DE2848882A1 - Verfahren und einrichtung zum betrieb einer stabilisierungseinrichtung mit beweglichen massen - Google Patents

Description

Vickers Shipbuilding Group Ltd.
Barrow-in-Furness

Cumbria LA
England

AB

Verfahren und Einrichtung zum Betrieb einer Stabilisierungseinrichtung mit beweglichen Massen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betrieb einer Stabilisierungseinrichtung mit beweglichen Massen für schwimmende Fahrzeuge,

Mit "schwimmenden Fahrzeugen" sind Fahrzeuge wie Boote, Schiffe, Linienschiffe, schwimmende Plattformen und dergl.

gemeint.

Stabilisierungseinrichtungen mit beweglichen Massen sind z.B. aus dem GB-PS 1 123 377 und 1 214 O37 bekannt. Nach den Angaben in diesen Druckschriften werden jedoch die Massen erst abgebremst, wenn das Fahrzeug beginnt, sich aufzurichten, d.h. wenn es seinen maximalen Rollwinkel verläßt und erreicht daher eine Ruhestellung erst eine erhebliche Zeit nachdem das Fahrzeug den maximalen Rollwinkel erreicht hatte. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Stabilitätseinrichtung verringert.

Es ist daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Stabilisierungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einem besseren Wirkungsgrad arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stabilisierungsmasse von einer Fahrzeugseite zur anderen Fahrzeugseite verschoben wird, wenn das Fahrzeug den größten Rollwinkel nach dieser genannten anderen Seite hat.

9 0 9820/0776

Nach der Erfindung waist die Stabilisierungseinrichtung für ein schwimmendes Fahrzeug eine Fahrbahn auf, die sich querschiff s zwischen den beiden Fahrzeugseiten erstreckt, auf der die Stabilisierungsmasse geführt ist, wobei die Bewegung der Stabilisierungsmasse so gesteuert wird, daß die Masse von einer Seite des Fahrzeugs zur anderen bewegt wird, wenn das Fahrzeug am stärksten zur anderen Seite geneigt ist.

Der Weg über den die Masse nach der einen oder anderen Seite verschoben wird, kann von der Neigung des Fahrzeugs abhängen, wenn es nach der einen oder anderen Seite unmittelbar vor der Verschiebung der Masse geneigt war.

Alternativ kann der Weg über den die Masse nach der einen oder anderen Seite verschoben wird von der Fahrzeugneigung abluingen, die das Fahrzeug früher nach der einen oder anderen Seite geneigt war.

Die Masse kann durch einen Motor bewegt werden, der eine Windentrommel antreibt, wobei die Masse mit der Windentrommel durch ein Drahtseil verbunden ist, das an beiden Seiten der Masse befestigt und über je eine auf jeder Fcihrzeugseite angeordnete Führungsrolle geführt ist und die Windentrommel umschlingt.

Alternativ kann die Masse durch einen Motor verschoben werden, der eine Windentrommel antreibt, wobei die Windentrommel an einem Ende der Fahrbahn angeordnet ist und mit der Masse durch ein Drahtseil verbunden ist, das an beiden Seiten der Masse befestigt ist und über eine am anderen Ende der Fahrbahn angeordnete Führungsrolle geführt ist und die Windentrommel umschlingt.

Die Masse kann auch durch einen Motor bewegt werden, der je eine Windentrommel an jedem Ende der Fahrbahn antreibt, wobei beide Windentrommeln mit der Masse durch ein Drahtseil verbunden sind.

Ein Fahrzeug kann nach der Erfindung natürlich auch mit mehr als einer Stabilisierungseinrichtung ausgerüstet sein.

0 9820/077 8

Zum bessseren Verständnis derErfindung und um klarer zu zeigen, wie sie in der Praxis verwirklicht werden kann, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer mechanischen Anordnung einer Stabilisierungseinrichtung mit beweglicher Masse nach der Erfindung;

Fig. 2 eine hydraulische Schaltanordnung um die Stabilisierungseinrichtung nach Fig. 1 zu betätigen;

Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Stabilisierungseinrichtung nach der Erfindung;

Fig. k ein Diagramm, dessen Kurven die gegenseitigen Beziehungen zwischen Wellenböschung und Wellenmoment (Kurve A), Wellenprofil und Fahrzeugneigung (Kurve B) und Verdrängung und Massenmoment (Kurve C) angeben, wobei bei gleichartigen Wellen die Schwingungsperioden der Wellen und des Fahrzeugs gleich sind; und

Fig. 5 ein Diagramm, dessen Kurven die gegenseitigen Beziehungen zwischen Wellenböschung und Wellenmoment (Kurve A), Wellenprofil und Fahrzeugneigung (Kurve B) und ideales und tatsächliches Deplacement und Massenmoment (Kurve C) für regelmässige und unregelmässige Wellen angeben.

