DE653180C - Schiffsstabilisierungsanlage - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Schiffen zur Verminderung der Schwingungsanfachung durch den Wellengang einerseits eine kleine metazentrische Höhe zu geben und andererseits durch eine entsprechende Gestaltung des Schiffes dafür zu sorgen, daß mit zunehmender Schräglage des Schiffes dessen Stabilität wieder zunimmt.

Die erfindungsgemäße Schiffsstabilisierungsanlage, die in mindestens einem Tank zur Verkleinerung der metazentrischen Höhe des Schiffes besteht, unterscheidet sich von den bekannten Anlagen durch die Anwendung von Mitteln, z. B. Wahl eines entsprechend bemessenen Abstandes zwischen der Mündung eines Luftein- und ^austrittsrohres und dem Tankflüssigkeitsspiegel, zur selbsttätigen Ausschaltung der Bewegung der Tankflüssigkeit nach Erreichen eines bestimmten, etwa 3 bis 4⁰ betragenden Schräglagenwinkels.

An sich sind gewöhnliche (unaktivierte und ungesteuerte) Schlingertankanlagen bekanntgeworden, die, äußerlich betrachtet, insofern mit dem Erfindungsgegenstand eine Berührung aufweisen, als bei ihnen bei Überschreiten einer bestimmten Schräglage die in die Tankräume hineinragenden Enden der Luftverbindungsleitungen auf der tiefer liegenden Seite in die Tankflüssigkeit eintauchen bzw. mit zunehmender Schräglage durch die Tankflüssigkeit allmählich abgeschlossen werden. Während es sich jedoch bei diesen bekannten Anlagen um Schlingertankanlagen handelt, also um Anlagen, bei denen eine 90⁰ Phasenverschiebung zwischen der Bewegung der TankfLüseigkeit und der SchifFsbewegung angestrebt wird, und demgemäß die vorerwähnte Abdrosselung der Luftverbindungsleitung diesem Zweck zu dienen bestimmt ist, betrifft die Erfindung einen Labilitätstank, d. h. eine Tankanlage mit o° Phasenverschiebung. Hier hat die Drosselung der Flüssigkeitsbewegung bei Überschreiten eines bestimmten Schräglagenwinkels den Zweck, die Anlage abzuschalten, d. h. die zuvor erniedrigte metazentrische Höhe des Schiffes selbsttätig zu vergrößern und damit eine selbsttätig in Wirkung tretende Sicherheitsvorrichtung zu schaffen.

Die neue Einrichtung läßt sich leicht so ausbilden, daß mit ihrer Hilfe wahlweise die metazentrische Höhe verändert werden kann. Ist aber die metazentrische Höhe auf einen kleinen Wert, gegebenenfalls auf Null, eingestellt, so wird sie selbsttätig durch Beeinflussung der Tankanlage vergrößert, wenn ein bestimmter Schräglagenwinkel überschritten wird. Die Erfindung erfaßt sowohl den Fall, daß bei Überschreiten eines bestimmten Schräglagenwinkels die metazentrische Höhe sich sprunghaft vergrößert,. als auch den Fall, daß sich die metazentrische

*) Von dein Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Dr. Hermann Hort in Berlin-Charlottenburg.

Höhe mit zunehmender Schräglage zunehmend, gegebenenfalls stetig, vergrößert.

Die neue Einrichtung ist insbesondere auch als Teil einer Anlage zum Dämpfen von Schiffsschwingungen verwendbar, z. B. in'der Weise, daß mit Hilfe des Erfindungsgegenstandes durch Änderung der metazentrischen'" Höhe des Schiffes die Periodenlänge der Eigenschwingung des Schiffes jeweils gegen ίο die Periodenlänge des relativen Wellenganges verstimmt wird. Es sei hierzu hingewiesen ■ auf Patent 652 792.

Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele. Es zeigt Fig. ι ein erstes,
Fig. 2 ein zweites,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel, Fig. 4 einen Querschnitt und Fig. 5 eine Draufsicht eines vierten Ausführungsbeispiels.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 umfaßt die zur Beeinflussung der metazentrischen Höhe dienende Tankanlage 2 auf den beiden Seiten des Schiffes 1 angeordnete Tanks 2 und 3. Diese sind über einen Wasserverbindungskanal 4 und einen Luftverbindungskanal 5 miteinander verbunden. Der Luftverbindungskanal 5 enthält bei 6 ein Absperrorgan. Dieses Absperrorgan könnte auch im Wasserverbindungskanal 4 angebracht sein.

Nimmt man den letzteren Fall an und denkt sich - beispielsweise den Luftverbindungskanal S weg, so ergibt sich folgende Wirkungsweise : Wird das Absperrorgan im Wasserverbindungskanal 4 geschlossen, so' ist die Tankfüllung nahezu starr mit dem Schiff gekuppelt, d. h. sie bildet einen Teil der Schiffsmasse und vergrößert die metazentrische Höhe des Schiffes gegenüber dem Ao Fall, daß die Tankflüssigkeit nicht vorhanden wäre. Befindet sich hingegen das Absperrorgan in der Offenstellung, so nimmt die Tankfüllung bei hinreichend großem Querschnitt des Kanals 4 an der Schiffsschwingung nicht teil; sie verhält sich nahezu so, als ob sie ein Teil des Seewassers wäre. Die Tankflüssigkeit bildet eine freie Oberfläche im Schiff. Das bedeutet, bei offenem Absperrorgan ist die metazentrische Höhe des Schiffes kleiner als. in dem Fall, daß das Absperrorgan geschlossen ist.

Das Absperrorgan würde'bei Anbringung im Flüssigkeitsverbindungskanal 4 verhältnismäßig groß werden. Es läßt sich eine starke Untersetzung, d. h. eine Verkleinerung des Absperrorgans erzielen, wenn, wie in Fig. 1 gezeigt, das Absperrorgan in dem Luftverbindungskanal 5 angebracht wird. Natürlich könnte der Luftverbindungskanal 5 auch durch zwei in die freie Atmosphäre mündende Luftaustrittsstutzen mit je einem Absperrorgan auf den beiden Tankseiten 2 und 3 ersetzt werden.

Die Ausführung nach Fig. 1 ermöglicht auf Grund der bisher beschriebenen Einzelheiten wahlweise die metazentrische Höhe zu vergrößern oder zu verkleinern.

Bei der Ausführung nach Fig.. 1 liegen die Enden des Luftverbindungskanals 5 nicht in der Höhe der Decken der Tanks 2 und 3; sie ragen vielmehr in die Tanks 2 und 3 hinein und enden so hoch über dem Spiegel der Tankflüssigkeit, daß bei einer Schräglage des Schiffes von einer bestimmten Größe, beispielsweise von 3⁰ bis 4⁰, die Tankflüssigkeit in den Luftverbindungskanal 5 eintritti Hierdurch ergibt sich eine solch starke Drosselung, daß die Eigenschaft der Tankilüssigkeit, eine freie Oberfläche zu bilden verlorengeht, mit der Folge, daß sich die metazentrische Höhe des Schiffes selbsttätig erhöht. Es tritt also selbsttätig eine ähnliche Wirkung auf, als ob das Absperrorgan 6 geschlossen würde. Durch Änderung des Füllungsgrades der Tankanlage kann der Winkelwert, bei dem eine Vergrößerung der metazentrischen, Höhe eintritt, geändert werden. Eine derartige Änderung läßt sich auch ohne Änderung -der Tankfüllung mit Hilfe der in Fig. 3 gezeigten Ausführung erzielen. go

Die beschriebene Wirkungsweise· würde naturgemäß auch eintreten, wenn der Luftverbindungskanal 5 in der Höhe der Decken der Tanks 2 und 3 enden würde und der Abstand zwischen dem Flüssigkeitsspiegel und den Decken 2^a, 3^a der beiden Tanks 2 und 3 entsprechend den vorhergehenden Ausführungen' bemessen wird. Indes wurden in diesem Fall von der Tankflüssigkeit auf die Decken der Tanks 2 und 3 starke Stöße ausgeübt werden. Das wird vermieden, wenn, wie in Fig. I gezeigt, der Luftverbindungskanal 5 mit seinen Enden in .den Tankinnenraum hineintritt; denn in: diesem Fall wird, sobald der Spiegel der Tankfiüssigkeit das betreffende Ende des Luftverbindungskanals erreicht, zwischen der Tankdecke 2^a bzw. 3° und dem Ende des Luftverbindungskanals ein Luftpolster eingeschlossen, das Schläge der Tankflüssigkeit auf die Tankdecke verhindert.

Die Fig. 1 zeigt noch eine Weiterbildung der vorbeschriebenen Ausführung. Diese Weiterbildung besteht darin, daß Schwimmer 7 und 8 vorgesehen und so an einer mit dem Luftverbindungskanal 5 verbundenen Führungsstange 9 bzw. 10 geführt ist, daß bei Überschreiten einer bestimmten Schräglage der Luftverbindungskanal auf der tiefer liegenden Schiffsseite geschlossen wird. Es wird dadurch der obenerwähnte Effekt noch vergrößert und zugleich verhindert, daß Wasser in den Luftverbindungskanäl hineinschlägt.

Es empfiehlt sich, über Federn die Schwimmer 7 und 8 an den Stangen g und io abzustützen.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind die beiden wieder durch einen Wasserverbindungskanal 4 von hinreichendem Querschnitt untereinander verbundenen Tanks 2 und 3 über je einen Stutzen 11 bzw. 12 mit der Außenatmosphäre verbunden. Diese Stutzen sind durch Absperrorgane, beispielsweise Klappen 13 bzw. 14, abschließbar. Mit Hilfe von Elektromagneten 15 und 16 können die beiden Klappen in der Offenstellung gehalten . werden. Der Stromkreis der Elektromagnete verläuft über einen Handschalter 17 und eine Kontaktvorrichtung,, die aus einem schiffsfesten Kontaktsegment 18 und einem mit der Achse eines Schlingerwinkelzeigers 20 verbundenen Kontaktarm 19 besteht. Der Schlingerwinkelzeiger 20 kann in üblicher Weise durch ein Kreiselgerät gebildet sein. Das Kontaktsegment 18 ist so breit bemessen, daß bei Erreichen einer vorgegebenen Schräglage der Kontaktarm 19 das Kontaktsegment 18 verläßt und damit den Erregerkreis der Magnete 15 und 16 unterbricht. In diesem Falle schließen sich die Klappen 13 und 14. Damit vergrößert sich selbsttätig die metazentrische Höhe des Schiffes. Durch den Händschalter 17 kann ebenfalls der Erregerkreis der Magnete 15 und 16 unterbrochen und damit die Anlage abgestellt werden. Für die Dauer der Unterbrechung des Erregerkreises der Elektromagnete 15 und 16 bildet die Tankflüssigkeit einen Teil der die metazentrische Höhe des Schiffes bedingenden Schiffsmasse.

Es ist klar, daß die Klappen 13 und 14 durch andere Absperrorgane ersetzt und gegebenenfalls auch zu einem einzigen in einem Luftverbindungskanal oder in dem Wasserverbindungskanal angeordneten Absperrorgan zusammengefaßt werden können.

Für die Zwecke des Erfindungsgegenstandes können natürlich ohnehin erforderliche Tankanlagen, beispielsweise Brennstofftanks, herangezogen werden. Bei diesen sinkt natürlich mit der Entnahme des Brennstoffes aus dem Tank der mittlere Flüssigkeitsspiegel. Diesem Umstand trägt die Ausführung.nach Fig. 3 Rechnung. Hierzu enthalten die die beiden Tanks 2 und 3 mit der Außenluft oder untereinander verbindenden Rohrstutzen 21 und 22 je einen teleskopartig ausfahrbaren Teil 2I^s bzw. 22^a. Mit Hilfe eines Zahnstangentriebes 2i^b bzw. 22* können die betreffenden Teile 2i^a und 22^a stets auf den gewünschten Abstand vom Flüssigkeitsspiegel eingestellt werden. Es ist auf diese Weise leicht möglich, z.B. nach den Einstellgetrieben 21⁶ und 22* zugeordneten Skalen und den Angaben eines den Flüssigkeitsstand in den Tanks 2 und 3 angebenden Flüssigkeitsstandzeigers die Rohrteile 2i^a und 22^a stets so einzustellen, daß bei Erreichen eines bestimmten Schräglagenwinkels die Flüssigkeit auf der tiefer liegenden Tankseite in das Rohr 2ΐ^α bzw. 22" eintritt. Gegebenenfalls könnten entsprechend der Darstellung nach Fig. 1 an den Teilen 21" und 22° Schwimmer gelagert werden. 23 und 24 sind z. B. von Hand bedienbare Absperrorgane in den Rohrstutzen 21 und 22.

In Fig. 3 ist angenommen, daß die Verstellgetriebe 21* und 22* mit Hilfe einer Handkurbel betätigt werden. Statt dessen kann natürlich auch eine selbsttätige Ver-Stellvorrichtung vorgesehen werden, die in Abhängigkeit von einem den Flüssigkeitsstand ermittelnden Gerät gesteuert wird.

Bei den Ausführungen nach Fig. 1 bis 3 sind sogenannte Hocktanks verwendet. Der Erfindungsgedanke läßt sich auch mit Hilfe von Flachtanks verwirklichen, wie das in Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Die Tankdecke des Tanks 30 besteht aus zwei zur Schiffsmitte hin geneigten ebenen Hälften 31 und 32. Ihre Neigung gegen die Waagerechte ist so gewählt, daß 'die Tankflüssigkeit bei einer Schräglage des Schiffes von einem bestimmten Ausmaß, beispielsweise bei einer Schräglage von 4⁰, in Berührung mit der Tankdeckenhälfte 31 oder 32 kommt. Die Flüssigkeitsfüllung des Tanks 30 wird vorzugsweise so gewählt, daß in der Horizontallage des Schiffes der Flüssigkeitsspiegel durch die Schnittkante der beiden Deckenhälften 31 und 32 geht, wie das in Fig. 4 gezeigt ist.

Aus der bisherigen Beschreibung ergibt sich folgende Wirkungsweise der Ausführung nach Fig. 4 und 5. Solange der Schräglagenwinkel des Schiffes einen bestimmten Wert nicht überschreitet, bildet die Tankfüllung 30 eine freie Oberfläche. Diese Eigenschaft geht zum Teil verloren, wenn die Schräglage des Schiffes den vorgenannten Schräglagenwinkel überschreitet. Es wird dann in der einen Tankhälfte der darin befindliche Teil der Tankfüllung gleichsam festgelegt, mit der Folge, daß dieser Teil der Tankfüllung nunmehr zur Vergrößerung der metazentrischen Höhe des Schiffes beiträgt, no

33 und 34 sind Rohrstutzen, über die die Lufträume der beiden Tankhälften mit der Außenluft in Verbindung stehen.

Es empfiehlt sich, wie dargestellt, Bleche 35 einzubauen, um eine gewisse Dämpfung der Wasserbewegung zu erzielen, wenn das Schiff sich zur einen oder anderen Seite neigt. Durch Öffnungen 35° wird der Luftaustritt aus den einzelnen zwischen den Blechen 35 gebildeten Kammern ermöglicht.

Die Tankanlage nach Fig. 4 und 5 könnte mit einer konstanten Füllung versehen sein.

Man hätte dann aber nicht ohne weiteres die Möglichkeit, die Anlage nach Belieben einund. auszuschalten, d. h. ohne eine Schräglage des Schiffes mit Hilfe der Anlage die metazentrische Höhe ändern zu können. Diese Möglichkeit läßt sich dadurch erreichen, daß Mittel zur Änderung des Füllungsgrades des Tanks vorgesehen werden. Man entnimmt leicht der Fig. 4, daß bei einer vollständigen Füllung des Tanks 30 mit Flüssigkeit die Tankanlage abgeschaltet ist, d. h. daß der Tankinhalt der die metazentrische Höhe des Schiffes bestimmenden Schiffsmasse zuzuzählen ist.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 ist zu dem genannten Zweck neben dem Tank 30 ein Vorratstank 36 vorgesehen. Dieser besitzt vorzugsweise ein solches. Fassungsvermögen, daß sein Inhalt ausreicht, den Restraum des Tanks 3o, worunter der bei einer Füllung des Tanks 30 gemäß Fig. 4 verbleibende Leerraum verstanden wird, zu füllen. Mit Hilfe einer von einem Motor 37 angetriebenen Pumpe 38 und der Rohrverbindung 39 kana der Inhalt des Tanks 36 in den Tank 30 gepumpt werden. In der Trennwand 40 zwischen den beiden Tanks 30 und 36 ist ein von Hand bedienbares Absperrorgan 41 angebracht. Bei öffnung desselben fließt die Tankflüssigkeit aus dem Tank 32 teilweise in den Tank 36 zurück. Zweckmäßig werden Meßvorrichtungen zur Anzeige der jeweiligen Füllung des Tanks 32 vorgesehen; 42 und 43 sind Rohrstutzen zur Verbindung mit der Außenluft.

Statt die Tankdecke 31,32 nach zwei Ebenen zu bilden, könnte sie auch stetig gekrümmt sein, um mit zunehmender Schräglage des Schiffes eine zunehmende Vergröße- rung der metazentrischen Höhe des Schiffes und umgekehrt zu erreichen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schiffsstabilisierungsanlage, bestehend in mindestens einem Tank zur Verkleinerung der metazentrischen Höhe des Schiffes, gekennzeichnet durch die Anwendung von Mitteln, z.B. Wahl eines entsprechend bemessenen Abstandes zwischen der Mündung eines Luftein- und -austrittsrohres und dem Tankflüssigkeitsspiegel, zur selbsttätigen Ausschaltung der Bewegung der Tankflüssigkeit nach Erreichen eines bestimmten, etwa 3 bis 4⁹ betragenden SchVäglagenwinkels.

2. Anlage nach Anspruch 1 mit einer Absperrvorrichtung am Tank, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrvorrichtung unter dem Steuereinfluß eines Schlingerwinkelmeßgerätes steht.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Tanks Schwimmer vorgesehen sind, die bei Überschreiten eines bestimmten Schräglagenwinkels eine Absperrvorrichtung im Wasser- oder Luftverbindungskanal der beiden Tankseiten schließen.

4. Anlage nach Anspruch 1 mit einem Flachtank, dadurch gekennzeichnet, daß die Tankdecke so gekrümmt oder geknickt ist, daß bei Überschreiten eines bestimmten Schräglagenwinkels oder mit zunehmendem Schräglagenwinkel Teile des Tankinhalts festgelegt werden.

5. Anlage nach Anspruch 1 und 4, gekennzeichnet durch einen Flüssigkeitsvorratstank und eine Fördereinrichtung zwischen diesem und der zur Beeinflussung der metazentrischen Höhe dienenden Tankanlage, vorzugsweise in Verbindung mit einem absperrbaren Überströmkanal zwischen den beiden Tankanlagen, zur Außerbetriebsetzung durch Auffüllen.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen