DE1903707B1 - Vorrichtung zur Lagenstabilisierung eines schwimmenden Koerpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lagenstabilisierung eines schwimmenden Körpers, bei der in einer aus zwei seitlichen Tanks mit einem Verbindungskanal bestehenden Kammer eine Flüssigkeit mittels wenigstens eines in dem von der Flüssigkeit vollkommen gefüllten Verbindungskanal verschiebbar gelagerten und von wenigstens einem hydraulischen Arbeitszylinder angetriebenen Verschlußgliedes hin- und herverschieblich ist, welcher Arbeitszylinder von einer Kraftquelle mit Hydraulikpumpe angetrieben wird.

Aus der französischen Patentschrift 1 386 405 ist es schon bekannt, zur Stabilisierung der Lage eines schwimmenden Körpers eine Vorrichtung vorzusehen, die eine Anordnung zur Überführung einer Flüssigkeit in einer Kammer von Backbord nach Steuerbord bzw. umgekehrt enthält, wobei die Flüssigkeit mittels eines Verschlußgliedes, das verschiebbar gelagert ist, hin- und hergeschoben wird. Das Verschlußglied wird von Arbeitszylindern betätigt, die von einer hydraulischen Kraftquelle mit Hydraulikpumpe gespeist werden.

Eine ähnliche Anordnung, bei welcher ebenfalls eine Flüssigkeitsmenge mittels einer verschwenkbaren Klappe so von einer Seite auf die andere des Schiffes verlagert werden kann, daß einer Rollbewegung des Schiffes entgegengewirkt wird, kann der deutschen Patentschrift 302 527 entnommen werden.

Die bei beiden Anlagen auftretenden Leistungsspitzen der Antriebe können nur durch entsprechende Dimensionierung der Antriebe aufgefangen werden. Des weiteren ist aus der USA-Patentschrift 1 708 679 eine hydraulische Kraftquelle für den Antrieb von zu Stabilisierungszwecken verschiebbaren Massen bekanntgeworden, welche ein Schwungrad, eine variable Pumpe und einen Hydraulikmotor aufweist. Diese Einrichtung arbeitet mit einem verschiebbaren massiven Gewicht, um einer Rollbewegung des Schiffes entgegenzuwirken, wobei ein die erwähnten Bauelemente enthaltender Wagen, welcher über eine Zahnradgetriebeanordnung mit dem Schiff selbst verbunden ist, in die jeweilige zur Stabilisierung des Schiffes erforderliche Richtung angetrieben wird. Überdrehzahlen des Schwungrades werden nicht kompensiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auf Verdrängung des Wasservolumens beruhende Stabilisierungsanordnung für Schiffe zu schaffen, bei welcher ein relativ kleiner Antriebsmotor verwendet werden kann, und wobei trotzdem im Motorteil eine von Leistungsspitzen unabhängige, stabile und bei Leistungsspitzen sich automatisch einregelnde Anlage geschaffen wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung zur Lagenstabilisierung der eingangs beschriebenen Art und besteht darin, daß die Kraftquelle für den Arbeitszylinder einen Hydraulikmotor umfaßt, der über wenigstens ein Schwungrad an die eine veränderliche Förderleistung besitzende Hydraulikpumpe angeschlossen ist, die über Stellglieder in Abhängigkeit von der jeweiligen Lage des schwimmenden Körpers gesteuert ist, und ■daß zur Speisung des Hydraulikmotors eine Pumpe mit veränderlicher Förderleistung sowie eine Zusatzpumpe angeordnet ist, die beide von einem gemeinsamen Motor angetrieben sind, und daß die Förderleistung der Zusatzpumpe vor ihrer Verbindung mit der Förderleitung der Pumpe ein Rückschlagventil enthält sowie mit einem Sicherheitsventil verbunden ist, so daß die Zusatzpumpe bei Drehzahlen des Schwungrades, die gleich oder kleiner als dessen Nenndrehzahl sind, nicht in die Förderleitung fördert, und daß an der Auslaßseite des Hydraulikmotors ein Strömungsmengenregler und eine kalibrierte Öffnung zur Erzeugung des Gegendruckes für den Hydraulikmotor angeordnet sind.

