DE1756605A1 - Unterdaempfte passive Schiffsstabilisierungsanlage mit Inaktivierungseinrichtungen - Google Patents

Description

EDUARD LORENZ · BERNHARD SEIDLER · MARGRIT SEIDLER

RECHTSANWÄLTE Bayerisches Oberstes Londesgericht · Oberlandesgericht Manchen · Landgericht·

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. Juni 1968

Sa?ABIIIZATIOir SYSTEI'IS, IHG. 1118 Clinton Street» Hoboken, Hew Jersey 07050, U.S.A.

Unterdämpfte passive Schiffsstabilisierungsanlage nit In-

aktivierungeeinrichtungtn

Mit den Bekanntwerden der in der USA-Patentsohrift Hr. 3 054 373 beschriebenen Grtfhdeätze wurden passive Sohiffastabilieierungsanlagen erstmals von der Industrie praktieoh und Bohließlioh allgemein akzeptiert. Sie Orundpriniipien umfassen einen passiven Tank mit einem VlUssigkeitskurper mit freier Oberfläche, der sich in Abhängigkeit von den Schlingerbewegungen des Sohiffes von einer Seite mir ande-

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ren verschiebt. Die TankflUeeigkeitehöne ist derart eingestellt, daee die Tankeohvankung auf die Bollbevegung dee Schiffe« abgestimmt let. Um Stabilitätsverlust (Erhöhung der Schlingergröße) bei anderen Prequenzen ale der Resonanzfrequenz su vermeiden, ist die Sankgeometrie so ausgelegt, dafi die FlUeeigkeitedurchgänge beträchtlich gedämpft werden, wae notwendigerweise das Stabilieierungamoment in der lähe der Resonanz vemindert. Trotz de« mit diesen früheren Stabilieierungseinriehtungen verbunden Erfolg werden weiterhin Wege aur Yerbeeeerung der Tankvirkeamkeit gesucht» üb kleinere Sänke und geringeres naasigkeitsvolumen ohne Beeinträchtigung der OrUBe des Stabillslsxungsmoaents oder Brhöhung der Änderungen der Deatabilieierung, wenn keine Reeonans vorliegt» Böglioh am naohen.

Mit der vorliegenden Erfindung werden die Stabilieierungseinriohtungen des oben beaobriebenen fype verbessert, indes eine lankgeonetrie vorgesehen wird, die Als faakflUssigkelt in einen unterdtiepften Zustand hält, so daß der Durchtritt von sehr flüssigkeit pro Rollsjklus als sei den oben beeohriebenen Stabilisierungseinrlohtungen ermöglicht wird. Die lankwirksaakeit wird durch Inaktivierungseinriohtungen weiter erhöht, die den Plüeeigkeitskörper bsi bestimmten Seilen des Bollsyklus sinsohlissssa und einen nUeeigkeitedurohtritt verhindern, eo dafl die Zeit verlängert wird, während der den Schiff ein stabilisierendes Moment mitge-

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teilt wird· Bei einer vorbestimmten Zeit in dem Hollzyklus werden die Inaktivierungaeinrichtungen geöffnet» um eine schnelle und im wesentlichen ungedämpfte FlüssigkeitsUbertragung zua anderen Ende des Tanks zu erlauben, um so ein Moment mit geeigneter Phasenverschiebung während der nächsten Hälfte des Rollzyklus su erseugen. Die Inaktivierungseinrichtungen sind durch eine Kreisel-Richtungseinnbestiaaungs- und Kontrolleinheit geregelt» die, wenn gewünscht, die Rollbewegung des Schiffes wahrnehmen und ein Signal ausbilden kann, das die ffelgung des Rollwinkele wiedergibt und diesen Signalwert Bit vorbestimmten Standardwerten vergleicht, wobei aufgrund des Vergleichs Schalter zur Regelung der Inaktivierungseinrichtungen betätigt werden·

Da die geeignete Xankphasenverschiebung durch die Inaktivierungseinrichtungen und nicht durch den inneren Dämpfungskoeffizienten des Tanks geregelt wird, kann die Tankflüssigkeit mit größeren Höhen als der abgestimmten Höhe eingefüllt werden, um größere Momente zu entwickeln, ohne Phasenver-Bohiebungs- oder Stabilitätsverlustsprobleme zu schaffen· Dieser Torteil let wichtig bei der Stabilisierung von schnellrollenden Schiffen, d.h. von Schiffen mit kurzen Rollperioden·

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,

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eine passive Schiffsstabilieierungaeinrichtung au schaffen, die die obigen Vorteile bringt und die dargestellten Probleme löst«

