DE585643C - Einrichtung zur Steuerung von Schiffsstabilisierungsmassen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Schlingertanks oder andere zur Quer- oder Längsstabilisierung von Schiffen dienende Anlagen mit verschiebbaren Massen, z. B. Wagen, so zu steuern, daß die - 5 Verschiebung der Massen der Bewegung des Schiffes ungefähr 90⁰- in der Phase nacheilt. Erreicht wird dies dadurch, daß der Antrieb der Massen entsprechend den Ausschlägen eines die Winkelgeschwindigkeit des Schiffes messenden Kreisels (Wendezeiger) oder auch unmittelbar entsprechend " der Größe der Schiffsausschläge gesteuert wird, wenn das Regelorgan für den Antrieb derart ausgebildet und an die Meßeinrichtung angeschlossen ist, daß dadurch die notwendige Phasenverschiebung erzielt wird. In jedem Falle müssen bei einer einwandfreien Steuerung der· Massen noch etwa vorhandene dauernde Schieflagen des Schiffes berücksichtigt werden, was in bekannter Weise durch eine entsprechend den Schlingert ewegungen einstellbare Dämpfungsvorrichtung oder auch in der Weise geschehen kann, daß die Steuerung von zweiteiligen Schaltern betätigt wird, die einerseits entsprechend der Winkelgeschwindigkeit der zu dämpfenden Schiffsschwankungen und andererseits von Hand gemäß den größten Ausschlägen des Schiffes nach beiden Seiten 'einstellbar sind.

· Die Steuerung der Dämpfungsmassen unmittelbar entsprechend der Größe der Schiffsausschläge erfordert besonders ausgebildete Regeleinrichtungen, wobei zur Erzielung einer gegenüber den Schiffsausschlägen genau um 90⁰ in der Phase verschobenen Bewegung der Dämpfungsmassen noch eine zusätzliche Verstellung der Regeleinrichtung durch einen Winkelgeschwindigkeitsmesser in der Weise erforderlich ist, daß schwache Verzögerungen in der Steuerung infolge der Trägheit der zu verschiebenden Massen ausgeglichen werden. Demgegenüber wird erfindungsgemäß unter Vermeidung besonders ausgebildeter Regelorgane die erwähnte Phasenverschiebung zwischen den Schiffsausschlägen und der Steuerbewegung durch eine schwach gedämpfte Dämpfungsvorrichtung erzielt, die entsprechend den Schiffsausschlägen, z.B. von einem Pendel aus, 'eingestellt wird, wobei deren Dämpfungsintensität gleichzeitig so gewählt werden kann, daß durch die von ihr erhaltene Steuerbewegung auch gleichzeitig der Einfluß der Trägheit der zu verschiebenden Wassermassen ausgeglichen wird, eine zusätzliche Steuerung durch 'einen Winkelgeschwindigkeitsmesser also überflüssig ist. Außer dieser ersten Dämpfungsvorrichtung ist dann lediglich noch eine zweite, stark gedämpfte Dämpfungsvorrichtung zur Berücksichtigung von mittleren Schieflagen des Schiffes vorgesehen, welche ebenfalls entsprechend den Schiffsausschlägen eingestellt wird. Die neue Einrichtung ist also· wesentlich, einfacher als die bisher verwendeten Steuereinrichtungen.

Die beiden Dämpfungsvorrichtungen, die im folgenden stets als Integratoren bezeichnet sind, haben den Zweck, die den Schiffsausschlägen entsprechende zugeleitete Bewegung mit veränderter Amplitude und mehr oder minder großer zeitlicher Verzögerung als

Steuerbewegung weiterzuleiten. Der eine der beiden Integratoren besitzt eine verhältnismäßig schwache Dämpfung und liefert demzufolge Steuerwerte, deren Ausschläge den Schwankungen des Schiffes proportional, in der Phase jedoch gegenüber diesen verschoben sind. Der andere Integrator ist stark gedämpft, so daß die von ihm erhaltenen Steuerwerte gegenüber denjenigen des ersten ίο gering sind, solange die Ausschläge des Schiffes nach beiden Seiten gleich groß sind. Ist jedoch eine mittlere Schieflage des Schiffes vorhanden, so überträgt dieser Integrator einen der Schieflage entsprechenden Steuerwert, durchweichen die Ausschläge des ersten Integrators entsprechend korrigiert werden. Die Integratoren können entweder ein Regel-Organ für den Antrieb eines quer- oder längsschiffs verschiebbaren Wagens oder für eine Fördereinrichtung betätigen, welche bei Schlingertankanlagen eine entsprechende Verschiebung der Flüssigkeitsmassen bewirkt. Erwünscht ist bei Stabilisierungsanlagen eine möglichst plötzliche Verschiebung der Massen von der höher zur tiefer gelegenen Schiffsseite im Augenblick der Umkehr der Schlingerbewegung, weil die Dämpfungsmassen dann fast in der ganzen Zeit, während welcher das Schiff in dem einen oder anderen Sinne schwingt, das größtmögliche Dämpfungsmoment erzeugen. Praktisch ist dazu erforderlich, daß die Umsteuerung der Massen bereits kurz vor der Umkehr der Schlingerbewegung erfolgt. Dies kann durch die neue Steuerung in besonders zweckmäßiger Weise erreicht werden, was im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise für eine Schlingertankanlage beschrieben ist

In Fig. ι stehen die Tanks 1 und 2 der gegenüberliegenden Bordseiten eines in seinem Querschnitt angedeuteten Schiffes 3 durch eine Flüssigkeitsleitung 4 und durch eine Luftleitung 5 miteinander in Verbindung, in welche eine durch die Elektromagneten 6 und 6' auslösbare Abschließklappe 7 eingebaut ist. Ferner ist an diese Luftleitung die Förderpumpe 8 angeschlossen, welche beispielsweise durch 'einen nicht dargestellten, regelbaren Motor angetrieben wird. Der Motor und die Abschließklappe werden in Abhängigkeit von den in Fig. 2 bis 5 dargestellten Steuergeräten geregelt, und zwar in solcher Weise, daß die Abschließklappe kurz vor Umkehr der Schlingerbewegung, in dem gezeigten Falle also kurz bevor der Tank 2 seine Höchstlage 'erreicht, ausgelöst wird. Die Flüssigkeit strömt dann von dem Tank 2 in den Tank i, bis die Wasserstände in beiden Tanks mit Bezug auf den Meereswasserspiegel gleich hoch stehen. Dann fällt die Abschließklappe von selbst wieder zu. Zur Zeit der Auslösung der Klappe 7 wird auch der Motor der Pumpe 8 in solchem Sinne eingeschaltet, daß die Pumpe das Wasser in den tiefer gelegenen Tank hereinsaugt und in den höher gelegenen Tank herabdrückt, und zwar so lange, bis der Schwimmer 9 bzw. ι ο des vollgesogenen Tanks bei Erreichung seiner Höchstlage den Kontakt 9' oder 10' schließt, wodurch die Pumpe abgeschaltet wird. Anstatt die Pumpe abzuschalten, kann sie durch den Schwimmerauch an einen als Akkumulator dienenden Windkessel angeschlossen werden, der nach Füllung der Tanks bis zum Erreichen der nächsten Umkehr der Schlingerbewegung aufgeladen und darauf bei der Förderung von Luft von dem einen Tank in den anderen wieder entladen wird. Dadurch läßt sich u. a. eine erhebliche Leistungsverminderung des Gebläses erreichen.

Eine erste Ausführung des Steuergerätes gemäß der Erfindung zur Betätigung der Elektromagneten 6 und 6' und zur Regelung des Antriebes der Pumpe 8 ist in Fig. 2 dargestellt. Mit 11 ist der Schlingerwinkehnesser bezeichnet, der aus dem Horizontkreisel 12 und dessen Antriebsmotor 12' besteht. Die Drehungen des Kreisels 12 um seine in Richtung der Schiffslängsachse liegende äußere Kardanachse werden auf den Kontaktzeiger 13 übertragen, dem von dem Motor 15 die Nachdrehkontakte 14 nachgeste.uert werden. Der durch die Kontaktvorrichtung 13, 14 gesteuerte Motor überträgt dann den Kippwinkel des Schiffes um die Schiffslängsachse mittels Stirnräder 16 und Kegelräder 17 bzw. 18 und 19 auf die beiden Integratoren 20 und 21, von denen er die rechts und links gewundenen Spiralfedern 30', 20" bzw. 21' und 21" spannt. Die äußeren Enden dieser Spiralfedern sind an den Federgehäusen 20'" bzw. 21'" befestigt. Die Federgehäuse stützen sich auf die flüssigkeitsgedämpften Kolben der Zylinder 22 und 22' bzw. 23 und 23'. Diese Zylinder stehen in der aus Fig. 2a ersichtlichen Weise durch eine Leitung 24 mit darin eingebautem Drosselventil 25 in Verbindung.

Die Drosselung des Integrators 20 ist so eingestellt, daß die Bewegung des Federgehäuses unter der Wirkung der periodisch entsprechend dem Kippwinkel gespannten Federn nur schwach gedämpft wird. Infolgedessen sind die Drehbewegungen, welche das Federgehäuse 20'" auf das Differentialgetriebe 26 überträgt, verhältnismäßig groß und amplitudengetreu mit den Ausschlägen des Horizontalkreisels 12; in der Phase sind die Bewegungen jedoch mehr oder minder stark, und zwar annähernd um 90⁰ gegeneinander verschoben. Die Drosselung des Integrators 21 ist dagegen so stark eingestellt, daß das Federgehäuse 21'" sich unter dem Einfluß

der Schlingerbewegungen selbst verhältnismäßig nur wenig verdreht; lediglich der mittlere Kippwinkel des Schiffes, also nicht die periodischen Spannungen der Federn 21' und 21", sondern die infolge einer mittleren Schiefläge des Schifies längere Zeit einseitig vorhandene. Federspannung verursacht eine Drehung des Federgehäuses 21'". Diese Drehung wird auf das Differentialgetriebe in solchem Sinne übertragen, daß der Kontaktzeiger 27 entsprechend der Differenz beider Bewegungen 'eingestellt wird. Die Übersetzungs- und Drosselungsverhältnisse können so gewählt sein, daß der Integrator 21 gerade den Anteil, den die mittlere Schiefläge des Schiffes an den Ausschlägen des Federgehäuses 20' hat, ausgleicht oder unter Umständen auch so, daß der vom Integrator 21 erhaltene Steuerwert diesen Anteil überwiegt. Eine mittlere Schieflage des Schiffes ist bekanntlich immer vorhanden; sie kann durch einseitig starken "Wind oder Wellenschlag, durch ungleichmäßige Belastung oder auch durch die bei Kursabweichungen auftretende Zentrifugalkraft bedingt sein. Für 'eine einwandfreie Steuerung ist es also notwendig, daß diese Schieflagen berücksichtigt werden und daß ihr fehlerhafter Einfluß auf den vom Integrator 20 erhaltenen Steuerwert zumindest ausgeglichen wird. Würde nämlich der Integrator 20 allein den Kontaktzeiger 27 einstellen und die von dem Motor 29 durch Nachdrehen der Gegenkontakte 28 nachgebildeten Ausschläge dieses Kontaktzeigers beispiels_:

weise mittels Nocken 30 und 31 die Magnete 6 und 6' (Fig. 1) auslösen bzw. auf den Antrieb der Pumpe 8 einwirken, dann würden die Wassermassen so gesteuert werden, daß . sie im Mittel im Tank der infolge der Schieflage tiefer liegenden Bordseite höher stehen als in dem Tank der anderen Bordseite, also die Schlagseite vermehren. Erst wenn der Einfluß, den die mittlere Schiefläge des Schiffes auf den vom Integrator 20 erhaltenen Steuer wert hat, durch den stark gedämpften Integrator 21 in dem Differentialgetriebe 26 ausgeglichen wird, werden die Massen entsprechend den periodischen Ausschlägen des Kreisels um die Mittellage des Schiffes gesteuert, verschlechtern also die Schlagweite nicht. Überwiegt der Steuerwert des Integrators 21 diesen Einfluß, so hat das zur Folge, daß die Flüssigkeitsmassen im Mittel mehr zu der höher gelegenen Schiffsseite verschoben werden, so daß diese Schieflage teilweise behoben und die Stabilität des ganzen Schiffes dadurch wesentlich vergrößert wird.

Bei der bisher beschriebenen Anordnung erfolgt sowohl die Auslösung der Steuerklappe 7 zwecks Herbeiführung eines Druckausgleichs in den Tanks als auch die Umsteuerung der Pumpe 8 im Augenblick oder kurz vor Umkehr der Schlingerbewegung in Abhängigkeit von den Resultatwerten beider Integratoren. Von dem Nocken 31 kann natürlieh außer der Umschaltung des Gebläses 8 auch eine Leistungsregelung dieses Gebläses entsprechend, der Größe der Verdrehung des Nockens bewirkt werden.

In Fig. 3 ist ein teilweise geändertes Steuergetriebe dargestellt. Es sollen nun die Elektromägnete zur Auslösung der Abschließklappe 7 in Abhängigkeit von beiden Integratoren mittels der Kontakte 27, 28 betätigt werden. Die Umschaltung und Leistungsregelung des Gebläses erfolgt jedoch lediglich durch _ti den stark gedämpften Integrator 21, der das Kontaktwerk 27', 28' betätigt. Der von diesem Integrator erhaltene Steuerwert ist, wie bereits erwähnt, proportional dem mittleren Kippwinkel des Schiffes. Das entsprechend gesteuerte Gebläse bewirkt also lediglich eine Verschiebung der Flüssigkeitsmassen zur höher gelegenen Bordseite entsprechend diesem mittleren Kippwinkel. Aus diesem Grunde kann das Gebläse unter Umständen wesentlich kleinere Abmessungen erhalten, als wenn es auch noch mit zur Bekämpfung der Schlingerbewegungen verwendet würde. Die Einstellung der Integratoren 20 und 21 entsprechend dem Kippwinkel erfolgt in Anlehnung an Fig. 2 über Kegelräder 16', 17 und 18. Das Kontaktwerk 27, 28 wird einerseits unmittelbar von dem Integrator 20 und andererseits über Kegelräder 29 von dem Integrator 21 eingestellt.

Um jegliche Beeinflussung der von den Integratoren erhaltenen Werte durch die Reibung bzw. Beschleunigung von Getrieberädern o. dgl. zu vermeiden, können die in Fig. 2 und 3 dargestellten Anordnungen auch in der in Fig. 4 und 5 gezeigten Weise vereinfacht werden. Dabei werden die Kontaktwerke 27, 28 und 27' und 28' unmittelbar von den gedämpften Wellen der Integratoren eingestellt.

Die beschriebene Steuerung kann ohne weiteres auch verwendet werden, wenn statt der Flüssigkeitsmassen von Tanks feste Massen, z. B. Wagen, zur Stabilisierung dienen, insbesondere dann, wenn diese festen Massen hydraulisch, z. B. durch Teleskopstangenantriebe, bewegt werden. Aber auch für elektrisch angetriebene Wagen kann die neue Steuerung Verwendung finden, indem beispielsweise der in Fig. 2 gezeigte Nocken 31 das Regelorgan für den Antriebsmotor dieses Wagens einstellt.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Steuerung von querschiffs oder längsschiffs verschiebbaren ScMffsstabilisierungsmassen in Abhängig-

   keit von der Große des Sehlingerwinkels und der mittleren Schieflage des Schiffes., dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Steuerorgane der Massen zwei gemäß der Größe der zu dämpfenden Schiffsschwankungen ^einstellbare Dämpfungseinrichtungen verschieden starker Dämpfungen vorgesehen sind, von denen die eine {schwach gedämpfte) eine der Schiffsbewegung um ungefähr 90⁰ nacheilende Grundsteuerbewegung und die andere (stark gedämpfte) eine zusätzliche Steuerbewegung liefert, die annähernd proportional dem Unterschied der Ausschläge des Schiffes nach beiden Seiten ist und die Grundsteuerung entsprechend der Schieflage des Schiffes korrigiert.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtungen gleiche Ausbildung und eine einstellbare hydraulische Dämpfung besitzen.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtungen über ein Differentialgetriebe auf zur Regelung des Antriebes der Dämpfungsmassen vorgesehene Kontakte, Nocken o. dgl. einwirken.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3 zur Steuerung'von Schlingertanks, dadurch gekennzeichnet, daß eine in an sich bekannter Weise vorgesehene Abschließklappe für die Tankräume bei Umkehr der Schlingerbewegung z. B. elektromagnetisch in Abhängigkeit von beiden Dämpfungseinrichtungen betätigt wird, während eine Fördereinrichtung für die Tankmassen lediglich in Abhängigkeit von der stark gedämpften Dämpfungsvorrichtung gesteuert wird. ,

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen