DE280209C

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Publication number: DE280209C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 65«. GRUPPE

JULIUS PINTSCH AKT-GES. in BERLIN.

Bei Leuchtbojen ist es notwendig, für eine möglichst ruhige Lage des schwimmend verankerten Bojenkörpers zu sorgen, damit die von der Fresnelschen Linse gesammelten und in wagerechter Richtung auszusendenden Lichtstrahlen der Bojenlaternen auch tatsächlich parallel zur Wasseroberfläche bleiben, da andernfalls ■ das Licht für den Beobachter zeitweise unsichtbar und damit die Kennung der Boje unklar wird.

Auch die Auf- und Abwärtsbewegungen der Boje in senkrecht bleibender Stellung sollen soweit als möglich eingeschränkt werden, damit das Licht in gleicher Höhe sichtbar bleibt

!5 und nicht einmal weit über dem Wasser erscheint und das andere Mal von einem Wellenberg verdeckt wird. Besonders bei Gasbojen ist die Auf- und Abwärtsbewegung schon aus dem Grunde möglichst klein zu halten, weil sie durch Hervorrufung von wechselnden Druck- und Saugwirkungen in der Laterne das Licht zum Verlöschen bringen kann. Bei Schallsignalbojen, z. B. den bekannten Heulbojen, bei denen die senkrechte Relativbewegung zwischen Bojenschwimmkörper und Wasser zum Hervorbringen des Schalles benutzt wird, wird die Wirkung um so stärker sein, je größer die erwähnte Relativbewegung ausfällt, was dadurch erreicht werden kann, daß die schwimmende Boje verhindert wird, die Auf- und Abwärtsbewegungen des Wassers mitzumachen. Beide Forderungen lassen sich bei den bisher bekannten Bojen nicht miteinander vereinigen und erfüllen.

Sieht man zunächst davon ab, daß die Lagen des Systemschwerpunktes und des Deplacement-Schwerpunktes in bezug auf ihre Entfernung von der Wasserlinie und zueinander für die Stabilität ebenso von Einfluß sind wie die Schwimmkörpergestaltung, die Verankerungsweise und die Größe des Körperträgheitsmomentes, so bleiben als wichtigste Faktoren zwei Größen übrig: für die Aufrechterhaltung der senkrechten Bojenstellung ist die Größe des Trägheitsmomentes der Wasserlinie desSchwimmkörpers maßgebend, für die Verhinderung der Auf- und Abwärtsbewegung der Boje dagegen die absolute Größe der Fläche der Wasserlinie selbst.

Der Einfluß des Wasserlinienträgheitsmomentes bei Stabilitätsbestimmungen treibender Körper ist aus dem Schiffbau bekannt, so daß das oben Gesagte an Hand des nachstehenden Beispiels veranschaulicht werden kann.

Belastet nian in beliebiger Weise einen zylindrischen Schwimmkörper von z. B. 3 m φ (Fig. 1), so daß er bis etwa zur halben Höhe eintauchend im Wasser treibt, so ist die Stabilität — immer abgesehen von den Lagen des Gewichtsschwerpunktes und des Verdrängungs-Schwerpunktes, deren Bemessung man in der Hand hat — gegeben durch das Trägheitsmoment der Kreisfläche von 3 m φ :

T — V · ff . Q* — 3 (wfi m*

j — /64 11 · ο — o>y/^u ^ιΐί ·

Die Kräfte, die dagegen ein senkrechtes Auf- und Abwärtsbewegen des Zylinders bei bewegtem Wasser verursachen, sind abhängig von der Kreisfläche selbst, denn ein Wellenberg von ι m Höhe, der den Zylinder trifft, sucht

ihn mit einer Kraft von 30² · — · 10 = 7068 kg

nach aufwärts, ein gleich tiefes Wellental dagegen mit derselben Kraft nach abwärts zu bewegen.

Erfordert die ruhige Lage des Körpers die Vergrößerung oder Verkleinerung eines der beiden Werte, so muß eine Veränderung der anderen Größe in dem gleichen Sinne in den Kauf genommen werden.

Da man stets an eine bestimmte Größe des

ίο Schwimmkörpers zum Tragen der Gewichte und z. B. zur Aufnahme des Brenngases bei Gasbojen gebunden ist, so verändert auch die Formgebung des Schwimmkörpers wenig oder nichts an dem oben erläuterten Abhängigkeitsverhältnis der beiden ausschlaggebenden Größen, solange man nicht andere Mittel benutzt.

Eine freie Wahl beider Werte behält man nur, und dies ist ein Teil der vorliegenden Erfindung, wenn man mehrere oder einen entsprechend gegliederten Schwimmkörper anwendet.

Auch dies möge an Hand eines Beispiels erläutert werden:

Ordnet man um einen ganz unter Wasser liegenden Hauptauftriebskörper a (Fig. 2) 6 stehende Hilfsschwimmkörper b zylindrischer Form von je 0,3 m φ auf einem Kreise von X m φ an, so daß alle Körper starr miteinander verbunden sind (Fig. 2), und fordert, daß das Trägheitsmoment der Wasserlinie, bezogen auf die X-Achse, gleich dem des Zylinders im vorangegangenen Beispiel, also gleich J = 3,976 ist, so ergibt sich für den Durchmesser X folgende Größe:

X ;=

/ 4- (3,976-7₃₃·Ίΐ·ο,3⁴)
o,3²· II-sin² 60°

I/

= 8,66 m.

Ein so zusammengesetzter Schwimmkörper hat also ein gleich großes Trägheitsmoment der Wasserlinie wie der Zylinder von 3 m φ, ein Wellenberg von 1 m Höhe hebt ihn aber nur oder ein gleich tiefes Tal senkt ihn nur mit einer Kraft von

3² · ίΐ
6 · ίο = 424 kg

gegenüber 7068 kg im ersten Beispiel.

Der schwimmende Körper kann die gleichen Inhalte, Gewichte und Schwerpunktslagen wie der Zylinder von 3 m φ haben, wird aber nur mit Y₁₇ der Kraft nach oben und unten beschleunigt bei sonst gleichen Stabilitätsverhältnissen. Die Auf- und Abbewegung muß also sehr klein werden, weil so kleine Kräfte den schweren, trägen Körper nicht oder nur wenig in der kurzen Zeit beschleunigen können, während ein Wellenberg oder ein Wellental die Lage der Boje zu beeinflussen suchen.

Bei dem zusammengesetzten Schwimmkörper können aber auch die beiden betrachteten maßgebenden Größen unabhängig voneinander nach Belieben verändert werden.

Die senkrecht nach oben wirkenden Beschleunigungskräfte lassen sich noch weiter verringern, wenn die Verhältnisse so gewählt werden, daß die Schwimmkörper nur wenig aus dem Wasser hervorragen und schon von einem mäßig hohen Wellenberg ganz überspült werden. Damit der Bojenkörper dann seine Stabilität behält, darf er keine Formstabilität, sondern muß Gewichtsstabilität besitzen, d. h. sein Schwerpunkt muß unter dem Verdrängungsschwerpunkt liegen.

Gibt man auf dem so beschriebenen Wege den Schwimmkörpern, welche massiv, z. B. aus Holz oder hohl hergestellt werden und gleichzeitig als Gasbehälter dienen können, in der Wasserlinie sowie über und unter derselben kleine Querschnittsflächen, so muß das Bojengewicht natürlich hauptsächlich von großen Auftriebskörpern getragen werden, die ganz oder zum überwiegenden Teil so tief unter der Wasseroberfläche liegen, daß sie möglichst nicht von einem Wellental freigelegt werden. Diese Maßnahme ist ein weiterer Teil der vorliegenden Erfindung, der den Vorteil bringt, daß die großen Angriffsflächen für Strömung, Wind und Seegang dem Einfluß dieser die Stabilität beeinträchtigenden Faktoren soweit als angängig entzogen sind. Diese großen Anteile der Wasserverdrängung können natürlich untere ' Fortsetzungen der Hilfsschwimmkörper sein oder getrennt von diesen, z. B. zentral angeordnet werden.

Um die größten Teile des Schwimmkörpers, der bei Gasbojen gleichzeitig als Gasbehälter dient, unter Wasser zu ziehen, sind natürlich große Gewichtsbelastungen erforderlich. Auch diese sind von hohem Wert für die ruhige Lage der Boje im Seegang, weil durch sie das Körperträgheitsmoment der ganzen schwimmenden Masse namentlich dann sehr vergrößert wird, wenn sie weit vom Angriffspunkt des Gesamtauftriebes entfernt angebracht sind. Die im zweiten , Beispiel betrachtete, aus einzelnen Kreisen bestehende Schnittfiguf in der Wasserlinie kann natürlich auch ringförmig, sternförmig usw. sein. Eine beispielsweise Ausführungsform einer Leuchtboje zeigt die Fig. 2, die keiner näheren Erläuterung bedarf.

Die Vorteile der nach der vorliegenden Erfindung konstruierten Boje gehen aus folgenden Betrachtungen noch näher hervor:

Die auf- und abwärts gerichteten Bewegungen einer Boje können natürlich auch eingeschränkt werden, wenn man den größten Teil des Auftriebskörpers mit Hilfe ausreichender Gewichte ganz unter die Wasseroberfläche verlegt und die Wasserlinie als einfache geschlossene Figur von z. B. kreisrundem Querschnitt mit nur kleinem Flächeninhalt ausbildet. Auch eine

Claims

solche Boje wird im Seegange nach oben und unten mit nur kleinen Kräften beschleunigt. Seitliche Bewegungen der Boje in aufrecht bleibender Stellung sind natürlich auf keine Weise zu beseitigen, schaden aber auch nicht im geringsten. Soll aber verhindert werden, daß die Boje von Winddrücken auf dem über Wasser befindlichen Teil oder von der Wasserbewegung selbst in große Neigungen gebracht

ίο wird, so muß der Gewichtsschwerpunkt wegen des kleinen Trägheitsmomentes der Wasserlinie weit unter den Verdrängungsschwerpunkt gelegt werden, damit die Boje ein großes Aufrichtungsvermögen erhält. Alle Massenkräfte der einmal bewegten Boje greifen im Gewichtsschwerpunkt S an, während der Verdrängungsschwerpunkt D als Drehpunkt anzusehen ist, in dem die pendelnde Boje gewissermaßen aufgehängt ist. Legt man also beide Punkte weit auseinander, wie dies die vorerwähnte Betrachtung fordert, so entstehen große Drehmomente und damit Neigungen, sobald die Boje unter dem Einfluß der auf sie ■ einwirkenden Kräfte zu seitlichen Bewegungen gezwungen wird.

Da das weite Auseinanderlegen der beiden Punkte gewöhnlich auch einen großen Tiefgang der Boje bedingt, so befinden sich die einzelnen Teile der Boje auch in Wasserschichten, die in der Strömung eine verschiedene Geschwindigkeit und im Seegang eine verschieden große Seiten Verschiebung besitzen. Liegen die Mittelkräfte dieser Einflüsse nicht in Höhe des Verdrängungsschwerpunktes und des Angriffspunktes der Ankerkette, so entstehen neue Drehmomente, die eine senkrechte Lage der Boje gefährden.

Es erscheint deshalb richtiger, den Gewichtsschwerpunkt 5 der Boje nur wenig unter oder über den Verdrängungsschwerpunkt D zu legen und das Auf rieht emoment der Boje dadurch genügend groß zu machen, daß man der Wasserlinie bei kleinem absoluten Flächeninhalt ein großes Trägheitsmoment gibt. Dies kann nur in der Weise erfolgen, wie diese Erfindung angibt.

Die Boje braucht dann keinen großen Tiefgang zu haben, alle Teile liegen deshalb in Wasserschichten mit annähernd gleicher horizontaler Wasserbewegung, und die Angriffsflächen der Schwimmkörper sind leicht so zu gestalten, daß die Mittelkraft aller horizontal gerichteten Bewegungseinflüsse in Höhe des Verdrängungsschwerpunktes liegt.

Auch der Angriffspunkt der Ankerkette kann, wie Fig. 2 erkennen läßt, leicht so gewählt

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werden, daß er nur wenig von den mehrfach erwähnten beiden Punkten entfernt liegt, ohne daß die Boje durch das Kettengewicht exzentrisch belastet wird.

Voraussetzung für eine solche Boje mit geringer Beweglichkeit ist, immer im Interesse einer ruhigen Lage in bewegtem Wasser, ein großes Körperträgheitsmoment. Dieses ist nur durch große Massen zu erreichen, die weit vom Systemschwerpunkt entfernt sind, möglichst aber nicht in zu große Wassertiefen hinabreichen. Diese Forderung bedingt natürlich große Auftriebskörper, die unter Wasser gezogen werden müssen und nur eine kleine Wasser, linienfläche bei verhältnismäßig großem Trägheitsmoment der Wasserlinie besitzen dürfen. Die nach der Erfindung hergestellte Boje erfüllt auch diese Bedingungen. Die Gewichte c zur Vergrößerung des Körperträgheitsmomentes werden, wie die Fig. 2 andeutet, weit vom Schwerpunkt angebracht, ohne in große Wassertiefen zu reichen.

Die Hauptmerkmale dieser Erfindung sind also zusammengefaßt: große Wasserverdrängung, damit große Körperträgheitsmomente erreicht werden können ; kleine Wasserlinienflächen, damit die Boje am Auf- und Abwärtsbewegen möglichst gehindert wird, und schließlich verhältnismäßig große Trägheitsmomente der Wasserlinien, damit die Neigungen der Bojen im bewegten Wasser und unter dem Einflüsse des Windes usw. klein und die Aufrichtemomente genügend groß werden.

Pa τ ε ν τ -Anspruch:

Schwimmend verankerte Boje zur Abgabe optischer oder akustischer Zeichen, deren Wasserlinienfläche eine gegliederte, ringförmige, durchbrochene oder zusammengesetzte Figur bildet, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung geringer Eigenbewegungen in bewegter See der Schwimmkörper nur ein geringes Reservedeplacement besitzt und die erforderlichen Ballastgewichte in mögliehst großer Entfernung vom Schwerpunkt der Boje angebracht sind, und daß ferner das Trägheitsmoment der Wasserlinienfläche und die Wasserverdrängung der Boje gewisse Mindestwerte besitzen, und zwar derart, daß die Maßzahl für den Flächeninhalt der Wasserlinie in qm kleiner ist als die Maßzahl für ihr Trägheitsmoment in m⁴, bezogen auf die Symmetrieachse, und gleichzeitig das Produkt dieser beiden Zahlen kleiner ist als die Maßzahl für die Wasserverdrängung in cbm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.