Hydrodynamische Servosteuerung für Boote

Abstract

 Bei einer hydrodynamischen Servosteuerung (1) für Boote (3) mit einer am Bootsheck angeordneten Halterung (4), einem um eine an der Halterung (4) angeordnete Tragwelle (7) quer zur Kielrichtung (K) schwenkbaren Servopendelruder (8) mit einer quer zur Kielrichtung (K) sich erstreckenden drehbaren Ruder­welle (13), bei dem ein Kraftübertrager (11) wie ein Kegel­zahnradgetriebe (22,52) oder gelenkig verbundene Hebel, am oberen Ende der Ruderwelle (13) angeordnet ist und ein Stell­antrieb (9;10) zum Drehen des Servopendelruders (8) von der Halterung (4) gehalten wird und oberhalb des Kraftübertragers (11) angeordnet ist, wird die Steuerbarkeit und Manövrierbar­keit des mit der Servosteuerung versehenen Bootes sowohl beim Betrieb als auch beim Nichtbetrieb der Servosteuerung bei größtmöglicher Bedienungssicherheit und Schiffssicherheit dadurch verbessert und gleichwohl eine ständige Einsatzbereit­schaft der Servosteuerung ermöglicht, daß die Ruderwelle (13) bezüglich ihrer in Kielrichtung (K) vertikalen Grundstellung in einer Schwenkrichtung (S1) um etwa 180° schwenkbar ist und ein etwa vertikal angeordnetes Tragelement des Stellantriebes (9;10), wie ein Tragrohr (32) oder eine Tragstange, mittels eines Haltearmes (28) derart an der Halterung (4) befestigt ist, daß der Haltearm (28) den Platz für das um etwa 180° hochgeschwenkte Servopendelruder (8) freiläßt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Servosteuerung ge­mäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

[0002] Bei derartigen Servosteuerungen ist die Führungsgröße entweder die Winkelabweichung des Windes an einem auf einen Sollrich­tung eingestellten Windfahnensystem oder die Winkelabweichung zwischen einem Kompaß-Sollkurs und einem Kompaß-Istkurs des Bootes. Entsprechend wird die Stellkraft des Stellantriebes aus der Windkraft oder aus der Kraft eines elektrisch oder fluidisch betriebenen, von der Führungsgröße gesteuerten Mo­tors bereitgestellt. Die Stellkraft des Stellantriebes wird über den Kraftübertrager auf das Servopendelruder übertragen, welches dadurch aus seiner in Kielrichtung sich erstreckenden Neutralstellung seines Ruderblattes aus der Kielrichtung her­ausdreht und durch vorbeiströmendes Wasser mit im Vergleich zur Kraft des Stellantriebes relativ großer Kraft quer zur Kielrichtung in eine seiner beiden Schwenkrichtungen ge­schwenkt wird. Diese Kraft kann dann auf verschiedenste Weise auf ein Steuerruder mit einer einzigen quer zur Kielrichtung angeordneten Steuerruderwelle zur Erzeugung einer richtungsge­rechten Kurskorrektur übertragen werden.

[0003] Derartige hydrodynamische Servosteuerungen für Boote sind be­kannt und unter anderem unter der Warenbezeichnung Windpilot-­Pazifik seit langem auf dem Markt erhältlich; bei dieser be­kannten Servosteuerung besteht der Kraftübertrager aus einem Kegelzahnradgetriebe, bei dem ein Antriebskegelzahnrad koaxial zur Trägerwelle angeordnet ist und mit einem das obere Ende der Ruderwelle bildenden Abtriebskegelzahnrad kämmt.

[0004] Derartige Servopendelruder-Steuerungen sind in erster Linie zum Steuern von Booten, insbesondere von Segelbooten, in frei­en Gewässern geeignet. In engen Fahrwassern und beim Manövrie­ren des Bootes, wie beim An- und Ablegen, beim Schleusen oder ähnlichen Manövern können sie zur Steuerung des Bootes nicht verwendet werden; vielmehr stört das ins Wasser eingetauchte Servopendelruder die einwandfreie Steuerung des Bootes, wenn die Servosteuerung außer Betrieb ist. Ein weiterer Nachteil der Servopendelruder-Steuerungen besteht in der Bruchgefahr des Pendelruders aufgrund von Kollisionen, etwa mit Treibgut, und hoher dynamischer Kräfte beim harten Einsetzen des Bootes bei extremem Seegang. Diese Nachteile können bei den bekannten Servopendelruder-Steuerungen nur dadurch gelöst werden, daß das Servopendelruder bei Nichtbetrieb der Servosteuerung de­montiert und aus dem Wasser genommen wird. Da die Servosteue­rung am Heck des Bootes angeordnet ist und dieses nach hinten überragt und das Servopendelruder einerseits tief ins Wasser hineinragt und andererseits bevorzugt einen möglichst hohen Auftrieb hat, ist die Montage und Demontage des Servopendelru­ders bei im Wasser befindlichen Boot - und nur dann kommt eine solche Montage und Demontage in Betracht - eine schwierige und für die Mannschaft gefährliche Arbeit, die sogar die Schiffs­sicherheit sowie die Sicherheit anderer Schiffe und Personen stark gefährden kann. Für Boote, die überwiegend küstennahe Gewässer befahren und Häfen häufig anlaufen sind die bekannten Servopendelruder-Steuerungen also nur schlecht zu gebrauchen.

[0005] Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen hydrodynamischen Servosteuerung die vor­erwähnten Nachteile zu vermeiden und eine solche Servosteue­rung zu schaffen, durch die die Steuerbarkeit und Manövrier­ barkeit des mit der Servosteuerung versehenen Bootes sowohl beim Betrieb als auch beim Nichtbetrieb der Servosteuerung bei größtmöglicher Bedienungssicherheit und Schiffssicherheit ver­bessert wird und gleichwohl eine ständige Einsatzbereitschaft der Servosteuerung ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird mit den gattunsgemäßen Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0006] Durch die Erfindung werden unter anderem folgende Vorteile erzielt:
- Das Servopendelruder kann mit einem einzigen Handgriff völ­lig aus dem Wasser geholt und in eine Position gebracht werden, in der es auch seitlich nicht über die Bootsabmes­sungen hinausragt; hierzu muß allenfalls die Verbindung zum Steuerruder entkuppelt werden;
- die Kollisions- und Bruchgefahr des Servopendelruders beim Manövrieren in Hafen- und Schleusenanlagen wird so gut wie völlig verhindert, weil sich alle bruchgefährdeten Teile bei hochgeschwenktem Servopendelruder weit oberhalb der Wasserlinie und damit im Blickfeld des Rudergängers befin­den;
- beim Einsatz an Segelbooten, die zeitweise von Hand gesteu­ert werden, kann der zusätzliche Strömungswiderstand des Servopendelruders leicht beseitigt werden - außerdem wird bei Fahrten unter Motor jegliche Belastung des Servopendel­ruders durch den stark und häufig pulsierend strömenden Schiffsschraubenstrom unterbunden;
- in allen Gefahrensituationen, wie unklar gekommenen Segeln, bei Mann-über-Bord-Manövern u.a. kann eine Bruchgefährdung des Servopendelruders einerseits oder eine Beschädigung von Sachen oder Verletzung von Personen andererseits durch die schnelle Hochholmöglichkeit des Servopendelruders vermieden werden;
- sobald die Servosteuerung wieder in Betrieb genommen werden soll um die Steuerung des Bootes zu übernehmen, ist dies mit einem einzigen zusätzlichen Handgriff möglich, nämlich dem Verschwenken des Servopendelruders aus seiner vertikal nach oben gerichteten Position um 180°, ohne daß es dabei Probleme mit dem Auftrieb des Servopendelruderblattes oder dem Fixieren der Ruderwelle in der richtigen Position gibt
- alle anderen Handgriffe, wie das etwaige Einkuppeln einer Steuerverbindung zwischen dem Servopendelruder und dem Steuerruder sowie das Einstellen des Stellantriebes auf den gewünschten Sollkurs sind auch bei den bekannten Servo­steuerungen erforderlich.

[0007] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Kraftübertrager aus einem ansich bekannten Kegelzahnradge­triebe, bei dem ein Antriebskegelzahnrad koaxial zu der Trä­gerwelle angeordnet ist und mit einem das obere Ende der Ru­derwelle des Servopendelruders bildenden Abtriebskegelzahnrad kämmt. Vorzugsweise ist das Antriebskegelzahnrad in dem von dem Boot fortweisenden Ende der Trägerwelle drehbar gelagert. Durch die Verwendung eines Kegelzahnradgetriebes wird sowohl auf einfache Weise eine Schwenkbarkeit des Servopendelruders um 180° ermöglicht als auch eine vorteilhafte Regelungscharak­teristik der Servosteuerung erzielt. Beides ist grundsätzlich auch dann erreichbar, wenn das Anriebskegelzahnrad bezüglich des Abtriebskegelzahnrades an der der Trägerwelle gegenüber­liegenden Seite angeordnet ist; bei einer Lagerung des An­triebskegelzahnrades am Ende der Trägerwelle werden allerdings günstigere Hebelverhältnisse am Kraftübertrager erzielt. Die Verwendung eines Kegelzahnradgetriebes als Kraftübertrager hat den Vorteil, daß das Servopendelruder nach einem seitlichen Pendelausschlag in seine in Kielrichtung gesehene vertikale Neutralstellung genau in dem Maß zurückgeführt wird, in dem sich der Kurs des Bootes dem Sollkurs wieder nähert. Wenn näm­lich das Antriebskegelzahnrad das Servopendelruderblatt aus seiner parallel zur Kielrichtung sich erstreckenden Neutral­stellung herausdreht und das so angestellte Servopendelruder­ blatt durch vorbeiströmendes Wasser zum seitlichen Schwenken veranlaßt wird, ist mit dem seitlichen Verschwenken ein all­mähliches Zurückdrehen des Servopendelruderblattes in eine pa­rallel zur Kielrichtung sich erstreckende Neutralstellung ver­bunden, ohne daß sich das Antriebskegelzahnrad verstellen muß. Hierdurch ist es möglich, auch mit einer relativ geringen von dem Stellantrieb zur Verfügung gestellten Stellkraft ein für die Kurskorrektur ausreichend starkes Verschwenken auch gegen relativ starken Ruderdruck des Steuerruders zu ermöglichen. Dies ist vor allem bei windabhängig arbeitenden Stellantrieben und achterlichen Winden von großem Vorteil. Wenn sich das Boot dem Sollkurs allmählich wieder nähert, stellt der Stellantrieb das Antriebskegelzahnrad in dessen Neutralstellung wieder zu­rück. Dadurch wird aber auch das Servopendelruderblatt ver­dreht, und zwar - bezüglich des Beginns der Kurkorrektur - in entgegengesetzter Richtung. Hierdurch wird das Servopendelru­derblatt von der anderen Seite angeströmt und relativ schnell in seine in Kielrichtung gesehene vertikale Neutralstellung zurückgeschwenkt. Hierdurch wird ein Übersteuern vermieden. Außerdem kann bei Verwendung eines Kegelzahnradgetriebes als Kraftübertrager das Übersetzungsverhältnis zwischen der Füh­rungsgröße und dem Anstellwinkel des Servopendelruderblattes kleiner als 1:1, vorzugsweise 1:2, gewählt werden. Zusätzlich kann das Übersetzungsverhältnis z. B. mittels längenverstell­barer Hebel den Seegangsverhältnissen entsprechend optimiert werden.

[0008] Zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes, die insbesondere eine gute Justierung der Servosteuerung am Boot sowie ihrer Einzelteile zueinander, einen bestmöglichen Schutz vor Beschädigungen sowie ein hohes Maß an Verwendungsflexibi­lität, einfacher Bauweise und hoher Regelungspräzision gewähr­leisten, sind in weiteren Ansprüchen enthalten.

[0009] Die erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeptionen keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

[0010] Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der beiliegen­den Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bild­lich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinn­voller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1a Ein Boot mit hydrodynamischer Servosteuerung in An­sicht von hinten (Ansicht A gemäß Fig. 2);

Fig. 1b dieselbe hydrodynamische Servosteuerung mit hochge­schwenktem Servopendelruder;

Fig. 2 dieselbe hydrodynamische Servosteuerung in linker Seitenansicht (Ansicht B gemäß Fig. 1a);

Fig. 3 von derselben hydrodynamischen Servosteuerung ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 2;

Fig. 4 von derselben hydrodynamischen Steuerung ein Lager­kopf eines Stellantriebes in perspektivischer Ansicht von vorne (Ansicht C gemäß Fig. 2);

Fig. 5 von demselben Stellantrieb ein Windfahnen-Gegenge­wichtspendel in Ansicht von vorne (Ansicht C gemäß Fig. 2);

Fig. 6a von derselben hydrodynamischen Steuerung ein Lager für die Tragwelle der Halterung am Bootsheck im ver­ tikalen Längsschnitt (Schnitt entlang der Linie VI-IV gemäß Figuren 6b und 6c);

Fig. 6b von demselben Lager eine Ansicht von hinten (Ansicht D gemäß Fig. 6a);

Fig. 6c von demselben Lager eine Ansicht von oben (Ansicht E gemäß Fig. 6a/6b);

Fig. 7a eine mit den Fig. 1 bis 6 im wesentlichen baugleiche, an einem am Bootsheck angeordneten Not- bzw. Hilfsru­der befestigte Servosteuerung in linker Seitenan­sicht;

Fig. 7b dieselbe Servosteuerung in Ansicht von hinten;

Fig. 8 für dieselbe Servosteuerung eine Kraftübertragungs­einheit zwischen dem Servoruder und dem Not- bzw. Hilfsruder als perspektivische Prinzipskizze (aus­schnittsweise);

Fig. 9a von derselben Servosteuerung wie in Fig. 7a/b eine ausschnittsweise Darstellung der Kraftübertragungs­einheit in linker Seitenansicht (wie in Fig. 7a);

Fig. 9b von derselben Kraftübertragungseinheit eine die Bewe­gungsgeometrie darstellende ausschnittsweise Ansicht von oben sowie

Fig. 9c von derselben Kraftübertragungseinheit eine die Bewe­gungsgeometrie darstellende Ansicht von hinten (gemäß Fig. 7b).

[0011] Gemäß Figuren 1a bis 2 und 7a/b ist eine hydrodynamische Ser­vosteuerung 1 am Spiegel 2 eines Bootes 3 von der Mitte nach links versetzt oder mittig mittels einer Halterung 4 festge­schraubt. Die Halterung 4 besteht aus einem am Spiegel 2 mit vier Schrauben festschraubbaren Befestigungssegment 5 und einem mit dem Befestigungssegment 5 in einem frei wählbaren Winkel verschraubbaren Lager 6 zum ortsfesten Lagern einer Tragwelle 7, um die ein Servopendelruder 8 quer zur Kielrichtung K des Bootes 3 in Richtung der Pfeile S1 und S2 schwenkbar gelagert ist und die fernerhin einen Stellantrieb 9 oder 10 sowie einen Kraftübertrager 11 zum Drehen des Servopendelruders 8 trägt.

[0012] Das Servopendelruder 8 weist ein Lagersegment 12, eine Ruder­welle 13 und ein Ruderblatt (Servopendelruderblatt) 14 auf. Das Lagersegment ist bevorzugt ein Leichtmetallgußteil mit zwei axial beabstandeten Lagerbuchsen 15, 15ʹ für die Schwenk­bewegung und mit axial beabstandeten Lagerbuchsen 16, 16ʹ für die Drehbewegung - gemäß Pfeilen D1 und D2 - des Servopendel­ruders 8. Außerdem weist das Lagersegment 12 einen Kraftüber­tragungshebel 17 zur Übertragung der Schwenkbewegung des Ser­vopendelruders 8 mittels Seilzügen 18 oder einer Gelenk/­Schubstangen-Kombination 61 auf die Ruderpinne 19 eines Steu­erruders 20 auf. Die Lagerbuchse 16ʹ für die Ruderwelle 13 wird bevorzugt von einem Verlängerungsrohr 21 des Lagersegmen­tes 12 gehalten, wobei das Verlängerungsrohr mit dem Lagerseg­ment 12 einstückig gebildet oder an diesem starr fixiert sein kann. Die Ruderwelle 13 ist an ihrem oberen Ende mit einem Ab­ triebskegelzahnrad 22 (Fig. 3) drehfest verbunden und kann in seiner Länge am unteren Ende den örtlichen Gegebenheiten des Bootes frei angepaßt werden. Am unteren Ende der bevorzugt hohlen Ruderwelle 13 ist ein Ruderblatthalter 23 befestigt, der seitlich beabstandete großflächige Haltebacken 24, 25 mit bevorzugt etwa kreisförmigen Halteflächen aufweist, zwischen denen das Ruderblatt 14 mittels eines Haltebolzens 26 gehalten und mittels eines Scherbolzens 27 in Position gehalten wird. Hierdurch wird erreicht, daß bei einer Kollision mit Treibgut oder dergleichen der Scherbolzen 27 brechen und das Ruderblatt 14 in Richtung des Pfeiles F nach hinten schwenken kann, so daß das Servopendelruder 8 unbeschädigt bleibt.

[0013] Ein Haltearm 28 ist zwischen den beiden Lagerbuchsen 15 und 15ʹ des Lagersegmentes 12 auf der Tragwelle 7 mittels einer Schraube 29 drehfest fixiert. Der Haltearm 28 ist in Seitenan­sicht, d. h. in einer zur Kielrichtung K parallelen Vertikal­ebene derart gekrümmt, daß sein rohrförmiges freies Ende 30 in Seitenansicht im wesentlichen oberhalb des Abtriebskegelrades 22 des Servopendelruders 8 und in Kielrichtung betrachtet der­artig seitlich versetzt angeordnet ist, daß der Haltearm 28 den Platz für das um etwa 180° hochgeschwenkte Servopendelru­der 8 freiläßt. Bei der dargestellten, bevorzugten Ausfüh­rungsform, bei der der Haltearm 28 an der Tragwelle 7 zwischen den Lagerbuchsen 15 und 15ʹ des Servopendelruders 8 befestigt ist, ist der Haltearm 28 also auch in einer zweiten, quer zur Kielrichtung K sich erstreckenden Vertikalebene derart ge­krümmt, daß der doppelt gekrümmte Haltearm das um etwa 180° hochgeschwenkte Servopendelruder spiralförmig teilweise, d. h. etwa viertelkreisig, umschließt (siehe Fig. 1b). Ein am frei­en Ende des Haltearmes 28 angeordnetes elastisches Element 31 dient als Anschlag für das um 180° hochgeschwenkte Servopen­delruder 8.

[0014] Ein windrichtungsabhängiger Stellantrieb 9 ist am oberen Ende eines in dem Haltearm 28 um seine Achse drehbar gelagerten Tragrohres 32 mit diesem drehfest verbunden. Mittels eines fernbedienbaren Schneckengetriebs 33 oder dergleichen kann das Tragrohr 32 und damit der gesamte Stellantrieb 9 um mindestens 360°, bevorzugt endlos, insbesondere stufenlos in beide Rich­tungen des Pfeiles D3 gedreht werden. Ein Lagerkopf 34 nimmt das obere Tragrohrende auf und ist mittels eines Bolzens 35 an diesem Tragrohrende starr fixiert. Eine bezüglich der Vertika­len bevorzugt bis zu etwa maximal 45° geneigte Lagerfläche 36 des Lagerkopfes 34 lagert über eine zentrische Bohrung 37 und eine Welle 38 ein ausbalanciertes Windfahnenpendel 39, be­stehend aus einer Windfahne 40 und einem Windfahnen-Gegenge­wichtspendel 41; letzteres weist bezüglich der Welle 38 (Dreh­lagerwelle) windfahnenseitig ähnlich geformte und wirkende Haltebacken 42 wie die Haltebacken 24 und 25 am Servopendelru­der 8 auf. Auf der bezüglich der Welle 38 der Windfahne gegen­überliegenden Seite weist das Windfahnen-Gegengewichtspendel 41 ein Gegengewicht 43 und eine Bohrung 44 auf, durch die das Windfahnenpendel 39 in Vertikalstellung mittels eines Bolzens 45 arretierbar ist. Der Bolzen 45 wird durch die Bohrung 44 und eine vertikal unterhalb der Welle 38 im Lagerkopf 34 vor­gesehene Bohrung 46 geschoben. Nocken 47 an der Peripherie der Lagerfläche 36 des Lagerkopfes 34 begrenzen den Schwenkwinkel des Windfahnenpendels 39 im Zusammenwirken mit einem an dem Windfahnen-Gegengewichtspendel 41 hervorstehenden Bolzen 48.

[0015] Zur Übertragung der Pendelbewegung des Windfahnenpendels 39 bei im Winkel zur Sollrichtung an der Windfahne 40 angreifen­dem Wind ist das Windfahnen-Gegengewichtspendel 41 in der Höhe der Welle 38 mit einem in seiner axialen Länge vorgebbaren Hebelarm 49 (siehe Fig. 5), bevorzugt aus Kunststoff beste­hend, versehen. Mit dem freien Ende des Hebelarmes 49 ist eine Schubstange 50 gelenkig verbunden. Die Schubstange 50 er­streckts sich durch den Lagerkopf 34 und das Tragrohr 32 sowie das freie Ende 30 des Haltearmes 28 und verdreht über einen Hebel 51 (Fig. 1a/b) ein koaxial im freien Ende der Tragwelle 8 der Halterung 4 drehbar gelagertes Antriebskegelzahnrad 52. Das Antriebskegelzahnrad 52 hat bevorzugt die halbe Zahnzahl des mit ihm kämmenden Abtriebskegelzahnrad 22 am oberen Ende der Ruderwelle 13 des Servopendelruders 8. Auch die Länge des Hebelarmes 51 kann zur Feineinstellung des Gierwinkels verän­dert werden, indem die Lage des Angriffspunktes der Schubstan­ge 50 entsprechend verändert wird. Ein kappenförmiges Gehäuse 53 aus Kunststoff (Fig. 3) ist über das aus dem Antriebs­kegelzahnrad 52 und dem Abtriebskegelzahnrad 22 bestehenden Kegelzahnradgetriebe geschoben und schützt dieses vor Witterungseinflüssen.

[0016] Die Servosteuerung arbeitet wie folgt:

[0017] Wenn sich das Boot 3 auf Sollkurs befindet, wird das Tragrohr 32 solange um seine Achse gedreht, bis die Windfahne 40 genau in Windrichtung und demzufolge senkrecht steht. In dem in Figuren 1a und 2 (sowie 7a/b) dargestellten Fall kommt der Wind also genau von vorne. Die Übertragungselemente zur Übertragung der Pen­delbewegung des Windfahnenpendels 39 auf das Servopendelruder 8 sind so bemessen, daß in dieser Situation das Servopendelru­der 8 sich parallel zum Windfahnenpendel 39 erstreckt und gleichzeitig das Ruderblatt 14 des Servopendelruders 8 in Kielrichtung K weist und mithin seine Ruheposition einnimmt. In dieser Lage wird das Steuerruder 20, welches das Hauptruder des Bootes 3 (Fig. 1a/b und 2) oder ein Not- bzw. Hilfssteuerruder (Fig. 7a/b) sein kann, mit dem Kraftübertragungshebel 17 des Servopendelruders 8 in eingangs erwähnter Weise verbunden. Eine Abweichung des Bootes 3 von seinem Sollkurs führt nun zu einer Querkomponente der Luftströmung auf die Windfahne 40, wodurch diese in Richtung des Pfeiles S3 oder S4 (Fig. 1a) verschwenkt wird. Diese Schwenkbewegung wird in vorbeschriebe­ner Weise auf das Antriebskegelzahnrad 52 im Sinne einer Dreh­bewegung übertragen, wodurch sich das Ruderblatt 14 des Servo pendelruders 8 in Richtung des Pfeiles D1 oder D2 dreht und folglich mit einer Querkomponente vom vorbeiströmenden Wasser angeströmt und in Richtung des Pfeiles S2 bzw. S1 aus seiner Neutralstellung seitlich verschwenkt wird. Diese Schwenkbewe­gung wird in vorbeschriebener Weise auf das Steuerruder 20 so übertragen, daß es sich in Richtung des Pfeiles D5 bzw. D6 dreht und dadurch das Boot 3 wieder auf Sollkurs zurückbringt.

[0018] Wenn anstelle des windabhängigen Stellantriebes 9 ein kursab­hängiger Stellantrieb 10 in Form eines ansich bekannten, von einem Kompaß gesteuerten Linearmotor 54 mit einer Schubstange 55 verwendet wird, werden Kurskorrekturen in einer dem vorbe­schriebenen Funktionsablauf entsprechenden Weise ausgeführt. Ein ortsfester Lagerbock 56 des Linearmotors 54 ist bevorzugt in einer Bohrung 57 des Lagerkopfes 4 unverlierbar, bevorzugt in Verbindung mit den das Windfahnenpendel 39 fixierenden Bol­zen 55 gesichert. Die Schubstange 55 wirkt dann auf den ent­sprechend verlängerten, das Antriebskegelzahnrad 52 verdrehen­den Hebel 51. Durch diese Parallelanordnung der Schubstangen 50 bzw. 55 für wind- bzw. kursabhängige automatische Servo­steuerung des Bootes wird eine besonders hohe Verwendungsflex­ibilität bei besonders einfacher und gefahrloser Handhabung wie Bruchsicherheit der Anordnung erreicht (Fig. 1a).

[0019] Das Servopendelruder 8 kann jederzeit mittels einer Sorgleine oder dergleichen völlig aus dem Wasser um 180° herausge­schwenkt und an dem Tragrohr 32 in dieser Position gesichert werden. Hierzu ist lediglich die Verbindung zum Steuerruder 20 zu lösen, während an der Verbindung zum Stellantrieb nichts geändert zu werden braucht. Bei diesem Verschwenken um 180° dreht sich das Servopendelruder 8 entsprechend des Übersetz­ungsverhältnisses des Kegelzahnradgetriebes um einen bestimm­ten Winkel, d. h. im Ausführungsbeispiel um einen Winkel von 90° (gemäß Fig. 1b).

[0020] Eine für jede Heckform geeignete Halterung 4 sollte stufenlos winkelverstellbar sein. Hierzu weist (bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1, 2 und 6) das Befestigungssegment 5 an beiden seitlich beabstandeten halbkreisigen Segmenten 5ʹ auf einem Kreisbogen liegende Langlöcher 5ʺ auf. Durch diese greifen Schraubbolzen 6ʹ, die mittels entsprechender Gewinde 6ʺ im Lager 6 festziehbar sind. Das Lager 6 weist eine Boh­rung 7ʹ zur Aufnahme der Tragwelle 7 auf, die über eine dazu rechtwinklige Bohrung 7ʺ und einen entsprechenden Bolzen fixierbar ist. Durch Drehen des Lagers 6 um 180° (um die Trag­welle 7) kann der Verstellwinkelbereich noch vergrößert wer­den.

[0021] Eine senkrecht zur Tragwelle 7 angeordnete Durchgangsbohrung 58 im Lager 6 ermöglicht das Durchschieben einer sich horizon­tal erstreckenden Rohrstrebe 59 oder dergleichen an deren En­den sich Umlenkblöcke 60 für die Seilzüge 18 befinden können, so daß die Servosteuerung 1 eine leicht montierbare, voll­ständige Kompakteinheit darstellt.

[0022] Als weiterhin bevorzugte Alternativausführungsform der Erfin­dung kann die Schwenkbewegung des Servopendelruders auch auf eine Kolben/Zylinder-Einheit wirken, die Kurskorrekturaus­schläge des Steuerruders 20 auf hydraulischem Wege ermöglicht. Außerdem kann die Servosteuerung ein eigenständiges, vom Steuerruder des Bootes völlig unabhängiges Steuerruder aufwei­sen, das von dem Servopendelruder in ähnlicher Weise wie das Steuerruder 20 oder wie bei anderen auf dem Markt befindlichen hydrodynamischen Servosteuerungen für Boote betätigt wird.

[0023] Die erfindungsgemäße Servosteuerung besteht nur aus wenigen Teilen und weist ein besonders geringes Gewicht auf, das zu­dem durch den Auftrieb des Ruderblattes 14 noch weiter verrin­gerbar ist.

[0024] Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 bis 9 wird die Servo­steuerung an einem am Bootheck angehängten Not- oder Hilfs­steuerruder 20 befestigt, auf das die Kraftübertragung der Servosteuerung erfolgt. Dadurch entsteht eine - auch nachrüst­bare - Einheit, die vor allem bei relativ weit vorne ange­brachtem Hauptruder des Bootes, wie z.B. bei Langkielern, verbes­serte Selbststeuereigenschaften ermöglicht und störende Seil­verbindungen zur Hauptruderpinne vermeidet. Eine derartige an sich bekannte Anordnung hat bei der erfindungsgemäßen Servosteuerung den Vorteil, daß sie auch in küstennahen Berei­chen, wo die Selbststeuerung häufiger ein- und ausgekuppelt wird, erheblich besser als bekannte Selbststeuerungen handhab­bar und mit ihr manövrierbar ist, weil das verletzungsgefähr­dete Servopendelruder bei Nichtbedarf einfach aus dem Wasser um 180° nach oben geklappt wird, so daß nur noch arretierbare und vergleichsweise verletzungsunempfindliche Not- und Hilfs­steuerruder 20 sich im Wasser befindet und dabei die für der­artige Not- und Hilfssteuerruder bekannten Vorteile, wie Nut­zung als Notruder und Verbesserung der Manövriereigenschaften des Bootes beibehält.

[0025] Bei der bevorzugten in Kielrichtung gesehenen, seitlich ver­setzten Anordnung (Fig. 7b) des Servopendelruders 8 bezüglich des Steuerruders 20 kann die Bautiefe der Servosteuerung fast ebenso gering gehalten werden, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 6, weil die Tragwelle 7 in ein bevorzugt als Gußteil ausgebildetes Lager 6 der Halterung 4 seitlich neben einem Tragrohr 69 einsteckbar und solide befestigbar ist, zu­mal der Durchmessers des Tragrohres 69 relativ groß, z.B. 100 mm groß ist.

[0026] Eine weitere Bautiefenverringerung wird dadurch möglich, daß das freie Kraftübertragungsende 62 des Kraftübertragungshebels 17 des Servopendelruders 8 nach hinten versetzt angeordnet ist - im Ausführungsbeispiel in Form eines sich auch optisch und platzmäßig gut einfügenden Kreissegmentes. Hierdurch werden günstige Hebelverhältnisse an der Ruderpinne 19 erzielt (Fig. 7 und 9).

[0027] Wenn die Ruderpinne 19 vom, vorzugsweise vierkantigen, Kopf 70 des Steuerruders 20 abnehmbar, insbesondere oben abziehbar, ist, wird hierdurch das Servopendelruder sehr schnell und problemlos vom Steuerruder 20 entkoppelbar und im Bedarfsfalle eine in der Zeichnung nicht dargestellte Notpinne auf den Kopf 70 aufsetzbar, wobei eine gute Kraftübertragung gewährleistet ist.

[0028] Eine sehr präzise Kraftübertragung zwischen dem seitlich schwenkenden Kraftübertragungshebel 17 des Servoruders 8 und der Ruderwelle des Steuerruders 20 bzw. deren Ruderpinne 19 ist mittels einer Gelenk/Schubstangen-Kombination 61 möglich, deren allgemeine Funktion und Bewegungsgeometrie prinzipiell in Fig. 8 dargestellt ist.

[0029] Als besondes präzise, elegant und wirkungsvoll hat sich die Gelenk/Schubstangen-Kombination 61 gemäß Fig. 7 und 9 erwiesen. Eine derartige Kraftübertragung ist auch für solche gattungsgemäßen Servosteuerungen geeignet, bei denen das Ser­vopendelruder nur in einem vergleichweise kleinen Winkelbe­reich schwenkbar ist. Diese Kraftübertragungseinheit ermög­licht es auch, die verschiedenen Ruderausschläge ohne fremde Hilfsmittel auf natürliche Weise auf bestimmte Maximalwerte zu beschränken, was nachfolgend erläutert wird:

[0030] Der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 9a bis 9c anstelle einiger Bauelemente selbst lediglich sie dar­stellende strichpunktierte Linien eingezeichnet. Ebenso sind die Bewegungslinien der mit Kreisen dargestellten Kugelmittel­punkte für die gesamten Schwenkbereiche angegeben. Aus Fig. 9b ist ersichtlich, daß aufgrund der dort gewählten Hebelverhält­ nisse und gegenseitigen Anordnung der Gelenkkugeln 63 und 64 der Ruderausschlag des Steuerruders 20 auf 40° zu beiden Sei­ten der Neutralstellung beschränkt ist, wobei in der darge­stellten speziellen Ausführungsform das Servopendelruder in den Extremlagen des Steuerruders 20 nicht mehr als 30° aus der neutralen Vertikalstellung zur Seite geneigt ist (Fig. 9c).

[0031] Die Gelenkkugeln 63 und 64 sind am Kraftübertragungsende 62 des Kraftübertragungshebels 17 bzw. am freien Ende der Ruder­pinne 19 vorzugsweise starr befestigt und mit ausreichendem Spiel und Drehmöglichkeiten um alle drei Raumachsen in Gelenk­pfannen 66 bzw. 67 der Gelenk/Schubstangen-Kombination 61 der Schubstange 65 gelagert. Der Zusammenbau und das Einstellen eines bestimmten Lagerspieles wird dadurch möglich, daß die Schubstange 65 aus vier Gelenkpfannensegmenten 68 besteht, die an einem, in der Zeichnung aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten, zentralen Befestigungsblock festschraub- und dadurch miteinander verbindbar sind.

Bezugszeichenliste:

[0032] 

1 Servosteuerung

2 Spiegel

3 Boot

4 Halterung

5 Befestigungssegment

5ʹ Segmente

5ʺ Lagerböcke

6 Lager

6ʹ Bolzenschraube

6ʺ Gewinde

7 Tragwelle

7ʹ Bohrung

7ʺ Bohrung

8 Servopendelruder

9 Stellantrieb

10 Stellantrieb

11 Kraftübertrager

12 Lagersegment

13 Ruderwelle

14 Ruderboot

15,15ʹ Lagerbuchse

16,16ʹ Lagerbuchsen

17 Kraftübertragungshebel

18 Seilzüge

19 Ruderpinne

20 Steuerruder

21 Verlängerungsrohr

22 Abtriebskegelzahnrad

23 Ruderblatthalter

24 Haltebacke

25 Haltebacke

26 Haltebolzen

27 Scherbolzen

28 Haltearm

29 Schraube

30 freies Ende

31 elastisches Element

32 Tragrohr

33 Schneckengetriebe

34 Lagerkopf

35 Bolzen

36 Lagerfläche

37 Bohrung

38 Welle

39 Windfahnenpendel

40 Windfahne

41 Windfahnen-Gegengewichtspendel

42 Haltebacken

43 Gegengewicht

44 Bohrung

45 Bolzen

46 Bohrung

47 Nocken

48 Bolzen

49 Hebelarm

50 Schubstange

51 Hebel

52 Antriebskegelzahnrad

53 Gehäuse

54 Linearmotor

55 Schubstange

56 Lagerbock

57 Bohrung

58 Durchgangsbohrung

59 Rohrstrebe

60 Umlenkböcke

61 Gelenk/Schubstangen-­Kombination

62 Kraftübertragungsende

63 Gelenkkugel

64 Gelenkkugel

65 Schubstange

66 Gelenkpfanne

67 Gelenkpfanne

68 Gelenkpfannensegmente

69 Tragrohr

70 Kopf

A Ansicht

B Ansicht

C Ansicht

D Ansicht

E Ansicht

F Pfeil

K Kielrichtung

S1 Pfeil

S2 Pfeil

S3 Pfeil

S4 Pfeil

D1 Pfeil

D2 Pfeil

D3 Pfeil

D4 PFeil

D5 Pfeil

D6 Pfeil

Ansprüche

1. Hydrodynamische Servosteuerung (1) für Boote (3) mit

a) einer am Bootsheck angeordneten Halterung (4),

b) einem um eine an der Halterung (4) angeordnete Tragwel­le (7) quer zur Kielrichtung (K) schwenkbaren Servopen­delruder (8) mit einer quer zur Kielrichtung (K) sich erstreckenden drehbaren Ruderwelle (13), bei dem ein Kraftübertrager (11) wie ein Kegelzahnradgetriebe (22, 52) oder gelenkig verbundene Hebel, am oberen Ende der Ruderwelle (13) angeordnet ist und ein Stellantrieb (9; 10) zum Drehen des Servopendelruders (8) von der Halterung (4) gehalten wird und oberhalb des Kraftüber­tragers (11) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß

c) die Ruderwelle (13) bezüglich ihrer in Kielrichtung (K) vertikalen Grundstellung in einer Schwenkrichtung (S1) um etwa 180° schwenkbar ist und

d) ein etwa vertikal angeordnetes Tragelement des Stellan­triebes (9; 10), wie ein Tragrohr (32) oder eine Trag­stange, mittels eines Haltearmes (28) derart an der Halterung (4) befestigt ist, daß der Haltearm (28) den Platz für das um etwa 180° hochgeschwenkte Servopendel­ruder (8) freiläßt.

2. Servosteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltearm (28) an der Tragwelle (7) befestigt und derart in zwei Ebenen gekrümmt ist, daß er das um etwa 180° hochgeschwenkte Servopendelruder (8) teilweise, ins­besondere schraubenförmig, umschließt.

3. Servosteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Kraftübertrager (11) ein Kegelzahnradge­triebe ist, bei dem ein Antriebskegelzahnrad (52) koaxial zu der Tragwelle (7) angeordnet ist und mit einem das obere Ende der Ruderwelle (13) bildenden Abtriebskegel­zahnrad (22) kämmt.

4. Servosteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebskegelzahnrad (52) in dem von dem Boot (3) fortweisenden Ende der Tragwelle (7) drehbar gelagert ist.

5. Servosteuerung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Kegelzahnradgetriebe untersetzt ist, insbesondere das Untersetzungsverhältnis 1:2 beträgt.

6. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Stellantrieb (9; 10) und dem Antriebskegelzahnrad (52) veränderbar ist.

7. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekenn­zeichnet durch ein das Kegelzahnradgetriebe umschließendes Gehäuse (53).

8. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Servopendelruder (8) einen Ruder­blatthalter (23) mit seitlich beabstandeten Haltebacken (24, 25), einem Haltebolzen (26) und einem Scherbolzen (27) für sein Ruderblatt (14) aufweist.

9. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltearm (28) an seinem freien En­de (30) als rohrförmiges Lager zur drehbaren Aufnahme des Tragrohres (32) des Stellantriebes (9) aufweist.

10. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekenn­zeichnet durch ein am freien Ende (30) des Haltearmes (28) angeordnetes Schneckengetriebe (33) zum stufenlosen Ver­drehen des Stellantriebes (9) um eine etwa vertikale Achse.

11. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekenn­zeichnet durch ein am freien Ende (30) des Haltearmes (28) angeordnetes elastisches Element (31) als Anschlag für das vertikal hochstehende Servopendelruder (8).

12. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekenn­zeichnet durch einen vertikal am Tragrohr (32) angeordne­ten kompaßkursabhängigen Stellantrieb (10).

13. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus einem am Spiegel (2) des Bootes (3) festschraubbaren Befestigungsegment (5) und einem bezüglich des Befestigungssegmentes (5) entlang ei­nes Kreisbogens stufenlos verschwenkbaren, mittels eines ein Führungselement für das Verschwenken bildenden Bolzens (6ʹ) fixierbaren Lager (6) für die Tragwelle (7) besteht.

14. Servosteuerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (6ʹ) bezüglich der Erstreckungsrichtung der Tragwelle (7) unsymetrisch angeordnet sind und das Be­festigungssegment (5) und das Lager (6) in zwei um 180° gegeneinander versetzten Grundstellungen miteinander ver­schraubbar sind.

15. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekenn­zeichnet durch eine horizontal und bezüglich der Kielrich­tung (K) rechtwinklig angeordneten Durchgangsbohrung (58) in der Halterung (4).

16. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein von dem Servopendelruder (8) gesteuertes Steuerruder aufweist.

17. Servosteuerung anch einem der Ansprüche 1 bis 16, gekenn­zeichnet durch eine durch einen Kraftübertragungshebel des Servopendelruders (8) verstellbare Kolben/Zylinder-Einheit für die Steuerruderbetätigung.

18. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Servopendelruder (8) an einem am Bootsheck angeordneten Steuerruder (Not- bzw. Hilfssteuer­ruder) (20) befestigt ist.

19. Servosteuerung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Servopendelruder (8), in Kielrichtung (K) gesehen, hinter dem Steuerruder (20) seitlich versetzt angeordnet ist.

20. Servosteuerung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekenn­zeichnet, daß das (freie) Kraftübertragungsende (62) des Kraftübertragungshebels (17) bezüglich der bootszuge­wandten Lagerbuchse (15) nach hinten versetzt angeordnet ist.

21. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruderpinne (19) vom Kopf des Steu­erruders (20) abnehmbar ist.

22. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, da­durch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung vom Servo­ruder (8) auf das Steuerruder (20) mittels einer Gelenk/­Schubstangen-Kombination (61) erfolgt.

23. Servosteuerung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenk/Schubstangen-Kombination (61) aus je einer am freien Ende der Ruderpinne (19) und am Kraftübertra­gungsende (62) des Servoruders (8) befestigten Gelenkkugel (63 und 64) sowie einer Schubstange (65) mit zueinander verdreht an den Schubstangenenden angeordneten Gelenk­pfannen (66 und 67) für die Gelenkkugeln (63 bzw. 64) be­steht.

24. Servosteuerung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstange (65) aus mindestens drei miteinander verbindbaren Gelenkpfannensegmenten (68) besteht.

Zeichnung