Andere Ziele und Gegenstände der Erfindung werden aus der naohfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung deutlich. Säbel zeigent

Figur 1 eine echematische Sarstellung eines Vertikalquersohnitts duroh einen Schiffsbauoh, der erfindungsgemäß ausgestattet let»

Figur 2a und 2b Horlsontalschnitte der Xankatablllsierungs·

einrichtung längs der Linie 2-2 von Figur 1, wobei die Inaktivierungseinrichtungen in geöffneter und geschlossener Stellung gezeigt sind,

Figur 3 einen Vertikalquerschnltt längs der Linie 3-3,von Figur 2, und

Figur 4 eine Anzahl von Wellenkurven, die den Sohwingungssustand der See, des unstabilisierten und stabilisierten Sohiffes und der Tankflüssigkeit für einen gedämpften Tank und gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.

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Das allgemein ait 10 bezeichnete Schiff ist mit einer erfindungsgemäßen passiven Stabilisierungeeinrichtung 12 ausgerüstet. Der Tank 12 erstreckt sich vorzugsweise zwischen zwei Decks des Schiffes und reicht von einer Seite des Schiffsrumpfes bis zur anderen. In dem dargestellten Beispiel ist der Querschnitt von !Dank 12 im allgemeinen rechteckig und die vorderen und hinteren Dimensionen sowie die QuerdimensioneTi können jeden geeigneten Wert annehmen, in Abhängigkeit von der Massenverteilung und den speziellen Holleigenschaften des Schiffes.

Tank 12 umfaßt einen Vlüsslgkeitekörper, der bis zu einer Höhe vorzugsweise bei oder oberhalb der Höhe eingefüllt ist, bei der die natürliche Schwingung der Tankflüssigkeit mit der natürlichen Bollbevegung des Schiffes abgestimmt ist. Mit der Höhe der Stabilisierungseinrichtung 12, die zwischen Decks des Schiffes 10 angeordnet ist» liegt der Flüssigkeitskörper während aller Teile des Rollzyklus in einem freien Oberfläohenzuetand vor. Sas flüssige Medium kann von jedem geeigneten Typ sein, beispielsweise Vrisohwasser, Seewaeser, Bunkeröl, Brennöl, und gegebenenfalls können spezielle kolloidale Suspensionen sur Erhöhung der Dichte des Mediums verwendet werden.

Gemäß Pigur 2a, 2b und 3 sind für den Tank Inaktivierungs-

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einrichtungen vorgesehen, die die Fähigkeit haben, die BoIlbewegung dee Sohiffee wahrzunehmen und den PlÜsslgkslts- ^:< durchtritt während bestimmter Teile dee Rollsyklusses zn blockieren und während anderer feile dee Rollzyklusses die flüssigkeit für la wesentlichen ungedämpften Durchtritt freizugeben. Die Inaktivlerungseinrichtungen umfassen eine Yielzahl yon hochstehenden Platten oder flössen 14» die drehbar um vertikale Aohaen befestigt sind, die durch vertikale Stäbe 16 gebildet werden» die an der Osoice und am Boden des Tanks gehalten sind. Die Stäbe und Flossen sind an swel Stellen symmetrisch au und auf entgegengesetsten Seiten der Mittellinie dee Sänke angeordnet und von den !Bankenden unter Bildung von Plügeltanka getrennt. His Flatten 14 sind in den Tank 12 zwar nur an swei Stellen angeordnet, wobei zwei flügeltanke und ein Verbindungekanal dazwischen gebildet werden, es ist jedoeh klar» daß der Sank in so viele Abteile wie notwendig oder erwünscht geteilt werden kann, indem zuaätzliohe Zonen oder Stationen von Platten 14 eingebracht werden. Die Platten 14 und die Stäbe 16 sind In der vorderen und der hinteren Richtung über die kurze Abmessung des Tanks ausgerichtet und die Platten sind so dimensioniert, daß sie la allgemeinen Überlappen, wie in figur 2b gezeigt» um den Ortebezirk des Tanks absuechlieesen oder zu inaktivieren. Ss soll klar sein, dass der Versohlufiaufbau jede geeignete Ausbildung, die gewünscht wird,

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haben kann und die dargestellte Anordnung der Platten und Stäbe lediglich ein AusfUhrungsbeispiel darstellt.

Jeder Satz von Platten und Stäben wird durch einen elektrischen oder hydraulischen Motor 18 betrieben, der seinerseits durch eine Ireisel-Ricbtungssinnbestimnungs- und Kontrolleinheit 20 geregelt ist, die auf das Bollen des Schiffes anspricht und dementsprechende Befehlasignale ausbildet,

Das in Einheit 20 verwendete Gyroskop let ein Standardgegenstand der Schiffsausrüstung und vorzugsweise entwickelt die die Kreiselsignale aufnehmende Anlage Signale, deren Wert und Bedeutung mit den Ausmaß der Heigungsänderung des Rollwinkels in Beziehung gesetzt werden kann. Der Output der Einheit 20 hängt ab von den elektrischen Vergleich dieser Werte mit vorbestimmten Wartesälen für die Regelung der Stellung der Platten 14· Sie Anlage soll ausaerdem die Fähigkeit haben, ein ^wInaktivierungeⁿ-Ionnando zu geben, wenn · der Kreisel neidet, daß die Bollbewegung des Schiffes eine Größe unter einen vorbestimmten Wert hat. Bei einer Bollbewegung alt geringer Größe, beispielsweise unter 1 oder 2°, wird die Stabilisierungseinrichtung 12 inaktiviert.

Sie Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung geht an besten

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aus Figur 4 hervor. Es soll klar sein, daß die Kurven die ideale Situation veranschaulichen, bei der die Schwingung der See, dee Sohiffee und der TankflUssigkeit alle die gleiche Periode besitzen. Die Kurve Z stellt die Seewelle oder Stauchwelle dar, die auf das Schiff einwirkt· Kurve Y gibt die Rollwirkung eines unstablllslerten Sohiffee wieder. Kurve Z veranschaulicht dae 8tabilieierungsaoment, das des Schiff Bit einen gedämpften lank gemäfi der Lehre der USA-Patentschrift Hr. 3 054 373 vermittelt wird, und, darauf Überlagert, das Moment, das dem Sohiff durch die vorliegende Erfindung vermittelt wird.

Während des Gleichgewichtszustandes sub Zeltpunkt Hull läuft das Schiff durch die Horizontale und rollt weiter bis sum Maximum beim Viertelzykluβ. Wenn der Kreisel die Welleuneigung wahrnimmt und bei dem Punkt a der Kurve Y anselgt, setst die Einheit 20 die Motoren 18 in Betrieb, die die Platten 14 in die in figur 2a gezeigten Stellungen drehen. Auf diese WeiBS wird die Tankflüesigkeit freigegeben un4 die TankflUeeigkeit fließt, da sehr geringe Dampfung vorliegt, sohnell su dem anderen Ende und sammelt sloh dort an, bis die Einheit 20 die Wellenneigung am Punkt b meldet. Zu diesem Zeitpunkt werden die Platten 14 geschlossen, um den Sank su Inaktivieren und die Flüssigkeit darin einzuschließen. Auf diese Weise ist das versohobene OravltatlonsBentrum der flüssigkeit in Aussenstellung festgehalten und vermittelt

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dem Schiff fortdauernd ein stabilisierendes Moment während des Teils des Rollzyklus von B bis 0 (Kurve Z). Venn die Einheit 20 die Wellenneigung mißt und am Funkt c der Rollkurve anzeigt, werden die Platten 14 wiederum geöffnet und die Tankflüssigkeit fließt schnell zum anderen Ende des Tanke, wobei sie ein stabilisierendes Moment in der entgegengesetzten Richtung vermittelt» bis die Wellenneigung D gemessen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die TankflUaaigkeit wiederum durch Schließen der Platten H eingeschlossen. Diese Arbeitsweise dauert fort» solang das Schiff eine Rollbewegung oberhalb einer vorbestimmten Größe ausführt.

Zwei bedeutende Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unmittelbar aus Pigur 4» Kurve Z deutlich. Erstens hat das stabilisierende Moment eine größere Amplitude als das maximale Moment, dae duroh einen gedämpften Sank mit der gleichen Plüssigkeitsmasse erzeugt wird. Dieses Ergebnis wird durch die unterdämpfte Ausbildung der vorliegenden Erfindung erreicht, die eine größere PlUssigkeitsbewegung pro Rollzyklus als im Tall des gedämpften Tanks erlaubt. Ein weiterer bedeutender Vorteil ist, daß das maximale Stabilisierungsmoment dem Sohiff über eine größere Zeitspanne» beispielsweise von Punkt B bis Punkt C vermittelt wird» anstelle der sinusartigen Kurvencharakteristika» die der gedämpfte Tank ausbildet. Sie relative Gesamtzunahme der Tank-

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Wirksamkeit für jede Halfto des Rollzyklus, die erfindungsgemäß erreicht wird, wird ßuroh die Fläche zwischen der Welle des gedämpften Tanks und der V/ellenform der vorliegenden Erfindung dargestellt, die allgemein als E bezeichnet ist·

Wenn das Schiff 10 mit einer Frequenz rollt» die von dem Seeresonanzzustand entfernt 1st, kann die Kreisel-Einheit ansprechen, indem sie ein Inaktivicrungesignal zur Inaktivierung des Tanks gibt, wodurch Stabilitätsverlust vermieden wird.

Im Idealfall sollen die Wellenneigungen der Kurve Z für die vorliegende Erfindung vertikal sein, in der Praxis kann jedoch die Flüssigkeitsmasse nicht plötzlich durch den Tank fließen und demzufolge arbeitet die vorliegende Erfindung mit einer im allgemeinen linearen und etwas geneigten Wellenneigung. In jeden Fall ist die Neigung größer ale bei den Wellencharakteristika für den gedämpften Tank.

Die vorliegende Erfindung umfaßt insbesondere das nachfolgende Betriebsverfahren für den Stabilisierungstank. Der Tank selbst ist duroh so geringe Dämpfung wie möglioh charakterisiert» Während das Erreichen eines Dämpfungekoeffizienten von Null und dabei eine Übertragung der Wassertasse innerhalb des Tanke^ der ungedämpft 1st, undenkbar 1st, kann in der Praxis ο in Dämpfungakoeffiiie.nt erhalten

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werden, öer ziemlich niedrig ist. Die einzige Möglichkeit zur Charakterisierung des Dämpfungskoeffizienten ist mittels der Phasenbeziohung svrischon dem Yfaseer in dem lank und den? Schiff gegeben. Das für den Konstrukteur notwendige Kriterium ist, daß so wenig Dämpfung wie möglich und in jedem Fall so geringe Dämpfung vorliegen soll, daß die Phasenverschiebung zwischen der Schiffsbewegung und der Wasserbewegung in dem lank etwa 20 bis etwa 30° beträgt. Geringere Phasenverschiebungen sind in der Praxis nicht erreichbar, da der Trink, unabhängig davon, wie frei er von Einengungen ist, ein bestimmtes Dämpfungsmoment für normale Plüssigkeitshöhen bio zu 1,8 oder 2,1 m (6 oder 7 feet) vermittelt.

Vorstehendes steht in direktem Gegensatz zu der normalen Tankstabilisierung, bei der eine Phasenverschiebung von 90° ins Auge gefaßt ist, um maximale Stabilisierungsmomente zu erreichen. Die Dämpfung des Tanksystems ist in diesen fällen vorgewählt, um Dämpfungskoeffizienten zu schaffen, die die Phasenbeziehung von 90° erreichen. Wie ersichtlich, wird erfindungsgemäß ein Tanksystem mit einem Dämpfungskoeffizienten vorgeschlagen, der von normalen Stabilisierungssystemen völlig vorschieden iet und aufgrund dieser in keiner Weise vo, hersehbar war, wobei erfindungagemäß beabsichtigt ist, eine Phasenverschiebung zu erreichen, die so gering wie möglich ist und für praktische Zwecke etwa 20 bis etwa 30° betragen kann. Dia vorstehenden Ausführungen geben eine ausrei-

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ohende Charakterisierung des Dämpfungssnietandes des Tanks, die den Fachmann in die lage versetzen, die nötigen Konstruktionskriterlen zu beaohten.

Bezüglioh der Eiohung und Einstellung der Kreisel-RiohtungssinnbestiiDiDungskontrolleinheit 20 zur Betätigung der Platten 14 wird erfindungegemaß vorgesehen, dafl die Platten 14 voll geöffnet gehalten werden von etwa 1/12 der Periode vor der maximalen Amplitude bis eu etwa 1/12 der Periode nach der maximalen Amplitude des Rollwinkele oder, wie in Figur 4 in der Kurve Y für die Rollbewegung des unstabilisierten Schiffes veranschaulicht. Die Punkte A, a und B, b der Kurven Z bzw. Y entsprechen etwa 1/12 der Periode vor der maximalen Amplitude und etwa 1/12 der Periode nach der maximalen Amplitude des Rollwinkels, veranschaulicht durch die Kurve für die Rollbewegung des unstabilisierten Sohiffee. Ansonsten werden die Platten 14 vollständig geschlossen gehalten.

Bei der Durohttthrung des erfindungsgemäBen Verfahrens werden die Platten 14 somit für etwa 1/6 der Sollperiode, in Beziehung gesetzt mit dem Rollwinkel, wie oben dargelegt, vollständig geöffnet und anschließend für etwa 1/3 der Rollperiode, mit dem Rollwinkel in Besiehung gesetzt, wie oben dargelegt, vollständig geschlossen und nacheinander für

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etwa 1/6 der Eollperiode geöffnet und für etwa 1/3 der Eollperiode geschlossen, wobei das Verfahren in der vorstehenden Weise wiederholt wird, solange das lenksystem in Betrieb ist.

Für den Fachmann liegen zahlreiche Abwandlungen der Erfindung auf der Ήίιαά, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims (1)

1. Vl Γ elegexempiar j

   C rf ntelrt geändert »»erden

   Patentansprüche

   \J Passive Tankstabilisierungevorrichtung, die einen Flüssigkeitskörper in dem Zustand mit freier Oberfläche enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine derartige innere Tankgeometrie umfaßt, dass der Flüßsigkeitsfluß"innerhalb des Tanke im wesentlichen ungedämpft ist, die Tankflüesigkeit eine Höhe hat, die größer ist als die Höhe der Tankflüssigkeit, welche notwendig ist, damit die Schwingung der Tankflüs Bigice it auf die Rollfrequenz des Schiffes abgestimmt ist,und Inaktiviorungseinrichtungen, die Platteneinriehtungen umfassen, die den Tank so teilen, daß an jedem Ende davon ein FlUgeltank gebildet wird, und Einrichtungen zur Messung der Rollbewegung des Schiffes vorgesehen sind« wobei die Platteneinrichtungen in Abhängigkeit von den Meßeinrichtungen sich alternativ öffnen und schließen, um die Flüssigkeit selektiv in den Flügeltanks einzuschließen, um deren Fließen bei vorbestimmten Teilen des Rollzyklus zu verhindern und um die lankflüssigkeit während anderer Teile des Rollzyklus frei fließen zu lassen, wodurch maximale Stabilisierungsmomente unabhängig von dem Zustand der See erreioht werden, wobei die Inaktivierungeeinrichtungen den Tank inaktivieren, wenn die Rollbewegung des 8chiffee unterhalb einer vorbestimmten Größe liegt.

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   2. Stabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß die Inaktivierungseinriohtungen eine Kreisel-Riohtungssinnbestimmungs- und Regeleinheit zur Messung der Rollbewegung des Schiffes und zur Erzeugung von inaktivierenden und aktivierenden Signalen bei vorbestimmten Funkten im Rollzyklus umfassen und Yersohlußeinrichtungen innerhalb des !Danks vorgesehen sind, die den Flüssigkeitsdurchtritt in Abhängigkeit von den Signalen der Einheit sperren oder freigeben«

   3« Stabilislerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inaktivierungeeinrichtungen den Tank während einer Zeitspanne, von kurz vor den Zeitpunkt, bevor das rollende Schiff die Horizontale erreicht, bis kurz nach dem Zeitpunkt, nachdem das Schiff sich durch die Horizontale bewegt hat, kontinuierlich inaktivieren,

   4· Stabilislerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inaktivierungseinriohtungen einen kontinuierlichen Flüssigkeitsdurchtritt während eines Teils des Rollzyklusses erlauben, einschließlich der Zeitspanne von kurz vor dem Zeitpunkt, bevor das Schiff das maximale Rollauemaß erreicht hat, bis kurz nach dem Zeitpunkt, nachdem das Schiff sich durch das maximale Rollausmaß bewegt hat.

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   5. Verfahren zum Stabilisieren von Schiffen mit einer Stabilisierungsoinrlehtung von der Art des Tanke mit freier Oberfläche, die ein Paar von Toreinrichtungen aufweist» die von entgegengesetzten Enden des Tanks getrennt sind» dadurch gekennzeichnet» daß nan die Rollperiöde des Schiffes mißt» die Toreinrichtungen für etwa 1/6 der Periode von etwa 1/12 der Periode vor der maximalen Amplitude bis etwa 1/12 der Periode nach der maximalen Amplitude in beiden Richtungen öffnet und die Toreinrichtungen während des Rests der Periode sohlieSt.

   6. Verfahren nach Anspruch 5» daduroh gekennzeichnet, daß das Tanksystem einen Dämpfungekoeffizienten besitzt» der eine Phasenverschiebung der schwingenden Hasse des Tanks von etwa 20 bis etwa 30° erzeugt.

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