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Einrichtung zur Steuerung eines Gegenstandes in Abhängigkeit von pendelförmigen
Bewegungen Zur Stabilisierung von Gegenständen auf schwankendem Fundament, insbesondere
auf Schiffen, sind Steuerungen bekannt, bei denen die Antriebsmascliine des zu stabilisierenden
Gegenstandes, beispielsweise die Höhenrichtmaschine eines Geschützes, in Abhängigkeit
von dem Weg, ferner der hiervon abgeleiteten Geschwindigkeit sowie der Beschleunigung
der Schiffsschwankungen geregelt wird. Für eine synchrone Nachsteuerung ist vor
allem die Geschwindigkeit der nachzubildenden Bewegung als Steuergröße wichtig,
da diese dem Steuerweg vorauseilt und darum eine für die Beschleunigung bzw. Verzögerung
der Massen erforderliche Vorbeeinflussung der Antriebsmaschine bewirkt. '.@ achteilig
bei diesen bekannten Steuerungen sind vor allem die verhältnismäßig komplizierten
Geräte und Anordnungen zur Ermittlung der Geschwindigkeit der Schwankungen. Zudem
bedarf es für eine selbsttätige Steuerung in der Regel besonderer N achlaufwerlce
zur Übertragung der Geschwindigkeit auf die Regelvorrichtung der Antriebsmaschine.
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Das Merkmal der neuen Steuereinrichtung besteht darin, daß an Stelle
der vorerwähnten Geschwindigkeit oder Beschleunigung eine Steuergröße benutzt wird,
die im wesent= lichen dem Integral des Steuerweges über die Zeit entspricht. Diese
Steuergröße, die im folgenden als Integralwert bezeichnet werden möge, hat den Vorteil,
mit größerer Einfachheit und Genauigkeit als die Geschwindigkeit eine gute Grundsteuerung
für die Stabilisierungsmaschinen auf Schiffen o. dgl. abzugeben. Insbesondere ist
bei der neuen Einrichtung die bei solchen Maschinen erforderliche Vorumsteuerung
leicht zu regulieren und den jeweiligen Verhältnissen anzupassen. Gemäß der Erfindung
ist in der Steuereinrichtung ein in Abhängigkeit von der nachzubildenden Bewegung
betätigter Integrator vorgesehen, dessen Integralwert allein oder in Kombination
mit anderen Werten, insbesondere mit dem Weg der nachzubildenden Bewegung, auf das
Regelorgan der Antriebsmaschine übertragen wird.
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In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
In Abb. i ist eine Einrichtung zur Steuerung eines Motors dargestellt, der zur Stabilisierung
von auf Schiffen befindlichen Gegenständen, z. B. Scheinwerfern, Geschützen o. dgl.,
dient. Auf der Schiffsplattform i ist das Fernrohr a an der Achse 4. befestigt,
die an den Lagerböcken 3 und 3' parallel zur Schiffslängsachse drehbar gelagert
ist. Das Fernrohr a wird dadurch stabilisiert, daß es beispielsweise von Hand dauernd
auf den Horizont gerichtet wird. Statt dessen könnte es auch durch einen mit seiner
Achse .4 verbundenen Kreisel in bekannter Weise selbsttätig stabilisiert sein. An
der Achse q. ist das innere Ende 5 der spiralförmig gewundenen Blattfeder 6 eines
Integrators
befestigt. Das äußere Ende der Feder 6 greift an dem
Federgehäuse an. An diesem sind ferner zwei Arme 8 und 9 befestigt, an welchen die.
Kolbenstangen io und i i zweier Dämpfungszylinder 1:2 und 13 angelenkt sind. Die
Dämpfungszylinder sind zweckmäßig mit Flüssigkeit gefüllt und stehen durch eine
Ausgleichsleitung 14 mit einstellbarem Drosselventil 15 miteinander in Verbindung.
An dem Feder gelläuse ; ist ferner der Kontaktarm 16 befestigt, der bei Bewegungen
des Gehäuses über die Kontaktbahn 17 eines nicht dargestellten Regulierwiderstandes
für den Antriebsmotor des einzustellenden Gegenstandes gleitet. Die gezeichnete
Anordnung kann im Bedarfsfalle auf ein Pivot gesetzt und der Seite nach aufs Ziel
-gerichtet werden.
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Macht das Schiff Schlingerbewegungen, so «-erden diese von dem Fernrohr
2 auf die Integratorfeder 6 übertragen. Die @'4'inkelausschläge, die das Federgehäuse
7 infolgedessen macht, entsprechen im wesentlichen dein Integral des Schlingerwinkels
über die Zeit. Diese sind gegenüber den Schlingerbewegungen des Schiffes phasenverschoben.
Im-Idealfalle werden für eine sinusförmige Schlingerbewegung die dem Integralwert
entsprechenden - Ausschläge des Federgehäuses der Kosinusfunktion entsprechen und
der Sehlingerbewegung etwa uni go° nacheilen. Durch eine entsprechende Umpolung
des Motors ist es ohne weiteres möglich, daß der Integrator den Motor so steuert,
als ob seine Ausschläge den Schlingerbewegungen um annähernd go° vorauseilten. Praktisch
wird natürlich, insbesondere wegen der endlichen Federlänge, der Integralwert um
einen von go° abweichenden Betrag phasenverschoben sein. Diese Abweichung wirkt
sich in günstigem Sinne aus, um eine synchrone Einstellung des Gegenstandes in Abhängigkeit
von Schlingerbewegungen, also eine vollständige Stabilisierung zu erhalten.
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In gewissen Fällen, wo etwa besondere Massenverhältliisse vorliegen,
empfiehlt sich eine Überlagerung der Integralwerte mit den Wegwerten. Hierfür ist
die in Abb.2 in ihren wesentlichen Teilen schematisch dargestellte Steuerung besonders
geeignet, bei welcher sich der Steuerbetrag aus dem Winkelbetrag und dem Integralwert
der Schlingerbewegungen zusammensetzt. Von der Welle.4 werden die Schlingerbeweg
Ingen in der beschriebenen Weise auf den Integrator, der hier im Schnitt gezeichnet
ist, übertragen. Das Federgehäuse 7 dieses Integrators leitet dann über Welle 18,
Kegelräder ig, 2o, Differentialwelle 2i den Integralwert auf das Differentialgetriebe
22; gleichzeitig wird von der Welle 4 über Kegelräder 23, 24. und- 25 auf das Differentialgetriebe
22 der jeweilige Sclilingerwinkel übertragen. Das Kegelrad 22' @: r stellt dann
den Kontaktarm 26 des Regulierwiderstandes für den Antriebsmotor über Kegelräder
27 entsprechend der Summe aus beiden Bewegungen, so daß also der Kaiitaktariil 26
Pendelbewegungen macht, die den Schlingerbewegungen zeitlich vorauseilen. Durch
eine entsprechende Wahl der Übersetzungsverhältnisse oder eine entsprechende Einstellung
des Drosselventils 15 (Abb. I j kann der auf den Schalter einwirkende Integrahvert
und damit die Vorulnschaltung des 1lotors der jeweiligen Trägheit der Massen angepaßt
werden.
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In Abb.3 ist dann noch eine Steuerungseinrichtung dargestellt, die
insbesondere dann Bedeutung hat, wenn das Schift keine periodischen Schwankungen
macht, sondern sich aperiodisch bewegt. Die Getriebe :I bis 27 sind dieselben wie
in Abb. 2. - Die IntegratGrwelle 28 überträgt hier ihre Bewegungen aber noch auf
einen zweiten gleichartig gebauten Integrator 2g, dessen Integralwert über Kegelräder
30, 31 und 32 in dein Differentialgetriebe 34 voll demjenigen des ersten
Integrators abgezogen wird. Sind also beispielsweise keine Schlingerbewegungen,
wohl # abe x eine kolis.tante Schieflage des Schiffes vorhanden, dann gleichen die
beiden Integralwerte der Integratoren sich in dem Differentialgetriebe 34 aus, so
daß von diesen kein Steuerbetrag auf das Regelorgan übertragen wird. Im übrigen
ist die Anordnung so getroffen; daß bei Schlingerbewegungen der Ilitegralwert des
ersten Integrators von demjenigen des zweiten in dem Differentialgetriebe 3¢ nur
teilweise (etwa zu einem Drittel) ausgeglichen wird.
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Es empfiehlt sich natürlich, lieben den be-
schriebenen Steuerungen
noch getrennt eine Wegsteuerung für den Einstellmotor vorzusehen, die dann' im wesentlichen
nur eine Kontrollsteuerung darstellt und lediglich bei auftretenden Wegfehlern das
Regelorgan des Motors beeinfl.ußt. Ohne daß an dem Erfindungsgedanken etwas geändert
wird, könnten natürlich an Stelle des direkten Antriebs in Abb. i bis 3 -die Steuerbeträge
durch Nachlaufwerke, Fernübertragungs- oder Nerstärkersvsteme, übertragen werden.
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An Stelle der hydraulischen Dämpfungsglieder können natürlich bei
allen derartigen Integratoren grundsätzlich auch magnetelektrische Wirbelstrornbreinsen
angeordnet werden.