Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Schiffes und eine Steuerungsanordnung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beziehungsweise 6 näher definierten Art.

Beispielsweise sind für Schiffe innenbordseitige und außenbordseitige Antriebssysteme bekannt. Ein innenbordseitiges Antriebssystem besteht aus einem Motor, der in dem Schiffsrumpf angeordnet ist. Eine Antriebswelle ist über ein Untersetzungsgetriebe mit dem Motor verbunden, wobei die Antriebswelle durch den Schiffsrumpf geführt ist und am Ende einen antreibbaren Propeller zum Antrieb des Schiffes aufweist. Der Propeller strömt ein Ruder an. Das Ruder wird über eine Steuerungsanordnung zum Ausführen von gewünschten Manövern angesteuert, wobei üblicherweise mehrere Ruder, z.B. bezogen auf die Längsachse des Schiffes ein steuerbordseitig angeordnetes Ruder und ein backbordseitig angeordnetes Ruder, vorgesehen sind.

Beispielsweise ist eine hydraulische Steuerungsanordnung für Schiffe bekannt, welche einen Hydraulikzylinder umfasst, der mit einem Ruderstock eines ersten Ruders zum Einstellen eines gewünschten Steuerwinkels verbunden ist. Der Ruderstock des ersten Ruders ist über eine Verbindungsstange mit einem Ruderstock des zweiten Ruders verbunden, so dass die beiden Ruder immer die gleiche Steuerbewegung ausführen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass dadurch hohe hydrodynamische Kräfte an den Rudern auftreten und somit auch ein höherer Widerstand im Wasser erzeugt wird.

Eine mechanische Steuerungsanordnung bei einem Schiff ist beispielsweise aus der Druckschrift GB 457 051 bekannt. Die bekannte Steuerungsanordnung dient zur gleichzeitigen Ansteuerung von drei Rudern, wobei ein zentrales Ruder, ein backbordseitiges Ruder und ein steuerbordseitiges Ruder vorgesehen sind. Die Ruderstöcke der einzelnen Ruder sind über eine gemeinsame Verbindungsstange betätigbar. Nachteilig bei dieser bekannten Steuerungsanordnung ist es, dass das Verhältnis zwischen den Steuerwinkeln der einzelnen Ruder nicht in Bezug auf die Geschwindigkeit des Schiffes verändert werden kann. Zudem sind mit jedem Schiffsrumpf individuelle Seetests und entsprechende Auswertungen zur Einstellung der Steuerungsanordnung erforderlich.

Ferner ist auch eine elektronisch ansteuerbare Steuerungsanordnung als so genanntes Steer-by-Wire-System bekannt. Bei diesem System wird die mechanische oder hydraulische Verbindung zwischen dem Steuerrad und den Rudern durch eine elektronische Steuereinrichtung und durch ein entsprechendes Netzwerk ersetzt. Die elektronische Steuereinrichtung empfängt Signale von einem Sensor, der die Position des Steuerrades erfasst und in entsprechende Ausgangssignale umwandelt, um den elektrischen Aktuator jedes Ruders anzusteuern, der mit dem Ruder gekoppelt ist, um einen entsprechenden Steuerwinkel einzustellen. Die Steuerungsanordnung kann vorzugsweise bei Schiffen mit einem Schiffsrumpf zur Gleitfahrt eingesetzt werden, wobei wenigstens zwei innenbordseitige Antriebssysteme verwendet werden, wobei ein erstes an der steuerbordseitig und ein zweites an der backbordseitig des Schiffes angeordnet sind.

