EP2729359B1

EP2729359B1 - Fin adjustment mechanism

Info

Publication number: EP2729359B1
Application number: EP12734872.0A
Authority: EP
Inventors: Armin Gerner; Eduard Beresch
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2032-07-03
Also published as: EP2729359A1; DE102011078647A1; WO2013004678A1

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Flossenstellmechanik zum Verlagern einer Schiffsflosse aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung, mit einem Flossengelenk zur Lagerung der Flosse in schwenkbewegbarer Weise, und mit einer Aktuatoreinrichtung zur Aufbringung einer die Flosse verlagernden Stellkraft, wobei die Aktuatoreinrichtung eine Stellspindel und eine darauf, oder in dieser sitzende Stellmutter umfasst, sowie die Stellspindel und die Stellmutter axial über Wälzplaneten miteinander gekoppelt sind, so dass durch Herbeiführung einer Relativdrehung zwischen der Stellspindel und der Stellmutter die Stellspindel sowie die Stellmutter reversierbar gegeneinander axial verlagerbar sind, wobei die Herbeiführung jener Relativdrehung vermittels eines Elektromotors erfolgt, der in die Aktuatoreinrichtung eingebunden ist, wobei eine Gehäuseeinrichtung zur Aufnahme der Stellmutter in abgekapselter Weise vorgesehen ist, und wobei die Gehäuseeinrichtung derart ausgebildet ist, dass diese einen Aufnahmeraum zur Aufnahme der Stellspindel bildet.The invention relates to a fin actuating mechanism for displacing a ship's fin from a first position to a second position, with a fin joint for supporting the fin in a pivotable manner, and with an actuator device for applying a fining force displacing the fin, wherein the actuator device comprises an adjusting spindle and an actuator spindle. or in this seated adjusting nut comprises, and the adjusting spindle and the adjusting nut are axially coupled to each other via Wälzplaneten, so that by inducing a relative rotation between the adjusting spindle and the adjusting nut, the adjusting spindle and the adjusting nut are reversibly mutually axially displaceable, the bringing about that relative rotation by means of a Electric motor is carried out, which is integrated into the actuator device, wherein a housing device for receiving the adjusting nut is provided in an encapsulated manner, and wherein the housing device is designed such that this one en accommodating space for receiving the adjusting spindle forms.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Aus DE 81 33 822.8 U ist eine Flossenstellmechanik für ein Schiff bekannt, durch welche eine Flosse in eine geforderte Winkelposition schwenkbar ist. Die zum Schwenken der Flosse erforderlichen Stellkräfte werden durch Hydraulikzylinder generiert, jedoch ist dort auch die Nutzung elektrischer Aktuatoren erwähnt.Out DE 81 33 822.8 U a finsstellmechanik is known for a ship through which a fin is pivotable in a required angular position. The required for pivoting the fin actuating forces are generated by hydraulic cylinders, but there is also mentioned the use of electrical actuators.

Außerdem ist aus der DE 10 2007 048 061 A1 ein Lenkaktuator für einen Steerby-wire Schiffssteuersystem bekannt, bei dem ein Ruder des Schiffes mittels eines elektromechanischen Aktuators betätigbar ist. Aus dieser Druckschrift ist es auch bekannt, dass ein elektromechanischen Aktuator einen Kugelgewindetrieb aufweisen kann.Moreover, from the DE 10 2007 048 061 A1 a steering actuator for a Steerby-wire ship control system known in which a rudder of the ship is actuated by means of an electromechanical actuator. From this document it is also known that an electromechanical actuator may have a ball screw.

Ein Kugelumlauftrieb ist in einer speziellen Ausführungsform beispielsweise aus der US 2011/0 023 641 A1 bekannt, und die GB 1 578 476 A zeigt ein Planetenwälzgetriebe, welche beide zur Umsetzung einer Rotationsbewegung in eine axiale Stellbewegung dienen.A recirculating ball drive is in a specific embodiment, for example, from US 2011/0 023 641 A1 known, and the GB 1 578 476 A shows a Planetenwälzgetriebe, both of which serve to implement a rotational movement in an axial adjusting movement.

Schließlich ist aus der US 2006/0 266 146 A1 eine elektromotorische Stelleinrichtung mit einem Gehäuse bekannt, in dem radial innen zentral eine Stellspindel und koaxial darüber eine Stellmutter angeordnet sind. Radial zwischen der Stellmutter und der Stellspindel sind Wälzplaneten angeordnet, welche mittels zugeordneter Gewinde eine Rotationsbewegung der Spindel an die Stellmutter weiter geben, die sich in dadurch axial in dem Gehäuse bewegt. Die Stellmutter ist fest mit einem hohlzylindrischen Lenker verbunden, welcher sich bei einer Axialbewegung der Stellmutter abgedichtet aus dem Gehäuse heraus oder in dieses hinein bewegt.Finally, out of the US 2006/0 266 146 A1 an electromotive actuator with a housing known in the radially inner centrally an adjusting spindle and coaxially about an adjusting nut are arranged. Radially between the adjusting nut and the adjusting spindle Wälzplaneten are arranged, which give by means of associated thread rotational movement of the spindle to the adjusting nut, which moves in thereby axially in the housing. The adjusting nut is fixedly connected to a hollow cylindrical handlebar, which moves sealed in an axial movement of the adjusting nut out of the housing or into this.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flossenstellmechanik für einen Flossenstabilisator zu schaffen, durch welche der Flossenkörper des Flossenstabilisators auf steuerungstechnisch vorteilhafte Weise mit hoher Steifigkeit und ruckfrei in eine geforderte Winkelstellung verlagert werden kann. Außerdem soll die Flossenstellmechanik dazu geeignet sein, dass dessen elektromechanische Aktuatoreinrichtung auch in Flüssigkeiten des Wasserfahrzeugs oder außerhalb desselben, beispielsweise in Seewasser, schadlos betrieben werden kann.The invention has for its object to provide a fin actuating mechanism for a fin stabilizer, by which the fin body of the fin stabilizer can be shifted in a technically advantageous manner with high rigidity and jerk-free in a required angular position. In addition, the Flossenstellmechanik should be suitable so that its electromechanical actuator device can also be operated without damage in liquids of the vessel or outside, for example, in seawater.

Erfindungsgemäße LösungInventive solution

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Flossenstellmechanik mit den Merkmalen des einzigen Patentanspruchs. Demnach geht die Erfindung aus von einer Flossenstellmechanik zum Verlagern einer Schiffsflosse aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung, mit einem Flossengelenk zur Lagerung der Flosse in schwenkbewegbarer Weise, und mit einer Aktuatoreinrichtung zur Aufbringung einer die Flosse verlagernden Stellkraft, wobei die Aktuatoreinrichtung eine Stellspindel und eine darauf, oder in dieser sitzende Stellmutter umfasst, sowie die Stellspindel und die Stellmutter axial über Wälzplaneten miteinander gekoppelt sind, so dass durch Herbeiführung einer Relativdrehung zwischen der Stellspindel und der Stellmutter die Stellspindel sowie die Stellmutter reversierbar gegeneinander axial verlagerbar sind, wobei die Herbeiführung jener Relativdrehung vermittels eines Elektromotors erfolgt, der in die Aktuatoreinrichtung eingebunden ist, wobei eine Gehäuseeinrichtung zur Aufnahme der Stellmutter in abgekapselter Weise vorgesehen ist, und wobei die Gehäuseeinrichtung derart ausgebildet ist, dass diese einen Aufnahmeraum zur Aufnahme der Stellspindel bildet. Um diese Flossenstellmechanik auch außerhalb des Wasserfahrzeugrumpfes schadlos anordnen und betreiben zu können, ist vorgesehen, dass eine Dichteinrichtung zum Abdichten von Gewindespalte zwischen der Stellspindel und der Stellmutter sowie eine Dichtvorrichtung zum Abdichten von Laufspalte zwischen der Stellmutter und der Gehäuseeinrichtung vorgesehen sind, und dass die Gehäuseeinrichtung mit einem eine Korrosion unterbindenden oder schmierenden Fluid befüllt ist.This object is achieved by a fin actuating mechanism with the features of the single claim. Accordingly, the invention is based on a fin actuating mechanism for displacing a ship fin from a first position to a second position, with a fin joint for supporting the fin in a pivotable manner, and with an actuator device for applying a fin displacing the actuating force, wherein the actuator means an adjusting spindle and a thereto, or in this seated adjusting nut comprises, and the adjusting spindle and the adjusting nut are axially coupled to each other via Wälzplaneten, so that by bringing about a relative rotation between the adjusting spindle and the adjusting nut, the adjusting spindle and the adjusting nut are reversibly against each other axially displaceable, the bringing about that Relative rotation takes place by means of an electric motor, which is incorporated in the actuator device, wherein a housing device for receiving the adjusting nut is provided in an encapsulated manner, and wherein the housing device is designed such d this forms a receiving space for receiving the adjusting spindle. In order to arrange and operate this Flossenstellmechanik also outside the vessel fuselage harmless, it is provided that a sealing device for sealing threaded gaps between the adjusting spindle and the adjusting nut and a sealing device for sealing of running gaps between the adjusting nut and the housing means are provided, and that the housing means is filled with a corrosion-inhibiting or lubricating fluid.

Durch diesen stark abgedichteten Aufbau der elektrischen und mechanischen Teile kann der elektromotorische Antrieb der Flossenstellmechanik auch in Flüssigkeiten des Wasserfahrzeugs oder außerhalb desselben, beispielsweise in Seewasser, schadlos betrieben werden.As a result of this highly sealed construction of the electrical and mechanical parts, the electromotive drive of the fin actuating mechanism can also be operated without damage in fluids of the watercraft or outside thereof, for example in seawater.

Mittels dieser Flossenstellmechanik kann ein Flossenkörper eines Wasserfahrzeugs auf elektrischem Wege hochsteif und präzise in eine geforderte Winkelstellung gebracht werden kann. Die angefahrene Position des Flossenkörpers kann zuverlässig beibehalten werden, da der Planetenwälzgewindemechanismus so ausgelegt werden kann, dass dieser trotz seiner Leichtgängigkeit selbsthemmend ist. Soweit der durch die Stellspindel und die darauf, oder in dieser sitzende Stellmutter realisierte Stelltrieb derart leichtgängig ausgeführt ist, dass durch diesen keine Selbsthemmung gegeben ist, ist es möglich, im Bereich des Elektromotors, oder auch im Bereich der Stellmutter, Halteorgane anzuordnen, die dann, wenn der Elektromotor stromlos geschaltet ist, ein ausreichendes Haltemoment erzeugen und damit eine unkontrollierte Verstellung der Ausrichtung des Flossenkörpers unter Wirkung der an dem Flossenkörper angreifenden Betriebskräfte verhindern.By means of this fin actuation mechanism, a fin body of a watercraft can be electrically and extremely precise in a required angular position can be brought. The approached position of the fin body can be reliably maintained because the Planetenwälzgewindemechanismus can be designed so that it is self-locking despite its ease. As far as the actuator realized by the adjusting spindle and on it, or sitting in this adjusting nut actuator is performed so smoothly that no self-locking is given by this, it is possible to arrange holding members in the region of the electric motor, or in the field of adjusting nut, then when the electric motor is de-energized, generate sufficient holding torque and thus prevent uncontrolled adjustment of the orientation of the fin body under the action of acting on the fin body operating forces.

Der Elektromotor ist beispielsweise als bürstenloser Elektromotor ausgeführt und koaxial zur Stellmutter angeordnet. Die Stellmutter kann hierbei einen Teil des Rotors bilden oder diesen tragen. Die Wicklungen des Elektromotors sind vorzugsweise in ein Füllmaterial, beispielsweise ein Kunstharz eingegossen, das die Zwischenräume zwischen den Wicklungen ausfüllt, so dass im Bereich des Stators praktisch kein Raum für etwaig eindringendes Wasser besteht. Alternativ zu der hier beschriebenen Koaxialbauweise ist es auch möglich, den elektromotorischen Antrieb durch eine Motoreinrichtung zu bewerkstelligen, welche seitlich angesetzt ist. Die Motoreinrichtung kann hierbei so angeordnet sein, dass deren Rotorachse im wesentlichen parallel zur Spindelachse verläuft. Hierbei kann die kinematische Koppelung des Rotors mit der Stellmutter oder der Stellspindel durch Zugmittelstrukturen, wie beispielsweise Kette oder Riemen, bewerkstelligt werden. Weiterhin kann hierbei die Koppelung auch vorteilhaft über Zahnräder, insbesondere Stirnräder, bewerkstelligt werden. Es ist auch möglich, den Elektromotor über ein Winkelgetriebe mit der Stellmutter oder der Stellspindel zu koppeln. Dieses Winkelgetriebe kann dann insbesondere als Schneckengetriebe ausgeführt sein, dessen Schneckenrad auf der Rotorwelle sitzt, und das an einem Gegenrad angreift, welches unmittelbar auf der Stellmuter sitzt. Der Elektromotor kann auch so ausgebildet sein, dass dieser an sich zwei eigenständige Rotoren umfasst, die auf einer gemeinsamen Rotorwelle sitzen. Bei dieser Ausführung kann das Schneckenrad zwischen den beiden Rotoren angeordnet werden, und es ergibt sich ein höchst kompakter, und von einer gewissen Symmetrie geprägter ansprechender Aufbau. Es ist möglich, die Gehäusestrukturen des Elektromotors mit den zur Lagerung der Stellmutter erforderlichen Strukturen zu vereinigen. So kann ein den Stator oder die Statoren tragendes und zudem die Stellmutter lagerndes Strukturbauteil als zweischaliges Gehäuseteil ausgeführt sein. Dieses Gehäuseteil kann so gestaltet sein, dass durch dieses eine Baugruppe geschaffen wird, die letztlich Lagerung und den Antrieb der Stellmutter bewerkstelligt und zu Spindelelementen verschiedenster Längen kompatibel ist.The electric motor is designed for example as a brushless electric motor and arranged coaxially with the adjusting nut. The adjusting nut can form part of the rotor or carry this. The windings of the electric motor are preferably cast in a filling material, for example a synthetic resin, which fills the interspaces between the windings, so that there is practically no room for any penetrating water in the region of the stator. As an alternative to the coaxial design described here, it is also possible to accomplish the electromotive drive by a motor device, which is attached laterally. The motor device can in this case be arranged so that the rotor axis thereof is substantially parallel to the spindle axis. Here, the kinematic coupling of the rotor with the adjusting nut or the adjusting spindle by traction means, such as chain or belt, can be accomplished. Furthermore, in this case the coupling can also be advantageously accomplished via gears, in particular spur gears. It is also possible to couple the electric motor via an angle gear with the adjusting nut or the adjusting spindle. This bevel gear can then be designed in particular as a worm gear, the worm wheel is seated on the rotor shaft, and which acts on a counter-wheel, which sits directly on the actuator. The electric motor can also be designed such that it comprises per se two independent rotors which are mounted on a common rotor shaft to sit. In this embodiment, the worm wheel between the two rotors can be arranged, and there is a highly compact, and characterized by a certain symmetry attractive design. It is possible to combine the housing structures of the electric motor with the structures required for mounting the adjusting nut. Thus, a structural member bearing the stator or the stators and also supporting the adjusting nut can be designed as a two-shell housing part. This housing part can be designed so that it creates an assembly that ultimately accomplished storage and the drive of the adjusting nut and is compatible with spindle elements of various lengths.

Der Elektromotor wird vorzugsweise über eine Leistungselektronik angesteuert durch welche für die Beschleunigung und die Abbremsung des Elektromotors bestimmte Geschwindigkeitsprofile, z.B. ein Sanftanlauf hinterlegt sind, so dass durch die Beschleunigungs- und Abbremsdynamik keine unzulässig großen oder stoßartige Massenkräfte an der Stellmutter angreifen. Die Leistungselektronik kann so gestaltet werden, dass diese eine ggf. programmierbare Steuerschaltung umfasst. Die Leistungselektronik ist vorzugsweise unmittelbar in die Aktuatoreinrichtung eingebunden. Die Leistungselektronik kann weiterhin so ausgebildet sein, dass diese zur Spannungsversorgung mit einer Niedervolt-Gleichspannung beaufschlagt werden kann. Die entsprechende Umrichtung und Phasenaufsplittung für die einzelnen Motorwicklungen wird über die Leistungselektronik bewerkstelligt. Der Betrieb des Elektromotors, insbesondere dessen Drehrichtung, können über die Polung der Niedervolt-Spannungsversorgung gesteuert werden. Die Leistungselektronik generiert dabei bei plötzlichem Anliegen der Versorgungsspannung ein Läuferdrehfeld nach Maßgabe eines Sanftanlaufprofiles. Bei plötzlichem Abschalten der Spannungsversorgung wird über die Leistungselektronik noch ein Sanftauslauf veranlasst, durch welchen vermieden wird, dass der Motor extrem als Bremsmotor läuft. Bei Umkehr der Polung der Versorgungsspannung kann dies über die Leistungselektronik erkannt und auch eine entsprechenden Umkehrung der Laufrichtung des Drehfeldes des Stators veranlasst werden. Die Motorleistungselektronik kann unmittelbar in die Aktuatoreinrichtung integriert sein. Es ist möglich, die Motorleistungselektronik als von außen programmierbare Schaltung auszulegen. Die Signalzufuhr kann über die Versorgungsspannungsleitungen erfolgen, indem den anliegenden Spannungen beispielsweise entsprechende Signale aufmoduliert werden.The electric motor is preferably controlled by a power electronics by which for the acceleration and deceleration of the electric motor certain speed profiles, such as a soft start are deposited so that attack by the acceleration and Abbremsdynamik no unacceptably large or jerky mass forces on the adjusting nut. The power electronics can be designed so that it includes an optionally programmable control circuit. The power electronics are preferably integrated directly into the actuator device. The power electronics can continue to be designed so that they can be acted upon for power supply with a low-voltage DC voltage. The appropriate conversion and Phasenaufsplittung for the individual motor windings is accomplished via the power electronics. The operation of the electric motor, in particular its direction of rotation, can be controlled via the polarity of the low-voltage power supply. The power electronics generates in case of sudden concern of the supply voltage a rotor rotating field in accordance with a soft start profile. If the power supply is suddenly switched off, the power electronics will cause a soft-stop which prevents the motor from running extremely hard as a brake motor. When reversing the polarity of the supply voltage, this can be detected via the power electronics and also a corresponding reversal of the direction of rotation of the rotating field of the stator can be initiated. The engine power electronics can be integrated directly into the actuator. It is possible to design the motor power electronics as externally programmable circuit. The signal can be supplied via the supply voltage lines by modulating the applied voltages, for example, corresponding signals.

