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Steuereinrichtung für Schlingerdämpfungsanlagen Die Erfindung betrifft
die Schlingerdämpfung von Schiffen mittels schwerer Massen, die im Takte der Schiffsschwingungen
zwischen Backbord und Steuerbord hin und her bewegt werden. Vorzugsweise benutzt
man eine Flüssigkeit als Dämpfungsmasse, die zwischen an Backbord- und Steuerbordseite
vorgesehenen Tanks hin und her pendelt. Die wirkungsvollste Schlingerdämpfung wird
mit sogenannten aktivierten Schlingertankanlagen erreicht, bei denen die Flüssigkeitsbewegung
durch von außen, z. B. mittels einer Pumpe oder eines Gebläses, zugeführte Energie
künstlich verstärkt wird. Die folgenden Ausführungen beziehen sich deshalb in erster
Linie auf diesen praktisch wichtigsten Fall der aktivierten Tankstabilisierung.
Es ist bekannt, daß im Resonanzzustand der Schlingerbewegung, d. h. wenn Eigenschwingungen
des Schiffes vorliegen oder aber die Begegnungsperiode des schwingungsanfachenden
Seeganges mit der Schiffseigenperiode zusammenfällt und so resonanznahe erzwungene
Schiffsschwingungen erzeugt werden, eine Phasenverschiebung von etwa 9o° zwischen
Schiffsschwingungen und Tankflüssigkeitsbewegung vorhanden sein muß, um die günstigste
Abdämpfung der Schlingerbewegung zu erzielen. Mit zunehmender Periodendauer der
Schiffsschwingungen, also bei den langsamen erzwungenen Schwingungen, muß diese
Phasenverschiebung erhöht werden, im Grenzfalle bis auf z8o°. Umgekehrt erfordern
die kurzperiodischen erzwungenen Schiffsschwingungen mit einer Schwingungszeit
unterhalb
der Eigenschwingungszeit des Schiffes eine geringe Phasenverschiebung zwischen Schiff
und Tankflüssigkeit, deren Grenzwert hier bei o° liegt. Erst wenn diese zu fordernden
Phasenbedingungen erfüllt sind, ist das von der dämpfenden Tankflüssigkeit hervorgerufene
Moment in jedem Phasenzeitpunkt der Schwingung dem erregenden Wellenmoment genau
entgegengesetzt gerichtet, so daß das Optimum an Dämpfungswirkung erreicht wird.
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Die Verwirklichung dieses Steuergesetzes stößt auf Schwierigkeiten,
die in den Schwingungsgesetzmäßigkeiten begründet sind. Das Schiff als Resonator
vollführt Eigenschwingungen und erzwungene Schwingungen unter dem Einfluß des Wellenganges,
der als Erreger wirkt. Die Eigenperiode des Schiffes sei To, die jeweilige
Periodendauer des erregenden '\Vellenganges werde mit T bezeichnet. Dann liefert
die Theorie und die Beobachtung im Resonanzfalle
für die natürliche Phasenverschiebung zwischen Seegang und Schiff den Wert c@= po'.
während sich für die langsamen Schwingungen
eine natürliche Phasenverschiebung 99 <- 9o', im Grenzfalle o', ergibt, und bei
den schnellen Schwingungen
' wird und gegen 18o' konvergiert. Dieser Verlauf der natürlichen Phasenverschiebung
zwischen Seegang und Schiff ist nun grundsätzlich der gleiche wie bei der natürlichen
Phasenverschiebung zwischen Schiff und Tankflüssigkeit. Er ist also genau entgegengesetzt
dem oben geforderten Verlauf der Phasenverschiebung zwischen Schiff und Tankflüssigkeit.
In diesem Gegensatz ist es bekanntlich begründet, daß der natürlich schwingende
Schlingertank nur im Resonanzfalle befriedigende Dämpfungswirkungen erbringt, oberhalb
und unterhalb der Resonanz in Form der aufgespaltenen Resonanzen zu Aufschaukelerscheinungen
führt, besonders im schwach gedämpften Zustand.
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Die die Bewegung der Tankflüssigkeit und insbesondere den Richtungswechsel
steuernden Umschaltkommandos gesteuerter bzw. aktivierter Schlingertanks werden
von in einem Steuergerät zusammengefaßten sogenannten Phasenreglern oder Integratoren
gegeben. Ein Phasenregler ist ein entsprechend den Schiffsschwingungen angetriebenes
schwingungsfähiges Gebilde, das ein elastisches Glied und ein Dämpfungsglied enthält.
Man hat vorgeschlagen, die Phasenlage der Umschaltkommandos durch Dämpfungsregulierung
am Phasenregler zu beeinflussen. Diese Maßnahme kann wegen der eben aufgezeigten
Gesetzmäßigkeiten ohne weiteres nicht zum Erfolg führen. Vielmehr sind «eitere Überlegungen
und genauere Einsichten in den Schwingungsverlauf der verschiedenen Schwingungssysteme
(Seegang, Schiff, Tankflüssigkeit, Phasenregler) erforderlich und danach die Maßnahmen
zu treffen. Bisher ist es noch nicht gelungen, durch Dämpfungsänderung am Phasenregler
die gewünschte kontinuierliche Phasensteuerung zwischen o und i8o', insbesondere
im richtigen Sinne, zu erhalten. Es wurde daher ein anderer Lösungsweg beschritten
durch die Hinzufügung von sogenannten Phasenwählern, deren Aufgabe es ist, das Steuergerät
zwischen verschiedenen Arbeitsweisen umzuschalten, die dem jeweils vorliegenden
Schwingungszustande des Schiffes Rechnung tragen. Die Phasenwähler können als Periodenmeßgerät
ausgebildet sein, die die jeweilige Periodendauer der Schiffsschwingungen zur Schiffseigenperiode
in Vergleich setzen und bei Erreichen von bestimmten Grenzwerten Steuerimpulse auslösen
zur Umschaltung des Steuergerätes. Nach einem anderen Vorschlag werden diese Steuer-Impulse
aus der Schlingerwinkelgeschwindigkeit abgeleitet. Diese Art der Phasensteuerung
ist also diskontinuierlich. Meist werden nur zwei Schwingungszustände richtig erfaßt,
nämlich der Resonanzzustand und die langen erzwungenen Schwingungen oberhalb einer
bestimmten Periodenlänge. Diese :Maßnahmen sind in vielen Fällen ungenügend, besonders
wenn sich die Phasenlagen zwischen Seegang und Schiffsschlingerbewegung ständig
ändern, wie z. B. bei Schwebungen der Schlingerbewegung.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die vollkommen kontinuierliche Steuerung
der Phasenlage der Umschaltkommandos in den Grenzen zwischen o und z8o°. Ausgangspunkt
der Erfindung ist ein an sich bekanntes Steuergerät für Schlingerdämpfungsanlagen,
bei dem die Steuerkommandos aus der gegenseitigen Bewegung zweier entsprechend den
Schiffsschwingungen angetriebener, verschieden stark gedämpfter Phasenregler abgeleitet
werden, deren Dämpfung in Abhängigkeit von der Periodenlänge der Schiffsschwingungen
geändert wird; das wesentliche Kennzeichen besteht darin, daß die Dämpfung bei beiden
Phasenreglern jeweils mit zunehmender Periodenlänge verstärkt, mit abnehmender Periodenlänge
geschwächt wird.
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Die Überlegungen und Grundgedanken, auf denen die Erfindung aufbaut,
sowie zwei Ausführungsbeispiele von der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung sollen
an Hand der Figuren der Zeichnung ausführlich entwickelt und beschrieben werden.
Es zeigt Fig. i und 2 Diagramme zur Erläuterung des Erfindungsgedankens, Fig. 3
eine an sich bekannte Phasenregleranordnung mit den Kontakten für die Umschaltkommandos,
Fig. q. ein Ausführungsbeispiel mit hydraulischer Dämpfung, Fig.5 ein Ausführungsbeispiel
mit Wirbelstromdämpfung.
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Fig. i zeigt den Verlauf der Phasenverschiebung 9p zwischen Erreger,
z. B. Welle, und Resonator, z. B. Schiff, in Abhängigkeit von dem Periodenverhältnis
es ist T, die Eigenschwingungsdauer des Resonators und T die jeweilige Periodendauer
des Erregers. Die Kurven a und b beziehen sich auf die vom Seegang
erzwungenen Schlingerbewegungen des Schiffes, so daß To die Eigenschwingungsdauer
des Schiffes und T die Wellenperiode bedeutet. Die natürliche Phasenverschiebung
cp ändert sich, angefangen von den ganz langen erzwungenen Schwingungen, mit zunehmender
Frequenz, also abnehmender Schwingungsdauer, allmählich von o bis i8o'. Dem Schwingungsvorgang
nach Kurve a entspricht eine schwache, nach Kurve b eine stärkere Dämpfung des Schiffes.
Die
Kurven a und b zeigen, daß 99 nicht nur von dem Periodenverhältnis
sondern auch von derDämpfung abhängig ist. Nur im Resonanzfalle ist die Phasenverschiebung
die gleiche, unabhängig von der Dämpfung (g? = go°).
