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Einrichtung zum Prüfen der hydrodynamischen Güte eines mit
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Schraubenantrieb versehenen Schiffes Die Geschwindigkeit, mit der
ein mit Schraubenantrieb versehenes Schiff sich durch das Wasser fortbewegt, hängt
sowohl von dem Schleifwiderstand des Schiffsrumpfes als auch von dem Wirkungsgrad
der Schiffsschraube ab, d.h. von der Fähigkeit der Schiffsschraube, die ihr durch
die Schraubenwelle zugeführte mechanische Leistung in eine nützliche Vortriebsleistung
umzusetzen. Der Schleifwiderstand des Schiffsrumpfes hängt sowohl von seiner Form
als von der Glätte seiner Oberfläche ab, und der Wirkungsgrad der Schiffsschraube
hängt ebenfalls sowohl von ihrer Form als auch von ihrer Glätte ab. Es tritt während
des Betriebes des Schiffes eine allmählich fortschreitende Verschlechterung der
Glätte der benetzten Oberfläche des Rumpfes auf, welche auf Korrosion und auf das
Ansiedeln von marinen Organismen beruht. Auch die Glätte der Schiffsschraube kann
durch Korrosion allmählich schlechter werden. Die Schiffsschraube ist ausserdem
verschiedenen Schäden, z.B. durch Stösse fliessender Gegenstände, ausgesetzt, welche
ihren Wirkungsgrad herabsetzen.
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Auch der Schleifwiderstand des Schiffsrumpfes kann durch zufällige
Einwirkungen wesentlich erhöht werden, z.B. durch einen beschädigten Schlingerkiel
oder durch das Mitschleppen eines fremden Gegenstandes,
welcher
sich an irgend einen Teil des Unterschiffes angehakt hat.
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Die Erfindung bezweckt das Schaffen einer Einrichtung zum Prüfen
der hydrodynamischen Güte eines aus einem Schiffsrumpf und mindestens einer zugehörigen
Schiffsschraube bestehenden Systemes, welche Einrichtung imstande ist, ein zahlenmässiges
Kriterium der besagten, von den oben geschilderten Faktoren abhängigen Güte zu liefern.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist mit einem Log zum Messen der Geschwindigkeit
des Schiffsrumpfes gegenüber dem Wasser versehen und kennzeichnet sich erstens durch
einen vom Log gespeisten ersten Zähler zum Messen der Länge der vom Schiffe während
eines Messintervalls zurückgelegten Distanz, zweitens durch einen zweiten Zähler
zum Ermitteln der Anzahl der während des Messintervalls des ersten Zähler ausgeführten
Umdrehungen der Schiffsschraube.
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Wie aus den folgenden Ausführungen hervorgehen wird, lässt sich das
Verhältnis der Messwerte der beiden Zähler als Mass der hydrodynamischen Güte des
aus Schiffsrumpf und Schiffsschraube bestehenden Systemes verwenden.
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Es seien die folgenden-Bezeichnungen verwendet: n Drezahl der Schiffsschraube
(Umdr./Min.) P Steigung der Schiffsschraube (Seemeilen/Umdr.) n . P "Maschinengeschwindigkeit"
(Seemeilen/Min.) v geloggte Geschwindigkeit (Seemeilen/Min.) T Länge des Messintervalles
(Min.).
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Die als "Maschinengeschwindigkeit;' bezeichnete virtuelle Geschwindigkeit
n . P ist diejenige Geschwindigkeit, mit welcher sich die Schiffsschraube und somit
auch das Schiff durch das Wasser fortbewegen sollte, wenn zwischen der Schiffsschraube
und dem Wasser kein Schlupf vorhanden wäre. Das Produkt n P T der Maschinengeschwindigkeit
und der Intervalldauer sei als "Maschinendistanz" bezeichnet. Das Verhältnis zwischen
der geloggten Geschwindigkeit v und der Maschinengeschwindigkeit n . P sei als Vortriebsverhältnis
V der Schiffsschraube bezeichnet.
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Man hat somit V = n.P und, wenn v und n während des Messintervalls
T konstant sind,
V = v.T = M n. P.T N.P' (1) wo M und N die in den
entsprechenden Zählern am Ende des Messintervalles enthaltenen Zahlen v T und n
T bezeichnen.
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Während der Messung soll die Drehzahl der Schiffsschraube konstant
gehalten werden und das Schiff möglichst im Beharrungszustand sein (d.h. weder eine
Beschleunigung noch eine Verzögerung aufweisen).
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Das Vortriebsverhältnis V, wie auch das mit ihm M durch die Gleichung
(1) verknüpfte Verhältnis nu stellt ein praktisches Mass der hydrodynamischen Güte
des aus Schiffsrumpf und Schiffsschraube bestehenden Systemes dar. Jede durch die
Einwirkung irgend eines der in der Einleitung besprochenen Faktoren eingetretene
Verschlechterung der hydrodynamischen Güte ergibt eine entsprechende Verminderung
des Verhältnisses MN und des Vortriebsverhältnisses V.
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Der Schlupf S und das Vortriebsverhältnis V sind miteinander durch
die Gleichung S = 1 - V verknüpft. Wenn man den Schlupf prozentual angibt und den
oben angegebenen Ausdruck (1) einsetzt, bekommt man somit S = 100 - vpTT . 100.
(2) n.P.T Es ist praktisch zweckmässig, den S-Wert zu errechnen, weil S stets viel
kleiner als V ist, sodass die einer gewissen Anderung von V entsprechende, gleich
grosse und entgegengesetzte Anderung von S markanter ist.
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Wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, liefert die erfindungsgemässe
Vorrichtung die Unterlage zum Errechnen von V und/oder S. Der erste Zähler gibt
die geloggte Distanz v T an; der zweite Zähler gibt die Zahl n . T an, welche mit
der Schraubensteigung P vervielfacht die Maschinendistanz ergibt. Die Einrichtung
kann auch so ausgeführt sein, dass sie die Maschinendistanz und/oder das Verhältnis
geloggte Distanz/Maschinendistanz oder die eine der Grössen S und V oder beide Grössen
S und V direkt anzeigt.
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Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen
Einrichtung schematisch dar.
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Fig. 1-3 zeigen je ein Beispiel einer erfindungsgemässen Einrichtung
bei einer Schiffsschraube mit fest eingestellten Flügeln.
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Fig. 4 zeigt eine Abänderung der Einrichtung nach Fig. 2 oder 3.
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Fig. 5 und 6 zeigen je ein Beispiel einer erfindungsgemässen Einrichtung
bei einer Schiffsschraube mit verstellbaren Flügeln.
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In Fig. 1 bezeichnet 1 den Antriebsmotor des Schiffes, welcher durch
die Schraubenwelle 2 die mit festen Flügeln 4 versehene Nabe 3 der Schiffsschraube
antreibt. Ein von der Welle 2 betätigter Drehzahlgeber 5 ist durch einen Kontakt
6 an einen mit einer Löschtaste 8 versehenen Zähler 7 anschliessbar. Ein og 9 ist
durch einen Kontakt 71 an einen zweiten, mit einer Löschtaste 11 versehenen Zähler
10 anschliessbar. Die Kontakte 6, 71 sind von einem Uhrwerk 12 oder einem sonstigen
Zeitglied gesteuert, welches durch das Betätigen einer Anlasstaste 13 inganggesetzt
wird. Das Zeitglied schliesst dabei die Kontakte 6, 71 und unterbricht sie wieder
nach einem vorbestimmten Zeitintervall T. Es ist dafür Sorge zu tragen, dass während
des Messintervalls möglichst Beharrungszustand des Schiffes vorliegen soll: Das
Schiff soll weder eine Beschleunigung noch eine Verzögerung aufweisen, und die Schiffsschraube
soll mit konstanter Drehzahl umlaufen.
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Die Zähler 7 und 10 sind je mit einem Zifferanzeigegerät 7a bzw.
10a zum Anzeigen des Messergebnisses versehen. Das Gerät 7a zeigt die Anzahl n T
der während des Messintervalls ausgeführten Umdrehungen der Schiffsschraube an.
Das Gerät 10a zeigt die während des Messintervalles (im Verhältnis zum Wasser) zurückgelegte
Distanz an. Da die Steigung P der Schiffsschraube bekannt ist, lassen sich somit
aus den angezeigten Zahlen das Vortriebsverhältnis V und der Schlupf S an Hand der
oben angegebenen Ausdrücke (1) und (2) berechnen.
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In Fig. 2 bezeichnet 14 den Antriebsmotor des Schiffes, welcher durch
die Welle 15 die mit festen Flügeln 17 versehene Nabe 16 der Schiffsschraube antreibt.
Ein von der Welle 15 betätigter Drehzahlgeber 18 ist durch die miteinander in Reihe
geschalteten Kontakte 19, 20 an einen mit einem Zifferanzeigegerät 22 und einer
Löschtaste 23 versehenen Zähler 21 anschliessbar. Der Log 24 ist durch einen gemeinsam
mit dem Kontakte 19 betätigbaren
Kontakt 25 an einen mit einer Löschtaste
27 versehenen Zähler 26 anschliessbar. Der Zähler 26 gibt beim Erreichen eines vorbestimmten
Messwertes, z.B. 1 Seemeile, einen Erregungsimpuls an ein Steuergerät 28 des Kontaktes
20 ab, welches dabei den Kontakt 20 öffnet.
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Die Einrichtung wird durch Schliessen des Doppelkontaktes 19, 25
inganggesetzt. Wenn das Schiff die vorbestimmte Distanz (1 Seemeile), bezogen auf
das Wasser, zurückgelegt hat, öffnet das Steuergerät 28 den Kontakt 20, wodurch
der Zähler 21 abgestellt wird. Der Schlupf kann nun errechnet werden. Da im Ausdruck
(2) die Distanz v T jetzt 1 Seemeile beträgt, vereinfacht sich der Ausdruck in S
= 100 - l°°p. 100 n.T.P (2a) Der Nenner n.T.P ist das Produkt des vom Zifferanzeigegerät
22 angezeigten Messwertes n.T -und der bekannten Steigung P der Schiffsschraube.
Gegebenenfalls kann der Zähler 21 so eingerichtet sein, dass das Anzeigegerät 22
das Produkt n*T-P direkt angibt.
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In Fig. 3 wird mit 29 der Antriebsmotor des Schiffes bezeichnet,
welcher durch die Welle 30 die mit fest angeordneten Flügeln 32 versehene Nabe 31
der Schiffsschraube antreibt. Der og 33 ist durch eine Signalleitung 34 und zwei
in Reihe miteinander liegende Kontakte 35, 36 an einen mit einem Anzeigegerät 37
und einer Löschtaste 39 versehenen Zähler 38 angeschlossen.
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Ein von der Welle 30 betätigter Drehzahlgeber 40 ist durch einen gemeinsam
mit dem Kontakt 35 betätigbaren Kontakt 41 an einen mit einer Löschtaste 43 versehenen
Zähler 42 angeschlossen. Der Zähler 42 ist mit einem Impulsgeber versehen, welcher
beim Erreichen eines vorbestimmten Messwertes, z.B. entsprechend einer Maschinendistanz
von 1 Seemeile, einen Impuls an ein Steuergerät 44 des Kontaktes 36 angibt, wobei
das Steuergerät den Kontakt 36 öffnet.
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Die Vorrithtung wird durch Schliessen des Doppelkontaktes 35, 41
inganggesetzt. Sobald die Schiffsschraube eine der gegebenen Maschinendistanz (1
Seemeile) entsprechende Anzahl von Umdrehungen ausgeführt hat, öffnet das Steuergerät
44 den Kontakt 36, sodass der Zähler 38 abgestellt wird. Der Schlupf S der Schiffsschraube
lässt sich nun errechnen. Da in diesem Falle
die Maschinendistanz
n-P-T im Ausdruck (2) 1 Seemeile beträgt, vereinfacht sich der Ausdruck in S = 100
- v-T-100. (2b) Der Wert v.T wird vom Geräte 37 angezeigt. Es wäre selbstverständlich
auch möglich, das Gerät 37 den Betrag v-T-100 oder den Betrag 100-v T-100 direkt
anzeigen zu lassen.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten Abänderung der Einrichtung nach Fig,
2 oder 3 ist ein Zähler 45, welcher den Zähler 21 der Fig. 2 oder den Zähler 38
der Fig. 3 ersetzt, an ein mit einem Anzeigegerät 47 versehenes Rechengerät 46 angeschlossen,
welches durch das Schliessen eines Kontaktes 48 inganggesetzt wird. Dieser Kontakt
wird durch ein das Steuergerät 28 der Fig. 2 bzw. das Steuergerät 44 der Fig. 3
ersetzendes Steuergerät 49 gesteuert, welches auch den dem Kontakte 20 der Fig.
2 bzw.
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dem Kontakte 36 der Fig. 3 entsprechenden Kontakt 50 steuert, u.zw.
in solcher Weise, dass der Kontakt 50 unterbrochen wird, wenn der Kontakt 48 geschlossen
wird. Beim Abstellen des Zählers 45 durch die Unterbrechung des Kontaktes 50 wird'somit
gleichzeitig das Rechengerät 46 wirksam gemacht. Das Gerät 46 ist so eingerichtet,
dass es aus dem Messwerte, welcher ihm vom Zähler 45 zugeführt wird, den entsprechenden
S-Wert mittels einer Rechenoperation nach dem Ausdrucke (2a) bzw. (2b) errechnet.
Anstelle eines Anzeigegeräts kann ein Druckwerk vorgesehen werden, welches den errechneten
S-Wert auf einen Papierstreifen druckt, zweckmässig zusammen mit dem Zeitpunkte
der Messung. Der Zähler 45 und das Rechengerät 47 sind mit einer gemeinsamen, mittels
einer Taste 52 betätigbaren Löschvorrichtung versehen.
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Die von der Welle 58 angetriebene Schiffsschraube der Fig, 5 weist
eine Nabe 54 und darin drehbar gelagerte Flügel 55 auf, deren Drehlage mittels eines
in der Nabe eingebauten Verstellmechanismus einstellbar ist. Der Verstellmechanismus
ist mit einem Einstellgerät 56 durch Steuerleitungen 57 verbunden.
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Die Kontakte 48 und 50, das Steuergerät 49, der Zähler 45 und die
Löschvorrichtung 51-52 erfüllen dieselben Aufgaben wie die entsprechend bezeichneten
Elemente in Fig. 4. Das Rechengerät 53 entspricht dem Rechengeräte 47 der Fig. 4,
aber weist im Gegensatz zu diesem zwei Eingänge auf, deren einer vom Zähler 45 und
deren
anderer von einem Geber 59 gespeist wird, welcher ein mit
der eingestellten Steigung P der Schraubenflügel 55 proportionales Signal abgibt.
Das Rechengerät 53 ist so eingerichtet, dass es aus den beiden ihm zugeführten Zahlenwerten
den S-Wert errechnet.
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In dem Falle, dass der Zähler 45 vom Drehzahlgeber gespeist wird,
wie in Fig. 2, erfolgt die Rechenoperation nach dem Ausdrucke (2a), wobei die Zahlenwerte
der Grössen n-T und P vom Zähler 45 bzw. vom Geber 59 geliefert werden. In dem Falle,
dass der Zähler 45 vom Log gespeist wird, wie in Fig. 3, wird der Zähler 45 durch
das Steuergerät 49 abgestellt, wenn der andere Zähler (42 in Fig. 3) einen gegebenen
Betrag der Grösse n.T erreicht hat. Die Rechenoperation im Rechengerät erfolgt nach
dem Ausdrucke (2), wobei der Zahlenwert der Grösse v.T dem Zähler 45 entnommen wird,
der Zahlenwert der Grösse n.T gegeben ist und der Zahlenwert der Steigung P dem
Geber 59 entnommen wird.
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Fig. 6 zeigt eine andere Abänderung der Vorrichtung nach Fig. 2 zum
Zwecke der Anpassung an eine Schiffsschraube mit veränderlicher Steigung. Es bezeichnen
60 die Schiffsschraubenwelle, 61 die Nabe der Schiffsschraube und 62 die in der
Nabe drehbar gelagerten, mittels eines in der Nabe eingebauten Verstellmechanismus
gemeinsam verstellbaren Flügel. Der Verstellmechanismus ist mit einem Einstellgerät
64 mittels Steuerleitungen 63 verbunden. Der Zähler 65 entspricht dem Zähler 21
der Fig. 2, aber wird im Gegensatz zu diesem nicht unmittelbar vom Drehzahlgeber
66 gespeist, sondern vom Ausgange eines Multipliziergerätes 67, dessen einer Eingang
vom Drehzahlgeber 66 und dessen anderer Eingang von einen.
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Geber 68 gespeist wird, welcher ein mit der Steigung der Flügel der
Schiffsschraube proportionales Signal bildet. Das vom Multipliziergerät gebildete,
dem Zähler 65 zugeführte Signal entspricht somit der Grösse P.n, wobei P die während
des Messvorganges vorhandene Steigung der Schiffsschraube und n die Drehzahl der
Schiffsschraube ist. Das Steuergerät 69 und der von ihm gesteuerte Kontakt 70 entsprechen
dem Steuergeräte 28 bzw. dem Kontakte 20 der Fig. 2.
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Der Zähler 65 wird somit ein Ergebnis bilden, welches die während
des Messintervalls hergestellte Maschinendistanz n.P.T darstellt.
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