Der mechanische Aufbau einer Stabilisierungseinrichtung mit beweglichen Massen, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, besteht aus einer Masse 1, die z.B. 8 to schwer sein kann und die auf einer Fahrbahn 2 angeordnet ist, die beispielsweise 8 m lang sein kann. Die Masse 1 kann auf dieser Fahrbahn auf einer horizontalen oder im wesentlichen horizontalen Ebene im rechten Winkel zur Fahrzeuglängsachse 3 verschoben werden, d.h. die Fahrbahn verläuft quer zur Fahrzeuglängsachse und würde horizontal liegen, wenn das Fahrzeug in ruhigem Wasser schwimmt. Im allgemeinen wird die F_ahrbahn eben

909 8 20/0778

verlaufen, sie kann aber auch leicht konkav verlaufen, wobei der niedrigste Punkt der Kurve auf der Fahrzeuglängsachse 3 liegt, um der Masse 1 einen gewissen Grad von Eigenzentrierung bezüglich der Fahrbahn zu verleihen.

Ein Drahtseil k ist im Punkt 5 an der Masse 1 befestigt und läuft über die Rollen 6 zu einer Windentrommel 7 und von hier um Führungsrollen 8 zu einer Spannvorrichtung 12, die an der Masse 1 befestigt ist. In der Praxis besteht das Seil k aus mehreren parallelen Strängen, wie dies z.B. bei Fahrstühlen üblich ist, um Beanspruchungen und Bruchgefahren herabzusetzen. Das Seil k ist mehrere Male um die Winden-

durch
trommel geschlungen, sodaß die Drehung der Windentrommel 7 durch Motore 9 die Masse 1 auf der Fahrbahn 2 verschoben wird. Puffer IG und 11 verhindern eine übermäßige Bewegung der Massß 1 nach einer der beiden Seiten (s.Fig. l). Diese Puffer können beliebig ausgeführt werden, bevorzugt wird jedoch eine hydraulische Art. Als Motoren 9 kann ebenfalls jede beliebige Art verwendet werden, jedoch werden hydraulische Verdrängungsmotoren bevorzugt. Zwei Motore, die je an einen selbständigen hydraulischen Kreis angeschlossen sind, werden nach Fig. 1 und 2 aus Sicherheitsgründen vorgesehen. Es ist anzustreben, die Fahrbahn 2 so anzulegen, daß sie Bewegungen der Masse 1 quer zur Fahrbahnachse verhindert. Die Masse 1 kann hierzu auf Rädern montiert sein, die mit geeignetem Geräuschdämpfungsmaterial versehen sind.

Fig, 2 zeigt einen Ilydraulikkreislauf, um einen der Hydraulikmotore 9 zu versorgen. Gleichartige Hydraulikkreise sind für jeden Motor 9 vorgesehen. Ein Motor 21, der vorzugsweise als elektrischer Motor ausgebildet ist, treibt über eine Welle 23 eine Pumpe 22 kontinuierlich an. Die Pumpe 22 saugt Öl aus einem Ölsumpf 2k über eine Leitung an und fördert es über eine Leitung 26 und ein Steuerventil zum Hydraulikmotor 9· ^Das Steuerventil ist für drei Einstellungen vorgesehen. Diese sind erstens eine direkte Stellung (Steuerbord), die den Motor 9 veranlaßt, in einem

903820/0776

Vorwärtsdrehsinn umzulaufen, zweitens eine "Geschlossen" Stellung, in der der Ölstrom zum Motor 9 gestoppt ist, sodaß der Motor 9 nicht umläuft und eine Ölströmung aus dem Rohr 26 verhindert wird und drittens eine entgegengesetzte (Backbord) Stellung, sodaß das Öl in entgegengesetzter Richtung durch den Motor 9 fließt, und der Motor in entgegengesetztem Drehsinn umläuft. Die Stellung des Steuerventils 27 wird durch eine Steuereinheit 28 bestimmt. Wenn das Steuerventil 27 in der Stellung zwei d.h. der Verschlußstellung steht, strömt kein Öl aus der Leitung in den Motor 9· Der Motor 21 treibt jedoch die Pumpe 22 kontinuierlich an, sodaß kontinuierlich Öl in die Leitung gedrückt wird. D_as durch die Pumpe 22 gegen das geschlossene Ventil 27 gepumpte Öl wird dann von Druckspeichern 30 aufgenommen, in denen ein nicht reagierendes Gas als Druckpolster durch das hineingedrückte Öl zusammengedrückt wird, wodurch der Druck im System solange ansteigt, bis sich ein Überdruckventil 31 öffnet und Öl über die Leitung 32 zum Sumpf abströmen läßt. Die Steuereinheit 28, die das Steuerventil 27 steuert, empfängt Steuersignale von einer Sensoreinheit 36, z.B. Beschleunigungsmessern und /oder Kreiselapparaten, die in der Nähe des (Haupt) Kreisels des Fahrzeugs angeordnet oder an irgend einem anderen geeigneten Platz im Fahrzeug aufgestellt sein können, um Angaben über Größe und Geschwindigkeit der Fahrzeugbewegungen zu liefern. Die "Bewegung" bedeutet hier die algebraische Summe von Rollen und Krängen, wobei unter Rollen die nahezu symetrische Bewegung des Fahrzeuges um seine Längsachse 3 und unter Krängen eine asymetrische Neigung des Fahrzeugs gegenüber der Vertikalen infolge von äußeren Kräften wie Querwinde¹¹ und Fahrzeugdrehungen verstanden wird.

Die Steuereinheit 28 schickt auch ein Signal 3^ aus, um ein Strömungsventil 33 zu verstellen, das die Drehgeschwindigkeit des Motors 9 und damit des Geschwindigkeit steuert, mit der die Masse 1 auf der Fahrbahn 2 verschoben wird.

9 0 9820/0776

In einer einfachen Ausführungsart der Steuereinheit 28 nehmen die Sensoren die Information jeder Fahrzeugbewegung auf und die Steuereinheit 28 ermittelt aus dieser Information das Ausmaß des Gegenmoments, das für die nächste (Fahrzeug-) Bewegung benötigt wird, d.h. die Verschiebung der Masse gegenüber der Fahrzeuglängsachse 3 und die optimale Verschiebungsgeschwindigkeit der Masse 1 auf der Fahrbahn quer zum Fahrzeug. So betätigt die Steuereinheit 28 die Masse 1, wenn die Sensoren anzeigen, dass das Fahrzeug anfängt, sich wieder aufzurichten und benutzt hierfür ein System der Voraussteuerung, das auf der Information aus der unmittelbar vorhergegangenen Fahrzeugbewegung basiert.

Jedoch wenn das Fahrzeug sowohl rollt als auch eine besondere Krängungslage einnimmt, sodaß die I3ewegungen nach Backbord und Steuerbord nicht symetrisch sind, dann kann eine empfindlichere Steuereinheit 28 benutzt werden. Eine solche Steuereinheit könnte Speichereinheiten besitzen, die einmal die Informationen über die Bewegungen nach Backbord und eine andere, die die Informationen über die Bewegungen nach Steuerbord speichert. Diese Speichereinheiten könnten die Informationen für einen festgelegten Zeitraum oder eine festgelegte Anzahl von Informationen speichern. Die Einheit würde dann die Informationen bezüglich der Bewegungen nach Backbord bzw. Steuerbord auswerten, könnte den Trend der Bewegungen in Rechnung stellen, um das für die nächste Bewegung wahrscheinlich erforderliche Gegenmoment für jede Fahrzeugseite zu bestimmen. Es ist dann ein System der Voraussteuerung vorhanden, das auf der vorhergehenden Bewegung des Fahrzeugs in der gleichen Richtung basiert.

Bei besonders unregelmäßiger See ist die seltene Möglichkeit gegeben, daß das Drehmoment der Masse 1 in Phase mit dem Drehmoment der Wellen wirkt. Um dieser Möglichkeit zu begegnen, kann die Steuereinheit mit einer Not-Ubersteuereinrichtung versehen sein, sodaß eine Korrektur unverzüglich vorgenommen werden kann.

9 0 0 8 2 0/0776

Eine Masse von 8 to, die an einem Ende der Fahrbahn aufgestellt ist, ergibt einen Krängungsausschlag in ruhiger See von etwa 2 . Wenn daher das Fahrzeug in einem praktischen Fall eine Schlagseite von 2 oder mehr aufweist, kann Ballastwasser von einer Fahrzeugseite zur anderen gepumpt Airerden, um die Schlagseite ganz oder zum größten Teil auszugleichen, sodaß die Stabilisierungseinrichtung nur die Rollenbewegungen und einen etwaigen liest an Dauerschlagseite auszugleichen hat. Das Umpumpen des Ballastwassers von einem Ballasttank zum anderen kann auch durch die Steuereinheit 28 gesteuert werden und macht die bisher benutzte Handsteuerung überflüssig.

In Fig. 1 und 3 werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen T_eile verwendet. In Fig. 3 ist jedoch eine Windentrommel IO7 an jedem Ende der Fahrbahn 2 vorgesehen. Jede Windentrommel wird von zwei hydraulischen Motoren angetrieben. Jeder Motor ist dabei im Gegensatz zur Ausführung nach Fig. durch einen selbständigen hydraulischen Kreis angetrieben. Der hydraulische Kreis und das Steuersystem zur Betätigung der Stabilisierungseinrichtung nach Fig. 3 sind die gleichen wie die in der Fig. 1 gezeigten, bis auf die Tatsache, daß jeder hydraulische Kreis einen Motor für je eine Windentrommel antreibt.

Die Anordnung von zwei Windentrommeln macht die Verwendung von Führungsblöcken überflüssig, wodurch die Zahl der Umleitungen der Drahtseile verringert wird, die die Drahtseile stark beanspruchen und die" Relativbewegungen zwischen den einzelnen Parten der Drahtseile führen, wodurch die Lebensdauer der Seile verkürzt wird. Durch die Anordnung nach Fig. wird daher ein System mit erhöhter Zuverlässigkeit geschaffen.

Es sind jedoch auch Verbesserungen möglich, ohne auf das Zweiwindensystem zurückzugreifen. Die einzelne Windentrommel nach Fig. 1 kann auch an einem Ende der Fahrbahn 2 und eine Leitrolle am anderen Ende der Fahrbahn angeordnet werden. Das Krängungsmoment der Winde an einer Fahrzeugseite kann dann durch andere Ausrüstungsgegenstände oder durch B,allast

909820/0776

auf der anderen Fahrzeugsexte oder am anderen Ende der Fahrbahn ausgeglichen werden.

Das Prinzip der Stabilisierung durch bewegliche Massen wird nachfolgend unter Bezug auf Fig. 4 ausführlicher erläutert.

In Fig. 4 zeigt die Kurve B das Wellenprofil in See und die Rollenbewegungen eines Fahrzeugs in dieser See. Die Kurve B zeigt ein Beispiel eines einfachsten Falles, in dem die Schwingungsperioden der Wellen und des Fahrzeuges in einfacher harmonischer Bewegung gleich und konstant sind, aber das Prinzip ist auch ebenso gut bei anderen Fällen anwendbar. Die Zentralachse durch das Wellenprofil (Kurve B) soll für diese Betrachtung als mittlerer Wasserspiegel angesehen werden. Zur Zeit T=O ist das Wellenprofil (Kurve B) ein Wellental und die Neigung der Welle (Kurve A) ist in diesem Punkt gleich Null, d.h. die Wasseroberfläche ist eben, sodaß die Welle kein Drehmoment ausübt. Zur Zeit bewegt sich die Welle aus dem Tal heraus (Kurve B) und die Böschung und das Drehmoment der Welle (Kurve A) wachsen und erreichen ein Maximum bei T =/i-/2, d.h. beim mittleren Wasserspiegel. Von Iu/2 f TlJ~il steigt die Welle weiter an (Kurve B), aber die Böschung und das Drehmoment nehmen ab (Kurve A) bis bei T = /i, auf der Spitze des Wellenberges die Böschung gleich Null ist,und die Welle kein Drehmoment mehr ausübt (Kurve A). Von der Zeit T = /C bis T = 2 tu erfolgt der gleiche Ablauf, aber, da die Welle nun absinkt, sind das Vorzeichen der Böschung und des Wellendrehmoments entgegengesetzt zum vorhergehenden Ablauf, d.h. negativ (Kurve A). Von/^T^ QlL,/2i Die wachsende Böschung und das Drehmoment erreichen ein negatives Maximum bei T = 3/1/2, d.h. bei mittlerem Wasserspiegel (Kurve B). Von verkleinern sich Böschung und Drehmoment, wenn auch noch negativ (Kurve A), und erreichen Null bei T = 2"7c , d.h. am Boden des nächsten Wellentals.

909820/0776

Nachstehend wird unter B_ezugnahme auf die Kurven B und C in Fig. 4 erläutert, in welcher Weise die Masse 1 zur Stabilisierung des Fahrzeugs bei diesen Wellenbewegungen verschoben wird. In der Kurve B sind Hauptspanten des Fahrzeugs gezeigt. Der Hauptspant istin der Blickrichtung zum Bug des Fahrzeugs hin gesehen. Bei der Kurve B sind die Teile des Fahrzeugkörpers unterhalb der Wasserlinie in den vier Stellungen von T = O bis T = 2/t. schraffiert. Die Lage des Fahrzeugs in den Wellen ist zwecks größerer Klarheit übertrieben dargestellt. Der Auftrieb des Fahrzeugkörpers ist eine Funktion des verdrängten Wassers, d.h. proportional dem schraffierten Bereich. Bei T = iu/2, ruht das Fahrzeug auf ebenem Kiel, aber auf Grund der Böschung der Welle (Kurve B), die bei diesem Punkt am steilsten ist (Kurve A), ist die Steuerbordseite des Fahrzeugs unter Wasser, während die Backbordseite aus dem Wasser herausragt. Dieses Ungleichgewicht schafft ein maximales Drehmoment von der Welle her von +mW (dabei bezeichnet mW ein Drehmoment m von der Welle W her) in der Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn, wie in Fig. k angegeben. Um dies Drehmoment (von der Welle her) auszugleichen, wird die Masse 1 (in Fig. k mit "M" bezeichnet)· ganz nach Steuerbord auf der Fahrbahn verschoben, wo sie ' ihr maximales Ausgleichsmoment -mM (wobei mM ein Drehmoment m j der Masse M bezeichnet) im Uhrzeigersinn ausführt (s.Fig. k). j Da +mW größer als -mM ist, krängt das Fahrzeug nach Backbord, sodaß im Zeitpunkt T = /i/, obwohl die Wellenböschung gleich Null ist, das Fahrzeug immer noch nach Backbord krängt. Zu irgendeinem Zeitpunkt zwischen T = ft//2 und T = io wird das Drehmoment der Welle bezüglich des Fahrzeugs gleich'Null und bei T = tu taucht die Backbordseite des Fahrzeugs tiefer ein als die Steuerbordseite, sodaß ein Wellendrehmoment von -mW entsteht, d.h. entgegen dem Uhrzeigersinn wirkt. Bei T =^beginnt die Masse 1 sich von Steuerbord nach Backbord zu bewegen, wofür eine Zeit von z.B. zwei Sekunden gebraucht wird. Wenn die Massse die Fahrzeuglängsachse kreuzt, ist ihr Drehmoment mM = 0. Bei T = 3^/2 ist die Backbordseite des Fahrzeugs unter Wasser und die Steuerbordseite aus dem Wasser.

9 00820/0776

- Ik -

Daraus ergibt sich ein maximales Drehmoment im Uhrzeigersinn von -mM (Kurve A). Um dies auszugleichen, befindet sich die Masse am äußersten Ende der Fahrbahn auf der Backbordseite und übt ein Drehmoment von +mM. d.h. entgegen dem Uhrzeigersinn aus (Kurve C). Da -mW größer ist als +mM krängt das Fahrzeug nach Steuerbord. Zwischen T = 3/W/2 und T = 2/i» wechselt das Wgllendrehmoment von negativ nach positiv und erreicht bei T = 2'«/· + mW. Bei T = 2/^ startet die Masse von Backbord nach Steuerbord und bei Kreuzung der Fahrzeuglängsachse wird ihr Drehmoment mM = 0 (Kurve C). Wegen seiner Trägheit hängt die Fahrzeugbewegung der Wellenbewegung um

/i//2 d.h. um 90 nach (Kurve B) , sodaß auch die Drehung des Fahrzeugs durch die Welle ebenfalls nicht phasengleich ist. Das der Bewegung der Masse zugrunde liegende Prinzip kann klar aus dem Vergleich der Kurven A und C abgelesen werden, die um gleich I80 gegeneinander phasenverschoben sind. Sie verlaufen also genau gegenläufig zueinander. Es ist klar, daß in der Wirklichkeit die Sensoren, die die Fahrzeugbewegungen überwachen, die wirklichen Bewegungen jederzeit feststellen würden und die Steuereinheit 28 (Fig. 2) würde die Masse 1 (Fig. 1 oder 3) veranlassen, sich zu verschieben, sodaß sein Drehmoment — mM um /£/2 phasenverschoben gegenüber der wirklichen Schiffsbewegung sein würde, d.h. sie würde stets ein angemessenes Gegenmoment ausüben.

Fig. 5 zeigt die gleichen drei Kurven wie in Fig. ^t, jedoch für regelmäßige und unregelmäßige Wellen. Das ideale Stabilisierungsmoment (Kurve C) verläuft in Antiphase zum Wellendrehmoment (Kurve A). Im praktischen Betrieb würde sich jedoch das wirkliche Ausgleichsmoment (Kurve C) der Form einer viereckigen W_elle annähern statt der Sinus- oder einer anders gebogenen Kurve für regelmäßige bzw. unregelmäßige Wellen. In einem solchen Fall, wenn die Flächen jeder entsprechenden Fläche einer viereckigen Welle und eines W_ellenbauch.es der Sinus- bzw. von einer anderen Kurve begrenzten Welle gleich sind, dann wird das Nettoausgleichsmoment auch gleich sein (s.Kurve C zwischen T=O und T = "£).

90 9 8 20/0778

Aus den Kurven B der Fig. 4 und 5 ist zu entnehmen, daß, wannimmer die Masse von B_ackbord nach Steuerbord bewegt werden muß, das Bhrzeug nach Steuerbord gekrängt ist, und wann immer die Masse von Steuerbord nach Backbord bewegt werdea muß, das Fahrzeug nach Backbord gekrängt ist, d.h. die Masse wird einen Abhang abwärts bewegt. Diese Sachlage wird in den meisten Fällen zutreffen, jedoch kann dies nicht immer garantiert werden, wenn das Fahrzeug durch unregelmäßigen Seegang bewegt wird. Es ist auch nach der Kurve B der Fig. 5 zu berücksichtigen, daß bei kleineren unregelmäßigen Wellen ein kleineres Wellendrehmoment ein kleineres Ausgleichmoment von der Masse her erfordert. In einem solchen Fall würde die Masse 1 nicht über den ganzen ihr möglichen Verschiebungsweg verschoben werden,und die Verschiebung könnte auch langsamer vorgenommen werden.

Die Arbeitsweise der Stabilisierungseinrichtung wird nun mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben. Der Motor 21 (Fig. 2) läuft dauernd, um die Pumpe 22 anzutreiben, sodaß die Rohrleitung 26 stets unter hohem Öldruck steht (Überdruck wird durch das Überdruckventil 31 verhindert).

Es sei angenommen, daß sich die Masse 1 im Mittelpunkt der Fahrbahn 2 befindet und daß die Sonsoren 36, die die Bewegung des Fahrzeugs überwachen, der Steuereinheit 28 mitteilen, daß das Schiff eine Backbordschlagseite hat, dann wird durch ein Signal der Steuereinheit 28 das Steuerventil 27 in seine erste Stellung (Steuerbord) nach Fig. 2 verstellt und Drucköl fließt von der Ölpumpe 22 und den Druckspeicher 30 zur Hydraulikpumpe und treibt diese im Uhrzeigerdrehsinn an, wodurch die Windentrommel 7gleichzeitig gedreht wird und das Drahtseil k eingeholt bzw. ausfiert, sodaß die Masse nach Steuerbord verschoben wird (d.h. nach rechts wie in Fig. 1 gezeigt).

W_enn die Masse 1 sich dem Ende der vorgesehenen Fahrbahn nähert, betätigt die Steuereinheit 28 das Steuerventil 27 und verstellt es von der ersten (Steuerbord) Stellung zur

909820/0776

dritten (Backbord) Stellung. Dadurch wird die Stromrichtung des Drucköls durch den Motor 9 umgekehrt, der jedoch noch weiter im Uhrzeigersinn umläuft, da er durch das Schwungmoment der Masse 1, die sich noch bis zum Ende der Fahrbahn 2 bewegt, mitgenommen wird. Der Motor 9 wird dadurch zur Pumpe und saugt Öl aus dem Ölsumpf 2k über die Rohrleitung 32 und drückt dies Öl in die Rohrleitung 26 und die Druckspeicher 3°· Mit dem Ansteigen des Öldruckes in der Leitung 26 und den Druckspeichern 30 steigt der Gegendruck gegen den die Pumpe 9 fördern muß, solange an, bis die Pumpe anhält. Sobald die Masse 1 anhält, verstellt die Steuereinheit 28 das Steuerventil 27 in die zweite (geschlossen) Stellung, sodaß kein Drucköl durch den Motor 9 fließt und der Motor gegen die Drehung blockiert ist. Infolgedessen kann auch die Windentrommel 7 nicht drehen, und die Masse 1 wird auf der Steuerbordseite auf der Fahrbahn 2 festgehalten.

Wenn die Sensoren feststellen, daß das Fahrzeug sich nicht mehr weiter nach Backbord neigt und sich am Ausgangspunkt der entgegengesetzten Rollbewegung in Richtung auf die vertikale Stellung und daran anschließend der Rollbewegung nach Steuerbord befindet, d.h. das Fahrzeug hat die maximale Schlagseite nach Backbord, dann verstellt die Steuereinheit das Steuerventil 27 in die dritte (Backbord) Stellung. Öl treibt nun unter dem Förderdruck der Pumpe 22 und dem der Druckspeicher 30 den Motor 9 an und dreht ihn entgegen dem Uhrzeigersinn, sodaß die Windentrommel 7 sich ebenfalls in entgegengesetztem Drehsinn (entgegen dem Uhrzeigersinn) dreht, um die Masse 1 nach Backbord zu ziehen bzw. um sie für eine solche Bewegung freizugeben. Da das Fahrzeug noch nach Backbord geneigt ist, bewegt sich die Masse bergab und zwar mit zunehmender Geschwindigkeit. Wenn die Masse 1 sich der durch die Steuereinheit 28 vorbestimmten Stellung nähert, verstellt die Steuereinheit 28 das Steuerventil zur ersten (Steuerbord) Stellung, wodurch der Motor 9 wieder eine Pumpe wird, die Öl vom Sumpf 2k in die Druckspeicher pumpt. W&in die Massse 1 abgebremst wird, so wird die Schwungenergie (und die potentiell^

909820/0778

Energie, die sich aus dem Krängungswinkel des Schiffes ergibt) in Druckenergie verwandelt, die im Druckspeicher 30 gespeichert wird, wobei Überdruck durch das Überdruckventil 31 abgebaut wird. Wenn die Masse 1 am äußersten Ende der F_ahrbahn auf der Backbordseite anhält, wird das Steuerventil 27 in die Verschlußstellung verstellt, sodaß die Masse 1 in ihrer Stellung blockiert ist und die Energie, die benötigt wurde sie anzuhalten, wird als Druckenergie im Druckspeicher 30 gespeichert, bereit die Masse'der nächsten Welle wieder nach Steuerbord zu bewegen. Die Verschiebungsgeschwindigkeit der Masse 1 wird durch die Durchflußgeschwindigkeit des Drucköls durch die Leitung 26 bestimmt, die durch das Ventil 33 gesteuert werden kann, das automatisch durch die Steuereinheit 28 gesteuert wird. Das Ausmaß der Verschiebung der Masse 1 auf der Fahrbahn 2 wird von der Steuereinheit 28 nach den Rolldaten des Schiffes bestimmt, die von den Sensoren geliefert werden, sodaß das Ausgleichsmoment der Masse 1 optimal dem Drehmoment jeder einzelnen Welle entspricht.
Die Funktion der Stabilisierungseinrichtung nach Fig. 3

entspricht der in Fig. 1 und 2 gezeigten. j

Unter normalen Betriebsbedingungen wirkt die Masse 1 der ;

ί Stabilisierungseinrichtung also als Energieproduzent, wenn sie sich auf der geneigten Fahrbahn nach unten bewegt, indem sie Wellenenergie in Druckenergie umwandelt. Diese Netto-Energieproduktion kann auf verschiedene Weise verwertet werden:
(i) Wärmeenergie-Kühlschlangen im Sumpf 2k könnten die Wärme :

aufnehmen und für Heizungszwecke im Schiff, Brennstoff- j

tanks oder dergl. verwenden;
(ii)Druck-Energie - der Überdruck, der durch das Überdruck- ι

ventil 31 abgelassen wird, könnte zum Antrieb eines Ϊ zweiten hydraulischen Motors 9 genutzt werden, um Druck- !

öl für Arbeitszwecke auf dem Schiff zu liefern; ;

(iii)Elektrische Energie - unter Überdruck stehendes Drucköl j könnte verwendet werden, um eine Pumpe 22 anzutreiben j

909820/0776

(die als Motor arbeitet), um einen elektrischen Motor 21 anzutreiben, der dann als Motor/Generator auszulegen wäre, um elektrische Energie zum Laden von Batterien oder dergl. zu erzeugen.

Die Verwendung einer Masse als Stabilisierungsexnrxchtung auf einem Fahrzeug könnte ernste Folgen haben, wenn die Masse außer Kontrolle gerät z.B. infolge Bruch des Drahtseils 4. Es können daher strenge Sicherheitsvorkehrungen bei einer solchen Stabilisierungseinrichtung erforderlich sein. Eine Anzahl solcher Maßnahmen sind in den Zeichnungen gezeigt. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das gesamte hydraulische System doppelt ausgelegt und zwar mit zwei hydraulischen Motoren 9 (Fig. l), die die Windentrommel 7 oder die Trommeln IO7 antreiben. Bei größeren Fahrzeugen, die größere Massen 1 benötigen, können die Massen 1 durch doppelte Drahtseile k gehalten werden, die jedes mit einer besonderen Windentrommel 7 oder IO7 verbunden sind, die ihrerseits von zwei hydraulischen Motoren 9 angetrieben werden. Es sollte auch beachtete werden, daß jeder Drahtseilstrang aus mehreren selbständigen Drahtseilen besteht. Wenn auch ein Versagen der hydraulischen Anlage verhältnismäßig unwahrscheinlich ist, so sind doch mindestens zwei (oder vier) getrennte hydraulische Systeme vorgesehen. Im Falle eines Versagens eines hydraulischen Systems, das zur Blockierung eines Motors 9 führen könnte, würde das Ventil 35 geöffnet, worauf der Motor 9 leerdrehen könnte. Alternativ könnte das Ventil 27 mit vier verschiedenen Einstellmöglichkeiten versehen sein, von denen die vierte ein_eFreilaufposition wäre. Es wäre dann genügend Kraft bei(m) (den) verbleibenden Motor (en) und Druckspeichern, um die Masse 1 zur Fahrzeuglängsachse zurückzuholen, wo eine hydraulische oder mechanische (nicht gezeigt) Verblockung eingerastet werden könnte, um die Masse 1 auf der Fahrzeuglängsachse 3 unbeweglich festzusetzen. Falls die Masse 1 die vorbestimmte Endstellung überschießen sollte, würden Grenzschalter (nicht gezeigt) mechanische Bremsen einschalten (nicht gezeigt), die einmal

0/0776

zwischen der Masse 1 und der Fahrbahn 2 und zweitens auf die Windentrommel (η) 7 bzw. IO7 wirken würden. Falls ein Drahtseil k bricht, werden die Grenzschalter die erste mechanische Bremse (nicht gezeigt) einschalten, die zwischen der Masse 1 und der Fahrbahn 2 wirkt. Die Grenzschalter konnten durch auf Trägheit ansprechende Bremseinrichtungen (nicht gezeigt) ergänzt werden. Falls das Drahtseil bricht und dadurch die Masse auf einer Seite, z.B. auf der Backbordseite des Fahrzeugs, verblockt wird, sodaß sich eine permanente Schlagseite ergibt, so ist eine Hand- oder motorgetriebene Windeneinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen, um die Masse 1 zur F_ahrzeugmittellinie zurückzuholen, wo sie durch die hydraulische oder mechanische Verblockung (nicht gezeigt) unbeweglich festgelegt würde.

Der Patentanwalt

909820/0776

Claims (1)

1. Patentansprüche.

   Verfahren zum Betrieb einer Stabilisierungseinrichtung mit einer beweglichen Masse auf einem schwimmenden Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet,daß die Stabilisierungsmasse (l) von einer Fahrzeugseite zur anderen Fahrzeugseite bewegt wird,wenn das Fahrzeug den größten Rollwinkel nach der genannten anderen Seite einnimmt.

   Ver*fahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungs ,, ^weg der Masse (1) nach der einen oder anderen Fahrzeugseite vom Rollwinkel des Fahrzeugs abhängt, den das Fahrzeug unmittelbar vor der Verschiebung nach der anderen oder der einen Seite eingenommen hatte.

   Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,daß der Verschiebungsweg der Masse (l) nach der einen oder der anderen Fahrzeugseite vom Rollwinkel des Fahrzeugs abhängt , den das Fahrzeug früher nach der einen oder anderen Seite eingenommen hatte.

   Verfahren nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet,daß der genannte Verschiebungsweg von einer Mehrzahl vohcrgegangener Rollwinkel nach der genannten einen oder anderen Seite abhängt.

   9 0 0 0 2 Π / 0 7 7 B

   J). /erCaaren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dcidurch gekennzeichnet, daß Jallast von der genannten einen sei te zur genannten anderen .Seite oder uuigekehrt verlagert wird, um eine Schlagseite des fahrzeuges aus zu.r 1 eichen.

   6. ritabllisierungseinrichtung Tür ein schwimmendes Fahrzeug

   /bewegbaren bzw.

   mit eiuer verschiebbaren .-lasse, die auf einer querschiffs zwischen den beiden äeiten des Fahrzeugs angeordneten i'ahrbahn verschoben wird und mit iiinrich.tun.gen, urn die /ei-sc^:iie!)un_vq !er b'tabilisierungsmasse zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß die iteuereinrichtun.tr (2t') die '/erschiebung der Masse (l) entlang der Fahrbahn (2) von einer iahrzeugseite zur anderen Fahrzeugseite veranlasst, wenn das Fahrzeug mit dem maximalen i-'ollv.^r ink el nach der genannten anderen Seite gekrängt ist.

   7. Stabilisierungseinrichtimg nach Anspruch 6, dadurch frekaniizeichiiet, daß die Einrichtung Vorrichtungen umfaßt, um die Masse (l) bei Störungen zum Mittelpunkt der Fc'ihrbann (2) zurückzuholen.

   <°·. Stabil isierungseiririchtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (28) so programmiert ist, daß sie den Verschiebungsweg der Masse (l) nach der einen oder der anderen Seite in Abhängigkeit vom Rollwinkel festlegt, d&n das Fahrzeug nach der anderen oder der einen Seite unmittelbar vor der Verschiebung eingenommen hat.

   9· Stabilisierungseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (28) so programmiert ist, daß sie den Verschiebungsieg der Masse (l) nach der einen oder der anderen Seite in Abhängigkeit vom ßollwinkel festlegt, den das Fahrzeug früher nach der genannten einen oder anderen Seite eingenommen hatte.

   9 0 :j 0 2 0 / 0 7 7 6

   lü. Einrichtung nach einem eier Ansprüche 6 bis 9, dadurch

   gekennzeichnet, daß die -lasse (l) durch einen Motor (9),
   der eine ivindentrommel (7) antreibt, bewegt wird, wozu
   die Masse (l) mit der l'/indentrommel (7) durch ein

   Drahtsei3. (k) verbunden ist, das an jeder Seite der

   um
   liasse O) befestigt ist und an den linden der Fahrbahn (2)

   angeordnete Führungsblöcke (0,8) geführt ist und die
   vJ indent ronimel (7) umschlingt.

   11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9? dadurch

   gekennzeichnet, daß die I-3asse (l) durch einen Motor (9),
   der eine windentrommel antreibt, bewegt wird, die an
   einem Ende der Fahrbahn (2) angeordnet ist und mit der
   Hasse (l) durch ein Drahtseil (k) verbunden ist, das
   auf beiden Seiten der Masse (l) befestigt ist und um
   ; einen am anderen Ende der Fahrbahn (2) angeordneten

   Führungsblock geführt ist und die Windentrommel (7) i

   ums chiingt. \

   ; 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9j dadurch ' gekennzeichnet, daß die Masse (l) dxirch einen Motor (9)?
   der eine an jedem Ende der Fahrbahn (2) angeordnete

   : itfindentrommel (7) antreibt, bewegt wird, Lind jede

   i'/indentromniel (7) mit der Masse (l) durch ein Drahtseil

   verbunden ist.

   j 13· Üinrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch

   ! gekennzeichnet, daß zwei ^:>lotore (9) vorgesehen sind, j

   um die oder jede riindentrormnel (7) anzutreiben. '

   . lh. üinrichtung anch irgendeinem der Ansprüche 10 bis 13, ''

   j i

   ; dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder I'iotor

   hydraulisch betrieben wird. j

   1ρ· Einrichtung nach Anspruch Ik, dadurch gekennzeichnet, ' daß der oder jeder Motor (9) als Pumpe arbeiten kann, ! um die Masse (l) abzubremsen. j

   IG. Einrichtung nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet,
   daß die von dem oder jedem Motor (9) erzeugte Energie,
   wenn er als Pumpe arbeitet, gespeichert wird, um den

   9 09820/07

   oder jeden iiotor (9) anzutreiben, wenn er die ,'lasse (l) verschleimen soll.

   909820/077