DE680005C - Fluessigkeitsstandanzieger und -geber fuer Schiffsstabilisierungsanlagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
19. AUGUST 1939

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 65 a² GRUPPE

S128372

SHpl.-3ne.Max Barby in Kiel und Georg Stukenbrock in Berlin-Lichtenrade

sind als Erfinder genannt worden.

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

Flüssigkeitsstandanzeiger und -geber für Schiffsstabilisierungsanlagen

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. August 1937 ab Patenterteilung bekanntgemacht am 27. Juli 1939

Gemäß § 2 Abs. 2 der Verordnung'vom 28. April 1938 ist die Erklärung abgegeben worden, daß sich der Schutz auf das Land Österreich erstrecken soll

Bei den zur Schiffsstabilisierung dienenden Flüssigkeitstanks sind die zu beiden Seiten des Schiffes angeordneten zusammenarbeitenden Tanks in der Regel durch einen Fluss igkeits- und durch einen Luftkanal verbunden. Bei gesteuerten Anlagen erfolgt eine künstliche Regelung der Flüssigkeitsbewegung durch Steuerung eines Absperrorgans im Luftkanal. Ferner ist es bekannt, die Flüssigkeitsbewegungen durch Fördereinrichtungen, wie Pumpen oder Gebläse, zu aktivieren.

Für die Überwachung, für die richtige Einstellung und Ausnutzung solcher Anlagen ist die Kenntnis der Flüssigkeitsstanddifferenz erforderlich. Es sind auch aktivierte Anlagen bekannt, bei denen die Steuerung der Fördereinrichtung u. &■. in Abhängigkeit von der Flüssigkeitsstanddifferenz erfolgt, so daß sein jeweiliger Wert ständig ermittelt und in das Steuergerät eingeführt werden muß. Die Anlagen müssen daher mit einem Flüssigkeitsstandanzeiger versehen werden, der zweckmäßig gleich so ausgebildet wird, daß eine selbttätige Registrierung der Anzeigewerte erfolgen kann, und der außerdem als Flüssigkeitsstandgeber Verwendung finden kann.

Gegenstand der Erfindung ist ein Flüssigkeitsstandanzeiger und -geber für Schiffsstabilisierungsanlagen, bei denen die Tanks durch einen Flüssigkeitskanal und durch einen absperrbaren Luftkanal miteinander verbunden sind, unter Verwendung von Differenzmanometern, die zu beiden Seiten der Absperrvorrichtung an den Luftverbindungskanal angeschlossen sind; das Neue besteht

darin, daß je ein Differenzmanometer sowohl an den Luftverbindungskanal als auch an den Flüssigkeitskanal angeschlossen ist, wobei die Manometer durch ein Hebeldifferential o. dgl. verbunden sind, dessen Bewegung somit ein Maß für die Flüssigkeitsstanddifferenz bildet. Soll das Gerät als Geber dienen, so können die Ausschläge zur Verstellung des Kontaktarmes eines Spannungsteilers dienen, ίο Die abgegriffene Spannung wird dann einem Drehmagneten zugeführt, der einen von der Flüssigkeitsstanddifferenz abhängigen Steuerwert einstellt.

Bei Schiffsstabilisierungsanlagen der in Rede stehenden Art ist zwar bereits die Verwendung von zwei Differenzmanometern zu beiden Seiten der Absperrvorrichtung im Luftverbindungskanal bekannt. Hierbei dienen die Manometer jedoch nur zum Messen des Luftdruckes, und sie sollen bei Erreichen eines bestimmten Luftdruckes den Gebläsemotor vom Stromnetz abschalten. Demgemäß ist die eine Seite eines jeden der beiden Manometer mit dem Luftraum des ersten Tanks, die andere Seite mit dem Luftraum des zweiten Tanks verbunden. Die erfindungsgemäße Anordnung unterscheidet sich von dieser bekannten Anordnung dadurch, daß je ein Differenzmanometer sowohl an den Luftverbindungskanal als auch an den Flüssigkeitsverbindungskanal angeschlossen ist.

Weiterhin werden besondere, an sich bekannte konstruktive Maßnahmen vorgeschlagen, die namentlich im Hinblick auf die Verwendung als Flüssigkeitsstandg'eber eine besonders zweckmäßige bauliche Ausbildung des Gerätes ermöglichen.

Die Erfindung soll durch die in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden; da die Stabilisierungstanks in der Regel mit Wasser gefüllt sind, sei der Einfachheit halber stets von Wasserstandsanzeigern und -gebern die Rede. Es zeigen:

Fig. ι und 2 die grundsätzliche Anordnung des erfindungsgemäßen Gerätes bei zwei verschiedenen Tankstabilisierungsanlagen;
- Fig. 3 zeigt ein Differenzmanometer und die Ermittlung des der Wasserstanddifferenz proportionalen Spannungswertes;

Fig. 4 gibt ein vollständiges Ausführungsbeispiel mit der neuartigen Ausbildung der Differenzmanometer wieder;

Fig. 5 erläutert eine Einzelheit dazu;

Fig. 6 zeigt eine andere Konstruktion des Differenzmanometers.

In Fig. r stellt 1 ein Schiff dar mit den beiden zusammenarbeitenden Tanks 2 und 3, die durch den Wasserkanal 4 und den Luftkanal 5 miteinander verbunden sind. Im Luftkanal S ist die Absperrklappe 6 vorgesehen, die zur Steuerung der Wasserbewegungen dient und durch die die beiden Tankräume voneinander abgeschlossen werden können. Dieses Beispiel betrifft eine aktivierte Anlage, und zwar erfolgt die zusätzliche Bewegung des Tankwassers durch eine Propellerpumpe 7, deren Förderung nach Größe und Richtung durch Beeinflussung des Propelleranstellwinkels vom Steuergerät eingestellt wird.

Für die Ermittlung der Wasserstanddifferenz zwischen den Tanks 2 und 3 dienen zwei Differenzmanometer mit Doppelmembranen, die als Federungskörper ausgebildet sind. Die Doppelmembran 8 des einen Manometers ist einerseits durch die Rohrleitung 9 an den Wasserkanal 4, andererseits durch die Rohrleitung 10 an den Luftkanals angeschlossen. Ebenso ist die Doppelmembran 11 des zweiten Differenzmanometers durch die Rohrleitungen 12 und 13 mit dem Wasser- bzw. dem Luftkanal verbunden. Die bei Vorhandensein einer Druckdifferenz zwischen Wasser- und Luftseite auftretenden Membranausschläge werden auf ein Hebeldifferential 14 geleitet, das den Kontaktarm 15 eines Spannungsteilers 16 gemäß dem Unterschied der von den beiden Manometern ermittelten Werte bewegt, so daß die am Spannungsteiler eingestellte Spannung ein Maß für die Wasser-Standsdifferenz darstellt. Diese Spannung kann einem Registriergerät zugeführt werden, das alsdanndie Wasserstandsdifferenz laufend aufschreibt, oder siekann in einen der Wasserstandsdifferenz proportionalen Steuerwert umgewandelt werden. Damit die Membranbewegungen der beiden Differenzmanometer in richtigem Sinne auf das Hebeldifferential wirken, müssen die Rohranschlüsse der beiden Membranen 8 und ii, so wie es die Figur ">° zeigt, entgegengesetzt erfolgen.

Wenn die Klappe 6 geschlossen ist, dann findet keine Wasserförderung statt. Die statischen Drücke sind dann im Wasserkanal für beide Anschlußleitungen der Manometer gleich, auch wenn eine Wasserstandsdifferenz vorhanden ist, weil sich ja dieser statische Druck aus dem Gewicht der Wassersäule und dem Luftdruck zusammensetzt; letzterer ist aber bei Vorhandensein einer Wasserstandsdifferenz und geschlossener Klappe 6 für die beiden Tanks verschieden. Diese verschiedenen Luftdrücke bewirken verschiedene Ausschläge der beiden Manometermembranen. Die Luftdruckdifferenz ist proportional der Wasserstandsdifferenz, so daß das Hebeldifferential 14 entsprechend der vorhandenen Wasserstandsdifferenz verstellt wird. Ist die Klappe 6 geöffnet und fördert die Pumpe 7, so ist der Luftdruck in beiden Tankräumen ausgeglichen; aber der statische Druck des Wassers ist wegen der Saug- und Druck-

wirkung des Pumpenpropellers an den zu beiden Seiten der Pumpe liegenden Anschlußleitungen verschieden, so daß jetzt infolge der verschiedenen Wasserdrücke verschiedene Ausschläge der beiden Differenzmanometer 'erfolgen und der tatsächlich vorhandene Wasserstand angezeigt wird.

