-
Verfahren zur Stabilisierung von Schiffen Es sind Verfahren bekannt,
bei denen durch eine Hilfskraft auf ein Schiff Bewegungsmomente ausgeübt werden,
um die Nachteile der regellosen Schlinger- und Stampfbewegungen des Schiffes zu
beseitigen. Bei den meisten der bekannten Verfahren wird angestrebt, das Schiffsdeck
immer horizontal zu halten. Diese Art der Schiffsstabilisierung soll im folgenden
als Horizontalisierung bezeichnet werden. Es ist in neuerer Zeit auch vorgeschlagen
worden, das Schiff so zu stabilisieren, daß keine seitlichen Beschleunigungskomponenten
auf an Bord befindliche Gegenstände einwirken können. Da dieses Ziel dann erreicht
wird, -,wenn die Hauptachse des Schiffes in Richtung des Scheinlotes gehalten wird,
soll diese Art der Stabilisierung im folgenden kurz Scheinlotstabilisierung genannt
werden. Bei beiden Arten der Stabilisierung hat man bisher die auf das Schiff durch
die Hilfskraft auszuübenden Bewegungsmomente in Abhängigkeit von einem Gerät gesteuert,
dessen Ausschlag der Abweichung oder der Abweichungsgeschwindigkeit des. Schiffes
aus seiner angestrebten Lage verhältnisgleich ist. Bei diesen Verfahren wurden demnach
die Bewegungsmomente zur Stabilisierung durch eine Lagefehleranzeige gesteuert.
Stabilisierungsanlagen, die nach diesem Verfahren arbeiten, vermögen das erstrebte
Ziel nicht in vollem Umfange zu erfüllen, weil so gesteuerte Bewegungsmomente in
dem Augenblick, in dem vom Wasser auf das Schiff Bewegungsmomente ausgeübt werden,
noch gar nicht vorhanden sind, sondern erst auftreten, wenn eine unerwünschte Lageveränderung
des Schiffes bereits stattgefunden hat. Diesen Nachteil weist auch eine bekannte
Anordnung zum Horizontalisieren von Schiffen auf, bei welcher der Steuerapparat
von zwei Pendeln gebildet wird, von denen das eine das Scheinlot und das andere
das wahre Lot anzeigt. Die Wirkungsweise ist hier offenbar so gedacht, daß ein von
den Pendeln gesteuerter Aufsichtsapparat dann -in Funktion tritt, wenn das Schiff
aus seiner Gleichgewichtslage gebracht ist so daß also auch hier die Steuerung nach
dem Lagefehler erfolgt.
-
Der Erfindung liegen die folgenden Erkenntnisse zugrunde.
-
Die vom Wasser auf das Schiff ausgeübten Bewegungsmomente sind dem
Winkel, den das Scheinlot mit dem wahren Lot bildet, verhältnisgleich. Will man
das Schiff nach dem Scheinlot stabilisieren, so muß eine bestimmte Winkelbeschleunigung
erzwungen
werden. Dies kann nur dadurch erzielt werden, daß auf
das Schiff ein Bewegungsmoment ausgeübt wird, das im gleichen Sinne wirkt. wie das
vom Wasser auf das Schiff wirkende Bewegungsmoment.
-
Bezeichnet die zu erzwingende Winkelbeschleunigung, J die Massenträgheit
und 1b7, das Bewegungsmoment, so ergibt sich die Beziehung M1=J.
-
Soll das Schiff horizontalisiert werden, so muß ein Gegenmoment zur
Einwirkung gebracht werden, das dem Winkel zwischen dein Scheinlot und dem wahren
Lot proportional ist.
-
Bezeichnet man den Winkel zwischen Scheinlot und dem wahren Lot mit
0, so gilt für das zur Horizontalisierung aufzuwendende Moment 11h die Beziehung:
M2=-C., worin C eine von der Anfangsstabilität abhängige Konstante ist.
-
Auf Grund dieser Erwägungen verwendet die Erfindung ein Verfahren
zum Stabilisieren von Schiffen, bei dem prinzipiell als Steuergröße für die Stabilisierungsmomente
- statt der Lagefehler des Schiffes - die auf dieses von außen ausgeübten Einflüsse
(Wellenmomente) benutzt werden, wobei als Steuergröße der Winkel zwischen dem wahren
Lot und Scheinlot benutzt wird. Das Scheinlot stellt hier die Normale zur wirksamen
Wellenschräge, d. h. den Mittelwert der Summe aller auf das Schiff einwirkenden
Wasserdrücke dar.
-
Handelt es sich um die Stabilisierung nach dem Scheinlot, so ist es
im Sinne des Gesagten dem vom Wasser auf das Schiff ausgeübten Bewegungsmoment ein
mittels einer Hilfskraft erzeugtes gleichgerichtetes Stabilisierungsmoment zu überlagern,
das der zweiten Ableitung des Winkels zwischen Scheinlot und wahrem Lot nach der
Zeit, d. h. der Winkelbeschleunigung des Schiffes verhältnisgleich ist. Als Impulsgeber
für die Steuerung des Stabilisators mittels Kraftschalters kann hier ein Lotmesser,
vorzugsweise ein Kreisellot, dienen. In derselben Weise läßt sich auch ein Winkelbeschleunigungsmesser
verwenden. Zur Korrektur wird in beiden Fällen (Kreisellot oder Winkelbeschleunigungsmesser)
ein Scheinlotmesser einzuschalten sein, der bei Ausschlägen gegenüber dem Schiff
berichtigend in die Steuerung des Kraftschalters (Servomotor o. dgl.) von seiten
des Primärimpulses eingreift.
-
Soll das Schiff horizontalisiert werden, so hat ein Stabilisator,
mittels eines Kraftschalters gesteuert, Stabilisierungsmomente auszuüben. Die Erfindung
sieht zu diesem Zweck insbesondere einen Scheinlotmesser als Impulsgeber für die
Steuerung des Kraftschalters vor. Hier wird erfindungsgemäß zur Erinittlung der
Lagefehler des Schiffes ein Lotniesser, vorzugsweise ein Kreisellot, verwendet,
das bei Ausschlägen des Schiffes gegenüber der Horizontallage berichtigend in die
Steuerung des Kraftschalters (in diesem Fall ist es der Scheinlotmesser) eingreift.
Für eine zusätzliche Korrektur kann beim Horizontalisieren noch ein auf Winkelgeschwindigkeit
ansprechendes Gerät (Wendezeiger) zwischengeschaltet werden, das in die Steuerung
des Kraftschalters von seiten des Primärimpulses eingreift. Bemerkenswert ist dabei,
daß durch die Lagefehlerkorrektur, die im Falle der Horizontalisierung durch den
Lotmesserausschlag und im Falle der Scheinlotstabilisierung durch den Scheinlotausschlag
eingeführt wird, alle äußeren Einflüsse, die nicht auf den Seegang zurückzuführen
sind, z. B. durch Winddruck hervorgerufene Lageveränderung oder Eigenschwingungen
des Schiffes o. dgl., von selbst bei der Erzeugung der Stabilisierungsmomente mitberücksichtigt
werden.
-
Zweckmäßigerweise wird die Kraftschaltersteuerung so ausgebildet,
daß das Übersetzungsverhältnis zwischen Steuerimpuls und Kraftschalter durch den
Korrekturimpuls veränderbar ist.
-
Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn man eine Ablese- und/oder
Registriervorrichtung für das veränderliche Übersetzungsverhältnis zwischen Steuerimpuls
und Kraftschalter vorsieht.
-
Die Erfindung ist im nachfolgenden an schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
-
Abb. i stellt eine Steuervorrichtung zur Stabilisierung eines Schiffes
nach dein Scheinlot dar. Impulsgeber ist ein Kreisellot 17
(künstlicher Horizont),
dessen Ausschläge relativ zum Schiff über einen Strahlrohrkraftschalter 7 auf den
Stabilisator io übertragen werden. Die Übertragung erfolgt durch ein Gestänge a,
3, 4., 5 über eine Hebelanordnung 6, 6'. Das Übersetzungsverhältnis der übertragungshebel6,
6' ist in bekannter Weise durch einen sog. Verhältnisschieber S einstellbar. Das
mit Druckmittel betriebene Strahlrohr 7 wirkt mit einem Servomotor 9 zusammen, dessen
Kolbenstange g durch Verbindung mit dein Gestängearm .4 in bekannter Weise das Strahlrohr
7 zurückführt. Infolgedessen sind die Wege der Kolbenstange 9 jeweils dem Ausschlag
des Lotkreiszls 17 verhältnisgleich. Der Servomotor 9 wirkt in bekannter und deshalb
nicht näher dargestellter @%'eise auf den .Stabilisator io
ein,
durch den Bewegungsmomente auf das Schiff ausgeübt werden, die dem Weg des Servomotorkolbens
j' bzw. dem Ausschlag des Lotkreisels 17 verhältnisgleich sind. Der Verhältnisschieber
8 ist durch einen Schneckentrieb i i axial verschiebbar, der von einem Elektromotor
12 mit umkehrbarer Drehrichtung angetrieben wird. Die Ingangsetzung des Motors 12
in der einen oder der anderen Richtung erfolgt durch schiffsfest angeordnete Kontakte
13, Iq.. Diese werden von einem im Schwerpunkt des Schiffes angeordneten Scheinlotpende1
8 geschaltet, so wie die Schiffshochachse nicht in der Scheinlotrichtung liegt.
-
_ Die Stellung des Verhältnisschiebers 8 ist an einer Skala 16 ablesbar
und kann gegebenenfalls registriert werden.
-
Die Wirkungsweise ist folgende: Wäre das Schiff trägheitslos, so würde
es sich immer mit seiner Hochachse in die Scheinlötrichtung einstellen. Da das Schiff
jedoch eine Trägheit besitzt, muß zur Überwindung derselben der Stabilisator Io
ein unterstützendes Moment aufbringen, das der Winkelbeschleunigung j der anzustrebenden
Schlingerbewegung verhältnisgleich ist. Unter der Voraussetzung harmonisch verlaufender
Schlingerbewegungen ist die Winkelbeschleunigung j der Schlingerwinkel A verhältnisgleich.
Das vom Stabilisator aufzubringende Moment ist demnach, wie bereits erwähnt, g M1=J.
Der Schlingerwinkel wird durch den. Ausschlag des Kreisellotes bestimmt, so daß
der Servomotor 9 Steuerbewegungen ausführt, die dem Schlingerwinkel verhältnisgleich
sind. Entsprechende Momente übt der Stabilisator Io aus. Vom Scheinlotpendel 18
wird hierbei durch Steuerung des Verhältnisschiebers 8 ein Proportionalitätsfaktor
eingestellt, der auf der Skala 16 ablesbar ist.
-
In sinngemäßer Weise kann man statt des Schlingerwinkelanzeigers 17
einen Beschleunigungsmesser bekannter Art als Steuerimpulsgeber an das Strahlrohr
7 schalten und erhält dann durch den Stabilisator Io Momente, die auch bei nicht
harmonisch verlaufenden Schlingerbewegungen der Beschleunigung h7 verhältnisgleich
sind.
-
In Abb. z ist eine Steuervorrichtung zur Horizontalisierung eines
Schiffes dargestellt. Der Impulsgeber ist hier ein im Schwerpunkt des Schiffes aufgehängtes
Pendel i, das sich in bekannter Weise immer in Scheinlotrichtung einstellt. Die
Übertragung der Ausschläge erfolgt in analoger Weise wie bei der Scheinlotstabilisierung;
desgleichen die Veränderung des Übersetzungsverhältnisses. An Stelle des Scheinlotpendels
dient aber hier zur Korrektur der Kreisel 15, der die Kontakte 13, Iq. schaltet,
sobald das Schiff nicht in der Horizontallage ist. Die Wirkrichtung der vom Stabilisator
Io ausgeübten Momente ist umgekehrt wie bei der Scheinlotstabilisierung (Abb. i).
Hier ergibt sich folgende Wirkungsweise Auf das Schiff und das Pendel i wirkt eine
waagerechte Beschleunigungskomponente ein, die das Schiff zum Schlingern bringen
soll, zugleich aber einen Ausschlag des Pendels i zur Folge hat. Durch den Stabilisator
io wird, gesteuert von dem Servomotor 9, ein Gegenmoment auf das Schiff ausgeübt,
das dem Ausschlag des Pendels i verhältnisgleich ist. Der Kreisel 15 überwacht nun
das Verhältnis des von außen wirkenden Schlingermomentes zu dem vom Stabilisator
erzeugten Gegenmomente. Sind beide Momente gleich, so bleibt das Schiff horizontal.
Sind die Momente jedoch ungleich, so daß die erstrebte Horizontalisierung noch nicht
erreicht ist, schließt der Kreisel 15 den Kontakt 13 oder 1q. und steuert durch
den Motor den Verhältnisschieber 8 so lange, bis die Momente gleich sind und die
Horizontalisierung vollkommen ist.