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Anlage zur Dämpfung von Schiffsschwingungen Zur Bekämpfung der Schlingerbewegungaen
von Schiffen sind im Laufe der Zeit verschiedene Dämpfungseinrichtungen bekanntgeworden.
Unter diesen nehmen die Schlingerbanks nach Frahm infolge ihrer Einfachheit einte
besondere Stellung ein. Sie bestehen aus zwei an. dien Bordwänden angebrachten Flüssigkeitstanks,
die durch einen quer im Schiff verlaufenden Kanal miteinander verbunden sind (Fig.
5 ohne Propeller q.6). Der aus Tanks und Kanal bestehende Schli:ngertank stellt
ein. Flüssigkeitspendel dar, das durch eine weitere, oben über die Tanks verlaufende
Luftauisgleichlei:tung volle Schwingungsfreiheit erhält. Durch Einbau einer Drosselibilende
in die Luftleitung kann eine beliebige Dämpfung des. Flüssigkeitspendels gegenüber
dem Schiff erzielt werden,. Jedes Schiff hat eine gewisse Ei(genper-iod@e@ To, in
welcher es erfahrungsgemäß die größten Schlingerausschläge macht. Wirdi das Schiff
nun mit einem Frah:mschen Schlingertank versehen, so entsteht ein durch Schiff und
Tank geihildetes Doppelpendel. Durch entsprechende Bemessung kann die Eigen s:chwinvgungsizeit
des Schilingertanks der des Schiffes gleichgemacht werden. Nach dien Gesetzen der
Schwingungstechnik verlagert sich dadurch der ursprüngliche Resonanzzustand To in,
einen darunterliegenden T1 und einen darüberliebgenden TZ. Das Schiff wird deshalb,
wenn; die Frequenz der erregenden Wellen der ursprünglichen Schwingungs :zeiit To
entspricht, keine nennenswerte n gungszeiSchldnigerbeweigungen mehr ausführen, es
wird jedoch., wenn die Erregung im Takt der neuen
Resonanzlügen
T 1- und T2 erfolgt, wieder größere Schlingerwinkel annehmen. Diese Verhältnissee
treten ein, solange die Dämpfung zwischen Schiff und Tankflüssigkeit klein, isst.
Wird jedoch eine sehr enge Droseelbilentdle in die Luftleitung eiinigesetzt, so
findet dadurch wieder eine stärkere Fesselung .der Tankflüssigkeit an das Schiff
statt, und, die ursprünglichen Schlingerverhältnisse, d: h. größere Schlingerwinkel.
bei To und; kleinere Schlingerbewegungen bei T1 und T2, treten wieder zu Tage. Durch
Wahl der richtigen Dämpfung zwischen Schiff und Tankflüssekeit wird ein großer Teil,
der schwinigungserneb reden Energie aufbgezehrit, .sio daß dier Schlnsngerwinkel
sowohl bei der ursprünglichen Eigenperiode To wie auch bei den neuen: Resonanzzuständen
T1 und T2 ,in: mäßigen Grenzen; bleibt. Eitee vollständige Schllingerdiämgfung übler
das gesamte vorkommendeFrequenzgebiiett ist jedoch auch durch zweckmäßige Einstelslunig
der Droisselblenide nicht erreichbar; weshalb man in letzter Zenit dazu übergegangen
ist, die Frahmschen Tanks zu aktivieren, d. h. die- Flüssigkeitsbewegung in, dem
Schlingertan k zwangsläufig zu gestallten.
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Zu diesem Zweck erscheint am geeignetsten eine in. ;dein Verbindungskanal
eingebaute Propellerpumpe, die mit konstanter Drehzahl immer im gleichen Drehsinn,
rotiert und deren; Flügel so verstellt werden können; daß die Pumpe nach beiden,
Richtungen fördern kann. Zur Steuerung der Propellerflügel :dient ein besonderes
Steuergerät, das auf Grund: ider Schiffsbewegungen entsprechende Kommandos an: die
Pumpe gilbt. Die Einrichtung soll dann :so arbeiten,: .daß jedem auf das Schiff
einwirkenden Krängungsmoment M" ein entsprechend großes; Tankmoment Mt entgegentritt,
so daß das Restmoment MS, - welches allein, das Schliff noch zu Schllingerbewegu.ngen
anfacht, möglichstklein wird. Es gilt die Beziehung MS = Ma-Mt. Je kleiner
Ms ist, um so kleiner sind auch die Seh:lgingerbewegunr gen,, @da diee Schwingungsamphtude
proportional dem erregenden Moment isst. Für das, Zustandekämmen des Tankmomentes
Mt ist in erster Linie: der in; den beiden Tanks, auftretende Spii!egelaunterschiiesd
maßgebend. Die Trägheibskräfte, spielenr dagegen, eine untergeordnet- Rolle, weshalb
Mt pmak=-tisch proportional der Splegelbewegung im Tank ist: 'Für die: Messung dies
Restmomentes Ms wurde bereits ein. ebenso einfaches wie sinnreiches Gerät vorb sch
agen. Es, fußt auf der in der Technik allgemein bekannten Tausache, dsaß die auf
einem freien Gegenstand einwirkandsen Kräfte oder Momente ohne: weiteres an einem
Modeakis dies Gegenr s,taudes-@bsesstimrät werden. können. Da das im Wasser liegende
Schiff ein uni seine- Schllingerachse schwingender Körper isst, so, besteht auch
das Meßgerät (Fig. i) aus einem Schwingungssystem, dem sog. Schiffsmsodeill, das
sich aus einer auf der Wellei i befestigten nSchwungmasse 2undder mit derWelle i
gekuppelten Tors.ionis,f1ader 3s zusammensetzt. Das rechte Ende der Torsionsfoder
31 ist. am Horizont q; befesbi,gt,sdaadas Schiff selbst auch hosnizontgebunden
ist; Zwischen dem Schiff 5: und dem es Wasser 6 besteht- eine Dämpfung; die, soweit
es sich um Wandreüb.ung handelt, der -ersten, und was- .die Wisrbelbilsdung anbetrifft,
der zweiten Potenz der Schllingergeschwindigkeit projxortional ist. Mit einer ähnlichen
Dämpfung wird auch das Schiffsmodell versehen,. Sie ist schematisch diärges tellt
durch einen Luftdämpfer, der 'unmittelbar in die zylindrisch, ausgedrehte Masse
:2 eingebaut ist und im wesentlichen aus dem horizontfesten radialen Flügel 7, und
der an der Masse befindlichen Radialrippe 8 besteht. Dämpfung und Rückstellkonstan:te
des Schiffsmodells werden so eingestellt, d@aß sie sich zu denen, des Schiffes,
wie die Massenträgheitsmomentae von Modell und Schiff verhalten:. Praktisch macht
man dies so, daß man die Ausschwinsgkurve des Modells der dies Schiffes angleicht.
Wenn dem so abgestimmten Moidelil die gleichen Schlsingerbewegurngsens aufgezwungen;
werden, die das Schiff ausführt, so, steht das dazu aufgebrachte Moment zu dem das
Schiff erregenden Moment ebenfalls im Verhältnis- der Massenträghe@itismomente von:
Modell und Schiff. Damit ist das Schiffsmoment MS bekansnsb. Man braucht also lediglich
die Welle i mit dem Schiff 5 durch den Torsionsstab 9 zu kuppeln, um ans
letzterem nach Arb eines Drelunomentmessers mittels-. Zeiger io und Skalentrommel
ii den Wert von MS bestimmen zu können. Voraussetzung für eine genlaue Messung ist,
da,ß diel Verdrehung des Tomsionsstahes 9 im Versgleich zur Schlingerhewegung vernachlässiigbar
klein ist. In Fing. i ist das, Modellsystem außerhalb des Schiffes gezeigt. In Wirk.lichkeiti
liegt es innerhalb des. Schiffest' wobei :der Horizont.4 etwa durch einen mit Kreissee
oder Pendel stabilisierten Rahmen ersetzt wird.
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Die im folgenden beschrsiebene Schlingerdämpfungsanilages bezieht
-sich .auf das vorstehend erläuterte Momentenmmeßverfahren. Aale arideren Momenbenmessunbgan
sind unvollständig, sollange sie nicht ,auf der exakten: Messung des Schling!erwinkells,
_ der Schlingergeschwindligkeit undi der Schlingerbeschdeunigung beruhen. Das vor@s:tehend
beschriebene Gerät berücksichtigt diese dsrei Komponenten in einfachster Weisse.
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Der Baudes Gerätes nach Fig. i bietet insofern Schwierigkeiten, als
sdise Schwungmasse 2 bei dien aufbretemdlen Schwingumgsoeiten sehr groß und schwer
ausfallen würde. Es ist daher vorggeschlagen worden, statt. der Schwungmasse .die
scheinbare Masse zweier- in einem: Rahmen gelagerter Kreisel zu setzen, h,Tachsstehencl
wird an Hand der Fig. 2 eine weitaus; einfachere Möglichkeit beschrieben, wie an
Gewicht und Raum der Schwumi,-nas@sse eingespart werden- kann.
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Eine weitere Schwierigkeit dies Gerätes- nach Fig. i, besteht darin,
daß bei gut gedämpftem Schiff, also kleinem Schlin!gerwi.nkel, das in dem Meßstab
9 gemessen e Moment -sehr klein ist, was zu erheblichen; Ungenauigkeiten, führte,
weil dabei die Lagerresbungen der Welle i sehr stark hervortreten. Auch dieser Mangel
kann in Erkenntnis der Schwinsgungsverhältinis se auf "etirifache Weise beseitigt
und die Meßgenauigkeit beträchtlich gesteigert werden.
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Fig. 2 stellst das Gerät in einer neuen Form ebenfalls
noch
außerhalb des Schiffes 5 dar. Hierbei sitzt die Modellmasse 2 nicht wie in Fig.
i auf der Welle i, sondern auf der Welle 12, diie gegen@-über der Welle i,
-durch :die Zahnräder 131 und 14 il-fach übersetzt ist. Durch diese Maßnahme wird
die vorher erwähnte Verkleinerung der Schwungmasse erzielte, da bekanntlicht das
Trägheitsmioment einer Masse von einer Welle auf die andere- im Quadrat :des überserozungsverhäl.tnisses
übertragen wird. Das Trälgheitsmoment der Masse Filg'. 2 isst also il 2-mal kleiner
als das der Masse Fig. i, hat aber, auf die Welle- i bezogen, dieselbe Masisenwirkurig
wie bei Fi,g. i. Blei diesem Massenersatz kann auch: die Modelilidämpfunig verkleinert
werdenl, wenn sie unter der Übersletzung il auf die Welle i wirkt, wie dies in Fig.2
gezeigt ist. Ferner ist noch in: Fig. 2 zwischen der Wellte i und dem Meßstab 9
eine Übersetzung i2 eingesetzt, die aus den Zahnrädern 1-5; undl 16 und. der Welle
17 besteht. Diese Übersetzung hat zur Folge, dlaß die Welle i sich um ,den i2 fachen
Betrag des Schiffsschlingerwinkells dreht, das, Schiffsmodell also die i2-fache
Bewegung des Schiffes aulsfüh@rt. Dazu ist nach: dein Schwingungsgesetzen. aber
auch dass i2-fache Mo, ment erforderlich, das an dem Meßstab 9 (Fig. 2) nochmals
i2-fach: übersetzt gemessen. wird. Ist i2 groß g; nug, so, werden auch bei kleinsten
Schiffsschwingungen noch gut feststellbare. MS Werte an dem Meßstab 9 bestimm, werdien@
können. Die Meßgenauigkeiit dies Gerätes wird. durch diese Maßnahme erheblich gesteigert.
Das durch den( Meßstab:9 (Fi.2) übertragene Drehmoment 37,n, multipliziert; mit
i i2 und dem Quotienten aus dem Trägheitsmomenten: von Schiff und Modell, bezogen
auf die Welle i, ergibt den Effektivwert des Schiffsmomentes Ms.
In Fig: 2 m@uß die gesamte Lagerung der Wellten horizontfest stein. Es mlüßte alsobeim
Einbau dieses Gerätes in! das Schiff wieder ein hori:zontiertier Rahmen -geschaffen
werden;, an dem die Torsiionsfeder 3i, der Dämpferflügel 7 sowie alle Wellenhager
befestigt sind. Dieser Umstand kann noch durch eine weitere Überlegung umgangene
werden. Nach Fig. :2 wird, :der Schliingerwinkel des Schifes 5. über dien Meßs,ta:b
9 in, das. horizontfeste Gerät hdnieingedlreht. Unter Berücksichtigung der übersetzungen
il und i2 macht die Modellmasse das il . i2 -fache des Schlin!gerwinkele. Dreht
man die BewegungsverhältnIsse um, :d. h. macht man das linke Ende des Meß,stabes
9 horizontfest, und verbindet den bisher horizontierten Rahmen q. nach Fi:g.
3, nun mit dem Schliff, so wird die Masisa 2 um den (il . i2-i)-fachen Betrag
des Schllinbierwinkells gedireht, während Modelldämpfung und, Rückstelillkra,ft
der Feder 3 dem il - i2 und i2 fachen Wert dies Schlingerwinkelis entisprechen.
Hierbei entsteht also bei der Messung von MS ein Fehler, der jedoch um so, kleiner
isst, je größer das Produkt il . i2 ist, und: der schließlich vernachlässigt
werden darf. Blei Fig. 3: ist also im Geigensatz zu Fig. i und.. 2 die Federung
undi die Dämpfung der Mädcllmas,se 2 Schiffsfest, während der Meßstab 9 an die,
auf nicht gezeigte Weise h:orizontierte Welle 1.,8; gedcuppe@l:t- wird!, odier,
mit andienen Wortetui, in, das schiffsfest gelagerte Gerät wird über die Welle i$
dien auf irgendeine Weisse gemessene Sclrlinlger@w-i.nlc,el eingeführt. Das somit
entstandene Gerät braucht, bezogen auf die Massendrehachse, entgegen Fig. i nicht
mehr parallel der Schiffsschlingerachse aufgestellt ,u werden. Es wird sogar vorzugsweise
in irgendeine andere Lage zum Schiff gebiracht, etwa, wie in Fig..t und 5;, wodurch
der vorerwähntie kleine Fehler absolut zu Null wird. Die nach Fig. 3; beschriebene
Bauart -des Geräties wrdi den weiterem Ausführungen zugrunde gelegt.
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Das: in Fi,g: 3 gezeigte Gerät ist infolge der aufsschldeß ii:chen
Verwendung von Torsfonsstäben zu Eibme:nschlwingungan geneigt. Der Melßstub 9 wird
deshalb zweckmäßig diurch ein. hydraulisches Meßsyslterr. ersetzt, da die Tankpumpe
auch. hydraulisch gesteuert wird und, die Meßwertübertra,gung und -verstärkung am
besten hydraulisch geschieht.
