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Querhaupt , an dem ebenfalls ein Kreiselverband angeordnet ist. Dieser Kreiselverband besteht aus zwei Kreiselrahmen C, die um eine gemeinschaftliche, zur Achse der Zapfen al parallele Achse schwingbar sind, sowie aus zwei durch Elektromotoren Gl anzutreibenden Kreiseln H, die an den Rahmen G in derselben Weise angeordnet sind wie die Kreisel E an den Rahmen D. Ausserdem ist an dem Hauptpendel A ein zweites mit starker Dämpfung versehenes Hilfspendel J angeordnet, dessen Schwingungsachse auf der durch den Schwerpunkt des Hauptpendels und die Achse der Zapfen al gelegten Ebene senkrecht steht,
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Winkelgeschwindigkeit wie das Hilfspendel J aber in einander entgegengesetztem Sinne schwingen müssen.
Ausserdem sind sowohl für den Kreiselverband G als auch den Kreiselverband DE die Verhältnisse so gewählt, dass die Drehachsen der Kreisel bei der Mittellage der Hilfspendel mit deren Schwingungsachsen je einen rechten Winkel bilden und dass die Schwerpunkte der Kreiselrahmen samt allen an diesen angeordneten Teilen in die Schwingungsachse der Kreiselrabmen fallen.
Au dem freien Ende eines der Zapfen al ist ein Induktor angeordnet, der aus einem starr mit diesem Zapfen verbundenen mit einer Wicklung a5 versehenen Anker und einem starr mit dem Rahmen C verbundenen Magnetgestelle c2 besteht, in dessen Kraftfeld der Anker liegt. Bei den Schwingungen des Schiffes muss daher in dem Induktor c2 aS eine elektromotorische Kraft entstehen, die der Winkelgeschwindigkeit der zwischen dem Hauptpendel A und dem Rahmen C stattfindenden Relativdrehung proportional ist.
Ferner ist auf der Welle F1 das Hilfspendels F2 ein mit einer Wicklung f3 versehener Anker befestigt, der in einem starr am Hauptpendel A befestigten Magnetgestelle (il'in Über- einstimmung mit dem Hilfspendel F2 schwingen kann, so dass in dem durch den Anker und das Magnetgestell u6 gebildeten Induktor eine elektromotorische Kraft erzeugt wird. die der Winkelgeschwindigkeit des Hilfspendels F2 proportional ist. Die Erregerwicklungen cl
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netz M von konstanter Spannung angeschlossen.
Die beiden Ankerwicklungen n5 und f3 sind durch Vermittlung einer Leitung A'mit der Erregerwicklung pl eines Generators l' von der Bauart einer Gleichstromdynamomaschine in Reihe geschaltet, der in Leonardschaltung auf einen fremderregten 1\1otor (I arbeitet
Ferner ist auf einem der beiden Zapfen (1 ein mit einer Wicklung' 4 versehener Anker befestigt, der in einem an dem zugehörigen Lagerbocke B1 starr befestigten Magnetgestelle 2 bei den Schwingungen des Schiffes in Überelnstimmung mit dem Kahmen ('
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Induktor @1b2 eine der Winkelgeschwindigkeit des Rahmens ('proportionale elektro- motorische Kraft erzeugt wird.
Weiter ist auf der Welle 11 des Hilfspendels J ein mit einer Wicklung 'versehener Anker hefestigt, der in einem starr mit dem Hauptpondel. 4 verbundenen Magnetgestelle a8 in Übereinstimmung mit dem Hilfspendel J schwingen kann, so dass in dem Induktor i3 eine der Winkelgeschwindigkeit des Hilfspende ! s J proportionale elektromotorische Kraft erzeugt wird.
Die Erregerwicklungen b3 und ? der Magnetgestelle und ( s sind durch Leitungen KI (Fig. 2) in ähnlicher Weise wie die
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und i3 sind durch Vermittlung einer Leitung xi mit der Erregerwicklung eines
Generators R von der Bauart einer Gleichstromdynamomaschine in Reihe geschaltet, der
In Leonardschaltung auf einen fremaerregten Motor T arbeitet.
Die Motoren Q und T können dazu benutzt werden, z. B. eine Plattform für ein
Beobachtnngsfernrohr, die in derselben Weise wie das Hauptpendel A am Geschützturme kardanisch gelagert ist, so zu steuer, dass ihre Winkellage durch die Schwingungen des
Schiffes nicht beeinflusst wird. Zu diesem Zwecke ist es nur erforderlich, einerseits den dem Rahmen C entsprechenden Teil der kardanischen Lagerung der Plattform, die man sich etwa durch das Querhaupt a. des Hauptpendels veranschaulicht denken kann, durch den Motor T in Übereinstimmung mit dem Rahmen C und aplererseits die Plattform selbst gegenüber jenem Teile ihrer kardanischen Lagerung durch den Motor Q so zu be- wegen, dass die gegenseitige Winkelstellung beider Teile stets mit der gegenseitigen
Winkelstellung des Hauptpendels A und des Rahmens C übereinstimmt.
Dass mit den Motoren Q und T diese Aufgabe gelöst werden kann, wird im folgenden gezeigt werden.
Bei der Benutzung der beschriebenen Vorrichtung werden die beiden Kreisel E, die gleiche Trägheitsmomente besitzen, durch die Elektromotoren D2, und die beiden Kreisel H, die ebenfalls gleiche Trägheitsmomente besitzen, durch die Elektromotoren G1 in einander
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beiden Kreisel 1 E erzeugten Momente, die stets gleichsinnig sind, parallel zur Schwingungsachse des Hilfspendels F2 gerichtet.
Da die beiden Kreiselrahmen D sich stets in einander entgegengesetztem Sinne mit gleicher Winkelgeschwindigkeit bew ; bn, weichen die beiden Vektoren stets um den gleichen Winkel aber in entgegengesetztem Sinne von der Richtung der Schwingungsachse des Hilfspendels F2 ab, die beiden durch die Kreisel E ausgeübten Momente liefern also ein resultierendes Moment, dessen Vektor stets in die Richtung der Schwingungsachse des llilfspendels F2 fällt, d. h. das resultierende Moment wirkt, in Fig. 1 betrachtet, stets in der Zeichenebene oder einer zu dieser parallelen Ebene.
Das von jedem einzelnen Kreisel ausgeübte Moment ist bekanntlich gleich dem Produkte aus seinem Trägheitsmomente, seiner Winkelgeschwindigkeit und der Winkelgeschwindigkeit des Kreiselrahmens oder, wenn man in üblicher Weise das Produkt aus dorn Trägheitsmomente des Kreisels und seiner Winkelgeschwindigkeit als Drall bezeichnet.
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Hilfspendel@ F2, so übt demnach jeder Kreisel ein Moment von der Grösse A aus. Da die Ausschläge des Hilfspendels F2 wegen der starken D1impfung nnr sebr klein sein können, sind auch flip Winkel. um welche die Vektoren der beiden Kreiselmomente von der Richtung der Schwingungsachse des Hilfspendels F2 abweichen, immer nur sehr klein :
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Natürlich könnte man bei jedem der beiden Kreiselverbände die beiden Kreisel auch durch einen einzigen ersetzen, dessen Drall doppelt so gross ist wie der Drall jedes einzelnen Kreisols Dieser Ersatzkraisel würde ein Moment liefern, dessen Vektor in bezug auf d. is Hauptpendel nicht in eme konstante Richtung fällt, sondern ebenso wie die Vfktoren der einzelnen Kreisel in einer 7ur Drehachse des Kreiselrahmens senkrechten
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lage des Hauptpendels ohne Einfluss. In Betracht kommt für diese nur das der Horizontalkomponente des Vektors entsprechende Moment. Dieses stimmt aber mit dem resultierenden
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fallen.
Schwingt das Hilfspendel . von der positiven Seite der P-Achse ans g-esehen oder-was dasselbe besagt-) D Fig. 1 betrachtet, im Sinne der Uhrzeigerbewegung,
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dieses in dem angegebenen Sinne dreht, so muss daher
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gesetzt werden. Entsprechend ergibt sich, dass
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zu setzen ist, wenn man annimmt, dass als positiv betrachtet wird, wenn das Hilfspendel J, von der positiven Seite der V-Achse aus gesehen, im Sinne der Uhrzeigerbewegung schwingt.
Im folgenden soll nun gezeigt werden, dass die Momente Mu und My in jedem Augenblicke solche Werte annehmen, wie sie zur Aufrechterhaltung der senkrechten Gleichgewichtslage des Hauptpendels A auf dieses ausgeübt werden müssen.
Die Schwingungsbewegungen eines Schiffes im Seegange zerfallen bekanntlich
1. in die Rollbewegung, d. h. in Schwingungen um die längsschiffs verlaufende Schwerachse, die sich in Fig. 5 im Punkte o projiziert,
2. in die Stampfbewegung, d. h. in Schwingungen um die querschiffs verlaufende
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vertikaler Richtung.
Bei Schiffen, die wie Panzerschiffe (für welche die beschriebene Vorrichtung be- stimmt ist) sehr gross und schwer sind, fallen die Tauchschwingungen in der Regel im Verhältnisse zu den Schwingungen der Roll-und Stampfbewegung sehr gering aus ; es können daher in der nachstehenden Untersuchung die Tauchschwingungen, die auch dann, wenn sie von der gleichen Grössenordnung wie die Schwingungen der Roll- und Stampfbewegung wären, nur einen ganz unbedeutenden Einfluss ausüben würden, vollständig vernachlässigt werden.
