DE628649C - Schiffsstabilisierungsanlage - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
9. APRIL 1936

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M 628 KLASSE 65 a 2 GRUPPE

Siemens Apparate und Maschinen G. m. b. H. in Berlin*)

Schiffsstabilisierungsanlage

Zusatz zum Patent 617

Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. September 1933 ab Das Hauptpatent hat angefangen am 21. November 1931.

Das Hauptpatent bezieht sich auf eine Schiffsstabilisierungsanlage mit im Takt der zu dämpfenden Schiffsschwankungen hin und her verschiebbaren Dämpfungsmassen, die einen in Abhängigkeit von Richtung und Größe der Schiffsschwankungen steuerbaren hydraulischen oder pneumatischen Antrieb besitzen. Bei einer derartigen Einrichtung kommen nach dem Hauptpatent für die Steuerung des hydraulischen oder pneumatischen Antriebes zwei getrennte Gruppen von Steuermitteln zur Anwendung, von denen die eine in bekannter Weise lediglich die Umschaltung des Antriebes und die andere lediglich die Leistung des Antriebes regelt. Für die' Leistungsregelung ist dabei ein entsprechend den Maximalausschlägen des Schiffes einstellbares Steuergerät vorgesehen.

Die Erfindung bezieht sich auf die besondere Verwendung einer Handeinstellvorrichtung bei der Einrichtung nach dem Hauptpatent. An sich sind derartige Handeinstellvorrichtungen bei Stabilisierungsanlagen verschiedener Art bereits bekannt. So ist anas geregt worden, gewissermaßen als unvollkommenen Ersatz der automatisch erfolgenden Leistungsregelung gemäß dem Hauptpatent eine auch bei ganz regelmäßigem Wellengang von Zeit zu Zeit zu bedienende Handeinstellvorrichtung für die Regelung der Geschwindigkeit von Pumpenmotoren zu verwenden, die paarweise an den Bordseiten des zu stabilisierenden Schiffes angeordnet sind und durch den Rückstoß des \^ron ihnen von der Seite her eingesaugten und nach unten hin ausgestoßenen Wassers eine Stabilisierung des Schiffes bewirken sollen. Außerdem ist bei dieser bekannten Einrichtung auch noch eine durch Kreisel, Pendel o. dgl. selbsttätig erfolgende Ein- und Ausschaltung der Pumpenmotoren vorgesehen unter gleichzeitiger Schließung bzw. Öffnung der Wassereinströmungsöffnuhgen durch einen Schieber.

Weiterhin ist es bekannt, bei einer mit verschiebbarem Gewicht arbeitenden Stabilisierungsanlage die Größe und Richtung der Kommandowirkung der Eigenart des betreffenden Fahrzeuges anzupassen. Außerdem soll bei dieser bekannten Einrichtung auch noch die Größe und Richtung der Kommando-Wirkungen in Abhängigkeit von den Verhältnissen des Seeganges von Hand verändert werden. Diese bekannte Einrichtung unterscheidet sich indessen nach Aufgabe und Wir-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Dr. Hermann Hort in Berlin-Charlottenburg.

kungsweise erheblich von dem isodromen Leistungsregler nach dem Hftuptpatent.

Um nun die an sich bekannte, praktisch mit gutem Erfolg" "erprobte Stabilisierungs-•'5 anlage nach dem Hauptpatent zu vervollkommnen, wird gemäß der Erfindung von der Handeinstellvorrichtung aus die (Maximal-) Leistung des isodromen Leistungsreglers bei Überbeanspruchung desselben durch Beeinflüssen des Antriebsmotors für das Gebläse oder/und der in den Verbindungsleitungen der Lufträume der Tanks bzw. in der Anschlußleitung für das Gebläse liegenden Drosselklappen geregelt.

Die Erfindung geht dabei von der Erwägung aus, daß die Einrichtung nach dem Hauptpatent nur dann ganz einwandfrei arbeitet, wenn die Stabilisierungsanlage bei voller Gebläseleistung imstande ist, dem Seegang das Gleichgewicht zu halten. Wird der Seegang noch stärker oder bestehen sonstige Störungseinflüsse, wie Schräglage des Schiffes, die je nach der Wetterlage ganz verschieden groß sein können, so besteht durch die Verwendung der neuen Handeinstellvorrichtung der Vorteil, daß der isodrome Leistungsregler in bequemer Weise richtig abgestimmt werden kann, so daß er unter den jeweils vorliegenden Verhältnissen des Seeganges bestmöglichst die Stabilisierung des 'Schiffes bewirkt. Hinzu kommt außerdem noch, daß die neue Handeinstellvorrichtung auch bei bereits bestehenden Anlagen ohne irgendwelche Schwierigkeiten nachträglich eingebaut werden kann. Um eine rechtzeitige Bedienung der Handeinstellvorrichtung bei stark abnormalen Seegangsverhältnissen zu ermöglichen, empfiehlt es sich, die Handeinstellvorrichtung in der Nähe von Meßeinrichtungen für die Schlingerbewegung, beispielsweise einem Schlingerwinkelzeiger, und für die Bewegung der Dämpfungsmassen, beispielsweise Standrohren zur Beobachtung des Flüssigkeitsstandes in den Tanks, anzubringen. Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Einrichtung dargestellt.

An zwei gegenüberliegenden Bördseiten des Schiffes sind zwei Tanks 1 und 2 vorgesehen, die beide nach unten hin mit der See in Verbindung - stehen. Die Lufträume dieser Tanks sind mittels einer Leitung 3 untereinander verbunden, in welcher eine Abschließklappe 4 eingebaut ist. Mittels der Anzapfleitungen s und 6 ist an die Verbindungsleitung 3 über einen Mehrwegehahn 7 die Druck- und Saugleitung S und 9 eines Zentrifugalgebläses 10 angeschlossen. Die Auslösung und Verblockung der Abschließklappe 4 erfolgt durch die Kolbenstange zweier hydräulischer Zylinder 11 und 12, die beiderseits durch die Leitungen 13 und 14 an den Steuerschieber 15 so angeschlossen sind, daß die Kolbenstange des Zylinders 11 ganz vorgeschoben und diejenige des Zylinders 12 ganz zurückgeschoben ist, wenn die Steuerkolben 15' bis 15'" nach rechts gezogen sind l)zw. umgekehrt, wenn die Steuerkolben 15' bis 15'" in ihrer linken Endstellung stehen. I5d und 15s sind dabei die Anschlüsse des Steuerschiebers 15 an ein beliebiges Druckflüssigkeitsreservoir.

An den gleichen Steuerschieber 15 sind auch die Zylinder 16 und 17 angeschlossen, an deren gemeinsamer Kolbenstange 18 eine Zahnstange 19 befestigt ist, die mit einem auf der Achse des Zweiwegehahns 7 befestigten Zahnradsegment 20 in Eingriff steht.

Die Einstellung des Steuerschiebers 15 geschieht-über die beiden Winkelhebel 21 und

22 durch die Elektromagnete 23 und 24, deren Kerne bei Erregung der Magnete entgegen, der Kraft von Federn in die Spulen hineingezogen werden. Der Augenblick der Umschaltung des Steuerschiebers 15 muß ungefähr mit dem Augenblick zusammenfallen, in welchem die Schlingerbewegung des Schiffes umkehrt. Weil dann die Winkelgeschwindigkeit des Schiffes Null ist, könnte diese Umschaltung ζ. Β. durch einen federgedämpften Schlingerkreisel (Wendezeiger) erfolgen. Bei der dargestellten Ausführung erfolgt die Einschaltung der Elektromagnete

23 und 24 und damit die Umschaltung des Steuerschiebers 15 durch einen Schalter 25, 26, dessen Kontaktarm 25 über eine Dämpfungsvorrichtung 27 von der Welle 28 eingestellt wird, wobei die Welle in weiter nicht dargestellter Weise beispielsweise entsprechend den Ausschlägen eines senkrecht zur Schiffslängsachse ausschwingenden Pen- ioo dels um den jeweils vorhandenen Schlingerwinkel verdreht wird. Die Drehbewegungen der Welle 28' werden auf das innere Ende einer Spiralfeder 27 übertragen, deren äußeres Ende an dem Federgehäuse 27" der Dämpfungsvorrichtung befestigt ist. Die Ausschläge dieses Federgehäuses 27", an welchem auch die den Kontaktarm 25 tragende Welle befestigt ist, werden durch zwei hydraulische Zylinder 29' und 29" gedämpft, deren Kolbenstangen zu diesem Zweck außen am Federgehäuse angreifen. Die Stärke der Dämpfung wird durch das in der Verbindungsleitung zwischen den beiden hydraulischen Zylindern eingebaute Drosselventil 30 so eingestellt, daß die periodischen Bewegungen des Federgehäuses und damit des Kontaktarmes 25 den dem Schlingerwinkel proportionalen Bewegungen der Welle 28 um ungefähr 90° in der Phase nacheilen. Die Dämpfungsvorrichtung hat also lediglich den Zweck, die Ausschläge der Welle 28 um 90 ° in der Phase

zu verschieben, so daß der Kontaktarm 25 eine Bewegung macht, die bei einer sinusförmigen Schlingerbewegung ungefähr der Schlingerwinkelgeschwindigkeit entspricht.
Um beim Auftreten einer Schlagseite zu verhindern, daß die Wasserstände in den beiden Tanks 1 und 2 und damit die wirksamen Dämpfungskräfte in den beiden Phasen der Schiffsschwankung so verschieden groß werden könnten, daß die mittlere Schieflage des Schiffes dadurch noch vergrößert wird, steht die Kontaktscheibe 26 nicht fest. Sie ist vielmehr von einer zweiten, der ersten vollkommen gleichartig ausgebildeten Dämpfungsvorrichtung 31 einstellbar, die ihrerseits über Kegelräder 32 bis 35 von der Welle 28 entsprechend den Schlingerbewegungen periodisch einstellbar ist. Die Drosselung in der Verbindungsleitung zwischen den Flüssigkeitszylindern dieser Dämpfungsvorrichtung 31 ist so stark eingestellt, daß das Federgehäuse und damit die Kontaktscheibe 26 von den kurzdauernden periodischen Bewegungen gar nicht, sondern lediglich entsprechend dem im Mittel dauernd vorhandenen Ausschlag der Welle 28, welcher der mittleren Schieflage des Schiffes entspricht, beeinflußt wird. Dieser dem mittleren Schieflagewinkel des Schiffes entsprechende Betrag wird also von dem Federgehäuse der Dämpfungsvorrichtung 31 auf die Kontaktscheibe 26 übertragen, was eine Verschiebung der Nullpunktstellung des Kontaktzeigers 25 bedeutet. Diese Verschiebung kann der mittleren Schieflage des Schiffes genau entsprechen oder auch so viel größer gemacht sein, daß das Gebläse 10 in derjenigen Halbperiode der Schlingerbewegung, in welcher die im Mittel tiefer liegende Bordseite nach oben schwingt, länger eingeschaltet ist als in der darauffolgenden Halbperiode, wo diese Bordseite in Abwärtsbewegung ist. Auf diese Weise kann ein annähernd vollkommener Ausgleich der mittleren Schieflage des Schiffes erreicht werden.

Bei der bisher beschriebenen Steuerung findet eine Anpassung des Dätnpfungsmomenj;es an die Stärke der Schlingerbewegungen nur insofern statt, als mit zunehmendem Schlingerwinkel die Tanks tiefer in die See eintauchen und demzufolge auch mehr gefüllt bzw. entleert werden. Im übrigen findet, insbesondere durch das Zentrifugalgebläse, eine Verschiebung der Wassermassen zwischen den beiden Bordseiten des Schiffes statt, die von der Stärke des Seeganges unabhängig ist. Würden statt der Tanks Wagen oder andere querschiffs verschiebbare feste Massen zur Dämpfung verwendet werden, so will die bisher beschriebene Steuerung die Massen ständig in die Endlage treiben, ohne sie gegebenenfalls in ihrer Mittelstellung oder in der Nähe derselben festlegen zu können. Um die Massenverschiebung und damit die Dämpfungskraft der Größe der Schlingerbewegungen des Schiffes anpassen zu können, ist erfindungsgemäß noch die nachstehend beschriebene Einrichtung vorgesehen:

In der Druckausgleichsleitung 3 ist eine Drosselklappe 36 eingebaut, die über Gestänge 17 mit der Kolbenstange 38 eines hydraulischen Dämpfungszylinders 39 einstellbar verbunden ist. Die Kolbenstange selbst ist elektromagnetisch einstellbar. Die Spule des Elektromagneten 40, welche an einen entsprechend dem Schlingerwinkel von der Welle 28 einstellbaren Spannungsteiler 42 angeschlossen ist, erhält eine Erregung entsprechend der Größe des jeweiligen Schlingerwinkels und zieht demzufolge den an der Kolbenstange befestigten Kern 40' nach oben. Dieser Bewegung kann der Kolben 41 entgegen der Kraft von Federn 41' sehr leicht folgen, weil die in den Kolben eingebauten Rückschlagventile 41" einer Strömung der Flüssigkeit von oben nach unten keinen nennenswerten Widerstand bieten. In der umgekehrten Bewegungsrichtung des Kolbens, also bei seinem Zurückziehen durch die Feder 41', schließen die Rückschlagventile den Kolben dicht ab, so daß die verdrängte Flüssigkeit außen durch das Drosselventil der Umlaufleitung 39' ihren Weg nehmen muß. Es ist klar, daß bei entsprechend starker Drosse- _ lung diese Rückführung des Kolbens durch die Feder nur sehr langsam erfolgen kann; es wird aiso praktisch der Kolben eine Stellung behalten, die ungefähr der jeweils größten Amplitude des Schlingerwinkels entspricht. Dadurch erhält dann auch die Drosselklappe 36 eine entsprechende Einstellung, so daß sie eine Regelung der Strömung in der Ausgleichsleitung 3 entsprechend der Größe des Schlingerwinkels, also entsprechend der Größe der auf das Schiff wirksamen Störkräfte, bewirkt.

Es ist natürlich möglich, neben der beschriebenen Leistungsregelung oder an Stelle dieser auch eine Leistungsregelung in dem Förderkreislauf des Zentrifugalgebläses 10 vorzunehmen, wie dies in der Zeichnung beispiels weise für die Leitung 9 punktiert angedeutet ist.

Der Aufbau und die Wirkungsweise des bisher beschriebenen Teiles der neuen Einrichtung entspricht im wesentlichen derjenigen nach dem Hauptpatent. Um nun im Sinne der Erfindung eine Leistungsregelung von Hand in Abhängigkeit von den jeweiligen besonderen Verhältnissen des Seeganges vornehmen zu können, ist angenommen, daß das Zentrifugalgebläse 10 von einem Elektromotor angetrieben wird. In dem aus der

Stromquelle 50 gespeisten Stromkreis dieses Motors ist erfindungsgemäß ein von Hand einstellbarer Regelwiderstand 51 eingeschaltet, mittels dessen eine Drehzahländeurng des Elektromotors und damit eine Änderung der Leistung des Gebläses 10 vorgenommen werden kann.

Man kann statt dessen oder aber auch gleichzeitig damit noch in den Verbindungsleitungen 52 zwischen der Elektromagnetwicklung 40 und der Kontaktscheibe 26 einen von Hand verstellbaren Regel widerstand 53 anordnen. Dadurch läßt sich die Stromstärke in der Magnetwicklung 40 von Hand ver- *5 ändern und damit erreichen, daß die Klappe 36 bzw. die in der Saugleitung 9 des -Gebläses 10 liegende Klappe 36' mehr oder weniger verstellt werden, als es der vorerwähnten automatischen Regelung entsprechen würde.

Die Verstellung der Regelwiderstände 51 und 513 erfolgt zweckmäßig in der Weise, daß der Bedienungsmann die Schlingerbewegung und die Bewegung der Dämpfungsmassen auf ihre Größe hin vergleicht und bei Auftreten von unerwünschten Verhältnissen die Leistung der Fördereinrichtung steigert oder schwächt. Wird z.jB. die Schlingerbewegung- dies Schiffes plötzlich sehr stark, ohne daß die Bewegung der Dämpfungsmassen gleichzeitig entsprechend steigt, so wird er die Leistung ,der Fördereinrichtung steigern durch entsprechende Verstellung des Widerstandes 51 bzw. 53.

Um eine bequeme Einstellung der Regelwiderstände 51 und S3 zu ermöglichen, werden diese zweckmäßig auf der Kommandobrücke angeordnet in der- Nähe von geeigneten Meßeinrichtungen für die Schlingerbewegungen des Schiffes und für die Bewe- , gung der Dämpfungsmassen, Man kann in dem dargestellten Beispiel einen die Kontaktscheibe 26 beeinflussenden Schlingerwinkelanzeiger 54 von an sich bekannter Bauart und nicht dargestellte Anzeigevorrichtungen für den Höhenstand der Flüssigkeit in den Tanks 1 und 2 dicht bei den von Hand einstellbaren Regelwiderständen 51 und 53 anzubringen, so daß der Bedienungsmann durch Beobachtung der beiden vorerwähnten Gruppen von Meßeinrichtungen in bequemer Weise erkennen kann, ob eine Einstellung der Widerstände 51 bzw. 53 angebracht ist und in welchem Ausmaß eine solche Verstellung gegebenenfalls erfolgen muß.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Schiffsstabilisierungsanlage mit im Takt der zu dämpfenden Schiffs-Schwankungen hin und her verschiebbaren Dämpfungsmassen nach Patent 617 861 unter Verwendung einer Handeinstellvorrichtung zum Verändern der Wirkung der selbsttätigen Steuerung auf die Verschiebung der Dämpfungsmassen in Anpassung an die Verhältnisse des Seeganges, dadurch gekennzeichnet, daß von der Handeinstellvorrichtung aus die (Maximal-) Leistung des isodromen Leistungsreglers bei Uberbeanspruchung desselben durch Beeinflussen des Antriebsmotors für das Gebläse oder/und der in den Verbindungsleitungen der Lufträume der Tanks bzw. in der Anschlußleitung für das Gebläse liegenden Drosselklappen regelbar ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermöglichung einer rechtzeitigen Bedienung der Handeinstellvorrichtung bei stark abnormalen Seegangsverhältnissen die Handeinstellvorrichtung in der Nähe von Meßeinrichtungen für die Schlingerbewegung, beispielsweise einem Schlingerwinkelzeiger, und für die Bewegung der Dämpfungsmassen, beispielsweise Standrohren zur Beobachtung des Flüssigkeitsstandes in den Tanks, angebracht ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen