DE202022102179U1 - Active fender, active fender system - Google Patents
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Abstract
Aktiver Fender (13) mit zumindest einem Fenderkörper in dem jeweils Kraftmesszellen (17) derart angeordnet sind, dass sie an einer Außenseite des Fenderkörpers aus einer Fläche Kontaktzonen bilden, wobei die einzelnen Kontaktzonen der Kraftmesszellen (17) zueinander symmetrisch und/oder achssymmetrisch angeordnet sind. Active fender (13) with at least one fender body in which load cells (17) are arranged in such a way that they form contact zones on an outside of the fender body from a surface, the individual contact zones of the load cells (17) being arranged symmetrically and/or axially symmetrically to one another .
Description
Die Erfindung betrifft einen aktiven Fender mit zumindest einem Fenderkörper, in dem jeweils Kraftmesszellen derart angeordnet sind, dass sie an einer Außenseite des Fenderkörpers aus einer Fläche Kontaktzonen bilden, wobei die einzelnen Kontaktzonen der Kraftmesszellen zueinander symmetrisch und/oder achssymmetrisch angeordnet sind.The invention relates to an active fender with at least one fender body in which load cells are arranged in such a way that they form contact zones on an outside of the fender body from a surface, the individual contact zones of the load cells being arranged symmetrically and/or axially symmetrically to one another.
Ferner betrifft die Erfindung ein aktives Fender-System mit zumindest einem erfindungsgemäßen aktiven Fender.Furthermore, the invention relates to an active fender system with at least one active fender according to the invention.
Bewegliche Fahrzeuge im Sinne der Erfindung besitzen einen eigenen direkten Antrieb oder sind über externe Antriebe und/oder Aktoren steuer- bzw. regelbar. Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei beweglichen Wasserfahrzeugen beschränkt.Movable vehicles within the meaning of the invention have their own direct drive or can be controlled or regulated via external drives and/or actuators. The invention is not limited to use in moving watercraft.
Ein Fender im Allgemeinen ist ein Schutzkörper, der Beschädigungen an der Außenhaut eines Fahrzeuges, zumeist eines Wasserfahrzeuges, wie eines Schiffes beim Anlegen oder Andocken, bei Hafenmanövern, sowie beim Liegen an einer Kaimauer oder im Päckchen (Schiff an Schiff) verhindern soll. Der Fender wird dabei so zwischen Schiff und Kaimauer oder Landungsbrücke bzw. zwischen zwei Schiffen positioniert, dass er einerseits als Stoßdämpfer und andererseits als Abstandhalter dient, damit der Schiffsrumpf nicht direkt an der Kaimauer oder dergl. scheuert.A fender in general is a protective body that is intended to prevent damage to the outer skin of a vehicle, usually a watercraft, such as a ship when mooring or docking, during harbor maneuvers, and when lying on a quay wall or in a package (ship to ship). The fender is positioned between the ship and the quay wall or jetty or between two ships so that it serves as a shock absorber on the one hand and as a spacer on the other, so that the hull does not rub directly against the quay wall or the like.
Fender werden je nach Einsatzgebiet derzeit aus einer Reihe von Materialen gefertigt. Dazu gehören bei Fendern aus Vollmaterial bevorzugt PE (Polyethylen)-Kunststoffe. Jedoch werden auch Kokosfasern, EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), Naturkautschuk mit Zusatz von SBR (Styrol-Butadien-Kautschuk), Neopren, Polyurethan, PVC (Polyvinylchlorid), Silikon, TPE (thermoplastische Elastomere) oder dergleichen verwendet.Fenders are currently made from a variety of materials depending on the application. For fenders made of solid material, this preferably includes PE (polyethylene) plastics. However, coconut fibers, EPDM (ethylene propylene diene rubber), natural rubber with the addition of SBR (styrene butadiene rubber), neoprene, polyurethane, PVC (polyvinyl chloride), silicone, TPE (thermoplastic elastomers) or the like are also used.
Ein aktiver Fender im Sinne der Erfindung ist ein Schutzkörper, der zumindest mit Sensorik zum Messen, bevorzugt zur Druckmessung/Druckdifferenzmessung, und einer Anbindung an ein Kommunikations-Netzwerk zur Signalweitergabe ausgerüstet ist. Alle technischen Komponenten, die die Sensorik des jeweiligen aktiven Fenders signaltechnisch nutzen werden als aktives Fender System verstanden. Dabei kann fahrzeugeigene als Teilsystem im Sinne des klassischen Technikbegriffs mit eingebunden sein. Als System (altgriechisch sýste̅ma „aus mehreren Einzelteilen zusammengesetztes Ganzes“) wird im Folgenden eine abgrenzbare, technische Baugruppe bezeichnet, das aus verschiedenen technischen Komponenten mit unterschiedlichen technischen Eigenschaften besteht, die aufgrund bestimmter geordneter Beziehungen untereinander als gemeinsames Ganzes betrachtet werden kann.An active fender within the meaning of the invention is a protective body that is equipped at least with sensors for measuring, preferably for measuring pressure/pressure difference, and a connection to a communication network for signal transmission. All technical components that use the sensors of the respective active fender for signaling are understood as an active fender system. The vehicle's own subsystem can be integrated in the sense of the classic concept of technology. A system (ancient Greek sýste̅ma "a whole made up of several individual parts") is referred to in the following as a definable, technical assembly that consists of various technical components with different technical properties, which can be viewed as a common whole due to certain ordered relationships with each other.
Dabei kann der aktive Fender bereits mit einem Signalwandler und Netzwerk, beispielsweise loT ausgestattet sein. Das Internet of Things (loT) ist die Bezeichnung für das Netzwerk physischer Objekte („Things“), die mit Sensoren, Software und anderer Technik ausgestattet sind, um diese mit anderen Geräten und Systemen über das Internet zu vernetzen, sodass zwischen den Objekten Daten ausgetauscht werden können. Teile der Signalverarbeitung, Datenweiterverarbeitung, Datenspeicherung, Steuer- oder Regelungseinheit, Netzwerke für Regelglieder, Aktoren und Kommunikation sind dabei in einem aktiven Fender System mit eingebunden, dass bautechnisch als Hardware und Software nicht im aktiven Fender enthalten sein muss.The active fender can already be equipped with a signal converter and network, for example loT. The Internet of Things (loT) is the name for the network of physical objects (“things”) that are equipped with sensors, software and other technology in order to network them with other devices and systems via the Internet so that data can be exchanged between the objects can be exchanged. Parts of the signal processing, data processing, data storage, control or regulation unit, networks for control elements, actuators and communication are integrated into an active Fender system that does not have to be contained in the active Fender as hardware and software in terms of construction.
Das erfinderische aktive Fender System nutzt im Wesentlichen die durch den aktiven Fender gemessenen Scherkräfte. Dabei werden horizontale und vertikale auftretende Kräfte beim Andocken des mit dem aktiven Fender versehenen beweglichen Fahrzeugs an ein festes Bauwerk oder an ein einem andere beweglichen Fahrzeug, über Sensorik im aktiven Fender gemessen und über eine Signalverarbeitung in einer Steuerungs- bzw. Regelungselektronik des aktiven Fender Systems derart umgesetzt, das Antriebe und/oder Aktoren eine proaktive Bewegungskompensation des beweglichen Fahrzeugs relativ zum festen Bauwerk oder des anderen beweglichen Fahrzeugs ermöglichen.The innovative active fender system essentially uses the shear forces measured by the active fender. The horizontal and vertical forces that occur when the mobile vehicle equipped with the active fender docks with a fixed structure or another mobile vehicle are measured by sensors in the active fender and by signal processing in control and regulation electronics of the active fender system implemented in such a way that the drives and/or actuators enable proactive movement compensation of the mobile vehicle relative to the fixed structure or the other mobile vehicle.
Dadurch verringern sich beispielsweise die durch Seegangs Einflüsse hervorgerufenen Störgrößen beim Übersteigen von Personen von einem Wasserfahrzeug auf ein anderes Wasserfahrzeug oder ein Bauwerk. Eine Störgröße ist dabei der von außen auf das Messsystem bzw. den Regelkreis einwirkender Faktor, hier z.B. die Bewegung durch den Seegang der störend auf die Messung bzw. die Regelgröße wirkt. Im Regelkreis wird durch eine Störgröße dabei eine vorübergehende Abweichung vom Sollwert verursacht, dem durch den Regelkreis entgegengewirkt wird. Je nach technischem Einsatz und Umgang mit den Störgrößen wird hier von einer Steuerung, Regelung oder Folgeregelung gesprochen. Die Einwirkung der Umwelteinflüsse, wie Seegang, Wind und Strömungsbedingungen, die auf ein Wasserfahrzeug einwirken können zu erheblichen Problemen führen. Beispielsweise kann bereits leichter Seegang den sicheren Überstieg von Personal auf Fundamente von Offshore-Windkraftanlagen gefährden.This reduces, for example, the disturbance variables caused by the effects of sea action when people climb over from one watercraft to another watercraft or a structure. A disturbance variable is the external factor acting on the measuring system or the control loop, here e.g. the movement caused by the sea, which has a disruptive effect on the measurement or the controlled variable. A disturbance variable causes a temporary deviation from the setpoint in the control loop, which is counteracted by the control loop. Depending on the technical use and handling of the disturbance variables, we speak here of a control, regulation or follow-up regulation. The effects of environmental influences such as rough seas, wind and current conditions affecting a watercraft can lead to significant problems. For example, even light swell can endanger the safe crossing of personnel onto the foundations of offshore wind turbines.
Das erfinderische Verfahren zur Regelung einer relativen Bewegung eines beweglichen Fahrzeuges unter Nutzung des aktiven Fender Systems in Relation zu einem anderen beweglichen Fahrzeug oder festen Ort nutzt die Signale der Kraftmesszellen in dem aktiven Fender.The inventive method of controlling relative movement of a moving vehicle using the active fender system in relation to another moving vehicle or fixed location uses the signals from the load cells in the active fender.
Die horizontalen und vertikalen Kräfte zwischen dem Wasserfahrzeug mit aktivem Fender und aktivem Fender System und dem anderen mobilen Wasserfahrzeug oder festen Bauwerk werden dabei gemessen, in elektrische Signale umgewandelt und über eine zentrale Automatisation in die Datenverarbeitung des Hydrauliksteuerungssystems des Wasserfahrzeugs durch das aktive Fender System eingepflegt. Hieraus werden dann z.B. Steuerungsbefehle für die hydraulische Federung des Fahrzeuges generiert. Ebenfalls werden die gemessenen Kräfte verwendet um beim Andockvorgang die Antriebsanlage zu steuern bzw. zu regeln oder zu folgeregeln.The horizontal and vertical forces between the watercraft with active fender and active fender system and the other mobile watercraft or fixed structure are measured, converted into electrical signals and entered into the data processing of the hydraulic control system of the watercraft by the active fender system via central automation. From this, e.g. control commands for the hydraulic suspension of the vehicle are generated. The measured forces are also used in order to control or regulate or follow-up control the propulsion system during the docking process.
Weiter können die Messwerte für eine Schubkontrolle der Antriebsanlage des andockenden Fahrzeugs genutzt werden, um den Anpressdruck beim Andocken beispielsweise konstant zu halten und damit ein Lösen vom Dock zu verhindern.The measured values can also be used to check the thrust of the drive system of the docking vehicle, for example to keep the contact pressure constant during docking and thus prevent the vehicle from detaching from the dock.
Das jeweilige aktive Fender System umfasst zumindest einen Fender mit zumindest einer Messeinheit.The respective active fender system includes at least one fender with at least one measuring unit.
Die jeweilige Messeinheit weist beispielsweise zwei parallel Reihen von Kraftmesszellen und zumindest eine Signalverarbeitung auf, die aus den gemessenen Kräften Steuerbefehle für die hydraulische Federung des Fahrzeuges und Steuerbefehle für die Antriebsanlage ableitet und generiert. Weiter werden die gemessenen Daten verarbeitet und über zumindest ein Anzeigesystem, bevorzugt optisch, ausgegeben, welches beispielsweise dem Schiffsführer und der Besatzung anzeigt, ob die Haltekraft ausreicht und/oder ein sicherer Überstieg erfolgen kann.The respective measuring unit has, for example, two parallel rows of load cells and at least one signal processor, which derives and generates control commands for the hydraulic suspension of the vehicle and control commands for the drive system from the measured forces. Furthermore, the measured data are processed and output via at least one display system, preferably optically, which shows the skipper and the crew, for example, whether the holding force is sufficient and/or whether it is possible to climb over safely.
Aktive Fender können am Bug und/oder an den Seiten und/oder am Heck eines Wasserfahrzeuges angebracht werden und miteinander datentechnisch im aktiven Fender System vernetzt sein.Active fenders can be attached to the bow and/or the sides and/or the stern of a watercraft and can be networked with one another in terms of data technology in the active fender system.
Stand der TechnikState of the art
Um die Seegangs Einflüsse bei einem Übersetzvorgang möglichst gering zu halten, ist es bekannt, relativ kleine Wasserfahrzeuge zu verwenden, die mit einem Fender so stark gegen das sogenannte „boat-landing“ einer Offshore-Windenergieanlage drücken, dass die Reibung zwischen Fender und „boat-landing“ für eine sichere Positionierung des Wasserfahrzeugs während des Überstiegst sorgt. Allerdings führt der stetige Seegangseinfluss dazu, dass sich die Anpresskraft des Wasserfahrzeugs und damit auch die Reibung zwischen Fender und „boat-landing“ permanent verändert. Wird die Reibung zu gering, führt dies zu einem Verrutschen des Bugfenders oder gar zu einem Verlust des Kontaktes zwischen Wasserfahrzeug und einem anderen Wasserfahrzeug, Ponton oder festen Bauwerk, woraus sich eine unmittelbare Gefährdung des Personals ergibt.In order to keep the effects of swell as low as possible during a transfer process, it is known to use relatively small watercraft that press with a fender so hard against the so-called "boat landing" of an offshore wind turbine that the friction between the fender and the "boat -landing" ensures safe positioning of the watercraft during the transfer. However, the constant influence of the sea causes the contact pressure of the watercraft and thus also the friction between the fender and the "boat landing" to change permanently. If the friction becomes too low, this will result in the bow fender slipping or even in a loss of contact between the watercraft and another watercraft, pontoon or fixed structure, resulting in immediate danger to personnel.
Um den Anpressdruck und damit die Reibung konstant zu halten und einen sicheren Überstieg zu gewährleisten, wird die Maschinenleistung daher entgegen der horizontal wirkenden Seegangs Einflüsse manuell vom Schiffsführer stetig nachträglich angepasst.In order to keep the contact pressure and thus the friction constant and to ensure a safe crossing, the engine performance is therefore constantly adjusted manually by the skipper against the horizontal sea state influences.
Hierdurch wird die für den Personal Transfer auf See zwingend notwenige stabile Verbindung zwischen dem Versetzfahrzeug und dem anderen Wasserfahrzeug oder festen Bauwerk durch eine erhöhte Fender Reibung und einen manuell dynamisch erzeugten hohen Anpressdruck des Versetzfahrtzeuges hergestellt. Die Steuerung der Haltekraft basiert dabei auf den jeweiligen Erfahrungen des Schiffsführers und führt zum einen zu einer unbestimmten Überdimensionierung der Fender und zum anderen zu einer groben Steuerung der Schubkräfte, die überhöht eingesetzt werden müssen, da der Schiffsführer mit hohem Zeitversatz lediglich auf die sich stetig veränderten Bedingungen reagieren kann. Ein prognostisches oder vorausschauendes Arbeiten ist bei einer manuellen Steuerung nicht möglich.As a result, the stable connection between the transfer vehicle and the other watercraft or fixed structure, which is absolutely necessary for the personnel transfer at sea, is established by increased fender friction and a manually dynamically generated high contact pressure of the transfer vehicle. The control of the holding force is based on the respective experience of the skipper and leads on the one hand to an indefinite oversizing of the fenders and on the other hand to a rough control of the thrust forces, which have to be used excessively, since the skipper only has to rely on the constantly changing ones with a large time lag conditions can react. Prognostic or anticipatory work is not possible with manual control.
Aus der
Die
Das Problem im Stand der Technik ist, dass die am Fender auftretenden Kräfte nicht gemessen werden und damit die benötigte Schubkraft zur dynamischen Optimierung eines Anpressdrucks über ein aktives Fender System technisch nicht steuerbar bzw. regelbar ist.The problem in the prior art is that the forces occurring on the fender are not measured and therefore the thrust force required for the dynamic optimization of a contact pressure via an active fender system cannot be controlled or regulated technically.
Um dieses Problem zu lösen, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die auftretenden Kräfte zwischen dem beweglichen Fahrzeug und dem anderen beweglichen Fahrzeug oder festen Bauwerk über den aktiven Fender in horizontaler und vertikaler Richtung zu messen und durch das aktive Fender System im Anschluss derart weiterzuverarbeiten, dass eine optimierte Schubkraft der Antriebsanlage und/oder optimierte Steuerung oder Regelung einer hydraulischen Federung erfolgt.In order to solve this problem, the present invention is based on the object of measuring the forces occurring between the mobile vehicle and the other mobile vehicle or fixed structure via the active fender in horizontal and vertical directions and then processing them further in this way by the active fender system That an optimized thrust of the drive system and / or optimized control or regulation of a hydraulic suspension takes place.
Der Aktive Fender ist mit zumindest einem Fenderkörper ausgebildet, in dem jeweils Kraftmesszellen derart angeordnet sind, dass sie an einer Außenseite des Fenderkörpers aus einer Fläche Kontaktzonen bilden, wobei die einzelnen Kontaktzonen der Kraftmesszellen zueinander symmetrisch und/oder achssymmetrisch angeordnet sind.The active fender is designed with at least one fender body in which load cells are arranged in such a way that they form contact zones on an outside of the fender body from a surface, with the individual contact zones of the load cells being arranged symmetrically and/or axially symmetrically to one another.
Weiter kann insbesondere der aktive Fender acht Kraftmesszellen aufweisen, die in der Fläche horizontal gesehen zweireihig und vertikal gesehen vierreihig zueinander jeweils äquidistant angeordnet sind.Furthermore, the active fender in particular can have eight load cells, which are arranged equidistantly from one another in two rows on the surface when viewed horizontally and four rows when viewed vertically.
Das erfindungsgemäße aktive Fender-System mit zumindest einem erfindungsgemäßen aktiven Fender ist dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Fender-System zumindest einen Signalwandler, ein Netzwerk, Hard- und Software für eine Signal-/Datenverarbeitung, Datenspeicherung, Steuer- oder Regelungseinheit mit Anzeige / Bedienfeld, User Interface, Display und Schnittstellen zu weiteren Systemen und/oder zu Bordsystemen aufweist.The active fender system according to the invention with at least one active fender according to the invention is characterized in that the active fender system has at least one signal converter, a network, hardware and software for signal/data processing, data storage, control or regulation unit with display/control panel Has user interface, display and interfaces to other systems and / or on-board systems.
Weiter kann ein weiteres System eine zentrale Automatisation sein.Another system can also be a central automation.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung einer relativen Bewegung eines mit zumindest einem aktiven Fender ausgerüsteten beweglichen Wasserfahrzeugs unter Nutzung eines erfindungsgemäßen aktiven Fenders und/oder erfindungsgemäßen aktiven Fender-Systems ist wenigstens mit den nachfolgenden Schritten ausgebildet:
- - Aktivierung des Modus Seegangs Ausgleich,
- - Messung durch die Kraftmesszellen der jeweiligen aktiven Fender
- - Signal-/Datenverarbeitung und Prozessierung der Messung im aktiven Fender-System mit Abgleich und
- - Anzeige der notwendigen Anpress-/ Haltekraft P und der tätlichen Anpress-/ Haltekraft P und
- - Erzeugung von Steuerdaten/- Befehlen
- - Weitergabe der Steuerdaten/-Befehle an die zentrale Automatisation des Wasserfahrzeugs,
- - Regelung durch Befehle Schub Ein / Ausfahren an die Hydraulikzylinder der hydraulischen Federung des Wasserfahrzeugs, um die Seegangs Bewegungen beim Dockvorgang auszugleichen.
- - activation of sea state compensation mode,
- - Measurement by the load cells of the respective active fenders
- - Signal/data processing and processing of the measurement in the active Fender system with adjustment and
- - Display of the necessary contact pressure/holding force P and the physical contact/holding force P und
- - Generation of control data/commands
- - Forwarding of the control data/commands to the central automation of the watercraft,
- - Regulation by commands thrust in / out to the hydraulic cylinders of the hydraulic suspension of the watercraft to compensate for the sea movements during the docking process.
Weiter ist ein weiteres Verfahren zur Regelung einer relativen Bewegung eines mit zumindest einem aktiven Fender ausgerüsteten beweglichen Wasserfahrzeugs unter Nutzung eines erfindungsgemäßen aktiven Fenders und/oder erfindungsgemäßen aktiven Fender-Systems mit den Schritten ausgebildet:
- - Aktivierung des Modus Schub Ausgleich,
- - Messung durch die Kraftmesszellen der jeweiligen aktiven Fender
- - Signal-/Datenverarbeitung und Prozessierung der Messung im aktiven Fender-System mit Abgleich und
- - Anzeige der notwendigen Anpress-/ Haltekraft P und der tätlichen Anpress-/ Haltekraft P und
- - Erzeugung von Steuerdaten/- Befehlen
- - Weitergabe der Steuerdaten/-Befehle an die zentrale Automatisation des Wasserfahrzeugs,
- - Regelung durch Befehle Schub vor / zurück an die Steuerung der Antriebsmaschine des Wasserfahrzeugs, um die Haftreibung P beim Dockingvorgang in einem vorgegebenen Limit-Bereich zu halten.
- - Activation of the thrust compensation mode,
- - Measurement by the load cells of the respective active fenders
- - Signal/data processing and processing of the measurement in the active Fender system with adjustment and
- - Display of the necessary contact pressure/holding force P and the physical contact/holding force P und
- - Generation of control data/commands
- - Forwarding of the control data/commands to the central automation of the watercraft,
- - Regulation by forward/backward thrust commands to the control of the watercraft's propulsion engine in order to keep the static friction P within a specified limit range during the docking process.
Weiter ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Regelung einer relativen Bewegung eines mit zumindest einem aktiven Fender ausgerüsteten beweglichen Wasserfahrzeugs unter Nutzung eines erfindungsgemäßen aktiven Fender Systems mit den Modi Seegangs Ausgleich und Schub Reglung besonders bevorzugt, wobei
- - Aktivierung des Modus Seegangs Ausgleich und
- - Aktivierung des Modus Schub Reglung parallel erfolgen.
- - Activation of sea state compensation mode and
- - Activation of the thrust control mode can be done in parallel.
Die Messdaten Kraftmesszellen in dem aktiven Fender System werden dabei für drei Anwendungen eingesetzt:
- 1. Automatische Schub Reglung der Antriebsanlage (Haltekraft)
- 2. Automatische Steuerung der hydraulischen Federung (Seegangs Ausgleich)
- 3. Kombination beider Systeme
- 1. Automatic thrust control of the propulsion system (holding force)
- 2. Automatic control of the hydraulic suspension (swell compensation)
- 3. Combination of both systems
Neben den technischen Systemen kann auch weiterhin ein manueller Modus genutzt werden, um dem Schiffsführer einen Eingriff in das System zu gewähren, falls dies für erforderlich gehalten wird. Dem Schiffsführer werden auch dann durch die Anzeige des aktiven Fender Systems die Soll- und Ist-Kräfte und die Steuerungs- und Regelungsparameter angezeigt. Damit wird jeweiligen technischen Vorschriften und Handlungsempfehlungen entsprochen.In addition to the technical systems, a manual mode can still be used to allow the skipper to intervene in the system if this is deemed necessary. The display of the active fender system then also shows the skipper the target and actual forces and the control and regulation parameters. This means that the respective technical regulations and recommendations for action are met.
Eine weitere Anzeige, bevorzugt als eine Art optisches Ampelsystem, zeigt dem Schiffsführer und der Besatzung die Haltekraft zwischen Fender und dem festen Bauwerk oder anderen Wasserfahrzeugen quantitativ und qualitativ an. Hiermit steht ergänzend eine Entscheidungshilfe für einen manuellen Eingriff in das System durch den Schiffsführer zur Verfügung. Wenn Gefahr besteht, dass die Haltekraft für einen sicheren Überstieg nicht ausreicht, wird die Besatzung gewarnt und die Gefahren beim Überstieg werden reduziert.Another display, preferably as a kind of optical traffic light system, shows the skipper and the crew the holding force between the fender and the fixed structure or other watercraft, both quantitatively and qualitatively. This provides additional decision support for manual intervention in the system by the skipper. If there is a risk that the holding force is not sufficient for a safe crossing, the crew is warned and the dangers when crossing are reduced.
In einem ersten Beispiel werden aktive Fender bereitgestellt, in dem Docking-Fender mit Kraftmesszellen (Load cells) ausgerüstet werden. Die Montage der Zellen erfolgt mehrreihig, z.B. in zwei parallelen Reihen horizontal im oberen und unteren Bereich des Fenders zwischen dem Fender und dem Bootsrumpf.In a first example, active fenders are provided by equipping docking fenders with load cells. The cells are assembled in several rows, e.g. in two parallel rows horizontally in the upper and lower area of the fender between the fender and the boat hull.
Beim Dockingvorgang wird das bewegliche Fahrzeug über den aktiven Fender durch den Antrieb an ein anderes bewegliches Fahrzeug oder ein festes Bauwerk gedrückt. Durch den horizontalen Anpressdruck und die Reibungskräfte zwischen der Fenderoberfläche und der Fahrzeugwand bzw. der Bauwerkswand wird die relative Lage in einer Richtung zueinander stabilisiert.During the docking process, the mobile vehicle is pushed against another mobile vehicle or a fixed structure by the drive via the active fender. The relative position in one direction is stabilized by the horizontal contact pressure and the frictional forces between the fender surface and the vehicle wall or the building wall.
Die durch Seegangseinflüsse entstehenden permanent variablen Vertikalkräfte am aktiven Fender werden mittels der oberen und unteren Kraftmesszellen im aktiven Fender erfasst. Bewegt sich das bewegliche Fahrzeug mit dem aktiven Fender an der Fahrzeugwand bzw. der Bauwerkswand nach oben werden die messbaren Kräfte in der oberen Reihe der Kraftmesszellen größer und in der unteren Reihe kleiner. Aus dieser Differenz können die Scherkräfte unter Anwendung der Reibkoeffizienten des Fendermaterials ermittelt werden.The permanently variable vertical forces on the active fender caused by sea influences are recorded by means of the upper and lower load cells in the active fender. If the moving vehicle with the active fender moves up the vehicle wall or the building wall, the measurable forces in the upper row of load cells increase and in the lower row decrease. From this difference, the shear forces can be determined using the friction coefficients of the fender material.
Bewegt sich das bewegliche Fahrzeug mit dem aktiven Fender an der Fahrzeugwand bzw. der Bauwerkswand nach unten ist die Kraftverteilung umgekehrt.If the moving vehicle with the active fender moves down the vehicle wall or the building wall, the force distribution is reversed.
Durch die zweireihige horizontale am verbindenden Fender entsteht eine Wertedifferenz zwischen der oberen und unteren Kraftmessung. Mit den Daten aus dem Wertedifferenzvergleich und dem Reibungskoeffizienten der Verbindungsstrukturen werden die entstehenden Scherkräfte errechnet. Die errechneten Scherkräfte werden anschließend in Relation zu den Haltekräften aus Schubkraft und Haftreibung gestellt. Diese Bilanz und die Sensorische Wahrnehmung der Umweltbedingungen wie Seegang, Strömung, Welle und Wind wird über die zentrale Automation in die Steuerungseinheit und Datenverarbeitung des hydraulischen Federungssystems eingespeist und verarbeitet. Aus diesen Daten werden die entsprechenden Steuerungsbefehle für die Hydraulikzylinder generiert und pro-aktiv die horizontale Ausrichtung des gefederte Bootsbereichs (Chassis) aktiv stabilisiert bevor die äußeren Störkräfte die Haftreibung übersteigen und ungewollte Bewegungen des Bootes auslösen.The two-row horizontal on the connecting fender creates a value difference between the upper and lower force measurement. The resulting shear forces are calculated using the data from the value difference comparison and the friction coefficient of the connecting structures. The calculated shear forces are then compared to the holding forces from shear force and static friction. This balance and the sensory perception of the environmental conditions such as swell, current, waves and wind is fed into the control unit and data processing of the hydraulic suspension system via the central automation and processed. The corresponding control commands for the hydraulic cylinders are generated from this data and the horizontal alignment of the sprung boat area (chassis) is proactively stabilized before the external disturbing forces exceed the static friction and trigger unwanted movements of the boat.
Mithilfe der gemessenen Daten werden zudem die eingesetzten Schubkräfte optimiert.The shear forces used are also optimized with the help of the measured data.
Die erfolgt entweder automatisiert oder über eine Anzeige wird dem Schiffsführer die benötigte und eingesetzte Schubkraft angezeigt, hiermit kann der Schubeinsatz entsprechend fein dosiert und somit energiesparend eingesetzt werden.This is either automated or the required and used thrust is shown to the skipper via a display, so that the thrust can be dosed accordingly and thus used in an energy-saving manner.
Zudem können Grenzwertbereiche im Vorfeld bereits erkannt und durch eine entsprechende optischer Ergebnisdarstellung (Ampelsystem) angezeigt werden. Damit wird dem Schiffsführer und der Besatzung ein objektives technisches Entscheidungshilfsmittel zum rechtzeitigen Abbruch von Operationen zur Verfügung gestellt, da das Abreißen der Haltekraft vorhersehend angezeigt werden kann. Hierdurch entsteht ein deutlichen Sicherheitsgewinn.In addition, limit value ranges can be recognized in advance and displayed by means of a corresponding optical display of the results (traffic light system). This provides the ship's commander and crew with an objective technical decision-making aid for the timely termination of operations, since the loss of holding power can be indicated in advance. This results in a significant gain in security.
Das Verfahren ist insbesondere für Mehrrumpf-Wasserfahrzeug geeignet, die zur Anlandung an Offshore-Bauwerken, wie z. B. Offshore-Plattformen oder Offshore- Windenergieanlagen, Schiffe- überstieg verwendet werden.The method is particularly suitable for multihull watercraft intended for landing on offshore structures such. B. offshore platforms or offshore wind turbines, ship crossing can be used.
Durch das bei manchen Mehrrumpfbooten verwendete Federungssystem, das die Rümpfe mit dem Chassis des Wasserfahrzeugs verbindet, kann auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung eine wesentlich verbesserte Bewegungskontrolle beim Überstieg des Wasserfahrzeugs erreicht werden.Due to the suspension system used in some multihull boats, which connects the hulls to the chassis of the watercraft, a significantly improved movement control when boarding the watercraft can be achieved on the basis of the present invention.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Bauwerk um die Anlegestelle einer Offshore-Windenergieanlage.The structure is particularly preferably the pier of an offshore wind energy installation.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Figuren in der Figurenbeschreibung beschrieben, wobei diese die Erfindung erläutern sollen (Ausführungsbeispiele) und nicht zwingend beschränkend zu werten sind:
- Es zeigen:
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1 eine beispielhafte schematische Darstellung eines Wasserfahrzeugs 10 im „Docking-Modus“ in Seitenansicht mit wirkenden Kräftevektoren; -
2 eine beispielhafte Schnittdarstellung eines aktiven Fenders 13 mit mehrreihig angeordneten Kraftmesszellen 17; -
3 ein Flow Chart Beispiel für den Informationsfluss, die Aktorik und die Eingabe- und Ausgabe Medien die über das aktive Fender System unterstütz bzw. angefahren werden; -
4 beispielhaft die Bedienfelder und Anzeigen des aktiven Fender Systems; -
5 Automatischer Seegangs Ausgleich Eine schematische Darstellung Eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiel bei aktiven automatischen Seegangs Ausgleich mit den durch den Fender gemessen Kräften und -
6 Automatische Schub Reglung Eine schematische Darstellung Eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiel bei aktiver automatischer Schub Reglung mit den durch den Fender gemessen Kräften.
-
- Show it:
-
1 an exemplary schematic representation of awatercraft 10 in "docking mode" in side view with acting force vectors; -
2 an exemplary sectional view of anactive fender 13 with load cells 17 arranged in multiple rows; -
3 a flow chart example for the flow of information, the actuators and the input and output media that are supported or approached via the active Fender system; -
4 example the control panels and displays of the active Fender system; -
5 Automatic heave compensation A schematic representation A schematic representation of an embodiment of active automatic heave compensation with the forces measured by the fender and -
6 Automatic thrust control A schematic representation A schematic representation of an embodiment with active automatic thrust control with the forces measured by the fender.
-
- Im sogenannten manuellen Modus werden dem Schiffsführer auf der Anzeige bzw.
dem Bedienfeld 30 die Daten der Soll- /Ist Haltekraft 31 und der Soll- /Ist Schubkraft 32 angezeigt bzw. als Balkenfortschrittsanzeige visualisiert, die über das aktive Fender System bereitgestellt werden.
- In the so-called manual mode, the data of the target/actual holding
force 31 and the target/actual thrust force 32 are displayed to the skipper on the display or thecontrol panel 30 or visualized as a bar progress display, which is provided via the active fender system.
Bei einer sogenannten automatischen Steuerung der Hydraulischen Federung werden dem Schiffsführer auf der Anzeige/Bedienfeld 30 die Daten der Soll/Ist Haltekraft 31 und der Soll- / Ist Schubkraft 32 angezeigt, die über das aktive Fender System bereitgestellt werden.With a so-called automatic control of the hydraulic suspension, the data of the target/actual holding
Über den Seegangs Ausgleich 34 wird die Hydraulische Federung 15 über die zentrale Automatisation 14 des Schiffes angesteuert.The
Die sogenannte automatische Schub Regelung zeigt dem Schiffsführer auf der Anzeige/Bedienfeld 30 die Daten der Soll/Ist Haltekraft 31 und der Soll- / Ist Schubkraft 32 an, die über das aktive Fender System bereitgestellt werden. Über die Schub Reglung 35 wird die Schubkraft S über die zentrale Automatisation 14 des Schiffes gesteuert.The so-called automatic thrust control shows the skipper the data of the target/actual holding
Beim sogenannten Automatik Modus werden dem Schiffsführer auf der Anzeige/Bedienfeld 30 die Soll- / Ist Haltekraft 31 und die Soll/Ist Schubkraft 32 angezeigt, die über das aktive Fender System bereitgestellt werden. Dabei werden die Hydraulische Federung 15 und Schub Reglung 35 über die zentrale Automatisation 14 des Schiffes gesteuert.In the so-called automatic mode, the skipper sees the target/actual holding
Die Anzeige/Bedienfeld 30 im Steuerhaus (vgl.
Über das User Interface 36 kann der Schiffsführer die verschiedenen Modi auswählen in dem das aktive Feder System mit der zentralen Automatisation 14 des Wasserfahrzeugs 10 arbeiten soll.The skipper can use the
Das Display 33 der Besatzung warnt die Besatzung über eine Ampelanzeige vor einem abreißen der Haltekraft zwischen aktivem Fender 13 und dem Boat Landing 21 am Offshore Bauwerk 20.The crew's
Alle Daten der Anzeigen werden vom der Zentrale Automatisation 14 des Wasserfahrzeugs 10 zur Verfügung gestellt.All data of the displays are made available by the
Das aktive Fender System gibt die durch den aktiven Fender 13 gemessenen Drücke in prozessierter Form über eine Schnittstelle an die zentrale Automatisation 14 des Wasserfahrzeugs 10 ab. Dabei werden aus den gemessenen Signalen der Kraftmesszellen 17 des aktiven Fenders 13 die Daten für eine notwendige Anpress-/ Haltekraft P bereitgestellt und mit der tätlichen Anpress-/ Haltekraft P abgeglichen. Hieraus leitet das aktive Fender System die erforderlichen Steuerdaten/-befehle ab. Der Schiffsführer aktiviert über die Anzeige / Bedienfeld 30 den Seegangs Ausgleich 34. Die Steuerdaten/-befehle werden vom aktiven Fender System an die zentrale Automatisation 14 geleitet. Die zentrale Automatisation 14 des Wasserfahrzeugs 10 gibt die Befehle Schub Ein / Ausfahren an die Hydraulikzylinder der hydraulischen Federung 15 des Wasserfahrzeugs 10, um die Seegangs Bewegungen beim Dockvorgang zu regeln/auszugleichen.The active fender system transmits the pressures measured by the
Dabei messen die Kraftmesszellen 17 im aktiven Fender 13 die Chassis Reibkraft nach unten CR, die Fender Torsion FT und die Kraft zwischen dem Wasserfahrzeug und dem Bauwerk KM.The load cells 17 in the
Durch die zweireihige horizontale und vertikale Kraftmessung am verbindenden aktiven Fender 13 und den Bewegungen des Wasserfahrzeugs 10, entsteht eine Wertedifferenz zwischen der oberen und unteren Kraftmessung KM. Oben wird dabei ein relativ größerer Druck KMa gemessen gegenüber dem unteren Druck KMb gemessen.Due to the two-row horizontal and vertical force measurement on the connecting
Das aktive Fender System gibt die durch den aktiven Fender 13 gemessenen Drücke in prozessierter Form über eine Schnittstelle an die zentrale Automatisation 14 des Wasserfahrzeugs 10 ab. Dabei werden aus den gemessenen Signalen der Kraftmesszellen 17 des aktiven Fenders 13 die Daten für eine notwendige Anpress-/ Haltekraft P bereitgestellt und mit der tätlichen Anpress-/ Haltekraft P abgeglichen. Hieraus leitet das aktive Fender System die erforderlichen Steuerdaten/-befehle ab. Der Schiffsführer aktiviert über die Anzeige / Bedienfeld 30 die Schub Reglung 35. Die Steuerdaten/-befehle werden vom aktiven Fender System an die zentrale Automatisation 14 geleitet. Die zentrale Automatisation 14 des Wasserfahrzeugs 10 gibt die Befehle Schub vor / zurück an die Steuerung der Antriebsmaschine 16, um die Haftreibung P beim Dockingvorgang im erforderlichen Limit zu halten.The active fender system transmits the pressures measured by the
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Wasserfahrzeugwatercraft
- 1111
- Rumpfhull
- 1212
- Chassischassis
- 1313
- aktiver Fenderactive fender
- 1414
- zentrale Automatisationcentral automation
- 1515
- hydraulische Federunghydraulic suspension
- 1616
- Antriebsmaschineprime mover
- 1717
- Kraftmesszelle load cell
- 2020
- Offshore Bauwerkoffshore structure
- 2121
- Boat Landing Boat Landing
- 3030
- Anzeige / BedienfeldDisplay / control panel
- 3131
- Anzeige Soll / Ist HaltekraftTarget / actual holding force display
- 3232
- Anzeige Soll / Ist SchubkraftDisplay target / actual thrust
- 3333
- Displayscreen
- 3434
- Aktivierung Seegangs AusgleichActivation of sea state compensation
- 3535
- Aktivierung Schub ReglungActivation of thrust control
- 3636
- User Interface UI
- PP
- Anpresskraft / HaltekraftContact force / holding force
- WW
- Welleneinwirkungwave action
- MKMK
- Maschinenkommandomachine command
- SS
- Schubkraft thrust
- FTFT
- Fender TorsionFender torsion
- KMKM
- Messen der Kräfte zwischen Wasserfahrzeug und Offshore BauwerkMeasurement of the forces between the watercraft and the offshore structure
- KMaKMa
- Messen der Kräfte obenMeasure the forces above
- KMbKMb
- Messen der Kräfte untenMeasure the forces below
- CRCR
- Chassis Reibkraft nach untenChassis friction force down
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102015108882 B3 [0019]DE 102015108882 B3 [0019]
- WO 2014118570 A1 [0020]WO 2014118570 A1 [0020]
Claims (4)
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
DE202022102179.1U DE202022102179U1 (en) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | Active fender, active fender system |
PCT/DE2023/100281 WO2023202746A1 (en) | 2022-04-22 | 2023-04-20 | Active fender, active fender system, and method for controlling relative movement |
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---|---|---|---|
DE202022102179.1U DE202022102179U1 (en) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | Active fender, active fender system |
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---|---|
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Family
ID=81847608
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE202022102179.1U Active DE202022102179U1 (en) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | Active fender, active fender system |
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---|---|
DE (1) | DE202022102179U1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014118570A1 (en) | 2013-02-04 | 2014-08-07 | Windcat Workboats Limited | Mooring structure mounted on a vessel |
DE102015108882B3 (en) | 2015-06-04 | 2016-07-21 | Harald Hübner | Method for landing a vessel on a structure |
-
2022
- 2022-04-22 DE DE202022102179.1U patent/DE202022102179U1/en active Active
Patent Citations (2)
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WO2014118570A1 (en) | 2013-02-04 | 2014-08-07 | Windcat Workboats Limited | Mooring structure mounted on a vessel |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |