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Schiffsruderanlage mit gleichen, wahlweise benutzbaren, durch elektrische
Motoren angetriebenen Maschinensätzen Hydraulische Ruderanlagen werden aus Sicherheitsgründen
meist mit zwei durch Elektromotoren angetriebenen Pumpenaggregaten ausgerüstet,
wobei beide Aggregate in der Lage sind, für sich allein die volle Nennleistung abzugeben.
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Bei den verschiedenen praktischen Ausführungen ist ein Aggregat eingeschaltet
und übernimmt die Arbeitsleistung, während das andere Aggregat stillsteht und als
Reserve dient. Die zugehörigen Maschinenwahlschalter sind meist ebenfalls im Rudermaschinenraum
angeordnet, weil dort bei erforderlicher Umschalturig auch mechanische Verstellungen
an der Rudermaschine erforderlich werden.
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Bei einem Ausfall des gerade in Betrieb befindlichen Pumpenaggregates
ist jedoch das zweite Pumpenaggregat nicht augenblicklich wirksam, und es vergeht
eine gewisse Zeit bis zu seiner Einschaltung. Der Ausfall wird zuerst durch das
Brückenpersonal auf der Kommandobrücke festgestellt und von dort der Maschinenwache
gemeldet, die dann ihrerseits den Rudermaschinenraum aufsucht und die Umschaltung
vornimmt. Durch diesen Zeitverlust kann größerer Schaden entstehen, insbesondere
bei Revierfahrt.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Ruderanlage, die eine größere Sicherheit
verbürgt und gleichzeitig bei Normalbetrieb weniger beansprucht, also geschont wird.
Der Erfindung entsprechend werden die im Normalfall mit halber Nenndrehzahl laufenden
Antriebsmotoren bei Vorhandensein eines Gleichstrombordnetzes in Reihe geschaltet
bzw. bei einem Drehstrombordnetz als polumschaltbare Käfigläufermotoren ausgebildet,
wobei selbsttätige bzw. handbetätigte Schaltvorrichtungen vorgesehen sind, durch
die bei Ausfall eines der beiden Maschinensätze die Drehzahl des Antriebsmotors
des anderen Maschinensatzes durch Spannungserhöhung bzw. Halbierung der wirksamen
Polzahl verdoppelt wird, so daß die volle Antriebsleistung der Anlage erhalten bleibt.
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Zweckmäßig werden als Schalteinrichtungen selbsttätig wirkende, einstellbare
Ström- und Spannungswächter verwendet, an die eine Alarmanlage angeschlossen sein
kann, die bei einer Störung der im Normalbetrieb laufenden Ruderanlage anspricht.
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In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel im Prinzip wiedergegeben. Hierin
kennzeichnet 10 den Sekundärteil einer hydraulischen Ruderanlage, beispielsweise
der Tauchkolben- oder Drehflügelbauart. Dieser Sekundärteil ist in bekannter Weise
über Rohrleitungen und Absperrventile mit den beiden Pumpen 11 und 12 verbunden.
Mit 13 bis 16 sind Absperrventile bezeichnet, die im normalen Betrieb geöffnet sind
und nur bei etwaigen Reparaturen geschlossen werden. Sie sind wie auch das Umlaufventil
17 für den Sekundärteil 10 in den bisherigen Anlagen vorhanden. Die Pumpen 11 und
12 werden beispielsweise mit gleichbleibender Drehrichtung durch Elektromotoren
angetrieben, wobei die Fördermenge durch ein Gestänge bei wechselbarer Förderrichtung
stufenlos veränderlich einstellbar ist. Als bekannt vorausgesetzt wird ebenfalls
das Rückführungsgestänge 18, 19, welches beispielsweise über eine längsgefederte
Stange 20 mit dem Ruderschaft 21 mechanisch verbunden ist. Der Ruderschaft 21 ist
seinerseits mit dem Sekundärteil 10 mechanisch verbunden und wird durch diesen bei
Ruderlegung gedreht. Das Rückführungsgestänge 19 ist mit einer nicht gezeichneten
Verstelleinheit verbunden, beispielsweise mittels des Zapfenloches 22. Diese Verstelleinrichtung
erhält die gewünschten Ruderwinkel z. B. von der Kommandobrücke vorgegeben und kann
aus einem mechanischen Verstellgetriebe mit Verstellmotor oder aus einem hydraulischen
Telemotor oder aus Zugmagneten usw. bestehen.
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Bisher werden diese Ruderanlagen meist so ausgeführt, daß beispielsweise
zur Inbetriebsetzung der Pumpe 11 und Außerbetriebsetzung der Pumpe 12 der Stift
23 aus der gezeichneten Stellung entfernt und in die gestrichelt angegebene Position
24 gebracht wurde, während der Stift 25 an der dargestellten Stelle verblieb. Hierdurch
war bei der Pumpe 12 die Pumpenhubverstellung in der Nullage festgesetzt. Diese
Stifte mußten bei Einschaltung des anderen Aggregates in die entsprechende Lage
23 bzw. 26 umgesteckt werden, wenn nicht andere mechanische Vorkehrungen, wie z.
B. Absperren bzw. Öffnen einiger Ventile usw., getroffen werden mußten.
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Die zwei Gleichstrommotoren 27 und 28 sind bei normalem Betrieb in
Reihenschaltung auf das Bordnetz geschaltet. Diese Motoren sind mit der Drehzahl,
Spannung
und Leistung für den vollen Nennwert ausgelegt, werden jedoch in der dargestellten
Schaltung mit nur halber Spannung und somit- halber Drehzahl betrieben. Die abgegebene
Leistung entspricht demnach auch nur der halben Nennleistung, da die angetriebenen
Pumpen bei gleicher Einstellung nur die halbe Flüssigkeitsmenge fördern. Die festgelegte
Ruderlegezeit wird hierbei nicht verändert, da der Sekundärteil 10 aus beiden Pumpenaggregaten
11 und 12 insgesamt wieder volle Leistung erhält. Beide Pumpenhubverstellungen sind
mit dem Rückführgestänge verbunden, so daß eine gleiche Beaufschlagung beider Pumpen
erfolgt.
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Der Vorteil dieser Anordnung liegt einmal in der weit geringeren Beanspruchung
der Pumpen und Motoren, wodurch Störanfälligkeit und Abnutzung reduziert werden.
Zum anderen erfolgt bei Ausfall einer Pumpe (z. B. durch Festlaufen) eine unverzügliche
Leistungssteigerung des anderen Pumpenaggregates. Läuft beispielsweise die Pumpe
11 fest, so würde der Motor 27 nicht mehr umlaufen, und die Spannung würde sich
an seinen Ankerklemmen verringern. Dieses hat gleichzeitig einen - Spannungsanstieg
an den Ankerklemmen des Motors 28 zur Folge, der mit erhöhter Drehzahl die Pumpe
12 antreibt, die damit eine größere Leistung an den Sekundärteil 10 abgibt. Bei
der bisherigen Ausführung der Ruderanlagen würde ein Festlaufen des gerade in Betrieb
befindlichen Pumpenaggregates beispielsweise einem Ruderausfall gleichkommen, der
erst nach einer gewissen Zeit durch Umschaltung behoben werden kann.
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Damit das Bordpersonal Meldung über den Fehler erhält, ist ferner
gemäß der Erfindung eine Alarmanlage vorgesehen, die bei einer Störung der im Normalbetrieb
laufenden Ruderanlage anspricht. In Fig. 2 und 3 sind Schaltungen solcher Art Alarmanlagen
prinzipiell dargestellt. Bei einem Gleichstrombordnetz würden nach Fig. 2 für den
Normalbetrieb beide Pumpenmotoren in Reihenschaltung, also jeweils mit halber Netzspannung,
arbeiten. An beiden Motoren liegt ständig etwa halbe Nennspannung, die ausreicht,
um die Relais 29 und 30 einzuschalten. Der von diesen Relais betätigte Alarmkontakt
kann beispielsweise als Arbeits- oder Ruhekontakt ausgeführt sein, wobei das Abfallen
eines Relais einen Alarm auslöst. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:
Läuft beispielsweise die vom Motor 31 angetriebene Pumpe fest, so sinkt die Klemmenspannung
am Motor 31, das zugehörige Relais 29 fällt ab und löst mit der Kontaktanordnung
33 einen Alarm aus. Gleichzeitig übernimmt der Motor 32 eine höhere Leistung, so
daß die Anlage in Betrieb bleibt. Entsteht im Motoranker 31 ein Kurzschluß, so würde
ebenfalls ein Alarm ausgelöst werden. Würde dagegen eine Unterbrechung, beispielsweise
an den Kohlebürsten des Motors 31 auftreten, so würde die volle Netzspannung am
Motor 31 liegen, wodurch der Motor 32 keine Betriebsspannung mehr erhält. Hierdurch
fällt das Relais 30 ab und löst den gewünschten Alarm aus. In diesem Fall ist die
Anlage ohne weitere Vorkehrungen außer Betrieb. Dieses wäre bei der bisherigen Anordnung
bei Betrieb mit nur einem Pumpenaggregat ebenso der Fall.
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In Fig. 3 sind in einem weiteren Ausführungsbeispiel für den Antrieb
der Pumpen die Drehstrommotoren 35 und 36, beispielsweise polumschaltbare Motoren,
vorgesehen, die bei gleichzeitigem Betrieb beider Pumpen auf doppelte Polpaarzahl
geschaltet werden. Durch entsprechende Polumschaltung können die Pumpenaggregate
auf volle Nenndrehzahl gebracht werden, wodurch jedes Aggregat die volle Leistung
allein übernehmen kann. Stromrelais 37 und 38 mit Alarmkontakten 39 und 40 können
für die Überwachung der Anlage vorgesehen werden.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind 46 und 47 Schütze, die
bei einer Betriebsstörung das defekte Pumpenaggregat mit Motor abschalten und gleichzeitig
die volle Spannung (volle Leistung) auf das andere Pumpenaggregat schalten. Relais
und Schütze sind in derjenigen Stellung gezeichnet, bei der beide Motoren 41 und
42 ohne Störungen gleichmäßig arbeiten.
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Die Wirkungsweise der Schaltung Fig. 4 ist unterschiedlich: Für den
Fall einer Unterbrechung im Motor 41 oder 42 fließt in Leitung 48 zunächst kein
Strom mehr. Der zu dem intakten Motor gehörige Spannungswächter wird infolgedessen
abfallen und der Stromwächter 45 ansprechen, und das in Frage kommende Schütz 46
oder 47 schaltet den defekten, unterbrochenen Motor ab.
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Liegt dagegen keine Unterbrechung in einem Motor vor, sondern beispielsweise
der Kurzschluß eines Motorankers oder das Festlaufen einer Pumpe, so wird nach wie
vor in der Serienschaltung der Motoren über die Leitung 48 ein Strom fließen, der
den Stromwächter 45 angezogen läßt. Hierbei wird lediglich der betreffende Spannungswächter
43 oder 44 ansprechen, um das entsprechende Schütz 46 oder 47 zur Ausschaltung des
defekten Aggregates zu betätigen. Mit der Einschaltung eines Schützes 46 oder 47
würde sich automatisch die Spannung und damit die Leistung des anderen Aggregates
verdoppeln. Diese Schütze können gegeneinander verriegelt sein und so arbeiten,
daß ein selbsttätiges Abfallen vermieden wird.
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Die Schütze 46 und 47 können weiterhin mit einer Anzugsverzögerung
49, 50 versehen sein, die beispielsweise einige Sekunden Verzögerung verursacht
und zur Vermeidung von Fehlschaltungen dient. Der Stromwächter 45 kann mit einer
zusätzlichen Nebenschlußwicklung versehen werden, die ein Ansprechen des Relais
bei normalem Betrieb verhindert. Erst bei einem Defekt, bei Ansprechen eines Spannungswächters
43 oder 44 kommt der Stromwächter 45 zur Wirkung, wozu die Nebenschlußwicklung abgeschaltet
wird. Nach Ansprechen einer der Spannungswächter 43 oder 44 kann der Stromwächter
45 über den in der Leitung 48 fließenden Strom feststellen, ob eine Unterbrechung
vorliegt oder nicht, und den entsprechenden Richtungsimpuls für das Schütz 46 oder
47 geben. Die Spannungswächter 43 und 44 können mit zusätzlichen Alarmkontakten
ausgerüstet werden, die bei einem Fehler eine Warnung an geeigneter Stelle des Schiffes
auslösen.
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Statt der in Fig. 1 angegebenen, von Hand zu betätigenden Einkupplung
des Rückführgestänges mittels der Stifte 23 bis 26 kann auch eine Rücklaufsperre
(z. B. Klinkensperre) an der Welle jedes Aggregates vorgesehen werden. In diesem
Fall würde das Rückführungsgestänge 18 mit dem zugehörigen Gestänge in den Pumpen
fest verbunden sein. Bei einer durch einen Fehler hervorgerufenen selbsttätigen
Umschaltung, beispielsweise durch die Schaltung nach Fig. 4, würde diese Rücklaufsperre
dann ein Mitlaufen des defekten und abgeschalteten Pumpenaggregates verhindern.
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Eine andere selbsttätige Umschaltung ist gegeben, wenn in der Schaltung
nach Fig. 4 die beiden Schütze
46 und 47 entfallen und durch Zugmagnete
oder eine andere Einrichtung ersetzt werden, die den Maschinenwahlschalter betätigt.
Der Maschinenwahlschalter muß dann mindestens die folgenden drei Schaltstellungen
aufweisen: »Aggregat 1« - »Aggregat 1 + 2« - »Aggregat 2«. Bei Normalbetrieb würde
der Wahlschalter auf »Aggregat 1 + 2« stehen und bei einem Fehler selbsttätig auf
die intakte Anlage umschalten.
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Ein weiteres Anwendungsgebiet dieser Einrichtungen sind elektromechanische
Ruderanlagen. Bei diesen sind statt der Pumpenaggregate Leonardumformer vorhanden,
die Rudermotoren speisen. Auch hier kann mit geringem Aufwand durch eine Einrichtung
gemäß der Erfindung die Störanfälligkeit der Ruderanlage vermindert und die Umschaltung
bei einem Fehler beschleunigt werden.
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Die wesentlichen Vorteile der Erfindung liegen sowohl in der geringen
Beanspruchung der Maschinensätze - wodurch die Störanfälligkeit herabgesetzt und
die Lebensdauer erhöht wird - als auch in der schnellen Umschaltung bei einer Störung,
wobei der fehlerbehaftete Maschinensatz abgeschaltet wird und der betriebsfähige
Maschinensatz ohne störende Unterbrechung die volle Leistung übernimmt. Gleichzeitig
erfolgt eine Warnung des Bordkommandos.