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Einrichtung zur Ermittlung der statischen Schräglage eines schlingernden
Schiffes Es ist eine Einrichtung zur Ermittlung der statischen Schräglage eines
schlingernden Schiffes bekannt, bei der aus dem arithmetischen Mittel aufeinanderfolgender
Maximalamplituden des Schlingerwinkels der Schräglagenwinkel als elektrische Spannung
mit Hilfe von Spannungsteilern ermittelt wird, deren Abgriff durch einen Schlingerwinkelzeiger
eingestellt wird. Die Schlingerbewegung wird hierbei gedämpft. nachgebildet und
der Schräglagenwinkel als Integrationswert der Schlingerwinkel erhalten. Im Wesen
dieser durch die gedämpfte Bewegung gekennzeichneten Integrationseinrichtung liegt
es begründet, daß die zu messende Schräglage erst nach Ablauf mehrerer Schlingerperioden
angezeigt wird.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung ähnlicher
Art, bei der die vorzugsweise an Spannungsteilern abgegriffenen Spannungen, jedoch
ohne Zwischenschaltung einer Dämpfungseinrichtung, ebenfalls einer ,das arithmetische
Mittel bildenden elektrischen Einrichtung zugeführt werden. Erfindungsgemäß sind
an die mit Mittenanzapfungen, die der Horizontallage des Schiffes entsprechen, versehenen
Spannungsteiler Kondensatoren angeschlossen, die mittels eines die Stromkreise der
Kondensatoren kurzzeitig schließenden Schl:ingerwinkelgeschwindigkeit.smessers wechselseitigproportional
den Maximalamplituden aufgeladen werden und den Anodenstrom von an eine gesonderte
Einrichtung zur Mittelwertbildung angeschlossenen Elektronenröhren steuern, so daß
das arithmetische Mittel von nur zwei zu aufeinanderfolgenden Halbperioden gehörenden
Anodenströmen als Maß für die Schräglage dient.
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Bei der bekannten Einrichtung muß der Mittelwert wegen des angewandten
Integrationsprinzips notwendigerweise aus einer Vielzahl von Halbschwingungen gebildet
werden. Ändert sich der Schräglagenwinkel,
dann dauert es also eire
geraume "Zeit, bis die richtige Anzeige durchgekommen ist. Bei cler erfindiingsgeinäßen
Einrichtung sind daregen zur Bildurs;; des ll:ttelwertes mir zwel
| aufeinanderfolgende Halbschwingungen |
| forderlich. Daher wird bereits für je, , |
| l-Ialbschwingung die Anzeige sofort auf dein |
richtigen Wert gebracht und jede :lncierung des Schräglagenwinkels also ohne Zeitverlust
a ng geze:-t I
. Diese Arbeitsweise ist im Vergleich zur bekannten Einrichtung
natürlich viel vorteilhafter. insbesondere wenn der Schräglagenwinkel als Steuerwert
einer
Schifisstabilisierungsanlage benutzt wird.
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Für das Anschalten des Kondensators an riie an den Spannungsteilern
eingestellten Maximalspannungen kann z. B. ein Wendezeiger dienen, der den Schaltvorgang
bei seinem Nulldurchgang vornimmt. Ein Wendezeiger hat bekanntlich die Eigenschaft,
unabhängig von Frequenz oder Amplitude cier Schwingung im Augenblick vier Bewegungsumkehr
durch seine Nullage zu gehen, so dali auf diese 1\"eise de Kondensatoren
im richtigen Zeitpunkt auf die jeweils erforderliche Spannung gebracht werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Mit i ist eine Einrichtung zur Anzeige und Weiterleitung des Schlingerwinkels bezeichnet,
die z. B. aus einem Kreiselpendel mit Nachlaufmotor bestehen kann. Das auf der Ausgangswelle
dieser Einrichtung sitzende Zahnrad 2 wird entsprechend dein Schlingerwinkel bewegt
und kämmt mit einem Ritzel 3 auf der Drehwelle einer Schraubenspindel d.. Die periodisch
erfolgenden Rechts- und Linksdrehungen der Schraubenspindel .I rufen Aufundabbewegungen
:der Wandermutter 5 hervor, die zu beiden Seiten mit Gleitkontakten 6 und ; versehen
ist, die dabei über die Stromschienen 8, 9 und die Spannungsteiler io, i i hinweggleiten.
Die Kontakte 6 und 7 sind voneinander isoliert an der Wandlermatter j befestigt.
Als Stromquelle für die Spannungsteiler dienen die Batterien i z und 13.
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Im unteren Teile der Zeichnung ist eine Brückenschaltung dargestellt,
deren vier Zweige durch die Widerstände 14, 15, 16 und 17 gebildet werden. Die Widerstände
14 und 15 sind unter sich gleich, ebenfalls die Widerstände 16 und 17. Im Diagonalzweig
liegt ein .Anzeigeinstrument 18, etwa ein .Galvanonieter. Die Widerstände 16 und
17 sind gleichzeitig in den Anodenkreis je einer Elektronenröhre ig bzw. 2o eingeschaltet.
Der Anodenstrom wird durch die Batterien 21 und 22 geliefert; die Gitter der Röhren
erhalten durch die Batterien 23 und 24 eine negative Vorspannung. ` hie Elektronenröhre
i9 ist dein Spannungsteiler io zugeordnet und mit ihrem Gitter über die Leitung
25 an eine Mittenanzapfung =';s Spamiun.gsteilers angeschlossen. Ebenso die zuln
Spannungsteiler ii gehörende ,#Wöhre 20 über die Leitung 2<> an eine Mitten-'
anzapfung angeschlossen. In den Gitterstromkreisen liegen die Kondensatoren 27 und
28. Für das Anschalten der an den Spannungsteilern abgegritienen Spannungen an die
Gitter bzw. Kondensatoren ist ein gemeinsamer Kontakthebel 29 vorgesehen, dem die
beiden Gegenkontakte 30 und 31 zugeordnet sind. Der Kontakthebel 29 besteht
aus zwei gegeneinander isolierten Hälften, von denen die eine alt den Kondensator
27, die' andere an den Kondensator 28 angeschlossen ist. Vor dem Kontakthebel 29
ist der Wendezeiger 32 angeordnet, der mit einer federnden Zunge 33 versehen ist.
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Die Wirkuligsweise der beschriebenen Einrichtung; soll nachstehend
für die einzelnen möglichen Betriebsfälle beschrieben werden: Befindet sich das
nicht schlingernde Schiff in seiner Horizontallage, dann nehmen die Gleitkontakte
6 und ; die durch die gestrichelte Linie 34 angedeutete Mittellage ein. An den Spannungsteilern
12 und 13 werden somit keine -Spannungen abgegriffen, und die Anodenströme der beiden
Röhren sind allein durch die Größe der Gittervorspannung bestimmt. Wesentlich ist,
daß die Röhren i9 und 2o und ihre Anoden- und Gitterspannungen genau gleich ausgeführt
sind. Beide Röhren, deren Arbeitspunkt etwa in der Mitte des linearen Teiles ihrer
Kennlinie liegt, liefern dann die gleichen Anodenströme, die an den Widerständen
i6 und 17 gleiche Spannungsabfälle hervorrufen. Das Galvanometer 18 ist somit stromlos,
und zwar unabhängig davon, ob die Kontakte 30, 31 geschlossen oder geöffnet sind.
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Es sollen nun die Verhältnisse bei einem um seine Horizontallage schlingernden
Schiff, bei dem also die auftretenden Krängungen auf der Backbord- und der Steuerbordiseite
gleich sind, betrachtet werden. Die Wandermutter mit ihren Gleitkontakten 6 und
7 bildet den Schlingerwinkel nach, und zwar sei angenommen, daß sie sich bei Schwingungsausschlägen
nach Backbord unterhalb, bei Schwingungsausschlägen nach Steuerbord oberhalb der
durch 3d. gekennzeichneten Mittelstellung befindet. Der Wendezeiger 32 be- 1 wegt
sich ebenfalls entsprechend der Schlingerbewegung, jedoch gegenüber dem Schlingerwinkelzeiger
bzw. der Wandermutter 5 mit 9o' Phasenverschiebung. Entsprechend dem jeweiligen
Krängungswinkel des Schiffes werden an den Spe.nnungsteilern io und ii Spannungen
eingestellt, die so lange keinen
Einfluß auf die Röhrenschaltung
haben, wie die Kontakte 30 und 31 geöffnet sind. Jeweils bei der Bewegungsumkehr
des Schiffes, d. h. wenn,die Wandermutter 5 ihre Maximalverschiebung erreicht hat,
geht der Wendezeiger 32 .durch seine Mittellage und stellt dabei je nach dem Drehsinn
für einen kurzen Augenblick den Kontakt 29, 30 oder 29, 31 her.
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Angenommen, der Wendezeiger 32 gehe bei dem maximal nach Backbord
geneigten Schiff in Richtung des eingezeichneten Pfeiles durch seine Nullage. Durch
die federnde Zunge 33 wird für einen kurzen Augenblick der Kontakt 29,
30 geschlossen und der Kondensator 27 auf die dem erreichten Krängungswinkel
entsprechende Spannung, d. h. proportional der Maximalamplitude des Schlingerwinkels
aufgeladen. -Der -Kondensator 27 und die Batterie 23 sind in diesem Falle in ihrer
Wirkung auf das Gitter gegeneinander geschaltet. Die negative Vorspannung der Röhre
i9 wird somit kleiner und der Anodenstrom größer, also auch der Spannungsabfall
am Widerstand 16 erhöht. Während der mit diesem Schaltvorgang beginnenden Halbperiode
schwingt das Schiff von Backbord nach Steuerbord, die Wandermutter 5 wird durch
die Mittellage hindurch nach oben verschoben. Wenn der Maximalausschlag nach Steuerbord
erreicht ist, geht der Wendezeiger wieder durch 'seine Nullage, aber diesmal entgegen
dem Drehsinn .des eingezeichneten Pfeiles. Durch die federnde Zunge wird jetzt der
Kondensator 28 aufgeladen, und zwar auf die gleiche Spannung wie vorher der Kondensator
27, da ja gleiche Ausschläge nach Steuerbord und Backbord vorausgesetzt waren. Die
sperrende Wirkung der Batterie 24 auf die Röhre 2o wird in gleicher Weise aufgehoben
wie bei der Rufladung des Kondensators 27, da auch diesmal die Teile 24 und 28 gegeneinander
geschaltet sind. Zwar erfolgt der Spannungsabgriff diesmal oberhalb der Mittenanzapfun:g,
aber wie ersichtlich, sind die Spannungsteiler io und i i entgegengesetzt gepolt.
Der Anodenstrom der Röhre 2o wird also im gleichen Ausmaße verstärkt und am Widerstand
17 der gleiche Spannungsabfall hervorgerufen wie am Widerstand 16. Auch jetzt ist
das Galvanometer stromlos, d. h. es ist keine statische Schräglage vorhanden.
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Bei Vorhandensein einer statischen Schräglage sind die Maximalausschläge
der Schlingerbewegung nach Backbord und Steuerbord in bezug auf die Horizontallage
des Schiffes verschieden. Es sei angenommen, daß die Schräglage so gering bzw. die
zu der mittleren Schräglage des Schiffes gehörende Schwingungsamplitude so groß
ist, daß das Schiff bei .diesen Schwingungen jedesmal wieder die Horizontallage
erreicht und durch sie hindurchgeht. Es sei jedoch z. B. der maximale Schwingungsausschlag
nach Back-,'bord größer als der nach Steuerbord. Aus der. Zeichnung ist ohne weiteres
verständlich, daß alsdann der Kondensator 27 entsprechend dem größeren Backbordausschlag
stärker aufgeladen wird - als der den Steuerbordaussch.lag erfassende Kondensator
28. Im gleichen Maße ist der Anodenstrom .der Röhre i9 größer als der der Röhre
2o. Die Spannungsabfälle an den Widerständen 16 und 17. in der Brückenschaltung
fallen also verschieden aus, es fließt ein Strom :durch das Galvanometer 18, der,
wenn im linearen Teil der Röhrenkennlinien gearbeitet wird und sonst gleiche Verhältnisse
vorliegen, der statischen Schräglage genau proportional ist.
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Es ist auch der Fall denkbar, daß das Schiff um eine vorhandene statische
Schräglage schlingert, dabei aber niemals die Horizontallage erreicht, vielmehr
immer nach der gleiohen Seite geneigt bleibt. Das Schiff habe z. B. eine starke
statische Neigung nach Backbord (die Wandermutter 5 befindet sich dann unterhalb
der Mittellinie 34), die durch die Schlingerb.ewegungen in der einen Richtung weiter
vergrößert wird und bei der Bewegungsumkehr eine entsprechende Rufladung des Kondensators
27 zur Folge hat. In der sich anschließenden Halbperiode der Schwingungen wird die
Schräglage zwar verkleinert, aber da die Horizontallage voraussetzungsgemäß nicht
erreicht wird, bleibt d:e Wandermutter 5 unterhalb .der Mittellinie 34. Bei der
nun folgenden Bewegungsumkehr wird der Kondensator 28 entsprechend dem Maximalwinkel
der Schlingerbewegung in bezug auf die Horizontallage aufgeladen, der jedoch in
diesem Falle als negativ angesehen werden muß. Dementsprechend wird der Kondensator
28 in einem solchen Sinne geladen, daß er die sperrende Wirkung der Batterie 24
auf das Gitter unterstützt und den Anodenstrom schwächt. Die Spannung ist also mit
dem entgegengesetzten Vorzeichen abgegriffen worden. Auch in diesem Falle zeigt
das Galvanometer i8 also eine Spannung an, die der mittleren, d. h. statischen Schräglage
des Schiffes in bezug auf seine Horizontallage entspricht.
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Aus der beschriebenen Wirkungsweise der Einrichtung für die einzelnen
Betriebsfälle geht klar hervor, daß in jedem Fall mit jeder Halbschwingung die Anzeige
der Einrichtung auf den jeweils richtigen Wert .gebracht wird.
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Im gezeichneten Ausführungsbeispiel sind zwei Spannungsteiler vorgesehen
worden, damit auch für den Fall der die Horizontallage nicht erreichenden Schwingungen
die Anzeige
richtig bleibt. Könnte man voraussetzen, dali die Schwingungen
immer durch die Horizontallage des Schiffes gehen, dann wäre es auch möglich, m:t
einem einzigen Spannungsteiler auszukommen. Da bei einer solchen Anordnung die Spannungen
in beiden Schwingungse:nrichtungen jedoch stets mit dem gleichen Vorzeichen abgegriffen
werden, versagt sie offenbar, sobald die Horizontallage nicht erreicht wird und
ist daher für die Schräglagenmessung auf Schiffen im allgemeinen nicht geeignet.
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Das beschriebene Schräglagenmeßgerät zeigt auch dann die Schräglage
richtig an, wenn das Schift überhaupt keine Schlingerbewegung ausführt. Der Wendezeiger
befindet sich dann zwar ständig in Ruhe, und zwar in seiner Nullstellung. Durch
geeignete, in der Zeichnung nicht dargestellte Ausführung des Schaltwerkes wird
erreicht, daß die Kontakte 29, 30 und a9, 31 gleichzeitig geschlossen
sind und somit die Kondensatoren 27 und 28
mit den Spannungsteilern io und
i i verbinden. Entsprechend der Stellung der Wandermutter 5 werden die Kondensatoren
auf eine konstante Spannung aufgeladen.