DE154567C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung, durch welche die Schlingerbewegungen von Wasserfahrzeugen, besonders die der größeren Seedampfer, so beeinflußt werden, daß sie ganz oder wesentlich abgeschwächt und nur in langsamem Tempo auftreten. Hierzu wird oder werden ein oder mehrere kreisende Schwungkörper, sogenannte Gyroskope, mit solcher Einlagerung imSchiffskörper benutzt, daß infolge der Schlingerbewegungen des Fahrzeuges durch den kreisenden Körper Kräfte ausgelöst werden, welche die Ausschwingungen des Fahrzeuges abschwächen.

Die Anwendung" von Gyroskopen zur Erhaltung der aufrechten Schwimmlage ist bei Wasservelozipeden bereits bekannt, indessen ist dort der Schwungkörper sowohl mit seiner horizontalen als auch vertikalen Achse fest im Fahrzeug gelagert, so daß die beabsichtigteWirkung nur dadurch eintreten kann, daß mit dem Neigen des Fahrzeuges um die Längsachse zugleich eine Trimmänderung erfolgt, die nicht erwünscht ist und bei längeren Fahrzeugen auch eine viel zu große Kraft erfordert. Da die seitliche Neigung mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit auch nur ein Trimmmoment von bestimmter Größe hervorbringen kann, so hört die Wirkung des fest gelagerten Gyroskopes auf, sobald die der betreffenden Neigungsbewegung entsprechende Trimmänderung erreicht ist. Um nicht auf die Trimmänderung des Fahrzeuges angewiesen zu sein und doch eine kräftige Wirkung des Gyroskopes zu erhalten, wird nach der vorliegenden Erfindung die Aufhängung der Gyroskopschwungkörper so gewählt, daß sie sich mit ihrem bei aufrecht schwimmendem Schiff horizontal oder nach vorn oder hinten etwas geneigt liegenden Rotationsebenen gegen die Längsachse des Schiffes neigen können.

Die Naturerscheinungen, welche der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen, sind in folgender Weise zu erklären:

Wie Fig. ι bis 3 der beiliegenden Zeichnung erkennen lassen, ist ein Gyroskopschwungkörper α in einem kardanischen Ring c aufgehängt, dessen Träger g pendeln kann. Wenn die Achse b des in Pfeilrichtung umlaufenden Schwungkörpers (etwa eines Schwungringes) dadurch aus einer aufrechten Stellung in Fig. 1 in eine geneigte Lage gelangt, daß der pendelnd gelagerte Tragbügel g durch ein Kräftepaar if/£ in die Lage der Fig. 3 eingestellt wird, so entsteht ein zweites Kräftepaar Q Q, welches rechtwinklig zu der Ebene, in welcher das erste Kräftepaar K K wirkt, auf die Achse b des Schwungkörpers α einwirkt und die Achse mit dem letzteren um die zweite kardanische Aufhängeachse d d dreht, also in eine Lage gemäß Fig. 3 bringt. Wohlverstanden entsteht dieses zweite Kräftepaar Q Q sofort, wenn die Achse b sich zu neigen beginnt (Fig. 2). Die Drehung um d d unter dem Einfluß.des Kräftepaares Q Q beginnt also mit der Neigung des Bügels g unter dem Einfluß des Kräftepaares K K oder, mit anderen Worten, es beginnt der kardanische Ring c aus

dem Bügel d hcrauszuschwingen, wenn letzterer sich zu neigen beginnt, vorausgesetzt, daß der Körper α umläuft. Die Richtung- der Neigung der Achse b hängt von der Richtung der Neigung' des Bügels g ab, wechselt also, wenn die Neigung des Bügels wechselt.

Durch die Drehung der Achse b und des Schwungkörpers α um die Achse d d wird nun ein drittes Kräftepaar R R ausgelöst, welches

ίο dem ersten Kräftepaar K K entgegenwirkt (Fig. 3), und somit bestrebt ist, den durch das erste Kräftepaar K K zur Neigung gebrachten Bügel g wieder in dessen Ursprungslag'e Fig'. 1 zurückzuführen.

Die vorstehend erläuterten Naturerscheinungen haben durch den nachbeschriebenen Erfindungsgegenstand praktische Verwendung gefunden.