Auch die Stampfbewegung kann vernachlässigt werden, da sie bei Schiffen der in Frae kommenden Art verhältnismässig unbedeutend ist, jedenfalls nur zu sehr kleinen Drehungen des Schiffes fuhrt, die beim Richten der Geschütze und dgl. kaum besonders störend wirken. Wenn es auch keine Schwierigkeiten machen würde, den Einfluss der Stampfbewegung auszugleichen, so ist doch bei der beschriebenen Vorrichtung hierauf
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Es soll demgemäss bei der folgenden Untersuchung angenommen werden, dass das Schiff nur rollt.
Schiffe, die wie Panzerschiffe ein sehr grosses Trägheitsmoment und ein verhältnis-
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schützturmes kann daher durch denjenigen Winkel a ; beschrieben werden, den in der Ruhelage des Schiffes und des Pendels A die Achse der Zapfen al mit der Schwingungsachse bildet.
Wenn bei den Schwingungen des Schiffes das Hauptpendel A dauernd senkrecht herabhängt, mnss bei beliebiger Winkelstellung des Geschützturmes, der Rahmen 0 der kardanischen Aufhängung im allgemeinen sowohl gegenüber dem Hauptpendel A um die
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Koordinatensystem X Y Z (Fig. 5 und H) angeordnet, dessen Z-Achse beständig vertikal steht und dessen X- und Y-Achse beständig parallel zn den Richtungen sind, welche die längsschiffs bzw. querschiffs verlaufende Schwerachse des Schiffes bei dessen G) eich- gewichtslago einnimmt.
Die Z-Achse fällt Lei der oben gekennzeichneten Bewegung des Pendels A beständig mit dessen durch den Punkt m gehenden Schwerachse zusammen, während die X- und Y-Achse bei der durch den Winkel x beschriebenen Winkelstellung des Turmes B mit den Achsen der Hilfspendel F2 bzw. J. d. h. mit der U-bzw. V-Achse. stets einen Winkel x bilden (Fig. 6).
Es wirken auf das Hauptpendel A ausser der Schwerkraft und den von den beiden Kreiselverbänden ausgeübten Momenten Mu und Mv noch Momente ein. die von den
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'das Gewicht des Hauptpendels A (einschliesslich sämtlicher an ihm angeordneten Teile), @ den Abstand seines Schwerpunktes Yon dem Aufhängepunkte m (vgl. Fig. 7) und @ den Winkel, den die Gerade mb (Fig. 5) mit der Y-Achse bildet.
Ferner ist voraus-
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Das von dem Induktor c auf das Hauptpendel ausgeübte Moment mu ist dem Ausdrucke N i proportional, und zwar ist der Proportionalitätsfaktor, der mit c bezeichnet
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mn=c N i ............ 12) zu setzen, woraus, wenn man für i den durch Gleichung 11) gegebenen Wert einsetzt, folgt :
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Um die vorstehende Gleichung weiter entwickeln zu können, ist zunächst die durch den Winkel # beschriebene Bewegung des Hilfspendeis F2 zu bestimmen.
Auf diese ist ausser der Schwerkraft noch das von dem Induktor a6 f3 ausgeübte Moment und die Be- schleunigung p [vgl. Gleichung 4)] von Einfluss.
Das von dem Induktor ausgeübte Moment hat seinem absoluten Betrage nach den
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hat unter den der Rechnung zugrunde gelegten Annahmen in dem betrachteten Zeitpunkte die induzierte elektromotorische Kratt negativen Sinn. Ist gleichzeitig i positiv, so haben also Strom und elektromotorische Kraft (wie bei einem Elektromotor) entgegengesetzten Sinn ; das von dem Induktor ausgeübte Moment wirkt daher im Sinne der Bewegung des Hilfspendels, ist also beizen angenommenen Bewegungszustande des Hllfspende als positiv zu betrachten. Wechselt eine der Grössen i oder) 1 ihr Vorzeichen, so wechselt gleichzeitig auch das Moment sein Vorzeichen.
Für den Fall der Gleichschaltung der
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Setzt man den vorstehenden Wert von Mv und den durch Gleichung 29) gegebenen Ausdruck für mv in die die zweite Hauptbedingung für die Aufrechterhaltung der Gleich- gewichtslage des Hauptpendels darstellende Gleichung 9) ein, so erhält man,
nachdem man
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ebenso wie diese identisch befriedigt, wenn man entsprechend Gleichungen 23) und 24)
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setzt. Wenn also A'und N'die durch die vorstehenden Gleichungen 30) und 31) bestimmten Werte haben, ist auch die durch Gleichung 9) gegebene zweite Hauptbedingung für die Aufrechterhaltung der senkrechten Gleichgewichtslage des Hauptpendels stets erfüllt, und zwar gleichgiltig, welche Werte !, , oc, und p'haben.
Es kommt also hinsichtlich der Gleichgewichtslage des Hauptpendels weder auf die durch l und ss beschriebene Lage des Aufhängepunktes m (Fig. 5) an noch auf die durch den Winkel a beschriebene Winkelstellung des Geschützturmes, noch auf die durch #0 beschriebene Stärke der Rollbewegung (sofern fpo unterhalb der oben angegebenen Grenze von etwa 100 liegt). Da es auch auf die Grösse von p und p'nicht ankommt, so bleibt die Gleichgewichtslage des Hauptpendels auch aufrechterhalten, wenn man p und p'unendlich gross werden lässt, d. h. es ist hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Gleichgewichtslage des Hauptpendels auch gleichgiltig, ob die Stromkreise a6 f3 N p' und c* ?r'N'geöffnet oder geschlossen sind.
Wie die Gleichungen 23) und 30) zeigen, ist es auch gleichgiltig, ob die Ankerwicklungen a5 und/3 sowie C4 und i3 gleich-oder entgegengesetzt geschaltet sind, wenn nur die Vorzeichen von N und n sowie N' und n' richtig gewählt werden.
Wesentlich ist nur, dass
1. die beiden durch die Gleichungen 17) und 28) bestimmten Resonanzbedingungen erfüllt sind ;
2. für jeden Kreiselverl) and der Umlaufsslnn der Kreise) so gewählt ist, dass bei
Betrachtung des Verbandes von derjenigen Seite aus, von der aus die auf der Hilfspendel- welle angeordneten Kegelradsektoren hinter der Schwingungsachse der Kreiselrahmen liegend erscheinen, der rechts befindliche Kreisel, von oben betrachtet, im Sinne der Uln. zeigerbowegung umläuft ;
3. die Grösse der Umlaufszahl und das Trägheitsmoment der Kreisel so bemessen sind, dass für jeden Kreiselverband der Drall eines einzelnen Kreises den durch die
Gleichungen 24) bzw. 31) bestimmten Wert annimmt, und
4. die Grösseu N und n sowie N' und n' den Gleichungen 23) bzw. 30) genügen.
Da die Gleichgewichtslage des Ilauptpendels auch aufrechterhalten bleibt, wenn die
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ausser Wirksamkeit gesetzt sind. so kann man natürhch, wenn nur Wert darauf gelegt wird, dass das Hauptpendel für sich seine senkrechte Gleichgewichtslage beibehält, auf die Anordnung der Induktoren ganz verzichten.
In diesem Falle kommen nur die Bedingungen zu 1. und 3. in Frage.
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hängt und mit einem zweiten Kreiselverbande von der Anordnung des Kreiselverbandes G H ausrüstet, so könnte dieser Kreise ! verband dazu benutzt werden, um auch den Einfluss der Stampfbewegung auszugleichen. Es würde dies keine Schwierigkeiten machen, da sich die Stampfbewegung nach einem Gesetze derselben Art vollzieht wie die Rollbewegung, die bisher allein in Betracht gezogen ist.
Die vorstehenden Untersuchungen sind unter der Voraussetzung durchgeführt, dass die Schwingungen des Schiffes nach einem genauen Sinusgesetze erfolgen. Die Gleichgewichtslage des Pendels A lässt sich mit der beschriebenen Vorrichtung jedoch auch dann mit grosser Annäherung aufrechterhalten, wenn es sich um Schwingungen komplizierterer Art handelt. Hierauf soll jedoch nicht näher eingegangen werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung der Gleichgewichtslage eines an einem schwingenden Körper aufgehängten Pendels, bei welcher zur Erzeugung des zur Aufrechterhaltung der Gleichgewichtslage auf das Pendel auszuübenden Momentes ein in einem schwingbaren Rahmen gelagerter Kreisel dient und bei welcher für den Kreiselrahmen eine Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, die diesem bei der Gleichgewichtslage des Pendels eine Schwingungsbewegung zu erteilen vermag, die mit der Schwingungsbewegung des Körpers.
an dem das Pendel aufgehängt ist, in Resonanz steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreiselrahmen mit einem gedämpften Rilfspendel in zwanglänfiger Verbindung steht, das mit dem Körper (B j, an dem das Hauptpendel (A) aufgehängt ist, in Resonanz schwingen kann, zum Zwecke, die Aufrechterhaltung der Gleichgewichtslage des
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abhängig zu machen.