DE223862C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 223862 KLASSE 65«. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. Januar 1908 ab.

Bei einem Schiffskreisel mit senkrecht oder wagerecht angeordnete-r Schwungradachse treten bei den Schlingerbewegungen des Schiffes oder anderen schwingenden Körpern immer schwingende Bewegungen der Kreiselachse ein, deren Periode möglichst mit der Schlingerperiode des Schiffes übereinstimmen soll, um eine möglichst günstige Wirkung zur Verhinderung der Schlinger- oder Rollbewegungen zu erzielen. Der Ausschlag der Schwingungsbewegung der Kreiselachse hängt in der Hauptsache von der Größe der Kräfte ab, die die Wellen auf das Schiff zur Hervorbringung einer Neigung ausüben, oder mit anderen Worten, die Größe des Ausschlages hängt von der Größe der Wellen ab, die das Schiff treffen.

Zur Einhaltung eines bestimmten Unterschiedes zwischen den Phasen der Schiffs-' schwingungen und der Kreiselschwingungen wird daher bekanntlich eine Bremsvorrichtung für den Schiffskreisel benutzt. Die Stärke der Bremsung muß aber je nach der Heftigkeit des Seeganges geregelt werden, um einesteils zu verhindern, daß die Schwingungsperiode zu klein wird, oder mit anderen Worten, daß der Kreisel seine Schwingung zu rasch vollführt, und andernteils, um einen zu großen Schwingungsausschlag zu vermeiden, wobei die Kreiselachse eine beinahe wagerechte Lage annehmen könnte, sowie auch um einen bestimmten Phasenunterschied zwischen den Schwingungen des Schiffes und denen des Kreisels möglichst einzuhalten.

Es ist selbstverständlich, daß die Schlingerbewegungen des Schiffes niemals vollständig beseitigt werden können. Es bleibt immer eine kleine Schwingung des Schiffes zurück, und diese Schwingung bedingt die Pendelbewegung des . Kreisels in der Symmetrieebene des Schiffes, die gebremst werden muß. Je größer also die restlichen Schwingungen des Schiffes sind, einen um so größeren Ausschlag wird der Kreisel machen. Es ist jedoch immer wünschenswert, daß der Kreisel durch einen möglichst großen Bogen schwingt, also etwa durch einen Winkel von 100 bis 120° (50 bis 60° nach jeder Seite), gleichgültig, ob die restlichen Schwingungen des Schiffes groß oder klein sind. Es folgt daraus, daß bei kleinen restlichen Schwingungen des Schiffes' die Bremsstärke klein und bei größeren restlichen Schwingungen groß sein muß, so daß die Unterschiede im Ausschlag des Kreisels nur wenig voneinander abweichen. Nach der Erfindung wird nun die Vorrichtung, um die Stärke der Bremsung der Pendelbewegungen von Kreiselrädern zu regeln, die zur Verminderung der Rollbewegungen von Schiffen und anderen schwingenden Körpern dienen, derartig ausgebildet, daß die Größe des Ausschlages des. Kreiselrades oder die dadurch bedingte größte Winkelgeschwindigkeit oder das gleichfalls vom Ausschlag abhängige Moment des Kreiselrades eine Gegensteuerung beeinflußt, die die Bremsvorrichtung des Kreiselrades derart selbsttätig steuert, daß die Bremsstärke selbsttätig im Einklang mit den Ausschlagwinkeln der

restlichen Rollbewegungen des Schiffes o, dgl. geregelt wird.

Zwei verschiedene Ausführungsbeispiele für die Regelung der Bremsstärke durch die Größe des Ausschlages des Kreiselrades sind in Fig. ι und Fig. 2 veranschaulicht.

In Fig. ι ist mit c einer der beiden großen, wagerechten Schildzapfen bezeichnet, um die der ganze Kreiselapparat (der hier selbst nicht

ίο dargestellt ist) schwingt. Mit dem Zapfen stehen zwei wagerechte Hebelarme h, h¹ in Verbindung, die an ihren äußeren Enden Zapfen tragen, an die die beiden senkrechten Stangen s, s¹ angelenkt sind. Letztere tragen an ihrem unteren Ende je einen Kolben k, deren jeder in einem senkrechten Zylinder z, z¹ arbeitet. Wenn der Kreisel und mit ihm der Zapfen c eine schwingende Bewegung ausführt, so müssen sich demnach die Kolben k in den Zylindern auf und ab bewegen, und zwar geht der eine Kolben nach oben, der andere nach unten. Die beiden Zylinder z, z¹ sind unten durch den Kanal α miteinander verbunden. Da nun die Zylinder unterhalb der Kolben mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit gefüllt sind, so wird sich bei der Schwingung des Kreiselapparates diese Flüssigkeit abwechselnd durch den Kanal a von einem Zylinder nach dem anderen drängen müssen, und wenn der Kanal α durch eine geeignete Einrichtung, z. B. durch einen Schieber b, verengt wird, so wird die Bewegung der Kolben in den Zylindern erschwert und somit die Schwingungsbewegung des Kreiselapparates gebremst.

Der bis jetzt beschriebene Apparat betrifft also nur die Bremsung selbst. Es kommt aber nun darauf an, eine Einrichtung zu treffen, die selbsttätig bewirkt, daß sich bei einer Vergrößerung des Schwingungsausschlages des Kreisels der Flüssigkeitswiderstand in dem Kanal ·ι und mithin die Bremsstärke steigert. Es geschieht dies bei dem vorliegenden Beispiel durch den Schieber b, der den Kanalquerschnitt verengt, in folgender Weise:

Ein wagerechter Hebel d soll seinen Drehpunkt bei ι haben. Sein linkes Ende besitzt einen wagerechten Schlitz 2, in den ein Zapfen 3 an der »Stange s¹ des rechten Bremskolbens eingreift. Wenn demnach der Kreisel hin und her schwingt, so kommt der Hebel d abwechselnd in eine nach oben und unten geneigte Lage, wobei er dann mit seinen seitlichen Zapfen 4 und 5 von unten gegen die Knaggen 6 und 7 der senkrechten Stange 8 stößt. Diese letztere umfaßt mit einem länglichen Schlitz 9 die Drehachse ι des Hebels d. Durch das Anstoßen der Zapfen 4, 5 an die Knaggen 6, 7 . wird die Stange 8 bei jedem Ausschlag des Kreisels gehoben. Am unteren Ende trägt die Stange 8 einen Kolben 10, der in einem mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit gefüllten Zylinder 11 arbeitet und unter Einwirkung einer Schraubenfeder 12 steht, die bestrebt ist, den Kolben 10 nach unten zu drücken. Sobald durch die Bewegungen des Hebels d die Stange 8 mit dem Kolben 10 gehoben wird, wobei die Schraubenfeder 12 zusammengepreßt wird, öffnet sich das Ventil 13, und der Kolben 10 saugt aus dem Behälter 14 Wasser an. Da durch das Ventil 15 des Zylinders 11 jedoch etwas Wasser wieder in den Behälter 14 zurückfließen kann, so wird durch den Druck der Feder 12 der Kolben 10 und die Stange 8 schließlich wieder nach unten geschoben, d. h. sinken, bis sie durch einen etwaigen neuen Ausschlag des Kreisels von neuem gehoben wird.

Die Stange 8 trägt einen Zapfen 16, an den das Schlitzende 17 eines bei 18 drehbar gelagerten, zweiarmigen Hebels 19 angreift. Das andere linke Ende des Hebels 19 ist an die Stange e des Kolbenschiebers b angeschlossen, so daß also der Kanal α durch den Schieber b verengt und unter Umständen ganz geschlossen wird, wenn bei einem sehr großen Ausschlag des Kreisels die Stange 8 durch Vermittlung des Hebels d genügend angehoben wird. Sobald der Ausschlag des Kreisels geringer wird, sinkt durch die Einwirkung der Feder 12 die Stange 8 wieder herunter, wobei der Hebel 19 den Schieber b wieder hochzieht und dadurch den Kanal a go entsprechend öffnet.