Bei der Erfindung ist also eine Zusatzpumpe vorgesehen, die dann eingreift, wenn gegenüber der normalen Drehzahl des Schwungrades Überdrehzahlen auftreten. Die Inbetriebnahme dieser Zusatzpumpe erfolgt durch Öffnung eines entsprechend ausgebildeten Ventils. Auf diese Weise wird jede Möglichkeit einer Beschädigung des Schwungradmotors infolge Kavitation verhindert. Eine solche Anordnung hat sich insbesondere deshalb als sehr vorteilhaft erwiesen, weil, wenn durch die von dem Meer selbst gelieferte Energie das Schwungrad angetrieben wird, und zwar mittels der flüssigen Massen, die ja selbst bei Bewegung des Schiffes die Tendenz haben, die Druckkolben zu verschieben, auch eine beträchtliche Überdrehzahl des von der zurückflie- U ßenden Energie angetriebenen Schwungrades entstehen kann. Diese Überdrehzahlen können von der Hauptpumpe allein nicht mehr aufgefangen werden, so daß dann die Zusatzpumpe in Wirkung tritt.

Trotzdem besteht noch immer, beispielsweise bei sehr stark bewegter See, die Möglichkeit, daß das Schwungrad von der in diesem Fall rückwärts als Motor arbeitenden Hydraulikpumpe bei außerordentlich stark erhöhten Drehzahlen gegenüber der normalen Drehzahl angetrieben wird.

Auch in diesem Falle ist entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch eine Lösung möglich, daß von einem Strömungsmengenregler und einer kalibrierten Öffnung ein Gegendruck erzeugt wird, der für über der Nenndrehzahl des Schwungrades liegende Drehzahlen sich mit dem Quadrat der Drehzahl des Schwungrades ändert.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch die verschiedenen Bestandteile der Vorrichtung zur Stabilisierung der Schwimm- Λ lage, '

F i g. 2 eine schematische schaubildliche Teilansicht, welche in größerem Maßstab die besondere Ausführung eines Bestandteils der Stabilisierungsvorrichtung zeigt.

Die Vorrichtung enthält eine Verschiebeanordnung 1, welche in F i g. 2 in ihrer Anwendung auf die das Rollen verhindernde Stabilisierung eines schwimmenden Körpers angewandt ist, dessen Rumpf schematisch bei 2 dargestellt ist. Bei diesem Anwendungsbeispiel ist die Verschiebeanordnung 1 in einem quer zu der Längsachse des Rumpfs 2 angeordneten Verbindungskanal 3 angeordnet, welcher die unteren Teile von zwei seitlichen Tanks 4 miteinander in Verbindung setzt. Der Verbindungskanal 3 enthält eine Flüssigkeit 5, welche auch in der Ruhestellung teilweise in den seitlichen Tank 4 aufsteigt. Die Stabilisierungskammer besteht somit aus zwei seitlichen Tanks 4 und dem Verbindungskanal 3.

Die Verschiebeanordnung 1 enthält im wesentlichen ein Verschlußglied 6, dessen Querschnitt zu dem des Kanals 3 komplementär ist, in welcher es durch waagerechte Führungsbahnen 7 lotrecht gehal-

ten wird. Jede Führungsbahn 7 ist durch eine zylindrische Führungsstange 8 gebildet, welche an dem Verschlußglied 6 befestigt ist und in mehreren Lagern 9 gleitet.

Die Führungsstangen 8 sind paarweise beiderseits des Verschlußgliedes 6 vorgesehen. Dieses letztere ist ferner mit den Enden der Kolbenstangen 10 und 11 von zwei gegenläufigen einfach wirkenden Arbeitszylindern 12 und 13 verbunden, deren Zylinder 14 und 15 an Haltern 16 und 17 schwenkbar sind. In gewissen Fällen können die Arbeitszylinder 12 und 13 durch einen einzigen doppelt wirkenden Arbeitszylinder ersetzt werden.

Die Arbeitszylinder 12 und 13 sollen abwechselnd mit einem hydraulischen Druckmittel gespeist werden, so daß sie das Verschlußglied 6 in den Kanal 3 in dem einen oder dem anderen Sinn antreiben, um den Schwerpunkt der Flüssigkeit 5 zu verschieben und auf diese Weise ein Aufrichtmoment zu erzeugen, welches dem auf den schwimmenden Körper wirkenden Störmoment entgegenwirkt. Je nach der Größe dieses Störmoments schwankt die zur Verschiebung des Verschlußglieds 6 erforderliche Leistung in erheblichem Maße und kann sogar gegenüber dem mittleren Leistungsbedarf sehr große Spitzenwerte erreichen. Ferner ist zu bemerken, daß den Arbeitszylindern zur Verschiebung des Verschlußgliedes 6 in einigen Fällen Energie aus einer bereitzustellenden Energiequelle zugeführt werden muß, während in anderen Fällen den Arbeitszylindem von der einen Schub auf das Verschlußglied 6 ausübenden Flüssigkeit 5 Energie zugeführt wird.

