DE950034C

DE950034C - Device for determining the center of gravity of a floating body, e.g. B. a ship

Info

Publication number: DE950034C
Application number: DES36261A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmuth Dos
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-11-12
Filing date: 1953-11-12
Publication date: 1956-10-04

Description

Einrichtung zur Ermittlung der Schwerpunktsachsen eines schwimmenden Körpers, z. B. eines Schiffes Die Ermittlung der Schwerpunktsachsen eines schwimmenden Körpers (Schiffes) begegnet einigen Schwierigkeiten und ist in der Regel nur durch einen zeitraubenden Versuch (Krängungs- und Trimmversuch) und nachfolgende umständliche Rechnung zu bewerkstelligen. Andererseits ist es für die Schiffsführung nach dem Beladen und vor Ausfahrt des Schiffes von größter Wichtigkeit, über die Schwerpunktslage orientiert zu sein, da von ihr die Stabilität des Schiffes in hohem Maße abhängig ist. Darüber hinaus ist die Überwachung der Schwerpunktslage aber auch nach der Ausfahrt aus den gleichen Gründen außerordentlich wichtig, da sie sich ja während der Fahrt infolge Brennstoffverbrauches u. dgl. und möglicherweise auch durch Verschiebung der Ladung dauernd ändert. Hierfür sind aber bisher überhaupt keine unmittelbaren Hilfsmittel vorhanden, und die Schiffsführung ist daher mehr oder weniger auf gefühlsmäßige Rückschlüsse aus dem Verhalten des Schiffes während der Fahrt angewiesen.Device for determining the center of gravity of a floating Body, e.g. B. a ship Determining the center of gravity of a floating one The body (ship) encounters some difficulties and is usually just through a time-consuming attempt (heeling and trimming attempt) and subsequent cumbersome To manage the invoice. On the other hand, it is for the ship's command after the When loading and before leaving the ship, it is extremely important to know about the center of gravity to be oriented, as the stability of the ship depends to a large extent on it is. In addition, the monitoring of the center of gravity is also possible after the Exit is extremely important for the same reasons as it is during the trip as a result of fuel consumption and the like and possibly also due to postponement the charge changes continuously. So far, however, there are no direct ones for this at all Aids are available, and the ship's command is therefore more or less emotional Conclusions based on the behavior of the ship during the voyage.

Gemäß der Erfindung wird diesem Übelstand dadurch abgeholfen, daß in einer Ebene parallel zu der durch den Schwerpunkt des Körpers gehenden Schwingebene mindestens drei in einem Vieleck zueinander und in ausreichendem Abstand von der voraussichtlichen Lage der Schwerpunktsachse ange- ordnete Meßpunkte vorhanden sind, deren Beschleunigungen bzw. Verzögerungen bei jeder Schwingung gemessen werden, wobei die Beschleunigungen bzw. According to the invention, this drawback is remedied in that in a plane parallel to the plane of oscillation going through the center of gravity of the body at least three in a polygon to each other and at a sufficient distance from the expected position of the center of gravity arranged measuring points are present, whose accelerations or decelerations are measured for each oscillation the accelerations resp.

Verzögerungen der Meßpunkte ein Maß für ihren Abstand von der Schwerpunktsachse sind.Delays in the measuring points are a measure of their distance from the center of gravity are.

Die Erfindung beruht auf der folgenden physika--lischen Überlegung: Betrachtet man beispielsweise die Schlingerbewegungen eines Schiffes, so geht die Achse der Schlingerschwingungen durch den Schwerpunkt des Schiffes. The invention is based on the following physical consideration: If you look at the rolling movements of a ship, for example, it works Axis of the rolling vibrations through the center of gravity of the ship.

Alle Punkte des Schiffes, die auf dieser Achse liegen, befinden sich also bezüglich der Schlingerbewegung des Schiffes in Ruhe. Die Geschwindigkeiten und ebenso die Beschleunigungen aller außerhalb dieser Achse liegenden Punkte dagegen sind in tangentialer Richtung in bezug auf die Achse während der Schlingerbewegung um so größer, je größer ihr Abstand von der Schlingerachse ist. Während nun die Geschwindigkeiten nur schwierig zu messen sind, da kein fester Bezugspunkt vorhanden ist, ist dies für die Beschleunigungen in verhältnismäßig einfacher Weise möglich.All points of the ship that lie on this axis are located so with regard to the swaying movement of the ship at rest. The speeds and also the accelerations of all points lying outside this axis against it are in the tangential direction with respect to the axis during the rolling motion the greater, the greater their distance from the roll axis. While now the Velocities are difficult to measure because there is no fixed reference point is, this is possible for the accelerations in a relatively simple manner.

In Fig. 1 sind die Beziehungen zwischen den gemessenen Beschleunigungen (oder Verzögerungen) verschiedener außerhalb der Schlinger- (Schwerpunkts-) Achse liegender Meßpunkte und ihrer Abstände von dieser Achse dargestellt. Es sind drei verschiedene Punkte A, B und C außerhalb der Schwerpunktsachse dargestellt. Ihre Abstände von S sind a, b und c. Da den drei Punkten im gleichen Zeitpunkt die gleiche Winkelbeschleunigung e erteilt wird, ist die tangentiale Beschleunigung für den Punkt A: ba = a für den Punkt B : bb = b e und für den Punkt C: bc=C zwei Demgemäß verhält sich ba : bb : be = a : b: c d. h., die Abstände der drei Punkte A, B und C von der Schwerpunktsachse S verhalten sich wie ihre tangentialen Beschleunigungen ba, bb und bc oder umgekehrt. In Fig. 1 are the relationships between the measured accelerations (or delays) various outside the roll (center of gravity) axis lying measuring points and their distances from this axis. There are three different points A, B and C shown outside the center of gravity axis. Her Distances from S are a, b and c. Because the three points are the same at the same time Angular acceleration e is given, is the tangential acceleration for the Point A: ba = a for point B: bb = b e and for point C: bc = C two accordingly behaves ba: bb: be = a: b: c d. i.e., the distances between the three points A, B and C from the center of gravity axis S behave like their tangential accelerations ba, bb and bc or vice versa.

Die Schwerpunktsachse S liegt auf dem gemeinsamen Schnittpunkt dreier Kreise, deren Radien a, b und c sich verhalten wie die Beschleunigungen ba, bb und bc.The center of gravity S lies on the common intersection of three Circles whose radii a, b and c behave like the accelerations ba, bb and bc.

Aus den vorstehenden Überlegungen geht hervor, daß zur Bestimmung der Schwerpunktsachse die Messung der Beschleunigung von drei Punkten bereits genügt. Es ist auch möglich, mehr als drei Punkte zu verwenden und z. B. noch einen vierten Meßpunkt D vorzusehen, dessen gemessene Beschleunigung b, dann ein Maß für den Abstand d dieses Punktes von der Schwerpunktsachse S ist. From the above considerations it can be seen that to determine the axis of the center of gravity, the measurement of the acceleration from three points is sufficient. It is also possible to use more than three points and e.g. B. a fourth Provide measuring point D, its measured acceleration b, then a measure of the distance d of this point is from the center of gravity axis S.

Man wird zweckmäßig die Meßpunkte in einem regelmäßigen Vieleck zueinander anordnen, vorzugsweise in einem gleichseitigen Dreieck oder in einem Quadrat. The measuring points are expediently arranged in a regular polygon to one another arrange, preferably in an equilateral triangle or in a square.

Die oben angestellten Überlegungen gelten streng genommen nur für den Fall, daß tatsächlich die tangentiale Beschleunigung (Verzögerung) der Meßpunkte in bezug auf die Schwerpunktsachse gemessen wird. Das wird jedoch in der Regel nicht der Fall sein. Strictly speaking, the above considerations only apply to the case that actually the tangential acceleration (deceleration) of the measuring points is measured with respect to the center of gravity axis. However, this will usually not be the case be the case.

Einerseits kann die Beschleunigung bzw. Verzögerung jeweils nur in einer bestimmten Richtung gemessen werden, und es ist unzweckmäßig und unbequem, diese Richtung während der Messung entsprechend zu verändern; andererseits ist ja die wirkliche Lage der Schwerpunktsachse nicht bekannt, sondern soll erst bestimmt werden. Man ordnet daher die ein regelmäßiges Vieleck, z. B. gleichseitiges Dreieck oder Quadrat bildenden Meßpunkte zweckmäßig so an, daß die Lage des Mittelpunktes des dem regelmäßigen Vieleck umbeschriebenen Kreises der mittleren Lage der Schwerpunktsachse, z. B. bei normaler Ladung des Schiffes, entspricht. Die wirkliche Lage der Schwerpunktsachse wird in der Regel davon verschieden sein.On the one hand, the acceleration or deceleration can only be in measured in a certain direction, and it is inconvenient and inconvenient to to change this direction accordingly during the measurement; on the other hand is yes the real position of the center of gravity is not known, but should first be determined will. One therefore assigns a regular polygon, e.g. B. equilateral triangle or square-forming measuring points expediently so that the position of the center of the circle circumscribed by the regular polygon of the middle position of the center of gravity axis, z. B. with normal cargo of the ship corresponds. The real position of the center of gravity will usually be different from this.

In Fig. 2 ist dieser Zustand dargestellt. Die Meßpunkte A, B und C sind in einem gleichseitigen Dreieck angeordnet. Der Radius des diesem Dreieck umbeschriebenen Kreises ist rO. Der Mittelpunkt 5 des Kreises fällt mit der mittleren Lage der Schwerpunktsachse zusammen. Die Lage der wirklichen Schwerpunktsachse sei durch S' bezeichnet, Man wird nun zweckmäßig die Beschleunigungen (Verzögerungen) der Punkte A, B und C in tangentialer Richtung zu dem umbeschriebenen Kreis messen. Ihre Größe ist in Fig. 2 durch die Strecken bat, bbt und bct dargestellt. Die Abstände von A, B und C von der wirklichen Schwerpunktsachse S' sind mit γa, γb und γc bezeichnet. Wie man erkennt, bilden sie Strecken AS ra, BS' = γb und CS' = re mit den Strecken AS, BS und CS, senkrecht zu denen die tangentialen Beschleunigungen gemessen wurden, die Winkel a, ß und γ. Daher sind die Beschleunigungen der Punkte A, B und C tangential zu der wirklichen Schwerpunktsachse S': b'nt = = γa cosα bbt b'bt = = γb und @@@ bct b'ct = = γc # # cosγ und die Abstände der Punkte A, B und C von der wirklichen Schwerpunktsachse S' verhalten sich wie bat bbt bct γa : γb : γc = : : cosα cosß cosγ In der Regel wird jedoch der Fehler, der dadurch entsteht, daß man bat cos a bbt b cos bt und bct = bct cosγ setzt, nur gering sein, da der Cosinus für kleine Winkel angenähert gleich I ist und erst bei Winkeln von 15° ein Fehler von etwa 3,5% entsteht. This state is shown in FIG. The measuring points A, B and C are arranged in an equilateral triangle. The radius of this triangle the circumscribed circle is rO. The center point 5 of the circle coincides with the middle one Position of the center of gravity together. Let the position of the real center of gravity be denoted by S ', one is now expediently the accelerations (decelerations) Measure points A, B and C in a tangential direction to the circumscribed circle. Their size is shown in Fig. 2 by the segments bat, bbt and bct. The distances of A, B and C from the real center of gravity S 'are with γa, γb and γc denotes. As can be seen, they form segments AS ra, BS '= γb and CS '= re with the lines AS, BS and CS, perpendicular to which the tangential lines Accelerations were measured, the angles α, β and γ. Hence the accelerations of points A, B and C tangential to the real center of gravity axis S ': b'nt = = γa cosα bbt b'bt = = γb and @@@ bct b'ct = = γc # # cosγ and the distances of the points A, B and C from the real center of gravity axis S 'behave like bat bbt bct γa: γb: γc =:: cosα cosß cosγ As a rule, however, the error that arises from bat cos a bbt b cos bt and bct = bct cosγ sets, only be small, since the cosine for small Angle is approximately equal to I and only at angles of 15 ° an error of about 3.5% arises.

