-
Elektromechanisch betriebene Winde, insbesondere für Schlepp- und
Verholwinden auf Schiffen Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanisch
betriebene Winde mit einem Getriebe zwischen Windentrommel und Elektromotor und
einer Drehmomentmeßeinrichtung zur Betätigung einer elektrischen Steuervorrichtung
für den Elektromotor zum wechselweisen Umschalten auf Hieven, Fieren oder Stopp,
die zwischen Elektromotor und das Getriebe oder einen Getriebeteil eingeschaltet
ist, insbesondere für Schlepp- und Verholwinden auf Schiffen.
-
Es ist bekannt, den Wirkungsgrad im mechanischen Getriebe zu kompensieren,
um einen möglichst geringen Zugkraftunterschied zwischen Hieven und Fieren zu erzielen,
indem das Motormoment kurz vor Stillstand des Motors infolge der angestiegenen Zugkraft
durch elektrische Mittel sprungartig reduziert wird, so daß das Abziehen der Trosse
bei nur wenig erhöhter Zugkraft erfolgt. Dabei steht der Antriebsmotor ständig unter
Strom und wird beim Fieren entgegen seinem Drehmoment durchgezogen.
-
Nach der Erfindung hingegen kann mit einem E-Motor gearbeitet werden,
der beim Hieven und Fieren auf entgegengesetzte Drehrichtung geschaltet wird, indem
die mechanische Drehmomentmeßeinrichtung eine zwei Umschaltkontaktbahnen aufweisende
elektrische Steuerwalze aufweist, wobei den beiden Umschaltkontaktbahnen feststehende,
den Motor steuernde Kontakte zugeordnet sind, und daß die erste Kontaktbahn einen
beim Nenndrehmoment liegenden Stoppkontakt und die zweite Kontaktbahn einen weiteren,
sich über einen gewissen Drehmomentbereich erstreckenden Stoppkontakt aufweist,
dessen obere Grenze um den Wert 1-j)2 niedriger liegt als der erste Stoppkontakt,
wobei ri den Wirkungsgrad des zwischen der Drehmomentmeßeinrichtung und der Windentrommel
liegenden Getriebeteiles darstellt, und daß durch den ersten Stoppkontakt der Motor
ausgeschaltet und auf die zweite Kontaktbahn umgeschaltet wird, während durch den
zweiten Stoppkontakt bei überschreiten seiner oberen Drehmomentgrenze auf Fieren
und bei Unterschreiten seiner unteren Drehmomentgrenze auf Hieven und gleichzeitig
auch die erste Kontaktbahn umgeschaltet wird.
-
Um dabei den Wirkungsgrad im Getriebe zwischen der mechanischen Meßvorrichtung
und der Trommel auf einen kleinsten Wert zu reduzieren, können an sich bekannte
Mittel für eine ständige oder periodisch wiederkehrende schleichende Fierbewegung
der Winde in Gestalt eines Schlupfelementes vorgesehen sein. Zum Messen der Trossenzugkraft
ist vorteilhafterweise in an sich bekannter Weise ein Differentialgetriebe zwischen
Motor und Windengetriebe eingebaut, dessen Mittelglied mit einem Schlupfelement
verbunden ist. Als Schlupfelement kann eine ölpumpe vorgesehen sein, die vom Mittelglied
angetrieben wird und auf einem Waagebalken versetzt zur Lagerung dieses Balkens
angebracht ist, an dem eine Feder angreift und der über ein Übersetzungsgestänge
die elektrische Steuerwalze zur Steuerung der Winde beeinflußt.
-
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Ausbildung gemäß
der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 in schematischer Darstellung eine Winde
mit automatischer Meß- und Steuereinrichtung nach der Erfindung, F i g. 2 eine perspektivische
Darstellung der Meß-und Steuereinrichtung, F i g. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung
der Wirkungsweise der Meß- und Steuereinrichtung nach F i g. 2.
-
Die in F i g. 1 dargestellte Schlepp- und Verholwinde besteht im wesentlichen
aus einer Trommel 1 für die Schlepp- oder Verholtrosse, dem Windengetriebe 2, dem
Antriebsmotor 3 und einer zwischen Antriebsmotor und Getriebe eingeschalteten Meß-und
Steuereinrichtung 4.
-
Die Meß- und Steuereinrichtung 4 stellt ein Differentialgetriebe
dar und besteht aus einem mit der Motorwelle 5 (F i g. 1) verbundenen Ritzel 6,
das über eine Zwischenwelle 7 mit Planetenrädern 8 und 9 ein Zahnrad
10 antreibt, das fest auf einer Zwischenwelle 11 sitzt, welche die Verbindung
mit dem Hauptgetriebe 2 der Winde herstellt. Die Zwischenwelle 7 ist in einem um
die Zwischenwelle 11 als Achse frei drehbaren Gehäuse 12 gelagert. An dem Gehäuse
12 ist ein Zahnrad 13 befestigt, das mit einem Ritzel14 im Eingriff steht. Das Ritzel14
ist
fest auf der Welle 15 einer Ölpumpe 16 mit Saugleitung
17 und Druckleitung 18 aufgekeilt (s. F i g. 2). In die Druckleitung
18 ist ein Drosselventil 19 eingeschaltet. Das Drosselventil 19 wird
so eingestellt, daß ein verhältnismäßig hoher Strömungswiderstand vorhanden ist.,
Infolgedessen kann sich das Gehäuse 12 bei Belastung nur verhältnismäßig langsam
drehen. Diese langsame Drehung entspricht einer schleichenden Bewegung der Winde
im Sinne des Fierens.
-
Die Kräfte, die vom Gehäuse 12 über das Zahnrad 13 auf das Ritzel
14 übertragen werden, sind ein Maß für die an der Trosse wirkende Kraft unter Berücksichtigung
des Wirkungsgrades des Getriebes. Man könnte diese Kraft dadurch messen, daß der
Öldruck in der Pumpe zur Anzeige gebracht wird. Im vorliegenden Fall erfolgt die
Messung in der Weise, daß die Pumpe an einem Waagebalken 20 befestigt ist, der gleichachsig
mit der Zwischenwelle 11 drehbar gelagert ist. Dieser Waagebalken hat außer dem
die Ölpumpe 16 tragenden Arm noch zwei Hebelarme. An dem einen Hebelarm greift eine
Feder 21 an, an dem anderen Hebelarm ein Steuermechanismus zur Betätigung einer
Steuerwalze 22 für den Elektromotor 3. Der Steuermechanismus besteht aus einem Langlochhebel
23, der um einen Bolzen 24
drehbar gelagert ist und seine Schwenkbewegung
über eine angelenkte Zahnstange 25 und ein Ritzel 26 auf die Steuerwalze 22 überträgt.
Der Drehpunkt des Langlochhebels 23 ist zur Einstellung der jeweils gewünschten
maximalen Belastung der Trosse durch eine Wandermutter 27 verstellbar, die den im
Langloch des Hebels verschiebbaren Bolzen 24 trägt und durch Drehen eines Handrades
28 mit Spindel 29 bewegt werden kann.
-
Die Meß- und Steuereinrichtung 4 kann durch einen Riegel
30, der mit Klauen 31 am Umfang des Gehäuses 12 zusammenwirkt, außer
Betrieb gesetzt werden, so daß nur noch eine Kraftübertragung über die Zahnräder
des Umlaufgetriebes stattfindet, hingegen keine Bewegung des Gehäuses und keine
Kraftübertragung auf die Meßeinrichtung.
-
Die Arbeitsweise der beschriebenen Einrichtung sei an Hand des Diagramms
nach F i g. 3 veranschaulicht. Im vorliegenden Beispiel sei ein Wirkungsgrad von
0,8 für die Gesamtwinde und eine maximale Zugkraft von 8 t am Seil angenommen. Die
Ordinate des Diagramms gibt den Seilzug in Tonnen an, die Abszisse das Drehmoment
MdA an der Meßstelle der Automatik in Prozent und damit den Federweg bzw. die Drehbewegung
der Steuerwalze 22.
-
Wenn die Winde einholt (hievt), mißt die Automatik ein Drehmoment
von
Darin ist Md das Drehmoment an der Automatik, MdA.Hi" das Drehmoment an der Automatik
bei Hieven, MdAFier das Drehmoment an der Automatik bei Fieren, ?j" der Wirkungsgrad
der Winde und MdTr das Drehmoment an der Trommel. Beim Ausstecken von Seil (Fieren)
muß der Reibungsverlust des Getriebes vom Seil aufgebracht werden, es ist also MdAFier
= MdAtiiev'77w-und für r@ = 0,8 = MdAFier = 64%. Als Differenz ergibt sich
im vorliegenden Fall d MdA = MdAliiev - MdAFfer = 36°/o
. Dieses bedeutet also, daß die Automatik bei konstantem Seilzug und gestoppter
Winde Werte messen würde, die z. B. bei 17 = 0,8 um 36% streuen. Um diese Streuung
mit Sicherheit zu vermeiden, muß die Winde dauernd hieven oder fieren. Dann mißt
die Automatik zwar beim Hieven ein größeres Drehmoment als beim Fieren, es gibt
aber keine Zwischenstellungen (Streubereich).
-
Dieses wird erreicht durch ein geringfügiges Öffnen des Drosselventils
19. Die Ölpumpe 16 fördert Öl, sie dreht sich, wie bereits oben beschrieben, langsam,
und damit dreht sich auch das Gehäuse des Umlaufgetriebes. Die Winde fiert also,
auch wenn der Motor 3 gestoppt ist. Die Winkelgeschwindigkeit der Trommel kann dabei
kleiner sein als die eines großen Uhrzeigers. Durch diese Maßnahme der Erfindung
wird also erreicht, daß sich das Drehmoment in Abhängigkeit vom Seilzug beim Hieven
nur auf der unteren Linie a, der Hievenkurve, beim Fieren und bei Stopp nur auf
der oberen, der Fierenkurve b, bewegt.
-
Die Steuerung des Motors 3 geht folgendermaßen vor sich: Bei Seilspannung
Null wird die Automatik eingeschaltet. Die Winde schaltet auf Hieven, indem die
Kontakte auf der Steuerwalze 22 so angeordnet sind und mit einer ruhenden Bürstenkontaktanordnung
zusammenarbeiten, daß für das Drehmoment Null bis etwa 55% der Motor 3 auf »Hieven«
eingestellt ist. Im Diagramm sind die Schaltbereiche in zwei Reihen dargestellt.
Bei »Hieven« entsprechend dem ersten Schaltbereich der unteren Reihe wird stets
automatisch die untere Reihe ausgeschaltet, und das Kommando geht auf die obere
Reihe über, die aus einem ersten, bis auf 100% gehenden Bereich »Hieven« und einem
sich daran anschließenden Bereich »Stopp« besteht. Die Winde hievt also und das
Drehmoment steigt entsprechend der Hievenkurve a bis auf den vorgeschriebenen Wert
von 8 t (Punkt I) an. Der Bereich »Stopp« läuft sodann auf, der Motor 3 stoppt,
und gleichzeitig wird das Kommando der unteren Reihe übergeben.
-
Da bei »Stopp« die Winde trotzdem fiert, indem sie eine Schlupfbewegung
macht, wandert das Drehmoment bei gleichbleibendem Seilzug zu der Fierenkurve hin
(Punkt 1I). Alsdann wird der Bereich »Stopp« der unteren Reihe wirksam, d. h., der
Motor 3 kommt wieder zum Stehen, sofern er überhaupt bei dem verhältnismäßig schnell
erfolgten Übergang vom Bereich »Stopp« der oberen Reihe zum Bereich »Stopp« der
unteren Reihe eine Fierbewegung ausgeführt hat. Bei nun folgenden Be- und Entlastungen
bleiben die Vorgänge so lange auf der oberen Linie b, bis der Bereich »Hieven« schaltet
(Punkt III). Hier gibt die untere Reihe das Kommando wieder an die obere ab. Das
Drehmoment steigt beim Anfahren bis zu Punkt IV an und während des Hievens wieder
zu Punkt I. Der Kreislauf beginnt alsdann von neuem.
-
Wird eine Winde mit kraftabhängiger Automatik an ein relativ kurzes
Seil gelegt, so genügt ein sehr kurzer Zugweg, um im Seil von der Kraft 7 t auf
z. B. 8 t zu kommen, und umgekehrt. Um nun der Gefahr, daß durch den Getriebenachlauf
ein dauerndes Pendeln der Automatik um den Sollwert stattfindet, zu begegnen, kann
für Verholwinden eine zusätzliche Einrichtung zur Feinregelung vorgesehen sein.
Setzt
man an Stelle der beschriebenen Ölpumpe, die nur fieren kann, einen Motor, der als
generatorische Bremse geschaltet, die Funktion der Ölpumpe übernimmt, z. B. einen
Elektromotor mit einer zusätzlichen übersetzung, so kann die Winde unabhängig vom
Hauptmotor mit sehr niedriger Seilgeschwindigkeit hieven und fieren. Dadurch wird
der Nachlauf sehr klein, und ein Pendeln wird vermieden.
-
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt,
vielmehr sind im Rahmen der Erfindung noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen
möglich. So kann die Erzeugung der Schlupfbewegung auch durch andere Mittel erfolgen,
z. B. durch eine geeignete hydraulische Kupplung. Ferner wäre es auch möglich, die
Erfindung sinngemäß anzuwenden, wenn die Steuerung des Elektromotors nicht automatisch,
sondern von Hand erfolgt, da durch die Schlupfbewegung gemäß der Erfindung auch
für Handsteuerung der Vorteil gegeben ist, daß die Messung vor dem Getriebe erfolgen
kann und der störende Einfluß des Wirkungsgrades ausgeschaltet wird. Ferner kann
an Stelle einer ständigen Schlupfbewegung eine vorzugsweise periodisch wiederkehrende
Bewegung zur Messung ausgenutzt werden.
-
Die Wahl der voneinander abweichenden Umschaltbereiche beim Hieven
und Fieren in Anpassung an den jeweils vorliegenden Wirkungsgrad, insbesondere mit
einer Abweichung in Größe des Quadrates des Wirkungsgrades, läßt sich gegebenenfalls
vorteilhaft auch bei Schlepp- oder Verholwinden anderer Bauart anwenden, wenngleich
diese Maßnahme gerade in Verbindung mit der Aufrechterhaltung der Bewegung auch
im Normalbereich der Trossenzugkraft besondere Bedeutung hat.
-
Die Schaltanordnung zur elektrischen Umschaltung kann mancherlei Abänderungen
erfahren, insbesondere kann an Stelle einer Schaltkontaktwalze eine Nockenwalze
oder eine Nockenreihe in Verbindung mit Tastschaltern vorgesehen sein.
-
Um bei Schlepp- und Verholwinden die maximale Trossenzugkraft entsprechend
den jeweils vorliegenden Verhältnissen einstellen zu können, ist, wie oben ausgeführt,
das Hebelverhältnis des Langlochhebels 23 durch Verstellen seiner Längsachse 24
veränderlich. Die Proportionalität der einzelnen Schaltbereiche (vgl. Diagramm F
i g. 3) bleibt bei dieser Verstellung stets gewahrt.