Weiterhin ist vorzugsweise eine Huberfassungseinrichtung zum Erfassen des Verlagerungszustandes der Stellspindel gegenüber der Stellmutter vorgesehen. Diese Huberfassungseinrichtung kann als Absolutweggeber ausgebildet sein, durch welchen für den Ausfahrzustand der Stellspindel die Absolutpositionen ermittelt werden können. Dieser Absolutweggeber kann insbesondere als laseroptischer oder Ultraschall-Sensor ausgebildet und in den Innenbereich der Aktuatoreinrichtung eingebunden sein. Die Huberfassungseinrichtung kann auch so gestaltet sein, dass diese eine Magnetspur auf der Spindel, und/oder Kerben auf den Spitzen der Rillen umfasst, die detektiert oder gezählt werden können. Weiterhin kann auch in Verbindung mit der Endlagenerfassung oder einer Referenzpunkterfassung die Hubposition durch Interpolation ermittelt werden, wobei ein hierbei erfasster Schlupf bei jedem Hub von der elektronischen Steuerung berücksichtigt und kompensiert wird. Jene Huberfassungseinrichtung kann signaltechnisch derart mit der Leistungselektronik gekoppelt sein, dass die Stellgeschwindigkeit, bzw. die Motordrehzahl, auf die momentane Spindel- oder Flossenposition abgestimmt wird. So kann beispielsweise das Sanftanlauf- und Sanftabbremsgeschwindigkeitsprofil bei Erreichen der Hubenden automatisch aktiviert werden.Furthermore, a Huberfassungseinrichtung is preferably provided for detecting the displacement state of the adjusting spindle relative to the adjusting nut. This Huberfassungseinrichtung can be configured as Absolutweggeber, by which the absolute positions can be determined for the extended state of the adjusting spindle. This absolute displacement sensor can be designed, in particular, as a laser-optical or ultrasonic sensor and integrated into the interior region of the actuator device. The stroke detecting means may also be designed to include a magnetic track on the spindle, and / or notches on the tips of the grooves, which may be detected or counted. Furthermore, the stroke position can also be determined by interpolation in conjunction with the end position detection or a reference point detection, whereby a slip detected in this case is taken into account and compensated for by the electronic control at each stroke. Such Huberfassungseinrichtung can be technically coupled to the power electronics so that the positioning speed, or the engine speed, is tuned to the current spindle or fin position. For example, the soft start and soft braking speed profile can be automatically activated when the stroke ends are reached.

Insbesondere für den Fall, dass keine Huberfassungseinrichtung vorgesehen ist, ist vorzugsweise zumindest eine Endlagenerfassungseinrichtung vorgesehen, durch welche entsprechende Hubstellungssignale generiert werden. Diese Endlagenerfassungseinrichtung kann derart in die Antriebseinrichtung integriert und mit der Motorleistungselektronik gekoppelt sein, dass die entsprechenden Abschaltungssignale unmittelbar der Antriebseinrichtung zur Verfügung stehen, so dass selbst dann, wenn die äußere Spannungsversorgung auch bei Erreichen der Endlage andauert, der Betrieb des Motors beendet wird. Die abschaltrelevante Endlage kann so festgelegt sein, dass diese noch mit einem hinreichend sanften Abbremsprofil überfahren werden kann, und noch ein ausreichender Sicherheitsabstand zu einer mechanisch bedingten Endstellung gegeben ist.In particular, in the event that no Huberfassungseinrichtung is provided, preferably at least one Endlagenerfassungseinrichtung is provided, through which corresponding Hubstellungssignale be generated. This end position detection device can be integrated into the drive device and coupled to the engine power electronics in such a way that the corresponding shutdown signals are directly available to the drive device, so that even when the external voltage supply is reached the end position continues, the operation of the engine is stopped. The switch-off relevant end position can be set so that it can still be run over with a sufficiently gentle Abbremsprofil, and is still given a sufficient safety margin to a mechanically induced end position.

Die Aktuatoreinrichtung ist so ausgebildet, dass diese eine Gehäuseeinrichtung zur Aufnahme der Stellmutter in abgekapselter Weise aufweist. Diese Gehäuseeinrichtung ist so gestaltet, dass durch diese auch ein wirkungsvoller Schutz der Stellspindel in eingezogenem Zustand erreicht wird. In ausgefahrenem Zustand wird durch die Gehäuseeinrichtung der Rückzugsraum freigehalten. Die Gehäuseeinrichtung kann als tragendes Bauteil fungieren und beispielsweise die Lagerung der Stellmutter tragen. Die Gehäuseeinrichtung ist derart ausgebildet, dass diese einen zylinderrohrartigen Aufnahmeraum zur Aufnahme der Stellspindel bildet. Die Aktautorreinrichtung kann damit insgesamt als hubzylinderartiger elektromechanischer Stelltrieb gestaltet sein. Die Aktuatoreinrichtung kann in vorteilhafter Weise mit einer Falten- oder Rollbalg- oder Ballonstruktur versehen sein, welche den Endbereich des auszufahrenden Bauteils, insbesondere der Stellspindel mit der Gehäuseeinrichtung derart koppelt, dass die Innenmechanik der Aktuatoreinrichtung, insbesondere die Gewindezone, gegenüber der Umgebung abdichtend abgeschirmt ist. Insbesondere bei der Realisierung dieser elastischen Schutzeinrichtung als Ballonstruktur ist es möglich, im Innenbereich derselben durch Druckluft oder ein anderweitiges Gas einen geringen Überdruck einzustellen, welcher einem Zutritt von Wasser entgegenwirkt. Der Falten- oder Rollbalg kann mit einer flexiblen Einlage, insbesondere einer Gewebe oder Spiralfedereinlage versehen sein, durch welche diese Struktur radial ausgesteift wird, so dass diese sich entsprechend dem Ausfahrzustand der Aktuatoreinrichtung lediglich axial streckt oder verkürzt. Die im wesentlichen den Ausfahrbereich der Stellspindel längenveränderbar abschirmende flexible Schutzstruktur kann als räumlich komplexeres Strukturbauteil gefertigt sein, das weite Zonen der Gehäuseeinrichtung, ggf. die gesamte Gehäuseeinrichtung aufnimmt. Dieses Strukturbauteil kann aus einem Elastomermaterial, insbesondere Silikonkautschuk, oder NPBR gefertigt sein.The actuator device is designed so that it has a housing device for receiving the adjusting nut in an encapsulated manner. This housing device is designed so that an effective protection of the adjusting spindle in the contracted state is achieved by this. In the extended state, the retreat area is kept free by the housing device. The housing device can act as a supporting component and, for example, bear the bearing of the adjusting nut. The housing device is designed such that it forms a cylindrical tube-like receiving space for receiving the adjusting spindle. The Aktautorreinrichtung can thus be designed as a total lift cylinder-like electromechanical actuator. The actuator device can advantageously be provided with a pleated or rolling bellows or balloon structure which couples the end region of the component to be moved out, in particular the adjusting spindle, with the housing device in such a way that the internal mechanics of the actuator device, in particular the threaded zone, are sealed in a sealing manner with respect to the surroundings , In particular, in the realization of this elastic protective device as a balloon structure, it is possible to set in the interior of the same by compressed air or another gas a slight overpressure, which counteracts the ingress of water. The folding or rolling bellows can be provided with a flexible insert, in particular a fabric or spiral spring insert, by means of which this structure is radially stiffened so that it merely extends or shortens axially in accordance with the extended state of the actuator device. The flexible protective structure, which can be variably lengthened to extend the adjustment range of the adjusting spindle, can be manufactured as a spatially more complex structural component which accommodates wide zones of the housing device, possibly the entire housing device. This structural component can be made of an elastomer material, in particular silicone rubber, or NPBR.

Dieses Bauteil kann ggf. abschnittsweise direkt an die Gehäuseeinrichtung oder ein auf der Stellspindel sitzendes Kopfelement anvulkanisiert sein. Über dieses elastomere Strukturbauteil können in besonders vorteilhafter Weise auch wasserdichte Kabeldurchführungen realisiert werden. Die erfindungsgemäße Aktuatoreinrichtung ist hierbei als im wesentlichen hermetisch gegenüber der Umgebung abgedichtetes, wasserdichtes Stellmodul ausgeführt. Hinsichtlich seiner äußeren Abmessungen kann dieses Stellmodul so gestaltet werden, dass dieses als Austauschteil zu verbreiteten, herkömmlichen hydraulischen Flossen-Stelleinrichtungen eingesetzt werden kann.This component may possibly be partially vulcanized directly to the housing device or sitting on the adjusting head element. By means of this elastomeric structural component, watertight cable penetrations can also be realized in a particularly advantageous manner. The actuator device according to the invention is in this case designed as a substantially hermetically sealed to the environment, waterproof actuator. With regard to its external dimensions, this control module can be designed such that it can be used as a replacement part for widespread, conventional hydraulic fin actuating devices.

Gemäß einem kennzeichnenden Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Aktuatoreinrichtung eine Dichteinrichtung, die derart ausgebildet ist, dass diese den Bewegungsspalt zwischen Spindel und Mutter bis in die Gewindezüge hinein abdichtet. Die Dichtungseinrichtung umfasst hierzu vorzugsweise eine aus einem Elastomermaterial gefertigte Ringbuchse, in deren Innenumfangsbereich eine zur Außengeometrie der Stellspindel komplementäre Innengewindegeometrie ausgebildet ist. Diese Elastomerbuchse ist vorzugsweise derart an einen zur Erhaltung der Umfangsdistanz der Planetenwalzen vorgesehenen Führungsring angebunden, dass die Elastomerbuchse mit jenem Führungsring umläuft. Im Außenumfangsbereich der Elastomerbuchse ist vorzugsweise ein Schleifdichtungsprofil, beispielsweise mit mehreren Umfangsdichtlippen ausgebildet, welche an der Stellmuter, oder an einer die Stellmutter lagernden Struktur anlaufen. Durch diesen Aufbau wird es möglich, die Gewindefurchen durch eine in die Gewindefurchen eindringende Elastomerstruktur abzudichten. Diese Elastomerstruktur hat im wesentlichen die Gestalt eines Gewindezugs. In diesen Gewindezug können Detailgeometrien, wie z.B. Mikrodichtlippen, Querrillen und anderweitige, die Dichtwirkung unterstützende Geometrien eingeformt sein. Die Elastomerbuchse ist vorzugsweise so geformt, dass diese mit einer gewissen Vorspannung auf der Stellspindel sitzt. In die Elastomerstruktur kann ein Verstärkungskern, insbesondere ein aus Blech gezogener oder gewickelter Ringkern einvulkanisiert sein, welcher den Elastomerkörper aussteift und ggf. der Anbindung desselben an eine mit den Planetenwalzen umlaufende Struktur dient.According to a characteristic aspect of the present invention, the actuator device comprises a sealing device which is designed such that it seals the movement gap between the spindle and the nut into the thread runs. For this purpose, the sealing device preferably comprises a ring bush made of an elastomeric material, in the inner peripheral region of which an internal thread geometry that is complementary to the outside geometry of the adjusting spindle is formed. This elastomeric bushing is preferably connected to a guide ring provided for maintaining the circumferential distance of the planetary rollers in such a way that the elastomer bushing rotates with that guide ring. In the outer peripheral region of the elastomer bushing, a sliding seal profile is preferably formed, for example with a plurality of circumferential sealing lips, which start against the setting nut or on a structure supporting the adjusting nut. By this construction, it becomes possible to seal the thread grooves by an elastomeric structure penetrating into the thread grooves. This elastomeric structure has essentially the shape of a thread. Detailed geometries such as micro-sealing lips, transverse grooves and other geometries supporting the sealing effect can be formed in this thread. The elastomer bush is preferably shaped so that it sits with a certain bias on the adjusting spindle. A reinforcing core, in particular a toroidal core drawn or wound from sheet metal, can be vulcanized into the elastomer structure, which reinforces the elastomeric body and, if necessary, reinforces it. the connection of the same serves to a circulating with the planetary rollers structure.

Da die Aktuatoreinrichtung gegenüber der Umgebung mit einer Dichtungseinrichtung abgedichtet ist, ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Aktuatoreinrichtung mit einem Fluid, insbesondere einem korrosionsunterbindenden Fluid zu befüllen. Hierdurch wird dem Zutritt von Seewasser in den Innenbereich der Mechanik weiter vorgebeugt. Über die innere Fluidfüllung kann auch die Kühlung des Stators des Elektromotors unterstützt werden. Um einen Ausgleich des beim Verfahren der Stellspindel sich verändernden Innenvolumens zu erreichen, ist vorzugsweise eine Volumenausgleichseinrichtung vorgesehen, die beispielsweise einen in der Stellspindel verfahrbaren Kolben umfasst. Bei Ausfahren der Spindel wandert der Kolben innerhalb der Spindel und ermöglicht damit den Ausgleich des Volumens der Stellspindel.Since the actuator device is sealed from the environment with a sealing device, it is advantageously possible to fill the actuator device with a fluid, in particular a corrosion-inhibiting fluid. As a result, the access of seawater in the interior of the mechanics is further prevented. About the inner fluid filling and the cooling of the stator of the electric motor can be supported. In order to achieve a compensation of the changing during operation of the adjusting spindle inner volume, a volume compensation device is preferably provided, for example, includes a movable in the adjusting spindle piston. When the spindle is extended, the piston moves within the spindle and thus enables the adjustment of the volume of the adjusting spindle.

Alternativ zu der vorangehend beschriebenen Ausbildung des Elektromotors als zur Stellspindel koaxialen Motor ist es auch möglich, den Elektromotor parallel zur Stellspindel anzuordnen und die Stellspindel, oder die Stellmutter, über eine Getriebeeinrichtung mit dem Elektromotor kinematisch zu koppeln. Diese kinematische Koppelung kann insbesondere durch ein Zahnradgetriebe, oder auch einen Riementrieb, insbesondere Zahnriementrieb bewerkstelligt werden.As an alternative to the previously described embodiment of the electric motor as the adjusting spindle coaxial motor, it is also possible to arrange the electric motor parallel to the adjusting spindle and to couple the adjusting spindle, or the adjusting nut, kinematically via a transmission device with the electric motor. This kinematic coupling can be accomplished in particular by a gear transmission, or a belt drive, in particular toothed belt drive.

Bei der Flossenstellmechanik wird der Stellhub durch Relativdrehung zwischen Stellspindel und Stellmutter herbeigeführt. Der Antrieb kann auf die Stellspindel oder die Stellmutter erfolgen. Der Antrieb kann in die stationäre Struktur eingebunden sein, oder an die zu verlagernde Struktur angebunden sein.In the fins actuating mechanism, the adjusting stroke is brought about by relative rotation between adjusting spindle and adjusting nut. The drive can be done on the adjusting spindle or the adjusting nut. The drive can be integrated in the stationary structure, or be connected to the structure to be relocated.

Die Stellspindel kann in der Art einer Kolbenstange an geeigneter Stelle in den Ruder- oder Flossenstellmechanismus eingebunden sein. Die Stellspindel kann auch unmittelbar dem zu verlagernden Ruder- oder Flossenkörper, oder einem Stellhebel angreifen. Die erfindungsgemäße Aktautoreinrichtung ist vorzugsweise im Innenbereich des Schiffes angeordnet und wirkt über eine Ruderwelle auf die zugeordnete Flosse. Die erfindungsgemäße elektromechanische Aktuatoreinrichtung kann auch in den Flossenkörper eingebunden sein und hier ggf. vom Seewasser umspült werden. Der erfindungsgemäße Flossenstabilisator kann damit als bereits den Stelltrieb umfassende Baugruppe ausgeführt sein, die an eine entsprechend tragfähige Wandungszone des Schiffes von außen her angesetzt werden kann. Die Ansteuerung erfolgt auf elektrischem Wege, so dass kein Bedarf nach einem bordseitig vorhandenen Hydrauliksystem besteht.The adjusting spindle can be integrated in the manner of a piston rod at a suitable point in the rudder or fins setting mechanism. The adjusting spindle can also directly attack the rudder or fins body to be displaced, or an adjusting lever. The Aktautoreinrichtung invention is preferably arranged in the interior of the ship and acts on a rudder shaft on the assigned fin. The electromechanical actuator device according to the invention can also be incorporated in the fins body and, if necessary, be lapped by the seawater. The fin stabilizer according to the invention can thus be designed as already comprehensive the actuator assembly, which can be attached to a correspondingly viable wall zone of the ship from the outside. The control is done by electrical means, so that there is no need for an onboard hydraulic system.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:

Figur 1: eine Skizze zur Veranschaulichung des Aufbaus der Stellmechanik eines erfindungsgemäßen Flossenstabilisators;
Figuren 2a und 2b: zwei Skizzen zur weiteren Veranschaulichung der in der Stellmechanik nach Figur 1 eingesetzten erfindungsgemäßen Aktuatoreinrichtung;
Figur 3: eine Skizze zur Veranschaulichung weiterer Ausgestaltungsmöglichkeiten einer erfindungsgemäßen Aktuatoreinrichtung für einen Flossenstabilisator.

Further details and features of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the drawings. It shows:

FIG. 1: a sketch to illustrate the structure of the actuating mechanism of a fin stabilizer according to the invention;
FIGS. 2a and 2b: two sketches to further illustrate the in the control mechanics FIG. 1 used actuator device according to the invention;
FIG. 3: a sketch to illustrate further possible embodiments of an actuator device according to the invention for a fin stabilizer.

Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures

In Figur 1 ist in Form einer vereinfachten Axialschnittdarstellung eine erfindungsgemäße Flossenstellmechanik dargestellt, die als solche dem Verlagern einer vom Schiffsrumpf abragenden Flosse oder eines Ruders dient.In FIG. 1 is shown in the form of a simplified Axialschnittdarstellung a Flossenstellmechanik invention, which serves as such for the displacement of a projecting from the hull fin or a rudder.

Die erfindungsgemäße Flossenstellmechanik umfasst eine Lagerungseinrichtung 2 zur Lagerung einer Flossenschwenkwelle 2a in schwenkbewegbarer Weise. Die Flossenstellmechanik umfasst weiterhin eine Aktuatoreinrichtung 3 zur Aufbringung einer den Flossenstellhebel 2b verlagernden Stellkraft. Die Flossenstellmechanik zeichnet sich dadurch aus, dass die Aktuatoreinrichtung 3 eine Stellspindel 4 und eine darauf sitzende Stellmutter 5 umfasst, und die Stellspindel 4 und die Stellmutter 5 über profilierte Wälzplaneten 6 miteinander gekoppelt sind, so dass durch Herbeiführung einer Relativdrehung zwischen der Stellspindel 4 und der Stellmutter 5 die Stellspindel 4 und die Stellmutter 5 reversierbar gegeneinander axial verlagerbar sind. Die Herbeiführung jener Relativdrehung erfolgt vermittels eines Elektromotors 7, der in die Aktuatoreinrichtung 3 eingebunden ist.The fin actuating mechanism according to the invention comprises a bearing device 2 for supporting a fin pivot shaft 2a in a pivotable manner Wise. The fin actuating mechanism further comprises an actuator device 3 for applying a positioning force displacing the fin actuating lever 2b. The Flossenstellmechanik is characterized in that the actuator 3 comprises an adjusting spindle 4 and a seated adjusting nut 5, and the adjusting spindle 4 and the adjusting nut 5 are coupled to each other via profiled Wälzplaneten 6, so that by bringing about a relative rotation between the adjusting spindle 4 and the Adjusting nut 5, the adjusting spindle 4 and the adjusting nut 5 reversible against each other are axially displaceable. The bringing about of this relative rotation takes place by means of an electric motor 7, which is integrated in the actuator device 3.

Durch die hier gezeigte Flossenstellmechanik wird es möglich, den mit der Flossenstellwelle 2a gekoppelten Flossenstellhebel 2b ruckfrei und geräuscharm in eine präzise einstellbare Winkelposition zu verlagern. Auch wenn der Elektromotor 7 nach Erreichen der Sollposition stromlos geschaltet ist, wird die angefahrene Position zuverlässig und ohne besonderen Nachregelungsaufwand beibehalten. Die Mechanik kann auch so gestaltet werden, dass diese Nicht-Selbsthemmend ist. Bei einer derartigen Variante wird es möglich, eine Rückstellung durch die Betriebskräfte zu ermöglichen. Diese Variante stellt sicher, dass ggf. bei Ausfall der Versorgungsspannung, oder einer anderweitigen Störung, die Flosse eigenständig wieder in eine Position schwenken kann, in welcher die Flosse keine Querkräfte erzeugt. Es ist möglich, die Flossenverstellung über zwei parallel wirkende oder anderweitig gekoppelte PWG-Aktuatoren zu bewerkstelligen. Diese beiden PWG-Aktuatoren können dann steuerungstechnisch entsprechend synchronisiert betrieben werden. Soweit die PWG-Aktuatoren als nicht selbsthemmende Aktuatoren ausgeführt sind, kann ggf. einer der PWG-Aktuatoren den anderen PWG-Aktuator mitschleppen. Hierdurch wird die Funktionssicherheit des Systems weiter erhöht, da sich eine gewisse Redundanz ergibt. Der zur Verstellung der Flossenstellwelle 2a vorgesehene Flossenstellhebel 2a kann auch als Doppelhebel ausgeführt sein, der einen diametral zum hier dargestellten Hebelarm angeordneten zweiten Hebelarm aufweist. Beim Ausfahren des hier gezeigten PWG-Aktuators wird dann der entsprechend dem zweiten Hebelarm zugeordnete zweite PWG-Aktuator eingefahren.The finsetting mechanism shown here makes it possible to shift the finsetting lever 2b, which is coupled to the finshift shaft 2a, smoothly and quietly into a precisely adjustable angular position. Even if the electric motor 7 is de-energized after reaching the desired position, the approached position is maintained reliably and without any special Nachregelungsaufwand. The mechanics can also be designed to be non-self-locking. In such a variant, it becomes possible to enable a provision by the operating forces. This variant ensures that, if necessary, in the event of power supply failure or any other fault, the fin can independently pivot back into a position in which the fin does not generate any transverse forces. It is possible to accomplish the fin adjustment via two parallel or otherwise coupled PWG actuators. These two PWG actuators can then be operated in accordance with control technology synchronized. If the PWG actuators are designed as non-self-locking actuators, one of the PWG actuators may possibly carry the other PWG actuator with it. As a result, the reliability of the system is further increased, since there is some redundancy. The fins actuating lever 2a provided for adjusting the finsho setting shaft 2a can also be designed as a double lever which has a second lever arm arranged diametrically to the lever arm shown here. When extending the PWG actuator shown here then the retracted according to the second lever arm associated second PWG actuator.

Die Wälzplaneten 6 sind durch Ringschultern 5a, 5b, 5c in der Stellmuter 5 axial abgestützt. Die Wälzplaneten 6 bilden eine Umfangsprofilierung, hier keine Gewinde, welche in die Gewindeprofilierung der Stellspindel 4 eingreifen kann. Bei Drehung der Stellmutter 5 gegenüber der Stellspindel 4 wälzen die Wälzplaneten 6 ähnlich den Wälzkörpern eines Nadellagers innerhalb des Ringraumes zwischen Stellspindel 4 und Stellmutter 5 ab und folgen dabei mit einer gewissen Untersetzung der Drehung der Stellmutter 5. Die Wälzplaneten 6 werden stirnseitig in Distanzringen 14 geführt. Die Innengeometrie der Stellmutter 5, die Außengeometrie der Wälzplaneten 6 und die Außengeometrien der Stellspindel 4 sind so aufeinander abgestimmt, dass diese Komponenten sich in radialer Richtung unter einer leichten Vorspannung spielfrei aneinander abstützen. Die Koppelung der Wälzplaneten 6 mit der Stellmutter 5 erfolgt in Axialrichtung form- und in Umfangsrichtung reibschlüssig.The Wälzplaneten 6 are axially supported by annular shoulders 5a, 5b, 5c in the actuator 5. The Wälzplaneten 6 form a circumferential profile, here no thread, which can engage in the thread profiling of the adjusting spindle 4. Upon rotation of the adjusting nut 5 relative to the adjusting spindle 4, the Wälzplaneten 6 roll similar to the rolling elements of a needle bearing within the annular space between the adjusting spindle 4 and adjusting nut 5 and follow with a certain reduction of the rotation of the adjusting nut 5. The Wälzplaneten 6 are frontally guided in spacers 14 , The internal geometry of the adjusting nut 5, the outer geometry of Wälzplaneten 6 and the outer geometries of the adjusting spindle 4 are coordinated so that these components are supported in the radial direction under a slight preload play together. The coupling of the Wälzplaneten 6 with the adjusting nut 5 takes place in the axial direction form and circumferentially frictionally.

Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 7 koaxial zur Stellmutter 5 angeordnet. Der Rotor 9 des Elektromotors 7 sitzt unmittelbar auf der Stellmuter 5 und ist über diese drehbar gelagert. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 7 als bürstenloser Elektromotor ausgeführt. Der Stator 7a des Elektromotors 7 umfasst mehrere Wicklungen, die über eine hier nicht näher dargestellte Motorleistungselektronik jeweils mit einem bestimmten Profil und einer bestimmten Phasenlage mit Spannung beaufschlagt werden. Die Spannungsbeaufschlagung erfolgt derart, dass über den Stator 7a ein Drehfeld generiert wird, welches den Rotor mit einem entsprechenden Drehmoment beaufschlagt. Der Elektromotor 7 kann auch einen konstruktiv abweichenden Aufbau aufweisen und beispielsweise in der Art eines Schrittmotors oder eines Synchronmotors mit einem dauermagnetischen Rotor ausgebildet sein.In the embodiment shown here, the electric motor 7 is arranged coaxially with the adjusting nut 5. The rotor 9 of the electric motor 7 is seated directly on the actuator 5 and is rotatably supported by this. In the embodiment shown here, the electric motor 7 is designed as a brushless electric motor. The stator 7a of the electric motor 7 comprises a plurality of windings, which are each acted upon by a motor power electronics, not shown here, each with a specific profile and a specific phase position with voltage. The voltage is applied such that a rotating field is generated via the stator 7a, which acts on the rotor with a corresponding torque. The electric motor 7 may also have a structurally deviating construction and be formed, for example, in the manner of a stepping motor or a synchronous motor with a permanent-magnetic rotor.

Die Lagerung der Stellmutter wird über eine Wälzlagerung 10 bewerkstelligt. Diese umfasst bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Kegellager 10a, 10b, über welche eine radiale sowie auch eine axiale Abstützung der Stellmutter 5 bewerkstelligt wird. Anstelle der hier vorgeschlagenen Kegellager können in besonders vorteilhafter Weise auch Axialpendellager eingesetzt werden. Hierdurch können bestimmte statische Überbestimmungen vermieden werden. Die erfindungsgemäße Flossenstellmechanik umfasst weiterhin eine Gehäuseeinrichtung 11 zur Aufnahme der Stellmutter 5 in abgekapselter Weise. Die Gehäuseeinrichtung 11 ist derart ausgebildet, dass diese einen Aufnahmeraum 12 zur Aufnahme der Stellspindel 5 bildet.The storage of the adjusting nut is accomplished via a rolling bearing 10. In the exemplary embodiment shown here, this comprises two conical bearings 10a, 10b via which a radial as well as an axial support of the adjusting nut 5 is accomplished. Instead of the tapered bearings proposed here also axial pendulum bearings can be used in a particularly advantageous manner. As a result, certain static over-determination can be avoided. The fin actuating mechanism according to the invention further comprises a housing device 11 for receiving the adjusting nut 5 in an encapsulated manner. The housing device 11 is designed such that it forms a receiving space 12 for receiving the adjusting spindle 5.

In dem durch die Gehäuseeinrichtung 11 gebildeten Aufnahmeraum 12 ist eine Huberfassungseinrichtung 13 vorgesehen, zum Erfassen des Verlagerungszustandes der Stellspindel 4 gegenüber der Stellmutter 5. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Huberfassungseinrichtung 13 als laseroptischer Sensor ausgebildet, durch welchen für die momentane Position der Stellspindel 4 ein Absolutwert ermittelbar ist. Die Huberfassungseinrichtung 13 kann auch einen konstruktiv abweichenden Aufbau aufweisen, z.B. in die Stellmutter 5 integriert sein. Weiterhin kann die Position der Stellspindel 4 auch durch Drehwinkelmessung oder auch durch die Erfassung der Rotordrehung über die Motorstromversorgung erfolgen. Obgleich hier nicht dargestellt, umfasst die Flossenstellmechanik vorzugsweise auch eine Endlagenerfassungseinrichtung, durch welche bei Erreichen der Aus- oder Einfahrendposition ein Signal generiert wird, durch welches die Motorstromversorgung unterbrochen wird.In the receiving space 12 formed by the housing device 11 is a Huberfassungseinrichtung 13 is provided for detecting the displacement state of the adjusting spindle 4 relative to the adjusting nut 5. In the embodiment shown here, the Huberfassungsseinrichtung 13 is formed as a laser optical sensor, through which for the current position of the adjusting spindle 4th an absolute value can be determined. The stroke detection device 13 may also have a structurally different construction, e.g. be integrated into the adjusting nut 5. Furthermore, the position of the adjusting spindle 4 can also be effected by measuring the angle of rotation or by detecting the rotor rotation via the motor power supply. Although not shown here, the fin actuating mechanism preferably also includes an end position detection device, by means of which a signal is generated upon reaching the exit or retraction end position, by which the motor power supply is interrupted.

Die erfindungsgemäße Flossenstellmechanik umfasst eine in dieser Darstellung nicht näher gezeigte Dichteinrichtung, durch welche der Gewindespalt abgedichtet wird. Diese Dichtungseinrichtung umfasst vorzugsweise eine Elastomerstruktur, die gemeinsam mit dem Distanzring 14 des Planetenwälzgewindetriebes umläuft sowie in die Gewinderillen der Stellspindel 4 eingreift und diese abdichtet.The fin actuating mechanism according to the invention comprises a sealing device not shown in detail in this illustration, by means of which the threaded gap is sealed. This sealing device preferably comprises an elastomer structure, which rotates together with the spacer ring 14 of the planetary roller screw drive and engages in the thread grooves of the adjusting spindle 4 and seals them.

Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Flossenstellmechanik derart gestaltet, dass die Stellspindel 4 über einen Gelenkzapfen 2c am Flossenhebel 2b angreift und hierdurch zwar um die Bolzachse schwenken, sich jedoch nicht um ihre eigene Längsachse drehen kann.In the embodiment shown here, the Flossenstellmechanik is designed such that the adjusting spindle 4 engages via a pivot pin 2c on the fin lever 2b and thereby although pivot about the pin axis, but can not rotate about its own longitudinal axis.

In den Figuren 2a und 2b ist eine Flossenstellmechanik dargestellt, welche insbesondere Teil eines Gelenkgetriebemechanismus bilden kann, durch welchen die hier nicht näher dargestellte Flosse oder ein Ruder in eine geforderte Position verlagert werden kann. Diese Flossenstellmechanik umfasst wie bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Stellspindel 4 und eine darauf sitzende Stellmutter 5, wobei die Stellspindel 4 und die Stellmutter 5 über hier nicht näher dargestellte Wälzplaneten (sog. PWG-System) miteinander gekoppelt sind, so dass durch Herbeiführung einer Relativdrehung zwischen der Stellspindel 4 und der Stellmutter 5 jene Stellspindel 4 und jene Stellmutter 5 reversierbar gegeneinander axial verlagerbar sind. Die Herbeiführung jener Relativdrehung erfolgt auch hier vermittels eines Elektromotors 7.In the FIGS. 2a and 2b a finsstellmechanik is shown, which in particular can form part of a joint mechanism by which the fin, not shown here, or a rudder can be moved to a required position. As in the exemplary embodiment described above, this fin actuating mechanism comprises an adjusting spindle 4 and an adjusting nut 5 seated thereon, wherein the adjusting spindle 4 and the adjusting nut 5 are coupled to each other via rolling planes (not shown) (so-called PWG system), so that by inducing a relative rotation between the adjusting spindle 4 and the adjusting nut 5 those adjusting spindle 4 and those adjusting nut 5 reversible against each other are axially displaceable. The bringing about of this relative rotation also takes place here by means of an electric motor 7.

