DE543743C - Vorrichtung zum Anzeigen der metazentrischen Hoehe von Schiffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine- Vorrichtung zum selbsttätigen Messen und Anzeigen der metazentrischen Höhe eines Schiffes. Es sind bereits Vorrichtungen zum Anzeigen der Stabilität bekannt, die aber von Hand betätigt werden mußten und von der Kenntnis der genauen Lage des Schwerpunktes des Schiffes zur Zeit der Betätigung abhängig waren sowie von der Benutzung einer Vorrichtung zur Feststellung des Schwerpunktes von Schiffen, wobei letztere jedoch davon ausging, daß ein Schiff beim Rollen von einer Seite zur anderen sich um eine durch seinen Schwerpunkt gehende Längsachse dreht. Fernerhin sind auch Vorrichtungen bekannt, mit denen die Schwingungsperiode des Schiffes beim Rollen gemessen wird, wonach dann diese Periode durch Rechnung oder Tabellenermittlung in einen Wert der metazentrischen Höhe übersetzt wird.

Nach der Erfindung arbeiten die Einrichtung zum selbsttätigen Messen des Krängungswinkels, z. B. ein Pendel, und die Einrichtung zum selbsttätigen Messen des Krängungsmomentes, z. B. ein Kreisel, zum selbsttätigen Anzeigen der metazentrischen Höhe, in einer gemeinsamen Stützvorrichtung angeordnet, zusammen und übertragen ihre Messungen vereint auf die Anzeigevorrichtung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.

Abb. ι ist ein Aufriß halb im Schnitt,
Abb. 2 ein Schnitt nach 2-2 der Abb. 1,
Abb. 3 ein Schnitt nach 3-3 der Abb. 1,
Abb. 4 ein Teilaufriß des Getriebes,

Abb. 5 ein Grundriß der Skala,
Abb. 6 ein Schnitt nach 6-6 der Abb. 5.
Das Getriebe wird von einem Bügelfuß 1 (Abb. 1) getragen, der in Lagern 2 querschiffsgerichtete Lagerglieder 3 an einem Ringrahmen 4 aufnimmt. Dieser trägt den ganzen Mechanismus und ist so abgestützt, daß er durch Trimm, Stampfen oder sonstige in der Längsebene erfolgende Bewegung des Schiffes dank der Aufhängung in querschiffsgerichteten Lagern nicht gestört wird.

Der Ringrahmen 4 trägt einen Motorkreisel, z.B. ein Kreiselrads, das vom Anker6 getragen wird, dessen Lageransätze 6* im Kreiselrahmen 7 gelagert sind. Ein einstellbares Spurlager 8 ist für den unteren Lagerfortsatz des Ankers vorgesehen.

Der Kreiselrahmen ist auf dem Ringrahmen 4 an querschiffsgerichteten Lagergliedern 8 beweglich gelagert und trägt ein Zahnrad 9 in Eingriff mit einem Ritzel 10 an einer Welle 11, deren Kegelrädchen 12 in ein gleiches Rad 13 einer Welle 14 greift. Diese

treibt durch die Räder 15, 16 eine Welle 17, auf der ein Kegelrad 18 verschiebbar zwischen den Hülsen 19, 19* einer Stütze 20 sitzt. Diese ist eine Schraubhülse, die durch eine Schraubenwelle 21 nebst dem Rade längs der Wellen 17 und 21 verstellbar ist.

Die Drehung der Welle 17 treibt durch die Kegelräder 18, 23 eine Schraubenwelle 22, deren eines Ende in Hülse 19* der Stütze 20 lagert, während das andere Ende in einem Lagerglied 24 ruht, das sich von einer Schraubhülse 25 an einer Schraubenwelle 26 erhebt, die mit der Welle 21 parallel ist und mit ihr zusammenwirkt. Die Schraubhülsen 20, 25 sind durch die parallelen Stangen 26' verbunden. An den Stangen sind die Stützhülsen einer Schraubhülse A verschiebbar, die einen Zeiger α trägt und an der Schraubenwelle 22 lagert. Somit erteilen Relativbewegungen zwischen Rad 9 am Kreiselrahmen 7 und dem Ritzel 10 am Ringrahmen 4 der Schraubenwelle 22 Drehbewegungen und bewirken eine Bewegung des Zeigers α nach links und rechts aus der Lage nach Abb. 3. Die Lagerung der Zeigertragteile auf den Schraubenwellen 21, 26 ermöglicht die gleichzeitige Bewegung des Zeigers in abweichenden Richtungen quer zu den vorher beschriebenen.

Zur Drehung der Schraubenwellen 21, 26 dient folgende Einrichtung.

Am Ringrahmen 4 ist bei 27 ein Bügelpendel 28 gelagert, dessen Arme je über den Zapfen nach oben hinausragen und als Segmentzalinstangen 29 bzw. 29* ausgebildet sind. Mit 29* kämmt ein Ritzel 30 an einer kurzen Welle 31, die im Ringrahmen 4 lagert und ein Kegelrad 32 in Eingriff mit einem gleichen Rade 33 an einem Wellenstutzen 34 trägt, dessen Kegelrad 35 mit einem gleichen Rad 36 an Schraubenwelle 26 kämmt. Segment 29 kämmt mit einem Rade 37 einer kur- -. zen, im Rahmen 4 lagernden Welle 38, deren Kegelrad 39 mit einem gleichen Rade 40 eines Wellenstutzens 41 kämmt, dessen Kegelrad 42 mit einem gleichen Rade 43 der Schraubenwelle 21 kämmt.

Daher erzeugen Relativbewegungen zwischen dem Pendel 28 und dem festen Fuße 1 durch das erläuterte Getriebe eine Bewegung des Zeigers α im ganzen nach dem Segment 29* zu und davon hinweg.

Bei Ruhelage des Schiffes steht die Ankerwelle 6 des Kreisels senkrecht, d. h. die Achse des Fußes 1 und die des Ringrahmens 4 sind rechtwinklig zueinander. In genauer Proportion zu der Winkelgeschwindigkeit der Präzession des Kreiselrahmens ixnd rechtwinklig zur Präzessionsbewegung werden Bewegungen des Zeigers α durch die Relativbewegungen des Rades 9 und Ritzels 10 mit anschließendem Mechanismus bewirkt, wie erläutert. Gleichzeitig ist das Pendel 28, das zwar am Ringrahmen 4 aufgehängt ist, ganz unabhängig von der Wirkung des Kreisels und verzeichnet die Krängungswinkel durch Bewegung des Zeigers hin und her quer zu der Richtung, in welcher der Zeiger durch die Winkelgeschwindigkeit der Präzession des Kreiselrahmens bewegt wird.

Dicht über dem Zeiger α ist eine geteilte Skala 44 angebracht, an deren anderer Seite sich ein Schlitz in einem der Null der Skala entsprechenden Durchmesser befindet. Der Schlitz ist hier in einem Streifen 44* ausgebildet, der an der Unterfiäche der Skalenscheibe sitzt und ein Glied derselben bildet. Die Scheibe läuft mit Rollen 45 auf einer Bahn 46 auf dem "Ringrahmen 4.

Die Scheibe wird mittels eines Gewindezapfens 47 in einer von der Glasplatte 49 getragenen Lagerung 48 zentriert: Die Bewegungen des Zeigers α parallel zur Bewegungsrichtung des Pendels 28 verstellen die Skalenscheibe entsprechend, so daß sie die Beziehung zwischen dem Krängungsmoment und dem Krängungswinkel wiedergibt.

Beim Betrieb der Vorrichtung auf einem Schiff während des Rollens oder Krängens desselben präzessiert der Kreisel mit einer dem Krängungsmoment proportionalen Geschwindigkeit und schiebt die Hülset und den Zeiger α demgemäß längs der Schraubenwelle 22, während gleichzeitig infolge des Pendels 28 und der Segmentzahnstangen 29, 29* der Zeiger gegen die Segmentzahnstange 29* in einem dem Krängungswinkel entsprechenden Ausmaße oder von der Zahnstange weg "geschoben wird. Der Zeiger a, der mit einem Schlitz in dem Glied 44* an der Skalen- ior, scheibe 44 in Eingriff steht, dreht dadurch die Skalenscheibe in einem Ausmaße entsprechend dem Verhältnis zwischen dem Krängungsmoment und dem Krängungswinkel, so daß die metazentrische Höhe des Schiffes, die eine Funktion dieses Verhältnisses ist, von der Skalenscheibe abgelesen werden kann.

Abb. s zeigt die Nullstellung der Skalenscheibe 44, wobei die Nut im Glied 44* an der Skalenscheibe während dieser Zeit rechtwinklig zur Querachse des Instrumentes liegt. Die anfängliche oder Normalstellung des Zeigers α befindet sich in der senkrechten · Mittellinie des Instrumentes und in dem Mittelpunkt der Skalenscheibe 44.

Die metazentrische Höhe eines Schiffes ist die senkrechte Höhe an einem rechtwinkligen Dreieck, dessen Basis von einem Radianten oder 57,3 Graden und dessen Hypotenuse von einer Tangente an die statische Stabilitätskurve gebildet wird. Dadurch ist der aufrechte Arm dividiert durch den kleinen Win-

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kel im Bogenmaß entsprechend dem Krängungswinkel gleich der metazentrischen Höhe dividiert durch eins. Mit anderen Worten, für kleine Krängungswinkel ist die Beziehung zwischen dem aufrechten Arm und dem Winkel eine Funktion der metazentrischen Höhe. Da das Krängungsmoment ein direktes Produkt des aufrechten Armes und des Deplacements des Schiffes ist, ist sofort ersichtlich,

ίο daß die metazentrische Höhe eine Funktion des Verhältnisses zwischen dem Krängungsmoment und dem Krängungswinkel ist. Fernerhin zeigt eine Betrachtung verschiedener Stabilitätskurven klar, daß die Kurven am Ausgangspunkt ziemlich flach sind, und es ist deshalb ersichtlich, daß die Beziehung zwischen Moment und Winkel relativ konstant, z. B. bis zu 10 oder 15 ° auf jeder Seite der Vertikalen \^rerbleiben wird, was vollständig ausreicht, um die Skalenscheibe an dem Instrument ablesen zu können. Der Eriindungsgegenstand zeigt, mit anderen Worten, durch Aufzeichnen der Beziehung zwischen dem Krängungsmoment und dem Krängungswinkel, welche die Ordinaten und Abszissen der Stabilitätskurven sind, die Neigung der Kurve an ihrem Ausgangspunkt an, wenn der Krängungswinkel nicht zu groß ist, und zeigt demnach die metazentrische Höhe.

Hieraus ist ersichtlich, daß die Konstruktion sicherstellt, daß die Skalenscheibe 44 für Winkelbewegung relativ zur Glasscheibe 49 oder dem Gehäuse empfindlich ist. Die Skalenscheibe selbst ist mit einer Anzahl ringförmiger oder konzentrischer Kalibrierungen beschrieben, die die metazentrischen Höhen mit Bezug auf verschiedene Belastungsbedingungen anzeigt. Jede der konzentrischen Skalen oder Kalibrierungen gibtmetazentrische

4.0 Höhen für ein gegebenes Deplacement des Schiffes mit gleichmäßigen Zunahmen der Deplacementswerte zwischen den verschiedenen Kalibrierungen an, wobei die Zahl und Größe solcher Kalibrierungen von dem Maximalwert und Bereich der Deplacements abhängen, die das fragliche Schiff bei Betrieb haben kann. Beim Lesen der Skalenscheibe muß man deshalb das Deplacement des Schiffes zur Zeit des Lesens kennen, und durch Beobachten des Schnittpunktes der Bezugslinie an der Glasscheibe mit der Skala für dieses besondere Deplacement oder durch Interpolieren zwischen zwei Skalen für dazu mittlere Deplacementswerte wird der genaue Wert für die metazentrische Höhe festgestellt.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf Schiffe beschränkt ist, sondern auch für Flugzeuge und Luftschiffe verwendet werden kann.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum selbsttätigen Messen und Anzeigen der metazentrischen Höhe von Schiffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum selbsttätigen Messen des Krängungswinkels, z. B. ein Pendel (28), und die Einrichtung zum selbsttätigen Messen des Krängungsmomentes, z. B. ein Kreisel (6), zum selbsttätigen Anzeigen der metazentrischen Höhe, in einer gemeinsamen Stützvorrichtung angeordnet, zusammenarbeiten und ihre Messungen vereint auf die Anzeigevorrichtung übertragen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendel (28) an einem schwenkbaren, in einem Rahmen (1) gelagerten Rahmen (4) frei schwingend in Querschiffsrichtung aufgehängt ist und mittels Zahnradsegmentes (29 und 2g^x) und darin eingreifenden Getriebes den Krängungswinkel auf eine Anzeigevorrichtung überträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisel (6) in dem Rahmen (4) frei aufgehängt ist und dessen Präzession durch ein auf der Achse des Kreiselrahmens angebrachtes Zahnrad (9) mittels eines Getriebes auf die Anzeigevorrichtung übertragen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendel (28) mittels Getriebes zwei Spindeln (26 und 21) bewegt, deren eine oder beide Schraubengewinde haben, und über welche Hülsen (20, 25) gleiten, die senkrecht dazu eine weitere Schraubenspindel (22) mit einem hin und her gehenden Anzeigestift (a) tragen, der durch den schwingenden Kreiselrahmen und ein Getriebe betätigt wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen