DE258718C

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Publication number: DE258718C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- ΛΙ 258718 KLASSE 42 c. GRUPPE

ELMER AMBROSE SPERRY in NEWYORK.

mit Hilfe eines Kreisels.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 14. Juni 1908 ab.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung,

die dazu dient, mit Hilfe eines Kreisels die Bewegungen eines frei schwingenden Körpers zu unterdrücken oder dem Körper Bewegungen zu erteilen.

Es ist bekannt, daß ein Kreisel an einem frei schwingend aufgehängten Körper derart drehbar gelagert werden kann, daß jede Schwingung des Körpers eine Präzession des Kreisels erzeugt und dadurch Arbeit verbraucht, welche der Schwingungsenergie des Körpers entzogen wird und dessen Schwingungen daher dämpft.

Durch dieses Mittel kann aber niemals eine

^X5 vollständige oder auch nur eine annähernd vollständige Unterdrückung der Schwingungen erhalten werden, weil die Präzession des Kreisels immer erst eine Wirkung der Schwingungsbewegungen ist.

Die Einrichtung kann aus diesem Grunde mit einem gewissen Erfolge auch nur auf Körper angewendet werden, die sich in stabilem Gleichgewicht befinden, wie beispielsweise ein schwimmendes Schiff. Denn wenn der Körper in labilem Gleichgewicht ist, wie beispielsweise der Wagen einer Einschienenbahn, dann werden seine Abweichungen aus der Gleichgewichtslage durch die Schwere verstärkt, und da die durch die Abweichungen erzeugten Präzessionen des Kreisels ihnen immer erst nachfolgen, so können sie das endgültige Verlassen der Gleichgewichtslage zwar verzögern, aber nicht dauernd verhindern.

Um labil aufgehängte Körper zu verhindein, dauernd ihre Gleichgewichtslage zu verlassen, hat man daher bereits vorgeschlagen, eine äußere Kraftquelle zu benutzen, die dem Kreisel eine Präzessionsbewegung aufzwingen kann und dadurch Arbeit auf den mit dem Kreisel gekuppelten schwingenden Körper überträgt, die dazu verwendet werden kann, nicht allein seinen beginnenden Fall aufzuhalten, sondern auch ihn wieder in die Gleichgewichtslage zurückzuheben, sobald er sie verläßt.

Man hat zu diesem Zweck zu beiden Seiten einer Einschienenbahn feste Schienen angebracht, zwischen denen der labil auf der Laufschiene stehende Wagen um einen gewissen Winkel pendeln kann, und hat Vorrichtungen, beispielsweise elektrische Kontaktvorrichtungen, vorgesehen, welche die äußere Kraftquelle, etwa einen Elektromotor, derart steuern, daß er dem Kreisel eine Präzessionsbewegung aufzwingt, die so bemessen ist, daß die' dadurch auf den labil schwingenden Körper übertragene Arbeit genügt, um ihn in die Gleichgewichtslage zurückzuheben.

Einrichtungen dieser Art lassen sich auch auf schwingende Körper anwenden, die sich im stabilen Gleichgewicht befinden. Sie haben aber in jedem Fall den ihrem Wesen anhaftenden Übelstand, daß sie erst zu wirken beginnen, wenn der Körper, dessen Schwingungen abgedämpft oder unterdrückt werden ₍ sollen, schon um eine gewisse Größe aus seiner Gleichgewichtslage abgelenkt worden

(ti. Auflage, ausgegeben am 12. Februar If)

ist. Ihre Anwendung hat daher bei labil aufgehängten Körpern stets und bei stabil aufgehängten Körpern immer dann, wenn äußere Kräfte den Körper dauernd in Schwingungen zu halten streben, wie bei einem Schiff auf bewegter See, die AVirkung', daß der Körper zwischen denjenigen Grenzstellungen beständig schwingen muß, bei denen die Präzessionsbeschleunigung einsetzt.

ίο Die Erfindung besteht darin, daß ähnlich wie bei der erwähnten bekannten Einrichtung eine Kraftquelle vorgesehen wird, daß aber deren Tätigkeit unabhängig von den Schwingungen des Körpers gesteuert wird, die abgedämpft oder unterdrückt' werden sollen. Alsdann läßt sich sowohl die Größe der dem Kreisel aufgezwungenen Präzession wie der Zeitpunkt, in dem sie einsetzt, bei genügender Masse und Umlaufgeschwindigkeit des Krei-

ao sels stets so wählen, daß die Schwingungen des Körpers vollständig unterdrückt werden. Man kann erforderlichenfalls die dem Kreisel aufgezwungene Präzession einsetzen lassen, bevor die Schwingung· einsetzt, und dadurch der Kraft, welche die Schwingung erzeugen würde, eine in jedem Zeitpunkt genau gleiche und entgegengesetzt gerichtete Kraft entgegenwirken lassen. Man kann die Einrichtung auch dazu benutzen, um dem an und für sich ruhenden Körper g'ewollte Schwingungen zu erteilen, \vas ebenfalls mit den bisher bekannten, für ähnliche Zwecke bestimmten Kreiselvorrichtungen nicht möglich war. Die einfachste Form der Ausführung der Erfindung würde darin bestehen, daß der Kreisel selbst oder der Rahmen, in dem er gelagert ist, von Hand so geschwenkt würde, daß dadurch die Schwingungen des Körpers abgedämpft werden, und wo es sich um verhältnismäßig geringe Massenwirkungen handelt, läßt sich die Erfindung tatsächlich auf diese Weise ausführen.

Die wichtigste Anwendung der Erfindung ist aber die Abdämpfung der Schlingerbewegungen und Stampfbewegungen eines Schiffes, und um die Bewegungen so großer Massen abzudämpfen, muß zur entsprechenden Einstellung des Kreisels eine Maschine angewendet werden, welche in ähnlicher \¥eise eingerichtet sein kann wie eine Rudermaschine.

Die Tätigkeit der Person, die den Kreisel bedient, entspricht alsdann genau derjenigen eines Steuermanns, der in bewegter See einen gegebenen Kurs halten soll. Er muß jede Abweichung von der verlangten Stellung des Schiffs im voraus abschätzen und im richtigen Zeitpunkt die dem Kreisel die verlangte Präzession aufzwingende Maschine im verlangten Bewegungssinne anlassen.

Nach der Erfindung soll aber auch die Steuerung des Einstellmotors nicht ausschließlich von Hand geschehen, sondern es können dazu je nach der Eigenart des Anwendungsfalles beliebige äußere Kräfte ver-Avendet werden. Handelt es sich, wie beim Abdampfen der Schlinger- und Stampfbewegungen eines Schiffes, darum, Bewegungen zu unterdrücken, die durch äußere Kräfte hervorgerufen werden, so kann man nach der Erfindung diese Kräfte selbst zur Steuerung des Einstellmotors und damit zur entsprechenden \~erstellung des Kreisels benutzen.

Eine Ausführungsform der Erfindung besteht daher darin, daß an der Schiffswand Membranen oder be\vegliche Kolben angebracht sind, vorzugsweise in Paaren, an Punkten, die einander gegenüberliegen. Die \ Membranen eines solchen Paares werden dann ! verschieden durchgebogen werden, sobald auf gegenüberliegenden Seiten des Schiffes ver-■ schiedene Wasserdrucke entstehen, sei es dadurch, daß das Schiff aus irgendeinem Grunde gekrängt wird, sei es, daß es, ohne gekrängt ' zu werden, eine solche Stellung zu den Seen ; einnimmt, daß das Wasser über der einen Membran höher steht als über der andern.

Dieser Durchbiegungsunierschied der beiden Membranen kann benutzt werden, um beispielsweise elektrische Ströme zu schließen oder zu unterbrechen, durch, deren Vermittelung alsdann der Einstellmotor gesteuert wird.

In der Zeichnung ist

Fig. ι ein senkrechter Schnitt durch eine Kreiselvorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform des Einstellmotors und

Fig. 3 ein wagerechter Schnitt nach 3-3 in ■ Fig. i, der außerdem die Möglichkeit veranschaulicht, mehrere Kreiselvorrichtungen ' durch einen gemeinsamen Antrieb zu verstellen.

! Die Welle 4 des Kreisels 5 ist in einem : Gehäuse 6 gelagert, das gleichzeitig einen : Elektromotor 7 zum Antrieb des Kreisels ent- ! hält. Das Gehäuse ist in bekannter Weise in Zapfen 8 in einem Rahmen 9 drehbar aufgehängt, der seinerseits um Zapfen 10 gedreht werden kann, die in den Enden zweier Arme 11 gelagert sind. Die Arme 11 sitzen, an einer gemeinsamen Nabe 12, die auf einem Stützlager 13 ruht und auf einem aufrechten Zapfen 14 geführt ist. Über der Nabe 12 des Traggestells sitzt ebenfalls auf dem Zapfen 14 drehbar eine zweite Nabe 15, die mit einer Kegelradverzahnung 16 versehen ist. In die Verzahnung 16 greift die Verzahnung eines in einer Kugelfläche gekrümmten Sektors 17 ein, der mit dem Rahmen 9 starr verbunden ist.

Auf der gegenüberliegenden Seite greift

die Verzahnung 16 in einen zweiten Zahnsektor 30 ein, der um Zapfen 31 im Zapfen 10 des Rahmens 9 drehbar ist und in einen dritten Sektor 32 eingreift, der mit dem Gehäuse 6 verbunden ist.

Auf die Nabe 15 ist der Rotor eines Elektromotors 18 aufgekeilt, der als Einstellmotor dient und dem Kreisel durch das Zahnrad 15 und die Sektoren 17, 30 und 32 die verlangten Präzessionen erteilt.

Am unteren Teil der Nabe 12 des Kreiselgestells ist eine Verzahnung 19 vorgesehen, in die eine Zahnstange 20 eingreift. Durch eine Rolle 21 wird der Eingriff der Zahnstange gesichert.

