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Einrichtung zur Verringerung des Schleppfehlers bei Staudruckfahrtmessern
Bei Fahrtmessern nach dem Staudruckprinzip überlagern sich dem ein Maß für die Schiffsgeschwindigkeit
darstellenden Fahrtdruck Druckschwankungen, die durch grobe See, Schlinger- und
Stampfbewegungen und ähnliche Einflüsse hervorgerufen werden.
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Solche Druckschwankungen können - bis zu einer Seemeile pro Stunde
oder mehr in der Anzeige ausmachen; sie rufen entsprechende Anzeigeschwankungen
hervor, die die Ablesung der Meßwerte erschweren und sie außerdem merklich verfälschen.
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Es ist bekannt, die Druckschwankungen durch Drosselstellen zu dämpfen.
Ein fiihlbarer Erfolg setzt jedoch eine sehr scharfe Dämpfung voraus, und das hat
zur Folge, daß bei gewollten, auf Fahrtänderungen zurückzuführenden Druckänderungen
infolge der verzögernden Wirkung der Drosselstelle der Schleppfehler in der Anzeige
unzulässig groß wird. Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß
parallel zu den Drosselstellen je zwei einseitig und in entgegengesetzter Richtung
durchlässige Umgehungsventile angeordnet sind, die sich bei Druckänderungen selbsttätig
öffnen. Dieser Erfindungsgedanke wird zweckmäßig in der Art verwirklicht, daß die
Umgehungsventile
als l:vFberdruclirentile ausgebildet sind. die
bei einer bestimmten, wählbaren Größe der Druckänderung ansprechen. Ein Erweiterung
der Erfindung besteht darin, daß die Belastung der Überdruckventile von der Fahrgeschwindiglieit
des Schiffes abhängig ist.
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Die Erfindung soll an Hand der Figuren ausführlich beschrieben werden.
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Fig. I und 2 sind schematische Darstellungen für die Betätigung der
Umgehungsventile in Abhängigkeit von der Größe der Druckänderungen; Fig. 3 und 4
stellen die dazugehörenden praktischen Ausführungsbeispiele dar; Fig. 5 zeigt eine
Einzelheit in größerem Äfaßstab; Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem die
Belastung der Umgehungsventile von der Fahrgeschwindigkeit des Schiffes abhängig
ist.
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In Fig. I bezeichnet I ein Pitotrohr, das den Gesamtdruck der Wasserströmung
(statischer Druck + dynamischer Druck) über die Leitung 2 auf die eine Seite einer
Differenzmembran 3 gibt. Der statische Druck wird durch die Drucksonde 4 abgenommen
und über die Leitung 5 der anderen Seite der Differenzmembran 3 zugeführt. so daß
als resultierende, die LIembran verstellende Kraft der als Naß für die Schiffsgeschwindigkeit
dienende dvnamische oder Staudruck erhalten wird. Die Äfembranausschläge dienen
in bekannter ÄVeise zur direkten Anzeige oder zur Steuerung des Servomotors einer
Kompensationseinrichtung. In den Druckleitungen 2 und 5 sind die Drossel stellen
6 und 7 vorgesehen. Da auch bei großen Druckänderungen nur geringe AIembranbewegungen
eintreten, werden in den Rohrleitungen nur ganz geringe Flüssigkeitsmengen in Bewegung
gesetzt. Die Drosselv,-irliung setzt aber eine merklidie Flüssigkeitsströmung voraus.
Um die Drosselstellen 6 und 7 in dieser Hinsicht wirksam zu machen. werden deshalb.
wie es an sich bekannt ist. in den Druckleitungen 2 und 5 die Druckausgleichskammern
oder ÄVindkessel 8 und g vorgesehen.
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Erfindungsgemäß sind parallel zur Drosselstelle 6 die als federbelastete
fterdruckveutile ausgebildeten Umgehungsventile ro und II, parallel zur Drosselstelle
7 die Überdruck ventile I2 und I3 angeordnet. Sie sind nur einseitig, und zwar in
entgegengesetzter Richtung, durchlässig und werden bei Überschreiten eines bestimmten
einstellbaren Druckes in der durch den zugehörigen Pfeil gekennzeichneten Richtung
geöffnet. Wenn bei schneller Zunahme der Schiffsgeschxvindigkeit der Staudruck entsprechend
schneid ansteigt, jedoch wegen der verzögernden zur kung der Drosselstelle 6 nur
verhältnismäßig langsam an der Membran 3 zur Auswirkung gelangt, dann soll sich
das Überdruckventil 10 öffnen. Die Drosselstelle ist damit unwirksam, und die durch
die Fahrtänderung verursachte Druckänderung kann unmittelbar einen entsprechenden
Membranausschlag hervorrufen. Der Schleppfehler ist also vermieden bzw. svesentlich
vermindert. und es wird ohne große Verzögerung stets die richtige Fahrt angezeigt.
Bei Fahrtabnahme tritt das in entgegengesetzter Richtung absperrende Überdruckventil
ii in Tätigkeit.
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Unter Umständen könnte es ausreichend sein, die erfindungsgemäßen
i;Jberdruckrentile nur für die Drosselstelle 6 rorzusehen. Der statische Druck in
der Rohrleitung 5 bleibt ja gleichen Tiefgang des Schiffes vorausgesetzt, im allgemeinen
konstant, auch bei Änderung der Schiffsgeschwindigkeit. Da jedoch die Voraussetzungen
eines konstanten statischen Druckes in der Praxis nicht zutreffen. empfiehlt es
sich, auch in der Druckleitung 5 zwei Überdruckventile 12 und I3 parallel zur Drosselstelle
7 anzuordnen. Das C8herdruckventil I2 tritt bei plötzlicher Zunahme, das Überdruckventil
I3 bei plötzlicher Abnahme des statischen Druckes in Wirkung.
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Je nach den vorliegenden Betriebsverhältnissen werden die Umgehungsventile
auf eine solche Belastung eingestellt. daß sie bei t'l>erschreiten einer bestimmten
wählbaren Beschleunigung des Schiffes (= Fahrtdruckänderung ansprechen. wodurch
einerseits der Schleppfehler in der Anzeige auf ein erträgliches Maß zurückgeht..
andererseits die Anzeigeschwankungen praktisch vermieden werden.
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Fig. 3 zeigt ein praktisches Rusführungsbeispiel der Erfindung nach
dem Schema der Fig. I. Im linken Teil der Figur ist im Schnitt die Drosselstelle
mit den Überdruckventilen in der Rohrleitung für den Gesamtdruck dargestellt. 14
ist ein gemeinsames Ventilgebäuse. das einerseits durch die Rohrleitung 15 an das
Pitotrohr, andererseits durch die Rohrleistung I6 an die Differenzmembran angeschlossen
ist. Der Ventilkegel I7 bildet die Drosselstelle. Sein Öffnungsquerschnitt, also
die erzielbare Drosselung. ist mittels des Handrades I8 einstellbar. Die Ventilteller
I9 und 20 mit den Druckfedern 21 und 22 bilden die Überdruckventile. An den Flüssigkeitskanal
im \~entilgehäuse ist der Windkessel 23 angeschlossen. der teilweise mit Flüssigkeit
gefüllt ist und darüber ein Luftpolster enthält, das bei plötzlichen Druckänderungen
zusammengedrückt wird oder sich ausdehnt und so eine Flüssigkeitsbewegung von merklichem
Ausmaß ermöglicht.
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Die Flüssigkeitsbewegung bzw. Druckfortpflanzung bei konstanter Fahrt
des Schiffes oder bei geringen Fahrtänderungen ist durch
den gestrichelten
Linienzug 24 kenntlich gemacht. Da die Druckschwankungen nach beiden Richtungen
auftreten können, kann diese Flüssigkeitsströmung gleichfalls in beiden Richtungen
erfolgen. Die Flüssigkeitsströmung bei schneller Fahrtzunahme zeigt der Linienzug
25. Das Überdruckventil t9 wird in Pfeilrichtung umströmt, und der Fahrtdruck pflanzt
sich unter Umgehung des Drosselventils 17 durch den Kanal 27 zum Überdruckventil
20 fort, das unter Überwindung des Federdruckes der Feder 22 abgehoben wird, so
daß die Drosselwirkung des Kegels 17 ausgeschaltet ist. Die Strömung bei schneller
Fahrtabnahme zeigt der Linienzug 26. Durch den Kanal 28 wirkt der Flüssigkeitsdruck
unmittelbar in Pfeilrichtung auf das Überdruckventil 19.
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In der Druckleitung, die den statischen Druck auf die Differenzmembran
gibt, ist die gleiche, oben beschriebene Anordnung vorgesehen und daher, im rechten
Teil der Figur, nur in Ansicht dargestellt. 29 ist die Druckleitung von der Düse,
die Druckleitung 30 führt zur Differenzmembran.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die Umgehungsventile ebenfalls
als Überdruckventile ausgebildet, die bei Oerschreiten eines bestimmten Wertes der
Druckänderung geöffnet werden. Die Figur zeigt die in der Leitung für den Gesamtdruck
vorzusehende erfindungsgemäße Anordnung im Schnitt, während die in gleicher Weise
ausgebildete Anordnung in der Leitung für den statischen Druck in Ansicht dargestellt
ist. Das Ventilgehäuse 3I ist mit Anschlüssen 32 und 33 versehen. Die an 32 anzuschließende
Rohrleitung führt zum Pitotrohr, die Rohrleitung vom Anschluß 33 führt zur Differenzmembran.
Ein weiterer Anschluß 34 stellt die Verbindung des Ventilinnern mit dem Windkessel
35 her.