Die beschriebene Vorrichtung ist selbstverständlich noch mit den für den Betrieb erforderlichen Regelungs- und Einstellorganen versehen; z. B. kann durch ein Stellrad 20, das auf die mit Rechts- und Linksgewinde versehenen Enden der zweiteilig gewählten Stange 8 aufgeschraubt ist, die Länge der Stange 8 so geändert werden, daß die Knaggen 4, 5 früher oder später zur Einwirkung auf die Knaggen 6, 7 kommen; auch läßt sich durch eine Stellvorrichtung f die Stellung des Schiebers b regeln. Durch Einstellung des Ventiles 15 hat man es in der Hand, die Zeit zu bemessen, die erforderlich ist, um die Stange 8 herabsinken und den Schieber b sich öffnen zu lassen, wodurch dann die Stärke der Bremsung wieder verringert wird.

Fig. 2 stellt eine andere Ausführungsform dar, die gleichfalls dazu dient, durch die Größe des Ausschlages der Kreiselschwingungen die Brems- no stärke zu beeinflussen.

Der Zapfen c des Kreisels trägt einen nach unten gerichteten Hebelarm g, der an dem Zapfen i eines Gleitblockes m angeschlossen ist, der in der die beiden wagerechten Plunger- n₅ kolben 11, n¹ verbindenden Schleife 0 sitzt. Die beiden Plungerkolben arbeiten in den beiden Pumpenzylindern ft, ft¹ und pumpen bei einer Schwingung des Kreisels dixrch die Rohre. r, r¹ Wasser aus dem Behälter q in den Zylinder t, wodurch der Kolben u mit der Stange ν nach oben gepreßt wird. Durch das Regelungsventil w

kann immer eine gewisse Menge Wasser aus dem Zylinder t nach dem Behälter q zurückfließen, wodurch es ermöglicht wird, daß die Schraubenfeder χ den Kolben u und die Stange υ wieder nach unten pressen kann. Die Stange ν wirkt dann in ähnlicher Weise wie die Stange 8 des in Fig. ι gezeigten Ausführungsbeispieles oder auf andere Weise auf das Regelungsorgan b (Schieber o. dgl.) der Bremszylinder ein, so daß

ίο bei einem großen Ausschlag des Kreisels und folglich auch bei einem großen Hub der Pumpenkolben die Bremsstärke des Bremsorganes vergrößert wird.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, um die Bremsstärke durch die Winkelgeschwindigkeit zu beeinflussen, die der Kreisel bei seiner Schwingungsbewegung erreicht, ist in Fig. 3, 3 a und 3 b veranschaulicht..
Einer der Zapfen c, um die der ganze Kreiselapparat schwingt und der in dem Lager 38 ruht, trägt einen gezahnten Quadranten 39. Dieser Quadrant greift in das gezahnte Rad 40, das gewöhnlich einen wesentlich kleineren Radius als der Quadrant hat. Dieses kleine Zahnrad 40 ist aus einem Stück mit einem kurzen Hohlzylinder 41 gegossen; der ganze Gußkörper sitzt lose auf der Welle 42. Der Hohl zylinder 41 trägt an seiner inneren Wandung (Fig. 3 b) zwei (oder mehrere) nach innen gerichtete S'perrstücke 43, die in ein Sperrad 44 eingreifen, das fest auf der Welle 42 sitzt, die außerdem noch ein fest aufgekeiltes Schwungrad 45 trägt.