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Die gegensinnig zu a und b verlaufende Kurve c bezeichnet den nach
obigem für die vorteilhafteste Dämpfungswirkung zu fordernden Phasenverlauf zwischen
dem Schiff als Erreger und der Tankflüssigkeit als Resonator, der von dem Schiff
zu erzwungenen Schwingungen von der jeweiligen Frequenz der Schlingerbewegung erregt
wird, während andererseits der natürliche Verlauf von c gleichsinnig mit
a und b liegen würde. To bedeutet jetzt also die Eigenschwingungsperiode
der Tankflüssigkeitssäule und T die jeweilige Schiffsschwingungsperiode bzw. die
jeweilige Wellenperiode, da ja das Schiff erzwungene Schwingungen mit der Frequenz
des erregenden Seeganges ausführt. Hierbei wurde zugrunde gelegt, daß die Eigenschwingungen
von Schiff und Tankflüssigkeitssäule aufeinander abgestimmt, also gleich angenommen
sind, wie als zweckmäßig für Schlingertanks allgemein ausgeführt wird.
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Der die Tankflüssigkeitsbewegung steuernde Phasenregler ist ein Resonator,
der vom Schiff bzw. einem Schlingerwinkelzeiger zu erzwungenen Schwingungen erregt
wird. Für den Einfluß der Dämpfung auf die Phasenverschiebung zwischen Phasenregler
und Schiff sind grundsätzlich ebenfalls die Kurven a und b der Fig.
i maßgeblich, wobei To jetzt die Eigenschwingungsperiode des Phasenreglers bedeuten
würde. Mit einem auf die Schiffseigenfrequenz abgestimmten Phasenregler könnte man
hiernach bei entsprechender Dämpfungsregelung einen Phasenverschiebungsbereich von
o bis i8o° beherrschen, der jedoch entsprechend seinem natürlichen Verlauf die entgegengesetzte
Richtung aufweist, wie die sich auf das Schwingungssystem Schiff-Tankflüssigkeit
beziehende geforderte Kurve c, so daß das verlangte Steuergesetz mit einem solchen
Phasenregler nicht ohne weiteres zu verwirklichen ist. Hinzu kommt, daß der Phasenregler
praktisch immer eine sehr kleine Masse, also eine sehr große Eigenschwingungszahl
besitzt und somit immer Schwingungen ausführt, deren Frequenzen weit unterhalb seiner
Eigenfrequenz liegen. Die Kurve a bzw. b wird also niemals durchlaufen, sondern
man bleibt immer nur im unteren Anfangsgebiet, so daß sich also nur ein sehr kleiner
Phasenreglerbereich ergibt. Durch das Zusammenarbeiten zweier derartiger Regler
kann nun trotzdem die Aufgabe einer kontinuierlichen Phasensteuerung im Bereiche
von o bis 18o° erreicht werden, wenn erfindungsgemäß die Dämpfung bei beiden Phasenreglern,
aus deren gegenseitiger Bewegung also die Umschaltkommandos abgeleitet werden, mit
zunehmender Periodenlänge der Schiffsschwingungen verstärkt, mit abnehmender Periodenlänge
geschwächt wird.
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Bevor an Hand der Fig. 2 dieses neue Steuergesetz begründet wird,
soll die an sich bekannte Phasenregleranordnung in Fig.3 beschrieben werden. In
Fig. 3 ist im linken Teil und im rechten Teil je ein Phasenregler dargestellt. Die
Eingangswelle ii des linken Phasenreglers wird entsprechend den Schiffsschwingungen
angetrieben, z. B. vom Schlingerwinkelzeiger aus unter Zwischenschaltung einer Nachlaufeinrichtung.
15 ist die Ausgangswelle des Phasenreglers, mit der eine Dose 1q. fest verbunden
ist. Eingangswelle ii und Dose 14 sind über zwei Spiralfedern 12 und 13 miteinander
gekuppelt, von denen die eine rechtsgängig und die andere linksgängig ist. Auf diese
Weise wird die periodische Schiffsschwingung auf die Ausgangswelle 15 übertragen.
Die Phasenverschiebung der Ausgangswelle 15 gegenüber der Welle ii und damit auch
gegenüber der Schiffsschwingung ist praktisch nur von der Dämpfung dieses Schwingungsgebildes
abhängig, da seine Masse vernachlässigbar klein ist. Die Dämpfungseinrichtung ist
mit 16 bezeichnet. Der rechte Phasenregler ist zweckmäßig in gleicher Weise ausgebildet,
der Antrieb seiner Eingangswelle 17 kann von der Welle ii aus über Zahnradgetriebe
erfolgen. 18 ist die Ausgangswelle und ig die Dämpfungseinrichtung des zweiten Phasenreglers.
Um aus der Relativbewegung der beiden Phasenregler die Steuerkommandos ableiten
zu können, ist auf der Welle 15 eine Kontaktscheibe 20 mit zwei Kontaktsegmenten
21 und 22 vorgesehen. Dieser Kontaktscheibe ist ein Kontakthebel 23 zugeordnet,
der auf der Ausgangswelle 18 des zweiten Phasenreglers sitzt. Kontaktscheibe und
Kontakthebel bewegen sich zwar mit gleicher Frequenz, jedoch infolge der verschieden
eingestellten beiden Dämpfungen phasenverschoben und mit verschiedener Amplitude,
so daß während einer vollen Periode ein Überwechseln des Kontakthebels von Segment
21 zu Segment 22 und umgekehrt erfolgt. Beim jedesmaligen Umwechseln wird das Kommando
für die Umkehr der Tankflüssigkeitsbewegung gegeben.
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In Fig. 2 bezeichnet i den Verlauf des Schlingerwinkels in Abhängigkeit
von der Zeit. Die Schwingungsperiode T sei zunächst gleich der Schiffseigenschwingungsperiode
To. Die beiden Phasenregler, von denen der eine schwach, der andere stärker gedämpft
ist, seien so eingestellt, daß ihre Bewegungen nach den Kurven 3 und q. verlaufen.
Die Kurve 3 hat eine gewisse Phasenverschiebung gegenüber der Schiffsbewegung i
; da der zweite Phasenregler stärker gedämpft ist, hat die ihm zugeordnete Kurve
q. eine größere Phasenverschiebung und kleinere Amplitude. Der Schnittpunkt S34
der beiden Kurven 3 und q. bezeichnet den Zeitpunkt . des Überwechselns des Kontakthebels
23 vom einen Kontaktsegment zu dem anderen, d. h. das Umschaltkommando für die Bewegungsumkehr
der Tankflüssigkeit. Das Umschalten findet für den betrachteten Fall also gerade
dann statt, wenn das Schiff durch seine Nullage geht (Schnittpunkt der Kurve i mit
der Abszissenachse). Die Tankflüssigkeitsstanddifferenz zwischen Backbord-und Steuerbordtank
hat dann ihr Maximum erreicht, so daß die Tankflüssigkeitsbewegung mit der geforderten
go°-Phasenverschiebung zwischen Schiff und Tankflüssigkeit erfolgt. Als Bezugslinie
für die Phasenverschiebung werde die Ordinate P-p gewählt. Die Phasenverschiebung
zwischen dem Schnittpunkt S34 und dieser Ordinate ist mit 99, = go° eingetragen.
Vollführt
das Schiff schnelle, erzwungene Schwingungen, dann ist T gegenüber T6 kleiner.
Um dieselbe Fig. 2 benutzen zu können, werde jetzt ein Maßstabswechsel vorgenommen,
so daß T jetzt eine Schwingungsperiode bedeutet, die kleiner als To ist. Die Phasenverschiebung
der beiden Phasenregler mit Bezug auf die Schlingerkurve i sollte an sich mit abnehmender
Periodenlänge größer werden. Wie oben erwähnt, ist jedoch die Masse der Phasenregler
so klein, daß die Phasenverschiebung im wesentlichen nur durch die Stärke der Dämpfung
bedingt ist und die auf die Periodenänderungzurückzuführende Phasenverschiebung
vernachlässigt werden kann. Gemäß der Erfindung wird die Dämpfung der beiden Phasenregler
mit abnehmender Periodenlänge der Schiffsschwingungen verkleinert, so daß also die
Phasenverschiebung zwischen Schiff und Phasenregler kleiner wird. Ebenfalls werden
die Amplituden der Phasenregler durch die Dämpfung beeinflußt, und zwar werden diese
natürlich bei geringer werdender Dämpfung größer. Beide Maßnahmen haben zur Folge,
daß die Bewegungen der beiden Phasenregler jetzt nach den Kurven 2 und 3 verlaufen,
und zwar bezieht sich 2 auf den schwach gedämpften und 3 auf den stark gedämpften
Phasenregler. Diese beiden Kurven ergeben den Schnittpunkt S23, dem eine Phasenverschiebung
des Umschaltzeitpunktes von p2 < go° entspricht. In Übereinstimmung mit Kurve
c der Fig. i ist also die Phasenverschiebung zwischen Tankflüssigkeit und Schiff
in dem hier betrachteten Fall abnehmender Periodenlänge tatsächlich kleiner geworden,
das Umschaltkommando ist früher gelegt. Geht die Periodenlänge noch mehr zurück,
dann werden die Dämpfungen der beiden Phasenregler abermals verkleinert. Die Bewegungskurve
des schwach gedämpften Phasenreglers mag nun mit der Schlingerwinkelkurve i zusammenfallen,
während die Schwingungen des stark gedämpften Phasenreglers nach Kurve 2 verlaufen
mögen. Es ergibt sich der Schnittpunkt S12, der gegenüber der Bezugslinie P-p eine
noch geringere Phasenverschiebung hat. Man erkennt, daß die gleichmäßige Verringerung
der Dämpfung bei beiden Phasenreglern eine entsprechend gleichmäßige Verlagerung
der Kommandos gegen ip = o zur Folge hat.
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Bei langsamen Schwingungen, deren Periodenlänge T > To ist, soll gemäß
der Erfindung die Dämpfung bei beiden Phasenreglern verstärkt werden. Die Bewegungskurven
der Phasenregler weisen also eine zunehmende Phasenverschiebung auf, und ihre Amplituden
werden kleiner. Die Kurven q. und 5 für den schwach bzw. stark gedämpften Phasenregler
ergeben den Schnittpunkt S,15 mit einer Phasenverschiebung des Umschaltkommandos
T.3 > go°, das also entsprechend später erfolgt. Wird die Periodenlänge noch größer
(man denke sich in Fig. 2 immer einen Maßstabswechsel auf der Abszissenachse vorgenommen),
dann verlaufen die Bewegungen der beiden Phasenregler nach den Kurven 5 und 6 mit
dem Schnittpunkt S56. Die Phasenverschiebung wird also in Richtung auf den Grenzwert
(p = i8o° hin vergrößert in Übereinstimmung mit Kurve c der Fig. i. Möglicherweise
wird man durch die alleinige Dämpfungsregulierung nicht ganz an die Grenzpunkte
p = o° und p = i8o° herankommen. Es ist jedoch weiter zu beachten, daß der Steuervorgang
nach dem Umschaltkommando erst mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung einsetzt,
die durch die mechanische Trägheit bedingt ist. Das hat zur Folge, daß die effektiven
Phasenverschiebungen für jeden Schwingungszustand etwas größer als in Fig. 2 eingezeichnet
ausfallen, was für die richtige Kommandogabe durch entsprechende Dämpfungsänderungen
zu berücksichtigen ist. Dieser Umstand hat für die schnellen Schwingungen eine geringe
Verschlechterung zur Folge, da es hier noch schwieriger sein wird, den Grenzpunkt
p = o zu erreichen. Das ist jedoch praktisch bedeutungslos, da bei den schnellen
Schwingungen die Phasenlage nicht von so großer Wichtigkeit ist; es ist hier vielmehr
immer völlig ausreichend, wenn die Phase nur im richtigen Bereiche, d. h. zwischen
o und go° liegt. Von entscheidender Bedeutung für die Bekämpfung der langsamen Schwingung
ist es jedoch, daß hier eine wirksame Verzögerung des Umschaltkommandos in Richtung
auf p = i8o° stattfindet. Dieser Zweck wird durch die zusätzliche mechanische Verzögerung
aber nur noch vollkommener erreicht, so daß tatsächlich Phasenverschiebungen bis
18o° erreichbar sind.
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Bei Schwingungen des Schiffes um seine Horizontallage findet die von
den Kontakten der Phasenregler ausgelöste Bewegungsumkehr jedesmal nach 18o° einer
vollen Schwingung statt; dem Schnittpunkt S12 entspricht der Schnittpunkt Slz ,
dem Schnittpunkt S23 der Schnittpunkt S23' usf. Zwischen den Antriebsbewegungen
der Eingangswellen ii und 17 (Fig. 3) Z d r beiden Phasenregler kann in bekannter
Weise eine bersetzung von vorzugsweise i : 1,2 vorgesehen sein. Dies hat bei Schwingungen
des Schiffes um eine statische Schräglage eine verschieden starke horizontale Verschiebung
der Abszissenachse in Fig. 2 in bezug auf die Kurven des schwach gedämpften Phasenreglers
einerseits und des stark gedämpften Phasenreglers andererseits zur Folge, so daß
die Tankflüssigkeit jeweils etwas länger zur hohen Seite als zur tiefliegenden Seite
gefördert wird und somit gleichzeitig eine Bekämpfung der statischen Schräglage
stattfindet.
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Den Aufbau einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung, die in Fig.3
nur schematisch mit 16 bzw. ig angedeutet ist, zeigt Fig. q., und zwar ist bei diesem
Ausführungsbeispiel hydraulische Dämpfung vermittels einer veränderlich einstellbaren
Drosselstelle vorgesehen. Die Teile 1q. und 15 bezeichnen in Übereinstimmung mit
Fig. 3 die Federdose und die Ausgangswelle eines der beiden Phasenregler. An der
Federdose 1q. greifen, diametral gegenüberliegend, zwei Hebelarme 24 und 25 an,
an die die Kolbenstangen 26 und 27 zweier Dämpfungskoiben 28 und 29 angelenkt sind.
Die zugehörigen Zylinder 30 und 31 sind durch die Rohrleitung 32 miteinander verbunden,
in der ein Steuerschieber 35 vorgesehen ist. Zu dem Steuerschieber 35 liegt parallel
ein Umführungskanal 33 mit einer Drosselklappe 3q., die von Hand fest j einstellbar
ist. Der Steuerschieber 35 wirkt ebenfalls
als Drosselorgan und
wird von einem Arbeitskolben 36 bewegt. Zu beiden Seiten des Kolbens 36 sind im
Arbeitszylinder 37 die beiden Federn 38 und 39 angeordnet, die den Kolben in seiner
gezeichneten Mittelstellung zu halten suchen. Neben den Dämpfungszylindern 30 und
31 sind kleinere Steuerzylinder 4o und 41 vorgesehen, in denen sich die Kolben 42
und 43 bewegen, die über die Stangen 44 und 45 ebenfalls an die Hebelarme 24 und
25 angelenkt sind. In der Verbindungsleitung 46 zwischen den Steuerzylindern 40
und 4= befindet sich eine von Hand einstellbare Drosselklappe 47. Der Arbeitszylinder
37 ist oberhalb und unterhalb seines Kolbens über die Leitungen 48 und 49 an die
Steuerzylinder angeschlossen, derart, daß Drosselklappe 47 und Arbeitszylinder 37
in der Verbindungsleitung 46 parallel liegen. Die Zylinder und Verbindungsleitungen
sind mit Öl oder einer anderen Dämpfungsflüssigkeit gefüllt.
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Bei den periodischen Bewegungen der Eingangswelle ix des Phasenreglers
wird die Federdose 14 und die Ausgangswelle =5 gedämpft mitgenommen. Die Dämpfung
ist am Drosselorgan 34 von Hand einstellbar und bewirkt eine Phasenverschiebung
der Ausgangsbewegung gegenüber der Eingangsbewegung. Die Steuerzylinder 40, 4= mögen
gegenüber den Zylindern 30, 31 so klein sein, daß ihre Dämpfungswirkung vernachlässigt
werden kann. Bei den periodischen Bewegungen der Dämpfungskolben 28 und 29 entstehen
in den Steuerzylindern 40 und 41 periodisch wechselnde Drücke, und zwar ist die
Druckzunahme in dem einen Zylinder mit einer Druckabnahme in dem anderen Zylinder
verbunden. Der Druckausgleich kann durch Verstellen des Drosselorgans 47 geregelt
werden.
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Die in den kleinen Steuerzylindern auftretenden Wechseldrücke wirken
auf den Arbeitskolben 36 ein und bewegen diesen periodisch unter Überwindung der
entgegenwirkenden Kräfte der Federn 38 und 39. Der Steuerschieber 35 wird also periodisch
mehr oder weniger geöffnet und geschlossen und dadurch der Dämpfungsgrad beeinflußt.
Die Dämpfungseinrichtung wird nun durch zusätzliche Einregulierung der festen Einstellung
der Drosselklappen 34 und 47 so eingeregelt, daß beim Zusammenwirken zweier Phasenregler
nach Fig. 3 mit Dämpfungseinrichtungen nach Fig.4 im Resonanzzustand der Schlingerbewegung
die von der Kontakteinrichtung der Phasenregler gegebenen Umschaltkommandos die
erforderliche 9o°-Phasenlage zum Schlingerwinkel haben. Die Dämpfungskraft in den
Dämpfungszylindern 30 und 31 ist also einerseits durch das fest eingestellte
Drosselorgan 34, andererseits durch den sich periodisch und bei unveränderlicher
Resonanzschwingungsdauer mit unveränderlicher Amplitude bewegenden Steuerschieber
35 größenmäßig festgelegt.
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Während nun der fest eingestellte Drosselquerschnitt des Drosselorgans
34 unverändert bleibt, erfährt die Amplitude der periodischen Steuerschieberbewegung
selbsttätige Änderungen, sobald das Schiff Schlingerbewegungen außerhalb des Resonanzgebietes
ausführt, wie nachstehend ausgeführt ist. Bei gegenüber dem Resonanzzustand vergrößerten
Schwingungsdauern, also bei den langsamen Schwingungen, verringern sich gleichzeitig
die Druckunterschiede in den kleinen Steuerzylindern 40 und 41, so daß im Arbeitszylinder37
ebenfalls kleinere Drücke auftreten, die einen entsprechend kleinen periodischen
Verstellweg des Steuerschiebers 35 aus seiner gezeichneten, den Kanal 32 völlig
absperrenden Mittellage zurFolge haben. Infolgedessen wirkt sich die Drosselstelle
35 entsprechend kräftiger aus, und es tritt, obwohl die Periode an sich zugenommen
hat, eine entsprechend stärkere Dämpfung der Ausschläge des Phasenreglers auf. Die
an sich schwächer werdende Dämpfung der Steuerzylinder 40 und 41 ist gemäß dem oben
Gesagten einflußlos, da die Dämpfung bei der kleinen Zylinderbemessung vernachlässigbar
klein ist. Der erste Teil der erfindungsgemäßen Steuervorschrift, wonach die Dämpfung
der beiden Phasenregler mit zunehmender Periodenlänge verstärkt und somit das sich
ergebende Umschaltkommando relativ zur Schlingerbewegung des Schiffes später gelegt
werden soll, ist somit erfüllt.
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Nimmt die Periodendauer ab, befindet man sich also in bezug auf den
Resonanzzustand im Gebiet der schnellen Schwingungen, dann entstehen in den Zylindern
4o und 41 größere Druckunterschiede. Der Arbeitszylinder 37 ist also ebenfalls größeren
Drücken ausgesetzt, und der Steuerschieber 35 macht größere periodische Ausschläge
und gibt in der Leitung 32 einen größeren Durchströmungsquerschnitt frei. Seine
Dämpfungswirkung fällt entsprechend geringer aus, obwohl die Periode abgenommen
hat. Die Dämpfung der Kolben 28 und 29 wird verkleinert, und die Phasenverschiebungen
der Ausgangswellen der beiden Phasenregler gegenüber der Eingangswelle gehen zurück,
und somit wird auch das Umschaltkommando früher gelegt. Damit ist auch der zweite
Teil der Steuervorschrift erfüllt.
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Wie ersichtlich, macht die Erfindung bei derRegelung der Dämpfungswirkung
von dem Prinzip der Selbststeuerung Gebrauch. Um schädliche Rückwirkungen der Steuerzylinder
40 und 41 auf die eigentlichen Dämpfungszylinder 30 und 31 zu vermeiden,
sind die Kolben 42 und 43 klein ausgeführt, damit ihre Dämpfungswirkung gegenüber
der der Kolben 28 und 29 verschwindend klein ist. Diese Ausführung der sich selbststeuernden
Dämpfung hat noch den großen Vorteil, daß die Amplitude des Schwingungsvorganges
auf die Dämpfung keinen Einfluß hat, wie eine Überlegung zeigt. Wenn nämlich bei
gleichbleibender Periodendauer die Amplitude der Schlingerbewegung bzw. der Phasenreglerbewegung
zunimmt, dann steigen die Drücke in den Zylindern 40 und 41, die Ausschläge des
Steuerschiebers 35 nehmen entsprechend zu, und die Dämpfung der ebenfalls größere
Hübe ausführenden Kolben 28 und 29 bleibt die gleiche, d. h. die Phasenverschiebung
ist unabhängig von der Amplitude und nur abhängig von der Periodenlänge der Schwingungen
in dem angegebenen Sinne. Die Wirkung des Steuerschiebers 35 ist in weiten Grenzen
veränderlich, indem z. B. die Stärke der Federn 38, 39 und ihr Spannungsgesetz sowie
das Profil des Kolbens 35 usw. verschieden gewählt werden können.
Auf
der Ausgangswelle 15 des Phasenreglers sitzt, wie aus Fig. 3 erkennbar ist, die
Kontaktscheibe 2o. Die Dämpfungsvorrichtung i9 des zweiten Phasenreglers ist ebenso
wie an Hand von Fig. 4 Beschrieben ausgebildet. Die Ausgangswelle 18 des zweiten
Phasenreglers trägt den Kontakthebel23. Die Relativbewegung zwischen Kontaktscheibe
2o und Kontakthebel 23 verläuft nach dem oben Gesagten dann derart, daß beide Einzelbewegungen
mit zunehmender Periodenlänge stärker, mit abnehmender Periodenlänge schwächer gedämpft
werden, wie es die Erfindung vorschreibt.
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Ein Ausführungsbeispiel mit Wirbelstromdämpfung ist in Fig. 5 dargestellt.
Mit ii und 15 sind wiederum Eingangs- und Ausgangswelle eines Phasenreglers bezeichnet,
die über die Federdose 14 miteinander gekuppelt sind. Auf der Welle 15 sitzt der
Kurzschlußanker 50 einer Wirbelstrombremse, deren Feldwicklung 51 an ein
Gleichstromnetz 52 angeschlossen ist. Die Bewegung der Welle 15 treibt über ein
Zahnradvorgelege 53 eine kleine Steuerdynamo 54 an, die über die Feldwicklung 55
ebenfalls vom Netz 52 erregt wird. Die Spannung dieser Dynamo ist in Reihe geschaltet
mit der Erregerspannung der Wirbelstrombremse, jedoch wirken Netzspannung und Dynamospannung
gegensinnig, so daß die Differenz die wirksame Erregerspannung ist.
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Nimmt die Periodendauer des Phasenreglers zu, dann sinkt wegen der
langsameren Antriebsbewegung die Spannung der Dynamo 54, und die resultierende Spannung
der Erregung 51: steigt entsprechend. Infolgedessen nimmt die Wirbelstromdämpfung
des Ankers 50 zu und vergrößert die Phasenverschiebung zwischen den Wellen
ii und i5. Bei abnehmender Periodenlänge, d. h. -schnelleren Schwingungen, steigt
die Spannung der Dynamomaschine, die resultierende Spannung in der Erregerwicklung
5 1 wird kleiner, und die Dämpfungswirkung des Ankers 5o nimmt ebenfalls
ab, so daß die Phasenverschiebung zwischen den Wellen ir und 15 verkleinert wird.
Diese Wirkung der selbsttätigen Dämpfungsregelung kann dadurch verstärkt werden,
daß die Spannung der Dynamomaschine auch noch auf die Erregerwicklung 55 der Dynamo
geschaltet wird, j edoch jetzt im gleichen Sinne. Sowohl die Verstärkung wie auch
die Abschwächung der Wirbelstromdämpfung wird dadurch im jeweils richtigen Sinne
verbessert.
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Wie beim ersten Ausführungsbeispiel muß die Dynamo 54 in ihrer Dämpfungswirkung
klein sein gegenüber der Wirbelstromdämpfung. Auch hier ist die Amplitude des Schwingungsvorganges
ohne Einfluß auf die Dämpfungsregelung. Das gesamte Steuergerät ergibt sich durch
den Einbau der Dämpfungseinrichtung nach Fig. 5 in die Phasenregleranordnung ',
der Fig. 3, wo die Dämpfungsglieder nur schematisch angedeutet und mit 16 und ig
bezeichnet sind. Auf der Welle 15 der Fig. 5 wäre also die Kontaktscheibe 2o, auf
der Ausgangswelle des anderen analog der Fig. 5 ausgebildeten Dämpfungsgliedes der
Kontakthebel 23 vorzusehen.
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Die Steuerzylinder 40 und 41 bzw. die Steuerdynamo 54 erhalten in
den gezeigten Ausführungsbeispielen ihren Antrieb von den Ausgangswellen 15 und
1ß der Phasenregler. Ebensogut können sie von den Eingangswellen ii und 17 bzw.
vom Schlingerwinkel direkt betätigt werden, was den Vorteil hat, daß ihre Dämpfungswirkung
nicht auf die eigentliche Dämpfungseinrichtung 28, 29 bzw. 5o zusätzlich kommt und
somit ihre Bemessung beliebig groß gewählt werden kann. Ferner werden die Steuerwirkungen
kräftiger auf die Dämpfungsorgane ausgeübt, da sie ungedämpft erfolgen. Schließlich
kann ein einziges vom Schlingerwinkel betätigtes Steuerzylinderpaar bzw. eine einzige
Steuerdynamo zur Steuerung der Drosselstellen beider Phasenreglerdämpfer dienen,
wobei diese Steuereinrichtungen entsprechend kräftig auszubilden sind.
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Das neue Steuergerät kann auch zum Aufschlingern eines Schiffes benutzt
werden, was manchmal für Versuchs- und Übungszwecke ausgeführt wird. Hierzu werden
der schwach und der stark gedämpfte Phasenregler hinsichtlich ihrer Dämpfung vertauscht,
d. h. der bisher schwach gedämpfte Regler wird der stark gedämpfte, und umgekehrt.
Die Bekämpfung überlagerter Schräglagen bleibt dann vorzeichenmäßig richtig aufrechterhalten.
Die Umkehrung der Dämpfung erfolgt in bekannter Weise durch Verstellung der Drosselorgane
34 und 47 (Fig. 4) bzw. durch elektrische Regelung mittels Widerstände od. ä. im
Falle der Fig. 5.
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Die Erfindung ist in ihrer Anwendung nicht auf die aktivierten Tankanlagen
beschränkt, sondern überall da von Vorteil zu benutzen, wo sich schwere Massen,
aktiviert oder nur unter dem Einffuß der Schwerewirkung, periodisch im Takte der
Schiffsschwingungen hin und her bewegen.