcher in dem Kolben 52 tangential eingesetzt ist. Dadurch wird bei einer Verschiebung des Kolbens 52 die Welle 110 in Schwingung versetzt und an den öffnungen 122 und 124 wird ein gleichmäßiger entgegengesetzt wirkender Widerstand erzeugt, wenn die Welle UO sich aus der Mittellage in die eine oder andere Richtung bewegt. In den Ablaufkreisen 114 und 116 wird dadurch umgekehrt der Widerstand verändert und infolge der Kennlinien der hydraulischen Brückenschaltung 72a wird das Stellventil 72 in die eine oder andre Richtung verschoben und dabei der große Kolben 70 des Servomotors betätigt oder stillgesetzt.

Ein ähnliches Paar veränderbarer Widerstände weist auch de«· Mengenteiler 136 auf, der Vorsteuerdruckmittel über die Leitung 138 erhält und dieses auf die beiden Ablaufkreise 114 und 116 verteilt, und zwar in Abhängigkeit von der Lage des Hubes der Verdrängungssteuereinrichtung der Hauptpumpe 34 (F i g. 2).

Die Wirkungsweise der Schiffsrudersteuereinrichtung soll mit entsprechend eingeschalteten elektrischen und hydraulischen Kreisen und einem ausgeglichenen Zustand des ganzen Systems erklärt werden unter der Annahme, daß der Rudersteuerstand 94 entweder automatisch oder von Hand betätigt wird, wobei beispielsweise zur Ausführung einer Ruderbewegung nach Backbord ein Signal über die Leitung 96 fließt. Mit diesem Signal wird das Steuerventil 40 betätigt, das der Leitung 5Ü und dem rechten Ende des Stellmotors 50 Druckmittel zuführt, wodurch der Kolben 52 in der F i g. 1 nach links bewegt wird. Je langer das Signal auf der Leitung 56 ist, desto weiter wird der Kolben 52 verschoben. Diese Bewegung wird zur Schiffsbrücke über den Synchronmotor 64 und die Leitungen 100 zurückgemeldet.

Nach dem Kolben 52 wird auch der Rotor 53 des

ίο Summierventils 45 verschoben, wodurch das Gleichgewicht in den Ablaufkreisen 114 und 116 der hydraulischen Brücke 72a verändert und das Stellventil 72 so verschoben wird, daß der Servomotor 70 mit großer Fläche entweder betätigt oder abgeschaltet wird und der Hub der Hauptpumpe 34 in der einen oder anderen Richtung verändert wird. Die Rotation des Rotors 22 und des Ruderschafts 12 wird auf den Ventilkörper 46 des Summierventils 45 übertragen, wodurch die Tendenz entsteht, das in der hydraulischen Brücke 72a vorhandene Signal zu löschen. Gelangt der Kolben 52 des Stellmotors 50 in der neuen Lage zur Ruhe, so bewegt die Rudermaschine 22 den Ruderschaft 12 in seine neue Lage; durch diese Bewegung werden die öffnungen des Summierventils 45 in die Nullstellung zurückgebracht und auch das Stellventil 72 wieder in die Nullstellung geschoben. Eine weitere Beaufschlagung des großen Kolbens 70 des Servomotors ist damit unterbunden. Die Teile der Steuereinrichtung befinden sich wieder in ausgeglichener Lage, und das Ruder hat dem vom Ruderstand 94 gegebenen Signal entsprechend seine Lage eingenommen.

Die Ausschlagsgröße der Rudermaschine 10 kann durch Begrenzung des Hubs des Kolbens 52 des Stellmotors 50 eingestellt werden. Dazu ist der Kolben 52 mit den Kolbenstiften 140 an seinen beiden Enden versehen, die mit an den Enden des Kommandozylinders 50 angebrachten, einstellbaren Rückschlagventilen 142 in Eingriff stehen. Diese Rückschlagventile 142 liegen in den Einlaß- und Auslaßöffnungen 144 und verhindem im geschlossenen Zustand die weitere Zufuhr von Druckmittel auf die entsprechenden Endseiten des Stellmotors 50. Durch Anheben oder Senken des Ventilkörpers des Rückschlagventils 142 kann der Punkt an dem der Kolbenstift 140 ein Schließen des Rückschlagorgans zuläßt, verändert und so der Hub des KoI bens 52 begrenzt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrohydraulisehe Schiffsrudersteuereinrichf»ng mit einem hydraulischen Rudermotor und einer in der Forderrichtung umkehrbaren, stufenlos verstellbaren Hauptpumpe sowie einer Hiifspumpe, die beide von demselben Elektromotor angetrieben werden, und mit einem von einem Rudersteuerstand aus elektrisch gesteuertem Steuerventil sowie einer Verdrängungseinstelleinrichtung für die Hauptpumpe, die ein Summierventil und eine hydraulische Betätigungseinrichtung mit Stellventil zur Einstellung des Druckmittelflusses zur Betätigungseinrichtung umfaßt, welches Steliventil von dem Summierventil steuerbar ist, und die einen vom Steuerventil gesteuerten Stellmotor aufweist, der mechanisch mit dem Summierventil gekoppelt ist, das seinerseits mechanisch über ein Gestänge mit dem drehbaren Teil des Rudermotors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellventil (72) der Betätigungseinrichtung (66, 70) für die Hauptpumpe (34) über eine hydraulische Brückenschaltung (72a) mit einem Ablaufkreispaar (114, 116) schaltbar ist, durch das kontinuierlich ein kleiner Steuerflüssigkcitsstrom fließt und in deren ersten Teil das Suminierventil (45) den Widerstand verändert, während In deren zweiten Teil der Widerstand von einem Mangen teiler (136) verändert wild, der über die Verdrängungsänderung der Hauptpumpe (34) ge-Steuert wird, daß Jer Stellmotor (50) an den im Summierventil (45) angeordneten Rotor (53) gekoppelt ist und daß der Ventilkörper (4<λ des Summierventils (45) mit dem Gestänge (26) z'im drehbaren Teil des Rudermotors (10) verbunden üt.

2. Schiffsrudersteucrcinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Betätigungseinrichtungen (66, 70) der Hauptpumpe (34), die Ablaufkreise (114, 116) und der Stellmotor (50) mittels der Hiifspumpe (38) mit Druckflüssigkeit versorgt werden.

3. Scliiffsrud-rsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (50) in an sich bekannter Weise einen Ventilkörper (50a) mit einer Zylinderbohrung für einen zweiseitig wirkenden Kolben (52) und Lagerbohrungen für eine Welle (110) besitzt, deren eines Ende jedoch die mechanische Kupplung mit dem Rotor (53) des Summierventils (45) bildet, wobei die Welle (HO) senkrecht in der ZylinJerbohrung angeordnet ist und sich in dieser etwa in der Mitte ihrer Länge durch einen Querschlitz im Kolben (52) erstreckt, und daß in dem Teil der Welle (110), der in der Kolbenmitte geharten wird, ein radial vorstehender Stift (54) eingesetzt ist, der mittels eines Lagerzapfens (134) mit dem Kolben (52) so Verbunden ist, daß die Welle (110) während der Hinlind Herbewegung des Kolbens (52) in schwingende Bewegung versetzt wird.

4. Schiffrudersteuereinrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (110) sich quer durch die Zylinderbohrung des Kolbens (52) und quer durch den Ventilkörper (50a) hindurch erstreckt.

5. Schiffsrudersteuerekirichtung nach Anspruch 3 &5 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (53) des Summierventils (45) durch die Welle (110) gebildet wird, die mit einem diametral gegenüberliegen

den Bogennutenpaar (118) versehen ist.

6. Sehiffsrudersteiiereinrichtung nach Anspruch 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (52) an jedem Stirnende mit einem Axialstift (140) versehen ist, die dazu dienen, die Ventilsitze der Ventile (142) zu betitigen, die axial einstellbar auf den Seitcnwänden des Veniilkörpers (50«) angeordnet -,ind und den Eingang der Druckflüssigkeit in die Zylinderbohrung steuern, so daß jeweils ein Ventil geschlossen und die Bewegung des Kolbens (52) unterbrochen wird, wenn der Kolben sich um °inen bestimmten Betrag von einem Ventilsitz (142) entfernt hat

7. Schiffsrudersteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in εη sich bekannter Weise eine wegabhängige Rückkopplungseinrichtung (64) verwendet wird, die jedoch von dem Stellmotor (50) angetrieben wird und in an sich bekannter Weise elektrisch mit dem Rudersteuerstand (94) auf der SchiffsbnVr. - verbunden ist.