In .Fig. 2 erfolgt die Aktivierung der Tankwasserbewegung durch ein Gebläse 17, das mit seiner Saugseite und mit seiner'.Druckseite durch die Rohrleitungen 18 und 18 _a mit dem Luftverbindungskanal 5 verbunden ist. Durch eine nicht gezeichnete Steuereinrichtung, z. B. einen Zweiwegehahn, wird erreicht, daß jeweils im richtigen Fördersinne in dem einen Tank ein Luftunterdruck, in dem anderen Tank ein Luftüberdruck erzielt wird. Die Wirkungsweise der .Wasserstandsdifferenzanzeigevorrichtung ist dieselbe wie bei der Anlage nach Fig. 1. Bei geschlossener Luftabsperrklappe 6 sind die Drücke auf die Wasserseiten der Doppelmembranen 8 und 11 gleich, während die mit dem Luftkanal verbundenen Membranhälften entsprechend der vorhandenen Luftdruckdifferenz verschieden stark ausschlagen. Bei geöffneter Klappe und angeschlossenem Gebläse gleichen sich die Luftdrücke aus, infolge der nun vorhandenen Wasserströmung ist der Druckabfall in dem Wasserkanal 4 jedoch verschieden, so daß eine angenähert richtige Anzeige der Wasserstandsdifferenz erfolgt, wenn die Rohrleitungen 9 und 12 für die Übertragung der Wasserdrücke auf die Membran in der Nähe der Tanks 2 und 3 an den Wasserkanal 4 angeschlossen werden. Die gleichen Überlegungen für die Erklärung der Wirkungsweise gelten auch für gesteuerte Anlagen ohne Aktivierung, bei denen dieFlüssigkeitsbewegung lediglich durch das Eigengewicht der Flüssigkeitsmassen hervorgerufen wird.

Allgemein sei zur Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gerätes noch gesagt, daß sich namentlich bei Anlagen nach Fig. 2 und bei den nicht aktivierten Anlagen im Bewegungszustande des Tankwassers, also bei geöffneter Luftklappe 6 und sich änderndem Wasserstand, infolge der hydrodynamischen

So Einflüsse keine streng genaue Anzeige des jeweiligen Wasserstandes ergibt. Für die Überwachung und Steuerung der Anlage sowie für die Registrierung der Wasserstandsdifferenzen sind jedoch nur die während jeder Periode erreichten Endwasserstände von Wichtigkeit. Auf die Kenntnis der Zwischenwerte kommt es nicht an. Mit Rücksicht auf diesen Verwendungszweck sind daher die gewonnenen Anzeigen einwandfrei.

Die Verwendung von Doppelmembranen gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 1 oder 2 hat den Vorteil, daß keine Abdichtung gegen Luft oder Wasser erforderlich ist. Die Membranfederungskörper, die entsprechend den Druckdifferenzen Ausschläge vollführen, bewirken nämlich schon von selbst diese Abdichtung, und zwar in einer idealen Weise. Diese Ausführung hat aber den großen Nachteil, daß die Federcharakteristik, d. h. die Gesetzmäßigkeit zwischen Membranausschlägen und Druckdifferenz, nicht linear und auch nicht beeinflußbar ist. Für jedes einzelne Gerät müßte eine kostspielige Eichung vorgenommen werden, die Anzeigeskala würde sehr unübersichtlich ausfallen, die Fernübertragung oder Umwandlung in Steuerwerte unmöglich oder doch sehr schwierig werden. Außerdem besteht bei Federungskörpern der gezeichneten Art der Nachteil, daß ihre Charakteristik leicht Änderungen unterworfen ist, wodurch die Anzeigen fehlerhaft werden.

Eine einfachere Ausführung eines Differenzmanometers zeigt Fig. 3. Es besteht aus einer einzigen Membran 19, auf die von der einen Seite der durch die Rohrleitung 20 zugeführte Wasserdruck, von der anderen Seite der durch die Rohrleitung 21 zugeführte Luftdruck - wirkt. Die Membranbewegungen werden durch die Stange 22 auf das Hebeldifferential 23 übertragen. An diesem Hebeldifferential greift eine zweite Stange 24 an, die die Bewegungen .des zweiten Differenzmanometers überträgt. Durch die Membran 19 erfolgt bei dieser Konstruktion nur die Abdichtung gegen die Wasserseite. Für den Luftdruck ist eine besondere Abdichtung 25 der Stange 22 gegen das Manometergehäuse erforderlich. Für diese Abdichtung kann man z. B. vorteilhafterweise Simmerringe verwenden. Da stets nur geringe Luftdruckunterschiede gegen die ioo Atmosphäre auftreten, ist eine sichere Abdichtung ohne große Reibung möglich. Ebenso wie die Bauarten nach Fig. 1 und 2 hat aber auch das in Fig. 3 dargestellte Differenzmanometer den Nachteil der nicht linearen und nicht einstellbaren Charakteristik.

Erfindungsgemäß wird daher eine andere Bauart für die Differenzmanometer vorgeschlagen, bei der der Flüssigkeitsdruck auf die eine, der Luftdruck auf die andere Seite einer relativ zum Differenzdruck weichen Dehnungsmembran wirkt und für den Differenzdruck eine besondere Gegenkraft vorgesehen ist, so daß die Dehnungsmembran im wesentlichen nur für die Bewegungsübertragung und für die Abdichtung der Wasserseite dient. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß man die Gegenkraft, z. B. eine Meßfeder mit linearer Charakteristik, an bequem zugänglicher Stelle anbringen kann, so daß die richtige Einstellung keine Schwierigkeiten bereitet.

Eine Wasserstandsanzeigevorrichtung mit Differenzmanometern dieser Art zeigt Fig. 4. Sie besteht aus einem Kasten 26, auf dem die Manometergehäuse 2.7 und 28 sitzen. Die Rohrleitungen 9 und 12 bilden entsprechend der Anordnung nach Fig. 1 oder 2 die Anschlüsse für die Wasserdrücke, die Rohrleitungen 10 und 13 führen die Luftdrücke zu. Beide Manometer sind genau gleich ausgebildet, es sei daher nur das Manometer 27 in seinen Einzelheiten näher beschrieben. Es enthält die Federungsmembran 29, die vorteilhaft harmonikaartig ausgebildet ist und sich unter der Einwirkung eines Differenzdruckes in der Längsrichtung ausdehnt oder zusammenzieht. Diese Bewegungen werden durch die Stange 30, die durch die Dichtung 31 gegen die Atmosphäre abgedichtet ist, nach außen übertragen. Der außenliegende Teil der Stange 30 trägt die Zahnstange 32 und gleitet in einer Führung 33 hin und her. Die Zahnstange 32 kämmt mit dem Zahnrad 34, und hat bei ihren Bewegungen die rückwirkende Kraft einer Feder zu überwinden. Es ist zweckmäßig, eine Stabfeder gemäß der Anordnung nach Fig. 5 zu verwenden. Das angetriebene Zahnrad 34 kann sich in dem Druck- und. Gleitlager 36 frei drehen. Die Stabfeder 35 ist in Richtung der Achse des Zahnrades einerseits am Zahnrad selbst, andererseits an einem Schlitten 37,: der längs Führungsschienen 38 verschiebbar ist, fest eingespannt. Beim Antrieb des Zahnrades 34 durch die Zahnstange 32 wird die Stabfeder 35 auf Verdrehen beansprucht, und zwar ist die dabei von ihr entwickelte Gegenkraft abhängig von der Einspannlänge, die durch Verschieben des Schlittens 37 in bequemer Weise geändert werden kann. Man wird ferner die Dimensionierung und den maximalen Verdrehungswinkel so wählen, daß sich stets eine lineare Beziehung zwischen Drehwinkel und Einstellkraft ergibt. Auf diese Weise ist für den Differenzdruck eine Gegenkraft mit linearer Charakteristik geschaffen, die außerdem in bequemer Weise verändert und den jeweilig vorliegenden Verhältnissen angepaßt werden kann. Die ideale lineare Charakteristik ist allerdings nur dann vorhanden, wenn die Kraft zum Dehnen der Membran 29 vernachlässigbar gering ist. Nun wird aber eine sehr weiche Federmembran 29 verwendet, so daß die sich etwa überlagernden nicht linearen Einflüsse, die daher rühren, daß ein Teil des Differenzdruckes für die Erzielung der Membranausschläge verbraucht wird, praktisch zu vernachlässigen sind. Aus Fig. 4 ist ferner das Triebwerk für die Sichtbarmachung der Manometerausschläge und deren Umwandlung in elektrische Spannungen ersichtlich. Für die Ermittlung des resultierenden Wertes aus den beiden Manometerausschlägen ist wieder ein Hebeldifferential 39 vorgesehen, auf das die Stange 30 die Membranausschläge des Manometers 27, die Stange 40 die Membranausschläge des Manometers 28 überträgt. Die Mitte 41 des Hebeldifferentials bewegt sich gemäß dem Differenzwert und verstellt in gleichem Maße eine Zahnstange 42, die in den Buchsen 43 und 44 geführt wird. Mittels der Zahnräder 45 bis 49 wird die hin und her gehende Bewegung der Zahnstange 42 in eine Drehbewegung umgewandelt mit einem genügend großen Drehwinkel. Auf der Achse des letzten Zahnrades 49 sitzt ein Kontaktarm 50, der mit seinem Kontakt über einem Spannungsteiler 51 gleitet und dabei eine der Wasserstandsdifferenz proportionale Spannung abgreift. Diese Spannung kann zur Betätigung eines Schreibgerätes dienen und ferner einem Drehmagneten zugeführt werden, der einen der Wasserstandsdifferenz proportionalen Steuerwert einstellt. Man kann auf der Achse des Zahnrades 49 ferner einen Zeiger anordnen, der über einer Skala spielt und so die Wasserstandsdifferenz anzeigt.

Oft- ist es wünschenswert, eine Steuerbewegung zu erhalten, die zwar auch von der Wasserstandsdifferenz abhängt, aber sich nicht linear, sondern z. B. nach den reziproken Werten der Wasserstandsdifferenz ändert. Es ist ohne weiteres möglich, durch die Zahnstange 42 einen weiteren Spannungsteiler einzustellen, der derart gewickelt bzw. geschaltet ist, daß die abgegriffenen Spannungen den reziproken Werten der Wasserstandsdifferenz entsprechen.

Man kann das Differenzmanometer auch so ausbilden, daß für die Erzielung der Ausschlage keine elastischen Kräfte der Membran zu überwinden sind, so daß der Differenzdruck ausschließlich zur Überwindung der besonderen Gegenkraft dient, sich also keine fehlerhaften Einflüsse überlagern können. i°5 Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel dafür. Auf dem Kasten 26 sitzt wiederum das Manometergehäuse 27, aber derart, daß die Abdichtung durch einen Tauchkolben 52 und eine Stülpniembran 53 erfolgt. Durch die "° Rohrleitung 9 wird wiederum der Wasserdruck, durch die Rohrleitung 10 der Luftdruck zugeführt. Die Stülpmembran 53 hat die Form eines an einem Ende geschlossenen Schlauches; sie dient mit ihrem offenen Ende zur Abdichtung des Manometergehäuses 27, indem dieses durch Schraubenbolzen 54 auf das Gehäuse 26 gepreßt wird. Sie besteht z. B. aus Gummi oder aus einem ähnlich wirkenden elastischen Gewebe und kann eine Stärke von etwa 0,1 mm haben, während das Spiel zwischen dem Tauchkolben 52 und den

Gehäusewandungen sehr reichlich ist, z. B. ι mm beträgt. Bei den durch den Differenzdruck hervorgerufenen Kolbenbewegungen rollt sich die Membran auf und ab; es sind also keine elastischen Kräfte zu überwinden, auch findet keine merkliche Reibung statt. Der Differenzdruck dient ausschließlich zur Überwindung der Gegenkraft.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Flüssigkeitsstandanzeiger und -geber fürSchiffsstabilisierungsanlagen, bei denen die Tanks durch einen Flüssigkeitskanal und durch einen absperrbaren Luftkanal miteinander verbunden sind, unter Verwendung von Differenzmanometern, die zu beiden Seiten der Absperrvorrichtung an den Luftverbindungskanal angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Differenzmanometer sowohl an den Luftverbindungskanal als auch an den Flüssigkeitskanal angeschlossen ist, wobei die Manometer durch ein Hebeldifferential o. dgl. verbunden sind, dessen Bewegung somit ein Maß für die Flüssigkeitsstandsdifferenz bildet.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsdruck auf die eine, der Luftdruck auf die andere Seite einer relativ zum Differenzdruck weichen Dehnungsmembran wirkt und für den'Differenzdruck eine besondere Gegenkraft vorgesehen ist, so daß die Dehnungsmembran im wesentlichen nur zur Bewegungsübertragung und zur Abdichtung dient.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsdruck auf die eine, der Luftdruck auf die andere Seite eines Tauchkolbens wirkt, der derart durch eine Stülpmembran abgedichtet ist, daß sich letztere bei den durch den Differenzdruck hervorgerufenen Kolbenbewegungen auf- und abrollt, und daß für den Differenzdruck eine besondere Gegenkraft vorgesehen ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Gegenkraft für den Differenzdruck eine Stabfeder dient, deren Länge vorzugsweise einstellbar ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen·