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Steuereinrichtung für Schiffsstabilisierungsanlagen Die meisten bisher
ausgeführten Schiffsstabilisierungsanlagen arbeiten in der Weise, daß den schwingungsanfachenden
äußeren Momenten durch Stabilisierungsmomente entgegengewirkt wird, die nach den
Gesetzen der Schwingungslehre den Schwingungsbewegungen des Schiffes mit einer gewissen
Phasenverschiebung nacheilen. Günstigste Dämpfüngswirkung setzt einen bestimmten
Wert der Phasenverschiebung voraus, der jedoch nicht konstant ist, sondern von dem
Verhältnis der Eigenfrequenz des Schiffes zur Frequenz der schwingungserregenden
Kräfte und anderen Umständen abhängt. Die dadurch erforderliche Beobachtung und
Steuerung der Phasenverschiebung macht denAufbau derartiger Stabilisierungsanlagen
verwickelt und unübersichtlich; die Bedienung und Überwachung der Anliage werden
erschwert. Außerdem kam es in der Praxis häufig vor, daß die günstigste Dämpfungswirkung
mit .einer Phasenverschiebung erzielt wurde, die erheblich von dem nach der Theorie
zu erwartenden Werte abwich. Diese Tatsache behaftet das Verfahren natürlich mit
einem gewissen Grade der Unsicherheit; sie ist im wesentlichen dadurch zu erklären,
daß die Festlegung auf bestimmte Phasenverschiebungen sinusförmigen Verlauf der
Schiffsschwingungen voraussetzt. In Wirklichke@i;t treten jedoch zum Teiil,.recht
e:rhebl@icche Abweichungen von der Sinusform auf, und
damit ändern
sich - wie sich durch Zeichnung und Rechnung nachweisen läßt - die Phasenverhältnisse.
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Es ist bereits ein grundsätzlich anderes Verfahren zur Schiffsstabilisierung
vorgeschlagen worden, gemäß dem die an einem Schiff angreifenden -Momente in jedem
Augenblick durch gleich große, aber entgegengesetzt wirkende Stabilisierungsmomente
ausgeglichen werden sollen. Es muß also das schwingungserregende Moment laufend
gemessen und aus diesem Meßwert das Steuerkommando für das Stabilisierungsmoment
abgeleitet werden. Dieses Verfahren setzt allerdings voraus, daß die Stabilisierungsanlage
auch die größten erforderlichen Gegenmomente und ohne Verzögerung zu erzeugen vermag.
Dies wird in der Regel nicht der Fall sein, so daß sich das neue Prinzip nur angenähert
verwirklichen läßt. Es werden Restmomente übrig bleiben, die das Schiff zu Schwingungen
erregen können und die deshalb zusätzliche Steuermaßnahmen erfordern. Auf jeden
Fall ist durch dieses neue Prinzip aber die -Möglichkeit einer Schiffsstabilisierung
gezeigt, bei der man die Phasenzustände der Stabilisierungsmomente nicht zu berücksichtigen
braucht.
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Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für Schiffsstabilisierungsanlagen
mit Steuerung des Stabilisierungsmomentes in Abhängigkeit von dem Moment der schwingungsanfachenden
Kräfte unter zusätzlicher Berücksichtigung der Schiffsschwingungen, bei der das
bei der Steuerung auftretende und von einem Momentenmeßgerät zu ermittelnde Restmoment
(im folgenden als Moment der fremden Kräfte MIT f bezeichnet) mit dem von einem
Winkelgeschwindigkeitsmesser ermittelten Wert -h9' (k= Proportionalitätsfaktor,
dessen Wert durch die Größe der Stabilisierungsanlage bedingt ist, # = Winkelgeschwindigkeit
der Schiffsschwingung) verglichen wird und der Unterschied als Steuerkommando für
die Stabilisierungsanlage dient. Mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät läßt sich
eine Dämpfung derSchiffsschwingungenwirkungsvoller und schneller durchführen. Das
ihm zugrunde liegende Prinzip ist nicht allein durch die Theorie gestützt, sondern
läßt sich auch in der Praxis vollkommen verwirklichen.
