DE643383C - Schiffsstabilisierungsanlage - Google Patents

Description

Das Haiuptpatent bezieht sich auf Schiffsstabilisierungsanlagen mit querschiffs verschiebbaren Massen, die in Abhängigkeit vom Schräglagenwinkel des Schiffes selbsttätig im Sinne der Wiederaufrichtung des Schiffes gesteuert werden. Bei diesen Anlagen eine Einrichtung, z. B. ausblasbare Ballasttanks, zur Verringerung der metazentrischen Höhe des Schiffes bis auf Null zur Vermeidung der

to Pendelungen beim Wiederaufrichtungsvorgang anzuwenden, ist Gegenstand des Hauptpatentes.

Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung der Einrichtung nach dem Hauptpatent, und zwar dahingehend, daß die Stabilisierungsanlaige in eine Tankanlage zur Schlingerdämpfung und in eine hinsichtlich der Bewegung der Tankflüssigkeit von der ersteren unabhängig arbeitende, gesteuerte, lediglich zur Schräglagenbekämpfung dienende Tankanlage aufgeteilt ist. Weiterhin umfaßt die Stabilisierungsanlage noch gemäß dem Hauptpatent eine Einrichtung zur Änderung der metazentrischen Höhe des Schiffes.

Die vorerwähnte, an sich auch bei gewöhnlichen Anlagen durchführbare Aufteilung der Stabilisierungsanlage hat bei Anwendung auf Anlagen nach dem Hauptpatent folgende Vorteile.

Da bei geringer metazentrischer Höhe des Schiffes dieses durch den Seegang nicht oder nahezu nicht in Schwingungen versetzt werden kann, so genügt eine verhältnismäßig kleine Schlingertankanlage. Infolgedessen steht ein großer Teil des für die Stabilisierungsanlage erforderlichen Raumes für die Schräglagentanks zur Verfügung, so daß die Stabilitätsverhältnisse des Schiffes mit voller Sicherheit beherrscht werden können; dies um so mehr, als die Steuerung der Schräglagentanks für sich allein erfolgt.

Die neue Anlage bietet weiterhin die Möglichkeit, Brennstofftanks (Treiböl, Heizöl), die ohnehin vorhanden sind, für die Zwecke der Schräglagenbekämpfung heranzuziehen, ohne daß besondere Maßnahmen, z. B. Kühlung der Flüssigkeit, erforderlich würden, wie das der Fall wäre, wenn der Inhalt der Brennstofftanks an den zur Dämpfung der Schiffsschwankungen notwendigen Bewegungen des Inhaltes der eigentlichen Schlingertanks teilnehmen würde.

Wie unten noch näher gezeigt, werden bei der bevorzugten Ausführungsform die beiden Kommandogeber hinsichtlich ihrer wich'tigsten Teile zu einem einzigen Gerät zusammengefaßt.

Für die Änderung der metazentrischen Höhe des Schiffes können lenz- und flutbare Tanks oder sonstige Vorrichtungen vorgesehen sein, die in bekannter Weise ermöglichen, die metazenfrische Höhe des Schiffes

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

Dipl.-Ing. Dr. Hermann Hort in Berlin-Charlottenburg.

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innerhalb bestimmter Grenzen beliebig einzustellen. Diese Vorrichtung wird dann vorzugsweise in der Weise benutzt, daß bei Ein- . schaltung der Stabilisierungsanlage für dfe^: _y Dauer ihrer Benutzung die metazentrisjpfe; Höhe auf einen entsprechend kleinen Vft^fi'i eingestellt wird. Die Herabsetzung dew metazentrischen Höhe bedingt eine entsprechend höhere Wirkung der Schlingertanks ίο und verhindert zugleich, daß bei Betätigung der Anlage zur Schräglagenbeseitigung. Schwingungen des Schiffes angefacht werden. In Verbindung hiermit kann, wie schon gesagt, die Schlingertankanlage klein gehalten werden, bzw. es kann gegebenenfalls auf eine Aktivierung dieses Teiles der Anlage mehr oder weniger verzichtet werden.

Die weiteren Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt

Fig. ι schematisch ein mit der neuen Einrichtung ausgerüstetes Schiff in Draufsicht,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung zur Dämpfung der Schiffsschwankungen nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Vorrichtung zur Schräglagenbeseitigung nach der Linie IH-III der Fig. 1,

Fig. 4 eine schaubildliche Darstellung des den Vorrichtungen nach Fig. 2 und 3 gemeinsamen Steuergerätes,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Teil des Steuergerätes nach Fig. 4, Fig. 6 eine andere Ausführung des Antriebes der Einrichtung zur Schräglagenbeseitigung.

In Fig. ι ist A der zur Schräglagenbeseitigung und B der zum Dämpfen der Schlingerbewegungen dienende Teil der Anlage. C sind lenz- und flutbare Tanks zur Änderung der metazentrischen Höhe des Schiffes. Die nähere Ausbildung der Teile A und B ergibt sich aus den Fig. 2 und 3. In Fig. 2 ist 1 das Schiff mit zwei zum Dämpfen der Schlingerbewegungen dienenden Seitentanks 2 und 3. Diese sind durch einen Innenflüssigkeitskanal 4 und eine Luftleitung 5 miteinander verbunden. In der Luftleitung 5 ist eine Rückschlagklappe 6, deren Durchlaßrichtung mit Hilfe der hydraulischen Daumen 7 und 8 umsteuerbar ist, schwenkbar angeordnet.

Zur Aktivierung dient ein Gebläse 9, dessen Saugleitung 10 und dessen Druckleitung 11 über den Drehschieber 12 an die Leitungen 13 und 14 angeschlossen sind, die ihrerseits zu beiden Seiten der Rückschlagklappe 6 in den Luftverbindungskanal 5 münden. Durch Umschalten des Drehschiebers 12 kann die Förderrichtung des Gebläses 9 mit Bezug auf die beiden Tankseiten 2 und 3 umgeschaltet werden. Die Einstellung des Drehschiebers 12 erfolgt über das Zahnkranzsegment 15 und 'cjjß Zahnstange 16 durch einen hydraulischen '.Servomotor 17", 17⁶, dessen Steuerschieber IiWjH 18 bezeichnet ist. An die Ausgangs-'ieltungen des Steuerschiebers 18 sind in der dargestellten Weise parallel zu dem hydraulischen Servomotor 17", 17* die Zylinder der hydraulischen Daumen 7 und 8 angeschlossen. Zur Einstellung des Steuerschiebers 18 dienen zwei Elektroinagnete 19 und 20, deren Erregerkreise über das in Fig. 4 und 5 dargestellte Steuergerät verlaufen.

Der besseren Erläuterung wegen ist in Fig. 4 der Kontaktarm der Schaltvorrichtung, über welche die Erregerkreise der Elektroinagnete 19 und 20 verlaufen, in einer Stellung gezeigt, in der der Erregerkreis des Elektromagneten 19 geschlossen ist. Der dadurch bedingten Stellung des Steuerschiebers 18 entspricht die Stellung der übrigen Elemente der Vorrichtung nach Fig. 2.

22 und 23 sind zwei im Innenwasserverbindungskanal 4 vorgesehene, in der Strömungsrichtung engbegrenzte Drosselstellen; sie dienen zur Vernichtung bzw. Verhinderung der Entstehung lebendiger Energie der Tankflüssigkeit.

Es versteht sich, daß man den Innenkanal 4 auch fortlassen und statt dessen die beiden Tankseiten 2 und 3 durch Außenhautöffnungen über die See miteinander verbinden kann.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung ist an sich bekannt und sei daher nur kurz angegeben. Es möge der Kontaktarm der in den Erregerkreisen der Elektromagnete 19 und 20 liegenden Schaltvorrichtung durch die Nullstellung hindurchgehen. Dieser Zeitpunkt kann mit dem Zeitpunkt des Durchganges des Schiffes durch die Horizontallage zusammenfallen. Infolge dieser Umschaltung wird der Erregerkreis des Elektromagneten 19 unterbrochen und der des Elektromagneten 20 geschlossen. Der Steuerschieber 18 und damit auch der Servomotor 17", ^J7* werden umgeschaltet. Der Drehschieber 12 bewegt sich aus der einen Endstellung in die andere und schaltet damit das Gebläse 9 uo mit Bezug auf die beiden Tankseiten 2 und 3 um.

Mit der Umschaltung des Steuerschiebers 18 findet auch eine Umschaltung der hydraulischen Daumen 7 und 8 statt, was eine Umkehrung der Durchlaßrichtung der Klappe 6 zur Folge hat. Diese wird daraufhin unter der Wirkung des Überdrucks im Tank 3 aufgestoßen, und es suchen sich die Flüssigkeitsmassen der beiden Tankseiten auf das gleiche iao Niveau auszugleichen. Sobald das herbeigeführt ist, bewegt sich die Klappe 6 unter dem

Einfluß des Gebläses 9 in die Schließstellung.

Das Gebläse 9 arbeitet daraufhin im Sinne einer Verringerung der Wasserhöhe im Tank 2

* und einer Erhöhung des Wasserspiegels in Tank 3.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung zur Schräglagenbeseitigung dient als Fördereinrichtung ein Propellerantrieb. Statt dessen könnte aber auch ein anderer Antrieb, z. B.

wie bei der Vorrichtung nach Fig. 2 ein Gebläse, verwendet werden. Die Anlage zur Schräglagenbekämpfung umfaßt zwei Seitentanks 30 und 31, die durch einen Innenflüssigkeitsverbindungskanal 32 miteinander verbunden sind, und einen in diesem Kanal angeordneten Propellerantrieb 33. Der Propeller 33 steht in Antriebsverbindung mit einem Motor 34, der durch eine Schalteinrichtung, welche einen Teil des in Fig. 4 und 5 dargestellten Steuergerätes bildet, auf Rechtsoder Linkslauf eingeschaltet werden kann. Tritt eine Schräglage auf, worunter hier naturgemäß nicht die im Verlauf der periodischen Schwankungen des Schiffes auftretenden Schräglagen zu verstehen sind, so· wird der Motor 34 im entsprechenden Drehsinne eingeschaltet, mit der Folge, daß der Flüssigkeitsstand der einen Tankseite erniedrigt und der der anderen Tankseite erhöht wird im Sinne der Wiederaufrichtung des Schiffes in die Normallage.

Es wird sich empfehlen, Schwimmer o. dgl. vorzusehen, die den Antrieb 34 abschalten, sobald der Flüssigkeitsstand in dem Tank 30 oder dem Tank 31 einen bestimmten Höchstwert überschreitet. In Fig. 3 sind derartige Schwimmer bei 35 und 36 dargestellt. Diese Schwimmer ruhen normalerweise auf einem tankfesten Sitz und erfahren erst eine Längsverschiebung relativ zum Tank, wenn der Flüssigkeitsstand in diesem einen bestimmten Höchstwert überschreitet. Hierbei öffnet dann der Schwimmer 35 den Kontakt 37 oder der Schwimmer 36 den Kontakt 38 und unterbricht dadurch den Stromlireis des Motors 34.

In den Fig. 4 und 5 ist bei 40 ein Schlingerwinkelzeiger, der von bekannter Bauart sein kann und daher in seinen Einzelheiten nicht näher dargestellt ist, angedeutet. Seine Ausgangswelle ist einerseits mit dem Eingang eines Integrators 41 und andererseits über die Getriebeverbindung 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 mit der Eingangswelle, eines zweiten Integrators 49 verbunden. Diebeiden Integratoren 41 und 49 können von gleicher Bauart sein und, wie aus dem Schnitt der Fig. 5 für den Integrator 41 hervorgeht, so ausgebildet sein, daß die Eingangswelle über zwei Spiralfedern 41° und 41*, von denen die eine rechtsgängig und die andere linksgängig ist, an einer Dose4i^c angreift. Von dieser Dose wird die Ausgangsbewegung abgenommen.

Die Dosen 4i^c und 49^C sind über je einen Ouerarm 41 ^d bzw. 49"* mit zwei Kolben verbunden, die sich ihrerseits in Zylindern 41 ^e · und 4i^f bzw. 49" und 49' dicht führen. Die genannten Zylinder sind vorzugsweise mit Öl gefüllt und durch je eine Verbindungsleitung 41 ^s bzw. 49^g, in der je ein einstell- bares Drosselventil 41'' bzw. 49'' angeordnet ist, miteinander verbunden. Das Drosselventil 41* ist auf eine starke Drosselwirkung und das Drosselventil 49'' auf eine schwächere Drosselwirkung eingestellt. Hierdurch wird erreicht, daß der Integrator 49 die Bewegungen der Ausgangswelle des Schlingerwinkelzeigers 40 an seine Ausgangswelle und damit an den Teil 53 um etwas in der Phase versetzt weitergibt, und zwar so, daß sich in der Anlage nach Fig. 2 zwischen der Bewegung der Tankflüssigkeit und der Schlingerbewegung des Schiffes eine Phasenverschiebung von 90⁰ ergibt. Die Ausgangswelle des Integrators 41 nimmt hingegen an den periodischen Drehungen der Ausgangswelle des Integrators 40 nicht bzw. nur wenig teil, sondern spricht vielmehr in erster Linie nur auf den Integralwert der periodischen Drehbewegungen der Ausgangswelle des Gerätes 40 an, d. h. der Integrator 41 gibt ausgangsseitig durch den Drehwinkel seiner Ausgangswelle gegenüber einem schiffsfesten Bezugselement ein Maß für die Richtung und Größe der Schräglage des Schiffes.

Die Ausgangswelle des Integrators 41 trägt an ihrem Ende eine Scheibe 50 mit zwei Kontaktsegmenten 51 und 52, mit denen ein am Ende der Ausgangswelle des Integrators 49 befestigter Kontaktarm 53 zusammenarbeitet, too Die durch die Elemente 51, 52, 53 gebildete Schaltvorrichtung liegt in der dargestellten Weise in den Erregerkreisen der Elektrotnagnete 19 und 20 der Vorrichtung nach Fig. 2. ,05

Auf der Ausgangswelle des Integrators 41 sitzt fernerhin ein Kontaktarm 54, der mit zwei gerätefesten, d. h. im vorliegenden Fall schiffsfesten Kontaktsegmenten 55, 56 zusammenarbeitet. Die hierdurch gebildete Schalt- u₀ vorrichtung steuert in der dargestellten Weise den Motor 34 für die Schräglagenbekämpfung.

Es ist hier noch nachzuholen, daß zwischen der Ausgangswelle des Schlingerwinkelzeigers 40 und der Eingangswelle des Integrators 49 ein Übersetzungsverhältnis von solcher Größe besteht, daß die Eingangswelle des stärker gedrosselten Integrators 49 ins Schnelle übersetzt ist, und zwar im Verhält-

, 1,2

ms von etwa -¹-.

Die Wirkungsweise der Gesamteinrichtung

ist kurz folgende: Entsprechend der Schlingerbewegung des Schiffes werden die Eingangswellen der Integratoren 41 und 49 gedreht. Der Integrator 49 gibt die ihm zugeleitete Bewegung phasenverschoben an den Kontaktarm 53 weiter, mit dem Ergebnis, daß über die Schaltvorrichtung 51, 52, 53 die in Fig. 2 dargestellte, zum Dämpfen der Schlingerbewegungen des Schiffes dienende Vorrichtung in der angegebenen Weise gesteuert wird.

Solange der Mittelwert der Schräglagen des Schiffes gleich Null ist, ändert die Ausgangswelle des Integrators 41 ihre Relativstellung zum Schiff nicht wesentlich. Erhält das Schiff jedoch eine dauernde Schräglage im einen oder anderen Sinne, so erfährt die Ausgangswelle des Integrators 41 eine Drehung, deren Größe und Richtung der Schräglage des Schiffes entspricht. Durch diese Drehung der Ausgangswelle des Integrators 41 läuft der Kontaktarm 54 auf das Kontaktsegment 55 oder 56 auf und schaltet dadurch den Motor 34 im einen oder anderen a5 Sinne ein, und zwar so lange, bis durch die hiermit verbundene Beseitigung der Schräglage der Kontaktarm 54 wieder in die Mittellage bezüglich der beiden Kontaktsegmente 55 und 56 gelangt.

