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Einrichtung zur Steuerung von Schiffsstabilisierungsanlagen Die Erfindung
bezieht sich auf . solche Schiffsstabilisierungsanlagen, bei denen Stabilisierungsmassen
(Tankflüssigkeit, Wagen, Gewichte) im Takte der zu dämpfenden Schiffsschwingungen
hin und her bewegt werden, und hat eine Einrichtung zur Steuerung der Bewegung dieser
Stabilisierungsmassen zum Gegenstand. Die Bewegung der Stabilisierungsmassen kann
dabei lediglich durch die Schiffsschwingungen hervorgerufen oder noch zusätzlich
durch einen besonderen Antrieb aktiviert werden. Der Einfachheit halber sei .die
Erfindung beschrieben unter Zugrundelegung einer Schlingertankanlage; sie ist aber
nicht auf Anlagen dieser Art beschränkt, sondern allgemein für Schiffsstabilisierungsanlagen
der eingangs gekennzeichneten Art anwendbar.
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Das richtige und,. wirkungsvolle Arbeiten einer Schlingertankanlage
hat eine bestimmte Phasenverschiebung zwischen der Tankflüssigkeitsbewegung und
den Schiffsschwingungen zur Voraussetzung, d. h. die während jeder Halbperiode einer
Schiffsschwingung erfolgende Umschaltung der Tankflüssigkeitsbewegung muß mit Bezug
auf die Schiffsschwingung in einem ganz bestimmten Phasenzeitpunkte stattfinden.
Zur Ermittlung dieses Umschaltzeitpunktes sind Steuergeräte bekannt, die zwei die
Schlingerbewegungen nachbildende, aus elastischem Glied und Dämpfungsglied bestehende
Phasenregler enthalten, von denen der eine schwach, der andere stark gedämpft ist.
Als Phasenregler werden z. B, gemäß den Schlingerbewegungen gespannte Federn- benutzt,
deren freie Enden in ihrer Bewegung gedämpft sind. DieEingangswellen der Phasenregler
werden gemäß den Schiffsschwingungen bewegt, während die Ausgangswellen eine nach
Phase und Amplitude
veränderte Bewegung ausführen. Aus der Relativbewegung
der beiden Phasenregler gegeneinander «-erden die Umschaltkomman-(los abgeleitet:
durch Beeinflussung der Dämpftuig der Phasenregler hat man es dabei in der Rand,
den Umschaltzeitpunkt, d. h. die Phasenverschiebung zu verändern und auf den jeweils
günstigsten Wert einzustellen. Die Dämpfung wurde bei derartigen Steuergeräten bisher
durch eine lwdraulische Einrichtung erreicht, z. B. in der Art, daß der Phasenregler
zwei in Zylindern geführte Kolben bewegt. Die Zylinder sind mit Öl oder einer anderen
Flüssigkeit gefüllt und durch eine Leitung miteinander verbunden, in der sich ein
Drosselventil befindet. Die Einstellung der Dämpfungswirkung erfolgt durch dieses
Drosselventil.
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In der Praxis werden die Phasenregler von cinetn -\aclilaufinotor
angetrieben, der im "Pakte der zti bekämpfenden Schiffsschwin--ungen, z. B. von
einem Schlingerwinkelzeiger, gesteuert wird. Der Hub des Phasenreglers ist bei @"erwendung
von Hydraulischen l)iitnpftingscinriclitungen atis mechanischen Grü.nclen auf etwa
-f--5° begrenzt. Da andererseits die Drehgeschwindigkeit des Motors im Vergleich
zti der des Phasenreglers natürlich recht erheblich ist, muß oiiiit eine starke
@`ber:etzung ins Langsame vorgenommen .werden. Dadurch fallen die Phasenregler Iror,
schwer und teuer aus. 'Mit Rücksicht auf die Genauigkeit der Kommandogabe wäre zudem
ein viel größerer Drehwinkel des Plia-:enregiers erwünscht, als er durch die Bauart
von Oldämpfern oder sonstigen hydraulischen Dämpfungseinrichtungen bedingt ist.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Steuerung von Sckiffsstabilisierungsr.nlagen
mit aus elastischem Glied und Dämptungsglied bestehenden Phasenreglern, deren lingangswelle
von einem Nachlaufmotor angetrieben wird und deren Ausgangswelle eine nach Phase
und Amplitude veränderte, die Schiffsschwingungen nachbildende Bewegung ausführt
(z. B. gemäß den Schiffsschwingungen gespannte Federn, deren freie Enden in ihrer
Bewegung gedämpft sind): das erfin-,lungsgemäße Kennzeichen ist die Anwendung eines
als elektrische regelbare Wirbelstrombremse ausgebildeten Dämpfungsgliedes zur Erzeugung
der erforderlichen Ausgangsbevegung.
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Bei einer derartigen Ausführung des Steuergerätes kann an den Drehwellen
des Phasenreglers ein großer Drehwinkel zugelassen werden, d. h. die Phasenregler
können als Schnelläufer ausgebildet werden, deren Winkelgeschwindigkeit von gleicher
Größenanordnung wie die des Nachlaufinotors ist. Daher fallen die Phasenregler klein,
leicht und billig aus. Ein anderer wesentlicher Vorzug dieser Anordnung besteht
darin, daß durch Beeinflussung des Magnetfeldes der Wirbelstrombremse die Dämpfung
sehr bequem in beliebigen Grenzen und beliebig feinstufig durchgeführt werden kann.
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Ein weiterer wichtiger Vorteil ergibt sich aus folgendem. Der jeweils
erforderliche Wert der Phasenverschiebung ist nicht nur von den Schiffsdaten, sondern
auch von der Periodenlänge der Schiffsschwingungen abhängig. In Abweichung von dem
etwa 9o° betragenden Normalwert muß die Phasenverschiebung bei zunehmender Periodenlänge
vergrößert und bei abnehmender Periodenlänge verkleinert werden. Um entsprechend
dieser Vorschrift die Phasenverschiebung steuern zu können, werden die Schiffsstabilisierungsanlagen
mit Periodenmeßgeräten ausgerüstet, die auf die Dämpfungseinrichtungen des Steuergerätes
eimcirken und damit die Dämpfung, also auch die Phasenverschiebung regeln. Diese
Beeinflussung der Dämpfung in Abhängigkeit von der Periodenlänge ist beim erfindungsgemäßen
Steuergerät in besonders einfacher Weise automatisch durchführbar, indem das Periodenmeßgerät
auf das Magnetfeld der Wirbelstrombremse einwirkt, z. B. einen Widerstand im Erregungsstromkreis
verstellt.
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Es sind Kreiselgeräte zur Stabilisierung von Flugzeugen oder Schiffen
bekannt, bei denen die Schwingbewegung eines die Kreiselanordnung tragenden Trägheitsrahmens
durch Wirbelstrombreinsung gedämpft wird, und bei denen ebenfalls eine Regelung
der Dämpfungsintensität mit Rücksicht auf die Bewegungsbedingungen des Fahrzeuges
oder die atmosphärischen Verhältnisse vorgesehen sein kann. Mit dieser bekannten
Anordnung soll eine möglichst vollkommene Dämpfung der Schwingungsbewegung erzielt
werden. Bei der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Steuereinrichtung soll
dagegen nicht eine Bewegung völlig abgedämpft werden, sondern eine gedämpfte Bewegung
in gewollter Weise zu Stande kommen, und es wird zu diesem Zwecke das die Dämpfungsbewegung
hervorrufende Teilglied des Phasenreglers, das den Phasenzeitpunkt der Steuerkommandos
bestimmt, in der oben angegebenen Weise als Wirbelstrombremse ausgebildet.
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Fig. r zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig.2 eine abgeänderte
Einzelheit. Die zu bekämpfenden Schlingerbewegungen werden von einem Schlingerwinkelzeiger
r angezeigt, dessen Bewegungen von dem N achlaufmotor.I synchron auf das Steuergerät
übertragen werden. Die Schaltvorrichtung des Nachlaufmotors besteht aus einer
zwei
voneinander isolierte Kontakte enthaltenden Gabel 2 und einem in diese Gabel eingreifenden
Kontaktstift 3. Aus der dargestellten Schaltung ist leicht ersichtlich, daß die
Ausschläge des Schlingerwinkels i von dem Nachlaufmotor 4 synchron nachgebildet
und über das Vorgelege 5 auf eine Welle 6 weitergeleitet werden. - Die Welle 6 ist
die Eingangswelle eines an sich bekannten Phasenreglers R, Über die Getriebeteile
7 bis 13 wird die Eingangswelle 14 eines zweiten Phasenreglers R2 angetrieben. Vorzugsweise
besteht zwischen den Antrieben beider Phasenregler eine Übersetzung von z. B. i
:1,2, um in an sich bekannter Weise statische Schräglagen, die sich den Schlingerbewegungen
überlagern, berücksichtigen zu können. Die Eingangswelle 6 ist mit den inneren Enden
zweier Spiralfedern 15 und 16 verbunden, von denen die eine rechtsgängig, die andere
linksgängig ist; die äußeren Enden dieser Federn greifen an dem Federgehäuse 17
an. Von dem Federgehäuse 17 wird über die mit ihm verbundene Welle 18 die Ausgangsbewegung
abgenommen. Der Phasenregler R2 hat zweckmäßig die gleiche Bauart. Auf seiner Eingangswelle
14 sitzen also auch zwei gegen-. läufige Federn, und die Ausgangsbewegung wird von
der mit dem Federgehäuse 1g verbundenen Welle 2o abgenommen.
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Aus den Bewegungen der Ausgangswellen 18 und 2o relativ zueinander
werden die Kommandogaben für die Umschaltung der Tankflüssigkeitsbewegung abgeleitet,
und zwar beispielsweise derart, daß im gewünschten Umschaltzeitpunkt ein Kontaktwechsel
stattfindet, der unter Benutzung von Relais, Elektromagneten, Elektromotoren o.
ä. 'entsprechende Steuervorgänge auslöst. Zu diesem Zwecke sitzt am rechten Ende
der Phasenreglerwelle 18 eine Kontaktscheibe 21 mit zwei Kontaktsegmenten 22 und
23. Vor diesen Kontaktsegmenten bewegt sich ein Kontakthebel 24, der auf der Ausgangswelle
2o des zweiten Phasenreglers sitzt. Jedes Mal, wenn der Kontakthebel 24 von dem
einen zum anderen Segment überwechselt, findet ein Kontaktwechsel, d. h. die Kommandogabe
statt, die über die elektrischen Leitungen 25 zu dem Umschaltorgan weitergeleitet
wird.
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Sowohl die Kontaktscheibe :2i als auch der Kontakthebel 24 werden
von dem Motor 4 entsprechend den Schlingerbewegungen des Schiffes, also z. B. sinusförmig
bewegt. Jedes Mal im Schnittpunkt der zugehörigen beiden Bewegungskurven findet
Kommandowechsel statt. Voraussetzung dafür ist, daß Kontaktscheibe und Kontakthebel
eine bestimmte Phasenverschiebung gegeneinander aufweisen. Diese wird dadurch erzielt,
daß die Ausgangswellen beider Phasenregler je mit einer Dämpfungseinrichtung versehen
und dieDämpfungsgrade verschieden eingestellt werden. An Stelle der bisher üblichen
hydraulischen Dämpfung erfolgt erfindungsgemäß die Dämpfung durch elektrische Wirbelströme
oder Kurzschlußströme, die durch die Phasenreglerbewegungen erzeugt werden. Die
Erzeugung von Wirbel- oder Kurzschlußströmen hat eine verhältnismäßig hohe Drehgeschwindigkeit
der Phasenreglerwellen zur Voraussetzung, die dadurch gegeben ist, daß die Welle
des Motors 4 und die Eingangswellen 6 und 14 der Phasenregler nur geringe übersetzungenaufweisen.
ZueinerSchlingerperiode gehört alsdann ein großer Winkelweg der die Kontaktanordnung
tragenden Ausgangswellen i8 und ?o. Die elektrische Dämpfungseinrichtung für den
Phasenregler R, besteht aus einem auf seiner Ausgangswelle 18 angeordneten Eisenzylinder
26, der sich in einem Magnetfeld 27 bewegt. Ebenso gehört zu dem zweiten Phasenregler
ein Eisenzylinder oder Anker 28 und ein Magnetfeld 29. Die Magnetfelder 27 und 2g
können z. B. von einer Batterie erzeugt oder auch vom Netz aus gespeist werden.
Durch die periodischen Bewegungen der Anker 26 und 28 in diesen Magnetfeldern werden
in ihnen Induktionswirkungen hervorgerufen. Sind die Anker als massive Metallkörper
ausgebildet, so entstehen Wirbelströme. Diese Induktionswirkungen haben eine Gegenkraft
zur Folge, die die Bewegung der Wellen 18 und 2o dämpft. Die Größe der Dämpfungskraft
ist dabei von der Stärke der Magnetfelder abhängig. Durch WiderstandsregelungderErregungsstromkreise
derMagnetfelder 27 und 29 ist es also auf bequeme Weise möglich, die jeweils gewünschte
Dämpfung einzustellen und damit die Phasenlage des Umschaltzeitpunktes zu verändern.
Bei ptomatischer Steuerung der Phasenverschiebung durch ein Periodenmeßgerät führen
die Leitungen 30 und 31 zürn Periodenmeßgerät, das alsdann in Abhängigkeit
von der Periodenlänge die Stärke der Magnetfelder beeinflußt.
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Die Ausbildung der Wirbelstrombremse als massiver Eisenzylinder ist
nur ein mögliches Beispiel für die Anwendung des Erfindungsgedankens. Der Drehanker
der elektrischen Dämpfungseinrichtungkann z. B. gemäß Fig.2 auch als Kurzschlußanker,
insbesondere als Käfiganker ausgebildet sein.
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Bei länger werdenden Schiffsschwingungen empfiehlt es sich, von einem
bestimmten Werte der Periodenlänge an aufwärts die Kontakte nicht aus der Relativbewegung
zweier die Schiffsschwingungen nachbildenden Teile (Kontaktscheibe 21 und Kontakthebel
24) abzunehmen, sondern von schiffsfesten Kontakten. Zu diesem Zwecke sitzt auf
der Welle 2o des Phasenreglers R. ein zweiter Kontaktliebe
132,
der sich vor den beiden schiffsfesten Kontaktsegmenten 3.1 und 35 bewegt. Sobald
der bestimmte Wert der Periodenlänge erreicht ist, werden die Umschaltorgane für
die Tankflüssigkeitsbewegung von der Kontakteinrichtung2i bis 25 abgeschaltet und
an die Kontakteinrichtung 32 bis 3.4 gelegt. Bei dieser Betriebsweise wird also
nur ein Phasenregler ausgenutzt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Kitzen die Kontakte unmittelbar
auf den schnellaufenden Ausgangswellen der Phasenregler. Bewegen sich die Pliasenreglereingangswellen
mit größenordnungsmäßig gleicher Winkelgeschwindigkeit wie der Nachlaufmotor und
ergibt sich dadurch ein mehrere Umdrehungen umfassender Winkelausschlag der Kontaktscheibe
und des Kontakthebels, so empfiehlt es sich, die Kontakte auf besonderen Wellen
anzuordnen und zwischen die Regler wellen und Kontaktwellen Übersetzungen ins Langsame
zu legen, so daß die Kontaktwellen einen maximalen Uindrehungswinkel von etwa +
ioo° bis -f- 2oo° zurücklegen.
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An Stelle der beschriebenen Phasenregler können andere mechanische
oder elektrische Phasenregler treten, die in gleicher Weise aus elastischem Glied
und Dämpfungsglied bestehen. Das elastische Glied des Phasenreglers kann z. B. ein
etwa infolge erhöhter mechanischer Reibung träge ansprechender Nachlaufmotor sein.
In Anwendung der Erfindung würde man den Einflur der mechanischen Reibung möglichst
weitgehend vermeiden und dafür eine Wirbelstrombremsung vorsehen.