Fig. 3 zeigt einen wagerechten Schnitt nach 3-3 in Fig. i, welcher zwei Kreiselvorrichtungen nebeneinander darstellt, die durch einen gemeinsamen Antrieb derart verstellt werden können, daß die von den Kreiseln ausgehenden Reaktionskräfte in die resultierende Ebene der von den Schlinger- und Stampfbewegungen des Schiffes gebildeten Bewegungskomponenten fällt. Die Zahnstangen 20 der beiden Kreiselvorrichtungen bilden die Verlängerungen von zwei Druckwasser- oder Druckluftzylindern. Je nachdem also diese Zylinder mit Druckmittel gespeist werden, kann man die beiden Zahnstangen verschieben und dadurch die Kreiselgestelle 12 in die verlangte Stellung schwenken.

Fig. 2 zeigt die wesentlichen Teile einer Ausführungsform, die sich von der in den Fig. ι und 3 dargestellten dadurch unterscheidet, daß an Stelle eines Elektromotors als Einstellmotor ein System von Dampf-, Druckluft- oder Druckwasserzylindern verwendet ist.

Von dem Kreiselgestell erscheint nur das obere Ende eines der beiden Tragarme 11. Es sind zwei Zylinder 23 und 24 vorgesehen, deren Kolbenstangen mit dem Zahnsektor 30 und mit dem Rahmen 9 an einander gegenüberliegenden, von der Achse 10 gleich weit entfernten Punkten angreifen. Die beiden Zylinder sind durch gekreuzte Rohre 26 und 27 miteinander verbunden. Wenn sich also der eine Kolben bewegt, drückt er das Druckmittel in den anderen derart hinüber, .daß dieser eine entgegengesetzte Bewegung ausführen muß.

Mit der Kolbenstange des Zylinders 24 ist

ein zweiter Kolben fest verbunden, der sich in einem Zylinder 25 bewegt und durch Druckmittel angetrieben wird, das durch Rohre 28 und 29 zu- und abgeführt wird.

. Mit Hilfe dieser Einrichtung können also dem Kreisel durch entsprechende Verteilung des Druckmittels die verlangten Präzessionen aufgezwungen werden.

Da das Wesen der Erfindung verlangt, daß die Größe der dem Kreisel aufgezwungenen Präzessionen unabhängig von der Größe und Richtung der Eigenbewegungen des Schiffes verändert werden kann, so läßt sich die Einrichtung· nach der Erfindung auch ohne jede Veränderung dazu verwenden, Schlingerbewegungen oder Stampfbewegungen des Schiffes hervorzurufen, wenn keine äußere Ursache vorhanden ist, um solche Bewegungen zu erzeugen. Diese Anwendung der Erfindung ist zum Beispiel von Bedeutung, wenn es ich darum handelt, das Einfrieren eines festliegenden Schiffes zu verhindern oder ein eingefrorenes Schiff loszumachen.

Claims

Patent-An Sprüche:

1. Einrichtung zum Unterdrücken der Bewegungen eines frei schwingenden Körpers mit Hilfe eines Kreisels, gekennzeichnet durch eine von den Schwingungen des Körpers unabhängig gesteuerte Kraftquelle, durch welche dem Kreisel die zur Unterdrückung der Bewegungen des Körpers erforderlichen Lageänderungen aufgezwungen werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, ge- · kennzeichnet durch die Steuerung der Kraftquelle von denselben äußeren Kraftquellen, welche die Bewegungen des schwingenden Körpers verursachen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2 zur Unterdrückung der Stampf- oder Schlingerbewegungen eines Schiffes, gekennzeichnet durch Organe, z. B. Kolben, Membranen, durch welche die Veränderungen des auf die Schiffswand wirkenden Wasserdrucks die für die Steuerung der den Kreisel einstellenden Kraftquelle erforderlichen Kräfte auslösen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch elektrische Kontakte, durch welche die durch die Veränderungen des auf die Schiffswände wirkenden Wasserdrucks verursachten Bewegungen der Kolben oder Membranen geschlossen und geöffnet werden und durch die so erhaltenen elektrischen Stromänderungen die verlangten Steuerbewegungen vorschreiben.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisel in schwenkbaren Rahmen derart gelagert ist, daß durch Schwenkung der

, Rahmen seiner Achse jede beliebige Riehtung gegeben werden kann, und daß die zur Ablenkung der Kreiselachse dienende Kraftquelle derart mit dem Rahmengestell verbunden ist, daß diesem stets eine solche Stellung zu den Bewegungen des Schiffs gegeben werden kann, daß die Rückwirkung der dem Kreisel aufgezwungenen

Präzessionen in die resultierende Richtung j aller Komponenten der Bewegung fällt.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen ι ; bis 5, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Kreiseln, welche durch dieselbe Einstellvorrichtung abgelenkt wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Kreiseln mit je einem Ablenkmotor ausgestattet ist und alle Ablenkmotoren durch eine gemeinsame Steuervorrichtung gesteuert werden.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisel mit einer Mehrzahl von Rahmen ausgerüstet ist und der Ablenkmotor mit den Rahmen derart gekuppelt, ist, daß er gleichzeitig alle Rahmen ablenken kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.