DE4420798C2 - Selbststeueranlage für Wasserfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Selbststeueranlage für Wasserfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derzeit sind bei Sportbooten, Segelyachten und ähnlichen Was­ serfahrzeugen eine Vielzahl von Selbststeueranlagen und Auto­ piloten im Einsatz. Diese Selbststeueranlagen unterscheiden sich grundsätzlich nach zwei unterschiedlichen Funktionsprin­ zipien.

• - Zum einen gibt es Selbststeueranlagen in Form von Wind­ fahnen, die eine rein mechanische Wirkungsweise aufwei­ sen, wobei mittels einer mechanischen Kraftübertragung zwischen einer Windfahne und einem gegenläufigen Pendel­ ruder die Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs eingestellt wird. Derartige Selbststeueranlagen werden ausschließlich auf Segelyachten eingesetzt und sind lediglich dazu ge­ eignet, das Wasserfahrzeug bzw. die Segelyacht auf dem richtigen Kurs zum Wind zu halten. Sobald sich die Wind­ richtung ändert, verläßt die Segelyacht ihren Kompaßkurs und folgt der Drehung des Windes. Derartige Selbststeuer­ anlagen arbeiten ohne Stromaufnahme. Sie können nur auf mechanischer Grundlage verstellt werden.
• - Des weiteren gibt es Selbststeueranlagen, die auf elek­ tronischer Basis funktionieren. Hierbei handelt es sich um sog. Fluxgate-Kompaßanlagen. Diese Selbststeueran­ lagen tasten mittels eingebauter Magnetspulen das Magnet­ feld der Erde ab und ermitteln den Winkel zwischen der Schiffslängsachse und den Feldlinien, die zwischen den Polen der Erde verlaufen. Derartige elektronische Selbst­ steueranlagen steuern das Wasserfahrzeug immer auf dem zum Zeitpunkt des Einschaltens der Selbststeueranlage gefah­ renen Kompaßkurs. Derartige elektronische Selbststeueran­ lagen können auch mit Windfahnen kombiniert werden. Die zum Kurshalten erforderlichen Steuerbewegungen, die die Ruderanlage des Wasserfahrzeugs verstellen müssen, werden mittels einer Stelleinrichtung in Form von Stell- bzw. Servomotoren übertragen.

Die vorstehend geschilderten Selbststeueranlagen sind in der Lage, ein Wasserfahrzeug mit genügender Sicherheit auf Kurs zu halten und der meist kleinen Besatzung genügend Entlastung von der monotonen Arbeit an der Ruderanlage zu bieten. Die Steuergenauigkeit der elektronischen Selbststeueranlagen ist bei einwandfreier Funktion weit höher als bei einem mensch­ lichen Rudergänger bzw. Wasserfahrzeugführer.

Der wesentliche Nachteil derartiger Selbststeueranlagen be­ steht darin, daß das Wasserfahrzeug seinen Kurs auch dann unbeirrbar fortsetzt, wenn der einzig mit dem Betrieb des Wasserfahrzeugs vertraute Skipper bzw. Wasserfahrzeugführer über Bord gerät. Diese Gefahr besteht nicht nur für Einhand­ segler, sondern auch für Familiencrews. Es sind Fälle von Totalverlusten von Crew und Boot bekannt, bei denen der Skipper bzw. Wasserfahrzeugführer über Bord geriet und die Besatzung, häufig Frau und Kinder, nicht in der Lage war, das Wasserfahrzeug zu wenden, den Skipper bzw. Wasserfahr­ zeugführer wieder aufzunehmen und die Fahrt fortzusetzen.

Aus der DE 35 35 256 A1 ist eine Selbststeueranlage für Was­ serfahrzeuge bekannt, die eine automatische Stelleinrichtung aufweist, mittels der eine Ruderanlage des Wasserfahrzeugs verstellbar ist. An die Stelleinrichtung ist eine Steuerein­ heit angeschlossen. Eine Sendeeinheit, die separat von der Stelleinrichtung ausgebildet und an einem Wasserfahrzeug­ führer anbringbar ist, dient dazu, ein "Mann über Bord"-Signal auszusenden. Des weiteren ist bei der bekannten Selbststeuer­ anlage eine Empfangseinheit vorgesehen, die an die Steuer­ einheit angeschlossen ist und mittels der ein von der Sende­ einheit ausgesendetes "Mann über Bord"-Signal empfangbar ist und die Steuereinheit und damit die Stelleinrichtung und die Ruderanlage derart beeinflußbar sind, daß sich der Abstand zwischen dem Wasserfahrzeug und der Sendeeinheit nicht ver­ größert.

Aus der JP 5-131 990 A ist eine Steuervorrichtung entnehm­ bar, die am Wasserfahrzeugführer angebracht ist und mittels der der Wasserfahrzeugführer dann in die Steuerung des Was­ serfahrzeugs eingreifen kann, wenn er selbst über Bord ge­ gangen ist. Ein "Mann über Bord"-Signal wird nicht ausgesen­ det.

Die DE-Z: Yacht 10/1992, S. 58-61, beschreibt eine sa­ telliten- und landsendergestützte Selbststeueranlage für ein Fährschiff.

Die DE 38 15 611 A1 beschreibt eine Rettungseinrichtung für Schwimmer, wobei am Schwimmer eine Sendeeinheit angebracht wird, die mit einer Empfangseinheit zusammenwirkt, welche von einer Aufsichtsperson od. dgl. überwacht wird.

In der US-PS 51 52 239 wird eine Steuervorrichtung für ein Wasserfahrzeug beschrieben, bei der die Krängung des Was­ serfahrzeugs bei der Eingabe von Daten bzw. Signalen in die Steuereinheit berücksichtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem eingangs geschilderten, aus der DE 35 35 256 A1 bekannten Stand der Technik eine Selbststeueranlage für Wasserfahrzeu­ ge zu schaffen, bei der die Funktionstüchtigkeit der Sende­ einheit und der Empfangseinheit auch bei widrigsten Umständen sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Sendeeinheit wird sichergestellt, daß diese durch eindringendes Wasser nicht in ihrer Funktion beeinträchtigt wird; darüber hinaus wird sichergestellt, daß die Sendeeinheit sich immer möglichst nah bzw. an der Wasseroberfläche befindet, so daß sie zu­ verlässig senden kann. Des weiteren wird eine Erhöhung der Funktionssicherheit der Sendeeinheit bzw. der Sicherheitsein­ richtung aus Sendeeinheit und Empfangseinheit dadurch er­ reicht, daß das "Mann über Bord"-Signal codiert, digitali­ siert und ununterbrochen ausgesendet wird. Durch die Co­ dierung kann sichergestellt werden, daß das "Mann über Bord"- Signal nur auf die Selbststeueranlage des Wasserfahrzeugs einwirkt, zu dem der über Bord gegangene Wasserfahrzeug­ führer gehört. Durch die Digitalisierung des "Mann über Bord"- Signals wird die Übertragungszuverlässigkeit desselben erhöht. Aufgrund der ununterbrochenen Aussendung wird die Funktions­ sicherheit der Sicherheitseinrichtung aus Sendeeinheit und Empfangseinheit noch erhöht, da eine Abstrahlung des genann­ ten Signals unter Wasser aus funktechnischen Gründen nicht möglich ist und die Verweildauer des über Bord gegangenen Wasserfahrzeugführers bzw. Skippers unter Wasser nicht vor­ hersehbar ist, so daß nur durch die permanente Abstrahlung des "Mann über Bord"-Signals durch die Sendeeinheit gewähr­ leistet wird, daß das Signal irgendwann durch die Empfangs­ einheit empfangen wird. Mittels der erfindungsgemäßen Aus­ gestaltung der elektronischen Steuereinheit, insbesondere mittels der Ermittlung der Krängung innerhalb der Steuerein­ heit aufgrund von Steuerbord- und Backbordkontakte erfassen­ den Sensoren, wird sichergestellt, daß die für das schnellst­ mögliche Anhalten des Wasserfahrzeugs besonders wichtige Krängung desselben korrekt berücksichtigt wird.