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Es ist zwar bereits bekannt, das Stabilisierungsmoment bei Schiffsstabilisierungsanlagen
so zu steuern, daß es entgegengesetzt gleich dem Moment der äußeren Kräfte und gleichzeitig
proportional der Schiffseigenschwingung ist. Hierbei wird ein Teilwert des Stabilisierungsmomentes
gleich dem mittels eines llomentenmeßgerätes gemessenen Wert bemessen, und diesem
Wert werden noch weitere Komponenten, z. B. der Schlinger«-inkel und Abgeleitete
oder Integrale des Schlingerwinkels überlagert. Bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung
findet keine zusätzliche Beriicksichtigung der Schittseigenschwingungen statt, sondern
es werden tatsächlich vorhandene, durch den Seegang. Winddruck usw. hervorgerufene
erzwungene Schwingungen berücksichtigt.
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Bevor das neue Stettertingsprinzip erläutert wird, seien zunächst
einige Begriffserklärungen gegeben, damit eine eindeutige Beschreibung möglich ist.
Als fremde Kräfte werden im folgenden alle diejenigen am Schift angreifenden Kräfte
bezeichnet, die es aus seiner Horizontallage herausbringen können; in erster Linie
sind das die schwingungsanfachenden Kräfte des Seeganges, Lerner auch Winddruck,
einseitige Last u. dgl. Ebenso werden zu den fremden Kräften die von der Stabilisierungsanlage
ausgeübten Kräfte gerechnet. Die fremden Kräfte setzen sich also zusammen aus den
äußerenKräften, wie Seegang, Winddruck usw., und den Stabilisierungskräften.
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Für das von den fremden Kräften auf (las Schiff ausgeübte Drehmoment
1If gilt also die Beziehung @If - 1Ia -f- 1I@, wenn :1I" das -Moment
der äußeren Kräfte und 1I, das Stabilisierungsmoment bedeutet. Da: der erfindungsgemäßen
Steuereinrichtung zugrunde liegende Prinzip besteht nun darin, das Stabilisierungsmoment
so zu steuern, daß das -Moment der fremden Kräfte 1If in jedem Augenblick der gerade
vorhandenen Winkelgeschwindigkeit der Schiffssch«-ingung (z. B. der Schlingerbewegung)
proportional ist und ihr entgegenarbeitet.
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Die neue Steuereinrichtung erfordert also ein Momentenmeßgerät, von
dein die das Schiff aus seiner Horizontallage herausdrehenden Momente fortlaufend
angezeigt «-erden. Dieses Meßgerät kann an sich beliebiger Art sein. Besonders geeignet
ist das im Patent 768o46 beschriebene 1Momentenmeßgerät. Die in jener Patentschrift
angestellten theoretischen Untersuchungen, die die Überlegenheit der mit unmittelbarer
Momentenmessung arbeitenden Stabilisierungsverfahren über die bisher üblichen Stabilisierungsverfahren
mit phasenverschobenen Stabilisierungsmomenten dartun, gelten auch im vorliegenden
Fall, so daß darauf nicht näher eingegangen zu werden braucht. Iin folgenden sollen
nur kurz die Überlegungen gebracht werden, die zu der Aufstellung des erfindungsgemäßen
netten Stabilisierungsprinzi:
p-s geführt haben und.die seine Berechtigunig
und Vorzüge: erkennen lassen.
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Aus diesen Überlegungen wird sich auch der Vorteiil, des neuen Prinzips
gegenüber dlem obenerwähnten Verfahren ergeben, bei dem die am Schiff angreifenden
Momente in jedem Augenblick durch gleich große, aber entgegengesetzt wirkende Stabilisierungsmomente
ausgeglichen werden sollen. Der Einfachheit halber beziehen sich die folgenden Ausführungen
auf die Schlingerbewegung eines Schiffes. Es ist aber klar, daß die gewonnenen Erkenntnisse
und das neue Steuerungsverfahren für jede Art von Schiffsschwingungen, z. B. auch
für Stampfbewegungen, Gültigkeit haben.