Während dieses Vorganges beteiligt sich auch die zur Dämpfung der Schlingerbewegungen dienende Vorrichtung nach Fig. 2 vorübergehend an der Schräglagenbekämpfung, und zwar infolge der Drehung der Scheibe 50 aus der Nullstellung. Mit der zunehmenden Beseitigung der Schräglage kehrt jedoch die Scheibe 50 in die Nullstellung zurück, mit dem Ergebnis, daß daraufhin lediglich durch die Vorrichtung nach Fig. 3 die Beseitigung der Schräglage herbeigeführt bzw. aufrechterhalten wird.

ImdargestelltenAusführungsbeispiel ist die Geschwindigkeit des Motors 34 von dem Ausschlag des Kontaktarmes 54 relativ zu den Kontaktsegmenten 55 und 56 unabhängig. In der Regel wird es sich jedoch empfehlen, den Motor 34 mit um so größerer Geschwindigkeit laufen zu lassen, je größer der Ausschlag des Kontaktarmes 54 und demgemäß die Schräglage des Schiffes ist. Man braucht zu diesem Zweck nur die Kontaktsegmente 55 und 56 durch einen Widerstand zu ersetzen, über den der Kontaktarm 54 spielt.

In Fig. 6 ist eine zweite Ausführung für den Antrieb der Einrichtung zur Schräglagenbeseitigung dargestellt. Im übrigen kann die Einrichtung mit der nach Fig. 3 übereinstimmen.

Bei der Ausführung nach Fig. 6 dient zur Verschiebung der Flüssigkeitsmassen der beiden Tanks 30 und 31 ein im Kanal 32 angeordneter Propeller 39, der über die Welle 39" mittels eines nicht dargestellten Antriebes von mehr oder minder konstanter Drehzahl ständig angetrieben wird. Zur Lagerung des Propellers dienen Stützen 32° und 32*. Durch den einen Arm der Stütze 32* ist eine Welle geführt, über die der Anstellwinkel der Propellerblätter von außen eingestellt werden kann. Der Verstellbereich ist so groß, daß die Propellerblätter von Fördern in der einen Strömungsrichtung über Leerlauf auf Fördern in der anderen Strömungsrichtung verstellbar sind. Die Verstellung erfolgt vermittels des Servomotors 57, der über die SchaJtvorrichtung 54, 55, 56 auf Rechts- und Linkslauf eingeschaltet werden kann. Der Schaltarm 54 gibt in seiner Stellung jeweils ein Maß für die zu bekämpfende Dauerschräglage des Schiffes. Die Kontaktsegmente 55 und 56 stehen über den Schneckenbetrieb 58 in Einstellverbindung mit dem Motor 57. Durch die letztere Verbindung ist eine sogenannte Rückführung gebildet; sie hat zur Folge, daß die Blätter des Verstellpropellers 39 jeweils einen Anstellwinkel erhalten, der nach Größe und Richtung der zu bekämpfenden Schräglage entspricht.

Die Elemente 54, 55, 56 können identisch sein mit den gleichbezeichneten Elementen des Steuergerätes nach Fig. 4, jedoch sind die Kontaktsegmente 55 und 56 drehbeweglich anzuordnen und durch eine Rückführung mit dem Motor 57 zu verknüpfen.

Die bei der Ausführung nach Fig. 3 durch die Elemente 35 bis 38 gebildete Sicherheitsvorrichtung kann naturgemäß auch bei der Ausführung nach Fig. 6 verwendet werden, jedoch vorzugsweise in der Form, daß bei öffnung des Kontaktes 37 oder des Kontaktes 38 der Antrieb für den Propeller 39 stillgesetzt wird.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Die Anwendung einer Einrichtung, z.B. ausblasbarer Ballasttanks, zur Verringerung der metazentrischen Höhe des Schiffes zwecks Vermeidung von Pendelungen beim Wiederaufrichtungsvorgang nach Patent 629 352 bei Schiffsstabilisierungsanlagen, die in eine Tankanlage zur Schlingerdämpfung und eine hinsichtlich der Bewegung der Tankflüssigkeit von der ersteren unabhängig arbeitende, gesteuerte, lediglich zur Schräglagenbekämpfung dienende Tankanlage aufgeteilt sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen