DE1945548A1 - Schiff mit Stabilisierungsanlage - Google Patents

Schiff mit Stabilisierungsanlage

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DE1945548A1 DE19691945548 DE1945548A DE1945548A1 DE 1945548 A1 DE1945548 A1 DE 1945548A1 DE 19691945548 DE19691945548 DE 19691945548 DE 1945548 A DE1945548 A DE 1945548A DE 1945548 A1 DE1945548 A1 DE 1945548A1
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ship
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stabilization system
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DE19691945548
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Hans Hoffmann
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/08Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0875Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted to water vehicles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Description

  • Schiff mit Stabilisierungsanlage Die Erfindung bezieht sich auf ein Schiff mit Stabilisierungsanlage, bei der als Stabilisierungsmasse ein über Laufräder auf Fahrschienen hin- und herbewegbarer Wagen dient, auf dem ein elektrischer Antriebsmotor angeordnet ist. Durch eine Verschiebung des Wagens auf querschiffs angeordneten Fahrschienen kann um die Schiffslängsachse ein Moment erzeugt werden, das den Mo-WentPn entgegenwirkt, die das Schiff zu Rollschwingungen anfachen.
  • einer beKannten Stabilisierungsanlage der genannten Gattung ist der Antrieb des Wagens in einer bei Schienentriebfahrzeugen für Zahnradbahnen üblichen Art ausgebildet. Zwischen zwei Fahrachienen, auf die der Wagen mit einen Laufrädern gesetzt ist, befinden sich zwei Zahnstangen, in die wenigstens je ein Triebzahnrad des Wagens eingreift. Dieses Triebzahnrad ist über ein Getriebe mit einem Elektromotor verbunden. Dabei wird das Motormoment zunächst beispielsweise auf ein Kegelgetriebe, dann über ein StirnritzeL auf vertikalachsige Zahnräder der Triebachsen und von diesen auf die Triebzahnräder übertragen. Auf Jede Triebachse i9t eine Bremstrommel aufgesetzt. Bei einer solchen Anlage ist ein verhältnismäßig großer Aufwand an Mitteln, insbesondere für die Übertragung des Momentes vom Motor auf die Triebzahnräder, erforderlich.
  • Hinsichtlich der Beschleunigung des Wagens und der Betriebssicherheit werden hohe Anforderungen an die Stabilisierungsanlage gestellt. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steigerung der Leistungsfähigkeit und Vereinfachung einer Stabilisierungsanlage der eingangs genannten Art zu erzielen. Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, daß der @@@trie@motor mit mindestens einer Seiltromme drehm @@@ saig verbunden ist, die von einem entlang des Wagen@@@ ges@@@ Zugseil umschlungen Auf diese Weise wird - da die Bewegung des Motors ohne Zwischenglieder, wie Getriebe und Kupplung, unmittelbar auf das Zugseil bzw. die Zugseile übertragen wird - ein für eine einwandfreie Steuerung erforderlicher reversibler Energiefluß mit hohem Wirkungsgrad gewährleistet. Dieser reversible Energiefluß ermöglicht erst eine Optimierung der gesamten Anlage unabhängig von der Rolleigenfrequenz des Schiffes. Hierzu wird nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Steuerenergie für den Steuermotor von einer Regeleinrichtung über eine Leonardanordnung oder eine Stromrichteranordnung in Abhängigkeit von den Regelgrößen Rollwinkel, Rollwinkelgeschwindigkeit und Integral des Rollwinkels über der Zeit sowie nach den rückgemeldeten Gr Wagenweg, Wagengeschwindigkeit (und gegebenenfalls Strom des @@@ triebsmotors) gesteuert, wobei die Regelgrößen und die rückgemeldeten Größen mit Aufschaltkoeffizienten multipliziert werden, die zur Erzielung einer optimalen Wirkung der Anlage innerhalb eines großen Rollfrequenzbereiches von Hand oder automatisch nach der Rolleigenperiode bzw. Rollfrequenz des Schiffes einstellbar sind.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
  • Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer in einem Schiff angeordneten Wagenstabilisierungsanlage, Fig.2 die zugehörige Draufsicht und Fig. 3 eine Vorderansicht.
  • In Fig. 4 ist eine Bremsvorri¢htung und in Figur 5 und 6 sind verschiedene Möglichkeiten fUr eine Lagerung der Laufräder des Wagens gezeigt.
  • In dem in Fig. 1 gezeigten Querschnitt eines Schiffes 1 ist ein verschiebbarer Wagen 2 dargestellt, der mit seinen Laufrädern 3 auf zwei Fahrschienen 4 gesetzt ist. Auf dem Gestell 5 des Wagens 2 befinden sich ein elektrischer Antriebsmotor 6 und Gewichte aus schwerer Masse, s*B. Blei. Bei der erfindungsgemäßen Stabilisierungsanlage ist der Antriebsmotor 6 über seine beiden Wellenenden 6a, 6b mit je einer Seiltrommel 7 drehmomentschlüssig verbunden, die von einem entlang des Wagenweges gespannten Zugseil 8 mehrfach umschlungen ist (siehe auch Fig. 2). Das eine Ende des Zugseiles 8 ist an einem Bock 9 starr befestigt, während das andere Ende an einem auf der gegenüberliegenden Seite angebrachten Bock 10 ueber eine Rolle 11 geführt und an einer Feder 12 angebracht ist.
  • Dem Antriebsmotor 6 wird die Steuerenergie von einem Leonardgenerator 40 zugeführt, der über ein Schwungrad 41 mit einem vom Bordnetz 43 gespeisten Asynchronmotor 42 drehmomentschlüssig verbunden ist. Anstelle der Leonardschaltung kann auch eine entsprechende Stromrichteranordnung verwendet werden. Über eine Regeleinrichtung wird der Wagen 2 derart gesteuert, daß der Wagenweg § (und die Wagengeschwindigkeit #) in jedem Moment verhältnisgleich dem Rollwinkel #, der Rollwinkelgeschwindigkeit y und den Integral des Rollwinkels über der Zeit ##dt ist. Gegebenenfalls kann auch der Leonardkreisstrom JL in die Regelung mit einbezogen werden.
  • Mit diesem Steuerungsgesetz erzielt man sowohl bei statischer Krängung (Be- und Entladebetrieb) als auch bei dynamischer Krängung (Seegang) eine gute Wirkung der Stabilisierungsanlage, wobei nach Multiplikation der Regelgrößen und rückgemeldeten Größen mit von der Rolleigenschwingungsdauer abhängigen Koeffizienten fUr unterschiedliche Ladezustände des Schiffes eine Aufschaltung der Regelgrößen und rückgemeldeten Größen nach Optimierungsgesichtspunkten (beste Dämpfung in Abhangigkeit von der Rollfrequenz des Schiffes) gegeben ist.
  • Die Regelgrößen werden in einem Steuergerät 44 erfaßt, das aus einem Xreisellagependel 45 mit einer Eigenschwingungsdauer von 15 bis 20 Minuten und einen Wendezeiger 46 enthält. Das Kreisellagependel 45 liefert laufend den Sollwinkel r und der Wendezeiger 46 laufend die Rollwinkelgeschwindigkeit f' . 3eide Werte werden durch elektrische Geber 48 aJ'1 den Mischverstärker 49 übertragen. Zur Bildung des Rollwinkelintegrals ##dt dient ein Steuer- oder Ferrarismotor 47, der unmittelbar von dem Geber 48 des Kreisellangependels 45 beaufschlagt wird. Die Drehung des Ferrarismotors ist dann proportional dem Integral des Roliwinkels über der Zeit, das ebenfalls durch einen Geber 48 dem Mischverstärker 49 zugeführt wird.
  • Zur Rückmeldung des Wagenweges # und der Wagengeschwindigkeit dient zweckmäßigerweise ein an dem Wagen 2 befestigtes Meßseil 31, das als Rundseil ausgebildet ist und die Bewegung des Wagens 2 an einen Rückmelder 50 leitet. Dieser Rückmelder 50 ist mit bekannten Elementen wie Wegmesser 51 und Geschwindigkeitsmesser 52 sowie mit elektrischen Anschlägen ausgerüstet.
