DE102015108882B3

DE102015108882B3 - Verfahren zum Anlanden eines Wasserfahrzeugs an einem Bauwerk

Info

Publication number: DE102015108882B3
Application number: DE102015108882.7A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2015-06-04
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2035-06-05
Also published as: WO2016192719A1

Abstract

Verfahren zum Anlanden eines Wasserfahrzeugs (10) an einem Bauwerk (20), mit den Schritten: Anfahren der Position des Bauwerks (20), in Kontakt bringen des Wasserfahrzeugs (10) mit dem Bauwerk (20), Erfassen des vom Wasserfahrzeug (10) auf das Bauwerk (20) einwirkenden Drucks, und Ansteuern der Steuer- und Vortriebsanlage des Wasserfahrzeugs (10) zum Erreichen eines vom Wasserfahrzeug (10) gegen das Bauwerk (20) gerichteten vorbestimmten Drucks, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuern der Steuer- und Vortriebsanlage des Wasserfahrzeugs (10) unter vorausschauender Berücksichtigung zu erwartender, zukünftig auf das Wasserfahrzeug (10) wirkender Wellenereignisse erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anlanden eines Wasserfahrzeugs an einem Bauwerk, mit den Schritten: Anfahren der Position des Bauwerks, in Kontakt bringen des Wasserfahrzeugs mit dem Bauwerk, Erfassen des vom Wasserfahrzeug auf das Bauwerk einwirkenden Drucks, und Ansteuern der Steuer- und Vortriebsanlage des Wasserfahrzeugs zum Erreichen eines vom Wasserfahrzeug gegen das Bauwerk gerichteten vorbestimmten Drucks, wobei das Ansteuern der Steuer- und Vortriebsanlage des Wasserfahrzeugs unter vorausschauender Berücksichtigung zu erwartender, zukünftig auf das Wasserfahrzeug wirkender Wellenereignisse erfolgt.
Ein derartiges Verfahren ist im Wesentlichen aus der WO 2014/118570 A1 bekannt. Weitere Verfahren zur Steuerung von Wasserfahrzeugen gehen beispielsweise aus der US 2005/0278094 A1 , EP 1 695 902 A2 , GB 2 527 055 A und der US 2014/0114509 A1 hervor.
Die Einwirkung von Wellen auf Wasserfahrzeuge kann zu erheblichen Problemen führen. Beispielsweise kann bereits leichter Seegang den sicheren Überstieg von Personal auf Fundamente von Offshore-Windkraftanlagen gefährden. Um den Einfluss der Wellen jedoch möglichst gering zu halten, ist es bekannt, relativ kleine Wasserfahrzeuge zu verwenden, die mit einem Bugfender so stark gegen Anlegestelle der Offshore-Windenergieanlage drücken, dass die Reibung zwischen Fender und Anlegestelle für eine sichere Positionierung des Wasserfahrzeugs während des Überstiegs sorgt.
Allerdings führt der stetige Einfluss der Wellen dazu, dass sich die Anpresskraft des Wasserfahrzeugs und damit auch die Reibung zwischen Fender und Anlegestelle verändert. Wird die Reibung zu gering, führt dies zu einem Verrutschen des Bugfenders oder gar zu einem Verlust des Kontaktes zwischen Wasserfahrzeug und Windkraftanlage, woraus sich eine unmittelbare Gefährdung des Personals ergibt.
Um den Anpressdruck und damit die Reibung konstant zu halten und einen sicheren Überstieg zu gewährleisten, wird die Maschinenleistung daher entgegen der horizontal wirkenden Wellenkräfte manuell oder automatisch aufgrund von aktuell erhobenen Messwerten eingestellt. Im Docking-Mode des Wasserfahrzeugs werden hierfür im Bugfender angeordnete Sensoren genutzt, die ein Nachlassen des Anpressdrucks in entsprechend entgegenwirkende Maschinenkommandos umzusetzen.
Dabei ist auch die Leistungsgrenze der Wasserfahrzeuge in Bezug auf die signifikante Wellenhöhe (Hs) eine entscheidende Größe im Betrieb für Sicherheit und Effizienz. Bei einer signifikanten Wellenhöhe von z. B. Hs = 2,5m ist überwiegend von einer Wellenhöhe von unter 2,5 m auszugehen. Einige Wellen werden dabei jedoch höher als 2,5 m und so groß sein, dass sie grundsätzlich die Leistung des Wasserfahrzeuges zur Kompensation dieser häufig überraschend auftretenden Ereignisse übersteigen könnten.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Kompensation von auf ein Wasserfahrzeug durch Welleneinwirkung hervorgerufenen Störgrößen bereitzustellen, das einen sicheren und effizienten Betrieb des Wasserfahrzeugs auch für unerwartete Ereignisse gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Anlanden eines Wasserfahrzeugs an einem Bauwerk vorgeschlagen, mit den Schritten: Anfahren der Position des Bauwerks, in Kontakt bringen des Wasserfahrzeugs mit dem Bauwerk, Erfassen des vom Wasserfahrzeug auf das Bauwerk einwirkenden Drucks, und Ansteuern der Steuer- und Vortriebsanlage des Wasserfahrzeugs zum Erreichen eines vom Wasserfahrzeug gegen das Bauwerk gerichteten vorbestimmten Drucks, wobei das Ansteuern der Steuer- und Vortriebsanlage des Wasserfahrzeugs unter vorausschauender Berücksichtigung zu erwartender, zukünftig auf das Wasserfahrzeug wirkender Wellenereignisse erfolgt.
Anders als bei den bisherigen aus dem Stand der Technik bekannten Methoden, die erst die tatsächliche Auswirkung der durch Wellen hervorgerufenen Kräfte erfassen, z. B. Nachlassen des Druckes auf den Fender, wird gemäß der Erfindung vorausschauend die zu erwartende Kraft ermittelt und kompensiert, bevor sich diese Kraft in eine für die Schiffsführung ungünstige Reaktion umsetzen kann.
Wird beispielsweise der Rumpf vorne angehoben, so ist zu erwarten, dass die Welle im nächsten Moment das Wasserfahrzeug nach Hinten versetzen wird. Bereits im ersten Moment des Anhebens eines Rumpfes wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Maschinensignal zur Kompensation der zu erwartenden Änderung des Anpressdrucks gegeben. Die Intensität richtet sich dabei nach der Intensität der Auslenkung des Rumpfes.
Insbesondere wird das Verfahren derart umgesetzt, dass das Ansteuern der Steuer- und Vortriebsanlage des Wasserfahrzeugs unter vorausschauender Berücksichtigung der Richtung und/oder Höhe der zu erwartenden, zukünftig auf das Wasserfahrzeug wirkenden Wellenereignisse erfolgt. Diese zukünftig auf das Wasserfahrzeug wirkenden Wellenereignisse können bevorzugt mittels Wellenradar, Infrarot- und/oder Ultraschallsensoren erfasst werden.
Beispielsweise können zur Ermittlung der Wellenhöhe und -richtung Wellenradargeräte im X-Band eingesetzt werden.
Aus den erfassten Daten können die zu erwartende Horizontalkraft und auch die Vertikalkräfte ermittelt und vor deren Eintreffen durch Maschinenkommandos kompensiert werden.
Das Erfassen der zukünftig auf das Wasserfahrzeug wirkenden Wellenereignisse erfolgt dabei innerhalb eines vorbestimmten Raums, insbesondere innerhalb eines vorbestimmten um das Wasserfahrzeug gedachten Radius und/oder innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums, in dem mit dem Eintreffen eines Wellenereignisses auf das Wasserfahrzeug zu rechnen ist.
Hierfür kann auf der Grundlage der erfassten Daten ein Wellensystemmodell erstellt und das Ansteuern der Steuer- und Vortriebsanlage des Wasserfahrzeugs auf der Grundlage des aktuell gemessenen gegen das Bauwerk gerichteten Drucks unter Berücksichtigung des berechneten Wellensystemmodells, insbesondere eines überlagernden Wellensystems erfolgen.
Insbesondere wird das Verfahren nach der Erfindung so angewendet, dass der vom Wasserfahrzeug gegen das Bauwerk gerichtete vorbestimmte Druck ein innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums mittlerer Druck ist. Dadurch soll sichergestellt werden, dass innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums keine aufwändige Regelung vorgenommen werden muss, sondern innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs lediglich (zulässige) mittlere Druckwerte eingestellt werden sollen. Dieses hat auch den Vorteil, dass bei schnell aufeinander folgenden, sich jedenfalls teilweise aufhebenden Wellenereignissen nicht (tiefgreifend) in die Schiffssteuerung eingegriffen werden muss, sodass die Trägheit des Systems zur Stabilisierung des Wasserfahrzeugs genutzt werden kann.
Bevorzugt weist das Wasserfahrzeug einen Fender auf, der mit dem Bauwerk in Kontakt gebracht wird. Dabei können die Sensoren, die die das Wasserfahrzeug an das Bauwerk pressende Kraft erfassen, im Fender angeordnet sein. Alternativ können diese Sensoren auch im Bauwerk angeordnet sein und mittels einer geeigneten Signalübertragung an das Wasserfahrzeug übermittelt werden.
Das Verfahren nach der Erfindung ist insbesondere für Mehrrumpf-Wasserfahrzeug geeignet, die zur Anlandung an Offshore-Bauwerken, wie z. B. Offshore-Plattformen oder Offshore-Windenergieanlagen, verwendet werden. Durch das bei Mehrrumpfbooten verwendete Federungssystem, das die Rümpfe mit dem Chassis des Wasserfahrzeugs verbindet, kann auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung eine wesentlich verbesserte Bewegungskontrolle des Wasserfahrzeugs erreicht werden.
Bei Fahrzeugen mit mehreren gefederten Rümpfen besteht zudem die Möglichkeit, die Wellenkräfte durch die Bewegungen der Rümpfe vorherzusagen. Bewegt sich ein Rumpf plötzlich um seine Querachse, so ist eine Horizontalkraft in Längsrichtung zu erwarten. Bewegt sich der Rumpf vorne nach oben, so wird die Horizontalkraft nach achtern wirken und umgekehrt. Die Größe der Kraft ist ebenfalls vorhersagbar, indem die Auslenkung und Auslenkungsgeschwindigkeit integriert wird. So kann individuell für jeden Rumpf die erforderliche Kompensationskraft vorherbestimmt und als Maschinenkommando gegeben werden, bevor sich eine Wirkung der wellenbedingten Horizontalkraft zeigt.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Bauwerk um die Anlegestelle einer Offshore-Windenergieanlage.
Gegenüber dem Stand der Technik weist die vorliegende Erfindung den Vorteil auf, dass sogenannte „freak-waves“, also Wellen mit einer Wellenhöhe, die deutlich über dem Durchschnitt liegt, durch Berechnung überlagerter Wellensysteme vorhergesagt werden können, sodass der Bootsführer frühzeitig vor einem entsprechenden ansonsten überraschenden Ereignis gewarnt werden kann und entsprechende Maschinenkommandos präventiv, automatisch an die das Wasserfahrzeug steuernden Maschinen gegeben werden können.
Dadurch können auch die erforderlichen Anpresskräfte, die die Reibung des Fenders des Wasserfahrzeugs an der Anlegestelle auf ausreichendem Niveau halten, vorhergesagt werden und bereits vor dem Wirken der Störkräfte in Maschinenkommandos zur Kompensation der durch Wellengang hervorgerufenen Ereignisse umgesetzt werden.
Hierzu kann insbesondere durch ein Radar gestütztes Messverfahren unterschiedlicher Wellensysteme durch Vorherberechnung der sich überlagernden Wellensysteme vorhergesagt werden. Durch diese Möglichkeit der Vorhersage kann der Führer des Wasserfahrzeuges vor Erscheinen einer solchen überdurchschnittlichen Welle gewarnt werden und er hat die Möglichkeit das Manöver rechtzeitig zu unter- oder abzubrechen.
Die Erfindung wird anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 zeigt ein Wasserfahrzeug 10 im „Docking-Modus“, in dem das Wasserfahrzeug 10 mit seinem Bugfender 12 an einer Offshore-Windkraftanlage 20 anlegt. Die auf das Wasserfahrzeug wirkenden Kräfte durch Störgrößen aus Welleneinwirkung W, die zum Rutschen oder gar zum Kontaktverlust des Bugfenders 12 mit der Offshore-Windkraftanlage 20 führen können, werden vorausschauend vorherbestimmt und durch frühzeitige Maschinenkommandos MK kompensiert, die die Anpresskraft P an der Anlegestelle 22 der Windkraftanlage 20 konstant halten (bevor die Störkräfte zu einer tatsächlichen Bewegung des Wasserfahrzeuges führen können).

Claims

Verfahren zum Anlanden eines Wasserfahrzeugs (10) an einem Bauwerk (20), mit den Schritten: – Anfahren der Position des Bauwerks (20), – in Kontakt bringen des Wasserfahrzeugs (10) mit dem Bauwerk (20), – Erfassen des vom Wasserfahrzeug (10) auf das Bauwerk (20) einwirkenden Drucks, und – Ansteuern der Steuer- und Vortriebsanlage des Wasserfahrzeugs (10) zum Erreichen eines vom Wasserfahrzeug (10) gegen das Bauwerk (20) gerichteten vorbestimmten Drucks, wobei das Ansteuern der Steuer- und Vortriebsanlage des Wasserfahrzeugs (10) unter vorausschauender Berücksichtigung zu erwartender, zukünftig auf das Wasserfahrzeug (10) wirkender Wellenereignisse erfolgt, gekennzeichnet durch Erfassen der zukünftig auf das Wasserfahrzeug (10) wirkenden Wellenereignisse mittels Wellenradar, Infrarot- und/oder Ultraschallsensoren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuern der Steuer- und Vortriebsanlage des Wasserfahrzeugs (10) unter vorausschauender Berücksichtigung der Richtung und/oder Höhe der zu erwartenden, zukünftig auf das Wasserfahrzeug (10) wirkenden Wellenereignisse erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der zukünftig auf das Wasserfahrzeug (10) wirkenden Wellenereignisse innerhalb eines vorbestimmten Raums und/oder innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuern der Steuer- und Vortriebsanlage des Wasserfahrzeugs (10) auf der Grundlage des aktuell gemessenen gegen das Bauwerk (20) gerichteten Drucks unter Berücksichtigung eines überlagernden Wellensystems erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Wasserfahrzeug (10) gegen das Bauwerk (20) gerichtete vorbestimmte Druck ein innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums mittlerer Druck ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug (10) einen Fender (12) aufweist und der Fender (12) des Wasserfahrzeugs (10) mit dem Bauwerk (20) in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug (10) ein Mehrrumpf-Wasserfahrzeug ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauwerk (20) die Anlegestelle einer Offshore-Windenergieanlage ist.