Die Steuereinheit ist in der Lage, mittels der Sensoren die Krängungsrichtung und somit die Richtung des einfallenden Windes in bezug auf die Schiffslängsachse zu ermitteln. Als Sensoren hierfür sind alle Bauarten von mechanischen und/ oder elektronischen Krängungsmessern oder mechanische und/ oder elektronische Abtaster der Großbaumlage in bezug zur Längsrichtung des Schiffes oder mechanische und/oder elek­ tronische Abtaster anderer Bäume, z. B. Fock, Besan od. dgl., geeignet. In der Steuereinheit wird die Anzahl je Zeitein­ heit von an den Sensoren aufgetretenen Steuerbord- und Back­ bordkontakten erfaßt und die häufiger aufgetretenen, durch die an die Steuereinheit angeschlossenen Sensoren erfaßten Backbord- bzw. Steuerbordkontakte werden zur Ermittlung der Krängung herangezogen. Hierdurch kann die Krängung auch in schwerer See zuverlässig ermittelt werden, was insbesondere hinsichtlich kleinerer Segelyachten wichtig ist, da derar­ tige Segelyachten im Seegang stark hin und her geworfen wer­ den können.

Bei Selbststeueranlagen mit rein mechanischer Wirkungsweise gehört zur Stelleinrichtung vorteilhaft eine mechanisch wir­ kende Windfahne.

Vorteilhaft unterbricht ein von der Empfangseinheit empfan­ genes, verarbeitetes, in die Steuereinheit eingegebenes "Mann über Bord"-Signal das bis zum Eingang des "Mann über Bord" -Signals ablaufende Programm.

Die elektronische Steuereinheit kann als Fluxgate-Kompaßan­ lage, als Servomotor ausgebildet sein. Sofern bei dem Was­ serfahrzeug Pinnensteuerung vorgesehen ist, ist der Servo­ motor ein Linearmotor. Bei mechanischer Radsteuerung ist als Servomotor ein Motor mit Zahnradantrieb vorgesehen. Bei hy­ draulischer Radsteuerung sollte der Servomotor vorteilhaft als Hydraulikpumpe ausgebildet sein.

Sofern die Sendeeinheit ein Klettenband aufweist, kann sie in einfacher Weise am Kragen einer Rettungsweste angebracht werden.

Sofern die Sendeeinheit mit einer Tragekette ausgerüstet ist, kann sie in einfacher Weise um den Hals des Skippers bzw. des Wasserfahrzeugführers getragen werden.

Vorteilhaft ist es, wenn die Sendeeinheit sowohl automatisch als auch manuell auslösbar ist. Bei bestimmten Anforderungs­ fällen kann es jedoch auch zweckmäßig sein, die Sendeein­ heit automatisch oder manuell auslösbar zu gestalten.

Eine automatische Auslösung der Sendeeinheit läßt sich in einfacher Weise erreichen, wenn die Sendeeinheit eine Aus­ löseeinrichtung aufweist, die bei Wasserkontakt die Sende­ einheit in Betrieb setzt. Bei einer derartigen Ausgestaltung wird die Sendeeinheit auch dann in Betrieb gesetzt, wenn der Wasserfahrzeugführer bzw. Skipper bei dem Ereignis, das zu seinem Überbordgang führte, das Bewußtsein verliert und demgemäß, nachdem er sich im Wasser befindet, nicht in der Lage ist, selbst die Sendeeinheit auszulösen.

Um eine derartige Sendeeinheit gegen unerwünschtes Auslö­ sen zu sichern, ist es vorteilhaft, wenn die Auslöseein­ richtung der Sendeeinheit spritzwassergeschützt ist.

Vorteilhaft ist die Sendeeinheit auch durch einen Druck­ schalter, der manuell betätigbar ist, in Betrieb setzbar. Dieser Druckschalter kann immer dann durch den Skipper bzw. Wasserfahrzeugführer betätigt werden, wenn er nicht bewußt­ los ist. Diese Möglichkeit ist insbesondere in Fällen unkla­ rer Automatikauslösung vorteilhaft.

Die Energieversorgung der Sendeeinheit erfolgt vorteilhaft über eine 9V-Block-Batterie.

Zur Sicherung der Funktionsfähigkeit der Empfangseinheit ist auch diese mit einem wasserdicht gekapselten Gehäuse ver­ sehen.

Dieses wasserdicht gekapselte Gehäuse und damit die Empfangs­ einheit sind in räumlicher Nähe zur Steuereinheit der Selbststeueranlage angeordnet.

Vorteilhaft weist die Empfangseinheit eine externe Antenne auf, die zweckmäßigerweise möglichst hoch, d. h. auf dem Mast oder auf dem Geräteträger, an Bord des Wasserfahrzeugs ange­ bracht ist. Hierdurch wird ein möglichst störungsfreier Empfang des "Mann über Bord"-Signals gewährleistet, wobei dies auch für widrigste Seegangsverhältnisse gilt.

Zur Sicherstellung der Energieversorgung der Empfangsein­ heit ist diese vorteilhafterweise an das 12V- bzw. das 24V- Bordnetz des Wasserfahrzeugs angeschlossen.

Zum Anschluß der Empfangseinheit an die Steuereinheit ist diese vorteilhaft mit einer kompatiblen Schnittstelle zu handelsüblichen Selbststeueranlagen, z. B. im NMEA-Daten­ format, versehen. Für den Anschluß der Empfangseinheit an die Steuereinheit der Selbststeueranlage bzw. des Autopilo­ ten wird somit die gleiche Schnittstelle benutzt, die auch beim Anschluß von GPS- oder Decca-Navigatoren Verwendung findet. Als geeignete Eingänge sind zu betrachten: Eingänge einer evtl. anzuschließenden Windfahne oder einer Kabel- Fernsteuerung oder ein Eingang zum Anschluß eines GPS- oder Decca-Navigators.

Zweckmäßigerweise enthält die Empfangseinheit einen separa­ ten Schalterausgang, der beispielsweise eine 12V- oder 24V- Ausgangsspannung aufweisen kann, mit dem einfache Schalt­ funktionen ausgeführt werden können. Hierdurch ist die Empfangseinheit beispielsweise in der Lage, über angeschlos­ sene Relais z. B. den Motor des Wasserfahrzeugs auszuschalten, so daß auch Motoryachten angehalten werden können.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Selbst­ steueranlage gezeigt ist.

Eine in der einzigen Figur dargestellte elektronische Selbst­ steueranlage dient zur automatischen Steuerung von Wasser­ fahrzeugen, insbesondere von Sportbooten und Segelyachten.

Derartige Wasserfahrzeuge haben eine Ruderanlage 1, durch deren Verstellung die Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs ver­ änderbar ist. An die Ruderanlage 1 angeschlossen ist eine Stelleinrichtung 2, die beispielsweise als Servomotor ausge­ staltet sein kann.

Diese Stelleinrichtung 2 führt Anpassungen und Verstellungen der Ruderanlage 1 durch, wenn sie entsprechende Steuersignale aus einer elektronischen Steuereinheit 3 der Selbststeueran­ lage erhält.

An die elektronische Steuereinheit 3 ist eine Empfangsein­ heit 4 angeschlossen, die eine externe Antenne 5 aufweist, in der ein "Mann über Bord"-Signal 6 empfangbar ist, welches von einer Sendeeinheit 7 abgestrahlt wird, wenn der Skipper bzw. Wasserfahrzeugführer, der die Sendeeinheit 7 in ge­ eigneter Form am Körper trägt, über Bord gegangen ist.

Wenn dies der Fall ist, wird die Sendeeinheit 7 in Betrieb gesetzt und strahlt - wie vorstehend erwähnt - das "Mann über Bord"-Signal ab. Dieses wird von der externen Antenne 5 der Empfangseinheit 4 empfangen. Die Empfangseinheit 4 teilt ein den Empfang eines "Mann über Bord"-Signals 6 an­ zeigendes Signal der elektronischen Steuereinheit 3 mit, in der die dort befindliche Elektronik logisch in Abhängigkeit von der Krängungslage oder den Signalen mechanischer Sensoren Steuersignale an die Stelleinrichtung 2 anlegt, die dazu führen, daß die Segelyacht in den Wind schießt.

Auf kleineren Segelyachten ist die Bestimmung der Krängung in schwerer See sehr schwierig, da derartige Segelyachten im Seegang stark hin und her geworfen werden können. Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß in der elektronischen Steuer­ einheit 3 die Anzahl der von den Sensoren gemessenen Steuer­ bord- bzw. Backbordkontakte pro Zeiteinheit, z. B. 20 bis 40 Sekunden, erfaßt und dann den häufiger gemessenen Wert als Krängungsrichtung annimmt.

Die an die elektronische Steuereinheit angeschlossenen Sen­ soren messen das Überkommen der Segelyacht auf den anderen Bug und die elektronische Steuereinheit 3 gibt entsprechende Steuersignale in die Stelleinrichtung 2 ein, woraufhin letztere die Ruderanlage 1 hart entgegengesetzt einstellt.

Die Segelyacht bleibt dann mit backstehender Fock beige­ dreht liegen.

Sofern die Segelyacht mit einer Selbstwendefock ausgerüstet ist, wird die Segelyacht ständig durch den Wind gefahren. Hierbei wird praktisch eine Steuerroutine "Krängung messen und entgegengesetzt Ruder legen" abgearbeitet. Die Segelyacht bleibt dann ebenfalls liegen.

Die aus der Empfangseinheit 4 und der Sendeeinheit 7 bestehen­ de Teileinheit der erfindungsgemäßen Selbststeueranlage kann in Verbindung mit herkömmlichen Steuereinheiten handelsüb­ licher Selbststeueranlagen verwendet werden. Diese Steuer­ einheiten weisen die üblichen Stelleinrichtungen auf, die als Stellmotoren oder Hydraulikpumpen ausgebildet sind und die gewünschte Kursveränderung des Wasserfahrzeugs auf die Ruderanlage übertragen. Die Teileinheit aus Empfangseinheit 4 und Sendeeinheit 7 benötigt keine eigenen Stellmotoren, so daß herkömmliche Selbststeueranlagen ohne große Änderungen in einfacher Weise mit der Teileinheit aus Empfangseinheit 4 und Sendeeinheit 7 ausgerüstet werden können, wobei der In­ stallationsaufwand vergleichsweise gering ist.

Claims (17)

1. Selbststeueranlage für Wasserfahrzeuge, insbesondere für Sportboote und Segelyachten, mit einer automatischen Stelleinrichtung (2), mittels der eine Ruderanlage (1) des Wasserfahrzeugs verstellbar ist, einer Steuereinheit (3), die an die Stelleinrichtung (2) angeschlossen ist, einer Sendeeinheit (7), die separat von der Stelleinrichtung (2) ausgebildet und an einem Wasserfahrzeugführer anbringbar ist und mittels der ein "Mann über Bord"-Signal (6) aussendbar ist, und einer Empfangseinheit (4), die an die Steuereinheit (3) angeschlossen ist und mittels der ein von der Sendeein­ heit (7) ausgesendetes "Mann über Bord"-Signal (6) empfang­ bar ist und die Steuereinheit (3) und damit die Stellein­ richtung (2) und die Ruderanlage (1) derart beeinflußbar sind, daß sich der Abstand zwischen dem Wasserfahrzeug und der Sendeeinheit (7) nicht vergrößert, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinheit (7) ein wasserdicht gekapseltes Gehäuse aufweist, daß die Sendeeinheit (7) so konstruiert ist, daß im Wasser auf sie eine Auftriebskraft wirkt, daß mittels der Sendeeinheit (7) ein codiertes, digitalisiertes, ununter­ brochenes "Mann über Bord"-Signal aussendbar ist, daß in die Steuereinheit (3) Kursdaten eingebbar sind, daß in der Steuereinheit (3) diese Kursdaten mit anderen eingebbaren Parametern, Wind- und Strömungsgeschwindigkeiten und Wind- und Strömungsrichtungen, zu in die Stelleinrichtung (2) ein­ gebbaren Ausgangssignalen verarbeitbar sind, daß die Steuer­ einheit (3) an Sensoren angeschlossen ist, mittels denen die Krängung des Wasserfahrzeugs erfaßbar ist, und daß in der Steuereinheit (3) die Anzahl je Zeiteinheit von an den Sen­ soren aufgetretenen Steuerbord- und Backbordkontakten erfaßbar ist und die häufiger aufgetretenen durch die an die Steuer­ einheit (3) angeschlossenen Sensoren erfaßten Backbord- bzw. Steuerbordkontakte zur Ermittlung der Krängung herangezogen werden.

2. Selbststeueranlage nach Anspruch 1, bei der zur Stell­ einrichtung (2) eine mechanisch wirkende Windfahne gehört.

3. Selbststeueranlage nach Anspruch 1, bei der in der Steuereinheit (3) das bis zum Eingang des "Mann über Bord"-Signals (6) ablaufende Programm unterbrochen wird.

4. Selbststeueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Sendeeinheit (7) ein Klettenband aufweist.

5. Selbststeueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Sendeeinheit (7) eine Tragekette aufweist.

6. Selbststeueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Sendeeinheit (7) automatisch und/oder manuell aus­ lösbar ist.

7. Selbststeueranlage nach Anspruch 6, bei der die Sende­ einheit eine Auslöseeinrichtung aufweist, die bei Wasser­ kontakt die Sendeeinheit (7) in Betrieb setzt.

8. Selbststeueranlage nach Anspruch 7, bei der die Auslöse­ einrichtung spritzwassergeschützt ist.

9. Selbststeueranlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der die Sendeeinheit (7) einen Druckschalter aufweist, mittels dem sie manuell in Betrieb setzbar ist.

10. Selbststeueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der für die Energieversorgung der Sendeeinheit (7) eine 9V- Block-Batterie vorgesehen ist.

11. Selbststeueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Empfangseinheit (4) wasserdicht gekapselt ist.

12. Selbststeueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die Empfangseinheit räumlich unmittelbar an der Steuer­ einheit (3) angeordnet ist.

13. Selbststeueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Empfangseinheit (4) eine externe Antenne (5) auf­ weist.

14. Selbststeueranlage nach Anspruch 13, bei der die externe Antenne (5) der Empfangseinheit (4) auf einem Mast bzw. auf einem Geräteträger angeordnet ist.

15. Selbststeueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der die Empfangseinheit (4) zu ihrer Energieversorgung an das 12V- bzw. das 24V-Bordnetz des Wasserfahrzeugs angeschlossen ist.

16. Selbststeueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der die Empfangseinheit (4) zur Steuereinheit (3) mit einer kompatiblen Schnittstelle zu handelsüblichen Selbststeuer­ anlagen versehen ist.

17. Selbststeueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der die Empfangseinheit (4) einen separaten Schalterausgang aufweist, durch den z. B. ein Motor des Wasserfahrzeugs ab­ schaltbar ist.