[0001] Die Erfindung betrifft eine Hydraulikanlage für ein Schiff gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
[0002] In vielen Fällen werden Schiffe mit verstellbaren Propellern ausgrüstet, die von
einem Motor über ein Getriebe angetrieben werden. Dabei wird für den Betrieb eine
Hydraulikanlage benötigt, um einerseits die Getriebekupplung zu betätigen, und um
andererseits den Verstellpropeller in die jeweils gewünschte Richtung zu verstellen.
[0003] Bekannte Hydraulikanlagen umfassen daher zwei Hydrauliksysteme. Das erste Hydrauliksystem
für das Getriebe ist für die Getriebeschmierung sowie für die Bedienung der üblicherweise
als Lamellenkupplung ausgebildeten Getriebekupplung vorgesehen. Für die Bedienung
des Verstellpropellers wird ein getrenntes zweites Hydrauliksystem benutzt.
[0004] Für das erste Hydrauliksystem mit dem zugeordneten Ölkreislauf und dem ersten Verstellventil
für die Betätigung der Getriebekupplung wird als Ölförderpumpe eine Konstantpumpe
verwendet, welche über eine Welle in Verbindung mit dem Getriebe steht und dauernd
angetrieben ist. Solange die Getriebekupplung nicht über das erste Verstellventil
betätigt wird, fließt das von der Konstantpumpe geförderte Öl über ein Druckbegrenzungsventil
in den gemeinsamen Ölsumpf zurück. Nur bei Betätigung des ersten Verstellventils wird
das von der Konstantpumpe geförderte Öl zum Schalten der Kupplung herangezogen.
[0005] Demgegenüber hat man bisher für das zweite Hydrauliksystem mit dem zweiten zugehörigen
Ölkreislauf zur Bedienung des zweiten Verstellventils des Verstellpropellers als Ölförderpumpe
eine Verstellpumpe eingesetzt. Verstellpumpen werden allgemein als optimal angesehen,
weil sie aufgrund ihrer Wirkungsweise nur dann Öl im Ölkreislauf fördern, wenn das
Verstellventil für den Verstellpropeller betätigt werden muß. Im Ruhezustand, wenn
also das Verstellventil nicht betätigt wird, erfolgt keine Ölförderung, obwohl die
Verstellpumpe über eine Zapfwelle dauernd vom Getriebe angetrieben wird. Da der Verstellpropeller
bzw. das entsprechende zweite Verstellventil vergleichsweise selten betätigt wird,
hat sich bisher aus Gründen der Energieeinsparung der Einsatz einer Verstellpumpe
für den zweiten Ölkreislauf durchgesetzt.
[0006] Der Umstand, daß bei den bekannten Hydraulikanlagen das erste und das zweite Hydrauliksystem
in an sich vorteilhafter Weise aus nur einem gemeinsamen Ölsumpf im Getriebegehäuse
gespeist werden, wodurch ein integriertes Hydrauliksystem gebildet wird, hat in der
Praxis jedoch im Hinblick auf die Betätigung des Verstellpropellers zu Nachteilen
geführt. Der gemeinsame Ölsumpf im Getriebegehäuse führt nämlich dazu, daß Luftblasen
in das in den Ölkreisläufen geförderte Öl gelangt, weil das Öl im Ölsumpf durch ständige
Bewegung eintauchender Zahnräder sowie durch von oben in den Ölsumpf tropfendes Öl
in ständiger Bewegung ist.
[0007] Bei der Konstantpumpe des ersten Ölkreislaufs für die Getriebekupplung sind die Luftblasen
im Öl zwar ohne nachteilige Wirkung, weil der Förderbetrieb der Konstantpumpe durch
die im Öl befindlichen Luftblasen nicht merklich beeinflußt wird, jedoch trifft dies
nicht für die an sich vorteilhafte Verstellpumpe zu. Vielmehr hat sich in der Praxis
gezeigt, daß die Luftblasen im Öl bei der Verstellpumpe aufgrund deren besonderer
Arbeitsweise zu Funktionsstörungen und in Extremfällen sogar zum Ausfall der Verstellpumpe,
z.B. durch Kavitation, führen kann.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung eines gemeinsamen Ölsumpfes
eine Hydraulikanlage für ein Schiff anzugeben, welche trotz Luftblasen im Ölkreislauf
eine sichere Betätigung des Verstellpropellers des Schiffes ermöglicht.
[0009] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei der Hydraulikanlage gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gegebenen Merkmale.
[0010] In neuartiger Weise kommt bei der Erfindung erstmals für die Ölförderpumpe des zweiten
Ölkreislaufs für das dem Verstellpropeller zugeordnete Verstellventil eine Konstantpumpe
zum Einsatz, wie sie auch im ersten Ölkreislauf für die Betätigung der Getriebekupplung
vorgesehen ist. Die Erfindung geht davon aus, daß die Arbeitsweise einer Konstantpumpe
zur Förderung einer konstanten Ölmenge durch Luftblasen im Öl in der Praxis nur vernachlässigbar
beeinflußt wird.
[0011] Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Ausgestaltung des zweiten Verstellventils.
Dieses ist wahlweise wie folgt ausgebildet:
a) als Proportional-Wegeventil mit zwei Arbeitsstellungen und eine einen drucklosen
Umlauf des ÖLs des zweiten Ölkreislaufs ermöglichende Neutralstellung,
b) als Proportional-Wegeventil mit zwei Arbeitsstellungen und einer Sperrstellung,
in welcher der zweite Ölkreislauf über ein auf einen minimalen Druckwiderstand einstellbares
Druckbegrenzungsventil verläuft, oder
c) als Schwarz-Weiß-Wegeventil mit zwei Arbeitsstellungen.
[0012] Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das zweite Feststellventil mit Hilfe
von Steueröl betätigt, wobei dieses Steueröl über eine Steuerölleitung dem ersten
Ölkreislauf entnommen wird.
[0013] Die Erfindung löst auf überraschende Weise den Widerspruch, der darin besteht, daß
zum einen aus Energiegründen die bisherige Verwendung einer Verstellpumpe für das
zweite Verstellventil sinnvoll war, und daß zum anderen der Einsatz einer Konstantpumpe
wegen des Einflusses der Luftblasen im Öl eine sichere Funktionsweise der Pumpe ermöglicht,
obwohl die Konstantpumpe fortdauernd im Betrieb ist und fortdauernd Öl fördert, daß
jedoch aus Gründen der Energieeinsparung eine Konstantpumpe für das Verstellventil
des Verstellpropellers keinen Sinn ergibt.
[0014] Gleichwohl ist die Verwendung einer Konstantpumpe als Ölförderpumpe für den zweiten
Ölkreislauf bei der Erfindung ein Vorteil, der in der besonderen Ausgestaltung des
zweiten Verstellventils zu sehen ist. In der Neutralstellung, also der Ruhestellung,
erfolgt nämlich in neuartiger Weise ein druckloser Umlauf des Öls, so daß der Energiebedarf
für die Konstantpumpe vergleichsweise gering ist. Dies gilt auch für die Alternativen
b) und c), bei denen der Ölkreislauf ebenfalls praktisch drucklos über das einstellbare
Druckbegrenzungsventil verläuft, solange das zweite Verstellventil nicht betätigt
wird. Das Druckbegrenzungsventil 8 wird dabei auf "Null" eingestellt. In der Sperrstellung
bzw. im Aus-Zustand kann - anders als bei der Alternative a) - kein Öl über das betreffende
Ventil fließen , so daß der Ölkreislauf dann über das Druckbegrenzungsventil verläuft.
[0015] Schließlich sieht die Erfindung gemäß einem weiteren Merkmal vor, daß das Steueröl
über eine Steuerölleitung aus dem ersten Ölkreislauf entnommen wird. Dabei wird davon
ausgegangen, daß im ersten Ölkreislauf ein Feinfilter vorgesehen ist, und daß somit
in dem ersten Ölkreislauf sehr sauberes Öl gefördert wird. Diese saubere Öl gewährleistet
eine sichere und zuverlässige Ansteuerung bzw. Aktivierung des zweiten Verstellventils
für den Verstellpropeller.
[0016] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der von der Konstantpumpe
des zweiten Ölkreislaufs zum zweiten Verstellventil führenden Ölleitung ein Grobfilter
angeordnet. Diese Maßnahme führt zu dem Vorteil geringerer Kosten, da Grobfilter weniger
aufwendig und weniger teuer als Feinfilter sind. Für den Betrieb der Konstantpumpe
und die Betätigung des zweiten Verstellventils reicht das grob gefilterte Öl aus,
während das Steueröl, mit welchem die Betätigung des zweiten Verstellventils eingeleitet
wird, erfindungsgemäß dem ersten Ölkreislauf mit dem sauberen Öl entnommen wird.
[0017] Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung
nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- Ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Hydraulikanlage, und
- Fig. 2-4
- jeweils eine Darstellung eines zweiten Verstellventils in unterschiedlichen Betriebsfunktionen.
[0018] Die in Fig. 1 dargestellte Hydraulikanlage für ein Schiff ist zur Betätigung der
Getriebekupplung 20 eines Getriebes 18 sowie zum Verstellen eines von dem Getriebe
18 angetriebenen Verstellpropellers 17 vorgesehen. Der das Getriebe 18 antreibende
Schiffsmotor ist aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnung nicht dargestellt.
[0019] Für die Betätigung der Getriebekupplung 20 ist ein erstes Hydrauliksystem vorgesehen,
welches eine Konstantpumpe 1, ein Feinfilter 2 sowie eine Ölkühler 3 umfaßt, an welchen
sich ein Druckbegrenzungsventil 4 anschließt, wodurch ein erster Ölkreislauf gebildet
wird. In diesem Ölkreislauf wird aus einem im Gehäuse des Getriebes 18 befindlichen
Ölsumpf 12 fortlaufend Öl gefördert. Die Betätigung der Getriebekupplung erfolgt über
ein an den Ölförderkreislauf angeschlossenes Schaltventil 5, welches als Schwarz/Weiß-Ventil
ausgebildet ist. Im geschlossenen Zustand des Schaltventils fließt das von der Konstantpumpe
1 geförderte Öl über das Druckbegrenzungsventil 4 zurück, während bei geöffnetem Schaltventil
5 und bei Betätigung des Schaltventils ein geringerer Anteil des Öls in die Kupplung
20 fließt.
[0020] An dem Druckbegrenzungsventil 4 wird der für die Getriebekupplung 20 erforderliche
Druck eingestellt, und durch Betätigung des Schaltventils 5 wird die Getriebeschaltkupplung
ein- bzw. ausgeschaltet. Die elektrische Ansteuerung des Schaltventils 5 erfolgt durch
eine elektronische Steuereinrichtung 11, durch welche das Schaltventil 5 zur Betätigung
aktiviert werden kann.
[0021] Neben dem soweit beschriebenen ersten Ölkreislauf umfaßt die Hydraulikanlage ein
zweites Hydrauliksystem mit einem zweiten Ölkreislauf für die Betätigung des Verstellpropellers
17. Zu diesem zweiten Ölkreislauf gehören als Ölförderpumpe eine Konstantpumpe 6,
ein Grobfilter 7, sowie ein steuerbares und einstellbares Druckbegrenzungsventil 8.
Parallel zu diesem Druckbegrenzungsventil 8 befindet sich als Verstellventil eine
besondere Ventilanordnung in Form eines Proportional-Wegeventils 9.
[0022] Von dem Proportional-Wegeventil 9 führen eine erste Ölleitung 13 sowie eine zweite
Ölleitung 14 zu einem Verstellzylinder 10. Dieser besitzt in an sich bekannter Weise
eine Stangenseite 15 und eine Kolbenseite 16 und dient zum Verstellen des Verstellpropellers
17.
[0023] Schließlich sind in Fig.1 noch eine Leckölleitung Y des Protortional-Wegeventils
9 sowie eine Leckölleitung L des Druckbegrenzungsventils 8 zu erkennen, die beide
zum gemeinsamen Ölsumpf 12 führen.
[0024] Zur näheren Erläuterung des neuen Proportional-Wegeventils 9 wird nachfolgend auf
Fig. 2 - 4 Bezug genommen, welche jeweils in detaillierter Darstellung die Hydraulikeinheit
19 gemäß Fig. 1 wiedergeben und jeweils unterschiedliche Positionen des Proportional-Wegeventils
9 betreffen.
[0025] Fig. 2 zeigt das Proportional-Wegeventil 9 in seiner Neutralstellung. Das Druckbegrenzungsventil
8 ist auf einen solchen Wert eingestellt, daß das von der Konstantpumpe 6 (vgl. Fig.
1) aus dem gemeinsamen Ölsumpf 12 geförderte Öl den Weg mit dem geringsten Widerstand
über die Ölleitung 21 (Druckleitung) und über die Tankleitung T zurück in den Ölsumpf
12 nimmt. In der Neutralstellung erfolgt somit ein aus Energiegründen vorteilhafter
einfacher druckloser Umlauf des Öls.
[0026] Fig. 3 zeigt das Proportional-Wegeventil 9 in einer ersten Arbeitsstellung zur Betätigung
des Verstellzylinders 10 (vgl. Fig. 1) über die Leitungen 13 und 14. Zu diesem Zweck
wird das Proportional-Wegeventil 9 zunächst über die elektronische Steuereinrichtung
11 sowie über die Steuerölleitung X in der Weise betätigt, daß die in Fig. 3 dargestellte
Arbeitsstellung eingenommen wird. In dieser Arbeitsstellung ist der zuvor beschriebene
drucklose Umlauf des Öls aufgehoben.
[0027] Von der Konstantpumpe 6 wird das Öl vielmehr über die Leitung 21 sowie über die Leitung
13 zur Stangenseite 15 des Verstellzylinders 10 geleitet. Der Öldruck steigt dabei
maximal auf den am Druckbegrenzungsventil 8 eingestellten Wert an. Das auf der Kolbenseite
16 des Verstellzylinders 10 verdrängte Öl fließt über die zweite Ölleitung 14 und
über das durchlässige Proportional-Wegeventil 9 sowie über die Leitung T in den gemeinsamen
Ölsumpf 12 zurück, so daß mit Hilfe des Verstellzylinders 10 der Verstellpropeller
17 in eine erste Richtung verstellt werden kann.
[0028] In Fig. 4 ist die andere, zweite Arbeitsstellung des Proportional-Wegeventils 9 dargestellt,
in welche das Proportional-Wegeventil 9 über die elektronische Steuereinrichtung 11
sowie über die Steuerölleitung X gebracht ist.
[0029] In dieser Arbeitsstellung gelangt das von der Konstantpumpe 6 geförderte Öl über
die Leitung 21 zur Leitung 14, welche zur Kolbenseite 16 des Verstellzylinders führt.
Der Öldruck steigt wiederum maximal auf den am Druckbegrenzungsventil 8 eingestellten
Wert an. Das auf der Stangenseite 15 des Verstellzylinders 10 verdrängte Öl fließt
über die Ölleitung 13, über das Proportional-Wegeventil 9 sowie über die Leitung T
wieder zurück in den gemeinsamen Ölsumpf 12. Somit läßt sich der Verstellzylinder
10 betätigen, um den Verstellpropeller 17 in eine andere Richtung zu verstellen.
1. Hydraulikanlage für ein Schiff, welches mit einem Verstellpropeller versehen ist,
der von einem Motor über ein Getriebe angetrieben wird, wobei die Hydraulikanlage
ein erstes Hydrauliksystem mit einer ersten, als Konstantpumpe ausgebildeten Ölförderpumpe
in einem ersten Ölkreislauf für ein erstes Verstellventil zur Betätigung einer Getriebekupplung
und ein zweites Hydrauliksystem mit einer zweiten Ölförderpumpe in einem zweiten Ölkreislauf
für ein zweites Verstellventil zur Betätigung des Verstellpropellers in zwei Richtungen
umfaßt, und wobei das erste und zweite Hydrauliksystem aus einem gemeinsamen Ölsumpf
im Getriebegehäuse gespeist sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ölförderpumpe eine Konstantpumpe (6) ist, daß das zweite Verstellventil
(9) a) ein Proportional-Wegeventil mit zwei Arbeitsstellungen und eine einen drucklosen
Umlauf des Öls des zweiten Ölkreislaufs ermöglichende Neutralstellung ist, oder b)
ein Proportional-Wegeventil mit zwei Arbeitsstellungen und einer Sperrstellung, in
welcher der zweite Ölkreislauf über ein auf einen minimalen Druckwiderstand einstellbares
Druckbegrenzungsventil (8) verläuft ist, oder c) ein Schwarz-Weiß-Wegeventil mit zwei
Arbeitsstellungen ist, wobei im Aus-Zustand des Schwarz-Weiß-Wegeventils der zweite
Ölkreislauf ebenfalls über ein auf einen minimalen Druckwiderstand einstellbares Druckbegrenzungsventil
(8) verläuft, daß das zweite Verstellventil mit Hilfe von Steueröl betätigt ist und
daß das Steueröl über eine Steuerölleitung (X) aus dem ersten Ölkreislauf entnommen
wird.
2. Hydraulikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verstellventil (9) von einer elektronischen Steuerung (11) ansteuerbar
und aktivierbar ist.
3. Hydraulikanlage nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der von der Konstantpumpe (6) zum zweiten Verstellventil (9) führenden Ölleitung
ein Grobfilter (7) angeordnet ist.