DE4337401C1 - Trollingeinrichtung für eine Schiffsantriebseinheit - Google Patents
Trollingeinrichtung für eine SchiffsantriebseinheitInfo
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- B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
- B63H23/30—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements characterised by use of clutches
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Description
Die Erfindung betrifft eine Trollingeinrichtung für eine
Schiffsantriebseinrichtung mit einem einen Propeller antreibenden
Schiffswendeuntersetzungsgetriebe, das hydraulisch steuerbar und über
ein Wegeventil wahlweise betätigbare Vorwärts- und Rückwärtskupplungen
aufweist, sowie mit einem mit einer elektronischen Einheit steuerungsmäßig verbundenes
Proportionalventil zur Steuerung der Propellerdrehzahl, durch Schlupfvorgabe für die Kupplungen.
Trollingeinrichtungen werden bei Schiffen eingesetzt, um die
Propellerdrehzahlen über die Getriebeuntersetzung hinaus unter die
kleinstmögliche Motordrehzahl zu senken. Anwendungsfälle der
Trollingfahrt sind insbesondere die Langsamfahrt beim Fischen oder auch
das Manövrieren im Hafen.
Diese Verminderung der Drehzahl der Propellerwelle läßt sich erreichen
durch ein definiertes Rutschen der Kupplungsscheiben bzw. der
Kupplungslamellen.
So ist aus der Schrift US 3 653 476 ein Schiffskontrollsystem bekannt,
bei dem pneumatische oder hydraulisch betätigbare Mittel vorgesehen
sind, um Einfluß auf die Drehgeschwindigkeit des Propellers zu nehmen.
Als Meßelement wird ein Geschwindigkeitsmesser eingesetzt, der zur
Steuerung des Mediendruckes verwandt wird und mit dem die Kupplungen
betätigt werden.
Ziele dieser, insbesondere für Schlepperschiffe geschaffenen
Kontrolleinrichtung ist das Erzielen einer konstanten
Fahrgeschwindigkeit. Bei dieser bekannten Einrichtung sind keine
zusätzlichen Sicherheitsfunktionen vorgesehen; so enthält dieses System
keine Wellenbremse. Weiterhin besteht keine Möglichkeit, einen
Zweistufenbetrieb durchzuführen.
Aus JP 60-256629 ist ein Druckkontrollmechanismus zur Überwachung des
Pumpendrucks eines Hydrauliksystems für den Antrieb von Fahrzeugen
bekannt, mit dem die Kupplungen betätigt werden. Meßtechnisch erfaßt
wird die Schaltposition eines Wegeventils sowie der Fahrzustand des
Fahrzeugs, wobei nach Verarbeitung dieser Daten ein Überströmventil zur
Druckbeeinflussung gesteuert wird.
Das aus dieser Schrift bekannte System ermöglicht nur ein Absenken des
Druckes, der sich aus den Verlusten der Ventile 19, 20 und 21
zusammensetzt. Dieser Druck ist nur in einem geringen Bereich und dabei
nur grob steuerbar. Darüber hinaus funktioniert bei einem Versagen der
Elektronik bzw. Elektrik das vorgeschlagene System nicht mehr, da das
Zweistufensteuerventil nicht weiterarbeitet.
Weiterhin ist aus der DE 40 19 687 ein Schiffsantrieb
bekannt mit einem zwischen Motor und Propeller an
geordneten Getriebe, das hydraulisch steuerbare und
wahlweise betätigbare Vorwärts- und Rückwärtskupp
lungen aufweist sowie einer Trollingeinrichtung, bei
dem ein, mittels einer elektronisch/hydraulischen
Steuereinheit betätigbaren Druckreduzierventil zur
Beeinflussung des Ölhydraulikflusses Verwendung
findet und Mittel eingesetzt werden, um durch Schnell
entlüftung eine Zerstörung der in Betrieb befindlichen
Kupplung zu vermeiden.
Das Druckreduzierventil, das als Proportionalventil
ausgebildet sein kann, ist steuerungsmäßig mit der
elektronischen Einheit verbunden.
Mit dieser bekannten Trollingeinrichtung ist nur
eine Vorausfahrt möglich. Der aus dieser Schrift
bekannte Aufbau läßt für den sicheren Trollingbetrieb
nur kleine Kupplungsvolumina mit entsprechend geringen
Leckölverlusten zu.
In der DE 39 07 841 ist ein Schiffsvortriebssystem
für ein Wasserfahrzeug offenbart, bei dem zwischen
Motor und Propeller hydraulische regelbare Vorwärts-
und Rückwärtskupplungen angeordnet sind. Zur Erfassung
der Füllung der Kupplung ist ein Öldruck-Sensor vorge
sehen, dessen Anzeigesignale einem Steuergerät zugeführt
werden, der proportional zu den Anzeigen entsprechende
Rückführsignale liefert.
Ein Steuersystem zum Betreiben einer Antriebsanlage
eines Schiffes ist Gegenstand der DE 41 12 192. Die
Antriebsanlage besteht aus einem Motor, der über
ein Getriebe mit regelbaren ölhydraulisch betätig
baren Kupplungen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt
eine Propellerwelle antreibt. Mit einem Drucksensor
wird der Kupplungsdruck erfaßt und darüber der Schlupf
grad der Kupplungen verändert. Die Drehzahl der Propel
lerwelle kann damit die Drehzahl des Motors auch
unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses
des Getriebes unterschreiten.
Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine Trollingeinrichtung für
Schiffsantriebe zu schaffen, bei der mit einfachen technischen Mitteln
zur Vermeidung steuerloser Betriebszustände die Kupplung in kürzester
Zeit gefüllt und anschließend ein sensibles Steuern des die Kupplung
betätigenden Öldruckes möglich ist.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1. Die Schiffsantriebseinrichtung weist dabei Kupplungen
auf, die an die Hauptölstromleitung angeschlossen sind und über ein
Wegeventil einzeln ansteuerbar sind. Über diesen direkten Anschluß wird
die jeweils angesteuerte Kupplung in kürzest möglicher Zeit gefüllt und
durch Meßelemente wird die Füllung der jeweiligen Kupplung mit
Hydraulikflüssigkeit überwacht. Nach vollständiger Füllung der Kupplung
wird der Hydraulikölstrom über eine Umgehungsleitung geführt, die durch
ein Mengenregelventil die Menge deutlich reduziert und den Druck des
Ölstroms zur Kupplung durch ein Proportional-Wegeventil einstellt. Die
überflüssige Ölmenge wird über ein Zweistufensteuerventil in den
Schmierkreislauf geleitet. Das an die Umgehungsleitung angeschlossene
Proportional-Wegeventil wird von einer elektronischen Einheit gesteuert,
die meßtechnisch mit Meßelementen in Verbindung steht, die die Füllung
der in Betrieb befindlichen Kupplung aufnimmt. Hierzu zählen direkte
Meßaufnahmegeräte wie das Erfassen des Füllstandes und/oder des Druckes
des Hydrauliköles, aber auch mitelbare Meßsignale wie die Drehzahl der
Propellerwelle. So kann bei stehender Propellerwelle das Signal
aufgenommen werden, wenn die Propellerwelle anfängt sich zu drehen.
Dreht sich die Propellerwelle bereits, so wird zuerst erfaßt, in welche
Richtung sich die Propellerwelle dreht und dann der Zeitpunkt
aufgenommen, an dem sich die Propellerwelle in die richtige Richtung
dreht. Hat das System erkannt, daß die Propellerwelle sich in die
richtige Richtung dreht, so ist der Zeitpunkt verwendbar, an dem sich
die Propellerwelle beschleunigt.
Diese genannten Kriterien der indirekten Messung haben den Vorteil, daß
kein zusätzlicher Sensor im Bereich des Antriebes benötigt wird und bei
stehender Propellerwelle ist das Losbrechmoment bereits überwunden, wenn
das Getriebe in den Trollingbetrieb geht. Das bedeutet, daß kein
Schlupf beim Losbrechen des Propellers vorhanden ist.
Ist der Trollingbetrieb vom Führer des Schiffes eingeschaltet, so fragt
das System zunächst ab, ob die Motordrehzahl im erlaubten Bereich liegt.
Ist die Motordrehzahl außerhalb des zulässigen Bereiches, beispielsweise
zu hoch, so schaltet sich die Trollingeinrichtung aus. Ist hingegen die
Motordrehzahl zu niedrig oder ist das Getriebe nicht eingeschaltet, so
wird das Trollingsystem nur in Bereitschaft geschaltet.
Sobald die Motordrehzahl im richtigen Bereich liegt oder das Getriebe
eingeschaltet ist und der Propeller sich in die richtige Richtung dreht
und bei gefüllter Kupplung beschleunigt, erst dann schaltet sich der
Trolling ein, d. h. erst jetzt schlupft die eingeschaltete Kupplung.
Bei schlupfender Kupplung ist es möglich, die Propellerdrehzahl unter
den Wert der synchronen Drehzahl des Motors um bis zu 55% abzusenken.
Auch in diesem Betriebszustand ist die Antriebslage sicher betreibbar,
wobei in diesem für die Lamellenkupplung kritischen Fahrzustand die
Differenz der Winkelgeschwindigkeit überwacht wird und das Überschreiten
eines festgelegten Wertes unterbunden wird.
Durch das feinfühlige Steuern des Hydrauliksystemdruckes zur Betätigung
der Kupplungen im Trollingbetrieb durch das einfach aber sicher als
Proportionalventil ausgestaltete Wegeventil läßt sich der Schlupf
der Kupplungsteile, bei Lamellenkupplungen also der einzelnen Lamellen,
exakt beeinflussen. Der Druck bzw. die Kraft, mit dem die Lamellen der
Kupplung zusammengepreßt werden, ist zum einen proportional der in
diesem Zeitraum in Wärme umgesetzten Energie und ebenfalls proportional
der Differenz der Winkelgeschwindigkeit der Kupplungslamellen
zueinander. Durch die feinfühlige Einflußnahme auf die schlupfende
Kupplung wird der sog. Turbineneffekt verhindert, d. h. der Propeller
dreht sich im Trollingbetrieb infolge der Anströmung bei hoher
Geschwindigkeit des Schiffes in die falsche Richtung. Dieser
Betriebszustand, d. h. die große Drehzahldifferenz der Lamellen bewirken
eine starke Erwärmung der Lamellenkupplung, darf nur für kurze Zeit
zugelassen werden. Durch die Überwachung der Drehzahl der Propellerwelle
wie auch seiner Drehrichtung werden sämtliche Betriebszustände des
Antriebssystems überwacht, so daß auch ein Betrieb, bei dem die
Propellerwelle steht und gleichzeitig bei laufendem Motor die Kupplung
schlupft, verhindert wird.
An das Hydrauliksystem ist über eine Anschlußleitung ein
Schmierkreislauf angeschlossen. Beim Umschalten vom Trollingbetrieb auf
den Normalbetrieb wird mit dem Führen des hydraulischen Mediums über
die Umgehungsleitung mit den dort vorgesehenen Mengen und dem
Druckregelventil eine in der Elektronik angelegte Rampe
(Druckablauffunktion) abgefahren. Danach erfolgt ein Umschalten auf den
Systemdruck durch ein die Umgehungsleitung und die Hauptstromleitung
verknüpfendes Schaltventil. Durch diese Verfahrensweise werden
Schaltstöße im Hydraulikkreislauf vermieden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch große Kupplungen
eingesetzt werden, die in verschlissenem Zustand hohe Leckölverluste
aufweisen. In Abhängigkeit vom verschlissenen Zustand können diese
Verluste bis zu 10 l/min betragen. Erfindungsgemäß wird ein
Proportional-Wegeventil eingesetzt, welches im Vergleich zu einem
Proportional-Druckbegrenzungsventil eine bessere Linearität zwischen
dem Spannungseingangssignal und dem sich einstellenden Druck im
Hydrauliksystem, insbesondere im unteren Druckbereich, aufweist. Darüber
hinaus läßt sich der Systemdruck bei Einsatz von Proportional-
Wegeventilen auf im Vergleich zu Druckventilen auf tiefere Werte absenken.
Die Druckverhältnisse im proportionalen Zweig stellen sich dabei wie
folgt ein: Eine verstellbare Blende bestimmt den Ölzufluß im Zweig. Die
Leckölverluste der Kupplung, welche im wesentlich abhängig vom
Verschleißzustand sind, ändern sich nur langsam. Das Proportional-
Wegeventil läßt gesteuert Öl in den Tank abfließen und stellt damit den
Druck ein. Diese Ölmenge ist gering, wodurch mit einem baulich kleinen
Proportionalventil eine vergleichsweise große Ölmenge in ihrem Druck
sicher gesteuert wird.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargelegt. Dabei zeigt
die Fig. 1 das Schema der Antriebshydraulik eines Schiffes.
In der Fig. 1 weist ein Schiffsantrieb eine Kupplung 11 für
die Vorwärtsfahrt und eine Kupplung 12 für die Rückwärtsfahrt auf sowie
einen Motor 13, der über ein Getriebe 14 mit einem an einer
Propellerwelle 16 befestigten Propeller 15 in Verbindung steht.
An die Kupplungen 11 bzw. 12 sind die Zuleitungen 32 bzw. 33
angeschlossen. Durch ein Wegeventil 22 können die Zuleitungen 32, 33 zum
einen mit einem Abfluß 38 und einer Hauptstromleitung 31 verbunden
werden. Dabei wird die Hauptstromleitung 31 gespeist von einer Pumpe 21,
wobei parallel zur Pumpe eine Druckbegrenzung 27 vorgesehen ist, die
über einen Abfluß 38 überschüssiges Öl in einen Tank fördert.
In der Hauptstromleitung 31 ist in Förderrichtung unmittelbar vor dem
Wegeventil 22 ein Schaltventil 23 vorgesehen, mit dem der Ölstrom über
einen im Bereich der Pumpe 21 an die Hauptstromleitung 31 angeschlossene
Umgehungsleitung 35 lenkbar ist. Weiterhin ist in der Umgehungsleitung
35 ein Mengenregelventil 25 angeordnet. In Strömungsrichtung hinter dem
Mengenregelsystem 25, aber vor dem Schaltventil 23, ist an der
Umgehungsleitung 35 eine Abzweigung 36
vorgesehen, in der ein Proportional-Wegeventil 24 angeordnet ist, das
über einen Abfluß 37 mit dem Tank in Verbindung steht.
In Strömungsrichtung vor dem Mengenregelventil 25 sind in der
Umgehungsleitung 35 ein (nicht weiter dargestellter) Filter und ein
Schaltventil 26 angeordnet. Zwischen dem Schaltventil 26 und dem
Mengenregelventil 25 zweigt eine Verbindungsleitung 39 ab, die mit einem
Zweistufensteuerventil 51 eines Schmierkreislaufes verbunden ist. Das
Zweistufensteuerventil 51 steht darüber hinaus über einen Anschluß 34
mit der Hauptstromleitung 31 in Verbindung.
Das Zweistufensteuerventil 51 dient zum Druckaufbau in zwei Stufen, mit
dem (außer im Trollingbetrieb) die entsprechende Kupplung sanft
eingeschaltet wird. Im Fahrbetrieb (auch im Trollingbetrieb) hält dieses
Ventil dem Druck in der Hauptstromleitung 31 auf Enddruck. Dieser Druck
beträgt in solchen Systemen etwa 20 bar.
Die hydraulischen Betätigungselemente 23, 26 und 24 sind über
Steuerleitungen 45, 46 und 47 mit einem elektronischen Bauteil 49
steuerungsmäßig verknüpft. Der elektronische Bauteil ist Teil einer
elektronischen Einheit 41, die über eine Meßleitung 44 mit Meßelementen
43 in Verbindung steht. Darüber hinaus ist an die elektronische Einheit
41 ein Sollwertgeber 42 angeschlossen.
Als Meßelemente 43 kommen Elemente zum Einsatz zum Messen des
Durchflusses, des Druckes, der Drehzahl, des Weges sowie der Kraft,
wobei die physikalischen Größen direkt oder indirekt erfaßt werden.
Bezugszeichenliste
Antrieb
11 Kupplung Vor
12 Kupplung Rück
13 Motor
14 Getriebe
15 Propeller
16 Propellerwelle
hydraulische Betätigungselemente
21 Pumpe
22 Wegeventil
23 Schaltventil
24 Proportional-Wegeventil
25 Mengenregelventil
26 Schaltventil
27 Druckbegrenzung 21
Hydraulikleitungen
31 Hauptstromleitung
32 Zuleitung 11
33 Zuleitung 12
34 Anschluß
35 Umgehungsleitung
36 Abzweigung
37 Abfluß 22, 24
38 Abfluß 21
39 Verbindungsleitung 50
Meß- und Regelsystem
41 Elektronische Einheit
42 Sollwertgeber
43 Meßelemente
44 Meßleitung
45 Steuerleitung 23
46 Steuerleitung 26
47 Steuerleitung 24
49 Elektronisches Bauteil
Schmierkreislauf
51 Zweistufensteuerventil
52 Filter
11 Kupplung Vor
12 Kupplung Rück
13 Motor
14 Getriebe
15 Propeller
16 Propellerwelle
hydraulische Betätigungselemente
21 Pumpe
22 Wegeventil
23 Schaltventil
24 Proportional-Wegeventil
25 Mengenregelventil
26 Schaltventil
27 Druckbegrenzung 21
Hydraulikleitungen
31 Hauptstromleitung
32 Zuleitung 11
33 Zuleitung 12
34 Anschluß
35 Umgehungsleitung
36 Abzweigung
37 Abfluß 22, 24
38 Abfluß 21
39 Verbindungsleitung 50
Meß- und Regelsystem
41 Elektronische Einheit
42 Sollwertgeber
43 Meßelemente
44 Meßleitung
45 Steuerleitung 23
46 Steuerleitung 26
47 Steuerleitung 24
49 Elektronisches Bauteil
Schmierkreislauf
51 Zweistufensteuerventil
52 Filter
Claims (13)
1. Trollingeinrichtung für eine Schiffsantriebseinheit mit einem einen Propeller
antreibenden Schiffswende-Untersetzungsgetriebe, das hydraulisch steuerbar und
über ein Wegeventil wahlweise betätigbare Vorwärts- und Rückwärtskupplungen
aufweist, sowie mit einem mit einer elektronischen Einheit steuerungsmäßig
verbundenes Proportionalventil zur Steuerung der Propellerdrehzahl, durch
Schlupfvorgabe für die Kupplungen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektronische Einheit (41) mit Meßelementen (43) zur Erfassung der Füllung
der in Betrieb befindlichen Kupplung (11, 12) verbunden ist,
daß in der Haupthydraulikleitung (31) in Förderrichtung unmittelbar vor dem die
Kupplungen (11, 12) wahlweise betätigendes Wegeventil (22) ein Schaltventil (23)
vorgesehen ist, mit dem der Ölstrom über eine im Bereich der Pumpe (21) an die
Haupthydraulikleitung (31) angeschlossene Umgehungsleitung (35) lenkbar ist,
daß in der Umgehung (35) ein Mengenregelventil vorgesehen ist und
daß an die Umgehung (35) eine Abzweigung (36) angeschlossen ist, in der das
steuerungsmäßig mit der elektronischen Einheit (41) verbundene und als Wegeventil
(24) ausgebildete Proportionalventil angeordnet ist.
2. Trollingeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Meßelement (43) ein Durchflußmesser zur Umfassung der
Ölfüllung der Kupplungen (11, 12) ist.
3. Trollingeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Meßelement (43) ein Wegmesser ist, der die Stellung des
Kupplungskolbens zum Lamellenpaket der Kupplung (11, 12) aufnimmt.
4. Trollingeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Meßelement (43) ein Druckmesser ist, der die auf die
Lamellen der Kupplung (11, 12) wirkende Anpreßkraft des Kolbens
erfaßt.
5. Trollingeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Meßelement (43) ein mit der Kupplung (11, 12) verbundener
den Mediendruck erfassender Druckmesser ist.
6. Trolllingeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Meßelement (43) ein mit der Kupplung (11, 12) verbundener
Differenzdruckmesser ist.
7. Trollingeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Meßelement (43) ein die Füllung der Kupplung mittelbar
durch die Bewegung der Propellerwelle (16) erfassender
Drehzahlmesser ist.
8. Trollingeinrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das als Drehzahlmesser ausgebildete Meßelement (43) mit einem
Bauteil (49) der elektronischen Einheit (41) verbunden ist, das den
Beginn der Drehbewegung der Propellerwelle (16) erfaßt.
9. Trollingeinrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das als Drehzahlmesser ausgebildete Meßelement (43) Bauteile
besitzt, die die Drehrichtung der Propellerwelle (16) erfassen und
den Zeitpunkt ermitteln, bei dem die Propellerwelle (16) sich in
die gewünschte Richtung dreht.
10. Trollingeinrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das als Drehzahlmesser ausgebildete Meßelement (43) Bauteile
besitzt, die den Zeitpunkt erfassen, bei dem die sich in
gewünschter Richtung drehende Propellerwelle (16) beschleunigt.
11. Trollingeinrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß an die Hauptstromleitung (31) ein Anschluß (34) vorgesehen
ist, der mit einem zu einem Schmierkreislauf gehörenden
Zweistufensteuerventil (51) in Verbindung steht.
12. Trollingeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Umgehung (35) in Ölströmungsrichtung vor dem
Mengenregelventil (25) ein Schaltventil (26) vorgesehen ist, mit
dem der Ölstrom unterbrechbar ist.
13. Trollingeinrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Mengenregelventil (25) und dem Schaltventil (26)
an die Umgehung (35) eine mit dem Zweistufensteuerventil (51)
verbundene Leitung (39) vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934337401 DE4337401C1 (de) | 1993-10-26 | 1993-10-26 | Trollingeinrichtung für eine Schiffsantriebseinheit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934337401 DE4337401C1 (de) | 1993-10-26 | 1993-10-26 | Trollingeinrichtung für eine Schiffsantriebseinheit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4337401C1 true DE4337401C1 (de) | 1995-05-04 |
Family
ID=6501626
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934337401 Expired - Fee Related DE4337401C1 (de) | 1993-10-26 | 1993-10-26 | Trollingeinrichtung für eine Schiffsantriebseinheit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4337401C1 (de) |
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- 1993-10-26 DE DE19934337401 patent/DE4337401C1/de not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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8365 | Fully valid after opposition proceedings | ||
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Owner name: A. FRIEDR. FLENDER AG, 46395 BOCHOLT, DE |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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