Durch die hier gezeigte Flossenstellmechanik wird es möglich, die Stellspindel 4 ruckfrei und geräuscharm gegenüber der Gehäuseeinrichtung 11 zu verfahren. Die Gehäuseeinrichtung 11 bildet einen zylindrischen Aufnahmeraum, in welchen die Stellspindel 5 hinreichend weit einfahrbar ist. Die Gehäuseeinrichtung 11 bildet ein tragendes Bauteil der Flossenstellmechanik und ist in ihrem Bodenbereich mit einem Gelenkauge 16 versehen. Der Elektromotor 7, die Stellmutter 5 und die Stellmutterlagerung 10 bilden eine Topf-Baugruppe, die frontal in die Gehäuseeinrichtung 11 eingesetzt und mit dieser gekoppelt ist. Die an der Stellspindel 4 angreifenden Axialkräfte werden damit über die Stellmutter 5 in die Lagerung 10 eingeleitet. Die Lagerung 10 stützt sich an der Gehäuseeinrichtung 11 ab. Die über die Lagerung 10 in die Gehäuseeinrichtung 11 eingeleiteten Kräfte werden über einen in dem Gelenkauge 16 sitzenden Bolzen abgeleitet.By Flossenstellmechanik shown here, it is possible to move the adjusting spindle 4 jerk-free and quiet compared to the housing device 11. The housing device 11 forms a cylindrical receiving space in which the adjusting spindle 5 is sufficiently retractable. The housing device 11 forms a supporting component of the fin actuating mechanism and is provided with a joint eye 16 in its bottom area. The electric motor 7, the adjusting nut 5 and the Stellmutterlagerung 10 form a pot assembly, which is frontally inserted into the housing device 11 and coupled thereto. The forces acting on the adjusting spindle 4 axial forces are thus introduced via the adjusting nut 5 in the storage 10. The bearing 10 is supported on the housing device 11. The introduced via the bearing 10 in the housing means 11 forces are derived via a seated in the joint eye 16 bolt.

Figur 2b zeigt die erfindungsgemäße Flossenstellmechanik in einem Zustand mit maximal ausgefahrener Stellspindel 4. Der Ausfahrweg der Stellspindel 4 kann durch Endanschlagseinrichtungen, die ggf. innerhalb der hier gezeigten Flossenstellmechanik vorgesehen sind, begrenzt werden. Der Ausfahrweg kann auch durch anderweitige Begrenzungssysteme, die beispielsweise über die betätigte Mechanik verwirklicht sind, begrenzt werden. Der hier koaxial zur Stellmutter 5 angeordnete Elektromotor 7 kann auch als seitlich angesetzter Elektromotor ausgebildet werden, der über entsprechende Getriebeorgane, wie z.B. Stirnräder, Ketten, oder Riemen mit der Stellmutter 5 kinematisch gekoppelt ist. Die Flossenstellmechanik kann auch so gestaltet sein, dass die Stellspindel über den Elektromotor 7 in Rotation versetzt wird, und dabei die Stellmutter 5 axial verlagert wird. FIG. 2b shows the Flossenstellmechanik invention in a state with maximally extended adjusting spindle 4. The extension of the adjusting spindle 4 can be limited by Endanschlagseinrichtungen, which are possibly provided within the fin actuating mechanism shown here. The extension path can also be limited by other limiting systems, which are realized for example via the actuated mechanism. The here coaxial with the adjusting nut 5 arranged electric motor 7 can also be designed as a laterally attached electric motor which is kinematically coupled via corresponding transmission elements, such as spur gears, chains, or belts with the adjusting nut 5. The Flossenstellmechanik can also be designed so that the adjusting spindle via the electric motor 7 is set in rotation, while the adjusting nut 5 is axially displaced.

Der Elektromotor ist vorzugsweise als wartungsfreier, bürstenloser Elektromotors ausgeführt. Durch diesen wird die Planetenwälzgewinde-Mechanik betrieben. Diese umfasst vorzugsweise ein Messsystem, durch welches die Stellzustände erfasst werden können. Der Stator des Elektromotors ist vorzugsweise rotationsfest mit dem Gehäuse verbunden. Die Lagerung des Rotors, welcher an sich wieder drehfest mit der PWG-Mutter verbunden ist, erfolgt über zwei in O-Anordung eingebaute Kegelrollenlager als Festlager sowie ein als Loslager ausgeführtes Radiallager. Der Vorteil dieser Anordnung ist eine sehr einfache Montage. Die Vorspannung der Kegelrollenlager wird vorzugsweise über eine Distanzscheibe zwischen den Innenringen sichergestellt. Die Klemmung der Außenringe erfolgt über den oberen Gehäusedeckel. Somit kann der Kunde / Monteur das System zeitsparend zusammensetzen. Die Abdichtung des Aktuators erfolgt mittels eines Faltenbalgs. Der Faltenbalg wird zum einen an der zylindrischen Fläche der PWG-Spindel und zum anderen am oberen Gehäusedeckel befestigt. Die Befestigung erfolgt sowohl formschlüssig wie auch kraftschlüssig durch spezielle Klemmringe. Die Volumengleichheit kann zum einen durch einen oder mehrere Faltenbalge an der Unterseite des Gehäuses oder durch Entlüftungsbohrungen stattfinden. Diese sind gegen das mögliche Eindringen von Fremdkörpern oder Wasser zu schützen. Die kontinuierliche Schmierung des Systems kann durch eine Handpumpe oder eine automatische Nachschmiereinrichtung sichergestellt werden. Als kompakteste Antriebsvariante ist die dargestellte Lösung mittels eines Hohlwellen-Torquemotors dargestellt. Alternativ kann auch achsparallel zum PWG ein E-Motor positioniert werden und die Mutter antreiben. Alternativ könnte auch die Spindel in Rotation versetzt werden und die dann länger ausgeführte Mutter die Verstellbewegung vornehmen. Alternativ kann auch ein zum PWG achsparalleler Motor mit einer Getriebestufe in Form von Zahnrädern, Riemen, Kette oder eine Kombination aus den genannten erfolgen. Zusätzlich kann zur Erfassung der Hubposition ein Längenmeßsystem integriert werden. Das Längenmaßsystem kann in den Mutterring oder als externer Sensor angebracht sein. Denkbar ist das Abtasten der Gewinderillen oder einer separaten Maßverkörperung.The electric motor is preferably designed as a maintenance-free, brushless electric motor. Through this the planetary roller screw mechanism is operated. This preferably comprises a measuring system, by means of which the setting states can be detected. The stator of the electric motor is preferably connected rotationally fixed to the housing. The bearing of the rotor, which in turn is non-rotatably connected to the PWG nut, via two incorporated in O-arrangement tapered roller bearing as a fixed bearing and designed as a floating bearing radial bearing. The advantage of this arrangement is a very simple installation. The bias of the tapered roller bearings is preferably ensured via a spacer between the inner rings. The clamping of the outer rings takes place via the upper housing cover. Thus, the customer / installer can assemble the system in a time-saving manner. The seal of the actuator by means of a bellows. The bellows is fastened to the cylindrical surface of the PWG spindle and to the upper housing cover. The attachment is both positive and non-positive by special clamping rings. The equality of volume can take place on the one hand by one or more bellows on the underside of the housing or through ventilation holes. These must be protected against the possible ingress of foreign bodies or water. The continuous Lubrication of the system can be ensured by a hand pump or an automatic relubricating device. As the most compact drive variant, the solution shown by means of a hollow shaft torque motor is shown. Alternatively, an electric motor can be positioned axially parallel to the PWG and drive the nut. Alternatively, the spindle could be set in rotation and make the then longer executed mother the adjustment. Alternatively, an axis-parallel to the PWG motor with a gear stage in the form of gears, belts, chain or a combination of the mentioned can be done. In addition, a length measuring system can be integrated to detect the stroke position. The length measuring system can be mounted in the nut ring or as an external sensor. It is conceivable to scan the thread grooves or a separate material measure.

Die Erfindung betrifft damit im Kern einen Aktuator zur Steuerung von Flossenstabilisatoren an Schiffen sowie U-Booten als elektromechanischer Antrieb mit einer PWG als Antriebsspindel. Die Aufnahme des Motors, der Lagerung und der Spindel erfolgt in einem geschlossenen, abgedichteten Gehäuse. Das System umfasst bevorzugt einen integrierten Sensor zur Lageerkennung. Die Abdichtung erfolgt vorzugsweise durch einen Faltenbalg. Alternativ zu der Realisierung des Motors als Direktantrieb kann dieser auch axial oder parallel angebracht und über eine Getriebestufe mit der Spindel oder der Mutter gekoppelt sein.The invention thus relates in essence to an actuator for controlling fin stabilizers on ships and submarines as an electromechanical drive with a PWG as a drive spindle. The motor, bearing and spindle are housed in a sealed, sealed housing. The system preferably comprises an integrated sensor for position detection. The seal is preferably carried out by a bellows. As an alternative to the realization of the motor as a direct drive, this can also be mounted axially or parallel and coupled via a gear stage with the spindle or the nut.

In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flossenstellmechanik dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Stellmutter 5 in einem Gehäuse 11 drehbewegbar gelagert. Die entsprechende Lagerung 10 umfasst ein Festlager, durch welches die Stellmutter 5 in dem Gehäuse 11 axial und radial abgestützt ist. Die Stellmutter 5 ist in dem Gehäuse 11 weiterhin durch ein Loslager 10c radial abgestützt. Die Laufspalte 17, 18 zwischen der Stellmutter 5 und dem Gehäuse 11 werden durch Wellendichtringe 19, 20 abgedichtet.In FIG. 3 is a further embodiment of a Flossenstellmechanik invention shown. In this embodiment, the adjusting nut 5 is rotatably mounted in a housing 11. The corresponding bearing 10 comprises a fixed bearing, by which the adjusting nut 5 is axially and radially supported in the housing 11. The adjusting nut 5 is further radially supported in the housing 11 by a floating bearing 10c. The running gaps 17, 18 between the adjusting nut 5 and the housing 11 are sealed by shaft seals 19, 20.

Die zwischen der Stellspindel 4 und der Stellmuter 5 gebildeten stirnseitigen Laufspalte 21, 22 werden durch Elastomerringe 23, 24 abgedichtet. Diese Elastomerringe 23, 24 weisen in ihrem Innenumfangsbereich eine Gewindeprofilierung auf und greifen in das Gewindeprofil der Stellspindel 4 ein. Die Elastomerringe 23, 24 bilden auch in ihrem Außenumfangsbereich ein Dichtungsprofil und liegen mit diesem an der Innenwandung der Stellmutter 5 an. Alternativ hierzu können diese Außenumfangsdichtlippen auch direkt an einer Innenumfangswandung des Gehäuses 11 anliegen. Bei dieser Variante können die Dichtringe 19, 20 entfallen.The end-side running gaps 21, 22 formed between the adjusting spindle 4 and the actuator 5 are sealed by elastomer rings 23, 24. These elastomer rings 23, 24 have a thread profiling in their inner peripheral region and engage in the thread profile of the adjusting spindle 4. The elastomer rings 23, 24 also form a sealing profile in their outer peripheral region and abut with this on the inner wall of the adjusting nut 5. Alternatively, these outer peripheral sealing lips can also rest directly on an inner circumferential wall of the housing 11. In this variant, the sealing rings 19, 20 can be omitted.

Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Elastomerringe 23, 34 derart in die Anordnung eingebunden, dass diese gemeinsam mit den Wälzplanenten 6 um die Stellspindel 4 umlaufen. Die entsprechende Koppelung wird erreicht, indem die Elastomerringe 23, 24 an die Distanzringe 14 angebunden werden. Durch diese Maßnahme wird es möglich, die Gewindefurchen der Stellspindel 5 abzudichten. Hierdurch wird es wiederum möglich, den Zutritt von Verunreinigungen und insbesondere Feuchtigkeit in den Innenbereich der Mechanik zu unterbinden. Weiterhin wird es möglich, den Innenbereich mit Schmierstoff, insbesondere Fett zu befüllen, und diesen Schmierstoff wirkungsvoll in der Mechanik zurückzuhalten.In the embodiment shown here, the elastomer rings 23, 34 are integrated into the arrangement such that they circulate around the adjusting spindle 4 together with the rolling planet 6. The corresponding coupling is achieved by the elastomer rings 23, 24 are connected to the spacer rings 14. By this measure, it is possible to seal the thread grooves of the adjusting spindle 5. This makes it possible in turn to prevent the entry of impurities and moisture in particular in the interior of the mechanics. Furthermore, it becomes possible to fill the inner area with lubricant, in particular grease, and to retain this lubricant effectively in the mechanics.

Die hier gezeigte Ausführungsform umfasst einen integrierten Elektromotor 7. Dieser Elektromotor ist hier als Schrittmotor ausgeführt und umfasst einen mehrpoligen, in dem Gehäuse 11 fixierten Stator 7a. Auf dem Stator 7a sitzen mehrere Wicklungen 7b, die über eine hier nicht näher dargestellte Motorelektronik mit Spannung beaufschlagbar sind. Das über den Stator 7a generierte Feld greift an dem Rotor 9 an. Der Rotor 9 ist als Schrittmotorrotor ausgeführt und bildet integralen Bestandteil der Stellmutter 5.The embodiment shown here comprises an integrated electric motor 7. This electric motor is designed here as a stepping motor and comprises a multi-pole, fixed in the housing 11 stator 7a. On the stator 7a sit a plurality of windings 7b, which are acted upon by an engine electronics not shown here with voltage. The field generated via the stator 7a engages the rotor 9. The rotor 9 is designed as a stepping motor rotor and forms an integral part of the adjusting nut fifth

Bei entsprechender Spannungsbeaufschlagung des Stators 7a wird in die Stellmutter 5 über den Rotor 9 ein Antriebsmoment eingeleitet und die Stellmuter 5 in Rotation versetzt. Hierbei werden die Stellspindel 4 und das Gehäuse 11 gegeneinander verschoben.With appropriate voltage loading of the stator 7a, a drive torque is introduced into the adjusting nut 5 via the rotor 9 and the Stellmuter 5 set in rotation. Here, the adjusting spindle 4 and the housing 11 are moved against each other.

Die gezeigte Mechanik kann mit einem Schmierstoffversorgungssystem gekoppelt werden, durch welches stets eine ausreichende Schmierstoff-Befüllung des Umlaufraumes der Wälzplaneten gewährleistet ist, so dass durch äußeren Druck allenfalls geringe Mengen von Wasser zu der Mechanik Zugang erhalten. Weiterhin ist es möglich, die Stellspindel 4 mit einem Falten- oder Rollbalg zu ummanteln, so dass auch die Stellspindel 4 an sich gegenüber der Umgebung abgeschirmt ist.The mechanism shown can be coupled with a lubricant supply system, through which a sufficient lubricant filling of the circulation space of the Wälzplaneten is always guaranteed, so that at most obtain small amounts of water to the mechanics by external pressure access. Furthermore, it is possible to coat the adjusting spindle 4 with a folding or rolling bellows, so that the adjusting spindle 4 is also shielded from the environment.

In die hier gezeigte Figur 3 ist eine Skizzenfolge eingebunden, die eine typische Anordnung von Flossenstabilisatoren zeigt. Auf jeder Seite des Rumpfes können die dort vorgesehenen, schwenkbar gelagerten Flossenkörper in die Stellungen I., II., und III. geschwenkt werden. Die Flossenkörper erzeugen dann entsprechende Querkräfte, die zur Stabilisierung sowie zur Kurs- und Lagesteuerung beitragen. Die Verstellung der Flossenkörper kann durch die erfindungsgemäße Flossenstellmechanik mit großer Steifigkeit und hinreichend hoher Dynamik bewerkstelligt werden.In the here shown FIG. 3 is a series of sketches showing a typical arrangement of fin stabilizers. On each side of the fuselage provided there, pivotally mounted fins body in the positions I., II., And III. be panned. The fins then generate corresponding lateral forces, which contribute to the stabilization and course and attitude control. The adjustment of the fin body can be accomplished by the invention Flossenstellmechanik with great rigidity and sufficiently high dynamics.

Claims

Fin adjusting mechanism for displacing a ship's fin from a first position (I) into a second position (II),
having a fin joint for mounting the fin in a pivotable manner, and having an actuator device (3) for applying an adjusting force for displacing the fin (1),
characterized in that
the actuator device (3) has an adjusting spindle (4) and an adjusting nut (5) fitted thereon or therein, and the adjusting spindle (4) and the adjusting nut (5) are coupled together axially via rolling planet gears (6), such that when a relative rotation is brought about between the adjusting spindle (4) and the adjusting nut (5), the adjusting spindle (4) and the adjusting nut (5) are reversibly displaceable axially with respect to one another,
and in that said relative rotation is brought about by means of an electric motor (7) which is incorporated into the actuator device (3),
and in that a housing device (11) for accommodating the adjusting nut (5) in an encapsulated manner is provided,
and in that the housing device (11) is configured such that it forms an accommodating space (12) for accommodating the adjusting spindle (4),
and in that a sealing device (23, 24) for sealing off thread gaps between the adjusting spindle (4) and the adjusting nut (5) and a sealing device (19, 20) for sealing off running gaps (17, 18) between the adjusting nut (5) and the housing device (11) are provided,
and in that the housing device (11) is filled with a corrosion-preventing or lubricating fluid.