Um diesen Bedingungen zu genügen, ist die Speisung der Arbeitszylinder 12 und 13 mit einem hydraulischen Druckmittel mittels einer in Fig. 1 dargestellten Speiseanlage 18 vorzunehmen. Bei der dargestellten Ausführung enthält die Anlage 18 einen Antriebsmotor 19 für eine hydraulische Pumpe 20 mit veränderlicher Förderleistung und Selbstregelung des Drucks, deren Saugleitung an einen Vorratsbehälter 21 angeschlossen ist. Die Förderseite der Pumpe 20 mit veränderlicher Förderleistung ist an den Eingang eines hydraulischen Motors 22 angeschlossen, dessen Ausgangswelle 23 mit der Antriebswelle 26 eines Schwungrades 25 gekuppelt ist. Die Welle 26 ist mit der Antriebswelle 28 einer Pumpe 29 mit veränderlicher Förderleistung gekuppelt, welche die Arbeitszylinder 12 und 13 über eine Servosteuerung in einem geschlossenen Strömungskreis speist.

Der Motor 19 bewirkt ferner den Antrieb einer Zusatzpumpe 30, deren Saugleitung an einen Vorratsbehälter 31 angeschlossen ist, welcher natürlich auch der gleiche wie der die Pumpe 20 mit veränderlicher Förderleistung speisende sein kann. Die Förderseite der Pumpe 30 ist an den Ausgang der Pumpe 20 mit veränderlicher Förderleistung angeschlossen und weist vor diesem Anschluß ein Rückschlagventil 32 auf. Ein Sicherheitsventil 35 gestattet, die Pumpe 30 für Drehzahlen unwirksam zu machen, welche kleiner als die Nenndrehzahl des Schwungrades 25 oder gleich dieser sind. Der Auslaß des hydraulischen Motors 22 weist vor der Rückleitung zu dem Vorratsbehälter einen Strömungsmengenregler 33 sowie eine im Nebenschluß zu diesem angeordnete kalibrierte Öffnung 34 auf, welche einen Gegendruck, welcher bei der Nenndrehzahl des Schwungrades 25 in der Nähe des Zusatzdruckes liegt, sowie welche für über der Nenndrehzahl des Schwungrades liegende Drehzahlwerte einen sich mit dem Quadrat der Drehzahl des Schwungrades ändernden Gegendruck erzeugen sollen.

Bei der Inbetriebsetzung der obigen Speiseanlagfc versetzt die Drehung des Motors 19 die Pumpe 20 mit veränderlicher Förderleistung in Umdrehung, und die von dieser gelieferte Ölmenge treibt den hydraulischen Motor 22 an. Der Antrieb desselben mit konstantem Moment bewirkt die Drehung des Schwungrades 25, welches allmählich seine Nenndrehzahl erreicht und dabei die Pumpe 29 antreibt, deren Fördermenge während dieser Phase auf null eingestellt ist. Die Stabilisierungsvorrichtung ist dann betriebsbereit.

Im Fall eines bedeutenden Leistungsbedarfs, z. B. zur Speisung des Arbeitszylinders 13, wenn das Verschlußglied 6 in dem Sinn des Pfeils Z₁ verschoben werden soll, um die Flüssigkeit 5 in dem entsprechenden Sinn zu verschieben, um ein Stabilisierungsmoment zu erzeugen, wird die Pumpe 29, deren Servosteuerung so gesteuert wird, daß der Arbeitszylinder 13 gespeist und diesem eine dem zu erzeugenden Moment entsprechende Energie geliefert wird, von dem Schwungrad 25 angetrieben, so daß der Antriebsmotor 19 der Pumpe 20 mit veränderlicher Förderleistung keine Leistung zu liefern braucht, welche größer als seine Nennleistung ist. Wenn die Leistung nicht mehr abgenommen wird, braucht das Schwungrad 25 keine zusätzliche Leistung mehr zu liefern, so daß es allmählich seine Nenngeschwindigkeit wieder annimmt, wodurch die ursprünglichen Betriebsbedingungen der Speiseanlage 18 wieder hergestellt sind.

Falls die Bilanz der zwischen der Speiseanlage 18 und der Verschiebeanordnung 1 ausgetauschten Leistung eine Leistungsaufnahme von Seiten der Verschiebeanordnung 1 ausweist, z. B. falls die vorübergehend einem an dem schwimmenden Körper angreifenden Störmoment ausgesetzte Flüssigkeit 5 die Verschiebung des Verschlußgliedes 6 in dem einen oder dem anderen Sinn zu erzeugen sucht, sucht die Pumpe 29 als Motor zu arbeiten und das Schwungrad 25 mit einer über seiner Nenndrehzahl liegenden Drehzahl anzutreiben. In dem Falle einer des Erreichens festgelegten über der Nenndrehzahl des Schwungrades 25 liegenden Drehzahl öffnet sich das Ventil 32, so daß die zusätzliche Förderung der Zusatzpumpe 30 dem hydraulischen Motor 22 geliefert wird, welcher durch die Wirkung des Schwungrades 25 ebenfalls mit einer über der Nenndrehzahl liegenden Drehzahl angetrieben wird. Es ist jedoch zu bemerken, daß das Schwungrad 25 nur bis zu einer über der Nenndrehzahl liegenden Drehzahl angetrieben werden kann, welche den festgelegten Wert etwas übersteigt, da der Regler 33 und die kalibrierte Öffnung 3 infolge der Zusatzlieferung aus der Zusatzpumpe einen Sicherheitsgegendruck erzeugen kann, welcher die Drehung des Motors 22 bremst. Hierdurch wird in allen Fällen die Begrenzung der über der Nenndrehzahl liegenden Drehzahl des Motors 22, des Schwungrades 25 und der Pumpe 29 sichergestellt und zugleich ein Leistungsüberschuß verfügbar gemacht, welcher erheblich größer als die Nennleistung des Antriebsmotors 19 ist. Anders ausgedrückt, die Anlage ermöglicht die Verwendung eines Antriebsmotors 19, dessen Leistung kleiner als die Spitzenleistung ist, welche von der Anlage verlangt werden kann, wobei dieser Lei-

stungsüberschuß von der kinetischen Energie geliefert wird, welche von dem Schwungrad gespeichert wird.

Die Anlage 18 kann mehrere Schwungräder aufweisen und die Gleitverschiebung eines oder mehrerer Verschlußglieder 6 steuern.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Lagenstabilisierung eines schwimmenden Körpers, bei der in einer aus zwei seitlichen Tanks mit einem Verbindungskanal bestehenden Kammer eine Flüssigkeit mittels wenigstens eines in dem von der Flüssigkeit vollkommen gefüllten Verbindungskanal verschiebbar gelagerten und von wenigstens einem hydraulischen Arbeitszylinder angetriebenen Verschlußgliedes hin- und herverschieblich ist, welcher Arbeitszylinder von einer Kraftquelle mit Hydraulikpumpe angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftquelle für den Arbeitszylinder (14,15) einen Hydraulikmotor (22) umfaßt, der über wenigstens ein Schwungrad (25) an die eine veränderliche Förderleistung besitzende Hydraulikpumpe (29) angeschlossen ist, die über Stellglieder in Abhängigkeit von der jeweiligen Lage des schwimmenden Körpers gesteuert ist, und daß zur Speisung des Hydraulikmotors (22) eine Pumpe (20) mit veränderlicher Förderleistung sowie eine Zusatzpumpe

(30) angeordnet ist, die beide von einem gemeinsamen Motor (19) angetrieben sind, und daß die Förderleistung der Zusatzpumpe (30) vor ihrer Verbindung mit der Förderleitung der Pumpe (20) ein Rückschlagventil (32) enthält sowie mit einem Sicherheitsventil (35) verbunden ist, so daß die Zusatzpumpe (30) bei Drehzahlen des Schwungrades (25), die gleich oder kleiner als dessen Nenndrehzahl sind, nicht in die Förderleitung fördert, und daß an der Auslaßseite des Hydraulikmotors (22) ein Strömungsmengenregler (33) und eine kalibrierte Öffnung (34) zur Erzeugung des Gegendrucks für den Hydraulikmotor (22) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 bei sehr hohen Überdrehzahlen des Schwungrades, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmengenregler (33) und die kalibrierte Öffnung (34) den für die Nenndrehzahl des Schwungrades (25) erforderlichen Gegendruck und für die über der Nenndrehzahl des Schwungrades liegende Drehzahlen einen sich mit dem Quadrat der Drehzahl des M Schwungrades ändernden Gegendruck für den Hydraulikmotor (22) erzeugen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle (23) des Hydraulikmotors (22) an die Welle (26) des Schwungrades (25) angekoppelt und die letztere Welle (26) mit der Antriebswelle (28) der Hydraulikpumpe (29) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen