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Verfahren zum Dämpfen schwingender* Bewegungen von Körpern, insbesondere
der Rollbewegungen von Schiffen. Es ist bekannt, daß man auf schwingende Bewegungen
von Körpern dadurch eine dämpfende Wirkung ausüben kann, daß man an dem Körper ein
frei bewegliches System, wie z. B. pendelnde oder rollende Gewichte, hin und her
fließende Wassermassen oder einen in einem pendelnden Rahmen gelagerten Kreisel,
so anordnet, daß es durch die schwingende Bewegung des Körpers Kräfte erfährt, die
es selbst in relative Bewegung versetzen; infolge dieser Bewegung übt dann in bekannter
Weise das System Kräfte auf den Körper aus, die dessen Schwingungsbewegung entgegenwirken
und sie abdämpfen. Die dämpfenden Kräfte derartiger Einrichtungen sind naturgemäß
um so größer, je stärker die Bewegung des freien Systems ist, und diese letztere
wird um so stärker, je größer unter sonst gleichen Umständen die das System antreibenden
Kräfte im Vergleich mit den Bewegungswiderständen, wie Massenträgheit und Reibung,
sind.
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Bei dem nachstehend beschriebenen neuen Verfahren wird nun gegenüber
diesen bekannten Einrichtungen eine grundsätzlich bessere dämpfende Wirkung dadurch
erzielt, daß die das-frei bewegliche System antreibenden Kräfte beträchtlich verstärkt
werden. Bei diesem Verfahren wirken nämlich auf das System nicht nur, wie bei den
bekannten Einrichtungen, diejenigen Kräfte antreibend, die durch die schwingende
Bewegung des Körpers unmittelbar hervorgerufen werden, sondern es wird außerdem
noch- mittels einer besonderen Vorrichtung eine durch die Schwingung ausgelöste
Zusatzkraft erzeugt, die stets in demselben Sinne auf das System einwirkt, wie die.
durch die Schwingung unmittelbar hervorgerufenen Kräfte, und welche daher diese
letzteren jederzeit verstärkt. Während also die Bewegungswiderstände, wie Massenträgheit
und Reibung, dieselben bleiben, kann die antreibende Kraft fast beliebig gesteigert
werden, so .daß das Dämpfungssystem in viel kürzerer Zeit und in viel stärkerem
Grade in Bewegung versetzt wird, und infolgedessen wird die durch die Bewegung des
Systems erzeugte dämpfende Wirkung in entsprechend beträchtlichem Maße sowohl beschleunigt
als. verstärkt.
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Diese Zusatzkraft kann sowohl durch die Schwingungsbewegung des schwingenden
Körpers wie durch die Bewegung des freien Dämgfungssystems selbst gesteuert werden,
und es sind nachstehend einige Ausführungsbeispiele von Einrichtungen beschrieben,
die das Verfahren verwirklichen.
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Das die dämpfenden Kräfte liefernde bewegliche System kann z. B. in
bekannter Weise aus einem Gewicht x- (Fig. r) bestehen, das auf der Rollbahn a hin
und her rollen kann und dadurch, wie bekannt, eine dämpfende Wirkung auf die Rollschwingungen
des Schiffes ausübt, in dem die Einrichtung eingebaut ist. Wenn, wie bei den bekannten
derartigen Einrichtungen, die Rollbahn im Schiff fest eingebaut ist, so wird die
Bewegung des Rollgewichts 2 durch die wechselnde Neigung des Schiffes während der
Rollschwingung veranlaßt; denn wenn das Schiff eine momentane
Neigung
y) hat und das Gewicht von x gleich Q ist, so wirkt auf das Gewicht eine Kraft Q
sin q) = " Q # y, die ihm eine entsprechende Beschleunigung erteilt. Die Rollbahn
2 ist jedoch hier nicht fest, sondern. um die Achsei drehbar, und sie wird durch
einen Motor wie der hydraulich betriebene Kolben q. bewegt. Das Steuerorgan des
Motors, der.Schieber 5, wird durch das Pendel 6 bewegt, das ist eine Vorrichtung,
die die Drehbewegung des Schiffskörpers nicht mitmacht und daher relativ zum Schiff
um soviel ausschlägt, als die jeweilige Neigung des Schiffes beträgt. Der Steuerschieber
5 steuert daher (Fig. 2) den Antriebskolben q. so, daß dessen momentaner Ausschlag
y aus seiner Mittellage dem jeweiligen Schiffsausschlag cp proportional ist, und
infolgedessen wird die Rollbahn um einen Winkel ip relativ zum Schiff verdreht,
der dem Neigungswinkel (p des Schiffes ebenfalls proportional ist. Die gesamte momentane
Neigung' der Rollbahn ist also gleich cp -j- ü, und die das Dämpfungsgewicht i beschleunigende
Kraft ist Q (cp + #,) - Q qa -E- Q q,. Sie ist hier infolge des Hinzukommens der
Zusatzkraft Q ir bei der Neigung cp des Schiffes schon ebenso groß, wie sie bei
feststehender Rollbahn erst bei der Neigung c) -j- tP werden würde, und .dementsprechend
wird -bei derselben Stärke der Rollbewegung des Schiffes das Gewicht schneller und
stärker in Bewegung versetzt und dadurch die durch seine Verschiebung hervorgerufene
dämpfende Wirkung beschleunigt und verstärkt. Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel,
wobei das frei bewegliche Dämpfungssystem wieder aus einem Rollgewicht auf einer
Rollbahn, 8 und g, besteht. Auch hier wird eine dem -Ausschlag des Schiffes proportionale
Zusatzkraft auf das Rollgewicht ausgeübt, jedoch nicht durch Verdrehen der Rollbahn,
sondern durch die hydraulich betriebenen Kolben io und =i, welche durch die Seile
i2 und 13 mit dem Gewicht gekuppelt sind, und welche einer Druckdifferenz ausgesetzt
sind, die der momentanen Neigung des Schiffes proportional ist. Denn wie die Fig.
3 ohne weiteres erkennen läßt, ist diese Druckdifferenz dieselbe wie diejenige,
welche zwischen den beiden Seiten des Hilfskolbens 14 herrscht, und diese wird durch
den an dem Hebel 15 angelenkten Steuerschieber 16 jederzeit so eingestellt, daß
der Kolben 14 dem kleinen Rollgewicht 17 das Gleichgewicht hält. Das kleine Gewicht
17 übt aber auf den Kolben i¢ eine Traft aus, die der momentanen Neigung des Schiffes
proportional ist. Daher wird auch die durch den Schieber 16 zwischen beiden .Seiten
des -Kolbens 14 eingestellte Druckdifferenz, welche auf die Kolben io und ix wirkt,
stets der jeweiligen Neigung des Schiffes proportional sein. Di e Beschleunigung
einer perio dischen Schwingung ist gegen den Ausschlag um eine halbe Periode phasenverschoben;
ihre absolute Größe ist also dem momentanen Ausschlag proportional, und es kann
daher statt der dem Ausschlag proportionalen Zusatzkraft auch eine solche verwendet
werden, die der Beschleunigung der Schiffsbewegung des Körpers. proportional ist.
Die Verwendung einer solchen Zusatzkraft hat den besonderen Vorteil, daß sie keine
Verminderung der Stabilität des Schiffes zur Folge hat.
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Ein Beispiel für eine Steuervorrichtung, die eine solche Zusatzkraft
ergibt, ist in Fig. q. dargestellt. In dem Schiff ist eine Beharrungsmasse 18 leicht
drehbar angeordnet, an die der Steuerschieber ig und der Hilfskolben 2o angehängt
sind. Der Steuerschieber ig regelt in bekannter Weise die Druckdifferenz zwischen
beiden Seiten des Kolbens 2o so, daß der Kolben die Beharrungsmasse 18 in ihrer
Lage erhält. Da die Beharrungsmasse also die Drehbewegung des Schiffes mitmachen
muß, so übt sie auf den Kolben 2o eine Kraft aus, die der momentanen Beschleunigung
der Rollbewegung des Schiffes proportional ist, und infolgedessen wird auch die
Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des Kolbens 2o stets proportional der Beschleunigung
der Schwingungsbewegung des Schiffes sein. Wenn also diese Druckdifferenz auf einen
größeren Kolben 2= geleitet wird, so wird dieser eine Kraft entwickeln, die der
Beschleunigung der Schwingungsbewegung des Schiffes proportional ist, und diese
Kraft kann z. B. wieder unmittelbar auf das Gewicht übertragen werden, wie bei den
Kolben =o und =i in Fig. 3; oder es kann auch von ihr das Steuerorgan irgendeines
anderen Motors bewegt werden, so daß dieser eine dem Kolbendruck proportionale Kraft
auf das Gewicht ausübt. Das bewegliche Gewicht erfährt dann eine zusätzliche Antriebskraft,
die proportional der Beschleunigung der Schwingungsbewegung des Schiffes ist. Eine
andere Ausführungsform der Steuervorrichtung, die gleichfalls eine Zusatzkraft liefert,
welche keine Verminderung der Stabil lität zur Folge hat, zeigt Fig. 5. Die Figur
stellt ein Stück eines Schiffes von der Seite gesehen dar. In dem Schiff ist ein
kleiner Kreisel 22 in einem drehbar gelagerten Rahmen 23 so angeordnet, daß seine
Drehachse in der Ebene der Rollbewegung des Schiffes liegt. Der Rahmen 23 ist mit
dem Kolben 24 einer hydraulichen Bremse gekuppelt. Wenn das Schiff rollt, so übt
der Kreisel in bekannter Weise eine der Geschwindigkeit der Rollbewegung proportionale
Kraft auf seinen Rahmen aus, die diesen gegen den Widerstand des Bremskolbens 24
so lange in derselben Richtung verdreht, als die Rollschwingung des
Schiffes
die Richtung nicht ändert. Der Rahmen wird also seinen größten Ausschlag erreichen,
wenn die Geschwindigkeit der Rollbewegung gleich Null geworden ist; sein Ausschlag
ist gegen die Geschwindigkeit der Schiffsbewegung um eine viertel Periode phasenverschoben.
Da aber auch der Ausschlag der Rollschwingung gegen die Geschwindigkeit dieses Schwingung
um eine viertel Periode phasenverschoben ist, so ist der Ausschlag des Rahmens 23
proportional dem Ausschlag des Schiffes und kann ebenfalls zum Steuern einer diesem
Ausschlag proportionalen Zusatzkraft benutzt werden, z. B. indem mittels des Winkelhebels
25 die Stange 7 der Fig. z und 2 angetrieben wird. Diese Anordnung mit einem kleinen
Kreisel ist insofern besonders vorteilhaft, als sie bei genügend hoher Umlaufgeschwindigkeit
des Kreisels mit einem kleinen Apparat verhältnismäßig große steuernde Kräfte liefert.
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Die Zusatzkraft zur Verstärkung der Bewegung der Dämpfungsgewichte
kann auch durch die Bewegung dieser Gewichte selbst gesteuert werden, wie z. B.
bei der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7. Das bewegliche Gewicht .wird durch das
Rollgewicht 26 Fig. 6 gebildet, welches durch einen Seiltrieb mit der Trommel 27-
verbunden ist, die mit dem Motor 28 durch Zahnräder gekuppelt ist. Die Drehung des
Motors 28 erfolgt daher stets proportional der Bewegung des Rollgewichts 26, und
das vom Motor entwickelte Drehmoment erzeugt stets eine ihm proportionale Zugkraft
in dem an dem Gewicht 26 angreifenden Seil. Die mit dem Motor verbundene Steuervorrichtung
ist in Fig. 7 im Aufriß und Grundriß dargestellt, Auf der Welle des Motors sitzt
fest der Arm 29 und lose und möglichst leicht drehbar die Beharrungsmasse 3o. Wenn
das Rollgewicht 26 eine beschleunigte Bewegung ausführt, wird auch die Umlaufgeschwindigkeit
der Motorwelle größer. Die Beharrungsmasse 3o sucht zurückzubleiben und mittels
des Fingers 31 den . gabelförmigen Hebel 32 zu verdrehen, dessen Welle 33 in dem
Arm 29 gelagert ist. Am anderen Ende der Welle 33 sitzt der Arm 3q., und dessen
Bewegung wird durch die Stange 35 auf die auf der Welle achsial verschiebbare Hülse
36 übertragen. Eine relative Verdrehung der Beharrungsmasse 3o hat also eine entsprechende
achsiale Verschiebung der Hülse 36 zur Folge, und auf die Hülse 36 wirkt stets eine
achsiale Kraft, die der momentanen Beschleunigung der Motorwelle und somit derjenigen
des Rollgewichts 26 proportional ist. Wenn man also durch die Hülse 36 irgendeine
Reguliervorrichtung für den Motor 28 so bewegen läßt, daß das von dem Motor erzeugte
Drehmoment der Hülsenkraft proportional ist, so übt der Motor jederzeit auf das
Rollgewicht 26 eine der motnentanen Beschleunigung dieses Gewichts proportionale
Zusatzkraft aus. Diese Zusatzkraft hebt die Massenträgheitskraft des Gewichts, die
ebenfalls der Beschleunigung proportional, aber der Bewegungsvorrichtung entgegengesetzt
ist, ganz oder teilweise auf und bewirkt. daher ebenfalls eine entsprechend schnellere
Bewegung des Rollgewichts.
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Selbstverständlich können die beschriebenen Verfahren zur Erzeugung
einer die Bewegung verstärkenden Zusatzkraft nicht nur bei Rollgewichten, sondern
auch bei allen anderen Formen frei bewegli eher Dämpfungsgewichte verwendet werden,
insbesondere auch bei Flüssigkeitsmassen, die in bekannter Weise in teilweise gefüllten
Behältern und Kanälen hin und her strömen und auf welche z. B. mittels Schraubenpropeller
beschleunigende Kräfte ausgeübt werden können. Ferner können zur Hervorbringung
der Zusatzkraft auch alle anderen Arten von Motoren außer den in der obigen Beschreibung
bereits angeführten benutzt werden.
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Das Verfahren, die Bewegung des freien Dämpfungssystems durch eine
Zusatzkraft zu verstärken, ist nicht auf hin und her schwingende Gewichte beschränkt,
sondern auch bei allen anderen Arten von frei schwingenden Systemen anwendbar, z.
B. auch bei der als Schlickscher Kreisel bekanntgewordenen Kreiselanordnung. Einen
solchen Sehlickschen Kreisel mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen
Antriebskraft zeigt Fig. B von der Seite aus gesehen. Die durch die Bewegung des
Schiffes unmittelbar hervorgerufene antreibende Kraft besteht bei einem solchen
Kreisel bekanntlich darin; daß der Kreisel ein der Geschwindigkeit der Schiffsbewegung
propor= tionales Drehmoment auf seinen Rahmen ausübt, das diesen um seine Achse
zu drehen sucht. Um diese Kraft durch eine Zusatzkraft zu verstärken, ist bei der
Einrichtung nach Fig. 8 außer dem großen Schlickschen Kreisel 37
noch ein
kleiner Steuerkreisel 38 angeordnet, der in derselben Weise gelagert ist
wie der große. An den Rahmen dieses kleinen Kreisels sind der kleine Kolben 39 und
der Steuerschieber 4.o angelenkt. Infolgedessen stellt sich in bekannter Weise zwischen
den beiden Seiten des Kolbens 39 eine Druckdifferenz ein, welche der von dem Rahmen
des Kreisels 38 auf den Kolben 39 ausgeübten Kraft und somit der momentanen Geschwindigkeit
der Rollbewegung des Schiffes proportional ist. Diese Druckdifferenz wirkt aber
auch auf den großen Kolben 44 der an dem Rahmen des großen Kreisels 37 angreift.
Dieser Rahmen erfährt also eine Zusatzkraft, die der jeweiligen Geschwindigkeit
der Rollbewegung des Schiffes proportional ist und somit die durch die Roll-
Bewegung
unmittelbar hervorgerufene Kraft verstärkt.
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Statt des kleinen Kreisels 38 kann zum Steuern der Zusatzkraft auch
eine Vorrichtung dienen, die auf den Ausschlag oder die Beschleunigung der Bewegung
des Schiffes anspricht. Es muß dann nur analog wie bei der Anordnung für ein Rollgewicht
nach Fig. 5 eine Vorrichtung zwischengeschaltet werden, die eine Phasenverschiebung
von einer viertel Periode bewirkt, damit die erzeugte Zusatzkraft wieder mit der
Geschwindigkeit phasengleich wird. Dies kann natürlich durch die gleichen Mittel
erreicht werden wie bei den Gewichtsmassen.
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Ebenso läßt sich das Verfahren: »Zusatzkraft proportional der momentanen
Beschleunigung des frei beweglichen Dämpfungssystemsc< beim Kreisel verwenden,
und zwar in genau derselben Form wie bei den Gewichtsmassen. Es braucht dann nur
der Motor 28 der Fig. 7 statt mit dem Rollgewicht mit dem Rahmen des Schlickschen
Kreisels verbunden zu werden.