DE602981C - Vorrichtung zur Ermittlung von Steuergroessen bei Stabilisierungsanlagen, insbesondere Schiffsstabilisierungsanlagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 20.5EPTEMBER1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 65 a² GRUPPE

Siemens Apparate und Maschinen G. m. b. H. in Berlin*)

Vorrichtung zur Ermittlung von Steuergrößen bei Stabilisierungsanlagen, insbesondere Schiffsstabilisierungsanlagen

Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. Februar 1931 ab

Es ist eine Einrichtung zur Einstellung eines Organs in Abhängigkeit von der Amplitude und Erregung der Schwingung eines mechanischen Systems bekannt, bei der die Übertragung von dem schwingenden System auf das einzustellende Organ über beispielsweise elektrische Zwischenglieder mittels eines Kolbens eines hydraulischen Dänipfungszylinders erfolgt. Die zur Einstellung des Dämpfungszylinders dienenden elektrischen Zwischenglieder sind von einem entsprechend dem jeweiligen Schlingerwinkel einstellbaren Schwenkarm verstellbar. Der hydraulische Dämpfungszylinder hat eine die beiden Enden der Flüssigkeitssäule verbindende Umlaufleitung mit darin eingebautem Drosselventil. Zur Berücksichtigung der Schwebungen von Schlingerbewegungen sollen bei dieser bekannten Einrichtung noch weitere Dämpfungseinrichtungen angewendet werden, die etwa entsprechend den Ausschlägen des Schlingerwinkelzeigers primär verstellt werden und infolge einer sehr geringen Drosselung eine Resultatverstellung ergeben, in der die Schwebungen zu erkennen sind.

Grundsätzlich soll aber bei dieser bekannten Einrichtung die Primärseite der Dämpfungsvorrichtung dauernd mit dem schwingenden System (Schlingerwinkelzeiger) mechanisch gekuppelt sein. Hierdurch ist bedingt, daß das Resultatglied den beiderseitig erfolgenden periodischen Verschiebungen des Kupplungsgliedes mit geringen Amplituden und zeitlich etwas verzögert folgt, und zwar nach beiden Seiten hin. Im Mittel wird also das Resultatglied in der Nullstellung stehen. Dies ist bei dieser bekannten Einrichtung bei den meist sinusförmigen Schlingerbewegungen immer der Fall, ganz gleich ob die Dämpfung stark oder schwach ausgebildet ist. Daraus ergibt sich aber, daß die Maximalamplituden der Schlingerbewegungen mit dieser bekannten Einrichtung nicht ohne weiteres erfaßt werden kön

nen.

Es ist weiterhin in Steueranlagen für die Dämpfung von Schiffsschwingungen bekannt, zur Verschiebung der Dämpfungsmassen einen Motor durch ein Relais einzuschalten und das Relais an Kontakte anzuschließen, die von einem die Schiffsschwingungen messenden Kreisel bei großen Ausschlägen betätigt werden. Der Anker des Relais ist mit einem ölkatarakt versehen, so daß er nur verzögert abfällt, Da die auf den Relaisanker bei Einschaltung des Relais ausgeübte Verstellkraft stets konstant ist, muß auch bei dieser bekannten Einrichtung die Verstellung des Relaisankers unabhängig vcn der Größe der Amplitude der Schwingungen sein.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Hermann Hort in Berlin-Charlottenburg.

Die Erfindung bezieht sich demgegenüber auf eine Vorrichtung zur Ermittlung von Steuergrößen bei Stabilisierungsanlagen, insbesondere Schiffsstabilisierungsanlagen, in Abhängigkeit von den beiderseitigen Amplituden des zu steuernden Körpers unter "Verwendung eines nur in einer Bewegungsrichtung entsprechend der Maximalamplitude der gegebenen Schwingung verstellbaren Gliedes, ίο das eine gedämpfte Rückführung besitzt. Gemäß der Erfindung ist das mit gedämpfter Rückführung versehene Glied von dem die schwingende Bewegung ausführenden Organ entsprechend dessen beiderseitigen Maximalausschlagen verstellbar, so daß es unter der Einwirkung der gedämpften Rückführung eine dem Mittelwert der beiderseitigen Maximalausschläge entsprechende Stellung einnimmt und auf das zu steuernde Organ überträgt. Zwischen dem mit gedämpfter Rückführung versehenen Organ und dem zu steuernden Organ kann man gewünschtenfalls eine aus Feder und Dämpfungszylinder bestehende isostatische Regelvorrichtung einschalten. Derartige Regelvorrichtungen sind für andere Zwecke bekannt. So ist es für Pumpen von Verbrennungskraftmaschinen bekannt, eine Drosselklappe über eine Kurvenscheibe zu verstellen und den Übertragungshebel mit einem regelbaren hydraulischen Dämpfungskolben zu kuppeln.

Es empfiehlt sich bei der neuen Vorrichtung, die Kupplung zwischen dem als Stufenschalter ausgebildeten, die schwingende Bewegung ausführenden Organ und dem mit gedämpfter Rückführung einseitig verstellbaren Glied durch einen an den Stufenschalter angeschlossenen Elektromagneten zu bewirken und die zur Rückführung vorgesehene Federung derart auszubilden, daß sie den verschiedenen Erregungen des Magneten, die den jeweiligen Maximalamplituden entsprechen, das Gleichgewicht hält.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einiger schematisch dargestellter Ausführungsformen für den Fall näher erläutert, daß beispielsweise die größten Ausschläge eines schlingernden Schiffes auf ein Anzeigeoder Steuerorgan übertragen werden sollen. Zum besseren Verständnis ist zunächst in Fig. ι der beispielsweise Verlauf einer unregelmäßigen Schwingung als Kurve S in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt; die Erfindung bezweckt, fortlaufend . die Ordinaten A und JS der Umhüllenden H₁ und H₂ dieser Schwingungskurve einzeln oder ihre Summe bzw. Differenz zu ermitteln und auf ein Anzeige- oder Regelorgan zu übertragen. Dabei besteht die Möglichkeit, diese Umhüllenden mehr oder weniger genau den Amplitudenänderungen anzupassen.

Die Fig. 2, 3, 3' und 4 zeigen die Einstellung eines Steuerorgan mit Hilfe von zwei Dämpfungszylindern, deren Kolben jeweils entsprechend den Höchstwerten des Schlingerwinkeis nach der einen und anderen Seite einstellbar sind, während in Fig. 5 das Steuerorgan von dem Kolben eines einzigen Dämpfungszylinders einstellbar ist, der entsprechend den beiderseitigen Ausschlägen des Schlingerwinkels verschoben wird. In Fig. 6 ist eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Einstellung des Dämpfungskolbens auf elektromagnetischem Wege erfolgt.

In Fig. 2 ist die Kupplungseinrichtung zwischen der Welle 1 und dem in Fig. 4 dargestellten Regelorgan in Ansicht, teilweise im Schnitt und in Fig. 3 in Draufsicht dargestellt. Die Welle 1 wird beispielsweise von einem den Schlingerwinkel des Schiffes messenden Kreisel periodisch verstellt und trägt einen Schwenkarm 2, der mit den Winkelhebeln 3 und 4 zusammenwirkt, an deren einem Ende die Kolbenstangen 4' und 4" mit Kolben 5' und S" zweier mit einer beliebigen Flüssigkeit gefüllter Zylinder 6' und 6" angreifen. An dem Winkelhebel 3 ist ein Zeiger 7 befestigt, der die einseitigen Ausschläge des Schwenkarmes nach links gegenüber einer Skala 8 anzeigt. Die Kolben 5' und 5" sind in den Zylindern unter dem Druck der Feder 9' und 9" geführt und besitzen, Kanäle mit darin eingebauten Rückschlagventilen 10' und 10", welche sich nach ,oben öffnen können. Die Flüssigkeit oberhalb und unterhalb der Kolben 5' bzw. 5" ist durch eine Umlaufleitung ii' bzw. 11" mit darin eingebautem Drosselventil 12' bzw. 12" verbunden.

Bei Ausschlägen entsprechend dem Schiingerwinkel drückt der Schwenkarm 2 vermittels der Winkelhebel 3 und 4 die Kolben 5' und 5" abwärts, wobei die Rückschlagventile 10' und 10" sich öffnen und die Federn 9' und 9" zusammengedrückt werden. Die Fedem 9' und 9" vermögen jedoch die Kolben nach ihrer Einstellung nicht sofort wieder nach oben zu drücken, weil für diese Bewegungsrichtung die Durchflußkanäle der Kolben durch die Rückschlagventile 10' und 10" geschlossen sind und die Flüssigkeitsbewegung in dem Zylinder von der einen Kolbenseite zur anderen durch die Ventile 12' und 12" abgedrosselt wird. Erst wenn die Ausschläge des Armes 2 längere Zeit kleiner geblieben sind, wandern die Kolben 5' und 5" in den Zylindern unter dem Druck der Feder 9' und 9" langsam wieder nach oben, bis ihre Einstellung der jetzt geltenden Winkelbewegung des Armes. 2 entspricht. Die KoI-ben 5' und S" werden demnach Mittellagen einnehmen, welche ungefähr den größten Aus-

schlagen des Armes 2 entsprechen. Diese Mittellagen werden einerseits durch die Welle 13, auf welcher der Winkelhebel 3 befestigt ist, und andererseits durch die Hohlwelle 14, auf welcher der Winkelhebel 4 befestigt ist, und Vorgelege 15, 16 und 17 in solcher Weise auf das Differentialgetriebe 18 übertragen, daß die Differential welle 19 die Summe der Verschiebungswege der Kolben 5' und 5" und damit die Summe der größten Ausschläge, die der Arm 2 nach beiden Seiten macht, weiterleitet.

Anstatt die Einstellbeträge der Kolben 5' und S" in dem Differentialgetriebe 18 zu

¹^ addieren, können diese auch in der aus Fig. 3' ersichtlichen Weise in dem Differentialgetriebe 18 so überlagert werden, daß die Welle 19 die Differenz beider Einstellbewegungen weiterleitet.

Auf der Welle 19 ist gemäß Fig. 4 der Arm 20 befestigt, der einerseits mittels eines an ihm befestigten Zeigers 21 die Einstellung der Welle 19 an der Skala 22 anzeigt und andererseits diese Einstellung auf das die Drosselklappe 23 einer Luft- oder Flüssigkeitsleitung einstellende Gestänge 24 überträgt.

Bei der Anordnung nach Fig. 5 legt sich der entsprechend dem jeweiligen Schlingerwinkel einstellbare Arm 2 bei dessen Ausschlägen nach links und rechts gegen die Anschläge 25' und 25" zweier um die Zapfen 26' und 26" drehbare Hebel an, die mit ihrem freien Ende auf der Kolbenstange 4 aufliegen, so daß der Kolben S entsprechend der Größe der Ausschläge des Armes 2 nach unten gedrückt wird. Die Einstellung des Kolbens wird durch den um den festen Zapfen 27 drehbaren Doppelhebel 28 und das Gestänge 29, 30, 31, 32 auf die Drosselklappe 23 übertragen. Diesem Übertragungsgestänge ist dann noch die bekannte Anordnung der isostatischen Regulierung hinzugefügt, die aus dem um den festen Drehpunkt 33 schwenkbaren Hebel 34, der Zugfeder 35 und dem Dämpfungszylinder 36 mit Kolben 36' besteht.

Gemäß Fig. 6 erfolgt die Einstellung des

Kolbens 5 auf elektromagnetischem Wege, indem die Kolbenstange 4 an dem Eisenkern 37 angreift, der in dem Gehäuse des Elektromagneten 38 verschiebbar geführt ist. Die Erregung des Magneten 38 wird wieder durch den entsprechend dem Schlingerwinkel einstellbaren Schaltarm 2 reguliert, der eine auf der Scheibe 39 vorgesehene Kontaktbahn 39' bestreicht, an welche die von der Batterie 40 gespeiste Widerstandsschaltung 41 angeschlossen ist. Mit wachsenden Ausschlägen des Schaltarmes 2 wird der Magnet 38 stärker erregt, so daß er den Eisenkern 37 höher in das Magnetgehäuse 38 hineinzieht. Auch in diesem Falle wird demnach der Kolben 5 in dem Zylinder 6 eine Höhenlage einnehmen, die ungefähr den größten Ausschlägen des Armes 2 und damit den maximalen Amplituden der Schlingerbewegung entspricht. Die Einstellung des Kolbens 5 wird wiederum durch einen an der Kolbenstange 4 angreifenden und bei 42 drehbar gelagerten Doppelhebel 30 und Gestänge 31, 31' und 32 auf die Drosseiklappe 23 der zu regulierenden Luft- oder Flüssigkeitsleitung übertragen. Dabei ist für das Übertragungsgestänge wieder eine isostatische Regulierung vorgesehen, die im wesentlichen derjenigen nach Fig. S gleicht; es sind nur einige Elemente vertauscht, und anstatt einer Zugfeder ist eine Druckfeder 35' vorgesehen. Die Stangen 31 und 31' sind durch ein Spannschloß 43 zur Einstellung der Nullage der-Drosselklappe 23 verbunden.

An Stelle der Drosselklappe 23 könnte natürlich auch jedes andere Regelorgan, beispielsweise ein Schiebewiderstand zur Erregung eines Elektromotors o. dgl., eingestellt werden. Statt dessen könnte auch ein Schreibstift eingestellt werden, 'der die in Fig. ι gezeichneten Umhüllenden H₁ und H₂ bzw. eine sich aus diesen Umhüllenden ergebende resultierende Kurve auf einem laufenden Papierband registriert.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Ermittlung von Steuergrößen bei Stabilisierungsanlagen, insbesondere Schiffsstabilisierungsanlagen, in Abhängigkeit von den beiderseitigen Amplituden des zu stabilisierenden Körpers unter Verwendung eines nur in einer Bewegungsrichtung entsprechend der Maximalamplitude der gegebenen Schwingung verstellbaren Gliedes, das eine gedämpfte Rückführung besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das mit gedämpfter Rückführung versehene Glied von dem die schwingende Bewegung ausführenden Organ entsprechend dessen beiderseitigen Maximalausschlägen verstellbar ist, so daß es unter der Einwirkung der gedämpften Rückführung eine dem Mittelwert der beiderseitigen Maximalausschläge entsprechende Stellung einnimmt und auf das zu steuernde Organ überträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen dem mit gedämpfter Rückführung versehenen Organ und dem zu steuernden Organ eingeschaltete, an sich bekannte, aus Feder und Dämpfungszylinder bestehende isostatische Regelvorrichtung.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupp-

lung zwiscKendem als Stufenschalter ausgebildeten, die schwingende Bewegung ausführenden Organ und dem mit gedämpfter Rückführung· einseitig verstellbaren Glied aus einem an den Stufenschalter angeschlossenen Elektromagneten

besteht, wobei die zur Rückführung vorgesehene Federung derart ausgebildet ist, daß sie den verschiedenen Erregungen des Magneten, die den jeweiligen Maximalamplituden entsprechen, das Gleichgewicht hält.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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