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Innerhalb des Gehäuses gabelt sich die Druckleitung in zwei parallele
Zweige 36 und 37, von denen der Zweig 37 in Fig. 5 in größerem Maßstab dargestellt
ist. In den Zweig 37 ist eine Hülse 46 eingesetzt, die als Halterung für ein Rohr
48 dient und am unteren Ende durch die Verschraubung 45 druckdicht abgeschlossen
ist. Der Kanal 37 ist durch den das Rohr 48 umfassenden Dichtungsbund 47 in zwei
Teile unterteilt. Der in die untere Hälfte des Kanals 37 hineinragende Teil des
Rohres 48 steht durch die radialen Öffnungen 42 mit dem Anschlußstück 32 und dem
parallel liegenden Flüssigkeitskanal 36 in Verbindung. In das obere Ende des Rohres
48 ist ein feines Röhrchen 5I eingesetzt. Ferner ist die obere Hälfte des Rohres
48 mit radialen Bohrungen 49 versehen, die durch einen Gummischlauch 50 od. dgl.
abgedichtet sind.
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Die Teile 49 und 50 bilden das Überdruckventil, das Röhrchen 51 ist
die Drosselstelle.
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Die Belastung des Überdruckventils erfolgt in diesem Falle also nicht
durch Federn, sondern sie liegt in der Elastizität des Gummis.
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Der parallel liegende Flüssigkeitskanal 36 enthält dieselbe Einrichtung
in umgekehrter Anordnung, ist also mit einer Hülse 38 mit Dichtungsbund4I. dem Rohr
40 mit Ventilöffnungen und darübergestülptem Gummischlauch 44 und dem Drosselröhrchen
43 versehen; durch radiale Öffnungen in seinem oberen Teil steht es mit dem Anschlußstück
33 und dem Kanal 37 in Verbindung.
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Die oben beschriebene Anordnung ist unter Benutzung derselben Bezugsziffern
für die gleichen Teile in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die Wirkungsweise ist
unter Zuhilfenahme dieses Schemas ohne weiteres verständlich.
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Sieht man eine konstante Belastung der Üherdruckventile vor, so werden
wegen der im wesentlichen quadratischen Abhängigkeit zwischen Schiffsgeschwindigkeit
und Staudruck bei kleineren Fahrtstufen die Überdruckventile erst bei größeren Änderungen,
bei höheren Fahrtstufen dagegen schon bei geringeren Fahrtänderungen ansprechen.
Diesem Umstande kann Rechnung getragen werden durch eine mechanische oder hydraulische
Beeinflussung der Ventilbelastung (Änderung der Federspannung od. dgl.) in Abhängigkeit
von der jeweiligen Fahrtstufe. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Empfindlichkeit
der Einrichtung erzielt werden.
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Ein derartiges Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 6. Die Anordnung der
Drossel- und Umgehungsventile, der Windkessel, die Führung der Rohrleitungen und
Kanäle ist die gleiche wie in Fig. 3. Es ist daher nur die in der Rohrleitung für
den Gesamtdruck liegende eine Hälfte der Anordnung gezeichnet, und gleiche bzw.
homologe Teile sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Die Ventilteller 19 und 20 der Umgehungsventile sind mit ihren Schäften
55 und 56 an Schwimmern 57 und 58 befestigt, die in dem mit Flüssigkeit gefüllten
Windkessel 23 vorgesehen sind. Die am Schwimmerkopf angebrachten Stangen 59 und
60 dienen zur Führung. Der Flüssigkeitsstand in Windkessel steigt und fällt mit
dem durch die Rohrleitung I5 zugeführten Druck, so daß die Auftriebskraft auf die
Schwimmer, die die Ventilteller 19 und 20 gegen ihre Sitze preßt, abhängig von der
Schiffsgeschwindigkeit ist.
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Bei geschlossenen Umgehungsventilen geht die Flüssigkeitsströmung
bzw. die Druckfortpflanzung in Richtung des Linienzuges 24; sie wird also durch
das Ventil I7 gedrosselt.
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Dieser Zustand gilt für stationäre Verhältnisse bzw. mäßige Druckänderungen.
Bei
schneller, auf Fahrtzunahme zurückzuführender Druckzunahine
wird der Ventilteller 19 abgehoben, das Drosselventil 17 also ausgeschaltet. Die
Strömung erfolgt nadi dem Linienzug 25. In umgekehrter Richtung, d. h. bei schneller
Fahrtabnahme, wird, wie es der Linienzug 26 andeutet, der Ventilteller 20 gelüftet
und damit die Drosselung gleichfalls aufgehoben.
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In der einfachsten Form sind. wie es auch Fig. 6 zeigt, die Schwimmer
zvlinderförmig gestaltet. Man kann jedoch auch die Schwimmer kegelförmig ausbilden
oder ihre Begrenzungslinien nach einer quadratischen oder sonstigen I<urve verlaufen
lassen. Auf diese diese kann jede genvünschte Abhängigkeit der Ventilbelastung von
der Fahrgeschwindigkeit erreicht und in Anpassung an die vorliegenden Betriebsverhältnisse
jeweils die günstigste oder optimale Lösung gefunden werden.