Elektrische Vertäuungswinde Wenn ein Schiff in einem Hafen längs eines Kais vertäut wird, so müssen die das Schiff am Ufer hal tenden Taue richtig gespannt werden, um das Schiff in einer geeigneten Lage zu halten. Wenn nichts unternommen wird, um in den Tauen eine richtige Spannung aufrechtzuerhalten, kann der Zustand des Schiffes gefährlich werden, denn die Taue können, infolge der Neigung des Schiffes, sich in Bezug auf den Kai zu bewegen, einer zu grossen Spannung un terworfen werden, wobei diese Bewegung durch meh rere Faktoren hervorgerufen werden kann.
Insbeson dere verändert sich der Wasserpegel infolge des peri odischen Gezeitenwechselns und ändert sich die Lage des Schiffes in Bezug auf den Wasserpegel in folge seiner Beladung oder Entladung. Beide Än derungen bewirken, dass sich die Höhenlage des Schif fes in Bezug auf den Kai verändert, und somit wird auch die Spannung von Haltetauen gegebener Länge zwischen Schiff und Ufer variieren. Ausserdem kann das vertäute Schiff durch Wind oder Wellen ins Schaukeln kommen, was eine veränderliche Spannung in den Tauen zur Folge hat. Wenn die Bewegung gross ist, können die Taue reissen, was zu einer Havarie des Schiffes führen kann.
Die vorliegende Erfindung, die eine elektrische Vertäuungswinde mit einer Aufwindetrommel für ein Tau betrifft, bezweckt die Vermeidung dieser Nach teile. Die Vertäuungswinde nach der Erfindung zeich net sich aus durch einen 3phasigen Induktionsmotor mit variabler Polzahl, eine erste Steuervorrichtung mit Mitteln zur Veränderung der Polzahl und der Dreh richtung des Motors, eine zweite Steuervorrichtung, die - wenn sie in einer manuellen Betriebslage ar beitet - die erste Steuervorrichtung mit einem Lei- stungsquellenunterbrecher verbindet,
und die - wenn sie in einer automatischen Betriebslage arbeitet - die erste Steuervorrichtung von dem genannten Unter- Brecher abschaltet und zugleich die Statorwicklung mit der grössten Polzahl des genannten Motors mit dem genannten Unterbrecher über einen 3phasigen Autotransformator verbindet, der eine Mehrzahl von Anzapfungen hat, einen Elektromagneten, der zur Be tätigung des genannten Unterbrechers dient, ein System von Schaltern, das zur Öffnung des Strom kreises des Elektromagneten dient, wenn die erste Steuervorrichtung in ihre Null-Raststellung und die zweite Steuervorrichtung in die manuelle Betriebslage gebracht worden sind, und zum Schliessen des Strom kreises dieses Elektromagneten,
wenn die erste Steuer vorrichtung in irgendeine andere Arbeitslage gebracht worden ist, einen Zeitgeber, der in Betrieb kommt, wenn die zweite Steuervorrichtung in einer automati schen Betriebslage ist, einen Schalter, der von dem Zeitgeber gesteuert wird und in regelmässigen Zeit intervallen für jeweils einige Sekunden den Strom kreis des Elektromagneten schliesst oder unterbricht, eine elektromagnetische Bremse, die an dem genann ten Motor angebracht ist, und ein System von Schal tern, welches dazu dient, die elektromagnetische Bremse zu erregen und dadurch die Bremskraft von dem Motor wegzunehmen, wenn demselben eine Spannung zugeführt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt. In dieser Zeich nung ist: Fig. 1 ein Schaltungsschema, in dem jeweils drei Drehstromleiter durch eine einzige Linie dargestellt sind, Fig. 2 ein Diagramm, das die Drehmoment-Ge- schwindigkeits-Charakteristik des in der vorliegenden Erfindung benützten Elektromotors zeigt, und Fig. 3 ein einfaches, zur Erleichterung des Ver ständnisses der Erfindung bestimmtes Schema. Gemäss Fig. 1 ist ein elektrischer Motor 1 für den Antrieb der Winde vorgesehen, z.
B. ein drei- phasiger Asynchronmotor mit Kurzschlussrotor und für variable Polzahl gewickeltem Stator. Es wird bei spielsweise angenommen, dass der Stator so gewickelt ist, dass er je nachdem wie-seine Wicklungen ge schaltet werden, 4 Pole, 8 Pole oder 16 Pole auf weist; doch könnten statt dessen auch andere Pol zahlen verwendet werden, z. B. 6, 12 oder 24 Pole. Die Zahl der Pole kann so gewählt sein, dass ein zweistufiges Schalten möglich ist.
Im vorliegenden Fall werden jedoch die 4 und 8 Pole von einer ge meinsamen Wicklung gebildet und die Umschaltung von den einen auf die anderen erfolgt mittels Ände rung von Anzapfungen. Die 16 Pole werden von einer Wicklung gebildet, die von derjenigen für 4 und 8 Pole verschieden ist. Der Statorkern kann aus einem einzigen Block bestehen, in dem alle Wick lungen vorgesehen sind. Der Rotorkern kann eben falls aus einem einzigen Block bestehen. Die 4- oder 8polige Wicklung ist so ausgelegt, dass sie eine Dreh moment-Geschwindigkeits-Charakteristik ergibt, die derjenigen eines gewöhnlichen dreiphasigen Kurz schlussrotor-Asynchronmotors entspricht, wie aus Fig. 2 hervorgeht.
Die 16polige Wicklung ist dagegen so ausgelegt, dass sie eine fallende oder negative Charakteristik ergibt, indem das mit dieser Wicklung erhältliche Drehmoment ein Maximum beim Einheits schlupf S1 hat, wie in Fig. 2 gezeigt ist, und ab nimmt, wenn die Geschwindigkeit des Motors zu nimmt. Diese negative Drehmoment-Geschwindib keits-Charakteristik kann etwa als Drehmomentmo- tor-Charakteristik bezeichnet werden.
Auf Fig. 1 zurückkommend, ist G1 ein Zahn rad, das auf der Welle des Motors 1 sitzt und mit einem Zahnrad G2 kämmt, das auf der Welle der Windentrommel D sitzt, die im Betrieb zum Auf- und Abwickeln des Haltetaues dient. Eine Steuer vorrichtung 2 gestattet, den Motor 1 auf verschiedene Weisen mit der Stromquelle zu verbinden, um die Polzahl des Motors zu ändern und seine Drehrich tung umzukehren.
Die erste Steuervorrichtung 2 hat einen Bedienungsgriff, der in einer ersten Raststel lung Nr. 1 den Schalter 3 schliesst, um den Motor auf 16 Pole zu schalten; der Motor dreht sich dann in seiner normalen Richtung mit einer 16 Polen ent sprechenden Geschwindigkeit. Wenn der Bedienungs griff in die Raststellung Nr. 2 oder Nr. 3 bewegt wird, wird der Schalter 4 oder 5 geschlossen, um 8 oder 4 Pole zu erhalten, so dass der Motor sich in seiner normalen Richtung dreht mit einer Geschwindigkeit, die der gewählten Polzahl entspricht.
Wenn der Be dienungsgriff in eine Raststellung Nr. 1, 2 oder 3 auf der entgegengesetzten Seite gebracht wird, dreht sich der Motor in der umgekehrten Richtung mit einer 16, 8 oder 4 Polen entsprechenden Geschwindigkeit, weil diese Bewegung des Bedienungsgriffes der Reihe nach entsprechende Schalter 3', 4' oder 5' schliesst. Wenn der Bedienungsgriff sich in seiner Raststellung Nr. 0 befindet, sind alle oben erwähnten Schalter offen.
Die Steuervorrichtung 2 ist noch mit einem weiteren Schalter 6 versehen, der geschlossen ist, so lange irgendeiner der früher erwähnten Schalter ge schlossen ist, und der dazu dient, eine elektrische Gleichstrombremse 7 des Motors 1 über einen Gleich richter 8, ein Zeitrelais 27, und einen Unterbrecher 10A3 mit einer 3phasigen Leistungsquelle 9 zu ver binden. Die Gleichstrombremse 7 ist vorzugsweise von dem Typ mit Federbelastung, bei dem die Brems kraft in dem nichterregten Zustand des Elektroma gneten durch die Feder ausgeübt wird. Zu einem Unterbrecher 10A1 ist ein Kontakt 28 des Zeitrelais 27 parallel geschaltet, welcher Kontakt 28 sich mit einer kleinen Verzögerung öffnet, wenn das Zeitrelais 27 erregt wird.
Mit 11 ist eine zweite Steuervorrichtung bezeich net, die Schalter 12, 13 und 14, sowie einen 3phasigen Autotransformator 15 aufweist, der mit einer An zapfänderungsvorrichtung versehen ist. Diese Anzapf- änderungsvorrichtung weist Anzapfungsänderungs- schalter 16, 17 und 18 auf, sowie einen Schalter 19 zum Kurzschluss auf einen nicht dargestellten Null- Leiter. Der Schalter 12 ist zum Schalter 6 parallel angeordnet; der Schalter 13 liegt zwischen dem Unterbrecher 10A1 und der Steuervorrichtung 2;
der Schalter 14 liegt zwischen dem Unterbrecher 10A1 und dem Autotransformator 15; und die Schalter 16, 17 und 18 dienen dazu, die entsprechen den Anzapfungen des Autotransformators 15 mit der 16poligen Wicklung des Motors 1 zu verbinden. Wenn der Bedienungsgriff der Steuervorrichtung 11 in die manuelle Lage M gebracht wird, ist der Schalter 13 geschlossen, während die Schalter 12 und 14 offen sind. Wenn der Schalter 13 geschlossen wird, wird die Steuervorrichtung 2 mit dem Leistungs- quellenunterbrecher 10A1 verbunden, während durch das Öffnen des Schalters 14 der Autotransformator 15 abgeschaltet wird.
Wenn der gleiche Bedienungs griff der Steuervorrichtung 11 in irgendeine der Auto transformator-Stellungen A1, Az oder A3 gebracht wird, wird der Schalter 13 geöffnet und trennt in folgedessen die Steuervorrichtung 2 von der Lei stungsquelle 9; aber der Schalter 12 wird geschlos sen, um die elektromagnetische Bremsvorrichtung 7 über den Gleichrichter 8 zu erregen. Die 16polige Wicklung des Motors 1 wird nun von einem der Anzapfpunkte des Autotransformators 15 aus ge speist.
Die vorerwähnten Schalter 3, 3', 4, 4', 5, 5', 6, 12, 13, 14, 16, 17, 18 und 19 können von Hand oder elektromagnetisch betätigbar sein.
Mit 10A ist ein Elektromagnet bezeichnet, der zur Betätigung der Leistungsquellenunterbrecher 10A1 und 10A3, sowie eines Unterbrechers 10A2 dient und in Serie mit einem Schalter 2B, einem nor malerweise offenen Druckknopfschalter 20, einem normalerweise geschlossenen Druckknopfschalter 21 und einem Schalter 11B an eine Steuerleistungsquelle 23 angeschlossen ist. Der Unterbrecher 10A2 ist parallel zu der Serie schaltung des Schalters 2B und des Druckknopfschal ters 20 angeordnet und dient zum Einschalten eines Selbsthaltestromkreises des Elektromagneten 10A.
Mit 24 ist ein motorgetriebener Zeitgeber be zeichnet, der einen Schalter 25 in regelmässigen Zeit intervallen jeweils während einiger Sekunden schliesst, und der über einen Schalter 11A mit der Steuer- Leistungsquelle 23 verbunden ist. Der Schalter 25 liegt zwischen dem Elektromagneten 10A einerseits und dem Verbindungspunkt des Zeitgebers 24 und des Schalters 11A anderseits.
Der Schalter 2B ist so angebracht, dass er ge schlossen wird, wenn der Bedienungsgriff der ersten Steuervorrichtung 2 in die Raststellung Nr. 0 ge bracht wird; wenn dieser Bedienungsgriff dagegen in irgendeine der anderen Raststellungen kommt, wird der Schalter 2B dagegen geöffnet. Der Schalter 11A ist so angebracht, dass er geöffnet wird, wenn der Bedienungsgriff der zweiten Steuervorrichtung 11 in die manuelle Stellung M gebracht wird, aber geschlos sen wird, wenn dieser Griff in irgendeine der Auto transformator-Stellungen Al, A2 oder A3 gebracht wird.
Ein Kontakt 26 eines nicht gezeigten Null-Ge- schwindigkeits-Relais liegt parallel zum Kontakt 25. Dieses Relais ist auf der Rotorwelle des Motors 1 montiert und hält den Kontakt 26 so lange geschlos sen, als der Motor 1 läuft. Wenn die Geschwindigkeit des Motors angenähert auf Null fällt, öffnet das Relais den Kontakt 26 und hält ihn offen, solange der Motor nicht läuft.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Ausführungs form der Vertäuungswinde nach der Erfindung soll nachfolgend unter der Annahme beschrieben werden, dass ihre Arbeit beginnt, wenn das Schiff in die Nähe des Kais gebracht worden ist und die freien Enden der von den Windentrommeln abgewickelten Taue an den Verankerungsköpfen des Kais befestigt sind.
Der Bedienungsgriff der zweiten Steuervorrich tung 11 wird anfangs in die manuelle Stellung M gebracht und der Bedienungsgriff der ersten Steuer vorrichtung 2 in die Null-Raststellung. Unter diesen Umständen sind die Schalter 13, 2B und 11B ge schlossen, die Schalter 6, 12, 14, 11A, 25 und 26 dagegen offen.
Wenn nun der Druckknopfschalter 20 betätigt wird, wird der Elektromagnet 10A von der Steuerleistungsquelle 23 aus erregt und schliesst die Leistungsquellenunterbrecher 10A1 und 10A3, so wie den Unterbrecher 10A2. Die elektromagnetische Bremse 7 ist in diesem Zeitpunkt nicht erregt und befindet sich daher im Bremszustand, d. h., dass der Motor 1 gebremst ist. Der Kontakt 28 des Zeitrelais 27 ist geschlossen.
Wenn der Bedienungsgriff der ersten Steuervor richtung 2 in die Raststellung Nr. 1 gebracht wird, wird die 16polige Wicklung des Motors 1 von der Leistungsquelle 9 aus erregt und gleichzeitig schliesst sich der Schalter 6, um die Bremse 7 zu lösen, indem derselben Gleichstrom zugeführt wird. Der Motor be- ginnt sich zu drehen und arbeitet gemäss der in Fig. 2 für die Raststellung Nr. 1 (16 Pole) gezeigten Charak teristik.
Der Schalter 2B wird geöffnet, wenn der Bedienungsgriff in die Raststellung Nr. 1 gebracht wird, aber dieses öffnen verändert nicht den erregten Zustand des Elektromagneten 10A, weil der Unter brecher 10A2 in dessen Selbsthaltestromkreis ge schlossen ist. Somit bleibt der Unterbrecher 10A1 geschlossen.
Wenn der Bedienungsgriff der Steuervorrich tung 2 weiterbewegt wird in die Raststellung 2 oder 3, wird die 4- oder 8polige Wicklung des Motors 1 erregt, so dass der Motor mit 8 Polen arbeitet (für Raststellung 2) oder mit 4 Polen (für Raststellung 3) gemäss den entsprechenden Charakteristiken von Fig. 2, um das Tau auf die Trommel aufzuwickeln.
Wenn das Schiff noch weit weg vom Kai ist, sollte der Bedienungsgriff der Steuervorrichtung 2 in die Raststellung Nr. 3 gebracht werden, um das Tau bei spielsweise mit der in Fig. 2 markierten Geschwindig keit S4 aufzuwickeln; wenn das Schiff sich dem Kai nähert, sollte der Handgriff dagegen in die Rast stellung Nr. 2 zurückbewegt werden, so dass dann der Motor anfängt, mit 8 Polen zu laufen, statt mit 4 Polen, und die Aufwickelgeschwindigkeit entspre chend geringer ist, z. B. S8.
Um das Schiff schliess lich ganz nahe an den Kai herzubringen, sollte der Bedienungsgriff in die Raststellung Nr. 1 gebracht werden, damit der Motor 16polig läuft und somit eine noch geringere Geschwindigkeit hat. Die obige Reihe von Operationen kann wie folgt zusammen gefasst werden.
Der Motor wird als 4poliger Motor benützt, solange der ausgestreckte, auf die Winden trommel aufzuwickelnde Teil des Taues noch verhält nismässig lang ist; er wird als 8poliger Motor benützt, wenn der schlaffe Teil des Taues eingeholt worden ist und das Schiff dem Ufer nähergebracht werden soll; und er wird als 16poliger Motor benützt, kurz bevor das Schiff längs des Kais festgemacht wird, um die Wucht, mit der das Schiff an der Kaimauer anstösst, minimal zu machen.
Nachdem das Schiff am Kai liegt, wird der Druckknopfschalter 21 betätigt, um die Winde an- zuhalten. Dadurch wird der Elektromagnet 10A aus geschaltet, so dass die Unterbrecher 10A1 und 10A3 sich öffnen. Der Unterbrecher 10A2 öffnet sich ebenfalls, womit der Selbsthaltestromkreis des Elek tromagneten 10A unterbrochen wird.
Das Öffnen des Unterbrechers 10A3 entregt die elektromagnetische Bremse 7, so dass die Bremskraft am Motor 1 wirk sam wird, und entregt ferner auch das Zeitrelais 27. Infolgedessen öffnet sich der Kontakt 28 nach der Verzögerungszeit des Zeitrelais 27, so dass die Steuer vorrichtung 11, und somit der Motor 1, von der Leitungsquelle 9 abgeschaltet werden.
Wenn das Schiff am Kai vertäut ist, herrscht eine erhebliche Spannung in den Tauen, so dass die Gefahr besteht, dass das Schiff sich rückwärts bewegt, wenn der Motor von der Leistungsquelle abgeschaltet wird, bevor die Bremskraft an ihn angelegt wird; es ist daher nötig, zuerst den Motor zu bremsen und ihn erst dann von der Leistungsquelle abzuschalten.
Durch das Anlegen der Bremse an den Winden motor während das Schiff ruhig am Kai liegt, wird eine konstante Spannung im Haltetau aufrechterhal ten, solange das Schiff seine Lage in bezug auf den Kai nicht ändert. Da das Schiff jedoch die Neigung hat, seine Lage zu verändern infolge der Wirkung der Gezeiten, der Wellen, des Windes usw., sind die Haltetaue einer veränderlichen Spannung unterwor fen. Bei Flut befindet sich das Schiff auf einem höheren Pegel; die Haltetaue werden schlaff und ge statten, dass das Schiff sich vom Kai entfernt, mit der Gefahr, dass es durch die Wirkung von Wellen oder Wind gegen denselben geworfen wird.
Bei Ebbe befindet sich das Schiff auf einem niedrigeren Pegel und die Haltetaue werden gespannter, wie wenn sie einen Teil des Schiffsgewichtes aufnehmen würden; die Taue können reissen, wenn unter diesen Bedin gungen die Spannung zu gross wird. Wenn das Schiff unter dem Einfluss von Wellen oder Wind rollt, ver ändert sich die Spannung des Haltetaues zyklisch.
Die vorliegende Erfindung gestattet nun, die das Schiff am Kai haltenden Taue, unter konstanter Span nung, und somit das Schiff Seite an Seite mit dem Kai in Berührung zu halten. Dies wird dadurch be wirkt, dass man, nachdem das Schiff am Kai vertäut worden ist, wobei jedes Tau selbstverständlich mit einer der beschriebenen Vertäuungswinden gespannt worden ist, in jeder dieser Winden den Bedienungs griff der Steuervorrichtung 2 in die Raststellung Nr. 0 bringt und denjenigen der Steuervorrichtung 11 in eine automatische Betriebslage, nämlich in ir gendeine der Autotransformator-Stellungen A1, A2 oder A3. Wenn die Steuervorrichtung in die Rast stellung Nr.
0 gebracht wird, öffnet sich der Schalter 6 und schliesst sich der Schalter 2B. Wenn die Steuer vorrichtung 11 sich in einer Autotransformatorstel- lung befindet, sind - wie früher erwähnt - die Schal ter 11A und 13 offen, während die Schalter 11B, 12 und 14 geschlossen sind.
Wenn der Schalter 11B sich öffnet, wird der Elektromagnet 10A entregt und somit die Unterbrecher 10A1 und 10A3 geöffnet, wo bei das Öffnen des letzteren den Erregerstrom der elektromagnetischen Bremse 7 unterbricht, so dass die Bremskraft an den Motor 1 angelegt wird; gleichzeitig wird das Zeitrelais 27 entregt, so dass sich sein Kon takt 28 öffnet, und die Steuervorrichtung 2 ebenfalls von der Leistungsquelle 9 abgeschaltet wird.
Die Steuervorrichtung 2 ist von der Leistungsquelle 9 auch deshalb getrennt, weil der Schalter 13 offen ist, aber die 16polige Wicklung des Motors ist mit einer der Anzapfungen des 3phasigen Autotransformators 15 verbunden, der seinerseits über den geschlossenen Schalter 14 mit dem Unterbrecher 10A1 verbunden ist. Im betrachteten Zustand nimmt die 16polige Wicklung jedoch keine Leistung auf, weil der Unter brecher 10A1 und der Kontakt 28 offen sind. Da der Schalter 11A geschlossen ist, ist der motorgetrie bene Zeitgeber 24 in Betrieb, und schliesst somit den Schalter 25 in regelmässigen Intervallen. Die Zeit dauer, während welcher der Schalter 25 geschlossen wird, kann z.
B. 2 Sekunden in jeder Minute, oder 4 Sekunden in jeden zwei Minuten, oder 8 Sekunden in jeden vier Minuten betragen. Wenn der Schalter 25 geschlossen ist, erhält der Elektromagnet 10A von der Speiseleistungsquelle 23 Strom durch die Schal ter 25 und 11A, so dass die Leistungsquellenunter- brecher 10A1 und 10A3 geschlossen werden. Wäh rend der kurzen Zeitdauer, in welcher der Unter brecher 10A1 geschlossen ist, wird die Bremse 7 erregt, da der Schalter 12 geschlossen wird, und somit die Bremskraft vom Rotor des Motors 1 weggenom men. Anderseits erhält die 16polige Wicklung des Motors 1 vom Autotransformator 15 Strom, da letz terer durch das Schliessen des Schalters 14 erregt ist.
Die Leistung, die auf diese Weise der 16poligen Wicklung von einer der Anzapfungen des Autotrans formators 15 zugeführt wird, hat eine Spannung, die geringer ist als die volle Spannung der Leistungsspan nungsquelle.
Das maximale Drehmoment, das der Motor her geben kann, wenn seine 16polige Wicklung auf die volle Spannung der Leistungsquelle erregt ist, wird im Diagramm nach Fig. 2 durch den Punkt Po dar gestellt. Die Anzapfpunkte des Autotransformators 15 müssen den Erfordernissen des Betriebs entspre chend so bestimmt und ausgelegt werden, dass, wenn der Motor über die Anzapfung 16 erregt wird, die Charakteristik des Motors durch die Kurve T1 dar gestellt wird.
Die Drehmoment-Geschwindigkeits- Charakteristik für die Anzapfungen 17 und 18 sind in den Kurven T2 bzw. T3 dargestellt. Für jeden Ar beitsmodus des Motors 1, bei der seine 16polige Wicklung mit einer diesen Anzapfungen verbunden ist und von derselben erregt wird, ist das maximale, vom Motor erhältliche Drehmoment derart, dass die gewünschte Spannung im Haltetau wirksam aufrecht erhalten bleibt.
Genauer gesagt, wenn Po die Span nung bedeutet, die in den Haltetauen gewünscht wird, um das Schiff in geeigneter Berührung mit dem Kai zu halten, so muss die Anzapfung 16 im Autotrans formator so angeordnet sein, dass das maximale Dreh moment beim Schlupf Eins die gewünschte Spannung Po in dem Tau erzeugt.
Wenn die Spannung des Taues gerade Po ist, wenn der Motor 1 infolge eines durch den Zeitgeber 24 bewirkten Schliessens des Schalters 25 Spannung erhält, wird das von der Vertäuungswinde erzeugte Drehmoment gerade im Gleichgewicht sein mit der Spannung des Taues und der Motor kann sich daher nicht drehen; es findet weder ein Auf- noch ein Abwickeln des Taues statt.
Wenige Sekunden später öffnet sich der Schalter 25, die elektromagnetischen Unterbrecher 10A1 und 10A3 werden geöffnet, die elektromagnetische Bremse 7 wird entregt, so dass die Bremskraft an den Motor 1 angelegt wird, während das Zeitrelais 27 ebenfalls entregt wird, um seinen Kontakt 28 nach einer gewissen Verzögerungszeit zu öffnen, so dass die Steuervorrichtung 11 und somit der Motor 1 von der Leistungsquelle abgeschaltet werden. Während des nun folgenden Untätigkeits intervalls bleibt die Winde gebremst, bis der Schalter 25 sich wieder schliesst.
Hier ist angenommen worden, dass die 16polige Wicklung des Motors die Leistung über die Anzapfung 16 erhält.
Es werde nun angenommen, dass die Haltetaue während des Untätigkeitsintervalls schlaff geworden sind. In diesem Falle wird der Motor, sobald er das nächste Mal erregt wird, sich mit zunehmender Ge schwindigkeit drehen und das Tau rasch einholen, während sein Drehmoment fallen wird. In einem Punkte Q der in Fig. 2 gezeigten Kurve T1 werden dann das Drehmoment des Motors und die momen tane Spannung des Taus einander das Gleichgewicht halten. Von diesem Augenblick an wird die Ge schwindigkeit des Motors abnehmen und sein Dreh moment zunehmen, so dass der Arbeitspunkt - d. h.
der Punkt, in dem Drehmoment und Spannung des Taues im Gleichgewicht sind - in Fig. 1 auf der Kurve T1 nach links wandert, bis er Po erreicht und das Schiff richtig an den Kai herangezogen worden ist. Während der Arbeitspunkt sich Po nähert, ist der Windenmotor gezwungen, in zunehmendem Masse langsamer zu laufen und in oder bei Po wird seine Geschwindigkeit gleich Null sein. Nach Massgabe des Zeitgebers wird dann der Schalter 25 geöffnet, um den Motor 1 abzuschalten.
Es sei nun angenommen, dass in dem Augenblick, in dem der Motor 1 erregt wird, die Spannung im Tau viel höher ist als Po. In diesem Falle wird die Spannung des Taues das Drehmoment des Motors überwinden, so dass derselbe sich in der umgekehrten Richtung drehen muss und das Tau weiter abgewik- kelt wird, wodurch das Tau schlaffer und Spannung in demselben kleiner wird. Der Gleichgewichtszustand zwischen Drehmoment und Spannung möge in die sem Falle z. B. in einem Punkte Q1 des verlängerten Teils der Kurve T1 von Fig. 2 vorliegen.
Der Ar beitspunkt wird sich dann auf der Kurve T1 nach rechts bewegen, wie durch den Doppelpfeil angege ben ist, während die umgekehrte Geschwindigkeit des Motors allmählich abnimmt. Wenn Po erreicht ist, wird der Motor abgeschaltet und hält an; d. h. der Schalter 25 öffnet sich, der Motor 1 wird durch die Bremse 7 gebremst und hierauf von der Leistungs quelle getrennt.
Bei der soweit beschriebenen, automatischen Ar beitsweise der Winde zum richtigen Festhalten des Schiffes am Kai, könnte es vorkommen, dass die Korrekturwirkung der Winde innerhalb der gegebenen Zeitdauer von wenigen Sekunden nicht zur Wieder herstellung der gewünschten Spannung im Tau genü gen würde. Wenn z.
B. das Tau in einem Untätig keitsintervall sehr schlaff geworden ist, wäre der Win- denmotor nicht in der Lage, in der vom Zeitgeber bestimmten Zeitdauer den Durchhang aufzuholen und das Tau genügend fest anzuziehen, wenn nicht Mass nahmen getroffen wären, die dem Motor gestatten, wenn nötig, über diese Zeitdauer hinaus zu arbeiten, bis die gewünschte Spannung erreicht ist. Diese Mass nahme besteht bei der beschriebenen Vertäuungs- winde darin, dass das Null-Geschwindigkeits-Relais vorgesehen ist, das auf die Drehung des Motors 1 anspricht.
Dieses Relais, das ein geschwindigkeits empfindliches, z. B. aus Federn zusammengesetztes Element aufweist, ist so angeordnet, dass es den Schal ter 26 geschlossen hält, solange der Motor 1 in einem Bereiche hoher oder mässiger Geschwindigkeit läuft, aber diesen Schalter öffnet, sobald die Motorgeschwin digkeit auf Null oder nahezu auf Null fällt. Das Null-Geschwindigkeits-Relais arbeitet wie folgt:
Angenommen, dass während des vorangegan genen Untätigkeitsintervalls das Haltetau so schlaff geworden ist, dass der Gleichgewichtszustand zwischen Drehmoment und Tauspannung in dem Punkt Q2 der Kurve T1 von Fig. 2 vorhanden ist, nachdem bereits der grösste Teil der Arbeitsdauer von wenigen Sekunden verstrichen ist. Der Arbeitspunkt wandert längs dieser Kurve nach links und befindet sich in dem Moment, in dem der Zeitgeber den Schalter 25 öffnet, gerade in Q3. In diesem Moment läuft der Motor 1 immer noch mit einer mässigen Geschwin digkeit, so dass der Schalter 26 geschlossen ist.
Da der Schalter 26 in der vorliegenden Schaltung die gleiche Funktion hat wie der Schalter 25, bleibt der Leistungsquellenunterbrecher 10A1 geschlossen, auch wenn der Schalter 25 geöffnet wird. Infolge dessen läuft der Motor 1 weiter, bis der Arbeitspunkt Po erreicht ist, woselbst der Motor anhält und daher der Schalter 26 durch das Null-Geschwindigkeits- Relais geöffnet wird, wodurch dann der Motor ab geschaltet wird.
Zusammenfassend kann gesagt wer den, dass das Einschalten des Windenmotors in jedem Korrekturzyklus stets durch den Zeitgeber bewirkt wird, sein Ausschalten dagegen entweder durch den Schalter 25 oder durch den Schalter 26, je nachdem, ob der Arbeitspunkt innerhalb der am Zeitgeber ein gestellten Arbeitsdauer von wenigen Sekunden den Punkt Po erreicht oder nicht.
Es ist somit ersichtlich, dass der motorgetriebene Zeitgeber so ausgelegt ist, dass er einen Schalter schliesst, um in regelmässigen Zeitintervallen den Win- denmotor automatisch für eine vorbestimmte Zeit dauer in Tätigkeit zu setzen, und dass der Winden motor so dimensioniert ist, dass er ein maximales Anfangsdrehmoment liefert, das der gewünschten Spannung entspricht, die im Haltetau aufrechterhalten werden soll.
Ausserdem wird die zur Erzielung der gewünschten Spannung im Tau erforderliche Ruf- oder Abwickelfunktion der Winde in jedem Arbeits- zyklus erst dann automatisch beendigt, wenn diese Spannung tatsächlich im Tau wiederhergestellt wor den ist. Da der Windenmotor eine fallende Charak teristik, d. h. eine negative Drehmoment-Geschwin- digkeits-Charakteristik hat, läuft er immer langsamer, wenn die Spannung im Tau auf den gewünschten Wert zunimmt.
Die Korrektur beginnt schnell und nimmt dann allmählich ab, so dass Stösse beim Nach- lassen oder Anziehen des Taues auf den gewünsch ten Wert der Spannung vermieden sind; diese Kor rektur kompensiert die Wirkung von Gezeiten, Wel len, Wind und anderer Faktoren auf die Spannung der das Schiff am Kai haltenden Taue.
Der Windenmotor ist vom Typ mit veränderli cher Polzahl, z. B. mit wahlweise 4, 8 oder 16 Polen, wobei er, wenn er mit einer kleinen Anzahl von Polen läuft, eine Drehmoment-Geschwindigkeits-Cha- rakteristik der Art eines gewöhnlichen Induktions motors hat. Diese Arbeitsweise des Motors, die ein konstantes Drehmoment ergibt, soll benützt werden, um das Haltetau rasch einzuholen bzw. das Schiff in die Nähe des Kais zu bringen. Der Motor muss auf eine grössere Anzahl von Polen, z. B. 16 Pole, umgeschaltet werden, um das Schiff langsam, bzw. mit minimalem Impuls dem Kai näher zu bringen.
Eine Vertäuungswinde mit mechanischer Span nungsdetektorvorrichtung ist schon vorgeschlagen bzw. eingeführt worden; aber eine solche Vorrich- tung hat notwendigerweise eine komplizierte Kon struktion und hat in der Praxis grosse Dimensionen.
Im Vergleich zu dieser und zu ähnlichen bisher be kannten Vorrichtungen ist die beschriebene Vertäu ungswinde von bei weitem einfacherer Konstruktion und kleinerem Raumbedarf; sie hat ausserdem den wirtschaftlichen Vorteil, dass der Motor, wenn er mit der grössten Zahl von Polen arbeitet, sowohl zum Heranziehen des Schiffes an den Kai, als auch zur Konstanthaltung der Spannung im Haltetau verwen det werden kann.
Da die Spannung, die dem Windenmotor bei der Nachstellung der Spannung des Taues zugeführt wird, mittels des Transformators auf einen geringeren Wert herabgesetzt wird, beträgt der Anlaufstrom des Mo tors nur etwa 120 % seines Nominalstromes. Dies ist ein sehr geringer Anlaufstrom im Verhältnis zu dem Anlaufstrom bei voller Spannung, der z. B. bis zu 320 % des Nominalstromes betragen kann. Aus dieser Tatsache ergibt sich selbstverständlich, dass der Motor, obwohl er dauernd eine Spannungsüberwachungstä- tigkeit ausübt, keine grosse Wärmekapazität zu haben braucht.
Obwohl der zu benützende Windenmotor vom Typus mit variabler Polzahl ist, soll sein Kern vor zugsweise aus einem einzigen Block aufgebaut sein, so dass das Trägheitsmoment des Rotors klein ist. Der Grund, warum dieses Trägheitsmoment so klein als praktisch möglich gemacht werden sollte, wird mit Bezug auf Fig. 3 erläutert, in welcher der Kai, an dem das Haltetau festgemacht ist, mit W bezeich net ist; die Elastizitätskonstante des Taues sei S; das Gewicht, das dem Trägheitsmoment der Windentrom- mel und des Rotors des Motors entspricht, sei G;
die Wickelkraft der Winde sei F; und das Brems drehmoment der elektromagnetischen Bremse 7 sei <I>B.</I> Diese Elemente<I>W, S,</I> G und F oder<I>B</I> bilden ein Schwingungssystem. Um die Schwingungen dieses Systems in einer möglichst kurzen Zeitperiode zu dämpfen, ist es notwendig, das Gewicht G möglichst klein zu machen, und daher sollte das Trägheits- moment des Rotors des Motors klein sein.
Es ist sehr zweckmässig, der elektromagnetischen Bremse 7 zu gestatten, etwas nachzugeben, wenn be sonders grosse Spannkräfte plötzlich auf das Halte tau einwirken, damit dasselbe im Betrieb von ge fährlich hohen Spannungen bewahrt bleibt. Um diese Forderung zu erfüllen, ist die elektromagnetische Bremse vom Typus mit Federbelastung, wobei eine geeignete, im Bremssinne wirksame Vorspannung der Feder vorgesehen ist, wobei diese Vorspannung z. B. etwa 150 % des Drehmomentes äquivalent sein kann, das der gewünschten Betriebsspannung des Halte taues entspricht. Indem auf diese Weise die höchste Spannung, die im Haltetau auftreten könnte, verrin gert wird, ist auch ein kleiner Trägheitsmoment des Rotors vorteilhaft.
Dieses erwünschte Merkmal wird erzielt, indem man - wie bereits erwähnt - den Rotor des Motors in Form eines einzigen Blockes ausführt.
Electric mooring winch When a ship is moored in a harbor along a quay, the ropes holding the ship on the shore must be properly tensioned to keep the ship in a suitable position. If nothing is done to maintain proper tension in the ropes, the condition of the ship can become dangerous because the ropes can become too tensioned due to the ship's tendency to move in relation to the quay. this movement can be caused by several factors.
In particular, the water level changes as a result of the periodic tide changes and the position of the ship changes in relation to the water level as a result of its loading or unloading. Both changes have the effect that the altitude of the ship changes in relation to the quay, and thus the tension of holding ropes of a given length between ship and shore will also vary. In addition, the moored ship can rock due to wind or waves, which results in variable tension in the ropes. If the movement is great, the ropes can tear, which can lead to the ship being damaged.
The present invention, which relates to an electric mooring winch with a winding drum for a rope, aims to avoid these parts after. The mooring winch according to the invention is characterized by a 3-phase induction motor with variable number of poles, a first control device with means for changing the number of poles and the direction of rotation of the motor, a second control device which - if it works in a manual operating position - the first Connects control device to a power source breaker,
and which - if it is working in an automatic operating position - disconnects the first control device from said interrupter and at the same time connects the stator winding with the largest number of poles of said motor to said interrupter via a 3-phase autotransformer, which has a plurality of taps, one Electromagnet, which is used to actuate said interrupter, a system of switches which is used to open the circuit of the electromagnet when the first control device has been brought into its zero detent position and the second control device in the manual operating position, and to close the circuit of this electromagnet,
if the first control device has been brought into any other working position, a timer that comes into operation when the second control device is in an automatic rule operating position, a switch that is controlled by the timer and at regular intervals for a few seconds the circuit of the electromagnet closes or interrupts, an electromagnetic brake, which is attached to the named motor, and a system of scarf tern, which is used to excite the electromagnetic brake and thereby remove the braking force from the motor, if the same one Voltage is supplied.
An embodiment of the invention is shown in the accompanying drawing. In this drawing: FIG. 1 is a circuit diagram in which three three-phase current conductors are represented by a single line, FIG. 2 is a diagram showing the torque-speed characteristic of the electric motor used in the present invention, and FIG Figure 3 is a simple schematic intended to facilitate understanding of the invention. According to Fig. 1, an electric motor 1 is provided for driving the winch, for.
B. a three-phase asynchronous motor with short-circuit rotor and a stator wound for a variable number of poles. It is assumed, for example, that the stator is wound so that it has 4 poles, 8 poles or 16 poles depending on how its windings are switched; however, other pole numbers could be used instead, e.g. B. 6, 12 or 24 poles. The number of poles can be chosen so that two-stage switching is possible.
In the present case, however, the 4 and 8 poles are formed by a common winding and the switching from one to the other is carried out by changing taps. The 16 poles are formed by a winding that is different from that for 4 and 8 poles. The stator core can consist of a single block in which all windings are provided. The rotor core can also consist of a single block if. The 4- or 8-pole winding is designed in such a way that it produces a torque-speed characteristic which corresponds to that of a conventional three-phase short-circuit rotor asynchronous motor, as can be seen from FIG.
The 16-pole winding, on the other hand, is designed to give a falling or negative characteristic in that the torque obtainable with this winding has a maximum at unit slip S1, as shown in FIG. 2, and decreases as the speed of the motor increases takes. This negative torque-speed characteristic can be referred to as a torque motor characteristic.
Returning to Fig. 1, G1 is a gear wheel that sits on the shaft of the motor 1 and meshes with a gear G2 that sits on the shaft of the winch drum D, which is used in operation to wind up and unwind the holding rope. A control device 2 allows the motor 1 to be connected to the power source in various ways in order to change the number of poles of the motor and reverse its direction of rotation.
The first control device 2 has an operating handle which, in a first detent position No. 1, closes the switch 3 to switch the motor to 16 poles; the motor then rotates in its normal direction at a speed corresponding to 16 poles. When the control handle is moved to detent position No. 2 or No. 3, switch 4 or 5 is closed to obtain 8 or 4 poles, so that the motor rotates in its normal direction at a speed that is selected Number of poles.
If the operating handle is brought into a detent position No. 1, 2 or 3 on the opposite side, the motor rotates in the reverse direction at a speed corresponding to 16, 8 or 4 poles, because this movement of the operating handle in sequence corresponding switches 3 ', 4' or 5 'closes. When the operating handle is in its detent position no. 0, all of the switches mentioned above are open.
The control device 2 is also provided with a further switch 6 which is closed as long as any of the switches mentioned earlier is closed, and which serves to control an electrical DC brake 7 of the motor 1 via a rectifier 8, a time relay 27, and to connect a breaker 10A3 to a 3-phase power source 9. The DC brake 7 is preferably of the spring loaded type in which the braking force in the deenergized state of the electromagnet is applied by the spring. A contact 28 of the timing relay 27 is connected in parallel to an interrupter 10A1, which contact 28 opens with a small delay when the timing relay 27 is energized.
11 with a second control device is designated net, the switches 12, 13 and 14, and a 3-phase autotransformer 15, which is provided with a tap changing device to. This tap changing device has tap changing switches 16, 17 and 18, as well as a switch 19 for short-circuiting to a neutral conductor, not shown. The switch 12 is arranged in parallel with the switch 6; the switch 13 is located between the breaker 10A1 and the control device 2;
the switch 14 is between the breaker 10A1 and the autotransformer 15; and the switches 16, 17 and 18 are used to connect the corresponding taps of the autotransformer 15 to the 16-pole winding of the motor 1. When the operating handle of the control device 11 is brought into the manual position M, the switch 13 is closed while the switches 12 and 14 are open. When the switch 13 is closed, the control device 2 is connected to the power source breaker 10A1, while the autotransformer 15 is switched off by opening the switch 14.
If the same operating handle of the control device 11 is brought into any of the auto transformer positions A1, Az or A3, the switch 13 is opened and consequently separates the control device 2 from the power source 9; but the switch 12 is closed to energize the electromagnetic braking device 7 via the rectifier 8. The 16-pole winding of the motor 1 is now fed from one of the tapping points of the autotransformer 15 from ge.
The aforementioned switches 3, 3 ', 4, 4', 5, 5 ', 6, 12, 13, 14, 16, 17, 18 and 19 can be actuated manually or electromagnetically.
Denoted at 10A is an electromagnet which is used to operate the power source breakers 10A1 and 10A3, and a breaker 10A2 and is connected in series with a switch 2B, a normally open push button switch 20, a normally closed push button switch 21 and a switch 11B to a control power source 23 is. The interrupter 10A2 is arranged in parallel with the series circuit of the switch 2B and the push-button switch 20 and is used to turn on a self-holding circuit of the electromagnet 10A.
A motor-driven timer is denoted by 24, which closes a switch 25 at regular time intervals for a few seconds, and which is connected to the control power source 23 via a switch 11A. The switch 25 lies between the electromagnet 10A on the one hand and the connection point of the timer 24 and the switch 11A on the other hand.
The switch 2B is mounted so that it is closed when the operating handle of the first control device 2 is brought to the detent position No. 0; on the other hand, when this operating handle comes into any of the other detent positions, the switch 2B is opened. The switch 11A is mounted so that it is opened when the operating handle of the second control device 11 is brought to the manual position M, but is closed when this handle is brought to any of the auto transformer positions A1, A2 or A3.
A contact 26 of a zero-speed relay (not shown) lies parallel to contact 25. This relay is mounted on the rotor shaft of motor 1 and keeps contact 26 closed as long as motor 1 is running. When the speed of the motor drops to approximately zero, the relay opens contact 26 and holds it open as long as the motor is not running.
The operation of the described embodiment of the mooring winch according to the invention will be described below on the assumption that its work begins when the ship has been brought into the vicinity of the quay and the free ends of the ropes unwound from the winch drums on the anchoring heads of the quay are attached.
The operating handle of the second Steuervorrich device 11 is initially brought into the manual position M and the operating handle of the first control device 2 in the zero detent position. Under these circumstances, switches 13, 2B and 11B are closed while switches 6, 12, 14, 11A, 25 and 26 are open.
When the push button switch 20 is now operated, the solenoid 10A is energized from the control power source 23 and closes the power source breakers 10A1 and 10A3, as well as the breaker 10A2. The electromagnetic brake 7 is not energized at this point in time and is therefore in the braking state, i. That is, the motor 1 is braked. Contact 28 of timing relay 27 is closed.
When the operating handle of the first control device 2 is brought into the detent position no. 1, the 16-pole winding of the motor 1 is excited by the power source 9 and at the same time the switch 6 closes to release the brake 7 by being supplied with direct current . The motor begins to turn and works according to the characteristics shown in FIG. 2 for the detent position no. 1 (16 poles).
The switch 2B is opened when the operating handle is brought into the detent position No. 1, but this opening does not change the energized state of the electromagnet 10A because the interrupter 10A2 is closed in its self-holding circuit. The breaker 10A1 thus remains closed.
If the operating handle of the control device 2 is moved further into the detent position 2 or 3, the 4 or 8-pole winding of the motor 1 is excited so that the motor works with 8 poles (for detent position 2) or with 4 poles (for detent position 3) according to the corresponding characteristics of Fig. 2 to wind the rope on the drum.
If the ship is still far from the quay, the operating handle of the control device 2 should be brought into the detent position no. 3 to wind up the rope in example with the speed S4 marked in Figure 2; when the ship approaches the quay, the handle should be moved back to the rest position no. 2, so that the motor then starts to run with 8 poles instead of 4 poles, and the winding speed is accordingly lower, z. B. S8.
Finally, in order to bring the ship very close to the quay, the operating handle should be brought to latching position no. 1 so that the motor runs with 16 poles and thus has an even slower speed. The above series of operations can be summarized as follows.
The motor is used as a 4-pole motor as long as the stretched out part of the rope to be wound onto the winch drum is still relatively long; it is used as an 8-pole motor when the slack part of the rope has been hauled in and the ship is to be brought closer to the bank; and it is used as a 16-pole motor just before the ship is moored along the quay, in order to minimize the force with which the ship hits the quay wall.
After the ship is on the quay, the push button switch 21 is actuated to stop the winch. This turns off the electromagnet 10A, so that the breakers 10A1 and 10A3 open. The breaker 10A2 also opens, so that the self-holding circuit of the electromagnet 10A is interrupted.
Opening the interrupter 10A3 de-energizes the electromagnetic brake 7, so that the braking force on the motor 1 is effective, and also de-energizes the timing relay 27. As a result, the contact 28 opens after the delay time of the timing relay 27, so that the control device 11, and thus the motor 1 can be switched off by the line source 9.
When the ship is moored at the quay, there is considerable tension in the ropes and there is a risk of the ship moving backwards if the engine is switched off from the power source before the braking force is applied; it is therefore necessary to first brake the motor and only then switch it off from the power source.
By applying the brake to the winch motor while the ship is lying quietly on the quay, a constant tension in the holding rope is maintained as long as the ship does not change its position in relation to the quay. However, since the ship has a tendency to change its position as a result of the action of the tides, waves, wind, etc., the holding ropes are subject to a variable tension. At high tide the ship is at a higher level; the mooring lines become slack and allow the ship to move away from the quay, with the risk of being thrown against the quay by the action of waves or wind.
At low tide the ship is at a lower level and the holding ropes are more taut, as if they were to take up part of the ship's weight; the ropes can break if the tension becomes too great under these conditions. When the ship rolls under the influence of waves or wind, the tension of the holding rope changes cyclically.
The present invention now allows the ropes holding the ship on the quay, under constant tension, and thus to keep the ship side by side in contact with the quay. This is effected by the fact that after the ship has been moored at the quay, each rope has of course been tensioned with one of the mooring winches described, the operating handle of the control device 2 in each of these winches in the locking position no. 0 brings and that the control device 11 in an automatic operating position, namely in any of the autotransformer positions A1, A2 or A3. When the control device is in the detent position No.
0 is brought, the switch 6 opens and the switch 2B closes. When the control device 11 is in an autotransformer position - as mentioned earlier - the switches 11A and 13 are open, while the switches 11B, 12 and 14 are closed.
When the switch 11B opens, the electromagnet 10A is de-energized and thus the breakers 10A1 and 10A3 open, where when the latter is opened, the excitation current of the electromagnetic brake 7 is interrupted so that the braking force is applied to the motor 1; At the same time, the time relay 27 is de-energized, so that its contact 28 opens, and the control device 2 is also switched off by the power source 9.
The control device 2 is also disconnected from the power source 9 because the switch 13 is open, but the 16-pole winding of the motor is connected to one of the taps of the 3-phase autotransformer 15, which in turn is connected to the circuit breaker 10A1 via the closed switch 14. In the state under consideration, however, the 16-pole winding does not consume any power because the interrupter 10A1 and the contact 28 are open. Since the switch 11A is closed, the motor-driven timer 24 is in operation, and thus closes the switch 25 at regular intervals. The time duration during which the switch 25 is closed can, for.
B. 2 seconds in every minute, or 4 seconds in every two minutes, or 8 seconds in every four minutes. When the switch 25 is closed, the electromagnet 10A receives current from the supply power source 23 through the switches 25 and 11A, so that the power source breakers 10A1 and 10A3 are closed. During the short period of time in which the interrupter 10A1 is closed, the brake 7 is energized as the switch 12 is closed, and thus the braking force from the rotor of the motor 1 is removed. On the other hand, the 16-pole winding of the motor 1 receives power from the autotransformer 15, since the latter is excited by the closing of the switch 14.
The power that is supplied in this way to the 16-pole winding from one of the taps of the autotransformer 15 has a voltage that is less than the full voltage of the power voltage source.
The maximum torque that the motor can give forth when its 16-pole winding is excited to the full voltage of the power source is shown in the diagram of FIG. 2 by the point Po represents. The taps of the autotransformer 15 must be determined and designed accordingly to the requirements of the operation so that when the motor is excited via the tap 16, the characteristics of the motor is represented by the curve T1.
The torque-speed characteristics for the taps 17 and 18 are shown in curves T2 and T3, respectively. For every working mode of the motor 1 in which its 16-pole winding is connected to one of these taps and is excited by the same, the maximum torque available from the motor is such that the desired voltage is effectively maintained in the holding line.
More precisely, if Po means the voltage that is desired in the holding ropes in order to keep the ship in suitable contact with the quay, then the tap 16 in the autotransformer must be arranged so that the maximum torque at slip one the desired tension Po generated in the rope.
If the tension of the rope is just Po, when the motor 1 receives tension as a result of the closure of the switch 25 caused by the timer 24, the torque generated by the mooring winch will just be in equilibrium with the tension of the rope and the motor can therefore not move rotate; there is neither winding nor unwinding of the rope.
A few seconds later, the switch 25 opens, the electromagnetic breakers 10A1 and 10A3 are opened, the electromagnetic brake 7 is de-energized so that the braking force is applied to the motor 1, while the timing relay 27 is also de-energized to switch its contact 28 after a To open certain delay time, so that the control device 11 and thus the motor 1 are switched off from the power source. During the now following inactivity interval, the winch remains braked until the switch 25 closes again.
It has been assumed here that the 16-pole winding of the motor receives the power via tap 16.
It is now assumed that the holding ropes have become slack during the inactivity interval. In this case, the next time the motor is energized, it will rotate at increasing speed and quickly haul in the rope while its torque will fall. At a point Q of the curve T1 shown in Fig. 2, the torque of the motor and the momen tane voltage of the rope will keep each other in balance. From this moment on, the speed of the motor will decrease and its torque will increase, so that the operating point - i. H.
the point at which the torque and tension of the rope are in equilibrium - moves to the left on curve T1 in FIG. 1 until it reaches Po and the ship has been properly pulled to the quay. As the operating point approaches Po, the winch motor is forced to run increasingly slower and in or at Po its speed will be zero. According to the timer, the switch 25 is then opened in order to switch off the motor 1.
It is now assumed that the moment the motor 1 is energized, the tension in the rope is much higher than Po. In this case the tension of the rope will overcome the torque of the motor, so that the same has to turn in the opposite direction and the rope is unwound further, whereby the rope becomes slacker and the tension in the same becomes less. The state of equilibrium between torque and voltage may in this case, for. B. be present at a point Q1 of the extended part of the curve T1 of FIG.
The working point will then move to the right on curve T1, as indicated by the double arrow, while the reverse speed of the motor gradually decreases. When Po is reached, the engine is switched off and stops; d. H. the switch 25 opens, the motor 1 is braked by the brake 7 and then separated from the power source.
With the so far described, automatic operation of the winch to properly hold the ship on the quay, it could happen that the corrective action of the winch within the given time period of a few seconds would not be sufficient to restore the desired tension in the rope. If z.
If, for example, the rope has become very slack in an inactivity interval, the winch motor would not be able to catch up the slack in the time specified by the timer and tighten the rope sufficiently if measures were not taken to allow the motor , if necessary, to work beyond this period of time until the desired voltage is reached. In the case of the described mooring winch, this measure consists in the fact that the zero-speed relay is provided which responds to the rotation of the motor 1.
This relay, which is a speed sensitive, z. B. composed of springs element is arranged so that it keeps the scarf ter 26 closed as long as the engine 1 is running in a range of high or moderate speed, but this switch opens as soon as the engine speed drops to zero or almost zero . The zero speed relay works as follows:
Assume that during the previous interval of inactivity the holding rope has become so slack that the equilibrium between torque and tension is present at point Q2 of curve T1 in FIG. 2 after most of the working time of a few seconds has already passed. The operating point moves along this curve to the left and is in Q3 at the moment when the timer opens switch 25. At this moment, the motor 1 is still running at a moderate speed, so that the switch 26 is closed.
Since the switch 26 has the same function as the switch 25 in the present circuit, the power source breaker 10A1 remains closed even if the switch 25 is opened. As a result, the motor 1 continues to run until the operating point Po is reached, where the motor stops and therefore the switch 26 is opened by the zero-speed relay, whereby the motor is then switched off.
In summary, it can be said that the winch motor is always switched on in each correction cycle by the timer, while it is switched off either by switch 25 or by switch 26, depending on whether the working point is within the working time set on the timer by a few Seconds reached the point Po or not.
It can thus be seen that the motor-driven timer is designed so that it closes a switch in order to automatically set the winch motor into operation for a predetermined period of time at regular time intervals, and that the winch motor is dimensioned so that it is included provides the maximum initial torque that corresponds to the desired tension that is to be maintained in the holding rope.
In addition, the hoisting or unwinding function of the winch required to achieve the desired tension in the rope is only automatically terminated in each work cycle when this tension has actually been restored in the rope. Since the winch motor has a falling characteristic, i. H. has a negative torque-speed characteristic, it runs slower and slower when the tension in the rope increases to the desired value.
The correction begins quickly and then gradually decreases, so that jolts when the rope is released or tightened to the desired tension value are avoided; this correction compensates for the effect of tides, waves, wind and other factors on the tension of the ropes holding the ship at the quay.
The winch motor is of the type with variable number of poles, e.g. B. with either 4, 8 or 16 poles, and when it runs with a small number of poles, it has a torque-speed characteristic of the type of an ordinary induction motor. This mode of operation of the motor, which results in a constant torque, is to be used to quickly haul in the holding rope or to bring the ship close to the quay. The engine has to work on a larger number of poles, e.g. B. 16 poles, to be switched to bring the ship slowly or with minimal impulse to the quay.
A mooring winch with mechanical tension detection device has already been proposed or introduced; but such a device is necessarily complicated in construction and, in practice, has large dimensions.
Compared to this and similar previously known devices, the mooring winch described is of a much simpler construction and less space required; it also has the economic advantage that the engine, if it works with the largest number of poles, can be used both to pull the ship to the quay and to keep the tension in the holding rope constant.
Since the voltage that is fed to the winch motor when the tension of the rope is adjusted is reduced to a lower value by means of the transformer, the starting current of the motor is only about 120% of its nominal current. This is a very low starting current in relation to the starting current at full voltage, e.g. B. can be up to 320% of the nominal current. It goes without saying from this fact that the motor, although it continuously carries out a voltage monitoring activity, does not need to have a large heat capacity.
Although the winch motor to be used is of the type with a variable number of poles, its core should preferably be constructed from a single block so that the moment of inertia of the rotor is small. The reason why this moment of inertia should be made as small as practically possible will be explained with reference to Figure 3, in which the quay to which the holding rope is tied is denoted by W; let the elastic constant of the rope be S; the weight corresponding to the moment of inertia of the winch drum and the rotor of the motor is G;
the winding force of the winch is F; and the braking torque of the electromagnetic brake 7 is <I> B. </I> These elements <I> W, S, </I> G and F or <I> B </I> form a vibration system. In order to dampen the vibrations of this system in as short a period of time as possible, it is necessary to make the weight G as small as possible, and therefore the moment of inertia of the rotor of the motor should be small.
It is very useful to allow the electromagnetic brake 7 to give in a little when particularly large clamping forces suddenly act on the holding rope, so that the same is preserved in operation from dangerous high voltages. In order to meet this requirement, the electromagnetic brake is of the spring-loaded type, with a suitable, in the braking sense effective bias of the spring is provided, this bias z. B. can be equivalent to about 150% of the torque that corresponds to the desired operating voltage of the holding rope. By reducing the highest tension that could occur in the holding line in this way, a small moment of inertia of the rotor is also advantageous.
This desirable feature is achieved by making the rotor of the motor in the form of a single block, as previously mentioned.