DE1082151B

DE1082151B - Hydraulic drive for hand-operated steering systems, especially on river boats

Info

Publication number: DE1082151B
Application number: DEF22456A
Authority: DE
Inventors: Hans Faul
Original assignee: HANS FAUL
Current assignee: HANS FAUL
Priority date: 1957-02-28
Filing date: 1957-02-28
Publication date: 1960-05-19

Description

Hydraulischer Antrieb für handbetriebene Ruderanlagen, insbesondere auf Flußschiffen Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Antrieb für handbetriebene Ruderanlagen mit stufenloser Untersetzung. Sie ist vor, allem für die Binnenschiffahrt geeignet.Hydraulic drive for hand-operated steering systems, in particular on river boats The invention relates to a hydraulic drive for hand-operated rudder systems with stepless reduction. She is above all for suitable for inland shipping.

Mangels einer Energiequelle werden die Schiffsruder der Schleppkähne bei der Binnenschiffahrt zumeist durch Handrad über Zahnräder und Ruderquadrant- angetrieben. Die Untersetzung dieser Rudergetriebe ist bei allen Strömungsverhältnissen, Fahrgeschwindigkeiten und Tiefgängen der Kähne, kurz bei allen Ruderdrücken, gleich. Dies hat den Nachteil, daß sich je nach den jeweiligen Verhältnissen der Kraftaufwand für die Bedienung des Ruders stark ändert. Aus diesem Grunde ist man gezwungen, beim Befahren auch nur ganz kurzer, starker Strömungen zur Vermeidung von Havarien zusätzlich Bedienungspersonal mitzugeben. Man hat deshalb wegen leichterer Handhabung bei neueren Kähnen Balanceruder eingebaut, bei denen etwa 25 % der Ruderfläche vor den Drehpunkt des Ruderschaftes zu liegen kommen. Da bei sehr starken Strömungen das Wasser nicht mehr früh genug zusammenfließt, haben diese Ruder der Nachteil, daß dadurch der Balanceteil ins tote Wasser zu liegen kommt und deshalb weitgehendst unwirksam wird.In the absence of an energy source, the ship's rudders become the barges in inland navigation mostly by handwheel via gearwheels and rudder quadrant driven. The reduction of this helm gear is in all flow conditions, Cruising speeds and drafts of the barges, briefly at all rudder pressures, the same. This has the disadvantage that, depending on the respective conditions, the effort required for operating the rudder changes greatly. For this reason one is forced to when driving only very short, strong currents to avoid accidents additional operating personnel to be given. One has therefore because of easier handling Balancer rudders are built into newer barges, with about 25% of the rudder surface in front the pivot point of the rudder stock come to rest. As with very strong currents the water does not flow together soon enough, these oars have the disadvantage that thereby the balance part comes to lie in the dead water and therefore largely becomes ineffective.

Neuerdings sind auch Ruderanlagen bekannt geworden, bei denen eine hydraulische Kraftübertragung vorgesehen ist, welche eine Anpassung des von der Hand aufzubringenden Drehmoments entsprechend dem jeweiligen Ruderdrehmoment durch eine selbsttätig sich ändernde Untersetzung herbeiführt. Bei den bekannten Ausführungsformen dieser Art werden unter anderem auch hydraulische Pumpen mit Umlaufzylindern verwendet. Diese bekannten Pumpen haben aber für eine handbetriebene Ruderanlage den Nachteil, daß sie bei Gegendruck durch die Ruderkraft blockieren und dann sehr umständlich und zeitraubend mit der Hand zurückgedreht werden müssen. Es könnte an sich auch von vornherein ein elektrischer Antrieb für die Pumpe vorgesehen werden, aber elektrische Kraftquellen sind auf den geschleppten Kähnen der Binnenschiffahrt nie vorhanden, so daß praktisch derartige Anlagen dort nicht anwendbar sind.Rowing systems have recently also become known where one hydraulic power transmission is provided, which an adaptation of the Hand applied torque according to the respective rudder torque brings about an automatically changing reduction. In the known embodiments of this type, hydraulic pumps with circulating cylinders are also used, among other things. However, these known pumps have the disadvantage for a hand-operated steering gear that they block with counter pressure by the rudder force and then very cumbersome and have to be turned back time-consuming by hand. It could in itself too an electric drive for the pump should be provided from the outset, but electric Sources of power are never available on the towed barges of inland shipping, so that practically such systems are not applicable there.

Bei der Erfindung entfallen die erwähnten Mängel. Sie ist auf rein hydraulischem Prinzip aufgebaut, also ohne daß eine elektrische oder sonstige mechanische Kraftquelle benötigt wird. Sie arbeitet ebenfalls mit selbsttätiger stufenloser Anpassung der Untersetzung des Steuerhandrades an das jeweilige Ruderdrehmoment durch Veränderung der Förderleistung der Druckölpumpe am Steuerhandrad, aber ohne Gefahr der Blockierung.The above-mentioned deficiencies do not apply to the invention. She is on pure built up hydraulic principle, so without an electrical or other mechanical Power source is needed. It also works with an automatic stepless Adaptation of the reduction of the control handwheel to the respective rudder torque by changing the delivery rate of the pressure oil pump on the control handwheel, but without Risk of blocking.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach der Erfindung dadurch, daß als Druckölpumpe eine in beiden Drehrichtungen wirkende Kapselpumpe verwendet wird, deren Förderleistung in an sich bekannter Weise durch Änderung der Exzentrizität der Pumpenachse verändert wird und die nach Loslassen des Steuerhandrades unter dem Gegendruck des gelegten Ruders als Druckölmotor antreibbar ist und als solcher das Steuerhandrad zurückführt. Hierdurch wird der Steuermann gerade auf windungsreichen Fahrten der Binnenschiffahrt in seiner Arbeit sehr wesentlich entlastet, wobei er dennoch ohne Verzug jeweils wieder den Rücklauf des Ruders anhalten oder verlangsamen kann, indem er z. B. einfach das Steuerrad durch seine Hände gleiten läßt. Die Entlastung ist so groß, daß bei längeren Fahrten praktisch eine Ersatzruderkraft eingespart werden kann, da der Steuermann in den Rücklaufzeiten des Ruders sich immer wieder entspannen kann.This object is achieved according to the invention in that a capsule pump acting in both directions of rotation is used as the pressure oil pump, their delivery rate in a manner known per se by changing the eccentricity the pump axis is changed and after releasing the control handwheel below the counterpressure of the rudder placed can be driven as a pressurized oil motor and as such the control handwheel returns. This makes the helmsman even on winding roads Inland waterway journeys in his work very much relieved, whereby he nevertheless, stop or slow down the return of the rudder without delay can by z. B. can simply slide the steering wheel through his hands. The discharge is so large that a replacement rowing force is practically saved on longer journeys can be, since the helmsman in the return times of the rudder again and again can relax.

Die Erfindung wird an Hand der Figuren, die ein Ausführungsbeispiel darstellen, noch näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 und 2 Schnitte durch die verwendete Kapselpumpe, Fig. 3 eine schematische Ansicht der Gesamtanlage. Die Kapselpumpe des neuen Ruderantriebes ist in ihrer Größe so bemessen, daß sie bei maximaler Liefermenge dem Verhältnis der für Ruderanlagen üblichen Zahnradübersetzung gleichkommt. Der Läufer 1 der Pumpe nach Fig. 1 und 2 ist in seiner ganzen Länge durchbohrt. In dieser Bohrung sitzt ein Trennschieber 2, der die Saug- und Druckräume der Pumpe sowohl in radialer als auch in axialer Hinsicht trennt. Dieser Trennschieber ist durch (nicht gezeichnete) Nasen gegen Mitlauf gesichert. Der Läufer ist im Pumpengehäuse gelagert. Dieses ist an den betreffenden Stellen für die Hauptanschlüsse 5 (Fig. 3) durchbohrt, die sich anschließend in gabelförmigen Hauptleitungen 6 und 7 fortsetzen. Der Läufer wird zwecks Vermeidung von Ölverlusten durch ein darüberliegendes Vorgelege angetrieben.- Der Pumpenmantel 8 (Fig. 1 und 2) ist vertikal bzw. quer zur Achsrichtung verschiebbar gelagert und wird durch zwei einstellbare Druckfedern 9 in die maximale Lieferstellung der Pumpe gedrückt. Zwei Druckkolben 10 sind an die Hauptleitungen 6 und 7 über die Hilfsleitungen 11 und 12 angeschlossen (Fig. 3). Letztere sind vor der Pumpe durch die Leitung 13 wegen Druckausgleich miteinander verbunden. Die Rückschlagventile 14 und 15 sorgen dafür, daß immer nur die jeweils unter Druck stehende Leitung die Kolben beeinflußt, während sie gegen die jeweilige Saugrichtung schließen. In die Leitungen 11 und 12 sind (nicht eingezeichnet) Querschnittdrosselungen einzusetzen, um die auftretenden Druckschwankungen auf die Kolben nur zögernd bzw. träge zu übertragen. Dadurch wird ein Flattern des Pumpenmantels vermieden. Je nach dem jeweiligen Druck auf die Kolben wird der Pumpenmantel aus seiner exzentrischen Grundstellung nach dem Zentrum gedrängt. Dabei fällt zwar die Lieferleistung der Pumpe, aber es steigt dafür der Öldruck bei gleichem Drehmoment des Steuerhandrades bzw. Läufers 1. Auf diese Weise vollzieht sich hierfür die stufenlose Untersetzung, die durch die Anschläge 16 der Fig.2 nach Wunsch begrenzt werden kann.The invention is based on the figures showing an embodiment represent, explained in more detail. 1 and 2 show sections through the used Capsule pump, FIG. 3 is a schematic view of the overall system. The capsule pump the size of the new rudder drive is such that it can be delivered at the maximum delivery rate equals the ratio of the usual gear ratio for steering gear. Of the Rotor 1 of the pump according to FIGS. 1 and 2 is drilled through over its entire length. In this A slide valve sits in the hole 2, the suction and pressure chambers the pump separates both radially and axially. This slide gate valve is secured against running by means of lugs (not shown). The rotor is in the pump housing stored. This is at the relevant points for the main connections 5 (Fig. 3), which then continue in fork-shaped main lines 6 and 7. In order to avoid oil losses, the rotor is driven by an overlying transmission driven.- The pump casing 8 (Fig. 1 and 2) is vertical or transverse to the axial direction slidably mounted and is by two adjustable compression springs 9 in the maximum The delivery position of the pump is pressed. Two plungers 10 are attached to the main lines 6 and 7 connected via the auxiliary lines 11 and 12 (Fig. 3). The latter are Connected to each other in front of the pump through line 13 for pressure equalization. the Check valves 14 and 15 ensure that only the one under pressure standing line affects the piston, while it is against the respective suction direction conclude. In the lines 11 and 12 there are cross-sectional throttles (not shown) to avoid the pressure fluctuations that occur on the pistons only hesitantly or sluggish to transfer. This prevents the pump jacket from fluttering. Depending on the respective pressure on the pistons changes the pump jacket from its eccentric position Basic position pushed towards the center. The delivery performance of the Pump, but the oil pressure increases with the same torque of the control handwheel or rotor 1. In this way, the stepless reduction takes place, which can be limited by the stops 16 of Figure 2 as desired.

Der eigentliche Ruderantrieb (Fig. 3) besteht aus einem Gehäuse 17, in welchem ein Drehflügel 18 zentrisch gelagert ist. Das Gehäuse ist durch zwei gegenüberliegende Segmente 19 bis zur Nabe des Drehflügels abgeteilt. Dadurch entstehen je zwei Druckräume 20 und 21. Für das Abdichten des Drehflügels sorgen Dichtungen.The actual rudder drive (Fig. 3) consists of a housing 17, in which a rotary vane 18 is mounted centrally. The housing is by two opposite segments 19 divided up to the hub of the rotary vane. This creates Two pressure chambers 20 and 21 each. Seals are used to seal the rotary vane.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, führen die beiden Hauptleitungen 6 und 7 von den Pumpenanschlüssen 5 paarweise zu den Anschlüssen 28 und 29 des Ruderantriebes in die Druckräume 20 und 21. Die Arbeitsweise dieser Ruderanlage ist die- folgende: Auf Grund der Konstruktion der Pumpe ändert sich bei Änderung der Drehrichtung auch die Flußrichtung des Druckmittels, das für den Ruderantrieb Verwendung findet. Wird nun die Pumpe angetrieben, so werden je nach Drehrichtung derselben die Druckräume 20 oder 21 des Ruderantriebes gefüllt. Dadurch wird der Drehflügel in Drehung versetzt und in den gegenüberliegenden Druckräumen das Druckmittel in die jeweilige Saugleitung verdrängt. Auf diese Weise wird das Ruder betätigt. Das Gehäuse 17 wird mittels der Befestigungslaschen 31 im Heckkorb des Schiffes befestigt. Der erforderliche Ruderausschlag von zweimal 60° ist bei dieser Konstruktion gewährleistet.As can be seen from Fig. 3, the two main lines 6 and lead 7 from the pump connections 5 in pairs to the connections 28 and 29 of the rudder drive into pressure chambers 20 and 21. The operation of this steering gear is as follows: Due to the construction of the pump, changing the direction of rotation also changes the direction of flow of the pressure medium used for the rudder drive. Will now the pump is driven, the pressure chambers are depending on the direction of rotation of the same 20 or 21 of the rudder drive filled. This causes the rotary vane to rotate and in the opposite pressure chambers the pressure medium in the respective suction line repressed. In this way the rudder is operated. The housing 17 is by means of the fastening tabs 31 attached in the stern pulpit of the ship. The required Rudder deflection of two times 60 ° is guaranteed with this construction.

Die geringen Verluste des Druckmittels, die durch den Gleitspalt zwischen dem Läufer 1 und dem Pumpenmantel B (Fig. 1 und 2) auftreten können, werden über die Leitungen 32 und 33 durch Nachsauger aus dem Pumpengehäuse ersetzt. Die Rückschlagventile 34 und 35 verhindern den Fluß in verkehrter Richtung.The low losses of the pressure medium caused by the sliding gap between the rotor 1 and the pump casing B (Fig. 1 and 2) can occur over the lines 32 and 33 replaced by suction from the pump housing. The check valves 34 and 35 prevent the flow in the wrong direction.

Die Hauptleitungen 6 und 7 sind durch zwei Rohrleitungen 36 und 37 miteinander verbunden. In diese Leitungen ist je ein Überdruckventil 38 und 39 eingebaut, die in entgegengesetzten Richtungen arbeiten. Diese Ventile sind nur zur Sicherung der Anlage gedacht, z. B. gegen Verdrehen des Ruderschaftes bei Überbeanspruchung durch Auffahren auf ein starres Hindernis usw.The main lines 6 and 7 are through two pipes 36 and 37 connected with each other. A pressure relief valve 38 and 39 is installed in each of these lines, working in opposite directions. These valves are for backup only thought of the plant, z. B. against twisting of the rudder stock when overloaded by driving into a rigid obstacle, etc.

In der Praxis läuft das gelegte Ruder bei Zahnradübersetzung durch den Wasserdruck auf das Ruderblatt von selbst zurück. Hierdurch wird, wie erwähnt, der Steuermann wesentlich entlastet. Um das Abfangen des manchmal auf große Umdrehungszahlen kommenden Steuerhandrades unnötig zu machen oder wenigstens zu erleichtern, ist bei der vorliegenden Anlage noch eine Verbindungsleitung 40 zwischen den Hauptleitungen 6 und 7 vorgesehen, in der ein Hilfsventil 41 eingebaut ist. Dieses Ventil wird durch ein Fußpedal betätigt. Will nun der Steuermann das ausgelegte Ruder mit Hilfe des Wasserdruckes ausnahmsweise unter Umgehung der Pumpe zurücknehmen, so braucht er nur dieses Ventil zu bedienen; dann strömt das Druckmittel von den jeweils unter Druck stehenden Druckräumen in die anderen, ohne dabei das Steuerrad zurückzudrehen.In practice, the rudder that is laid runs through with a gear ratio the water pressure on the rudder blade by itself. This, as mentioned, the helmsman is considerably relieved. To catch the sometimes at large revs to make the coming control handwheel unnecessary or at least to make it easier In the present system, there is also a connecting line 40 between the main lines 6 and 7 are provided, in which an auxiliary valve 41 is installed. This valve will operated by a foot pedal. Now the helmsman wants to help the laid out rudder exceptionally reduce the water pressure by bypassing the pump, if necessary he just used this valve; then the pressure medium flows from the respective under Pressurized pressure chambers into the other without turning back the steering wheel.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Hydraulic drive for hand-operated steering gear, especially on river boats, with automatic stepless adjustment of the reduction of the control handwheel to the respective rudder torque by changing the delivery rate the pressure oil pump on the control handwheel, characterized in that as a pressure oil pump a capsule pump (1 to 10) acting in both directions of rotation is used, whose Delivery rate in a manner known per se by changing the eccentricity of the pump axis is changed and after releasing the control handwheel under the counter pressure of the placed rudder can be driven as a pressure oil motor and as such the control handwheel returns.

2. Hydraulic drive according to claim 1, characterized in that as a capsule pump (1 to 10) such a use is found in which the change the eccentricity of the pump axis is brought about by the fact that the pump jacket (8) is mounted displaceably transversely to the axial direction and against an adjustable Spring loaded (9) by pressure pistons (10) which are attached to the main lines (6, 7) Pipe connections (11, 12) are connected, depending on the rudder torque from the eccentric Home position is shifted.

3. Hydraulic drive according to claim 1 and 2, characterized in that two pressure pistons (10) are provided which are connected in parallel via a direct connection (13) and via oppositely working check valves (14, 15) to the two main lines (6 ; 7) are connected.

4. Hydraulic drive according to claim 1 to 3, characterized in that optionally the pump (1 to 10) and the rudder drive (20, 21) via a foot-operated one Auxiliary valve (41) can be bypassed, so that the return of the rudder through the Water pressure is directly possible or accelerated.

5. Hydraulic drive according to claim 1 to 4, characterized in that, in addition to the foot-operated auxiliary valve (41), safety valves (38, 39) are provided which respond when the steering gear is overloaded and bridge the pump (1 to 10). Considered publications: German Patent Specifications No. 609 305, 862 265; British Patent No. 477,779; U.S. Patent Nos. 1998 189,2608,060; Description and operating instructions for an electrical and hand-hydraulic steering system from AEG »Schiffbau«, HBV 342, from September 1943.