DE1058390B - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von Stabilisatoren auf Schiffen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf die Stabilisierung von Schiffen gegen Schlingern oder Stampfen, insbesondere auf die Steuerung der Stabilisierungseinrichtung bei Schiffen.

In bereits bekannten Stabilisierungseinrichtungen werden die Steuerfunktionen von der Bewegung des Schiffes abgeleitet. So kann zur Steuerung der Rollbewegung eine zusammengesetzte Steuerfunktion ausgewählt werden, die eine oder mehrere der Funktionen der Rollbewegung, der Rollgeschwindigkeit und der weiteren Ableitungen nach der Zeit umfaßt. Alle diese Funktionen zusammen sind das Ergebnis der auf das Schiff wirkenden Kräfte. Bei einem nichtstabilisierten Schiff bestehen diese Kräfte aus der von außen einwirkenden Kraft der See und den Kräften, die sich durch das Manövrieren des Schiffes ergeben, sowie aus den Kräften, die für die Stabilität des Schiffes charakteristisch sind. In einem stabilisierten Schiff dagegen wirkt noch eine zusätzliche Kraft auf dasselbe, nämlich die Kraft oder Beschleunigung, die ihm die stabilisierenden Mittel auferlegen.

Bei den bekannten Stabilisierungseinrichtungen werden die Messungen zur Ermittlung der Steuerfunktion der Schiffsbewegung entnommen. Infolgedessen entsteht die Winkelbeschleunigung und deren Änderung aus der Summe der natürlichen Kräfte. Wenn dabei ein Schiff einer Winkelbeschleunigung von beispielsweise 1° je Sekunde unterliegt und die dieser Beschleunigung oder einer der anderen Funktionen entgegenwirkenden Stabilisierungsmittel eine Stabilisierungskraft oder -beschleunigung von I⁰ je Sekunde in entgegengesetzter Richtung erzeugen, dann ist das sich aus den Messungen ergebende Steuersignal das gleiche, wie wenn keine Winkelbeschleunigung entsprechend aus den natürlichen Kräften vorhanden wäre. Das bedeutet, daß eine die Stabilisierung des Schiffes bewirkende Kraft erzeugt, gemessen und dann gleich darauf aufgehoben oder vermindert wird, und zwar auf Grund ihrer eigenen Wirkung zur Veränderung der Schiffsbewegung.

Gemäß der Erfindung besteht das Verfahren zur Steuerung von Stabilisatoren auf Schiffen unter Zugrundelegung der aus der Schiffsbewegung ermittelten Meßwerte des Schiffsrollwinkels, der Rollgeschwindigkeit und der weiteren Ableitungen nach der Zeit darin, daß die aus der Anwendung der Stabilisatoren zu erwartenden Winkeländerungen usw. des Schiffes mit den vorstehend genannten Meßwerten verglichen und eventuell ermittelte Differenzen zur Verbesserung der Steuerung der Stabilisatoren benutzt werden. Die hierdurch hervorgerufene endgültige Steuerung steht dann in engerer Beziehung zu den natürlichen auf das Schiff wirkenden Kräften.

In Verbindung mit einer bekannten Stabilisierungs-

Verfahren und Vorrichtung
zur Steuerung von Stabilisatoren
auf Schiffen

Anmelder:

Muirhead & Co. Limited,
Beckenham, Kent (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. J. Ingrisch, Patentanwalt,
Wuppertal-Elberfeld, Wall 27-29

John Bell, Beckenham, Kent (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

flosse als Stabilisator kann eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens einen mit der Flosse verbundenen Wechselstromgenerator zum Messen der Winkelgeschwindigkeit der Flosse, einen von einer Wechselstromquelle und dem Generator gespeisten Modulator und eine elektrische Drehmeldeanlage aufweisen, deren Rotorstellung von der Flossenstellung gesteuert und deren rechtwinklig zueinander angeordnete Wicklungen von der Wechselstromquelle und dem Modulator gespeist werden, und deren Ausgang zusammen mit einer Einstellung der Schiffsgeschwindigkeit durch das Wasser zur Verbesserung der Steuerung der Stabilisatoren benutzt wird. DieAusgangsleistung der elektrischen Drehmeldeanlage kann dabei einer weiteren Drehmeldeanlage zugeführt werden, deren Rotor den Rotor eines Induktionsreglers mechanisch betätigt, von dem eine Wicklung mit einer Spannung gespeist wird, die eine Funktion der Rollwinkelbeschleunigung oder der Rollgeschwindigkeit oder des Rollwinkels oder der Schiffsgeschwindigkeit oder einer Kombination von diesen Werten bildet, und von dem die andere Wicklung einen Impuls zur Verbesserung der Steuerung der Stabilisatoren liefert.

In Verbindung mit einer Flosse als Stabilisator kann die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch eine von dem Steuerimpuls für die Flosse gespeiste elektrische Drehmeldeanlage aufweisen, deren Rotor mit der Flosse über eine Hebelanordnung zur Übertragung der Winkelstellung der Flosse mechanisch verbunden ist und deren Ausgang zusammen mit einer Einstellung der Schiffsgeschwindigkeit durch das Wasser zur Ver-

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Claims (7)

besserung der Steuerung der Stabilisatoren benutzt wird. Bei der Anwendung des Ausgleichssignals kann eine zeitliche Verzögerung eingebaut sein, von der ein Zweck darin besteht, eine größere Beständigkeit in der Steuerung der Stabilisierungsmittel zu gewährleisten. Der Betrag des Ausgleichssignals kann kontinuierlich eingestellt oder in irgendeiner gewünschten Beziehung zu den anderen S teuer funktionen vorausbestimmt werden. Er kann auch selbsttätig oder anderweitig in Abhängigkeit von der Schiffsgeschwindigkeit eingestellt werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung der Zeichnung, auf der die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert ist. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Einrichtung zur Durchführung der Erfindung, Fig. 2 eine abgeänderte Einrichtung, Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 erweiterte Einrichtung, Fig. 4 eine weitere abgeänderte Einrichtung und Fig. 5 eine Anwendung der Einrichtung nach Fig. 2. In Fig. 1 wird die Flosse 1 innerhalb bestimmter Winkelgrenzen bewegt. Mit ihr sind ein Gleichstromgenerator 2 zum Messen der Winkelgeschwindigkeit der Flosse 1 und eine elektrische Drehmeldeanlage 3 zum Messen des Winkels verbunden. Die über den Modulator 4 wirkende Ausgangsleistung des Generators wird mit der der Winkelmessung der Drehmeldeanlage zusammengeführt, und die Summe von beiden ist die Ausgangsleistung der Drehmeldeanlage, die in die verwendete Steuereinrichtung eingebracht wird. Der Rotor der DrehmeIdeanIage hat zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Wicklungen, von denen die eine mit Wechselstrom und die andere vom Modulator 4 gespeist wird, der seinerseits mit Wechselstrom gespeist wird. In Fig. 2 ist die gleiche Flossenanordnung dargestellt, nur arbeitet die Drehmeldeanlage 5 unmittelbar entsprechend dem Flossenwinkel. Das mechanische Hebelwerk kann mit der Schiffsgeschwindigkeit veränderlich eingerichtet sein, beispielsweise mittels der dargestellten Stift- und Schlitzverbindung, durch welche die Ausgleichsfunktion fortlaufend, d. h. mit der Schiffsgeschwindigkeit, eingestellt oder entsprechend irgendeiner gewünschten Beziehung zu den anderen Steuerfunktionen voreingestellt werden kann. Fig. 3 zeigt eine Erweiterung der Einrichtung nach Fig. I, in der die Leistung aus Flossenstellung und Geschwindigkeit einen Servomotor oder eine Drehmeldeanlage 6 betätigt, deren Rotor mechanisch den Rotor eines Induktionsreglers 7 od. dgl. betätigt. Eine Wicklung des Reglers 7 wird mit einer Spannung gespeist, welche nicht notwendigerweise proportional zu, jedoch eine Funktion ist von a) der Rollwinkelbeschleunigung oder b) der Rollwinkelgeschwindigkeit oder c) dem Rollwinkel oder d) der Schiffsgeschwindigkeit. Natürlich kann auch irgendeine Kombination dieser Funktionen verwendet werden. Die Ausgangsleistung des Induktionsreglers ist so eine Funktion sowohl der Flossenbewegung als auch der Schiffsbewegung, und zwar des Rollens bzw. Schlingerns (oder Stampfens) und/oder der Geschwindigkeit, und kann zur Verbesserung der Steuerung des Stabilisators verwendet werden. Die Einrichtung nach Fig. 3 kann entsprechend Fig. 4 umgeändert werden, und zwar durch Einschal- tung des Gleichrichters 8. Hieran kann sich ein Phasenverschiebungsstromkreis anschließen, wie dargestellt, der eine größere Beständigkeit in der Steuerung der Stabilisierungsmittel bewirkt. In Fig. 5 betätigt ein Kreisel 9 ein Potentiometer 10, um eine den Rollwinkel darstellende Spannung zu erzeugen. Ein weiterer entsprechend gelagerter Kreisel 11 ist vorgesehen, der in bekannter Weise entsprechend der Rollwinkelgeschwindigkeit von einer Mittellage abweicht. Die Abweichgeschwindigkeit dieses Kreisels gibt die Änderung der Rollwinkelgeschwindigkeit, d. h. die Rollwinkelbeschleunigung an. Ein elektrischer Generator 12 wird durch die Abweichung dieses Kreisels betätigt und liefert eine Spannung, die ein Maß für die Rollwinkelbeschleunigung ist. Die beiden so erzeugten Spannungen werden, wie dargestellt, in Serie geschaltet und einem Magnetverstärker 13 zugeführt. Die Ausgangsleistung des Verstärkers speist eine der rechtwinklig zueinander angeordneten Wicklungen im Rotor der Drehmeldeanlage 14, während die andere mit Wechselstrom gespeist wird. Zwischen dem Rotor der Drehmeldeanlage 14 und dem Kreisel 11 besteht eine mechanische Hebelverbindung. Die Drei-»Phasen«-Ausgangsleistung der Drehmeldeanlage 14 wird einem Drehmeldesender 5 zugeführt, der in gleicher Weise, wie in Fig. 2 gezeigt, mit der Flosse 1 durch eine Hebelanordnung verbunden ist. Die Drei-»Phasen«-Ausgangsleistung der Drehmeldeanlage 5 speist einen Drehmeldeanlageempfänger 15, dessen Rotor das Steuerventil 16 einer hydraulischen Betätigungseinrichtung 17 für die Flosse 1 steuert. Die hydraulische Einrichtung 17 wird durch eine Pumpe 18 gespeist, die durch den Motor 19 betrieben wird. Obgleich nur eine Stufe der hydraulischen Verstärkung gezeigt ist, kann im allgemeinen mehr als eine, wie dies in der Praxis üblich ist, benutzt werden. Die in der vorstehenden Beschreibung genannte Drehmeldeanlage ist ein Gerät, das manchmal als Synchronisierungseinrichtung bezeichnet wird. Jede Drehmeldeanlage enthält einen Stator und einen Rotor. Der Stator besteht aus einem innen geschlitzten geschichteten Eisenring mit drei Gruppen von Wicklungen, die um 120° gegeneinander versetzt in den Schlitzen angeordnet sind, etwa in der gleichen Weise wie in dem Stator eines Dreiphaseninduktionsmotors. Der Rotor enthält im allgemeinen einen Eisenkern mit zwei unter einem rechten Winkel angeordneten Wicklungen. Im allgemeinen ist eine dieser Wicklungen kurzgeschlossen, jedoch werden in der vorstehend beschriebenen Anmeldung beide benutzt. Eine Drehmeldeanlage, die als Sender verwendet wird, hat auf ihren Rotor drei Wicklungen bei je 120°. Diese drei Wicklungen bei je 120° werden im allgemeinen als »Phasen« bezeichnet, obwohl die in ihnen induzierten Ströme in Wirklichkeit zeitlich in Phase sind und sich nur durch die Stärke unterscheiden. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung von Stabilisatoren auf Schiffen unter Zugrundelegung der aus der Schiffsbewegung ermittelten Meßwerte des Schiffsrollwinkels, der Rollgeschwindigkeit und der weiteren Ableitungen nach der Zeit, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Anwendung der Stabilisatoren zu erwartenden Winkeländerungen usw. des Schiffes mit den vorstehend genannten

Meßwerten verglichen und eventuell ermittelte Differenzen zur Verbesserung der Steuerung der Stabilisatoren benutzt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 in Verbindung mit einer Stabilisierungsflosse als Stabilisator, gekennzeichnet durch einen mit der Flosse (1) verbundenen Wechselstromgenerator (2) zum Messen der Winkelgeschwindigkeit der Flosse, einen von einer Wechselstromquelle und dem Generator (2) ge- ίο speisten Modulator (4) und eine elektrische Drehmeldeanlage (3), deren Rotorstellung von der Flossenstellung gesteuert und deren rechtwinklig zueinander angeordnete Wicklungen von der Wechselstromquelle und dem Modulator (4) gespeist werden und deren Ausgang zusammen mit einer Einstellung der Schiffsgeschwindigkeit durch das Wasser zur Verbesserung der Steuerung der Stabilisatoren benutzt wird (Fig. 1).

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch l in Verbindung mit einer Flosse als Stabilisator, gekennzeichnet durch eine von dem Steuerimpuls für die Flosse (1) gespeiste elektrische Drehmeldeanlage (5), deren Rotor mit der Flosse (1) über eine Hebelanordnung zur Übertragung der Winkelstellung der Flosse mechanisch verbunden ist und deren Ausgang zusammen

mit einer Einstellung der Schiffsgeschwindigkeit durch das Wasser zur Verbesserung der Steuerung der Stabilisatoren benutzt wird (Fig. 2).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleistung der elektrischen Drehmeldeanlage (3) einer weiteren Drehmeldeanlage (6) zugeführt wird, deren Rotor den Rotor eines Induktionsreglers (7) mechanisch betätigt, von dem eine Wicklung mit einer Spannung gespeist wird, die eine Funktion der Rollwinkelbeschleunigung oder der Rollwinkelgeschwindigkeit oder des Rollwinkels oder der Schiffsgeschwindigkeit oder einer Kombination von diesen Werten bildet, und von dem die andere Wicklung einen Impuls zur Verbesserung der Steuerung der Stabilisatoren liefert (Fig. 3).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (8) zum Gleichrichten des vom Induktionsregler (7) gelieferten Ausgleichssignals (Fig. 4).

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum zeitlichen Verschieben der Anwendung des Ausgleichssignals.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, gekennzeichnet durch eine laufende Einstellung der Schiffsgeschwindigkeit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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