DE620864C - Vorrichtung zur Schaffung eines in bezug auf elastische Schwingungen neutralen Kraeftesystems bei Schiffen o. dgl. - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Schaffung eines in bezug auf elastische Schwingungen neutralen Kräftesystems bei Schiffen o. dgl. unter Benutzung einer federnd abgestützten Masse. Die Vorrichtung ist im wesentlichen dazu bestimmt, die störenden Schwingungen zu beseitigen, die infolge der Elastizität des Schiffskörpers zustande kommen und beispielsweise von der Maschine, den Propellern o. dgl. erzeugt werden. Diese Schwingungen können im Fall der Resonanz sich besonders stark auswirken. Zu ihrer Beseitigung wurde bereits vorgeschlagen, zusätzliche rotierende Massen auf der Wellenleitung der Maschinen anzubringen. Mit einer derartigen Maßnahme kann man jedoch nur Schwingungen erster Ordnung beseitigen, d. h. solche Schwingungen, deren Schwingungszahl mit der Dreh-

ao zahl der Maschine übereinstimmen. Andererseits ist zur Dämpfung von elastischen ₍ Schwingungen, auch solcher höherer Ordnung, allerdings nur für den Resonanzfall, versucht worden, federnd abgestützte Massen zu verwenden. Hierbei sollten die Eigenschwingungszahlen n₂ der Zusatzmassen möglichst genau auf die Eigenschwingungszahlen n_t der Schiffe abgestimmt werden. Als Zusatzmasse selbst wurde ein fester, auf einem federnd unterstützten Hebel verschiebbarer Körper vorgeschlagen, dessen Schwingungen durch eine besondere Dämpfervorrichtung zur Vermeidung von Interferenzerscheinungen zeitweilig abgedämpft werden sollten. Bei dieser Anordnung war die richtige Lage der Masse auf dem Hebel empirisch zu bestimmen.

Erfordert schon die Betätigung der Dämpfungsvorrichtung an und für sich zeitweilig eine besonders aufmerksame Bedieiiung, die im Schiffs betriebe nicht immer erreicht werden kann, so hat die Anordnung außerdem den erheblichen Nachteil, daß die Nachstellung der Masse auf dem schwingenden Hebel ausgeführt werden muß, was mit Rücksicht auf die hohe Frequenz, auf die starken Ausschläge und das Gewicht der Masse immer schwer durchführbar, meistens sogar praktisch unmöglich ist.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die notwendige Eigenschwingungszahl n₂ der Zusatzmasse durch Änderung ihrer Massengröße allein leichter und besser erreicht werden kann, aber auch auf der Erkenntnis, daß zur Lösung der gestellten Aufgabe auf Schiffen die Verwendung von möglichst wenig gedämpften, linear in die Schwingungsrichtung geführten Zusatzmassen zweckmäßig ist', deren Eigenschwingungszahlen M₂ im allgemeinen von der Perioden-

. zahl η der Erregung im entgegengesetzten Sinne abweichen sollen, als ihrerseits die Eigenschwingungszahl n± des Schiffes von der Periodenzahl η der Erregung abweicht, weil ein Schiff, trotzdem das umgebende Wasser stark dämpfende Wirkung auf es ausübt, infolge der verhältnismäßig großen Erregerquellen nicht nur im Resonanzfalle, sondern auch außerhalb von ihm stark schwängt. Es* ίο ist einerseits wegen der Veränderlichkeit der Umdrehungszahlen der Maschinen, also der Frequenzen η der schwingungserregenden Ur ■ sache, andererseits wegen der Veränderlichkeit des Deplacements, also wegen der Eigen-Schwingungszahlen W₁ und der Dämpfungsverhältnisse des Schiffes, vorteilhaft, die Eigenschwingungszahl n₂ der Zusatzmasse in weiten Grenzen veränderlich und während des Betriebs auf einfachste Art regulierbar zu so machen; dies um so mehr, als infolge des Brennstoff- und Wasserverbrauchs usw. die Eigenschwingungszahl % des Schiffes sich auch während der Seefahrt dauernd verändert.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die federnd abgestützte Masse in ihrer Größe während des Betriebs veränderlich ist, ohne den Charakter der harmonischen Schwingung der Masse aufzuheben. Diese wird zweckmäßigerweise dadurch erzielt, daß die federnd abgestützte Masse aus. einem festen und einem- flüssigen Teil zusammengesetzt ist, wobei die Einstellung der Eigenschwingungszahl % einzig und allein durch Regelung der Größe des flüssigen Teils herbeigeführt wird, während die feste Masse und die federnde Abstützung unverändert bleiben. Gemäß der Erfindung sind flüssiger und fester Bestandteil zu einer einheitlich wirkenden schweren Gesamtmasse' vereinigt, die möglichst widerstandsfrei und linear geführt wird, so daß die federnde Abstützung jederzeit, auch bei Seegang, während einer Schwingung immer richtig wirkt, d. h. daß die Federkonstante während der Schwingung nicht verändert wird und der Charakter der Schwingung der Zusatzmasse als harmonische Schwingung stets aufrechterhalten bleibt.

Eine solche Anordnung bietet den erhebliehen Vorteil, daß nach Betätigung eines der Abschlußorgane der Zu- oder Ablaßleitung für die Flüssigkeit die Zusatzmasse ihre - Eigenschwingungszahl von selber abändert, ohne den Bedienenden weiterhin in Anspruch zu nehmen. Er kann vielmehr seine Aufmerksamkeit auf die Schiffsschwingungen richten, die mit ihrem Verschwinden ihm anzeigen, daß die Zusatzmasse ihre richtige Eigenschwingungszahl M₂ erreicht hat; er braucht dann nur das offene Abschlußorgan wieder zu schließen. Die Anordnung bietet außerdem den Vorteil, daß die Abschlußorgane zweckmäßig nicht am schwingenden Körper, sondern an irgendeiner ruhigieni Stelle der Zu- und Ablaßleitung angeordnet werden können.

Auf der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungform der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. ι einen Längsschnitt durch die Vorrichtung,

Fig. 2 eine Stirnansicht teilweise im Schnitt,

Fig. 3 einen Grundriß teilweise im Schnitt und

Fig. 4 schematisch, eine Vorrichtung zum Ausgleich waagerechter Schwingungen.

Die Vorrichtung besteht aus einem Behälter i, der federnd gegen einen Fundamentrahmen 2 und einen Kopfrahmen 3 abgestützt ist. Die federnde Abstützung besteht aus zwei Reihen von Schraubenfedern 4 und 4', deren Federteller 5 und 6, 5' und 6' in Bohrungen der Rahmen 2 tind 3 und in Bohrungen der seitlich hervorragenden Rippen 7 des Behälters ι gelagert sind. Durch Lösen der BoI-zen 8 oder 8' können die Federn 4 oder 4' entspannt werden, und damit ist die Möglichkeit geschaffen, die Federn auch einzeln während des Betriebs auszuwechseln.

Die Rahmen 2 und 3 sind durch Säulen 9, an denen der Behälter 1 mittels Rollen 10 in die Richtung der Federmittellinien nach eingetretener Erregung linear geführt sind, miteinander verbunden. Die Löcher 11 und ic' in dem Fundamentrahmen 2 und dem Kopfrahmen 3 dienen zur Aufnahme von Schrauben zur sicheren Befestigung der gesamten Vorrichtung am Schiffskörper.

Der Behälter 1 besteht aus einer Bodenwanne 12, auf die der eigentliche Behälter aufgesetzt wird. Dieser ist aus zwei Eudelementen 13 und mehreren Zwischenelementen 14 zusammengesetzt. An den Elementen sind senkrechte Mittelwände 15, senkrechte Rippen 16 und waagerechte Rippen 17 angeordnet, die den Behälter in eine große Anzahl von Kammern 18 zur Aufnahme der Flüssigkeit unterteilen. Die Kammern 18 verhindern bei erregtem und schwingendem Behälter eine Eigenbewegung der Flüssigkeit in dem Behalter und damit ein Abheben von den Behälterwandungen, so daß' die Masse der Flüssigkeit mit der Masse des schwingenden Behälters zu einer einheitlichen schwingenden Gesamtmasse vereinigt wird. Der Behälter wird nach oben durch den Deckel 19 abgeschlossen. Die Flüssigkeit wird durch eine biegsame Leitung 20, z. B. aus Gummi, in den Behälter zu- oder aus ihm je nach Bedarf abgeleitet. Das eine Ende dieser Leitung ist an die Bodenkammer 12 des Behälters durch den Krümmer 21 angeschlossen, während das an-

dere Ende mit einer am Fundamentrahmen 2 angebrachten Kammer 22 verbunden ist, an der das Zuleitungsventil 23 und das Ableitungsventil 24 angeschlossen sind. Die Flüssigkeit steigt nach Ausfüllung des Bodens 12 durch die zwischen den Rippen 13 und 14 frei gelassenen Fugen 25 im Inneren des Behälters hoch, während die überschüssige Luft durch eine Entlüftungsleitung 26 und ein hinter dem Ablaßventil 24 an die Ablaßleitung angeschlossenes T-Stück 27 in die letztere entweicht.

Beim Ablassen der Flüssigkeit wird das Zuleitungsventil 23 geschlossen und das Ablaßventil 24 geöffnet. Um in den Behälter 1 Luft einführen zu können, wird in der Entlüftungsleitung 26 ein Lufteinlaßventil 28 angeschlossen, das jedoch für gewöhnlich geschlossen bleiben soll. Ein Teil der Entlüftungsleitung26 besteht aus einem biegsamen Rohr 29, um die Schwingung des Behälters nicht zu behindern.

Am Behälter 1 sind ferner Puffer 30 vorgesehen, die gegen die an den Rahmen 2 und 3 angebrachten Teller 31 und 31' schlagen können. Dies kann z. B. bei einer plötzlichen starken Störung des Schwingungserregers im Seegang eintreten. Die Puffer beruhigen den Behälter und verhindern Interferenzerscheiimngen am Schiff. An sich schwingt ein elastisches System mit einer der Erregerfrequenz η gleichen Frequenz, aber bei plötzlichen Stoßen kommt auch noch eine Schwingung mit Eigenfrequenz für eine gewisse Zeit hinzu. Das Zusammenwirken der beiden Schwingungen würde zu Schwebungen Anlaß geben, die aber wegen der Pufferwirkung nicht zustande kommen.^ Der Behälter beruhigt sich für einen ganz kurzen Augenblick und nimmt seine Schwingungen entsprechend der Erregerfrequenz gleich wieder auf.

An dem Behälter 1 ist ein Wasserstandsanzeiger 32 angebracht, der den Stand der Flüssigkeit im Inneren des Behälters an einer Skala 33 anzeigt. Die Skala ist zweckmäßig so gewählt, daß sie den notwendigen Flüssigkeitsstand für eine bestimmte Umdrehungszahl der Maschine ungefähr angibt. Die genaue Einstellung des Flüssigkeitsstandes erfolgt in der eingangs beschriebenen Weise.

An einer der Säulen 9 kann ein Amplitudenanzeiger 34 für die Behälterschwingungen angebracht werden, der von einem am Behälter χ angebrachten Ring 35 mitgenommen wird und in der Endstellung durch Anpressung einer Feder 36 an der Säule stehenbleibt.

Die Endelemente 13 besitzen Kammern 37,

die nicht veränderliche feste Gewichte aufnehmen können. Die Eigenschwingungszahl der Vorrichtung wird durch das Verhältnis zwischen Massengröße der schwingenden Masse und dem Federgesetz (Federkonstante) der Abstützung festgelegt. Da es bei einer Konstruktion wie der vorliegenden aus Herstellungsgründen schwer ist, den gewünschten Massenwert und die gewünschte Federkonstante zu erreichen, so kann man diese Schwierigkeit umgehen, indem man den Behälter etwas leichter baut und nach Fertigstellung der Vorrichtung sie in der Werkstatt ausprobiert. Die Ausführungsungenauigkeiten werden dann durch die Zusatzgewichte 38 in den Kammern 37 ausgeglichen.

Die beschriebene Vorrichtung ist besonders zum Ausgleich von Vertikalschwingungen geeignet. Sie kann jedoch auch sinngemäß durch Horizontalstellung der Federn und Horizontalführung des Behälters, wie in Fig. 4 schematisch gezeigt, zum Ausgleich von Horizontalschwingungen verwendet werden.

Die von einer Zusatzmasse auf das Schiff übertragene Kraft und die Erregung der Schiffsschwingungen bilden· zwar kein Gleichgewichtssystem, jedoch bei richtiger Abstimmung der Zusatzmasse ein in bezug auf Schwingungen neutrales Kräftesystem, so daß die Erregerkräfte der Schiffsschwingungen und die durch die Schwingung der Zusatzmasse auf das Schiff übertragenen Kräfte zusammen ein Kräftesystem bilden, das keine Schwingungen aufkommen läßt. Ein derartiges Kräftesystem kann nur aus frequenz gleichen Kräften gleicher oder entgegengesetzter Phase zusammengesetzt sein. Da, wie oben dargelegt, die Schiffsschwingungen im allgemeinen keine Resonanzschwingungen sind und ein kleiner Rest von ihnen erhalten bleiben muß, um die Zusatzmasse zu erregen, der übrigens bei widerstandsloser Führung der Zusatzmasse praktisch nicht mehr stört, so muß den Schwingungen dieses Restes zur bestmöglichen Verwirklichung des genannten Kräftesystems die Zusatzmasse im allgemeinen um einen von 90 ° verschiedenen Winkel in der Phase nacheilen, weil das Schiff nur in idealem Resonanzfalle, d. h. bei Voraussetzung freier, nicht gedämpfter Resonanzschwingungen, wie, sie in Wirklichkeit nicht auftreten, der Erregung um 90 ° in der Phase nacheilt; daher die eingangs erwähnte Verschiedenheit zwischen den Schwingungszahlen n, U₁, n₂. Dieser Forderung wird gemäß der Erfindung von selbst genügt, indem man die einen besonderen Teil der Zusatzmasse bildende Flüssigkeitsmasse in der vorhin beschriebenen Weise einstellt.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zur Schaffung eines in bezug auf elastische Schwingungen neutralen Kräftesystems bei Schiffen o. dgl.

   unter !Benutzung einer federnd abgestützten Ma¹SSe, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Masse während des- Betriebs veränderlich ist, ohne den Charakter der harmonischen Schwingung der Masse aufzuheben.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse aus einemf festen und einem flüssigen Teil zusammengesetzt ist und daß die Veränderung der Größe der Masse während des Betriebs durch Vergrößern oder Verkleinern des flüssigen Massenteils vorgenommen wird.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Relativbewegungen des flüssigen Massenteils gegenüber dem schwingenden festen Massen1;eil durch Wände, Rippen o. dgl. verhindert werden.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse nach beiden entgegengesetzten Richtungen durch nur axial beanspruchte, während des Betriebs auswechselbare Federn abgestützt ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Masse zwecks Vermeidung von störenden Schwingungen bei plötzlichen großen Erregerstörungen Puffer vorgesehen sind.

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6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abführung der Flüssigkeit zum starren Teil der Masse durch eine biegsame Leirung erfolgt.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen