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Schiff mit Stabilisierungsanlage Die Erfindung bezieht sich auf ein
Schiff mit Stabilisierungsanlage, bei der als Stabilisierungsmasse ein über Laufräder
auf Fahrschienen hin- und herbewegbarer Wagen dient, auf dem ein elektrischer Antriebsmotor
angeordnet ist. Durch eine Verschiebung des Wagens auf querschiffs angeordneten
Fahrschienen kann um die Schiffslängsachse ein Moment erzeugt werden, das den Mo-WentPn
entgegenwirkt, die das Schiff zu Rollschwingungen anfachen.
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einer beKannten Stabilisierungsanlage der genannten Gattung ist der
Antrieb des Wagens in einer bei Schienentriebfahrzeugen für Zahnradbahnen üblichen
Art ausgebildet. Zwischen zwei Fahrachienen, auf die der Wagen mit einen Laufrädern
gesetzt ist, befinden sich zwei Zahnstangen, in die wenigstens je ein Triebzahnrad
des Wagens eingreift. Dieses Triebzahnrad ist über ein Getriebe mit einem Elektromotor
verbunden. Dabei wird das Motormoment zunächst beispielsweise auf ein Kegelgetriebe,
dann über ein StirnritzeL auf vertikalachsige Zahnräder der Triebachsen und von
diesen auf die Triebzahnräder übertragen. Auf Jede Triebachse i9t eine Bremstrommel
aufgesetzt. Bei einer solchen Anlage ist ein verhältnismäßig großer Aufwand an Mitteln,
insbesondere für die Übertragung des Momentes vom Motor auf die Triebzahnräder,
erforderlich.
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Hinsichtlich der Beschleunigung des Wagens und der Betriebssicherheit
werden hohe Anforderungen an die Stabilisierungsanlage gestellt. Aufgabe der Erfindung
ist es, eine Steigerung der Leistungsfähigkeit und Vereinfachung einer Stabilisierungsanlage
der eingangs genannten Art zu erzielen. Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin,
daß der @@@trie@motor mit mindestens einer Seiltromme drehm @@@ saig verbunden ist,
die von einem entlang des Wagen@@@ ges@@@ Zugseil umschlungen
Auf
diese Weise wird - da die Bewegung des Motors ohne Zwischenglieder, wie Getriebe
und Kupplung, unmittelbar auf das Zugseil bzw. die Zugseile übertragen wird - ein
für eine einwandfreie Steuerung erforderlicher reversibler Energiefluß mit hohem
Wirkungsgrad gewährleistet. Dieser reversible Energiefluß ermöglicht erst eine Optimierung
der gesamten Anlage unabhängig von der Rolleigenfrequenz des Schiffes. Hierzu wird
nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Steuerenergie für den Steuermotor
von einer Regeleinrichtung über eine Leonardanordnung oder eine Stromrichteranordnung
in Abhängigkeit von den Regelgrößen Rollwinkel, Rollwinkelgeschwindigkeit und Integral
des Rollwinkels über der Zeit sowie nach den rückgemeldeten Gr Wagenweg, Wagengeschwindigkeit
(und gegebenenfalls Strom des @@@ triebsmotors) gesteuert, wobei die Regelgrößen
und die rückgemeldeten Größen mit Aufschaltkoeffizienten multipliziert werden, die
zur Erzielung einer optimalen Wirkung der Anlage innerhalb eines großen Rollfrequenzbereiches
von Hand oder automatisch nach der Rolleigenperiode bzw. Rollfrequenz des Schiffes
einstellbar sind.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer in einem Schiff angeordneten
Wagenstabilisierungsanlage, Fig.2 die zugehörige Draufsicht und Fig. 3 eine Vorderansicht.
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In Fig. 4 ist eine Bremsvorri¢htung und in Figur 5 und 6 sind verschiedene
Möglichkeiten fUr eine Lagerung der Laufräder des Wagens gezeigt.
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In dem in Fig. 1 gezeigten Querschnitt eines Schiffes 1 ist ein verschiebbarer
Wagen 2 dargestellt, der mit seinen Laufrädern 3 auf zwei Fahrschienen 4 gesetzt
ist. Auf dem Gestell 5 des Wagens 2 befinden sich ein elektrischer Antriebsmotor
6 und Gewichte aus schwerer Masse, s*B. Blei. Bei der erfindungsgemäßen Stabilisierungsanlage
ist der Antriebsmotor 6 über seine beiden
Wellenenden 6a, 6b mit
je einer Seiltrommel 7 drehmomentschlüssig verbunden, die von einem entlang des
Wagenweges gespannten Zugseil 8 mehrfach umschlungen ist (siehe auch Fig. 2). Das
eine Ende des Zugseiles 8 ist an einem Bock 9 starr befestigt, während das andere
Ende an einem auf der gegenüberliegenden Seite angebrachten Bock 10 ueber eine Rolle
11 geführt und an einer Feder 12 angebracht ist.
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Dem Antriebsmotor 6 wird die Steuerenergie von einem Leonardgenerator
40 zugeführt, der über ein Schwungrad 41 mit einem vom Bordnetz 43 gespeisten Asynchronmotor
42 drehmomentschlüssig verbunden ist. Anstelle der Leonardschaltung kann auch eine
entsprechende Stromrichteranordnung verwendet werden. Über eine Regeleinrichtung
wird der Wagen 2 derart gesteuert, daß der Wagenweg § (und die Wagengeschwindigkeit
#) in jedem Moment verhältnisgleich dem Rollwinkel #, der Rollwinkelgeschwindigkeit
y und den Integral des Rollwinkels über der Zeit ##dt ist. Gegebenenfalls kann auch
der Leonardkreisstrom JL in die Regelung mit einbezogen werden.
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Mit diesem Steuerungsgesetz erzielt man sowohl bei statischer Krängung
(Be- und Entladebetrieb) als auch bei dynamischer Krängung (Seegang) eine gute Wirkung
der Stabilisierungsanlage, wobei nach Multiplikation der Regelgrößen und rückgemeldeten
Größen mit von der Rolleigenschwingungsdauer abhängigen Koeffizienten fUr unterschiedliche
Ladezustände des Schiffes eine Aufschaltung der Regelgrößen und rückgemeldeten Größen
nach Optimierungsgesichtspunkten (beste Dämpfung in Abhangigkeit von der Rollfrequenz
des Schiffes) gegeben ist.
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Die Regelgrößen werden in einem Steuergerät 44 erfaßt, das aus einem
Xreisellagependel 45 mit einer Eigenschwingungsdauer von 15 bis 20 Minuten und einen
Wendezeiger 46 enthält. Das Kreisellagependel 45 liefert laufend den Sollwinkel
r und der Wendezeiger 46 laufend die Rollwinkelgeschwindigkeit f' . 3eide Werte
werden durch elektrische Geber 48 aJ'1 den Mischverstärker 49 übertragen. Zur Bildung
des Rollwinkelintegrals ##dt dient ein
Steuer- oder Ferrarismotor
47, der unmittelbar von dem Geber 48 des Kreisellangependels 45 beaufschlagt wird.
Die Drehung des Ferrarismotors ist dann proportional dem Integral des Roliwinkels
über der Zeit, das ebenfalls durch einen Geber 48 dem Mischverstärker 49 zugeführt
wird.
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Zur Rückmeldung des Wagenweges # und der Wagengeschwindigkeit dient
zweckmäßigerweise ein an dem Wagen 2 befestigtes Meßseil 31, das als Rundseil ausgebildet
ist und die Bewegung des Wagens 2 an einen Rückmelder 50 leitet. Dieser Rückmelder
50 ist mit bekannten Elementen wie Wegmesser 51 und Geschwindigkeitsmesser 52 sowie
mit elektrischen Anschlägen ausgerüstet.
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Die Weg- und Geschwindigkeitsmesser 51, 52 geben an das Mischgerät
49 Wagenweg f und Wagengeschwindigkeit Um bei unterschiedlichen Ladezuständen die
sich ändernde Xolleigenfrequenz des Schiffes zu berücksichtigen, werden die Regelgrößen
und rückgemeldeten Größen #, # und gegebenenfalls J überultiplikationsglieder (z.B.
Potentiometer) 53 geleitet, denen als Multiplikationsgrößen ein von der Rolleigenschwingungsdauer
abhängiger Signalwert zugeführt wird. Dieser Signalwert ist zur Erzielung einer
optimalen Wirkung der Anlage durch ein weiteres Potentiometer 54 über eine Kurvenscheibe
55 durch das Handrad 56 oder durch einen Stellmotor automatisch und innerhalb eines
großen Rollfrequenzbereiches einstellbar. Dabei wird durch unterschiedliche Ausbildung
der Kurvenscheiben 55 die Verwendung eines gemeinsamen Handrades 56 mit Einstellskala
57 zur Vorgabe der einzelnen Aufschaltkoeffizienten ermöglicht. Die in dem Mischgerät
49 gebildete gemeinsame Ausgangsgröße beeinflußt über einen Thyristorverstärker
58 die Erregung der Wicklung 40a des Leonardgenerators 40 und damit die von diesem
an den Antriebemotor 6 abgegebene elektrische Steuerenergie.
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Zur Erzielung einer betriebssicheren Zuleitung der für den Antriebsmotor
6'erforderlichen elektrischen Steuerenergie sind an dem Wagen 4 Stromabnehmer 13
angeordnet (Fig. 3), denen ortsfeste spannungsführönde Leiter zugeordnet sind. Auf
diese Weise werden störanfällige Schleppleitungen verr@ edlen.
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Tr- vorteilhafter Weise sind die den Stromabnehmern 13 zugeordneuer
elektrischen Leiter als Stromschienen 14 ausgebildet, die zwischen den Fahrschienen
angeordnet sind. Um eine Berührung spannungsführender Teile und eine Verschmutzung
der Schleifflächen der Stromschienen 14 zu vermeiden, können diese mit isolierenden
Abdeckungen versehen sein (Fig. 1). Vorzugsweise dienen als s isolierende Abdeckungen
zu beiden Seiten des Wagens 2 angeordnete Faltenbälge 15, die über Räder 16 an den
Fahrschienen 4 abgestützt sind.
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Als Bremsvorrichtung 17 dient mit Vorteil ein entlang des Wagenweges
gespanntes Bremsseil 18, dem auf dem Wagen 2 zwei von Magnetlüftern 19 betätigbare
Bremsbacken 20, 21 in selbsthemmender Anordnung zugeordnet sind. Diese Selbsthemmung
kann, wie Fig. 4 zeigt, in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß jeder 3remsbacken
durch ein Parallelgestänge nit Armen 22 bzv. 23 geführt ist, die in spiegelbildlicher
Anordnung an dem Wagen 2 derart gelagert sind, daß die Bremsbacken 20, 21 nach Abfall
der Xagnetlüfter 19 durch eine Feder 19a auf das Bremsseil 18 gedrückt werden. Dabei
wird je nach Bewegungsrichtung des Wagens entweder der Bremsbacken 20 oder der Bremsbacken
21 durch die Reibungekraft zusehends stärker auf das Bremsseil 18 gepreßt, das seinerseits
auf die fest am Wagen angeordneten Bremskörper 20a und 21a gedrückt wird. Die Bremsvorrichtung
17, die durch Abschalten der Magnetlüfter als Stillstandsbremse eingesetzt werden
kann, hat den Vorteil, daß sie im Havariefall oder bei Stromausfall selbsttätig
anspricht. Damit wird die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Wagenstabilisierungsanlage
beträchtlich erhöht.
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Zur Erhöhung der Sicherheit ist es ferner vorteilhaft, den Wagenweg
an beiden Engen durch Anschläge 24 zu begrenzen (Fig. 1), die über Gestänge 25 mit
einem gemeinsamen Dämpfungskolben 26 verbunden sind. Dieser Dämpfungskolben 26 ist
beispielsweise in einem mit öl gefüllten Bremszylinder 27 angeordnet, dessen beide
Enden Uber eine Leitung 28 mit einem Ventil 29 zum Einstellen der Bremswirkung miteinander
verbunden sind. Rückholfedern 30 halten den Kolben 26 in einer Mittelstellung. Gegenüber
der bekannten Ausführung mit v!er abgefederten Puffern an den Enden
des
Wagenweges wird damit eine wesentliche Vereinfachung erzielt, da nur ein einziger
Dämpfungskolben mit Einstellventil erforderlich ist.
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Der Wagen 2 ist in einen Tunnel 32 angeordnet, dessen Lichtraumprofil
möglichst eng an das Wagenprofil angepaßt ist (Fig. 1, 5).
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Auf diese Weise wird nicht nur Platz gespart, sondern es kann auch
ein besonderer Lüfter für den Motor 6 entfallen, da man durch einfache Luftöffnungen
33 an diametralen Stellen des Motors 6 bereits eine gute Belüftung des Motors erzielen
kann. Der Tunnel 32 selbst kann gegebenenfalls an ein vorhandenes Belüftungssystem
angeschlossen werden.
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Die Anwendung der erfindungsgemäßen Wagenstabilisierungsanlage stößt
in den-P§llen auf Schwierigkeiten, in denen die durch die Hin- und Herbewegung des
Wagens entstehenden Geräusche stören.
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Um auch in diesen Fällen den Einsatz einer Wagenstabilisierungsanordnung
zu ermöglichen, können die Fahrschienen 4 über Schwellen 4a auf Dämpfungsplatten
4b, insbesondere Schwingmetallplatten, angeordnet sein. Eine weitere Geräuschminderung
kann durch eine zwischen Krans 34 und Nabe 35 der Laufräder 3 angeordnete elastische
Zwischenlage 36 erzielt werden (Fig. 5). Zusätzlich ist es möglich, das Lager 37
der Laufräder 3 über elastische Körper 38 an dem Wagengestell 5 anzuordnen (Fig.
6).
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Zur Führung des Wagens 2 dienen zweckmäßigerweise Führgsräder 4c,
welche die Fahrschienen 4 seitlich berühren (Fig. 3). An der anderen Seite des Wagengestells
5 angeordnete Klauen 39 verhindern bei außergewöhnlich großen Schiffsbewegungen
ein Herausspringen des Wagens aus den Schienen 4.
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10 Patentansprüche 6 Figuren