DE768127C - Steuereinrichtung fuer Schiffsstabilisierungsanlagen - Google Patents

Steuereinrichtung fuer Schiffsstabilisierungsanlagen

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DE768127C
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stabilization
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    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B39/00Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude
    • B63B39/02Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude to decrease vessel movements by displacement of masses
    • B63B39/03Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude to decrease vessel movements by displacement of masses by transferring liquids

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Steuereinrichtung für Schiffsstabilisierungsanlagen mit Steuerung des Stabilisierungsmomentes in Abhängigkeit von dem Moment der schwingungsanfachenden Kräfte unter zusätzlicher Berücksichtigung der Schiffsschwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Steuerung auftretende und! von einem Momentenmeßgerät zu ermittelnde Restmoment (Moment der fremden Kräfte Mf) mit dem von einem Winkelgeschwindigkeitsmesser ermittelten Wert - k rP (k = Proportionalitätsfaktor, dessen Wert durch die Größe der Stabilisierungsanlage bedingt isst, cp =Winkelgeschwindigkeit der Schiffsschwingung) verglichen wird und der Unterschied als Steuerkommando für die Stabilisierungsanlage dient.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch z unter Verwendung eines Meßgerätes zur Ermittlung des Momentes der schwingungsanfachenden Kräfte; beidem der Neigungswinkeli des Schiffes, )seine Wink@eillge,schwilndigkeit ündl seine WinkeIbeschleunigung gemessen und einander überlagert werden, dad.uirch gekennzeichnet, daß diie einander überlagerten Werte 9p, @, @ im Verhältnis c : (d -I- k) : I zueinander stehen, wenn c die Rückstelllkomstante, d die Dämpfungskonistante, I dias Massenträgheitsmoment des Schifes, k dien, Proportionalitätsfaktor entsprechend.' der Größenbemessung der Stabitlisiierungs@an@liäge bedeutet.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß außer den Grundsteuerwerten von Mt und k(# auch deren zeitliche Änderungen in an sich bekannter Weise mit eingesteuert werden. q.. Einrichtung nach den Ansprüchen i und 3 für Tankstabilisierungsanlagen mit Aktivierung der Tankflüssigkeit durch ein Gebläse, dadurch gekennzeichnet, daß als Hauptsteuerwert die Differenz der ersten Ableitungen von M, und k qi nach der Zeit dient. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Sitand;' der Technik sind im E,rtei;lüngsverfahren folgende- Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche: Patentschrift Nr. 302 527; französische Patentschrift Nr. 784765; britische Patentschrift Nr. 408 796; Zeitschrift »Schiffbau« vom 1. 2. 1936, S. 37, Art. 6; Zeitschrift »Werft, Reederei, Hafen«; Jahrgang 1937, Heft 13, S. 2o6 bis 212.
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DE302527C (de) *
GB408796A (en) * 1932-04-11 1934-04-19 Nicolai Minorsky Improvements in anti-rolling tank systems for ships and other craft
FR784765A (fr) * 1934-04-18 1935-07-24 Dispositif pour la stabilisation des navires

Patent Citations (3)

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