DE2459143C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Umsteuereinrichtung für einen Schiffsantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE-OS 23 22 161 geht eine derartige Umsteuereinrich­ tung für einen Schiffsantrieb hervor. Dabei wird dem vom Schiff durchfahrenen Gewässer Wasser entnommen und diesem durch eine von einem Antriebsmotor angetriebene Pumpe Ener­ gie zugeführt. Das derart behandelte Wasser wird in der Form eines Antriebsstrahles ausgestoßen. Für die Rückwärtsfahrt des Schiffes wird zur Schubumkehr eine Stahlumlenkhaube in die Strömungsbahn des Antriebsstrahles gebracht. Die be­ kannte Umsteuereinrichtung weist außerdem eine Ventilein­ richtung zur Steuerung der Drehzahl des Antriebsmotors der Pumpe und der dem Wasser durch die Pumpe zugeführten Ener­ giemenge und eine weitere Ventileinrichtung auf, durch die die Bewegung der Strahlumkehrhaube in die Strömungsbahn des Antriebsstrahles gesteuert werden kann. Es ist ferner ein die Strahlung der Strahlumkehrhaube und die Drehzahl des Antriebsmotors für die Pumpe beeinflussender Steuerhebel vorgesehen, der eine neutrale Stellung, eine Vorwärtsstel­ lung eine Rückwärtsstellung besitzt.

Ein Problem besteht bei einer derartigen Umsteuereinrichtung darin, daß die Ventileinrichtungen zur Beeinflussung der Drehzahl des Antriebsmotors für die Pumpe bzw. zur Beein­ flussung der Stellung der Strahlumkehrhaube durch ein auf­ wendiges und daher kostspieliges, mechanisches und hydrauli­ sches Steuersystem angesteuert werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine derartige Umsteuereinrichtung für einen Schiffsantrieb derart zu verbessern, daß sein Steuersystem vergleichsweise einfach aufgebaut und billig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs bereits erwähnte Umsteuereinrichtung gelöst, die durch die in dem kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet ist.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Umsteuerein­ richtung besteht darin, daß ihr Steuersystem für die Ventileinrichtung zur Beeinflussung der Drehzahl des An­ triebsmotors für die Pumpe und die Ventileinrichtung zur Beeinflussung der Stellung der Strahlumlenkhaube im wesent­ lichen aus einfachen und daher wenig kostspieligen Potentio­ metern besteht, die durch den Steuerhebel betätigbar sind.

Im folgenden werden die Erfindung deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Hecks eines Tragflächenbootes mit einem Wasserstrahlan­ trieb, bei dem die vorliegende Umsteuereinrichtung zur Anwendung gelangen kann;

Fig. 2, 3 und 4 je eine Seitenansicht der Strahlumlenkhaube in der vollständig zurückgezogenen Stellung, einer Mittelstellung und der vollständig ausgefahrenen Stellung, in der der Wasserstrahl vollständig nach rückwärts umgelenkt wird;

Fig. 5 ein Schaltbild der vorliegenden Umsteuereinrich­ tung; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktion der vorliegenden Umsteuereinrichtung.

Fig. 1 zeigt das Heck eines Tragflächenbootes 10 mit den nach unten ragenden Stützen 12 und 14, die an ihren unteren Enden durch Tragflächen 16 und 18 miteinander verbunden sind. Diese Tragflächen 16 und 18 sind an ihren rückwärtigen Kanten mit Steuerflächen 20 und 22 versehen. An dem nicht dargestellten Bug des Tragflächenbootes 10 ist eine dritte, nach unten ragende Stütze vorgesehen, die als Steuerruder wirkt, und an ihrem unteren Ende eine weitere Tragfläche trägt. Die Stützen 12 und 14 und die von diesen getragenen Tragflächen 16, 18 können um die Drehachse 24 nach oben in eine Ruhestellung verschwenkt werden.

Der Antrieb des Tragflächenbootes 10 erfolgt durch Wasser­ strahlen, die aus an beiden Seiten des Bootes angeordneten Düsen 26, 28 ausströmen. Das Wasser wird aus dem Gewässer durch eine Öffnung 30 am vorderen Teil des Tragflächenab­ schnittes 32 entnommen und durch eine Mittelsäule 34 nach oben zu nicht dargestellten Backbord- und Steuerbordpumpen geleitet, die beispielsweise von Strahltriebwerken angetrie­ ben werden. Aus den Pumpen wird das Wasser in der Form von Wasserstrahlen dann durch die Düsen 26 und 28 ausgestoßen. Die Wasserstrahlen treiben das Tragflächenboot 10 in die Vorwärtsrichtung. Für eine Rückwärtsfahrt des Tragflächen­ bootes 10 sind an den Düsen 26 und 28 Strahlumlenkhauben 36 und 38 angeordnet. Bei der Vorwärtsfahrt des Tragflächen­ bootes 10 werden die Strahlumlenkhauben 36 und 38 in Stel­ lungen geschwenkt, in denen sie die Strömung der Wasser­ strahlen nicht behindern. Werden die Strahlumlenkhauben 36, 38 jedoch in die Wasserstrahlen hineingeschwenkt, so werden diese zur Erzeugung eines Rückwärtsschubes umgelenkt.

Die Wirkungsweise der Strahlumlenkhauben 36, 38 geht am besten aus den Fig. 2, 3 und 4 hervor. Der mit 40 be­ zeichnete Wasserstrahl strömt aus der Düse 42 durch ein zylindrisches Glied 44, das nach oben oder nach unten zum Umlenken des Wasserstrahles verschwenkt werden kann. Nach­ stehend wird beschrieben, in welcher Weise dies durchgeführt wird. Die Strahlumlenkhauben 36, 38 selbst bestehen aus gewölbten oder gekrümmten Gliedern 46, die mit der Hilfe von Seitenarmen 48 mit nicht dargestellten Lagerungsgliedern verschwenkbar verbunden sind. Die Seitenarme sind über ein Gestänge 50 mit dem Kolben eines pneumatischen oder hydrau­ lischen Zylinders 52 verbunden. An der einen Seite des gekrümmten Gliedes 46 ist eine Öffnung 54 vorgesehen, die so angeordnet ist, daß bei einem Verschwenken des gekrümmten Gliedes 46 nach unten unter der Einwirkung des Zylinders 52 ein immer größer werdender Teil des Gliedes 46 die Wasser­ strömung anschneidet, wie dies die Fig. 3 und 4 zeigen. In diesem Falle wird die Wasserströmung durch die Öffnung 54 seitlich und nach rückwärts umgelenkt. Dabei wird ein Rück­ wärtsschub für das Tragflächenboot 10 erzeugt.

Die vorliegende Umsteuereinrichtung ist in Fig. 5 darge­ stellt, wobei die Elemente, die auch in den Fig. 1 bis 4 dargestellt sind, entsprechend bezeichnet sind. Wie dies bereits ausgeführt wurde, wird durch eine Öffnung 30 einge­ führtes Wasser durch die Mittelsäule 34 nach oben zu einer Pumpe 56 geleitet, die durch einen Antriebsmotor 58, bei dem es sich beispielsweise um ein Strahltriebwerk handelt, ange­ trieben wird. Von der Pumpe 56 aus strömt das Wasser durch die Düse 42 und erzeugt einen Wasserstrahl 40, in den das gekrümmte Glied 46 hineinbewegt werden kann, um den Wasser­ strahl nach rückwärts umzulenken. Das Glied 46 wird seiner­ seits von den Seitenarmen 48 gehalten, die über ein Gestänge 50 mit dem Kolben des Zylinders 52 in Verbindung stehen. Es können auch zwei Wasserstrahlen mit den entsprechenden An­ trieben vorgesehen werden, von denen in der Fig. 5 nur eine Ausführung dargestellt ist.

Die entgegengesetzten Enden des Zylinders 52 stehen über ein Ventil 60 einer Ventileinrichtung 60, 64, 66 mit einer Druckflüssigkeitsquelle 62 in Verbindung. Das Ventil 60 kann die Druckflüssigkeitsquelle 62 mit dem einen oder dem ande­ ren Ende des Zylinders 52 verbinden, so daß je nach der Einstellung des Ventiles 60 das gekrümmte Glied 46 nach der einen oder der anderen Richtung verschwenkt werden kann. Das Ventil 60 wird seinerseits von einer elektrischen Betäti­ gungsvorrichtung 64 mit einer Steuerwicklung 66 gesteuert. Die Elemente 64 und 66 sind Teil der bereits erwähnten Ventileinrichtung. Die Betätigungsvorrichtung 64 ist so eingerichtet, daß bei einer gleich hohen Spannung an den entgegengesetzten Enden der Steuerwicklung 66 die Betäti­ gungsvorrichtung 64 sich im Stillstand befindet. Bei un­ gleichen Spannungen bewegt die Betätigungsvorrichtung 64 das Ventil 60 nach der einen oder der anderen Richtung, bis die Spannungen wieder die gleiche Größe aufweisen.

Eine Steuerung des Tragflächenbootes 10 von Hand erfolgt mittels eines Steuerhebels 68, der nach beiden Richtungen für eine Vorwärts- oder eine Rückwärtsfahrt verschwenkt werden kann. Dieser Steuerhebel 68 steht über ein mechani­ sches Gestänge 70 mit den Schleifkontakten 72 und 74 der Potentiometer 76 und 78 in Verbindung. Das Potentiometer 76 ist Teil einer Steuerhebelschaltung 80, während das Potentiometer 78 Teil einer Umsteuerschaltung 82 ist.

Die beiden Enden des Potentiometers 76 sind an den Pluspol 84 einer Gleichstromquelle (nicht dargestellt) angeschlos­ sen, während die Enden des Potentiometers 78 an die ent­ gegengesetzten Pole 84 und 86 derselben Gleichstromquelle angeschlossen sind. Das Potentiometer 76 weist in der Mitte einen Kurzschlußabschnitt 88 auf, dessen Mittelpunkt über einen Widerstand 90 und einen Leerlauftrimmer 92 mit dem Pol 86 in Verbindung steht. An die eine Seite des Kurzschlußab­ schnittes 88 des Potentiometers 76 ist ein Widerstandskon­ taktabschnitt 94 für die Rückwärtsfahrt angeschlossen, wäh­ rend an die andere Seite des Kurzschlußabschnittes 88 ein Widerstandsabschnitt 96 für die Vorwärtsfahrt angeschlossen ist, der aus den später beschriebenen Gründen durch die Widerstände 98 und 100 überbrückt ist. Das obere Ende des Widerstandskontaktabschnittes 96 steht über einen Vorwärts­ trimmer 102 mit dem Pol 84 in Verbindung, während das untere Ende des Widerstandskontaktabschnittes 94 über einen Rück­ wärtstrimmer 104 und einen Widerstand 106 mit demselben Pol 84 in Verbindung steht.

Wenn der Schleifkontakt 72 auf dem Kurzschlußabschnitt 88 liegt, bildet der Widerstand des Potentiometers 76 mit den Widerständen 90 und 92 einen Spannungsteiler. Wenn sich der Steuerhebel 68 in der neutralen Stellung befindet, fließt ein Strom vom Schleifkontakt 72 zu einer Ventileinrichtung 108 und zurück zum Pol 86, so daß der Antriebsmotor 58 mit der Leerlaufdrehzahl arbeitet, die mit der Hilfe des Wider­ standes 92 eingestellt werden kann. Wird der Steuerhebel 68 aus der neutralen Stellung entweder in die Rückwärts- oder Vorwärtsstellung bewegt, so wird die Leerlaufdrehzahl auf­ grund des Kurzschlußabschnittes 88 eine Zeitlang aufrechter­ halten. Bewegt sich jedoch der Schleifkontakt 72 in der einen oder der anderen Richtung über den Kurzschlußabschnitt 88 hinaus, so steigt die Spannung an der elektropneumati­ schen Ventileinrichtung 108 entweder an oder sie sinkt ab. Damit nimmt die Drehzahl des Antriebsmotores 58 zu oder ab, was zur Folge hat, daß der vom Wasserstrahl erzeugte Schub entsprechend verändert wird.

Da der Schleifkontakt 74 des Potentiometers 78 ebenfalls mit dem mechanischen Gestänge 70 in Verbindung steht, bewegen sich die beiden Schleifkontakte 72 und 74 gemeinsam im Gleichlauf. Wenn sich der Schleifkontakt 74 in der mittleren Position befindet, steht er mit einem Widerstandskontaktab­ schnitt 110 in Verbindung, der an beiden Enden von den Kurzschlußabschnitten 112 und 114 begrenzt wird. Die Kurz­ schlußabschnitte 112 und 114 stehen über die Trimmer 116, 118 mit dem Pol 84 bzw. dem Pol 86 der Gleichstromquelle in Verbindung.

Zum Potentiometer 78 ist ein zweiter Spannungsteiler paral­ lelgeschaltet, der aus den gleichen Widerständen 120 und 122 besteht, die mit einem Trimmerwiderstand 124 in Serie ge­ schaltet sind. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerstän­ den 120 und 122 kann über den Kontakt 126 des Relais 128 und über den Widerstand 130 mit der einen Seite der Steuerwick­ lung 66 für die Betätigungsvorrichtung 64 verbunden werden. Das Relais 128 bleibt im allgemeinen jedoch stromlos, so daß der Schleifkontakt 74 des Potentiometers 78 über den Wider­ stand 130 mit der Steuerwicklung 66 in Verbindung steht. Die andere Seite der Steuerwicklung 66 ist mit dem Schleifkon­ takt 132 eines Potentiometers 134 verbunden, das zwischen den positiven und den negativen Pol 84, 86 der Gleichstrom­ quelle geschaltet ist. Bei einer Hin- und Herbewegung des Schleifkontaktes 74 auf dem Widerstandsabschnitt 110, betä­ tigt die Betätigungsvorrichtung 64 das Ventil 60, während der mit dem Gestänge 50 mechanisch verbundene Schleifkontakt 132 sich in dem gleichen Ausmaß bewegt, bis die Brücken­ schaltung sich wieder im Gleichgewicht befindet und die Betätigungsvorrichtung 64 zum Stillstand gelangt.

Die Einrichtung ist ferner mit einem von Hand zu betätigen­ den Schalter 134 sowie mit einem Schalter 138 ausgestattet, der mit dem Steuerhebel 68 in Verbindung steht und geschlos­ sen wird, wenn der Steuerhebel 68 in der neutralen Stellung steht. Unter der Annahme, daß die Schalter 136 und 138 geschlossen sind, wird das Relais 128 erregt, bis der von Hand zu betätigende Schalter 136 von den Haltekontakten 140 geöffnet wird. Gleichzeitig bewirkt die Erregung des Relais 128, daß der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 120 und 122 mit der Steuerwicklung 66 verbunden wird, so daß die Position der Betätigungsvorrichtung 64 durch die Position des Schleifkontaktes auf dem Trimmerwiderstand 124 in der neutralen Stellung gehalten wird.

Die Arbeitsweise der vorliegenden Umsteuereinrichtung geht aus der Fig. 6 hervor, die die Grenzen der Bewegung des Steuerhebels 68 und die Beziehung der beiden mit dem Steuer­ hebel 68 in Verbindung stehenden Potentiometer 76, 78 zuein­ ander und deren Signalausgangsanforderungen als Funktion der Einstellung des Steuerhebels 68 zeigt. In der Fig. 6 stellt die Wellenform A das am Schleifkontakt 74 des Potentiometers 78 auftretende Signal dar, während die Wellenform B das am Schleifkontakt 72 des Potentiometers 76 auftretende Signal darstellt. In der Fig. 6 sind die Schleifkontakte 74 und 72 in deren neutralen Stellungen dargestellt.

Wenn sich der Schleifkontakt 72 nach rechts oder links aus der neutralen Stellung herausbewegt und immer noch mit dem Kurzschlußabschnitt 88 in Verbindung steht, bleibt das durch die Wellenform B dargestellte Ausgangssignal am Schleifkontakt 72 konstant, wobei der Antriebsmotor 58 die Pumpe 56 mit einer Drehzahl von 6000 U/min antreibt. Bewegt sich jedoch der Schleifkontakt 72 über den Kurzschlußabschnitt 88 ent­ weder in der Rückwärtsrichtung oder der Vorwärtsrichtung hinaus, so gelangt er mit den Widerstandskontaktabschnitten 96 oder 94 in Berührung, so daß das Ausgangssignal (Wellen­ form B) stärker wird. Bei einem Rückwärtsschub steigt das Ausgangssignal bis zu demjenigen Wert an, bei dem der An­ triebsmotor 58 mit einer Drehzahl von 7600 U/min arbeitet, während in der Vorwärtsrichtung das Ausgangssignal bis zu einem Wert ansteigt, bei dem der Antriebsmotor 58 mit einer Dreh­ zahl von 13 250 U/min arbeitet. Die Nebenschlußwiderstände 98 und 100 dienen zum Linearisieren der Steuerhebelbezie­ hung, wenn sich der Schleifkontakt 72 auf dem Widerstands­ kontaktabschnitt 96 bewegt.

Bei der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Schleifkontaktes 72 bewegt sich entsprechend auch der Schleifkontakt 74. Im Gegensatz zum Steuerhebelsignal wächst das Rückwärtssignal von einem negativem Wert an der Vorwärtsseite der neutralen Stellung bis zu einem positiven Wert an. Hierbei wird die Strahlumlenkhaube 46 aus einer vollständig zurückgezoge­ nen Stellung (Fig. 2) in eine vollständig ausgefahrene Stel­ lung (Fig. 4) bewegt, in der der Wasserstrahl 40 vollständig umgelenkt wird, so daß er einen Rückwärtsschub erzeugt. Zwischen der vollständig zurückgezogenen und der vollständig ausgefahrenen Stellung läuft der Antriebsmotor 58 im Leer­ lauf mit einer Drehzahl von 6000 U/min, während die Strahl­ umlenkhaube 46 eingestellt werden kann, so daß die Geschwin­ digkeit des Tragflächenbootes 10 bei der Vorwärts- und Rück­ wärtsfahrt geregelt wird. Steht bei geschlossenem Schalter 136 der Steuerhebel 68 in der neutralen Stellung, so wird das Relais 128 erregt, was zur Folge hat, daß die Strahlumlenkhaube 46 in einer bestimmten Stellung festgehal­ ten wird, die vom Trimmwiderstand 124 bestimmt wird. In diesem Falle kann der Steuerhebel 68 nach vorn oder nach rückwärts bewegt werden, ohne daß die Stellung der Strahlum­ lenkhaube verändert wird, so daß der Lauf des Antriebsmotors 58 überprüft und beschleunigt werden kann.

Claims (3)

1. Umsteuereinrichtung für einen Schiffsantrieb, bei der dem vom Schiff durchfahrenen Gewässer Wasser entnommen und diesem durch eine von einem Antriebsmotor (58) angetriebene Pumpe Energie zugeführt wird, bei der dieses dort behan­ delte Wasser in der Form eines Antriebsstrahles (40) ausge­ stoßen wird, bei der eine Strahlumlenkhaube (46) für die Rückwärtsfahrt in die Strömungsbahn des Antriebsstrahles (40) zur Schubumkehr hineinbewegbar ist, wobei die Umsteuer­ einrichtung eine erste Ventileinrichtung (108) zum Steuern der Drehzahl des Antriebsmotors (58) und der dem Wasser von der Pumpe (56) zugeführten Energiemenge und eine zweite Ventileinrichtung (60, 64, 66) zum Steuern der Bewegung der Strahlumlenkhaube (46) in die Strömungsbahn des Antriebs­ strahles (40) aufweist, und bei der ein die Stellung der Strahlumlenkhaube (46) und die Drehzahl des Antriebsmotors (58) beeinflussender Steuerhebel (68) mit einer neutralen Stellung, einer Vorwärtsstellung und einer Rückwärtsstellung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektroni­ sches Steuersystem ein erstes Potentiometer (76) aufweist, dessen Schleifkontakt (72) an den Steuerhebel (68) gekoppelt ist, und das ein Paar von Widerstandskontaktabschnitten (94, 96) aufweist, die durch einen Kurzschlußabschnitt (88) an der neutralen Stellung des Schleifkontaktes (72) miteinander verbunden sind, daß der Kurzschlußabschnitt (88) mit der ersten Ventileinrichtung (108) zum Steuern der Drehzahl des Antriebsmotors (58) verbunden ist, daß der Antriebsmotor (58) in der neutralen Stellung des Steuerhebels (68) sowie in Bereichen beiderseits der neutralen Stellung leerläuft, daß das Steuersystem ein zweites Potentiometer (78) auf­ weist, dessen Schleifkontakt (74) an den Steuerhebel (68) gekoppelt ist, um die Stellung der Strahlumlenkhaube (46) zu bestimmen, und daß das zweite Potentiometer (78) beiderseits eines in der Mitte gelegenen Widerstandskontaktabschnittes (110) Kurzschlußabschnitte (112, 114) derart aufweist, daß bei einer Bewegung des Steuerhebels (68) bzw. des Schleif­ kontaktes (74) durch die Bereiche beiderseits der neutralen Stellung die Strahlumlenkhaube (46) aus einer vollständig zurückgezogenen Position für einen Vorwärtsschub in eine vollständig ausgefahrene Position für einen Rückwärtsschub bewegt wird, daß die entgegengesetzten Anschlüsse des ersten Potentiometers (76) mit dem einen Pol (84) einer Gleichstrom­ quelle verbunden sind, daß die Mitte des Kurzschlußabschnitt­ tes (88) des ersten Potentiometers (76) mit dem anderen Pol der Gleichstromquelle verbunden ist, daß jeweils ein An­ schluß des zweiten Potentiometers (78) mit einem anderen Pol (84 bzw. 86) der Gleichstromquelle verbunden ist, und daß das erste Potentiometer (76) und das zweite Potentiometer (78) im wesentlichen die gleiche Länge aufweisen und daß der Schleifkontakt (73) des ersten Potentiometers (76) und der Schleifkontakt (74) des zweiten Potentiometers (78) durch den Steuerhebel (68) gemeinsam und gleichförmig bewegt wer­ den.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Widerstände (98, 100) zu dem Widerstandsabschnitt (96) auf der einen Seite des Kurzschlußabschnittes (88) des ersten Potentiometers (76) parallel geschaltet sind, um eine Linearisierung der Ansprache des Steuerhebels (68) zu er­ zielen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Spannungsteiler (120, 122, 124) zu dem zweiten Potentiometer (78) parallel geschaltet ist und daß eine Schalteinrichtung (126) zum wahlweisen Abtrennen des Schleifkontaktes (74) des zweiten Potentiometers (78) von der zweiten Ventileinrichtung (60) und zum Verbinden eines Punktes des Spannungsteilers (120, 122, 124) mit der ge­ nannten zweiten Ventileinrichtung (60, 64, 66) vorgesehen ist, um die Einstellung der Umlenkhaube (46) festzuhalten.