DE19640277A1 - Maschine zur Erzeugung von Winkelbeschleunigungen, für Steuerzwecke durch das Wechselwirkungsprinzip - Google Patents
Maschine zur Erzeugung von Winkelbeschleunigungen, für Steuerzwecke durch das WechselwirkungsprinzipInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Maschine, bei der durch positives bzw.
negatives Beschleunigen von rotierenden Massen, Wechselwirkungs-
Winkelbeschleunigungen erzeugt werden (Reaktionsprinzip), die bei
einem Fahrzeug gezielte Steuerfunktionen übernehmen können.
Eine solche Maschine eignet sich u. a. dazu, das unerwünschte
Schlingern von Schiffen zu dämpfen.
Als Schlingerdämpfer sind heute hauptsächlich folgende Systeme
im Einsatz:
- 1. Schlingerkiele, haben nur einen geringen Wirkungsgrad und ver größern den Schiffswiderstand.
- 2. Schlingertanks, die im wesentlichen durch eine gesteuerte Gewichts verlagerung im Schiff, die Schlingerbewegung dämpfen. Dazu sind relativ große Massen notwendig und das System ist reaktionsträge.
- 3. Schiffskreisel, das sind schnellaufende Kreisel, die durch ihr Bestreben ihre Achse raumfest zu halten dem Schlingern entge gen wirken. Wird ihre Achse aus der Senkrechten gebracht, so will der Kreisel auch diese neue Stellung beibehalten. Mit diesem System ist keine situationsbedingte, aktive Steuerung möglich.
- 4. Flossenstabilisierung, das sind aus dem Rumpf ausfahrbare Flossen, die so gesteuert werden, daß sie der jeweiligen Schlingerbewegung entgegenwirken, wobei sie in umgekehrtem Drehsinn entsprechend angestellt werden. Ihre Wirkung ist stark von der Relativgeschwin digkeit des Schiffes abhängig. Sie erhöhen den Schiffswiderstand, und bei jedem Null-Durchgang der Flossenstellung bewirken sie ein "Schnellen" des Schiffes.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schlingerdämpfung
zu realisieren, die eine sich aufbauende Schwingung des Schiffes
sofort erkennt, qualifiziert, und sofort darauf reagieren kann. Sie
sollte bei jeder Fahrtgeschwindigkeit (auch im Stillstand) gleich
effektiv arbeiten. Keine Vortriebsverluste für das Schiff mit sich
bringen. Keine zusätzlichen Schiffs-Stabilitätsprobleme bewirken.
Auch bei extremen Verhältnissen noch effektiv arbeiten. Durch ent
sprechende Anordnung der Torsion des Schiffskörpers entgegen
wirken können, und schließlich kostengünstig und nachrüstbar sein.
Die Funktionsweise einer solchen Maschine soll hier beispielhaft
beschrieben werden. (s. Abb. I und II).
Ein Schiff (1) wird durch äußere Kräfte und Momente, (Wind und
Wellen) um seine Schlingerachse (2) zu Pendelbewegungen angeregt.
Da das Massenträgheitsmoment des Schiffes groß, seine Winkelbeschleu
nigung aber klein ist, kann der Gesamtdrehimpuls des Systems durch
ein zweites kleines Massenträgheitsmoment mit großer Winkelbe
schleunigung neutralisiert werden.
Die Maschine ist im Schiffskörper so angeordnet, daß die Rotations
achse der Schwungräder (3; 4) im Bereich der Schlingerachse (2)
des Schiffes liegt.
Die beiden Schwungräder (3; 4) werden über ein Differentialgetriebe
(6) und einem einseitigen Zwischenrad (7) (zur Drehrichtungsumkehr)
von einem Motor (5) angetrieben. Durch diese Anordnung drehen sie
mit gleicher Drehzahl aber entgegengesetztem Drehsinn, wodurch ihr
Gesamtdrehmoment nach außen gleich Null ist.
Wird nun im Bedarfsfall eines der Schwungräder (3) z. B. durch einen
Steuermotor (9) über seine Drehzahl hinaus positiv beschleunigt, so
wird das zweite Schwungrad (4) automatisch negativ beschleunigt, da
der Motor (5) bestrebt ist seine Drehzahl beizubehalten.
Diese beiden Winkelbeschleunigungen addieren sich und üben, da sie
in Wechselwirkung mit dem Schiffskörper stehen, auf diesen die
erwünschte entgegengerichtete Winkelbeschleunigung aus.
Schwingt der Schiffskörper in entgegengesetzter Richtung, dann
wird die Wirkrichtung der Maschine umgekehrt, d. h. der Steuermotor
(8) beschleunigt nun Schwungrad (4).
Da die Drehrichtungen der Schwungräder beibehalten werden, und die
kinetische Energie eines Schwungrades auf das andere übertragen
wird, ist der gesamte Energieverbrauch relativ gering.
Die Steuerung der Maschine erfolgt über Sensoren, die sowohl die
Ist-Werte des Schiffes als auch der Maschine erfassen, und die
Verrechnung dieser Werte mit allen anderen notwendigen Parametern.
Dadurch ist es möglich einer sich aufbauenden Schlingerschwingung
im Ansatz entgegenzuwirken, und gleichzeitig mit dem Erreichen der
Stabilitätslage, die Maschine wieder zu ihrem neutralen Gesamt
drehmoment zurückzuführen.
Das zur Maschine gehörende Meß- und Regelsystem sollte so ausgelegt
sein, daß es sowohl permanent einseitig wirkende Schlingermomente,
als auch die während einer Schlingerperiode zusätzlich auftretenden
Momente, berücksichtigen kann.
Anstelle der Steuermotoren (8; 9) könnten auch andere Elemente, z. B.
Generator-Motor-Kombinationen eingesetzt werden.
Wenn zwei solche Maschinen, jeweils im Bug-, und Heckbereich ange
bracht sind, besteht durch entsprechende Regelung zusätzlich die
Möglichkeit der Durchbiegung und Torsion des Schiffskörpers ent
gegenzuwirken.
Eine solche Maschine kann auch in anderen Fahrzeugarten der See-,
Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden. Bei diesen Fahrzeugarten
kann sie auch dazu verwendet werden, eine Lage- oder Richtungs
änderung zu bewirken.
Claims (5)
1. Maschine für Steuerzwecke, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem
Reaktionsprinzip, Winkelbeschleunigungen auf einen Körper ausübt,
um diesen um eine Trägheits- oder Schlingerachse herum, gezielt zu
steuern. Dies geschieht, indem sie rotationsfähige, gegenläufige
Massen, deren Rotationsachse im Bereich dieser Trägheits- oder
Schlingerachse liegen, um diese herum, beschleunigt. Die rotations
fähigen Massen sind dabei so miteinander gekoppelt, daß bei posi
tiver Beschleunigung eines Massenteils, der andere Teil negativ,
und umgekehrt, beschleunigt wird.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rotations
fähigen, gegenläufigen Massen dadurch gekoppelt sind, daß sie von
einem Antrieb über ein Differentialgetriebe und einseitiger Dreh
richtungsumkehrung, angetrieben werden, so daß sie in der neutralen
Ausgangssituation mit gleichem Drehmoment aber gegensinnig drehen.
Wird nun darüber hinaus eine der Rotationsmassen beschleunigt, so
erfährt die andere die gleiche Beschleunigung, allerdings mit ent
gegengesetztem Vorzeichen, wodurch sich ihre Wirkungen auf den zu
steuernden Körper, addieren.
3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Schiffen
zur Schlingerdämpfung eingesetzt wird, wobei die Achse der Rotations
körper im Bereich der Schlingerachse des Schiffes liegt. Dadurch
kann der jeweiligen Winkelbeschleunigung des Schiffes, hervorge
rufen durch äußere Momente, durch entsprechende Winkelbeschleunigungen
der Rotationskörper, entgegengewirkt werden.
4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem
Schiff sowohl im Bug- als auch im Heckbereich vorhanden ist, wodurch
bei entsprechender Steuerung, nicht nur das Schlingern gedämpft,
sondern auch der Durchbiegung und Torsion des Schiffskörpers ent
gegengewirkt wird.
5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf Körper,
die sich um Trägheitsachsen drehen können, Winkelbeschleunigungen
ausübt, so daß diese Körper eine gezielte Lage- oder Richtungsän
derung ausführen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19640277A1 true DE19640277A1 (de) | 1997-03-20 |
Family
ID=7807426
Family Applications (1)
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DE19640277A Withdrawn DE19640277A1 (de) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | Maschine zur Erzeugung von Winkelbeschleunigungen, für Steuerzwecke durch das Wechselwirkungsprinzip |
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