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Mit M werde das an einem schlingernden Schiff angreifende resultierende
Moment bezeichnet; J sei das Massenträgheitsmoment des Schiffes um seine Längsachse
und # die Schlingerbeschleunigung. Nach den allgemeinen Lehren der Mechanik gilt
dann für die Schlingerbewegung des Schiffes die Gleichung M=J. . (2) Außer dem Moment
der fremden Kräfte greifen am Schiff noch das Rückstellmoment M, und das Dämpfungsmoment
M,1 an. Das Rückstellmoment ist durch die metazentrische Höhe und den Schlingerwinkel
9p gegeben; es ist in erster Annäherung dem Schlingerwinkel 99 proportional
und wirkt ihm entgegen. Bezeichnet man dieRückstellkonstante des Schiffes, in welche
die metazentrische Höhe eingeht, mit c, so lautet die Gleichung für das Rückstellmoment
M,,=-c.99. (3) Das Dämpfungsmoment wird im wesentlichen von derAußenhautreibung
des Schiffes geliefert. Es ist der Schlingergeschwindigkeit p entgegengerichtet
und kann ihr verhältnisgleich gesetzt werden, so daß gilt Ma=-d'@, (4)
wobei
d dieDämpfungskonstante des Schiffes bedeutet. Für das resultierende Moment M erhält
man als die Beziehung M=M,+Md+Mf. (5)
Löst man dieseGleichung nach Mf auf
und setzt für M, und Md ihre Werte nach Gleiähung (3) und (q.) ein, so erlhält man
für das am Schiff angreifende Moment der fremden Kräfte die Beziehung Mt=c.p+d+@'+J.9'.
(6)
Sowohl bei dem bereits vorgeschlagenen wie auch bei dem .der Erfindung
zugrunde liegenden Verfahren wird ein Momentenmeßgerät zur Bestimmung des Momentes
der fremden Kräfte Mt gemäß Gleichung (6) benötigt. Bei dem bereits vorgeschlagenen
Verfahren wird die Stabilisierungsanlage so gesteuert, daß sie in jedem Augenblick
die Größe des schwingungserregenden Momentes Ma aufbringt, diesem aber entgegenwirkt.
Man ist also bestrebt, die Beziehung Mt = Ma +1H, = o zu verwirklichen, d.
h. es muß möglich sein Ma = -MS, (7)
Es war bereits erwähnt, daß diese
Bedingung sich niemals völlig verwirklichen läßt und daß in der Regel noch weitere
Maßnahmen zu treffen sind. Die erfindungsgemäße, Steuervorschrift besagt, daß das
Moment der fremdenKräfte in jedemAugenblick die Eigendämpfung des Schiffes unterstützen,
d. h. stets der gerade vorhandenen Schlingergeschwindigkeit entgegenarbeiten soll.
In einer Formel ausgedrückt, lautet diese Vorschrift Mf=Ma+MS=-k.9? (8)
Hier
ist k der Proportionalitätsfaktor des zu-'zätzlichen »fremden Dämpfungsmomentes«,
wie man das Moment Mf mit Rücksicht auf die erstrebte Wirkung nennen kann. Die Größe
des Faktors h ist bedingt durch die zur Verfügung stehende Leistung der Stabilisierungsanlage.
Je größer der Faktor k ist, um so schneller läßt sich ein Abklingen der Schlingerbewegung
erreichen. Damit überhaupt Steuerkommandos gegeben werden können, wird eine kleine,
im allgemeinen zu vernachlässigende Schlingerbewegung bestehenhleiben. Man hat :bei;
dieser Art der Schlingerbekämpfung den großen Vorteil, daß Wellenmomente, die nach
ihrem Richtungssinn dämpfend auf die Schiffsbewegung wirken, zur Schlingerdämpfung
mit herangezogen werden, so daß nur aufschlingernde Wellenmomente bekämpft zu werden
brauchen. Während bei dem bekannten Verfahren Welllenmom:ente gemäß Gleiichung (7)
auch dann durch Stabilisierungsmomente aufgehoben werden, wenn erstere dämpfend
wirken, ist dies bei Benutzung des erfindungsgemäßen Steuergerätes nicht der Fall.
Die Steuerbedingung lautet hier j a nicht Mf = o, sondern der durch die Gleichung
M f - o gekennzeichnete Zustand ergibt sich erst als Folge dier Steuerbedingung
gemäß Gleichung (8). Es ist klar, daß die Erfindung eine wirtschaftlichere Ausnutzung
der Stabilisierungsanlage mit sich bringt.
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Gemäß der Erfindung soll stets eine der Geschwindigkeit proportionale
Gegenkraft auf das Schiff wirken, also muß das Steuer-
Kommando
in jedem Augenblick diesem Gesetz gehorchen. Das vom Steuergerät ermittelte Steuerkommando
kann einen Drehmagneten verstellen. dessen Ausschläge über einen Kraftverstärker
die Wirkung der Stabilisierungsanlage beeinflussen, z. B. durch Schaltung eines
Steuerschiebers, Antriebsmotors oder in ähnlicherWeise. In der Regel wird es aber
am vorteilhaftesten sein, die Steuerkommando: als elektrische Spannungen zu erhalten,
indem vom Steuergerät ein Potentiometer oder eine Geberbrücke eingestellt wird.
Die eingestellte Spannung wirkt dann über einen Elektronenröhrenverstärker auf die
Stabilisierungsanlage. Die Fig. i und a zeigen zwei derartige Ausführungsbeispiele
von erfindungsgemäßen Steuereinrichtungen in wirkungsvoller Darstellung. Es ist
dabei angenommen, daß ein llomentenmeßgerät von der im Patent ;68o-.6 beschriebenen
Bauart benutzt wird.
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Zur Bestimmung des auf das Schiff ausgeübten Momentes der fremden
Kräfte JIf werden der Schlingerwinkel rT, die Schlingergeschwindigkeit j- und die
Schlingerbeschleunigung j mit solchen Übersetzungen einander überlagert werden,
daß Gleichung (6) erfüllt ist. Die die Übersetzungsverhältnisse bestimmenden Konstanten
c, d und T können durch einen freien gedämpften Ausschlingerversuch in ruhigem Wasser
ermittelt werden. In Fig. i ist die "leßanlage, in der die drei Werte rp, # und
@ laufend ermittelt werden, mit i bezeichnet. Der in die Leitung 2 in Form einer
Spannung, eines Drehwinkels. einer Strecke od. dgl. hineingegebene Schlingerwinkel
r" wird mit dem durch die Leitung 3 zugeführten Wert der Schlingergeschwindigkeit
ri an der Stelle 5 in dem erforderlichen Übersetzungsverhältnis überlagert. Der
resultierende Wert wird mit dem über die Leitung ,4 zugeleiteten Wert der Schlingerbeschleunigung
an der Stelle 6 passend überlagert, so daß in der Ausgangsleitung 7 des llomentenmeßgerätes
ein Meßwert gebildet wird, der dem Ist«,ert des Momentes der fremden Kräfte JIt
proportional ist. Mit diesem Wert wird auf der Geberbrücke 8 eine ihm proportionale
Steuerspannung eingestellt, die das tatsächlich vorhandene, aus d°m erregenden Moment
1I" (Wellengang, Winddruck usw.) und dem Stabilisierungsmoment JI- resultierende
fremde Moment JIf angibt.
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Von einem Schlingerwinkelzeiger wird das Sollmoment der fremden Kräfte
Jlf=-h - rj ermittelt, wobei der Faktor l: durch die Größenbemessung der
Stabilisierungsanlage gegeben ist. Das llomentenmeßgerät kann zur Bildung des Sollmomentes
der fremden Kr:ifte herangezogen «-erden; von der die Schlingergeschwindigkeit enthaltenden
Leitung 3 wird, wie es die Fig. i zeigt, eine Leitung 9 mit der erforderlichen Übersetzung
abgezweigt, von der aus eine zweite Geberbrücke io eingestellt wird. Die an den
Geberbrücken 8 und io abgegriffenen Spannungen werden verglichen und ihre Differenz
wird über die Leitung 15 auf einen Verstärker gegeben, von dem aus der Antriebsmotor
für die Bewegung der Dämpfungsmittel. der Steuerschieber eines Servomotors oder
ein sonstiges Organ für die Steuerung der Stabilisierungsanlage betätigt wird.
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Die ermittelten Steuerkommandos berückrichtigen nicht nur die periodischen
Schiffs-Schwingungen, sondern auch etwa vorhandene statische Schräglagen, so daß
keine zusätzlichen Einrichtungen für Schräglagenbekämpfung erforderlich sind. Will
man bei gleichzeitigem Vorhandensein von Schräglage und Schlingerbewegung nur die
letztere bekämpfen, so kann man mittels der Einstellvorrichtung i i den der geschätzten
oder gemessenen Schräglage entsprechenden Winkel aus der den -Neigungswinkel"- enthaltenden
Leitung 2 herausdrehen. An der Skala 12 «-ird der herausgedrehte Anteil des -Neigungswinkels
T abgelesen.
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Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung hat nicht die Benutzung des
in Fig. i dargestellten "lomentenmeßgerätes zur Voraussetzung. Es kann jedes andere
-Iomentenmeßgerät benutzt «-erden, mit dem man die am Schiff angreifenden -Momente
messen kann. Wesentlich ist nur, daß dieser Istwert des Momentes der fremden Kräfte
mit dem Sollwert entsprechend der Gleichung (8) verglichen wird.
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Bei der Anordnung nach Fig. i dient als Steuerkommando für die Einstellung
de Steuerorganes der Stabilisierungsanlage der unmittelbar errechnete oder gemessene
Wert des Steuerwertes; es liegt eine sogenannte Wegsteuerung vor. Häufig ist es
jedoch zweckmäßig, nicht unmittelbar den Steuerwert, sondern die zeitliche Änderung
des Steuerwertes als Steuerkommando zu benutzen. In diesem Fall spricht man von
einer Geschwindigkeitssteuerung. Schließlich kann man auch die höheren zeitlichen
Ableitungen des unmittelbar gemessenen Steuerwertes benutzen oder einen resultierenden
Wert aus diesem sogenannten Wegewert und den in einem geeigneten Verhältnis überlagerten
abgeleiteten Werten bilden: es sind dies allgemein bekannte "Maßnahmen der Steuertechnik.
Die zweckmäßigste Art der Kombination und der Anteil der einzelnen Werte sind von
den verschiedensten Umständen abhängig und für jede Steuerungsanlage gesondert zu
ermitteln.
Will man z. B. im vorliegenden Fall nicht mit der reinen
Soll-Ist-Differenz der an den Brücken 8 und io eingestellten Werte (d. h. mit dem
Wegewert) steuern, sondern mit der Geschwindigkeit, so sind die Geschwindigkeitswerte
zu bilden, mit denen sich Istmoment und Sollmoment ändern. Sind die gemessenen bzw.
gewünschten Momente M, in den Leitungen 7 und 9 in Form von Drehwinkeln vorhanden,
so werden die Geschwindigkeitswerte zweckmäßig mittels eines Tachometer- oder Tourendynamos
eirmittelt. Von der Lei,tung 7 wird d(eir Anker eines Tourendynamos 13 angetrieben"diessen
Spannung somit der zeitlichen Änderung des Istmoments der fremden. Kräfte Mf proportional
ist. Ebenso wird von der Leitung 9 der Anker eines Tour endynamos 1q. angetrieben
und: dam,iit in ihm einte Spanmung erzeugt, die dem Geschwindigkeitswert des Sollmomentes
proportional ist. Die Differenz der beiden Spannungen wird über die Leitung 16 zum
Verstärker geleitet, entweder für sich allein oder in passender Kombination mit
der Differenz der in den Geberbrücken 8 und io ermittelten Wegwerte.
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Eine andere bekannte Maßnahme bei Steuereinrichtungen ist die Rückführung,
die in einer Rückwirkung der vom Steuerkommando verursachten Arbeitsbewegung auf
das steuernde Organ besteht. Durch diese Maßnahme wird eine raschere Einstellung
des gesteuerten Gerätes auf den dem Steuerkommando entsprechenden Wert bewirkt und
ein übermäßiges Pendeln des Steuervorganges vermieden. Es empfiehlt sich, auch bei
der Steuereinrichtung nach Fig. i eine Rückführung vorzusehen, z. B. derart, daß
eine der Steuerwirkung (z. B. die Verstellung eines das Stabilisierungsmoment bestimmenden
Arbeitszylinders oder Schiebers) proportionale Spannung auf den Elektronenröhrenverstärker
gegeben wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Steuergerät nach Fig. i braucht man an die
Genauigkeit der Nachsteuerung keine übermäßig. hohen Anforderungen zu stellen. Sobald
Soll- und Istmom-ent der resu,l,tierende:n fremdlen Kräfte das gleiche Vorzeichen
haben, ist schon eine »fremde Dämpfung« vorhanden; weichen die Augenblickswerte
nur noch in der Größe ab, so bedeutet dies, daß die wirkliche Dämpfung nur der Größe
nach nicht mit dem gewünschten Wert übereinstimmt. In diesem Fall würde zum Abklingen
der Schwingungen nur eine etwas längere oder kürzere Zeit, al!s beabis@iich;tigt
war, benötigt werden.
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In Fig. 2 ist ein zweites Beispiel eines erfindungsgemäßen Steuergerätes
dargestellt, das auf folgenden Überlegungen beruht. Setzt man in, Gleichung (6)
für das Moment der fremden Kräfte Mf den gewünschten Wert - k # @ ein und bringt
alle Glieder der Gleichung auf dieselbe Seite, so ergibt sich die folgende Beziehung
C-9'+(d+k)9@+T9@=o. (9)
Das bedeutet, daß die Werte (p, cp und @ an den Stellen
5 und 6 mit Übersetzungen, die den Größen c, (d + k) und J entsprechen, einander
überlagert werden müssen. In Fig. 2 sind, soweit sie mit der Anordnung nach Fig.
i übereinstimmt, dieselben Bezugszeichen verwandt worden. Die Geberbrücke 8 wird
von der Ausgangsleitung 7 des Momentenmeßgerätes eingestellt, und zwar gibt ihre
Spannung die Differenz zwischen der gewünschten und wirklich vorhandenen »fremden
Dämpfung« .an. Durch den Taichometerdynamo 13 kann wiederum die Geschwindigkeitsdifferenz
zwischen Soll- und Istwert der »fremden Dämpfung« ermittelt werden. Mittels der
Leitungen 17 und 18 werden Wegwert und Geschwindigkeitswert in geeigneter Kombination
auf den Verstärker gegeben, und man wird zweckmäßig wiederum eine Rückführung vorsehen.
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Die Anordnung nach Fig. 2 hat jedoch den Nachteil, daß man nicht erkennt,
ob gewünschtes und vorhandenes Moment vorzeichenmäßig übereinstimmt, d. h. ob schon
tatsächlich dämpfende Wirkung vorliegt. Man müßte also hinsichtlich der Nachsteuerung
erheblich größere Genauigkeit fordern als bei der Ausführung mit zwei Brücken nach
Fig. i. Aus diesem Grunde dürfte die letztgenannte Ausführung vorzuziehen sein.
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Zusammenfassend ,seien die wesentl.ifsten Vorzüge der erfindungsgemäßen
Steuerungseinrichtung angeführt. Außer der Messung der angreifenden Momente, die
in einfachster Weise auf die Messung des Schlingerwinkels und dessen zweimalige
Differentation zurückgeführt werden kann, sind keine weiteren Messungen erforderlich.
Vor allem brauchen keine Phasenzustände beobachtet zu werden. Es ist auch kein besonderer
Leistungsregler für dieAntriebsmaschine derStabilisierungsanlage erforderlich, da
der Bildung der Steuerkommandos eine momentenmäßige Betrachtung des Stabilisierungsvorganges
zugrunde liegt. Ein wichtiges Merkmal der neuen Steuerung ist auch darin zu sehen,
daß für die Bildung des Steuerkommandos stets der augenblickliche Bewegungszustand
des Schiffes benutzt wird. Es werden keine Annahmen über sinusförmige Bewegungen
oder Kräfte gemacht, so daß bei jedem Charakter der Schwingungsbewegung das richtige
Steuerkommando ermittelt wird. Die gleichzeitige
Schräglagenbekämpfung
war bereits erwähnt worden.
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Die erfindungsgemäßen Steuereinrichtungen können bei jeder Art von
Schiffsstabilisierungsanlagen verwendet werden, bei der Stabilisierung mittels Kreisel,
Flossen, mittels im Takte der Schiffsschwingung bewegbarer Massen oder in der Schiffsaußenhaut
angebrachter Schöpf- oder Saugflügel od. dgl. In Fig. 3 ist als Ausführungsbeispiel
einer mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung versehenen Anlage eine Tankstabilisierungsanlage
für Schlingerbekämpfung dargestellt. Das im Querschnitt gezeichnete Schiff 2o besitzt
an der Steuerbord- und Backbordseite je einen Tank 21 bzw. 22; beide Tanks sind
durch einen Wasserkanal 23 und einen Luftkanal 24 miteinander verbunden. Die Tanks
sind mit Flüssigkeit, vorzugsweise mit Wasser, gefüllt, das durch die Schlingerbewegung
des Schiffes ebenfalls Schwingungen ausführen und zwischen den beidenTanks hin und
her pendeln wird. Diese Tankwasserbewegung ist so zu steuern und durch eine Fördervorrichtung
zu aktivieren, wie es das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren vorschreibt. Für
die Aktivierung der Tankwasserbewegung ist ein Gebläse 25 vorgesehen, das von einem
ständig laufenden Motor im gleichbleibenden Drehsinn angetrieben wird. In der Luftleitung
24. ist ein Absperrorgan, z. B. eine Klappe 26, vorgesehen. In der parallel zur
Klappe 26 liegenden Förderleitung 27 ist ein Umsteuerorgan, z. B. ein Drehschieber
28, angeordnet, an das der Saugstutzen 29 und der Druckstutzen 30 des Gebläses 25
angeschlossen sind. Der Drehschieber 28 kann über den Schneckenantrieb
31 von dem Motor 32 verstellt werden. Die Schaltung des Motors 32 erfolgt
dabei über daserfindungsgemäße Steuergerät. Als Steuereinrichtung sei die in Fig.
r dargestellte Anordnung gewählt, die mit den gleichen Bezugszeichen in Fig.3 eingezeichnet
ist. Die in den Leitungen 15 und 16 erzeugten Steuerspannungen werden auf den Verstärker
33 gegeben, der gemäß diesen Werten den Motor 32und damit die Stellung des Drehschiebers
28 steuert. Die Rückführung wird durch die Steuerbrücke 3.4 und die Leitung 35 gebildet;
die Steuerbrücke 3.4 wird von der Welle des Motors 32 eingestellt und zeigt eine
dem jeweiligen Werte der Drehschieberstellung entsprechende Spannung an, die über
die Leitung 35 auf den Verstärker gegeben wird und somit auf den Steuervorgang zurückwirkt.
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In der gezeichneten Mittelstellung des Drehschiebers sind beide Tankseiten
vom Gebläse 25 abgeschaltet, und letzteres läuft leer. Bei Verstellung des Drehschiebers
nach rechts oder links fördert das Gebläse im einen oder anderen Sinne Luft von
Backbord nach Steuerbord oder umgekehrt. Hierdurch wird auf das Tankwasser eine
mehr oder weniger große Beschleunigung ausgeübt, seine Bewegung also aktiviert.