Wenn der Kreiselapparat und mit ihm der Quadrant 39 in hin und her schwingende Bewegung kommt (Pfeile α und ß, Fig. 3),· so wird das Zahnrad 40 und der Hohlzylinder 41 in eine abwechselnd rechts und links herum gerichtete drehende Bewegung versetzt. Bei der links herum gerichteten Drehung (Pfeil γ, Fig. 3 und 3 b) fassen die Sperrstücke 43 in das Sperrrad 44 und erteilen dadurch diesem sowie dem Schwungrad 45 eine nach links herum gerichtete Drehung. Bei der rechts herum gerichteten Drehung (also dem Pfeil γ entgegengesetzt) gleiten die Sperrstücke über die Zähne des Sperrades 44 hinweg, ohne das Sperrad 44 mitzunehmen. Letzteres und das Schwungrad 45 bleiben also bei Rechtsschwingung des Quadranten 39 (Pfeil ß, Fig. 3) und Rechtsdrehung des Rades 40 und des Hohlkörpers 41 in Ruhe, und das Schwungrad erfährt durch die Hin- und Herdrehung des Quadranten eine unterbrochene Drehbewegung in nur immer einer Richtung.

Wenn der Kreisel nur einen geringen Ausschlag macht, er also nur mit geringer Geschwindigkeit durch die Mittellage geht, so wird das Schwungrad auch nur in eine langsame Drehung versetzt; wenn hingegen der Kreiselapparat sehr heftig und weit ausschwingt, so muß das Schwungrad eine verhältnismäßig große Umdrehungsgeschwindigkeit annehmen.

Diesen Unterschied in der Umdrehungsgeschwindigkeit kann man nun dazu benutzen, um auf das Regelungsorgan der Bremsvorrichtung einzuwirken. Man kann zu diesem Zweck z. B. auf der Welle 42 entweder einen geeigneten Fliehkraftregler o. dgl. anbringen, oder man kann auch die Welle 42 mit einer Dynamo in Verbindung bringen, deren Stromstärke sich alsdann mit der Umdrehungszahl ändert und in geeigneter Weise auf das Regelungsorgan einwirkt. Die Art und Weise, wie die Schwankungen in der Winkelgeschwindigkeit der Schwingungen des Kreiselapparates benutzt werden, um auf die Bremsung einzuwirken, soll beliebig sein.

Bei der soeben beschriebenen Einrichtung wird das Schwungrad nur dann einen Anstoß durch Vermittlung des Sperrades 44 erhalten, wenn sich der Quadrant 39 bzw. der Kreiselapparat in der Richtung des Pfeiles .a (Fig. 3) bewegt. Bei der rückläufigen Bewegung, wie sie durch den Pfeil β angedeutet ist, erhält das Schwungrad keinen Anstoß. Es wird jedoch in vielen Fällen zweckmäßig sein, auch bei der rückläufigen Schwingungsbewegung auf das Schwungrad einzuwirken. .Es kann das in sehr einfacher Weise dadurch ermöglicht werden, daß man auf die Welle 42 noch einen zweiten Hohlzylinder mit Sperrstücken und Sperrad aufsteckt. Der Antrieb dieses zweiten Hohlzylinders darf jedoch von dem Quadranten 39 nur mit Hilfe eines zwischengeschalteten Zahnrades erfolgen. Dieses letztere bewirkt dann, daß sich der zweite Hohl zylinder bei der rückläufigen Schwingungsbewegung des Quadranten 39 im Sinne des Pfeiles β gleichfalls nach links herum dreht, also in dem gleichen Sinne wie der erste Hohlzylinder bei der Schwingung des Quadranten im Sinne des Pfeiles a.

Um ein Brechen der Zähne bei einer plötzlichen heftigen Schwingungsbewegung zu vermeiden, kann an geeigneter Stelle eine Reibungskupplung eingeschaltet werden, oder statt der Verzahnung können die Peripherien des Quadranten 39 und des Rades 40 wie bei Reibrädern ausgebildet werden. An Stelle der Sperrkegel 43 können auch Reibungsklauen verwendet werden.

Wenn der hier geschilderte Mechanismus verhältnismäßig stark ausgebildet und das Schwungrad 45 von einem angemessenen Gewicht gewählt wird, so kann er unmittelbar dämpfend auf die schwingende Bewegung des Kreisels wirken und den Bremsapparat unter Umständen ganz oder teilweise ersetzen.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Regeln der Bremsstärke durch das von dem Kreisel selbst ausgeübte, die Rollbewegungen verhindernde Kräftepaar ist i.i Fig. 4 und 5 veranschaulicht. Fig. 4 stellt den Kreisel in der Ansicht in der Richtung der Längsachse des

Schiffes von vorn gesehen dar, und Fig. 5 zeigt den Kreisel in der Seitenansicht, also in der Querschiffsrichtung gesehen.

Mit y ist eine Trommel bezeichnet, in der der Kreisel zur Verminderung des Luftwiderstandes eingekapselt sein mag. 21 ist das obere und 22 das untere Fußlager der senkrechten Kreiselachse 23. Mit 24 ist der Elektromotor bezeichnet, durch den der Kreisel in Umdrehung erhalten wird. Die beiden großen Schildzapfen, die die wagerechte Schwingungsachse des Kreisels bzw. die Lagerzapfen des Rahmens 25 bilden, sind mit c und c¹ bezeichnet. Die Lager 26, 27 für die Schildzapfen c, c¹ sind in eigentümlicher Weise elastisch unterstützt, wie das bei dem linken Lager im Schnitt veranschaulicht ist. Sie sind in Rahmen 28, 29 so gehalten, daß sie sich in senkrechter Richtung etwas nach unten, aber nicht nach oben verschieben können.

Die Schraubenfedern 30, die die Lager 26, 27 unterstützen und deren Spannung durch Muttern 31, 32 geregelt werden kann, sind bestrebt, die Lager in ihren oberen Stellungen zu halten. Sobald nun durch eine Schwingung des Kreiselapparates um die Zapfen c, c¹ ein Kräftepaar entsteht, das ihn nach links herum (also in Fig. 4 entgegen der Uhrzeigerdrehung) drehen will, so wird der Zapfen c das Lager 26 etwas nach unten drücken. Die mit dem Lager c in Verbindung stehende Stange 33 wird dabei etwas nach unten verschoben. Diese Verschiebung kann dann entweder durch ein einfaches Gestänge, das in der Zeichnung nicht angegeben ist, das Ventil oder den Schieber der oben beschriebenen hydraulischen Bremszylinder schließen oder den betreffenden Querschnitt des Durchlasses verengen, oder die Stange 33 kann wie bei der anderen oben beschriebenen Einrichtung auf einen Katarakt wirken, der dann mit dem Schieber des Bremszylinders in der genannten Weise in Verbindung . gesetzt wird.

Wenn der Kreisel im entgegengesetzten Sinne eine heftige Schwingung ausführt, so wird das Lager 27 etwas nach unten gedrückt werden, und die Stange 34 kann dann in gleicher Weise auf denselben Regelungsmechanismus wirken.

Die Stützung der beiden Lager 26, 27 kann natürlich in anderer Weise als durch Federn bewirkt werden, so z. B. durch eine hydraulische oder pneumatische Einrichtung. Die Regelung der elastischen Lagerung kann auch in anderer Weise als durch eine Schraube bewerkstelligt werden.

Bei der soeben beschriebenen Einrichtung können die hydraulischen Bremszylinder auch in Wegfall kommen und durch eine Reibungsbremse ersetzt werden, wie solche in Fig. 4 und 5 dargestellt ist. An der unteren Seite des Kreiselapparates, in der längsschiffs liegenden senkrechten Symmetrieebene, ist ein kreisbogenförmiger Schleifring 35 angebracht, dessen Drehachse mit derjenigen der beiden Schildzapfen c, c¹ zusammenfällt. Diesem Schleifring 35 steht an der tiefsten Stelle ein Schleifklotz 36 in sehr geringem Abstand gegenüber. Dieser Schleifklotz ist, wie in der Zeichnung dargestellt, mittels Federn 27 elastisch in einer Büchse 38 gelagert. Die Stärke des Federdruckes oder der elastischen Lagerung muß in irgendeiner Weise regelbar ausgeführt werden. Wenn sich nun durch das auftretende Kräftepaar eines der beiden Schildzapfenlager 26 oder 27 etwas nach unten bewegt, der ganze Kreiselapparat sich also etwas senkt, so kommt der Schleifring 35 mit dem Bremsklotz 36 in Berührung, wodurch die Kreiselschwingungen selbst gebremst werden. Die Einrichtung bietet also den Vorteil, daß das von dem Kreisel hervorgebrachte Kräftepaar nie über ein gewisses Maß hinausgehen und die Konstruktionsteile zu sehr beanspruchen kann. Der Schleifring 35 kann auch in anderer Form ausgeführt werden. Bei den vorstehenden Erläuterungen und Beschreibungen ist vorzugsweise von einer durch hydraulische Zylinder ermöglichten Bremsung und den hierzu erforderlichen Regelungsorganen die Rede gewesen und wird sich die hydraulische Bremsung voraussichtlich auch am zweckmäßigsten erweisen. Es sollen jedoch für die hier in Frage kommenden Einrichtungen auch alle anderen möglichen Wege . der Bremsung angewendet werden können, so z. B. die Bremsung auf pneumatischem oder elektrischem Wege, oder die Bremsung durch Reibung sowie auch alle hierbei möglichen Kombinationen und geeigneten Regelungsorgane.

Claims (6)

Patent-Ansprüche:

1. Vorrichtung, um die Stärke der Bremsung der Pendelbewegungen von Kreiselrädern zu regeln, die zur Verminderung der Rollbewegungen von Schiffen und anderen schwingenden Körpern dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Ausschlages des Kreiselrades oder die dadurch bedingte größte Winkelgeschwindigkeit oder das gleichfalls vom Ausschlag abhängige Moment des Kreiselrades eine Gegensteuerung no' beeinflußt, die die Bremsvorrichtung des· Kreiselrades derart selbsttätig steuert, daß die Bremsstärke selbsttätig im Einklang mit den Ausschlagswinkelri der restlichen Rollbewegungen des Schiffes o. dgl. geregelt wird.

2. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kolbenstange fs¹) des einen Zylinders (z, z¹) der hydraulischen Kolbenbremsen ein zweiarmiger Hebel (d) angelenkt ist, an dem zu beiden Seiten des Drehpunktes (1) An-

schlage (4, 5) angebracht sind, die beim Ausschlag des Kreisels eine mit dem Regelungsorgan fb) verbundene, unter Federwirkung stehende Stange (8) abwechselnd heben.

3. Bremsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Ausschlag des Kreisels je eine Kolbenpumpe (j>, p¹) in Gang gesetzt wird, deren gemeinsame Druckrohrleitung fr¹) in einen Zylinder ft) mündet, dessen federbelasteter Kolben fu) mit dem Regelungsorgan fb) in Verbindung steht.

4. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschläge des Kreiselrahmens auf ein nur in einer Richtung drehbares Schwungrad (45) übertragen werden, "dessen Umdrehungen dazu benutzt werden, das Regelungsorgan fb) der Bremse einzustellen.

5. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen fCy c¹) des Kreiselradrahmens (25) elastisch gelagert sind, so daß der Rahmen infolge des beim Ausschlag auftretenden Kräftepaares eine Kippbewegung ausführen kann, die das· Regelungsorgan fb) der Bremse beeinflußt.

6. Bremsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreiselradrahmen (25) mit einem Schleifringsektor

(35) versehen ist, der sich bei der Kippbewegung des Rahmens gegen einen Bremsklotz

(36) legt und eine Bremsung hervorruft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.