Beispielsweise aus den Druckschriften US 7 033 234 B2, US 2008 0 171 479 A1 und WO 2008/ 030 149 A1 sind Steuerungsanordnungen für Schiffe und Verfahren zum Steuern der Schiffe bekannt, welche das so genannte Ackermann- Verfahren verwenden. Die genannten Druckschriften beziehen sich nur auf außenbordseitige Antriebssysteme, welche außerhalb des Schiffsrumpfs angeordnete Antriebseinrichtungen in Form von drehbaren Propellerantriebsanordnungen umfassen, welche je nach Steuerwinkel eine Antriebskraft in eine gewünschte Richtung erzeugen. Die Steuerungsanordnungen umfassen elektronische Steuereinrichtungen, welche den Steuerwinkel der drehbaren Propellerantriebsanordnungen einstellen. Die elektronisch angesteuerten Steuereinrichtungen können im Rahmen der Ackermann-Korrektur den Steuerwinkel an die Geschwindigkeit des Bootes und den Schiffsrumpf mit unterschiedlichen Eigenschaften durch Veränderungen der Softwareparameter anpassen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Steuern eines Schiffes und eine Steuerungsanordnung für ein Schiff der eingangs beschriebenen Gattungen vorzuschlagen, mit denen eine verbesserte Ansteuerung ermöglicht wird, so dass der Fahrkomfort erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 beziehungsweise 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und den Zeichnungen.

Demnach wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Steuern eines Schiffes gelöst, bei dem der Steuerwinkel zumindest eines backbordseitig angeordneten Ruders und bei dem der Steuerwinkel zumindest eines steuerbordseitig angeordneten Ruders mittels einer elektronischen Steuereinrichtung zum Ausführen eines Manövers eingestellt wird, wobei der jeweilige Steuerwinkel der Ruder in Abhängigkeit des während des Manövers ermittelten Rollwinkels des Schiffes eingestellt wird. Somit kann der Rollwinkel des Schiffes als zusätzliche Eingangsgröße zum Ermitteln der optimalen Relativposition der Ruder verwendet werden. Folglich kann während des Steuermanövers der Rollwinkel des Schiffes begrenzt und somit auch der Widerstand des Schiffes reduziert werden.

Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Steuerwinkel des bei einer Kurvenfahrt außenliegenden Ruders während des Manövers reduziert wird, wenn die Geschwindigkeit des Bootes oberhalb der Gleitgeschwindigkeit und der Rollwinkel des Schiffes oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegen. Durch die Reduzierung des Steuerwinkels bei dem bezogen auf die Kurvenfahrt des Schiffes außenliegenden Ruders kann das auf das Ruder wirkende Moment erheblich reduziert werden. Ferner kann durch die Verringerung des Steuerwinkels insgesamt eine höhere Kurvengeschwindigkeit erreicht werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Steuerwinkel des äußeren Ruders derart reduziert wird, dass sichergestellt wird, dass der Rollwinkel des Schiffes wieder unterhalb eines festgelegten Grenzwertes absinkt. Gleichzeitig wird dadurch die mechanische Belastung auf das Steuerrad reduziert und somit auch ein unnötiger Widerstand an dem Steuerrad vermieden beziehungsweise verringert.

Vorzugsweise kann der Steuerwinkel des bezogen auf die Kurvenfahrt äußeren Ruders nur bis zu einem vorbestimmten minimalen Wert abgesenkt werden. Dadurch wird in vorteilhafter weise sichergestellt, dass der benötigte Kurvenradius beziehungsweise Wendekreis des Schiffes immer unter einem vorbestimmten maximalen Wert bleibt.

Das vorgeschlagene Verfahren zum Steuern eines Schiffes kann bevorzugt bei einem Schiff zum Einsatz kommen, dass zumindest zwei innenbordseitige angeordnete Antriebssysteme verwendet, welche jeweils Propeller antreiben, die jeweils dem backbordseitig angeordneten Ruder beziehungsweise dem steuer- bordseitig angeordneten Ruder zugeordnet sind. Es ist auch möglich, dass weitere Antriebssysteme und entsprechend zugeordnete Ruder verwendet werden. Ebenso ist es möglich, dass das vorgeschlagene Verfahren bei einem Schiff mit außen- bordseitig angeordneten Antriebssystemen verwendet wird, wobei dann die elektronische Steuereinrichtung jeweils direkt die drehbare Propellerantriebsanordnung ansteuert, um die jeweiligen Steuerwinkel einstellen zu können.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Steuerungsanordnung für ein Schiff mit zumindest einem backbordseitig angeordneten Ruder mit zumindest einem steuerbordseitig angeordneten Ruder und mit zumindest einer elektronischen Steuereinrichtung zum Einstellen der jeweiligen Steuerwinkel der Ruder über zumindest einen Aktuator zum Ausführen eines Manövers gelöst, wobei die elektronische Steuereinrichtung zumindest mit einem Tachometer oder dergleichen zum Ermitteln der Geschwindigkeit des Schiffes gekoppelt ist, und wobei die Steuersignale zum Ausführen eines Manövers über ein Steuerrad oder dergleichen an die elektronische Steuereinrichtung übermittelt werden. Erfindungsgemäß kann zumindest ein Neigungswinkelsensor oder dergleichen zum Bestimmen des jeweils vorliegenden Rollwinkels des Schiffes als weitere Eingangsgröße vorgesehen sein. Auf diese Weise kann die elektronische Steuereinrichtung sowohl die Eingangssignale von dem Steuerrad, dem Tachometer und auch von dem Neigungswinkelsensor verwenden, um entsprechende Ausgangssignale an die Ruder- Aktuatoren auszugeben, um die gewünschten Steuerwinkel an den Rudern einstellen zu können. Bezogen auf ein Kurvenmanöver des Schiffes kann somit, wenn das Geschwindigkeitssignal des Tachometers eine Geschwindigkeit angibt, die über der Gleitgeschwindigkeit des Schiffes liegt, und der Neigungswinkelsensor einen Wert für den Rollwinkel des Bootes beziehungsweise Schiffes oberhalb eines vorbestimmten Komfortsniveaus angibt, den Steuerwinkel des in der Kurvenfahrt außenliegenden Ruders verringern, bis der Rollwinkel des Schiffes unter ein vorbestimmtes Niveau wieder absinkt.

Bei der vorgeschlagenen Steuerungsanordnung kann vorzugsweise das ebenfalls vorgeschlagene Verfahren zum Einsatz kommen. Es sind jedoch auch andere Ansteuerungsmöglichkeiten denkbar. Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Steuerungsanordnung bei einem Schiff mit zumindest zwei innenbordseitig angeordneten Antriebssystemen vorgesehen sein. Auch hier ist es möglich, dass die Steuerungsanordnung bei Schiffen eingesetzt wird, die außenbordseitig angeordnete Propellerantriebsanordnungen aufweisen, so genannte Pod-Antriebe.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Steuerungsanordnung zum Steuern eines Schiffes; und

Fig. 2 eine Tabelle mit den zusammengefassten Ergebnissen von zwei zu vergleichenden Kurvenfahrten als Manöver eines Schiffes.

In Figur 1 ist eine mögliche Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Steuerungsanordnung für ein Schiff nur schematisch dargestellt, so dass die vereinfachte Ansicht nicht sämtliche Bauteile explizit zeigt. Das Schiff weist einen Schiffsrumpf 1 auf, in dem innenbordseitig nicht weiter dargestellte Antriebssysteme vorgesehen sind. Außenbordseitig ist ein backbordseitig angeordnetes Ruder 2 und ein steuerbordseitig angeordnetes Ruder 3 vorgesehen, die zum Einstellen eines gewünschten Steuerwinkels über jeweils zugeordnete Ruder-Aktuatoren 4, 5 betätigt werden. Jedem Ruder-Aktuator 4, 5 ist z. B. jeweils eine elektronische Steuereinrichtung 6, 7 zugeordnet, die jeweils mit einem Steuerrad 8 gekoppelt ist. Es ist jedoch möglich, dass z. B. die Steuereinrichtungen und die Ruder-Aktuatoren sowie weitere Komponenten der Steuerungsanordnung jeweils zu einem Bauteil zusam- mengefasst werden.

Ein vom Fahrer gewünschtes Manöver kann über das Steuerrad 8 als Eingangsignal an die Steuereinrichtungen 6, 7 übermittelt werden. Zudem ist jede Steuereinrichtung 6, 7 mit einem Tachometer 9 gekoppelt. Auf diese Weise können den elektronischen Steuereinrichtungen 6, 7 als Eingangssignale die jeweils aktuelle Geschwindigkeit des Schiffes übermittelt werden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die elektronischen Steuereinrichtungen 6, 7 mit zumindest einem Neigungswinkelsensor 10 gekoppelt sind. Auf diese Weise können den Steuereinrichtungen 6, 7 als weitere Eingangsgröße der jeweils aktuelle Rollwinkel des Schiffes übermittelt werden. Mit dem Rollwinkel wird die jeweilige Bewegung des Schiffes um die Längsachse bezeichnet.

Somit kann die vorgeschlagene Steuerungsanordnung als Eingangssignale unter anderem die Signale des Steuerrads 8, des Neigungswinkelsensors 10 und des Tachometers 9 empfangen, um als Ausgangssignale für die Ruder-Aktuatoren 6, 7 die entsprechenden Steuerwinkel auszugeben. Bezogen auf ein Kurvenmanöver kann die elektronische Steuereinrichtung 6 bzw. 7 des in der Kurvenfahrt außenliegenden Ruders 2 bzw. 3 den Steuerwinkel reduzieren, bis der Rollwinkel des Schiffes unter einen bestimmten Grenzwert wieder absinkt, wenn die Geschwindigkeit des Schiffes über der Gleitgeschwindigkeit und der Rollwinkel oberhalb eines vorbestimmten Komfortniveaus liegt, welches durch entsprechende Eingangssignale des Tachometers 9 und des Neigungswinkelsensors 10 an die elektronischen Steuereinrichtungen 6, 7 übermittelt wird. In Figur 2 ist eine Tabelle mit den zusammengefassten Ergebnissen von zwei Testfahrten #1 , #2 mit einem Schiff mit einem Gleitfahrtrumpf exemplarisch dargestellt. Bei beiden Testfahrten #1 , #2 wird eine Kurvenfahrt von 360° durchgeführt. Bei der Testfahrt #1 wird im Rahmen von bekannten Verfahren und bekannten Steuerungsanordnungen eine parallele Ruderstellung der beiden Ruder 2, 3 vorgesehen. Im Unterschied dazu wird bei der Testfahrt #2 die 360° Kurvenfahrt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahren mit der vorgeschlagenen Steuerungsanordnung derart durchgeführt, dass z. B. bei dem in der Kurvenfahrt außenliegenden Ruder 2 bzw. 3 nur ein halb so großer Steuerwinkel eingestellt wird, als bei dem in der Kurvenfahrt innenliegenden Ruder 2 bzw. 3. Die Geschwindigkeit des Schiffes beträgt bei beiden Testfahrten #1 und #2 zu Beginn 29 Knoten.

Aus der Tabelle ist nun ersichtlich, dass der Wendekreis beziehungsweise der Kurvendurchmesser bei der Testfahrt #2 um etwa 32 % bezogen auf die Testfahrt #1 ansteigt. Die minimale Geschwindigkeit beziehungsweise die Kurvengeschwindigkeit kann bei der Testfahrt #2 während des Manövers um 13 % bezogen auf die Testfahrt #1 erhöht werden. Das auf das innenliegende Ruder 2 bzw. 3 in der Kurvenfahrt wirkende Moment steigt bei der Testfahrt #2 um etwa 16 % gegenüber der Testfahrt #1 an. Mit besonderem Vorteil kann eine wesentliche Verringerung bei dem auf das außenliegende Ruder 2 bzw. 3 wirkende Moment bei der Testfahrt #2 erreicht werden. Bezogen auf die Testfahrt #1 wird das Moment bei dem außenliegenden Ruder 2 bzw. 3 um 60 % bei der Testfahrt #2 reduziert. Durch eine Feineinstellung des Ackermann-Korrekturverhältnisses, d. h., das Verhältnis zwischen den Steuerwinkeln der Ruder 2 bzw. 3, kann eine optimale Anpassung der Eingangsgrößen entsprechend der Schiffswerft und der Benutzerbedürfnisse erhalten werden. Bezuqszeichen

1 Schiffsrumpf

2 backbordseitiges Ruder

3 steuerbordseitiges Ruder

4 Ruder-Aktuator

5 Ruder-Aktuator

6 elektronische Steuereinrichtung

7 elektronische Steuereinrichtung

8 Steuerrad

9 Tachometer

10 Neigungswinkelsensor

#1 erste Testfahrt

#2 zweite Testfahrt