Sind betriebsmäßig größere Abweichungen zu erwarten oder genügt die auf diese Weise erzielte Genauigkeit nicht, so müssen gegebenenfalls auch die Beschleunigungen in radialer Richtung bar, btr und bcr gemessen werden. Die Größe der korrigierten Beschleunigungen tangential zu S' ergibt sich dann zu: usf. oder (bat)2 bät + ba2r = r2a Diese Methode erfordert, wie ersichtlich, verhältnismäßig viel Aufwand und ist auch meßtechnisch unbequem. Weiter unten wird daher eine Methode vorgeschlagen werden, die keine Korrekturen erfordert und im Aufbau sowie meßtechnisch einfacher ist.If larger deviations are to be expected during operation or if the accuracy achieved in this way is not sufficient, the accelerations in the radial direction bar, btr and bcr may also have to be measured. The size of the corrected accelerations tangential to S 'then results from: etc. or (bat) 2 bät + ba2r = r2a As can be seen, this method requires a relatively large amount of effort and is also inconvenient in terms of measurement technology. A method will therefore be proposed below that does not require any corrections and is simpler in structure and in terms of measurement technology.

Die Beschleunigungen (Verzögerungen) an den Meßpunkten werden mit einem Beschleunigungsmesser beliebiger Bauart gemessen, dessen Ausschläge zweclrmäßig in elektrische Strom- oder Spannungswerte umgewandelt werden. Führt man die auf diese Weise erhaltenen, den gemessenen Beschleunigungs- oder Verzögerungswerten verhältnisgleichen Strom- bzw. The accelerations (decelerations) at the measuring points are with measured with an accelerometer of any type, the deflections of which are measured converted into electrical current or voltage values. Do you list them? the measured acceleration or deceleration values obtained in this way proportionate electricity or

Spannungswerte einem als Asymmeter bekannten Meßgerät zu, so wird die Anzeigescheibe dieses Gerätes sinngemäß die von der Normallage der Schwerpunktsachse abweichende Lage angeben.Voltage values to a measuring device known as an Asymmeter, then the display disc of this device corresponds to that of the normal position of the center of gravity axis indicate different position.

In Fig. 3 ist eine Anordnung einfachster Art nach diesem Prinzip dargestellt. In Fig. 3 is an arrangement of the simplest type according to this principle shown.

Drei Beschleunigungspendel I, 2 und 3, von denen die Schwerpunkte der Massen I0, 20 und 30 die Ecken eines gleichseitigen Dreiecks bilden, dessen Mittelpunkt auf der Normal-Schwerpunktsachse S des Schiffes liegt, betätigen durch die Hebel II, 21 und 3I und die Zahntriebe I2, 22 und 32 je einen Schleifer I3, 23, 33 je eines Potentiometers I4, 24, 34. Die Massen der Beschleunigungspendel sind durch die Federn 15, 15', 25, 25' und 35, 35' gegen den Schiffskörper abgestützt. Three acceleration pendulums I, 2 and 3, of which the focal points of the masses I0, 20 and 30 form the corners of an equilateral triangle whose Center is on the normal center of gravity axis S of the ship, press with levers II, 21 and 3I and gear drives I2, 22 and 32 each have a slider I3, 23, 33 each of a potentiometer I4, 24, 34. The masses of the acceleration pendulum are supported against the hull by the springs 15, 15 ', 25, 25' and 35, 35 '.

Die Endklemmen der Potentiometer I6, I6' bzw. 26, 26' bzw. 36, 36' sind mit dem Pluspol, ihre Mittelpunktsklemmen I7, 27 und 37 mit dem Minuspol einer Stromquelle verbunden. Da es für die Messung gleichgültig ist, ob Beschleunigungen oder Verzögerungen der Meßpunkte gemessen werden, es vielmehr jeweils nur auf das Verhältnis der jeweiligen Beschleunigungs- oder Verzögerungszustände der drei Meßpunkte ankommt, wird schaltungsgemäß auch kein Unterschied zwischen Beschleunigungs- oder Verzögerungswerten gemacht.The end terminals of the potentiometers I6, I6 'or 26, 26' or 36, 36 ' are connected to the positive pole, their midpoint terminals I7, 27 and 37 are connected to the negative pole Power source connected. Since it is irrelevant for the measurement whether accelerations or delays of the measuring points are measured, rather only on the Ratio of the respective acceleration or deceleration states of the three measuring points arrives, according to the circuit, there is also no difference between acceleration or Delay values made.

Die Schleifer I3, 23 und 33 der Potentiometer sind nun über die Leitungen I8, 28 und 38 mit den freien Enden der drei in Stern geschalteten Meßspulen I9, 29 und 39 eines Asymmeters 50 verbunden, während der Sternpunkt des Asymmeters am Pluspol der Stromquelle liegt. Wie in der Fig. 3 dargestellt, werden die drei Meßspulen I9, 29, 39 zweckmäßig um I80" gegen die Lage der entsprechenden Meßpunkte im Schiff gedreht angeordnet, da sich dann die Anzeigescheibe richtig entsprechend der Änderung der Schwerpunktslage im Schiff bewegt.The wipers I3, 23 and 33 of the potentiometers are now over the leads I8, 28 and 38 with the free ends of the three star-connected measuring coils I9, 29 and 39 of an asymmetric 50 connected, while the star point of the asymmetric on The positive pole of the power source is connected. As shown in Fig. 3, the three measuring coils I9, 29, 39 expediently at 180 "against the position of the corresponding measuring points in the ship arranged rotated, because then the display disc is correct according to the change the center of gravity in the ship.

Diese einfache Anzeige weist jedoch noch einige Mängel auf. So wird die Abstützung besonders der Massen 20 und 30 bzw. die Kompensation des Gewichtes dieser Massen bei größeren Schlingerbewegungen bzw. Krängungen des Schiffes einige Schwierigkeiten bereiten, da der Winkel der Tangentialbewegung dieser beiden Massen mit der Lotrechten dann verschieden ist. However, this simple display still has a few flaws. So will the support especially of the masses 20 and 30 and the compensation of the weight some of these masses in the event of major rolling movements or heeling of the ship Difficulty because of the angle of the tangential movement of these two masses with the perpendicular is then different.

Ein weiterer Nachteil ist die verhältnismäßig geringe Empfindlichkeit der Anordnung bei Schlingerbewegungen geringerer Amplitude, insbesondere dann, wenn die Beschleunigungs- (Verzögerungs-)Werte sich dem Wert Null nähern. Another disadvantage is the relatively low sensitivity the arrangement for rolling movements of lower amplitude, especially when the acceleration (deceleration) values approach zero.

Fig. 4 zeigt eine verbesserte Anordnung, bei der die obigen Nachteile vermieden sind bzw. auf ein erträgliches Maß vermindert werden können. Fig. 4 shows an improved arrangement in which the above disadvantages are avoided or can be reduced to a tolerable level.

An Stelle von drei sind bei dieser Anordnung vier Beschleunigungsmesser I, 2, 3, 4 vorgesehen, wobei die Schwerpunkte ihrer Massen I0, 20, 30, 40 ein Quadrat bilden; dessen Mittelpunkt auf der Normal-Schwerpunktsachse S des Schiffes liegt. Die Schwerpunkte der Massen 10 und 30 sind ferner senkrecht über bzw. unter der Schwerpunktsachse S, die Massen 20 und 40 um go" versetzt in horizontaler Richtung zum Schiffsquerschnitt angeordnet. Wie in Fig. 3 werden auch hier mittels der Hebel 11, 2I, 3I, 41 und der Zahntriebe I2, 22, 32, 42 die Schleifer I3, 23, 33, 43 der Potentiometer I4, 24, 34, 44 betätigt. Die Massen der Beschleunigungsmesser sind durch die Federn I5, 15', bis 45, 45'abgestützt. Instead of three in this arrangement there are four accelerometers I, 2, 3, 4 are provided, the centers of gravity of their masses I0, 20, 30, 40 being a square form; whose center is on the normal center of gravity axis S of the ship. The centers of gravity of the masses 10 and 30 are also vertically above and below the Center of gravity S, the masses 20 and 40 offset by go ″ in the horizontal direction arranged to the ship's cross-section. As in Fig. 3 are also here by means of the lever 11, 2I, 3I, 41 and the gear drives I2, 22, 32, 42 the grinders I3, 23, 33, 43 of the Potentiometer I4, 24, 34, 44 actuated. The masses of the accelerometers are supported by springs I5, 15 ', to 45, 45'.

Im Gegensatz zu Fig. 3 ist aber als Speisung für die Potentiometer nicht Gleichstrom, sondern Wechselstrom geeigneter Frequenz (Mittel- oder Hochfrequenz) gewählt. Es ist daher auch möglich, an Stelle der Widerstandspotentiometer Geberanordnungen auf induktiver oder kapazitiver Grundlage zu verwenden. In contrast to FIG. 3, it is used as a power supply for the potentiometer not direct current, but alternating current of suitable frequency (medium or high frequency) chosen. It is therefore also possible to use transmitter arrangements instead of the resistance potentiometer to be used on an inductive or capacitive basis.

Zweckmäßig werden zweiWechselströme verschiedener Frequenz verwendet, die z. B. in einem kleinen Röhrensender 60 erzeugt werden. Mit der einen Frequenz f1 werden über die Leitungen 6I und 62 die Potentiometer (Geber) 14 und 24, mit der anderen Frequenz f2 über die Leitungen 63 und 64 die Geber 34 und 44 gespeist.Two alternating currents of different frequencies are expediently used, the z. B. can be generated in a small tube transmitter 60. With one frequency f1, the potentiometers (transmitters) 14 and 24 are connected via the lines 6I and 62 of the other frequency f2, the sensors 34 and 44 are fed via the lines 63 and 64.

Da die Geber 14 und 34 bzw. 24 und 44 paarweise zueinander gehören, werden also die Geber je eines Paares mit den beiden verschiedenen Frequenzen f1 und f2 gespeist.Since the encoders 14 and 34 or 24 and 44 belong to each other in pairs, So the transmitters are each of a pair with the two different frequencies f1 and fed to f2.

Die an den Schleifern abgenommenen, entsprechend der Stellung der Schleifer veränderlichen Spannungen verschiedener Frequenz je eines Geberpaares werden nun über die Leitungen I8 und 38 bzw. 28 und 48 je einem Verstärker 70 und 80 zugeführt und nach Oberlagerung über denselben Verstärkerkanal verstärkt. The ones removed from the grinders, according to the position of the Sliders variable voltages of different frequencies each from a pair of sensors are now via the lines I8 and 38 or 28 and 48 each to an amplifier 70 and 80 and reinforced after superimposition over the same amplifier channel.

Diese Maßnahme ist deshalb zweckmäßig, damit das für die Messung wichtige Verhältnis der Spannungen eines Geberpaares nicht durch voneinander abweichenden Charakteristiken der Verstärker gestört wird. Als Verstärker können selbstverständlich sowohl Röhren- als auch Magnetverstärker verwendet werden.This measure is therefore useful so that what is important for the measurement The relationship between the voltages of an encoder pair does not differ from one another Characteristics of the amplifier is disturbed. As an amplifier can of course Both tube and magnetic amplifiers can be used.

Nach vorangegangener Verstärkung werden dann die Frequenzen ei und f2 wieder voneinander getrennt, gleichgerichtet und die gleichgerichteten Spannungen über die Leitungen 7I und 72 bzw. 81 und 82 wiederum paarweise je einem Kreuzspulensystem 73 bzw. 83 des Empfängers zugeführt. Die Achsen der Kreuzspulen dieser Systeme sind senkrecht zueinander angeordnet, z. B. in Fig. 4 die des Systems 83 senkrecht zur Bildebene, die des Systems 73 in der Bildebene, und tragen je einen Spiegel ; 74 und 84, die so zueinander stehen, daß ein von der Lichtquelle go durch die Lochblende 91 auf den Spiegel 84 fallender Lichtstrahl 92 von dem Spiegel 84 in der Bildebene nach dem Spiegel 74 hin reflektiert und von dem Spiegel 74 nach vorn aus der Bildebene heraus auf die Mattscheibe 93 geworfen wird, wo der Lichtpunkt S' abgezeichnet wird. After previous amplification, the frequencies ei and f2 again separated from each other, rectified and the rectified voltages Via the lines 71 and 72 or 81 and 82, in turn, in pairs, each with a cross-coil system 73 or 83 of the receiver supplied. The axes of the cross-wound coils of these systems are arranged perpendicular to each other, e.g. B. in Fig. 4 that of the system 83 perpendicular to Image plane, that of the system 73 in the image plane, and each carry a mirror; 74 and 84, which are related to each other so that one of the light source go through the pinhole 91 light beam 92 falling on mirror 84 from mirror 84 in the image plane after the mirror 74 reflected towards and from the mirror 74 towards is thrown at the front out of the image plane onto the focusing screen 93, where the point of light S 'is signed.

Wird auf der Mattscheibe 93 der Umriß 94 des Schiffsquerschnittes aufgezeichnet, so kann die gesamte Anordnung so justiert werden, daß der Lichtpunkt S' bildlich die jeweilige Lage der Schwerpunktsachse im Schiffsquerschnitt anzeigt.If on the ground glass 93 the outline 94 of the ship's cross-section recorded, the entire arrangement can be adjusted so that the point of light S 'shows the respective position of the center of gravity in the ship's cross-section.

Bei sehr kleinen Schlinger- bzw. Stampfbewegungen sind die an den Gebern I4, 24, 34, 44 abgegebenen Spannungen naturgemäß ebenfalls sehrklein und bedürfen daher einer großen Verstärkung in denVerstärkern 70 und 80, um für die Kreuzspulensysteme 73 und 83 des Empfängers ausreichende Ströme bzw. Drehmomente zu erhalten. Würde man jedoch stets mit dem gleichen Verstärkungsfaktor arbeiten, so wäre zu befürchten, -daß bei großen Schlinger- bzw. Stampfwinkeln eine Überlastung der Kreuzspulensysteme eintritt. Aus diesem Grunde wird man zweckmäßig mit einem veränderlichen Verstärkungsfaktor arbeiten. Dies kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß man z. B. bei Rohrenverstärkern eine Schaltung mit regelbarer Gittervorspannung nach Art des Schwundausgleiches in Funkempfängern oder bei Magnetverstärkern eine solche mit veränderlicher Rückkopplung anwendet. In the case of very small rolling or stomping movements, the The voltages emitted by encoders I4, 24, 34, 44 are naturally also very small and therefore require a large gain in amplifiers 70 and 80 in order for the Cross-coil systems 73 and 83 of the receiver sufficient currents or torques to obtain. However, if one would always work with the same gain factor, so it would be feared that with large rolling or pitching angles an overload the cross-coil systems occurs. Because of this, one becomes useful with one variable gain work. This can be done in a simple manner happen that one z. B. in tube amplifiers a circuit with adjustable grid bias according to the type of loss compensation in radio receivers or magnetic amplifiers a applies those with variable feedback.

Die Regelung kann entweder selbsttätig in Abhängigkeit von den Ausgangsspannungen der Verstärker oder auch in Abhängigkeit von dem jeweiligen Schlinger-(Stampf-)Winkel erfolgen. In letzterem Fall ist natürlich zusätzlich ein Gerät zur Messung dieses Winkels erforderlich. Da dieses Gerät jedoch zusätzlich zu der oben beschriebenen Anordnung noch auS anderen Gründen benötigt wird, wie weiter unten gezeigt wird, so ist auch für diese Art der Regelung ein besonderer Aufwand nicht erforderlich.The regulation can either be automatic depending on the output voltages the amplifier or also as a function of the respective roll (pitch) angle take place. In the latter case, of course, there is also a device for measuring this Angle required. However, since this device is in addition to the one described above Arrangement is required for other reasons, as shown below, no special effort is required for this type of regulation either.

Die an Hand von Fig. 2 weiter oben beschriebenen Schwierigkeiten treten brei einer Anordnung nach Fig. 4 nicht auf. Zwar werden, wenn der wirkliche zu messende Schwerpunkt S' (Fig. 5 a) abweichend von dem »Normalv-Schwerpunkt S liegt, auch hier an Stelle der Beschleunigungen b't, b'bt, b'ct und b'dt tangential zu S' die Beschleunigungen bat, bbs, b etbot und bdt tangential zu S gemessen, wobei bat b'at = cosα b'bt = cosß bct b'ct = cosγ bdt b'dt = cos# ist. Bei der Messung der Beschleunigung wird also der gleiche Fehler gemacht, wie er oben näher erläutert ist. The difficulties described above with reference to FIG do not occur with an arrangement according to FIG. True, if the real Center of gravity S 'to be measured (Fig. 5 a) deviating from the »normalv-center of gravity S is tangential, here too, instead of the accelerations b't, b'bt, b'ct and b'dt to S 'the accelerations bat, bbs, b etbot and bdt measured tangentially to S, where bat b'at = cosα b'bt = cosß bct b'ct = cosγ bdt b'dt = cos # is. at when measuring the acceleration, the same mistake is made as above is explained in more detail.

Aber dieser Fehler wird durch die Bauart des Empfängers wieder richtiggestellt. Durch das Geber paar 14 und 34 (Fig. 4) wird nämlich die Kreuzspule 83 und damit der Spiegel 84 des Empfängers im Verhältnis der abgegriffenen Spannungen, die ihrerseits den gemessenen Beschleunigungen bat und bet (Fig. 5 a) verhältnisgleich sind, so gedreht, daß der Lichtpunkt auf der Mattscheibe des Empfängers von Punkt S nach Punkt E wandert (Fig. 5 b). Es verhält sich dann AE : CE = bat : bet In gleicher Weise wird durch das Geberpaar 24 und 44 (Fig. 4) die Kreuzspule 73 und damit der Spiegel 74 so gedreht, daß der Lichtpunkt auf der Mattscheibe des Empfängers von Punkt S nach Punkt F bzw. von E nach S' wandert (Fig. 5b), wobei sich verhält BF : DF = bbt btt bzw.But this error is corrected again by the design of the receiver. By the donor couple 14 and 34 (Fig. 4) namely the cross-wound bobbin 83 and thus the mirror 84 of the receiver in relation to the tapped voltages, which in turn the measured accelerations bat and bet (Fig. 5 a) are proportional, see above rotated that the point of light on the ground glass of the receiver from point S to Point E moves (Fig. 5 b). It then behaves AE: CE = bat: bet In the same way Way is through the encoder pair 24 and 44 (Fig. 4), the cheese 73 and thus the Mirror 74 rotated so that the light point on the ground glass of the receiver of Point S to point F or from E to S 'moves (Fig. 5b), where BF behaves : DF = bbt btt or

(BS + ES') : DF = bbt : b,,t Wie aus Fig. 5 nun ohne weiteres ersichtlich, verhalten sich dann die Abstände AE BF CE DF AS' : BS' : CS" : DS' = : : : cosα cosß cosγ cos# oder bat bbt bct bdt AS' : BS' : CS' : DS' = : : : cosα cosß cosγ cos# und AS' : BS' : CS' : DS' = b'at : b'bt : b'ct : b'dt. (BS + ES '): DF = bbt: b ,, t As can now be seen from FIG. 5, then the distances AE BF CE DF AS ': BS': CS ": DS '=::: cosα cosß cosγ cos # or bat bbt bct bdt AS ': BS': CS ': DS' =::: cosα cosß cosγ cos # and AS ': BS': CS ': DS' = b'at: b'bt: b'ct: b'dt.

Der entstandene Fehler ist also korrigiert.The resulting error has therefore been corrected.

Bei der Beschleunigungsmessung nach Fig. 4 (bzw. With the acceleration measurement according to Fig. 4 (or

Fig. 3) tritt jedoch noch ein weiterer Fehler auf, der einer Korrektur bedarf.3), however, another error occurs, that of a correction requirement.

In Fig. 6 sind die Massen 20 und 40 der Fig. 4 noch einmal allein dargestellt. Wie oben beschrieben, werden sie durch Federn 25 und 25' bzw. 45 und 45' gegen den Schiffskörper abgestützt. Die Kräfte dieser Federn bilden das eigentliche Maß für die Beschleunigungsmessung. Zusätzlich ist aber noch das Gewicht G = mg der Massen 20 und 40 auszugleichen. Das kann durch eine zusätzliche Federkraft F = mg geschehen. Man könnte also die unteren Federn 25 und 45' (Fig. 4) entsprechend stärker ausbilden. In diesem Falle würde aber die Beschleunigungsmessung nur im Bereich der Horizontallage des Schiffes richtig sein. Hat sich nämlich das Schiff um den Schlingerwinkel p (Fig. 6) gegen die Horizontallage gedreht, so wirkt in tangentialer Richtung außer der Beschleunigungskraft mb nur noch die Gewichtskomponente mg cos f, eine ebenfalls in tangentialer Richtung wirkende zusätzliche Federkraft F = mg würde also um mg (1 - cos ZU zu groß sein, es würde also z. B. auf der linken Seite (Fig. 6) ein Beschleunigungswert b + g (1 - cos 0), auf der rechten Seite ein solcher von b - g (1 - cos#) gemessen werden. In FIG. 6, the masses 20 and 40 of FIG. 4 are once again alone shown. As described above, they are by springs 25 and 25 'and 45 and 45 'supported against the hull. The forces of these springs form the real thing Measure for the acceleration measurement. In addition, the weight G = mg to balance the masses 20 and 40. This can be done by an additional spring force F. = mg happen. So you could use the lower springs 25 and 45 '(Fig. 4) accordingly train stronger. In this case, however, the acceleration measurement would only be in Area of the horizontal position of the ship must be correct. Namely, the ship has rotated by the roll angle p (Fig. 6) against the horizontal position, then acts in tangential direction apart from the acceleration force mb only the weight component mg cos f, an additional spring force also acting in a tangential direction F = mg would therefore be too large by mg (1 - cos TOO, so it would e.g. be on the left Side (Fig. 6) an acceleration value b + g (1 - cos 0), on the right side one of b - g (1 - cos #) can be measured.

Um diesen Fehler zu vermeiden, sind zwei Möglichkeiten gegeben. Man kann sowohl mechanisch die Ausgleichsfederkraft veränderlich in Abhängigkeit vom Schlingerwinkel gestalten als auch elektrisch die fehlerhaft gemessenen Werte mittels einer additiv bzw. subtraktiv zu den gemessenen Werten hinzuzufügenden, dem Fehlerwert g (I-cos (p) entsprechenden Korrekturspannung richtigstellen. There are two possibilities to avoid this mistake. Man The compensating spring force can be changed mechanically as a function of the Design the incorrectly measured values as well as electrically using one to be added additively or subtractively to the measured values, the error value Correct the corresponding correction voltage g (I-cos (p).

Für das erstere Verfahren ist ein Beispiel in Fig. 7 dargestellt. An example of the former method is shown in FIG.

Als Beispiel ist der Beschleunigungsmesser 2 der Fig. 4 herausgezeichnet, und zwar in der Lage relativ zur Horizontalen, in der es sich befindet, wenn das Schiff um den Winkel (p krängt. Die Masse 20 dieses Beschleunigungsmessers ist hier in Kugelform dargestellt und wird, wie in Fig. 4, durch die beiden Federn 25 und 25' gegen den Schiffskörper abgestützt. The accelerometer 2 of FIG. 4 is shown as an example, and in a relative position to the horizontal in which it is located, when the ship heels by the angle (p. The mass 20 of this accelerometer is shown here in spherical shape and is, as in Fig. 4, by the two springs 25 and 25 'supported against the hull.

Diese Federn dienen aber hier ausschließlich der Beschleunigungsmessung. Dem Ausgleich des Gewichtes G F mg der-Masse 20 dient eine weitere Feder 54, die mittels der Gabel 55 um die Achse 56 drehbar beweglich all der Masse 20 angreift und an dem Hebel 57, der ebenfalls um die Achse 55 drehbar, aber nicht mit der Masse 20 gekuppelt ist, aufgehängt ist. Der Hebel 57 wird über ein passendes Getriebe58 durch den Nachdrehmotor 59 so gesteuert, daß der Aufhänge--punkt 53 der Feder 54 sich stets lotrecht über dem Schwerpunkt der Masse befindet. Die Verbindungslinie des Aufhängepunktes 53 mit dem Schwerpunkt der Masse bildet dann mit der zu messenden tangentialen Beschleunigungsrichtung ebenfalls denWinkel<p, und die in dieser Richtung wirkende Komponente der Kraft der Feder 54 ist gleich der in tangentialer Richtung wirkenden Schwerkraftskomponente der Masse 20 F' = F (I - cos =»tg(r-cos.However, these springs are used here exclusively to measure acceleration. A further spring 54 serves to balance the weight G F mg of the mass 20 all of the mass 20 engages by means of the fork 55 such that it can rotate about the axis 56 and is movable and on the lever 57, which is also rotatable about the axis 55, but not with the mass 20 is coupled, is suspended. The lever 57 is via a suitable gear 58 controlled by the rotary motor 59 so that the suspension point 53 of the spring 54 is always perpendicular to the center of gravity of the mass. The connecting line the suspension point 53 with the center of gravity of the mass then forms with that to be measured tangential acceleration direction also the angle <p, and that in this The component of the force of the spring 54 acting in the direction is equal to that in the tangential direction Direction of the acting gravity component of the mass 20 F '= F (I - cos = »tg (r-cos.

Als Steuerorgan für den Nachdrehmotor kann in bekannter Weise ein Kreisel oder Auftriebspendel verwendet werden.As a control element for the post-turning motor, a Gyroscopic or buoyancy pendulums can be used.

Elektrisch läßt sich die Korrektur in einfacher Weise, wie schon oben erwähnt, durch additive oder subtraktive Hinzufügung einer Korrekturspannung e' g(r-cos) durchführen. Eine solche Spannung kann zum Beispiel fransformatorisch dadurch erzeugt werden, daß die Sekundärwicklung eines Hochfrequenztransformators zusätzlich eine drehbar bewegliche Variometerwicklung erhält, wobei das Windungsverhältnis des beweglichen und des festen Teiles der Sekundärwicklung I : 1 ist. Correction can be done electrically in a simple manner, as before mentioned above, by additive or subtractive addition of a correction voltage Carry out e 'g (r-cos). Such a tension can be fransformatory, for example be generated by the secondary winding of a high frequency transformer In addition, a rotatably movable variometer winding is given, whereby the turns ratio of the movable and the fixed part of the secondary winding I: 1.

Bei Gegeneinanderschaltung der beiden Wiclrlungen wird eine Spannung e' = k g (1 - cos (p) erzeugt, wobei der Drehwinkel zp der beweglichen Wicklungen dem Krängungswinkel zp entsprechen muß. Als Steuerorgan wird ebenfalls ein Kreisel oder Auftriebspendel benutzt.When the two windings are connected against each other, a voltage is generated e '= k g (1 - cos (p) generated, where the angle of rotation zp of the movable windings must correspond to the heel angle zp. A gyro is also used as the control unit or use a buoyancy pendulum.

Die vorstehend beschriebene Anordnung zur Ermittlung des Schwerpunktes eines schwimmenden Körpers läßt sich auch für solche Körper anwenden die in oder auf einem anderen Medium als Wasser schwimmen. The arrangement described above for determining the center of gravity of a floating body can also be used for bodies in or swim on a different medium than water.

PATENTANSPRÜCE: I. Einrichtung zur Ermittlung der Schwerpunktsachsen eines schwimmenden Körpers, z. B. eines Schiffes, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ebene parallel zil der durch den Schwerpunkt des Körpers gehenden Schwingebene mindestens drei in einem Vieleck zueinander und in ausreichendem Abstand von der voraussichtlichen Lage der Schwerpunktsachse angeordnete Meßpunkte vorhanden sind, deren Beschleunigungen bzw. Verzögerungen bei jeder Schwingung gemessen werden, wobei die Beschleunigungen bzw. Verzögerungen der Meßpunkte ein Maß für ihren Abstand von der Schwerpunktsachse sind. PATENT CLAIM: I. Device for determining the center of gravity a floating body, e.g. B. a ship, characterized in that in a plane parallel to the plane of oscillation going through the center of gravity of the body at least three in a polygon to each other and at a sufficient distance from the the probable position of the center of gravity are available, whose accelerations or decelerations are measured for each oscillation, the accelerations or decelerations of the measuring points being a measure of their distance from the center of gravity.

Claims

2. Device according to claim 1, characterized in that the measuring points are arranged in a regular polygon.

3. Device according to claim I and 2, characterized in that the measuring points are arranged in an equilateral triangle.

4. Device according to claim I and 2, characterized in that the measuring points are arranged in a square.

5. Device according to claim I to 4, characterized in that the position of the center of the regular polygon formed by the measuring points approximately coincides with the middle position of the center of gravity axis.

6. Device according to claim I to 5, characterized in that the accelerations (decelerations) of the measuring points tangential to the regular one Polygon circumscribed circle can be measured, the distances between the measuring points of the real center of gravity are proportional to the measured accelerations (Delays) divided by the cosine of the from after the measuring point from the midpoint of the circle drawn and the perpendicular from the measuring point to the center of gravity axis formed angle.

7. Device according to claim I to 6, characterized in that the accelerations (decelerations) of the measuring points also radially to that of the regular Polygon circumscribed circle can be measured, the distances between the measuring points from the real center of gravity is proportionate to Nind the root of the sum the squares of the acceleration measured in the tangential and the radial direction (Delay) values.

8. Device according to claim I to 7, characterized in that the measured acceleration (deceleration) values by suitable transducers in electrical voltage (current) values are converted.

9. Device according to claim I to 8, characterized in that the electrically transmitted measured values are fed to a measuring device known as an asymmetrometer which then deviates from the mean position of the center of gravity axis the real center of gravity.

IO. Device according to Claim 1, 2 and 4 to 9, characterized in that that the electrically transmitted measured values of two opposite, the measuring points arranged in a square each have a light mark quotient measuring mechanism are supplied, the mirrors of the two quotient measuring units so to one another are arranged that the one measuring mechanism the migration of the light mark in the one Direction, the other measuring mechanism causes the emigration in the direction perpendicular to it.

11. Device according to claim 1 to IO, characterized in that the scale of the display device with a representation of the cross-section of the floating body (ship) is provided, within which the position of the real center of gravity is displayed by the display device. through the 12th establishment according to claims I to 11, characterized in that the voltage (current) values by one depending on. the amplitude of one of the measured values or automatically regulated amplifier are amplified.

13. Device according to claim I to 12, characterized in that a tube or magnetic amplifier is used as the amplifier.

14. Device according to claim 1 to I3, characterized in that to compensate for the gravity component of the masses of the acceleration pendulum a spring force that always acts in a vertical direction is used.

15. Device according to claim 1 to I3, characterized in that to compensate for the gravitational component of the masses of the acceleration pendulum incorrectly measured acceleration values correspond to the electrical values generated by these values A corresponding correction voltage is added to the measurement voltages additively or subtractively will.