In einem Wasserfahrzeug ist ein größerer Schwung'körper α in einer kardanischen Aufhäng'ung' untergebracht, und zwar in der AVeise, daß die Drehachse b des Schwungkörpers ο in einem Rahmen c gelagert ist, welcher um eine festliegende, querschiffs gerichtete Achse d d drehbar ist, wie Fig. 4 und 5 erkennen lassen. Wenn nun das Fahrzeug" eine Schlingerbewegung macht, während der Schwungkörper α etwa durch einen Elektromotor in Rotation versetzt wird, so wird durch diese Neigung des Fahrzeuges, welche der vorerwähnten Neigung" des Tragbügels entspricht, durch den umlaufenden Schwungkörper eine Drehung des Rahmens c um die Achse d d veranlaßt (Fig. 6 und 7) und so das vorhin erwähnte Kräftepaar R R ausgelöst, welches der die Neigung des Fahrzeuges bewirkenden Kraft entgegenwirkt. Es wird also die Neigung oder Schlingerbewegung des Schiffes gehemmt oder abgeschwächt.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß zur Erzielung der angestrebten Wirkung der Schwungkörper α sich nicht nur um seine eigene Mittelachse b drehen muß, sondern daß auch diese Achse um eine zweite Achse d d schwingbar sein muß, d. h. daß der Drehkörper in einer kardanischen Aufhängung sich befinden muß; denn würde die Drehachse b des Körpers fest im Schiff angeordnet sein und eine Neigung um die Querachse nur durch eine Trimmänderung der Fahrzeuges entstehen können, so würde, falls die Trimmänderung" wegen zu großen Kraftaufwandes nicht eintritt, auch kein drittes Kräftepaar R R entstehen, welches, wie vorhin erläutert, nur infolge dieser Achsenneigung ausgelöst wird, und es würde an einem Kräftepaar oder an einer Kraft fehlen, welche der Querschiffsneigung bezw. dem Kräftepaar K K entgegenarbeitet.

Andererseits ist es unzweckmäßig, wenn eine zu starke Neigung der Achse b um d d zugelassen wird, und es ist geradezu unzulässig, daß die Achse sich bis in die horizontale Ebene neigen kann, weil dann die beabsichtigte Wirkung ausbleibt, was aus folgender Betrachtung hervorgeht:

Die Ebene, in welcher das dritte Kräftepaar R R wirkt, fällt natürlich immer mit der wechselnden Neigungsebene der Schwungkörperachse b zusammen. Wenn also diese Achse um einen Winkel α gegen die Vertikale geneigt ist, ist die gegen das erste Kräftepaar /C K wirkende Leistung des Kräftepaares R R im Verhältnis von cos α : ι kleiner als in dem Falle, wo die Achse b genau senkrecht steht. Wenn demnach die Achse d horizontal liegt (Fig. 8), also α = 90⁰ und mithin cos α = ο ist, hört die Leistung eines dritten Kräftepaares R R ganz auf, weil dann die Ebene, in welcher das dritte Kräftepaar R R wirkt, horizontal und rechtwinklig zu der Ebene liegt, in welcher das abzuschwächende erste Kräftepaar KK wirkt (Fig. 8). Daher muß, um eine günstige Wirkung zu erzielen, eine Vorkehrung getroffen sein, welche der Neigung des Lagerrahmens c um die Achse d d mit gewisser Kraft derart entgegenwirkt, daß die horizontale Einstellung" der Körperachse b verbindert wird, was durch Puffer besorgt werden kann.' Ferner muß ein Mittel vorhanden sein, welches den Schwung'körper in die aufrechte Lage zurückzubringen strebt. Das kann in einfacher Weise durch eine unsymmetrische Beschwerung" des Rahmens c erreicht werden. Zweckmäßiger erscheint eine Vorkehrung, welche die Neigung des Rahmens durch einen künstlich geschaffenen Widerstand, etwa durch Bremsung, so weit zu hindern sucht, daß der Rahmen von der senkrechten Lage nicht zu weit abweicht. Es können auch beide Hilfsmittel gleichzeitig angewendet werden. Da die mechanischen Hilfsmittel einer solchen Bremsung sehr verschieden sein können, soll die Erfindung nicht auf Benutzung einer besonderen Bremse beschränkt sein. Daher, und weil Bremsen der verschiedensten Art allgemein bekannt sind, ist eine ausführliche zeichnerische Darstellung einer Bremsvorrichtung unterlassen worden. Es ist in Fig. 4 und 6 nur eine unsymmetrische Beschwerung des Rahmens c angedeutet worden. Beispielsweise kann als Bremse ein Katarakt benutzt werden, dessen Kolben in entsprechender Weise mit dem Rahmen c verbunden ist, und je nachdem der Katarakt gesteuert wird, läßt sich eine Bremswirkung von geeigneter Stärke erzielen. Die Bremsvorkehrung soll nicht nur das zu starke Neigen des Lagerralimens c verhindern, sondern auch zu einem Feststellen des Rahmens benutzt werden können, um die hier sonst beabsichtigte Wirkung zeitweise auszuschalten, wenn beispielsweise das Schiff durch

eine besonders hohe Welle stark zur Seite gedrückt worden ist. Denn im allgemeinen wird die neue Einrichtung nur in solchen Abmessungen gebaut werden können, daß sie die gewöhnlichen! Schlingerbewegungen eines Schiffes bei bewegter See abschwächt bezw. verlangsamt, während sie außergewöhnlich starke Querneigungen des Schiffes nicht verhindern kann und in solchen Fällen zweckmäßig ganz ausgeschaltet wird.

Aus den vorstehenden Auseinandersetzungen geht hervor, daß die Wirkung des Schwungkörpers darin besteht, die lebendige Kraft, die in dem schlingernden Schiff vorhanden ist, auf den Schwungkörper zu übertragen, dessen Ausschwingungen durch Bremsungen teilweise vernichtet werden können. Diese Schlingerbewegungen des Schiffskörpers werden auf diese Weise der Abdämpfung durch Bremsung zugänglich gemacht.

Um die gewöhnlichen Schlingerbewegungen größerer Schiffe möglichst energisch zu dämpfen, können mehrere Schwungkörper längsschiffs hintereinander angebracht sein, was noch den Vorteil hat, daß jeder Körper nicht übermäßig groß 'zu sein braucht. Die Körper können unabhängig voneinander oder in zweckmäßiger Weise miteinander verkuppelt sein. In Fig. 9 und 10 ist eine Verkuppelung der querschiffs liegenden Drehachsen d d dreier Schwungkörper durch ein Ketten- oder Seilradgetriebe angedeutet. Jede Achse d d trägt ein Ketten- oder Seilrad e, und die Räder sind durch endlose Ketten oder Seile / verbunden.

Zweckmäßig befindet sich die Drehachse b des mittleren Drehkörpers α in vertikaler Lage, während die Achsen der beiden äußeren Drehkörper nach vorn und hinten etwas geneigt sind, solange sich das Schiff in normaler Lage befindet (Fig. 9). 'Wenn alsdann eine Querneig'ung· des Schiffes eintritt, werden sich alle drei Achsen b um die liegenden Achsen d gleichzeitig drehen und dabei etwa in Lagen geraten, welche Fig. 10 zeigt. Durch die Verkuppelung wird der stark g-eneigte Schwungkörper in seiner Aufrichtung von dem aufgerichteten Schwungkörper unterstützt, wenn dieser sich infolge der Neigungsänderung" des Schiffes nach der anderen Seite neigt. Der stark geneigte Körper wird also mit Sicherheit wieder in seine frühere Lage zurückgebracht.

Die Neigung jeder Körperachse b (von ihrer vertikalen Stellung ausgehend) geht mit zunehmender Winkelgeschwindigkeit vor sich.

Die Verkuppelung soll daher, wenn nötig, auf diesen Umstand Rücksicht nehmen, damit sich die Wirkungen bei Anwendung mehrerer Schwungkörper besser gegenseitig unterstützen. Die Verkuppelung soll dann so sein, daß sich die schon geneigten Schwungkörper in einem größeren . Winkel weiter neigen können als der Schwungkörper mit anfänglich vertikaler Achse. Dies kann durch Anwendung spiralig gestalteter Seil- oder Kettenscheiben, Hebelkombination oder sonstwie geschellen.

Anstatt daß eine Schiffsbewegung die Schwungkörperachse b veranlaßt, sich um die liegende Achse d d zu drehen, kann auch umgekehrt die Schwungkörperachse b so um die liegende Achse d d gedreht werden, daß sie eine Querschiffsbewegung veranlaßt, wozu der Lagerrahmen c mit einer geeigneten Schwungvorrichtung versehen ist. Man kann auf diese Weise ein schiefliegendes Schiff wieder aufrichten oder aufrichten helfen.

Der Umtrieb des Schwungkörpers α läßt sich zweckmäßig durch einen elektrischen Motor, eine Dampfmaschine oder Dampfturbine bewirken, wobei ein Regulator für die Geschwindigkeit und eine Bremsvorrichtung zum schnellen Anhalten angebracht erscheinen.

Claims (6)

Patent-Ansprüche :

1. Einrichtung zur Abschwächung der Schlingerbewegungen von Wasserfahrzeugen mittels eines oder mehrerer drehbarer Schwungkörper, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schwungkörper im Fahrzeug auf einer Achse einer kardanischen Aufhängung angeordnet ist, deren andere Achse querschiffs liegt, so daß der sich drehende Schwungkörper um die querschiffs liegende Achse schwingen und somit um diese Achse die Neigungen seiner Rotationsebene geg'en die Längsachse des Fahrzeuges ändern kann.

2. Eine Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längsschiffs hintereinander angeordneten kardanischen Aufhängungen mehrerer Schwungkörper in dem Sinne miteinander gekuppelt sind, daß ein bei seinem Umlauf sich neigender Schwungkörper das Aufrichten eines anderen geneigten Schwungkörpers unterstützt.

3. EineAusführungsform der Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängungen je zweier Schwungkörper in dem Sinne miteinander gekuppelt sind, daß der stärker geneigte Schwungkörper sich um einen größeren Winkel weiter neigt als der andere Schwungkörper.

4. Eine Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kardanische Aufhängung jedes Schwungkörpers mit einer Vorrichtung versehen ist, welche die Neigung der Drehachse des Körpers bis unter einen rechten Winkel zu der Ebene der Fahrzeugschlingerbewegungen verhindert.

5· Eine Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die kardanische Aufhängung jedes Schwungkörpers mit einer oder mehreren die Neigung des Schwungkörpers derart regelnden Vorrichtungen versehen ist, daß der Schwungkörper während einer Neigung gebremst, in jeder Neigung festgestellt und an einer Neigung verhindert werden kann, welche Regelungen im einzelnen oder in beliebiger Kombination miteinander vorhanden sind.

6. Eine Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regulierung und Breinsung des Umtriebes des oder der kardanisch aufgehängten Schwungkörper vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.