DE302477C - - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß man Schwingungsbewegungen von Körpern, z. B. die Rollbewegungen von Schiffen, dadurch dämpfen kann, daß man an dem Körper einen Kreisel in einem beweglichen Rahmen derartig anordnet, daß seine Rotationsachse in ihrer Mittellage in der Ebene der Schwingungsbewegung, z. B. senkrecht, liegt, während der Rahmen um eine ebenfalls in der Schwingungsebene liegende, zur Rotationsachse senkrechte Achse drehbar ist. Bei dieser als »Schlickscher Kreisel« bekannten Anordnung gerät der Rahmen bei jeder Rollschwingung des Schiffes seinerseits in Schwingungen, und infolgedessen übt der Kreisel Momente auf das Schiff aus, die dessen Rollbewegung entgegenwirken.

Es ist ferner bekannt, daß man den Rollbewegungen von Schiffen mit Hilfe eines Kreisels auch dadurch entgegenwirken kann, daß man die Achse des Kreisels, statt sie frei schwingen zu lassen, durch einen besonderen Antrieb zum Ausschlag bringt, oder mit anderen Worten, dem Kreisel eine künstliehe Präzessionsbewegung erteilt. Dabei wird durch eine geeignete Steuervorrichtung, jedesmal wenn das Schiff eine Rollbewegung beginnt, eine Präzessionsbewegung der Kreiselachse eingeleitet, die ein der Rollbewegung entgegengesetztes Moment erzeugt, solange als das Schiff sich nach derselben Seite hin bewegt. Diese Einrichtung hat gegenüber dem frei schwingenden Schlickschen Kreisel den Vorteil, daß ihre Wirksamkeit unabhängig von der Eigenschwingungsdauer des Kreiselrahmens und von dem Grade der Unregelmäßigkeit der Rollbewegung des Schiffes ist. Sie hat aber anderseits auch mehrere Nachteile.

Die künstliche Präzessionsbewegung des auf solche Weise gesteuerten Kreisels verläuft naturgemäß ruckweise. Sobald die die Präzession bewirkende Hilfskraft durch die beginnende Rollbewegung des Schiffes ausgelöst wird, wird der vorher in vollständiger Ruhe befindliche Kreiselrahmen plötzlich beschleunigt; von der Schnelligkeit dieser Beschleunigung hängt die Güte der Wirkung ab. Sobald anderseits die Rollbewegung des Schiffes zur Ruhe kommt und die Richtung wechselt, muß der unmittelbar vorher in voller Bewegung befindliche Kreiselrahmen möglichst schnell zur Ruhe gebracht werden, da er sonst die folgende, umgekehrt gerichtete Roll- ■ bewegung des Schiffes zunächst noch geradezu unterstützen würde. Die Bewegung des Kreiselrahmens wird somit sehr unstetig verlaufen, und die durch den Kreisel auf das Schiff ausgeübten Kräfte treten ebenso unstetig und stoßweise auf. Demgegenüber liefert der frei schwingende Schlicksche Kreisel infolge seiner periodischen, sinusförmigen Schwingungsbewegung immer allmählich und stetig zu- und abnehmende Kräfte, deren Verlauf, der ebenfalls sinusförmigen Rollbewegung des Schiffes weit besser angepaßt ist und daher keine Stöße und Erschütterungen des Schiffskörpers zur Folge hat.

Ferner hat die genannte Art der Steuerung des Kreisels den Nachteil, daß die Kreiselachse keine feste Mittellage hat. Denn wenn z. B. das Schiff von einer Seite von stärkeren Wellen oder Windstößen getroffen wird als von der anderen, so wird es in der entsprechenden Richtung etwas schneller ausschlagen als in der entgegengesetzten, und die Folge ist, daß dem Kreisel nach der einen Seite

ίο eine entsprechend stärkere Präzessionsbewegung erteilt wird als nach der anderen. Dieselbe Wirkung muß übrigens auch jede kleine Ungleichmäßigkeit in der Steuervorrichtung haben. Die Folge davon ist, daß der Kreisel nicht um seine Mittellage hin und her schwingt, sondern um eine mehr oder weniger schief dazu liegende Stellung. Dies hat aber eine Schwächung seiner Wirkung zur Folge; denn nach den bekannten Kreiselgesetzen ist das von dem Kreisel auf das Schiff ausgeübte wirksame Moment M = J W₁W₂ cos · φ (/ = Trägheitsmoment des Kreisels, W₁ = Winkelgeschwindigkeit des Kreisels, W₂ = Winkelgeschwindigkeit der Präzessionsbewegung, φ = augenblickliche Neigung der Kreiselachse gegen die Mittellage). Je größer der mittlere Neigungswinkel φ ist, um so kleiner wird daher unter sonst gleichen Umständen das nutzbare Dämpfungsmoment. Demgegenüber wird der Schlicksche Kreisel, der infolge seiner Aufhängung die Tendenz hat, seine

Mittellage einzunehmen, stets um seine Mittel-

. lage schwingen und daher mit dem größten möglichen nutzbaren Moment arbeiten.

Das nachstehend beschriebene neue Verfahren gestattet, die Vorteile des Kreisels mit künstlicher Präzessionsbewegung — Unabhängigkeit von der Eigenschwingungsdauer des Kreiselrahmens bzw. der Rollperiode des Schiffes und von den Unregelmäßigkeiten der Schiffsbewegung — mit denen des Schlickschen Kreisels — stetige Kraftwirkung und ständige Bewegung um die Mittellage — miteinander zu vereinigen. Dies wird dadurch erreicht, daß der Kreiselrahmen durch eine Steuervorrichtung derartig angetrieben wird, daß er eine Schwingungsbewegung ausführt, deren Ausschlag aus der Mittellage dem jeweiligen Schwin gungs ausschlag des Schiffes bzw. des schwingenden Körpers proportional ist. Es ist bekannt, daß der Schlicksche Kreisel deshalb am besten wirkt, wenn seine Eigenschwingungsdauer mit der Rollperiode des Schiffes genau übereinstimmt, weil er dann in genau gleicher Phase mit dem Schiff schwingt, und daß seine Wirkung abnimmt, wenn die Rollbewegung des Schiffes unregelmäßig verläuft, weil dann die Übereinstimmung der Phase gestört wird. Diese für die günstigste Wirkung erforderliche Phasengleichheit ist bei dem vorliegenden neuen Verfahren ohne weiteres stets vorhanden, da die Kreiselachse proportional dem Schwingungsausschlag des Schiffes hin und her bewegt wird. Zugleich verläuft die Bewegung der Kreiselachse ebenso stetig wie die übrigbleibende Rollbewegung des Schiffes selbst, und die Kreiselachse bewegt sich stets um ihre Mittellage.

Eine Einrichtung, die dieses Verfahren verwirklicht, ist in beispielsweiser Ausführung in Fig. ι dargestellt.

Die Figur zeigt ein Stück eines Schiffes, in dem die Vorrichtung eingebaut ist, von der Seite aus gesehen, ι ist der Kreisel, durch dessen Achsenschwingung die dämpfenden Momente entstehen. Dieser ist in bekannter Weise, wie beim Schlickschen Kreisel, in dem Rahmen 2 gelagert, der um die Achse 3 drehbar ist. In dem Schiff ist ferner ein Pendel 4 angeordnet, dessen Schwingungsebene querschiffs (senkrecht zur Bildebene der Fig. 1) gerichtet ist. Die Bewegung dieses Pendels wird durch das auf der Welle 5 sitzende konische Zahnrad 6 auf das konische Zahnrad 7 übertragen; dadurch wird der Arm 8 verdreht. Diese Bewegung wird durch die Stange 9 auf den Steuerkolben 10 übertragen, der den Zufluß von Druckflüssigkeit zu dem Kolben 11 regelt. Die Stange des Kolbens 11 greift an dem Rahmen 2 des Kreisels an. go

Das Pendel 4 ist so bemessen und angeordnet, daß es an den Rollschwingungen des Schiffes nicht teilnimmt, sondern immer lotrecht nach unten hängt. Sobald also das Schiff rollt und dabei eine augenblickliche Neigung erfährt, zeigt das Pendel 4 einen gleichgroßen relativen Ausschlag gegenüber dem Schiff, verschiebt den Steuerkolben 10 und setzt dadurch den Kolben 11 in Bewegung. Dieser ist mit dem einen Ende seiner Kolbenstange durch den Rückführungshebel 12 in bekannter Weise so mit dem Steuerschieber 10 verbunden, daß zu jeder Stellung der Stange 9 sich eine ganz bestimmte Stellung des Kolbens 11 ergibt. Der Kolben 11 bewegt sich also proportional mit der Stange 9 und somit auch· proportional der relativen Bewegung des Pendels 4 und der wirklichen Rollbewegung des Schiffes. Dadurch wird auch der Rahmen 2 des- Kreisels in derselben no Weise bewegt. Es ist also die für die Erreichung der größtmöglichen Wirkung geltende Bedingung erfüllt, daß die Bewegung des Kreiselrahmens gleichphasig mit derjenigen der Rollbewegung des Schiffes sein soll.

Statt des hydraulischen Kolbens 11 kann auch ein anderer Antrieb benutzt werden, z. B. ein Elektromotor. Ebenso kann statt. des Pendels 4 jede andere Vorrichtung Verwendung finden, die einen der augenblicklichen Schiffsneigung entsprechenden Ausschlag erzeugt.

Die Anordnung nach Fig. ι hat den Nachteil, daß durch das Pendel 4 nicht nur bei Rollschwingungen, sondern auch bei dauernder seitlicher Neigung des Schiffes eine entsprechende Verdrehung des Kreiselrahmens bewirkt wird; die Einrichtung ist also in dieser Form nur zu verwenden, wenn merkliche dauernde Neigungen des Schiffes nicht vorkommen können. Diese Beeinträchtigung der Verwendbarkeit wird beseitigt, wenn für die Steuerung des Antriebs für den Kreisel rahmen ein Organ verwendet wird, das nicht auf den Ausschlag, sondern auf die Beschleunigung der Schwingungsbewegung des Schiffes anspricht. Wie bekannt, sind bei einer Schwingungsbewegung Ausschlag und Beschleunigung um eine halbe Periode gegeneinander phasenverschoben; sie sind also der Größe nach einander proportional und dem Vorzeichen nach entgegengesetzt. Wenn man demnach das Pendel 4 der Fig. 1 durch eine Vorrichtung ersetzt, die proportional der augenblicklichen Beschleunigung der Rollbewegung ausschlägt und zugleich in der

Übertragung der Bewegung auf den Kreiselrahmen auf irgendeine Weise eine Umkehr der Bewegungsrichtung bewirkt, so wird der Kreiselrahmen bei Rollschwingungen ganz ebenso proportional dem Schwingungsausschlag des Schiffes bewegt werden, wie bei der Einrichtung nach Fig. 1; dauernde Neigungen des Schiffes bleiben aber dann ohne Einfluß. Eine derartige Anordnung zeigt beispielsweise Fig. 2, und zwar Fig. 2 a von der Schiffsseite aus gesehen (wie Fig. 1), Fig. 2 b in der Längsrichtung des Schiffes gesehen. Die Beharrungsmasse 13, die das Pendel 4 in Fig. ι ersetzt, ist so angeordnet, daß ihr Schwerpunkt in ihrer Drehachse liegt; durch die Federn 14 und 15 wird sie nachgiebig gehalten. Wenn das Schiff eine beschleunigte Rollbewegung ausführt, sucht die Masse 13 infolge ihres Beharrungsvermögens zurückzubleiben und übt dadurch eine entsprechende Kraft auf die Federn 14 und 15 aus. Die Dehnung der Federn und damit der Ausschlag von 13 aus seiner Mittellage ist also der Massenbeschleunigungskraft, d. i. . der augenblicklichen Beschleunigung der RoIlbewegung des Schiffes, proportional. Von dem auf der Welle 16 sitzenden konischen Rad 17 wird dann das konische Rad 7, das den Arm 8 trägt, in derselben Weise angetrieben wie in Fig. 1. Um unerwünschte sekundäre Schwingungsbewegungen der Masse 13 zu verhindern, kann noch eine geeignete Dämpfung angeordnet werden, z. B. eine mit 13 direkt gekuppelte Ölbremse. Ferner kann statt der Masse 13 mit den Federn 14 und 15 auch jede andere Vorrichtung verwendet werden, die einen der augenblicklichen Beschleunigung der Schiffsbewegung proportionalen Ausschlag liefert.

Eine andere Anordnung des Steuerapparates, bei der der Einfluß von dauernden Neigungen ebenfalls ausgeschaltet ist, zeigt Fig. 3, in der Längsrichtung des Schiffes gesehen. 18 ist ein Pendel von derselben Art wie 4 in Fig. i. Außerdem ist ein zweites Pendel 19 vorhanden, das sich von 18 dadurch unterscheidet, daß es mit einer Dämpfungsvorrichtung, z. B. der Ölbremse 20, verbunden ist. Sowohl die Ausschläge von 18 wie die von 19 werden, wie die Figur zeigt, durch Gelenkstangen auf den doppelten gleicharmigen Hebel 21 übertragen, in dessen Mitte die Stange 22 angelenkt ist. Die Bewegung der Stange 22 ist also die Resultierende der von den Pendeln 18 und 19 herrührenden Einzelbewegungen ; wenn beide Pendel um denselben Winkel nach derselben Seite ausschlagen, bleibt Stange 22 in Ruhe. Die Stange 22 ] greift an dem Arm 23 an, der auf der Welle 5 ; der Fig. 1 sitzt, an Stelle des Pendels 4; die j Verdrehung dieser Welle und damit die Bewegung des Kreiselrahmens 2 ist also der Bewegung der Stange 22 proportional.

Die Ölbremse 20 ist so eingestellt, daß das Pendel 19 in der Zeit einer halben Rollschwingung des Schiffes nur ganz kleine Ausschlage machen kann, die gegenüber denen des Pendels 18 praktisch verschwinden. Die Wirkung der Steuereinrichtung -bei Rollschwingungen ist also dieselbe wie die des einfachen Pendels 4 nach Fig. 1. Wenn aber das Schiff eine länger andauernde Neigung nach einer Seite annimmt, so kann das Pendel 19 dieser Neigung folgen und stellt sich ebenso ein wie Pendel 18. Die Einflüsse beider Pendel auf die Stange 22 heben sich darin gegenseitig auf, die Stange bleibt in Ruhe und der Kreiselrahmen verharrt in seiner Mittellage. · Dauernde Neigungen des Schiffes haben also keinen Einfluß auf die Bewegungen des Kreiselrahmens mehr.

/ Naturgemäß können auch bei dieser Anordnung die Pendel durch andere Vorrichtungen ersetzt werden, die einen der Neigung des Schiffes entsprechenden Ausschlag aufweisen. Ferner kann das hier beschriebene Verfahren außer bei der Rollbewegung von Schiffen auch zur Dämpfung von Schwingungen beliebiger Art von anderen Körpern verwendet werden.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Verfahren zur Dämpfung schwingender Bewegungen von Körpern, insbesondere der Rollbewegungen von Schiffen, wobei die dämpfenden Kräfte durch das Ausschwingen der Achse eines Kreisels erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das

   Ausschwingen der Kreiselachse durch eine Steuervorrichtung so geregelt wird, daß ihr Ausschlag aus der Mittellage dem Schwingungsausschlag des schwingenden Körpers proportional ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausschwingen der Kreiselachse so geregelt wird, daß ihr Ausschlag aus der Mittellage der augenblicklichen Beschleunigung der Bewegung des schwingenden Körpers proportional ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausschwingen der Kreiselachse durch zwei verschiedene Steuervorrichtungen zugleich geregelt wird, von denen die erste sie proportional dem augenblicklichen Ausschlag des Körpers verdreht, während die zweite der ersten entgegenwirkt, wobei aber die Bewegung der zweiten so stark gedämpft ist, daß sie nur bei längere Zeit andauernden einseitigen Ausschlägen des Körpers zur Wirkung kommt.

   Hierzu 1 Blau Zeichnungen.