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In Filg. 4: isst eine, vollständige hydraulische Schlingerdämpfungsunluge
gezeigt. Hier stelle i9 ein etwa ins der Schliinge,rachse dies Schiffers aufgehängtes
Pendel d!ar, das den Schliinlge.rwinkel mi:ßt und dia.s: ebensogu.t durch einten.
Kreisel ersetzt werden, kanin. Über den Hebel 20 wird: der Schldn:gerwinkel
auf dien. Steuerstift 21 übertragen, der hydraulisch den im Gehäuse z -g-
reibungsfrei gehenden und diurch. die Feder 23 bel-asteteni Kolben -q, nachisteuert.
Diese Naschsteuerung gehst so vor sich:, d@aß das von der ölpumpe 25 geschaffene
Drucköd. über die Blendre 26 in den, Raum 27 dies Gehäuses: 22 eintritt und; den
Kolben, 24 so: weit nach unten drückt, d:aß das durch die Blende :26 strömende Öl
durch Jiie 2!8- des Kolibens 24 abfließen kann. Diese Bohrung wird durch den Steuerstift
21 verdeckt. Geht derselbe nach unten, so wird der Ausfluß :durch die Bohrung 28
gedrosselt, womit :eine Drucksteigierung im Raum 27 ve:rbulndien ist, als deren
Follge der feiderbelas.tete Kolben 2d. ebenfalls nach unten: geht. Findet eine Au:fwärtsdrewlegung
des Steuerstiftes 21 statt; so tritt der umgekehrte Vorgang ein. Der Kalben 24.
folgt auf diese Weise jeder Bewegung des Steue:rsti,ftes 21, , ohne dla.ß an letzterem
von seiten des Pendels, einte spürbare Kraft aufzubringen isst. Sofern aller Kolben
24 keinerlei Reibung besitzt, ist der Druck im Raum 27 proportional dien Kraft der
Feder 23 und somit auch der Stellung dies Kolbens 214 und, der dies Pendels i9.
Der so in Druck umgesetzte Schlingerwinihel wird: durch, diie Leitung 29 dem Raum
3,0 eines G,ehäu,ses 3.1 zugeführt. Ins letzterem gleitet ein durch die Feder 32
belasteter Kolben 33, welcher ebenfalls keinerlei Reibung an der Zylinderwand aufweist.
Es ist deshalb die Bewegung dies Kolbens 33, auch proportional dem Schlinigerwinikel.
Außerdem befindet sich in dem Gehäuise 31 en weiterier Kolben 3d., der durch den
Differenzdruck der beiden Druckräume 35 und 36 axial bewegt wird!. Dem Raum 35,
dessen Druckfläche zu der des Raumes 3,6 im Verhältnis i : 2
steht,
wü@d durch die Leitunig=317 Öl von konstantem Druck zugeführt. Der Raum 36 ist durch
die Blende 318_ an die Druckquelle. angeschlossen. Der Abfluß des durch die Blende
38 zuströmienden Öls ges:chicht durch die Bohrung 39 und wird an deren Ende durch
den Kolben 3131 in: ähugcher Weise reguliert, wie bereits beim Steuerstift 21 und
Kolben 24 bzw. dessen Bohrung 28 beschrieben. Auf diese Art wird der Kolbeh 314
vorn Kolben 33 .axial nachgesteuert. W ähren6 der Kolben 3>3i keine Kraft
abfzu#ge!ben in der Lage ist, können durch: die: hydrasulische Venstärkung von...dem
Kodbenr34 wesentliche Kräfte- ausgeübt werden. Der Kolben 314 ist über den Hebel
410; mit der Welle z des bmibD an Hand von Fing. 2: und 3 beschriebenen Schiffsmodells
verbunden. Es wird also die Bewegung des Pendds, i9 in der beschriebenen: Art auf
dass. Schiffsmodell Übertragen, wobei dler Kolbem 341 als, Kraftverstärl<:er
dient. Hierbei muß bemerkt werd, daß die, Zahnradübersetzung 15, 16 sowie
die Welle 17 (Fig. 3) eingespart werden können, weil die Übersetzung i2 durch die
Konstanten deir Federn 23, und 3[2; berücksichtigt werden kann:. Der in Eig.3 enthaltene
Meßstab 9 sowie die Anzeigevorrichtung i o und i i werden diurch ein; hydraulisches
Meßsystem ersetzt; das in den Kolben. 314 eingebaut ist und im wesentlichen aus
ldein Meßkolben 41z besteht, mit Hilfe dessen die zur Bewegung des Schiffsmodells
notwenidigen: Kräfte gemessen werden- können. Dies geschi,ehb auf die Weise, daß
sich der Meßkol#ben 4{1 auf eine in dem Mseßiraum 4:2 befindliches ölkissen abstützt.
Der Druck im Raum 42 ist älso@ propöe@ tional der zu messenden Kraft, d. h. dem
Schiffsmoment Ms. Die Torsionsfeder 3 wird dabei so vorgepannt, daß der ,durch dien
Meßkoliben 4ü festgestellte Meßidruck in diem ganzen Frequenzbereich positiv ist.
Zur Deckung der Ölverluste wird dien Raum 4;z sdurch die Blende 40; laufend Drucköd
zugeführt. Der Abfluß dies übenschüss,iarnen Öls wird durch -die Unterkante des:
M,eßkoilbenis, 4;1 auto#matisch reigwliert. Um evtl. Schwingungen des, Meßwertes
auszuschalten, ist zwischen dem Kolben 34 und dem Meßkolben -41 eine Dämpfung q4
eingebaut. Der Meßdruck kann an dien Anzeigar451 abgelesen wenden, welcher unmittelbar
auf Ms geeicht ist: Es sei noch bemerkt, daß der Meßwert 1N, bereits, aufs denn
Druckverlauf in Raum 36 abgeleitet wunden , könnte, stofern der Kolben 3!4 reibungsfrei
geht. In Raum 36 sind jedoch die Drüclzändeirüub-,en infolge der großen Kolbenfläche
sehr klein, so daß sie: für w,ibeire Steuerzwecke nicht geicignet sind. Außeirdem
besteht hier kleine Möglichkeit, zur Dämpfung der. Meßwertoberschwin:gungen.
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Mit .dem Momentenmeßgerät i-45 wird also das in: jedem Augenblick
auf das Schiff einwirkende Restmoment M, ohne zeitlnch.e Verzögerung gemessi"n,
Es. besteht nun, die Aufgabe, auf Grunid dies Messung im Schlingertank gleichzeitig
eine Wasserbewegung zu erzwingen, dis, das ursprüngliche Krängungamoment M, weitgehend
ausgleicht. Wie schon eingangs erwähnt; besteht die Beziehung Al, -I-
Ad t = i'Vla. Wird vom Tank ein Moment gefordert, sdas der Grö.ß.e nach gleich
dem gemessenen Restmoment ist, so ergibt sich nach obiger Gleichung Ms = Mt
- 1/2 ' Ma. Da .der Schlingerwinkel proportional dem erregenden, Moment
ist, so wird man unter solchen Verhältnisse n nur eine `Dämpfungswirkung von 5,,0
% erhalten, d. h. der Schlingerwinkel =des. gedämpften Schiffes zu dem des ungedämpften
verhält sich wie i : 2. Um eine gute Schlingerdämpfung oder ein kleines. Restmoment
Ms zu erhalten, muß deshalb ein um so größeres, Mt
ausgelöst werden; damit
die Momentengleichung befriedigt ist. Wählt man die in der Steuerung festgelegte
Beziehung zwischen Ms und Mt nach der Gleichung Iblt = h - MS, wobei
h eine Zahl größer als i ist, so. erhält man eine, um so bessere Dämpfungswiirkung,
je größer h gewählt wird. Die Eff#°lz.@iv werte, von Tank und Restmiomient in Abhängigkeit
von M« ergeben. sich unter dieser Annahme zu
Hierbei verhält sich der Schlngerwnkel des gedämpften zu dem dies un,gedämpsften
Schiffes wie 1 . (1 -f- h).
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Um mit dem gemessenen MS Weint einen gewissen zeitlichen Verlauf des
Tankmomentes Mt, welcher der Spiegelbewegung im Tank annähernd proportional isst,
zu erzwingen, kann: auf zweiterlei Arten verfahren werden. Die erste Methode besteht
in einer diirekten Tanlzflüssigkeitssteuerungg, bei der ein bestimmter Verlauf
von Mt, Vh. der Spiegelbewegung der Pumpe kommandiert und von letzberer automatisch
nachgesteuert wird. Diese Steuerungsart ist in Fig. 4 dargestellt. Hierbei stellt
46 den im Verbindungskanal 47 der Tanks 48 und 49 eingebauten Propeller dar. Die
eingangs erwähnte Luftausgleichileitung der Tanks ist mit 5!0 bezeichnet. Der Propeller
4,6 wird über die Welle 5,1 und die Zahnräder 5I2 und 513, von. einem Elektromotor
541 mit konstanter Drehzahl. betrieben: Die Welle 51 ist in ihrem Mittelstück so
erweitert, daß in ihrem Innfern; ein Differentialkolben 5;5, Platz findet, der ,durch
den Differenzdruck der Druckräume:56 und 57 axial verschoben wird. Mist dem Kolben,
35, verbunden isst die in der Hohlwelle 51 liegende Versroellstange 5(8, -über welche
nach Art einer Verstellschraubie die Flügel des Propellers 46 zwis:chenf zwei Endstellungen,
die durch dien Hub des Kolbens 5,5 gegeben sind, beliebig verdreht werden können.
Dadurch wird je nach der Flügelstellung eine Flüssigkeftsfürderung nach der einen
oder anderen Seite eintreten. Die Zufuhr des Drucköls zu Eden Räumen: 56 und 57
geschieht über Ringkanäle an dem Lagerig,häuse 59 sowie durch Bohrungen an dem Zylinder
der Welle 51. Der Raum 56 isst unmittelbar durch die Leitung 6o an die Druckquelle
angeschloseen, während der Druck im Raum 5i7" dessen Fläche doppelt: so, groß wie.
die dies Raumes 516 ist, übler dien in dem Steuergehäuse 61 befindlichen Steuerschieber
62 reguliert wird. Geht der Steuerkolben 6a nach oben, so tritt durch
die
Leitung 63, eine. Entlastung des Druckes in den Raum 5,7 ein. Die Folge davon
ist., daß der Kolben 55 sich nach rechts bewegt. Geht der Steuerkolben
62 nach unten, so kann Drucköl in den Rauar 57 einströmen:, womit der umgekehrte
Vorgang eine geleitet wird. Um die Spiegelbewegung im Tank steuern zu können, ist
es notwendig, d@.aß der au!genblickliche Flüssi:gke:itsstand in einem der Tanks
gemessen wird. Dies kann entweder durch einen Schwimmer oder ,durch Messung der
statischen Druckhöhe im Tank geschehen,. In: der Figur ist letztere Möglichkeit
schematisch dargestellt, lindem der an der seitlichen Bohrung 64 des Tanks 49 geinessene
Druck durch: die Leitung 65. einer ans Kolben 66 und Feder 67 bestehenden Druckmeßdiose
zugeführt wird:. Jeder Spiegelstellung im Tanlc d;9 entspricht eine ganz bestimmte
axiale Stellung dies Kolbens 66. Der an dem 1Zeßw.ertan!zei:ger :45i festgeatel:lte!
Meßd':ruck wird durch die Leitung 68 in die Steuerung eingeführt: und wirkt auf
den mit der Fedeir 69 belasteten Kodiben 70. Letzterer vollführt also, Bewegungen,
die :dien Restmoment MS proportional sind. Durch: Vergleich der beiden Kolben, stel:lungen
66 und 7i0, werden mittels der Steuersta.nae 71 und dem Schieber 62 der Pumpe
die notwendigen: Impulse erteilt, welche die gewünschte Tankflüssi:gkeitsbewegung
herbeiführen. Dieser Vorgang läßt sich zeitlich auseinandergezogen etwa f-o:lglen,dermia,ß:en
darstellen: Von einem gewissen Beharrungszustand ausgehend trete einte Änderung
des Restmomentes MS ein. Damit isst auch eine St;l1un!gsänderung des Kolbens
70, verbunden" der, da d!er Kolben 66 zunächst noch stillsteht, eine gleichz:eitige
Verschiebung des Steuerschiebers 62 bewirkt. Mit diesem Vorgang werden über die
blhyd!raulik die Propellerflügel so, verstellt, daß eine sofortige Flüssigkeit!s,föirderung
nach der gewünschten Seite einsetzt. Es tritt eine Änderung der statischen, Druckhöhe
im Tank 4;9 ein, als deren Folgte der Kolben 66 in .der Druckmeßdose sich axial--entgegen
der Bewegung des Kolbens 7o bewegt und: dadurch dien Steuerschieber 62, wieder
in seine! Schließstellung zurückführt. In diesem Augenblick ist auch der verlangte
Spiegelunterschied in den Tandes erreicht. Durch richtige Beme@ssung der einzelnen
Organe kann erzielt werden:, daß der ganze Steuerungsvorganig k ontinu:ieirliich
und ohne wesentliche zeitliche Verzögerung erfolgt. Jeder durch ,die Leitung 68eingeführte
MS Verlauf löst dann den dazu proportionalen Mt Verlauf aus. Eventuelle Oberschwingungen
bei. dieser Tankflüssigkeitssteuerung können durch geeignete Dämpfun!gseinrichtun!gen
beseitigt werden, wozu hauptsächlich :die Geschwindigkeit der Tankflüssigkeit neben
dem Kolben 66 in die Rückführung mit einzuführen ist. Da das Grundschema durch diese
M aßnahme j e!doch uniberührt bleibt, sei :darauf nicht näher eingegangen.
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Es muß bemerkt werden, daß Bier Schlingertank bei,dieser Steuerungsart
seine Schwingungsfreiheit verloren hat, denn; bei einer gewissen Stellung des Koliben!s
70 ist auch eine ganz bestimmte. unveränderliche Stellung des Tankspiegels festbelegt.
Das Schiff hat in diesem Fall nicht mehr den Charaktereines Do.ppelpendelsystems,
und das Schiffsmodell muß auf diie Schwingungseigenschaften des Schiffes mit festgelegter,
gewissermaßen -eingefrorener Tankflüssigkeit abgestimmt werden. Daraus ergibt sich
für den, Fall: der freien Eigenschwingung ein grundsätzlicher Nachteil dieser Methode,
insofern, als hierbei dias Momen!tenr aneßgerät leinen. Meßw-,ert abgibt. Die Tankflüssigkeit
bleibt dabei in, ihrer Mittellage festgehalten, und. die Ausschwingkurve dies Schiffes
verläuft genau so, wie; wenn überhaupt keine Schl!inagerdämpfungsanlaäg-e an; Bord
wäre. Es werden zwar die das Schiff aufschl ng ern!den Momente auch: im Resona.nz:ge-bet
sofort bekämpft, aber es- ist augenscheinlich, daß sehr stoßweise auf tretende Momente,
wie sie etwa bei Kriegsfahrzeugen häufig vorkommen, nicht resrälos unterdrückt werden!
können. Ein derart angestoßenes Schiff wird: eben! dann, in seiner Eigenperiode
ausschldnggern, und es ist gerade wieder bei Kriegsschiffen von; Vorteil, wenn,
d!ie Ausschl!ingerkurve möglichst kurz ist. Mang ist deshalb :dazu übergegangen,
wieder das System des Doppelpendels. zu schaffen, bei: dem die freie Eigenschwingung
bekanntlich wirksam gedämpft wird. Zu diesem Zweck rnuß der Schli.ngert!ank seine
ursprün!gl;iche Schwi.ngungsfrei.h!oi,t wieder erhalten, d.. h.,die Tankflüssigkeit
muß in der Lage sein, um die llIs entsprechende Spiegeleinstellung als jeweilige
Nullage nach zusätzliche Eigenschwingungen zu machen. Man; darf deshalb nicht den
Weg steuern, dien das schwinggende Me:d!ium ausführen soll (etwa. nach vorstehend
bieschrie:be:ner direkter Tankflüssigkeitsisteuerunig), :sondern muß die! Kraft
steuern, die mit dem gewünschten! Weg in einem ganz bestimmten Zusammenhang steht.
Wenn nämlich. ein Schwinger sich. unter einem bestimmten! Zwang bewegt, so@ bedeutet
dieser Zwang eigentlich nur die Verschiebung der jeweiligen Nullage. dies schwingenden,
Systems. Um diese momentanen Nullagen kann der Schwi:nser jederzeit freie Eigenschwingungen,
ausführen.
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In lern vorliegenden Fall ist die schwingungserregende Kraft dar AxiaIschub
dies Propellers.. Es besteht die Aufgabe, diesen so: zu steuern, daß die dem Restmoment
MS entsprechende Spiegelbewegung im Tand:. erzielt wird. Es muß also, der zu dieser
gewünschten: Sp@i,-"g-e bewe:gunig gehörende Verlauf des Axialschubes zuerst ermittelt
werden,. Hierzu benutzt man. ähnlich dem Schiffsmodell ein schwingungstechnisches
Abbild: des. Tanks., ein sog. Tankmodell-. Dasseibe ist von gleichem konstruktivem
Aufbau wie das Schiffsmodell, es besteht also wie letzteres aus einer Masse, der
zugehörigen Federung und der dein Schlingertan!k Dämpfurig. Diesem Modell wird nach
Art der, vorerwähnten Wegsteuerung wie bei der direkten Tankflüssigkei:tssteuerung
der gewünschte Verlauf von Mt aufgezwungen. Die dazu, notwendige Kraft wird
gemessen und, isst .ein Wert für dein Axialsch,ub., welchen die Pumpe zuir Erzeugung
von Mt benötigt. Als solcher wird er der Pumpe auch kommandiert.
Eine
Sch,lingerdämpfunigsanlage mit Axialsehnibsteu;erung ist in Fig.,5. ,dargestellt.
Hierbei sind die in Big. r b;is q: enthaltenen Bezeichnungen wieder verwendet. Neu
hinzugekommen ist, das welrches, ;da es dien; gleich :en( Aufbauwie das Schiffsmodelt
besitzt, dieselben. Bezeichnungen, jedoch mit dien Index a führt. Es sei noch bemerkte,
daß auch beim Tankmodell der Maseenersatz durch die Über-setzung il sowie
die Verfeinerung des Meßwertes durch die Übersetzung i2 herbeigeführt wird. Der
am Anzeiger 45 ermittelte MS Wert wird über die Leitung 68 in die Kammer 3o, eingeführt.
Er bewirkt dort; wie bereits beim Schiffsmodell beschrieben, die proportionale Nachsteuerung
des Tankmodells-. Die hierzu erforderliche: Kraft wird durch den Meßkolben 44, festgestellt
und kann an dem Anzeiger 45, abgelesen werden. Über die Leitung 686 wird sie als
Axialschub in die Pumpensteuerung eingeführt. Da in diesem Fall niichrt der Flüssdigkeitsspiegel
im Tank, sondiern,der Schub der Pumpe gesteuert wird, so. entfällt die nach Big.
q. beschriebene Messung der statischen Druckhöhe Are :deren. Stelle tritt düse Messung
dies Axialschubes der Pumpe,. Zu diesem Zweck wird das Spurlager der Welle 5ir,so;
abgeändert, daß der Schub durch die !beiden ölkisisen in, demi Räumren 72 und 73;
aufgenommen wird. Der aus! diesen Räumen abgeleitete Diffeirenzvdruck ist ein, Maß
für dien. Axialschu;b. Er wird ähnlich wie bei der direkten Tankflüssigkeitssteuerurig
zur Rückführung des, Steuerschiebers, 62
benutzt und wird zu diesem Zweck
durch die Leitung 74 lauf den Kolben 66 gegeben. Die Steuerung arbeitet irr: gleicher
Weise wie die vorstehend beschriebene Tankflüssügkeitssteuerung, müti dien Unterschied;
daß hierbei der Axialschwb der Pumpe kommandiert wird. Die zur Messung des Schubes
erforderlichen Druckräume 72 und 73 verhalten, sich @in ihren Druckflächen wie z
:2. Während der Raum 72 .durch die Leitung 6o konstanten Druck erhält, wind, der
Druck im Raum 7'3; unter Verwendung des Steuerschiebers, 715, durch die axiale Stellung
der Weltre selbst reguliert. Zu driesiem Zweck ist der Schieber 75, hydraulisch
dauernd I ini Fühlung mit dem Zylinder der Wedle 51 und macht jede kleinste axiale
Verschiebung diesselben mirt: Auf Grund dieser Axialbewegung wird der Öldruck in
der Rinigkammcr 76y die mit dem Raum: 7'31 über die Leitungen 74, und 77 verbnmden
is;t, so reguliert, daß er jodier axialen Vexschiebung .der Welle 5!r eritgegenwirlcb.
Der Druck im Rauen 73 isst eindirektes. Maß für den Axialschubder Pumpe. Die Vorrichtung
dient nicht nur zur Messung und Steuerung des Axialsrhubesy sondern: ersetzt auch
das Spurlager der Pumpe. Zum Tankmodell- ist noch: zu sagen, daß es., sofern Schiff
und Schlingertank. dieselbe Eigenperiode haben, vom Schiffsmodelt sieh nur in der
Einstellung der Dämpfung! 71
und 8 bzw. 7d und 8" unterscheidet. Dies vereinfacht
den Bau: der Schlinggerdämpfüfanlage wesentlich.
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Durch .die ;dem Tank gegebene Schwingungsfreiheit ist d !as Schiff
nun mit der Axialschubsteuerung wieder zum Doppelpendel geworden Man mühte also
.stareng genommen das, Schiffsmodell auch als Doppelpendel ausführen:, - d. h. die
Masse: 3, m@odel1-gerecht koppeln mit einem -zusätzlichen Schwingungsigebilde,dessen
Masse zu der des Scbüffsmodells sich verhält wie die des Flüssigkeitspendels zum
Schiff. Praktisch gleichen:. jedoch die Eigenschaften desi Doppelpendels Schifftank
sehr stark denen eines Schwingers mit großer Dämpfung. Bei der eingangs erwähnten
Aufspaltung des ursprünglieheniRes,onarizzurstanidiesr To in zwei neueRes-onanz`
lagen T1 und T2 erst nämlich eine, etwa T j, die Nebenschwingung, während T2 als.
ausgesprochene Hauptschwingung auftritt. Dies rührt davon; hier, weil 2n der Praxis
das Verhältnis von Masse des Schiffes zu der .des Schlingertanks sehr groß ist.
Es genügt also vollkommen dran Schiffsmodeln auf dien Resonanzzustand T2, der von
To kaum abweicht, einzustellen. Ferner muß beim Modell das Amplitudenverhältnis
der freien Schwingung, d. h. das Dämp;fum6-isglied: dem des: Doppelpenrdels Schifftank
entsprechen.
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Im Fall der freien Eigenschwingung entsteht auch bei der Schlinberdämpfungsanlage
nach Fig. 5 keine Meßwertänderung am Schiffsmoldel1: Es wird also das Tankmodell
stillstehen. und an der Pumpe leine Axialschubänderung veranlassen. Da die Tankflüssigkeit
jedoch frei schwingen kann, so wind nach Art der Frahmsrchen Scbllingertanks trotzdem
eine sehr wirksame Dämpfung der Schlingerbewegungen auftreten.
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Der Verhältniswert h zwischen Tank und Schiffsmom;ent kann sowohl
bei der Anlage nach Fig.
4. als auch nach Big. 5, an: den Federn 67 und 69 berücksichtigt werden. Man muß
im Interesse einer guten: Schlingerdämpfungsanläge bestrebt sein, h so groß
zu machen, als es die Empfindlichkeit der Geräte zur Messung des, Sch:linigerwinkells
gestattet.
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Es muß noch betont werden, d.aß die Anlage nach Fig. 4,durch die Vermeidung
des Tankmodells an sich die einfachere ist,. Sie wird deshalb für viele Schiff,
bei denen eine hochwertige Sehdingerdämpfung nicht erforderlich ist, genügen.
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B,ef der nach Big. 4 beschriebenen direkten,.Tankflüssigkeitssteuerung
ist in der Luftleitung 50r keine Drosselblende erforderlich. Auf diese kann jedoch
bei der Axialschuhsteuerung mach Big. 5 asicht verzichtet werden, da, wie schon
bei der Beschreibung des Frahmschen Schl-ing-ertank @s: erwähnt wurde, die Dämpfung
zwischen Flüssigkeitspendel und Schiff eine wesentliiche Rolle spielet. Die Drosselblende
ist in Fig. 5 mit 78 bezeichnet.
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Zur Vervollständigung der D-rucl<ölanl:a-,e nach: Fig. 4 und
-5; dienen noch das Dxuckregulierventil 79 sowie;der Ölfilter 8o, über den
die Pumpe 25 aus dem Ölraum 8z ansaugt.