DieLuftklappe 26 muß hierbei geschlossen und einseitig blockiert sein, um ein Übertreten
von Druckluft in den falschen Tank zu vermeiden. Hierzu ist die folgende Einrichtung
vorgesehen: Über der Steuerklappe sind zwei Elektromagnete 36 und 37 angeordnet,
deren Anker 38 und 39 als Riegel für die Luftklappe ausgebildet sind. Bei Stromlosigkeit
der Elektromagnete sind unter der Wirkung von Federn beide Riegel angezogen, und
die Luftklappe 26 kann frei hin und her pendeln. Die Stromkreise der beiden Elektromagnete
sind über Kontaktsegmente.lo und 41 sowie über einen Kontaktarm .12 geführt. Der
Kontaktarm .12 sitzt fest auf der Achse des Drehschiebers 28 und macht seine Bewegungen
mit. In der Mittelstellung des Drehschiebers 28 befindet sich der Kontaktarm .42
zwischen den Kontaktsegmenten do und ,4r, so daß die Stromkreise der beiden Elektromagnete
unterbrochen sind. Wird nun der Drehschieber im Uhrzeigersinn verstellt, so fördert
das Gebläse Luft aus dem Tank 22 in den Tanker ; gleichzeitig legt sich bei dieser
Drehschieberverstellung der Kontakthebel-12 auf das Kontaktsegment d.o und schließt
dadurch den Stromkreis des Elektromagneten 36. Der Elektromagnet 36 zieht seinen
Anker 38 nach unten, wodurch die Luftklappe 26 einseitig blockiert ist, und zwar
derart, daß die Druckluft nicht in den Tank 22 zurücktreten kann. Bei Verstellung
des Drehschiebers entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn blockiert der Anker 39 die Klappe,
während der Anker 38 bei stromlosem Magnet 36 von der Feder nach oben gezogen ist.
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Die Anlage arbeitet wie folgt: Wird vom Steuergerät bei eingeschalteter
Schlingerdämpfungsanlage kein Kommando gegeben, so ist der Drehschieber zu den Tank:
hin geschlossen; er befindet sich in der gezeichneten Mittenstellung, und die Luftklappe
26 ist nach beiden Seiten hin frei beweglich. Das Tankwasser schwingt frei in den
Tanks wie bei den bekannten Frahmschen Schlingertanks. Dieser Betriebszustand ist
allerdings nur dann möglich, wenn die freie Tank«-asserbewegung ohne Aktivierung
zur völligen Stabilisierung ausreichend ist. Dies wird im allgemeinen jedoch nicht
der Fall sein. so daß das Schiff Schlingerbewegungen ausführt, die sofort Steuerkommandos
für die Verstellung des Drehschiebers -28, also für die Aktivierung der Tankflüssigkeitsbewegung
zur Folge haben. Im Takte der Schlingerbeweungen wird der Drehschieber 28 ab-#7'
wechselnd
nach der einen und der anderen Seite verdreht, wobei die Luftklappe stets im richtigen
Sinne blockiert wird. Durch die einsetzende Luftförderung wird nach Maßgabe der
vorhandenen Förderleistung des Gebläses 25 die Tankwasserbewegung beschleunigt und
damit die Schlingerbewegung rasch gedämpft. Zum Aufrechterhalten der Steuerkommandos
wird jedoch stets eine bestimmte Restbewegung übrig bleiben müssen.
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Da die Stellung des Drehschiebers ein Maß für die Beschleunigung (genauer
vielleicht sogar für die Beschleunigungsänderung) ist, die dem Tankwasser zusätzlich
erteilt wird; wird man zweckmäßig den Drehschiebermotor 32 nach der Geschwindigkeitsdifferenz
zwischen Soll- und: Istmotnent der fremden Kräfte steuern. Dieser Geschwindigkeitswert
wird dem Verstärker 33 über die Leitung 16 zugeführt. Die Wegdifferenz, d. h. die.
Differen.zspanntrong zwiischen ,dien Geberbrücken s und io, wird diesem Geschwindigkeitswert
überlagert, jedoch derart, daß sie, auf denselben Maßstab bezogen, nur einen Bruchteil
der Geschwindigkeitswerte ausmacht. Diese Wegdifferenz dient im wesentlichen nur
zur Kontrolle des Steuervorganges, falls kein geschwindigkeitsmäßiges Kommando mehr
vorhanden ist oder die Schiffsschwingungen sehr langsam verlaufen und noch ein Unterschied
zwischen Solo- und Istmo@ment der fremden Kräfte besteht.
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Durch diie Energgiiezufuhr dü!rch d@a;s Gebläse wird die Bewegung
des Tankwassers mehr oder weniger vom Zustand der freien Eigenschwingung entfernt,
je nach den vom Steuergerät angegebenen Kommandos. Das Gebläse hat dabei nur so
viel' Energie aufzubringen, wie .erforderlich ist, um diese Abweichung vom Eigenschwingungsfall
herzustellen.