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Verfahren zum Dämpfen schwingender Bewegungen von Körpern, insbesondere
der Rollbewegungen von Schiffen. Das nachstehend beschriebene Verfahren gibt die
Möglichkeit; die in dem Hauptpatent 302527 gekennzeichnete Art der Steuerung
für den Antrieb der Dämpfungsvorrichtung- durch besonders einfache und betriebssichere
Mittel zu erreichen.
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Es ist bekannt, daB ein an einem schwingenden Körper angeordnetes
Pendel; dessen Eigenschwingungszahl mit derjenigen des schwingenden Körpers oder
mit der Frequenz der den: Körper in Schwingung versetzenden Impulse in Übereinstimmung
steht, durch die Schwingung des Körpers selbst in schwingende Bewegung versetzt
wird, welche gegen die Bewegung des Körpers in der Phase verschoben ist. Bei genügend
genauer Abstimmung der Eigenschwingungszahl oder bei passender Wahl der Dämpfung
beträgt, wie bekannt;-- diese Phasenverschiebung etwa eine viertel Periode. Die
Bewegung- des Pendels ist dann phasengleich mit- der Geschwindigkeit der Schwingungsbewegung
des Körpers, da die Geschwindigkeit gegen- den.Ausschlag gleichfalls um eine viertel
Periode phasenverschoben ist. D:e- Bewegung eines . solchen Pendels verläuft demnach
in -derselben Weise wie diejenige eines Kreisels mit federnd gehaltenem Rahmen (Fig.
8 und-9 des lIauptpatentes) und kann daher ebensogut zur Steuerung des Antriebes
für die Dämpfungsvorrichtung benutzt werden wie dieser. Dabei kann statt eines einfachen
Pendels in bekannter Weise auch irgendein anderes, zu freien Schwingungen befähigtes
bewegliches System verwendet werden, wie z. B. hin und her rollende Gewichte, auf
und ab schwingende oder sich drehende Beharrungsmassen, hin und her schwingende
Flüssigkeitssäulen u. dgl.
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Auf der Zeichnung sind in den Fig. z bis 6 Ausführungsformen für die
Verwendung eines solchen frei schwingenden Systems zur Steuerung von Einrichtungen
zur Dämpfung der Rollschwingungen von Schiffen veranschaulicht.
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Fig. i zeigt eine Vorrichtung, bei der das System aus einem kleinen
Rollgewicht besteht, das die Dämpfungsmassen proportional seinem eigenen Ausschlag
steuert.
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In Fig. 2 ist ein Beispiel für die Verstärkung der Schwingung des
frei beweglichen Systems durch eine von der schwingenden Bewegung des Körpers ausgelöste
Zusatzkraft. dargestellt.
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Fig. 3 erläutert eine Anordnung des beweglichen Systems, bei der zwecks
Verhinderungeiner Abnahme- der Stabilität die Dämpfungsvorrichtung proportional
der Beschleunigung_ der Bewegung des Systems gesteuert wird.
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Fig. ¢ gibt eine Form des beweglichen Systems wieder, bei welcher
derselbe Zweck dadurch erreicht wird, daB das System durch
dauernde
Neigungen des Schiffes überhaupt nicht beeinflußt wird, vielmehr nur auf dessen
Beschleunigung anspricht.
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Fig. 5 istein Beispiel dafür, wie auch nach einem System nach Art
der Fig. q. durch eine Zusatzkraft die Schwingung verstärkt werden kann, und Fig.
6 zeigt eine Form des beweglichen Systems, welche infolge starker Dämpfung bei kleiner
Masse in -ihrer Wirkung von der Eigenschwingungszahl fast unabhängig ist.
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Die Wirkungsweise .der verschiedenen Anordnungen ist nachstehend im
einzelnen erläutert Nach Fig. f ist in dem Schiff als Vorrich-Zung zur Erzeugung
der dämpfenden Kräfte z. B. das Gewicht i angeordnet, das auf der Bahn :z hin und
her bewegt werden kann. Die Bewegung von i wird mittels des Seils 3 und der Seiltrommel
q. durch den durch Druckflüssigkeit betriebenen Kolben 5 bewirkt, der durch Zahnstange
und Zahnrad die Welle der Trommel q. antreibt. Das frei bewegliche System wird beispielsweise
durch das kleine Rollgewicht 6 gebildet, das auf der Rollbahn 7 hin und her rollen
kann. Die Eigenschwingungsdauer des Systems kann auf irgendeine bekannte Weise,
z. B. durch Änderung der Krümmung der Rollbahn 7 oder durch Hinzufügen von Federkräften
o. dgl., nach Bedarf geregelt werden. Die Bewegung des Gewichts 6 wird durch die
Stange 8 auf den Winkelhebel 9 und von diesem auf den Steuerkolben 1o übertragen,
der in bekannter Weise den Kolben 5. so steuert, daß er sich jederzeit proportional
der Stange 8 bewegt. Demgemäß wird auch das große Gewicht i immer nach derselben
Sdite, aber in verstärktem Maße verschöben, nach der das kleine frei schwingende
Gewicht 6 ausschlägt. Die Verschiebung des Dämpfungsgewichts ist proportional dem
momentanen Ausschlag des frei schwingenden Systems, welches sich bei richtiger Abstimmung
ungefähr proportional der momentanen Geschwindigkeit der Rollbewegung des Schiffes
bewegt. 1f ist eine Ölbremse zur Erzeugung einer regelbaren Dämpfung, wie sie bekanntlich
für das frei schwingende System zweckmäßig ist.
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Eine Verbesserung der Wirkung wird erreicht, wenn man auf das frei
schwingende System das bekannte Verfahren anwendet, daß durch die Schwingungsbewegung
des Körpers besonders zusätzliche, auf das System wirkende Kräfte ausgelöst werden,
die dessen Bewegung verstärken. Da das bewegliche System nur das Steuerorgan für
die Dämp fungsmassen antreibt, kann es sehr klein ausgeführt werden, und dementsprechend
wird auch die Vorrichtung zur Erzeugung der Zusatzkraft sehr klein, leicht und einfach
'ausfallen.
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-Fig. 2 zeigt ein Beispiel für eine derartige Anordnung. Das frei
schwingende System ist wie in Fig. i durch das -kleine Rollgewicht 6 auf der Rollbahn
7 gebildet. Diese letztere ist aber nicht mehr fest im Schiff eingebaut, sondern
um die Achse 12 drehbar und durch die Stange 13 mit dem Arm 1.¢ verbunden, der an
dem Pendel 15 sitzt. Das Pendel 15 ist Eo bemessen, daß es durch die Schwingungen
des Schiffes nicht selbst in Schwingungen geraten kann, sondern immer lotrecht nach
unten hängt, und es ist außerdem so ' schwer, daß die Bewegung des Gewichts auf
der Rollbahn 7 auf seine Lage keinen merklichen Einfluß hat. Dann zeigt das Pendel
15 bei jeder Neigung des Schiffes einen entsprechenden relativen Ausschlag und verdreht
die Rollbahn 7 gegenüber dem Schiff so, daß deren totale Neigung jederzeit ein Vielfaches
der momentanen Neigung des Schiffes ausmacht, wodurch in bekannter Weise eine Beschleunigung
und Verstärkung der Bewegung des Gewichtes 6 bewirkt wird.
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Ebenso wie die beschriebene Anordnung kann natürlich auch jede andere
verwendet werden, die geeignet ist, in bekannter Weise eine zusätzliche Kraft zu
erzeugen, die die Bewegung des frei schwingenden Systems verstärkt. Ebenso kann
das bewegliche System statt durch ein hin, und her rollendes Gewicht durch jede
andere nordnung gebildet werden, die durch die Schiffsschwingung oder durch die
zusätzlichen. Kräfte in Schwingungen versetzt wird.
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Es ist bekannt, daß bei einem Schiff jedes seitlich frei verschiebliche
Gewicht eine -Verminderung der Stabilität zur Folge hat. -Diese unerwünschte
Nebenwirkung haben die Einrichtengen nach Fig. i und Fig. 2 ebenfalls, und zwar
um so mehr, je größer die Verstärkung der Bewegung der Dämpfungsmasse ist. Man kann
also bei derartigen Einrichtungen mit der Verstärkung der Bewegung dieser Masse
nicht über ein gewisses Maß hinausgehen. Dieser Nachteil wird vermieden, wenn man
die Bewegung des Steuerorgans nicht vom Ausschlag, sondern von der Beschleunigung
des frei beweglichen .Systems ableitet. Da die Beschleunigung ihrer absoluten Größe
noch mit dem Ausschlag von gleicher Phase ist, wird dann .das -Steuerorgan bei Schwingungen
in gleichartiger Weise bewegt wie bei den Anordnungen nach Fig. = und 2 ; bei dauernden
Neigungen des Schiffes und dadurch verursachten dauernden einseitigen Ausschlägen
des beweglichen Systems findet aber keine Verstellung des Steuerorgans mehr statt,
wodurch die schädliche Einwirkung auf die Stabilität des Schiffes wegfällt.
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Eine solche Einrichtung zeigt in einer bei- -spielsweisen Ausführung
Fig. g- 6 ist- das dgsfrei
schwingende System bildende kleine Rollgewicht
-(in größerem Maßstabe dargestellt). Seine Bewegung wird durch die Stange 16 auf
den T-förmigen Hebel i7. und durch die Feder 18 auf den mit Beharrungsmassen ausgerüsteten
Balancier xg übertragen. Solange das Gewicht 6 stillsteht oder sich mit konstanter
Geschwindigkeit bewegt, ist die Feder 18 spannungslos, und der Hebel 17 einerseits
und der Balancier ig anderseits stehen still oder bewegen sich mit genau derselben
Winkelgeschwindigkeit. Die Einflüsse beider Bewegungen auf die an den doppelt gleicharmigen
Hebel 2o angelenkte Steuerstange 8 heben sich gegenseitig auf; die Stange 8 verharrt
in Ruhe. Sobald aber die Bewegung des Gewichts 6 sich beschleunigt, sucht der Balancier
ig wegen seiner Massenträgheit zurückzubleiben; dadurch wird die Feder 18 entsprechend
verlängert - oder verkürzt, und dies bewirkt eine entsprechende Bewegung der Stange
B. Diese Stange wird also proportional der momentanen Beschleunigung des frei schwingenden
Syitems bewegt und steuert das Dämpfungsgewicht i entsprechend.
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Die schädliche Beeinflussung des Steuerorgans durch dauernde einseitige
Neigungen des Schiffes wird auch vermieden, wenn man das frei bewegliche System
selbst so ausbildet, daß es auf ruhende Neigungen des Schiffes überhaupt nicht anspricht.
Fig. q. zeigt ein solches System. Als frei schwingendes System ist hier ein leicht
drehbar gelagerter Schwungkörper 21 verwendet, dessen Schwerpunkt genau in seiner
Achse liegt. - Durch die Federn 22 und 23 wird die zur Erreichung der gewünschten
Eigenschwingungsdauer erforderliche Richtkraft geschaffen. Wenn ein derartiges System
z. B. in einem rollenden Schiff angebracht ist, gerät es bekanntlich ebenso in Schwingungen,
wie ein hin und her bewegliches Gewicht von der Art des Gewichts in Fig. i; bei
dauernden Neigungen des Schiffes zeigt es aber keinen Ausschlag. Die unmittelbar
an dem Schwungkörper 2i angelenkte Steuerstange 8 erfährt bei Rbllschwingungen des
Schiffes gleichartige Bewegungen wie bei Fig. i und 2, bei dauernden Neigungen bleibt
sie aber in ihrer Mittellage wie bei Fig. 3.
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Selbstverständlich kann die Schwingung des Körpers 21: ebenso durch
eine besondere zusätzliche Hilfskraft verstärkt werden, wie die des Rollgewichts
6 in Fig. 2. Dies kann z. B., wie in Fig. 5 dargestellt, durch den Kolben 24 bewirkt
werden, wenn dieser Kolben in bekannter Weise einer Druckdifferenz ausgesetzt wird,
die in geeigneter Weise, z. B. proportional der momentanen Beschleunigung der Schwingungsbewegung
des Schiffes, geregelt wird.
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Eine weitere Ausführungsform Zeigt Fig. 6. Hier wird -das bewegliche
System durch die beiden Kolben 25 und 26 und das sie verbindende Gestänge gebildet.
26 ist der Kolben einer hydraulischen Bremse, die durch das in ihrer Umführungsleitung
sitzende Ventil 27 in . bekannter Weise geregelt werden kann. 28 und 29 sind schwache
Federn, die dem beweglichen System eine geringe Tendenz geben, in die Mittellage
zurückzukehren. Die Dämpfung durch den Kolben 26 ist so stark, daß das System, sich
selbst überlassen,. nur annähernd aperiodische Bewegungen auszuführen vermag. Der
Kolben 25 steht wie der Kolben 24 in Fg. 5 unter einer Druckdifferenz, die in passender
Weise von der Schwingungs-Bewegung des Schiffes geregelt wird; sie kann z. B. ebenfalls
der momentanen Beschleunigung der Schiffsbewegung proportional sein. Infolge dieser
Druckdifferenz bewegt der Kolben 25 das bewegliche System gegen den Widerstand des
Bremskolbens 26 so lange, wie die Druckdifferenz in derselben Richtung wirkt. Der
Ausschlag des beweglichen Systems ist also gegen die Beschleunigung der Schiffsschwingung
um eine viertel Periode phasenverschoben, wie es, für die Steuerung des die dämpfenden
Kräfte erzeugenden großen Gewichts erforderlich ist. Die Steuerstange 8 der Fig.
i, die die Bewegung dieses Gewichts steuert, kann also wieder direkt an das durch
die Kolben 25 und 26 gebildete bewegliche System angehängt werden.
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Diese Anordnung mit besonders starker Dämpfung hat den besonderen
Vorteil, daß die Bewegung des Systems wegen der verhältnismäßig starken Dämpfung
von seiner Eigenschwingungsdauer so gut wie unabhängig ist, so daß es auf deren
genaue Einstellung und Regelung nicht mehr ankommt.
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Statt des hydraulischen Bremskolbens 26 kann natürlich auch irgendeine
andere geeignete Bremsvorrichtung verwendet werden, z. B. eine elektrische Wirbelstrombremse.
Ferner kann das Verfahren, durch starke Dämpfung Unabhängigkeit von der Eigenschwingungsdauer
des Systems zu erreichen, auch auf andere Ausführungsformen des Systems, z. B. auf
die nach Fig. q. und 5, angewendet werden.