  • Die Weg- und Geschwindigkeitsmesser 51, 52 geben an das Mischgerät 49 Wagenweg f und Wagengeschwindigkeit Um bei unterschiedlichen Ladezuständen die sich ändernde Xolleigenfrequenz des Schiffes zu berücksichtigen, werden die Regelgrößen und rückgemeldeten Größen #, # und gegebenenfalls J überultiplikationsglieder (z.B. Potentiometer) 53 geleitet, denen als Multiplikationsgrößen ein von der Rolleigenschwingungsdauer abhängiger Signalwert zugeführt wird. Dieser Signalwert ist zur Erzielung einer optimalen Wirkung der Anlage durch ein weiteres Potentiometer 54 über eine Kurvenscheibe 55 durch das Handrad 56 oder durch einen Stellmotor automatisch und innerhalb eines großen Rollfrequenzbereiches einstellbar. Dabei wird durch unterschiedliche Ausbildung der Kurvenscheiben 55 die Verwendung eines gemeinsamen Handrades 56 mit Einstellskala 57 zur Vorgabe der einzelnen Aufschaltkoeffizienten ermöglicht. Die in dem Mischgerät 49 gebildete gemeinsame Ausgangsgröße beeinflußt über einen Thyristorverstärker 58 die Erregung der Wicklung 40a des Leonardgenerators 40 und damit die von diesem an den Antriebemotor 6 abgegebene elektrische Steuerenergie.
  • Zur Erzielung einer betriebssicheren Zuleitung der für den Antriebsmotor 6'erforderlichen elektrischen Steuerenergie sind an dem Wagen 4 Stromabnehmer 13 angeordnet (Fig. 3), denen ortsfeste spannungsführönde Leiter zugeordnet sind. Auf diese Weise werden störanfällige Schleppleitungen verr@ edlen.
  • Tr- vorteilhafter Weise sind die den Stromabnehmern 13 zugeordneuer elektrischen Leiter als Stromschienen 14 ausgebildet, die zwischen den Fahrschienen angeordnet sind. Um eine Berührung spannungsführender Teile und eine Verschmutzung der Schleifflächen der Stromschienen 14 zu vermeiden, können diese mit isolierenden Abdeckungen versehen sein (Fig. 1). Vorzugsweise dienen als s isolierende Abdeckungen zu beiden Seiten des Wagens 2 angeordnete Faltenbälge 15, die über Räder 16 an den Fahrschienen 4 abgestützt sind.
  • Als Bremsvorrichtung 17 dient mit Vorteil ein entlang des Wagenweges gespanntes Bremsseil 18, dem auf dem Wagen 2 zwei von Magnetlüftern 19 betätigbare Bremsbacken 20, 21 in selbsthemmender Anordnung zugeordnet sind. Diese Selbsthemmung kann, wie Fig. 4 zeigt, in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß jeder 3remsbacken durch ein Parallelgestänge nit Armen 22 bzv. 23 geführt ist, die in spiegelbildlicher Anordnung an dem Wagen 2 derart gelagert sind, daß die Bremsbacken 20, 21 nach Abfall der Xagnetlüfter 19 durch eine Feder 19a auf das Bremsseil 18 gedrückt werden. Dabei wird je nach Bewegungsrichtung des Wagens entweder der Bremsbacken 20 oder der Bremsbacken 21 durch die Reibungekraft zusehends stärker auf das Bremsseil 18 gepreßt, das seinerseits auf die fest am Wagen angeordneten Bremskörper 20a und 21a gedrückt wird. Die Bremsvorrichtung 17, die durch Abschalten der Magnetlüfter als Stillstandsbremse eingesetzt werden kann, hat den Vorteil, daß sie im Havariefall oder bei Stromausfall selbsttätig anspricht. Damit wird die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Wagenstabilisierungsanlage beträchtlich erhöht.
  • Zur Erhöhung der Sicherheit ist es ferner vorteilhaft, den Wagenweg an beiden Engen durch Anschläge 24 zu begrenzen (Fig. 1), die über Gestänge 25 mit einem gemeinsamen Dämpfungskolben 26 verbunden sind. Dieser Dämpfungskolben 26 ist beispielsweise in einem mit öl gefüllten Bremszylinder 27 angeordnet, dessen beide Enden Uber eine Leitung 28 mit einem Ventil 29 zum Einstellen der Bremswirkung miteinander verbunden sind. Rückholfedern 30 halten den Kolben 26 in einer Mittelstellung. Gegenüber der bekannten Ausführung mit v!er abgefederten Puffern an den Enden des Wagenweges wird damit eine wesentliche Vereinfachung erzielt, da nur ein einziger Dämpfungskolben mit Einstellventil erforderlich ist.
  • Der Wagen 2 ist in einen Tunnel 32 angeordnet, dessen Lichtraumprofil möglichst eng an das Wagenprofil angepaßt ist (Fig. 1, 5).
  • Auf diese Weise wird nicht nur Platz gespart, sondern es kann auch ein besonderer Lüfter für den Motor 6 entfallen, da man durch einfache Luftöffnungen 33 an diametralen Stellen des Motors 6 bereits eine gute Belüftung des Motors erzielen kann. Der Tunnel 32 selbst kann gegebenenfalls an ein vorhandenes Belüftungssystem angeschlossen werden.
  • Die Anwendung der erfindungsgemäßen Wagenstabilisierungsanlage stößt in den-P§llen auf Schwierigkeiten, in denen die durch die Hin- und Herbewegung des Wagens entstehenden Geräusche stören.
  • Um auch in diesen Fällen den Einsatz einer Wagenstabilisierungsanordnung zu ermöglichen, können die Fahrschienen 4 über Schwellen 4a auf Dämpfungsplatten 4b, insbesondere Schwingmetallplatten, angeordnet sein. Eine weitere Geräuschminderung kann durch eine zwischen Krans 34 und Nabe 35 der Laufräder 3 angeordnete elastische Zwischenlage 36 erzielt werden (Fig. 5). Zusätzlich ist es möglich, das Lager 37 der Laufräder 3 über elastische Körper 38 an dem Wagengestell 5 anzuordnen (Fig. 6).
  • Zur Führung des Wagens 2 dienen zweckmäßigerweise Führgsräder 4c, welche die Fahrschienen 4 seitlich berühren (Fig. 3). An der anderen Seite des Wagengestells 5 angeordnete Klauen 39 verhindern bei außergewöhnlich großen Schiffsbewegungen ein Herausspringen des Wagens aus den Schienen 4.
  • 10 Patentansprüche 6 Figuren

Claims (10)

  1. Patentansprüche 1. Schiff mit Stabilisierungsanlage bei der als Stabilisierungsmasse ein Über laufräder auf Fahrschienen hin- und herbewegbarer Wagen dient, auf dem ein elektrischer Antriebsmotor angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (6) mit mindestens einer Seiltrommel (7) drehmoment schlüssig verbunden ist, die von einem entlang des Wagenweges gespannten Zugseil (8) umschlungen ist.
  2. 2. Schiff mit Stabilisierungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerenergie für den Antriebsmotor (6) von einer Regeleinrichtung über eine Leonardanordnung oder eine Stromrichteranordnung in Abhangigkeit von den Regelgrößen Rollwinkel (Y), Rollwinkelgeschwindigkeit (T) und Integral des Rollwinkels über der Zeit (##dt) ) sowie nach den rückgemeldeten Größen Wagenweg (t), Wagengeschwindigkeit (F) und gegebenenfalls Antriebsmotorstrom (J) gesteuert wird, wobei die RegelgröBen und d Ce rückgemeldeten Größen mit Aufschaltkoeffizienten multipliziert werden, die innerha eines großen Rolifrequenzbereiches von Hand oder automatisch nach der Rolleigenperiode bzw. Rollfrequ@ aes Schiffes einstellbar sind.
  3. 3. Schiff mit Stabilisierungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Wagen (2) Stromabnehmer (13) zum Zuleiten der für den Antriebsmotor (6) erforderlichen Steuerenergie angeordnet sind.
  4. 4. Schiff mit Stabilisierungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Stromabnehmern (13) zwischen den Fahrschienen angeordnete Stromschienen (14) zugeordnet sind.
  5. 5. Schiff mit Stabilisierungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bremsvorrichtung (17) mit einem entlang des Wagenweges gespannten Bremsseil (18) vorgesehen ist, dem auf dem Wagen (2) von Magnetlüftern (19) betätigbare Brem'sbacken (20, 21) in selbsthemmender Anordnung zugeordnet sind.
  6. 6. Schiff mit Stabilisierungsanlage- nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wagenweg an beiden Enden durch Anschläge (24) begrenzt ist, die über ein Gestänge (25) mit einem gemeinsamen Dämpfungskolben (26) verbunden sind.
  7. 7. Schiff mit Stabilisierungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wagen durch Laufräder (3) auf vahrschienen (4) geführt ist, die über Schwellen (4a) auf Dämpfungsplatten (4b), insbesondere Schwingmetallplatten, angeordnet sind.
  8. 8. Schiff mit Stabilisierungsanlage nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kranz (34) und Nabe (35) der Laufräder (3) eine elastische Zwischenlage (36) vorgesehen ist.
  9. 9. Schiff mit Stabilisierungsanlage nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß Lager (37) der Laufräder (3) über elastische Körper (38) an dem Wagengestell (5) angeordnet sind.
  10. 10. Schiff mit Stabilisierungsanlage nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wagen (2) von die Fahrschienen (4) seitlich berührenden Führungsrädern (4c) geführt ist.
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