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Steuerung des Antriebs einer Konstantzug-Winde
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Die Erfindung betrifft die Steuerung des Antriebs einer Konstantzug-Winde
für den Einsatz auf Schiffen.
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Zum Vertäuen der Schiffe an einer Pier und z.B. in Schlèusen werden
Verholwinden verwendet. Bei wanderung des Wasserstandes in den Schleusenkammern,
bei starkem Tidenhub in den Häfen und bei schneller Tiefgangänderung beim Be- und
Entladen ist ein ständiges Verändern der Trossenlängen erforderlich. Werden dazu
normale Verholwinden verwendet, ist eine ständige Bedienung der wMinde notwendig.
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Konstantzug-Winden halten den Trossenzug im Bereich eines eingestellten
Wertes, in-dem selbsttätig die Trosse ausgestreckt oder eingeholt wird, sobald der
Zug in der Trosse sich ändert.
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Nach vorheriger Bestimmung der Trossenlängen und des Trossenzuges
ist bei den Konstantzug-Winden bis zur Beendigung eines Schleusenmanövers oder eines
Lade- oder Löschvorganges keinerlei Bedienung erforderlich.
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In dem deutschen Patent 14 81 898 ist eine automatische Konstantzug-Winde
mit elektrischem Antrieb beschrieben, bei der in der Antriebsverbindung zwischen
der Seiltrommel und dem Antriebsmotor ein Planetengetriebe angeordnet ist, dessen
Außenring antriebsmäßig mit einer Steuereinrichtung für den Antriebsmotor
der
Winde verbunden ist. Die Verdrehung des Außenringes bei Änderung des Trossenzuges
wird über geeignete Gestänge mechanisch auf einen Keßwertumformer übertragen, der
als Differenzial-Transformator ausgebildet ist0 Der daraus abgehende Impuls wird
zur Steuerung des Antriebsmotors der winde genutzt.
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Die bekannte Einrichtung arbeitet verhältnismäßig zuverlässig. Die
Verwendung eines Planetengetriebes mit zugehörigem mechanischen Gestänge stellt
jedoch einen erheblichen Konstruktionsaufwand dar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerung des Antriebsmotors
einer Winde der eingangs genannten Art noch weiter zu verbessern und zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst worden, daß
einem drehenden Bauteil in der Winde mindestens ein an sich bekannter Meßgrößenumformer
zugeordnet ist, der die von den Zugbelastungen abhängigen, mechanischen Belastungskräfte
des zugeordneten Bauteils in eine elektrische Meßgröße für den Steuerimpuls des
Antriebsmotor der Winde umwandelt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Meßgrößenumformer
direkt an einem drehenden Bauteil der Winde erübrigt sich der Einsatz mechanischer
Ubertragungsmittel wie Gestänge, Hebel, Federn usw..
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Als üeßgrößenumformer kann eine Kraftmeßdose vorgesehen sein, die
bei schrägverzahnten Stirnrädern in der winde mit einem sunde einer Stirnradachse
in Wirkvertindung steht. Der Eraftfluß von Antriebsmotor zur Seilttommel der Winde
verläuft bei den bekannten Winden über verschiedene Stirnräde. Bei abgebremstem
Motor müssen die Stirnräder folglich auch die auf die
Seiltrommel
wirkende Zugkraft der 'sprosse aufnehmen.
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Wird ein Paar der miteinander kämmenden Stirnräder der Winde mit
Schrägverzahnung versehen, so kann die daraus resultierende, äe nach Trossenzug
ausfallende Axialkraft in einen Meßgrößenumformer geleitet werden, der die einwirkende
Axialkraft z.B. über elektrische Verstärker und Steuerschaltungen in einen elektrischen
Steuerimpuls umsetzt. Vorteilhafterweise wird zur Umsetzung der axialen Druckkraft
auf das Axiallager eine Kraftmeßdose vorgesehen.
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Auch bei Schneckentrieben kann die entstehende Axialkraft über eine
Kraftmeßdose und nachgeschaltete Elektronik in einen elektrischen Steuerimpuls umgewandelt
werden.
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Es ist weiterhin auch möglich, die auftretenden Lagerkräfte, die
je nach Zugbeanspruchung durch die Trosse verschieden sind, über einen Kraftmeßlagerring
in einen elektrischen Steuerimpuls umzuwandeln.
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Eine weitere sehr einfache Möglichkeit zu einem elektrischen Steuerimpuls
für den Antriebsmotor zu kommen, ist die anordnung von Dehnungsmeßstreifen auf einer
elle, über die der Kraftfluß vom Motor zur Seiltrommel und umgekehrt verläuft. Die
Dehnungsmeßstreifen werden vorteilhafterweise so auf der felle angeordnet, daß die
auftretenden Wellenverdrehungen durch der sich ändernden Zugbelastung entsprechende
Torsionskräfte in Form von elektrischen Steuerimpulsen registriert werden können.
Die von den Dehnungsmeßstreifen abgegebenen Meßgrößen können über Schleifringe oder
auf induktive Art und Weise von dem sich drehenden Teil der stelle, auf dem die
Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind, abgegriffen und auf die stationäre elektrische
Steuereinrichtung
übertragen werden. In der Steuereinrichtung erfolgt
eine Verstärkung und Umwandlung der abgegriffenen Meßgrößen in Steuerimpulse sowie
die direkte Steuerung des Antriebsmotors durch diese Steuerimpulse.
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Es ist weiterhin möglich, als Meßgrößenumformer einen piezoelektrischen
Kristall vorzusehen, der einem Formschlußelement an einer teilenden Trennfuge z.B.
einer Stirnradachse zugeordnet ist. Dadurch geht ein Teil des von der Zugbelastung
durch die Trosse abhängigen Kraftflusses bei abgebremstem Motor durch diesen piezoelektrischen
Kristall, der dadurch seinen elektrischen Widerstand ändert. Die Vderstandsänderung
kann als Meßgröße für die Steuerung des Antriebsmotors genutzt werden. Auch bei
der Verwendung eines piezoelektrischen Kristalls kann die notwendige Leitung der
elektrischen Energie über Schleifringe oder induktive Übertrager von dem sich drehenden
Teil der Winde auf die stationäre Steuerungseinrichtung durchgeführt werden.
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Ausführungsbeispiele, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale
ergeben, sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische
Draufsicht auf das Getriebe einer Winde mit schrägverzahnten Stirnrädern und einer
Druckmeßdose Fig. 2 die schematische Ansicht eines Schneckentriebes für eine Winde
mit einer Druckmeßdose, Fig. 3 die schematische Draufsicht auf ein Getriebe einer
Winde mit Stirnrädern und Kraftmeßlaeg Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf ein
Getriebe einer Winde mit Stirnrädern und Dehnungsmeßstreifen,
Fig.
4a eine vergrößerte Ansicht einer Einzelheit aus Figo 4 Fig. 5 eine Draufsicht auf
ein Getriebe einer Winde mit Stirnrädern und in einer Trennfuge an einer Welle angeordnetem
piezoelektrischem Kristall, Fig. 5a eine Seitenansicht auf einen Teil der Fig. 5
zwecks Verdeutlichung der Anordnung des Kristalls und Fig. 6 eine besondere Anordnung
des Kristalls In Fig. 1 ist ein Teil eines Getriebes einer Winde in schematischer
Draufsicht dargestellt. Die Achse 1 der Seiltrommel 2 ist in zwei schematisch angedeuteten
Lagern 3 und 4 gelagert.
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Zwischen den beiden Lagern sitzt auf der Achse 1 ein Stirnrad 5, das
mit einem Stirnrad 6 mit geringerer Zähnezahl kämmt. Der Achse 7 des Stirnrad 6,
die wiederum in zwei Lagern 8 und 9 geführt ist, ist eine in einem Lagergehäuse
10 angeordnete Eraftmeßdose 11 zugeordnet. Auf der Achse 7 sitzt noch ein schrägverzahntes
Stirnrad 12, welches mit dem schrägverzahnten Ritzel 13 des nicht weiter dargestellten
Antriebsmotors kämmt. Die der Zugbelastung auf der Seiltrommel 2 entsprechenden
axialen Kräfte in der Achse 7 mit den schrägverzahnten Rädern 12 und 13 wird auf
die Kraftmeßdose 11 übertragen und in einen elektrischen Steuerimpuls für den Antriebsmotor
verwandelt.
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Fig. 2 zeigt eine als Schneckentrieb ausgebildete Antriebseinrichtung
für die Winde. Das Schneckenrad 14 ist dem Antrieb einer nicht weiter dargestellten
Seiltrommel zugeordnet. Mit 15 ist eine Schneckenwelle bezeichnet, die mit einem
nicht dargestellten Antriebsnotor in Wirkverbindung steht. Die in der
Dchneckenwelle
auftretenden axialen Kräfte werden wiederum durch eine der Lagerung der Schneckenwelle
zugeordnete Kraftmeßdose in einen elektrischen Steuerimpuls umgewandelt.
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lqg. 3 zeigt eine Anordnung gemäß Fig. 1. Gleiche Bauteile sind mit
gleichen Bezugszahlen versehen. Dabei ist das Lager 8 als Kraftmeßring ausgebildet,
mit dem die auftretenden Lagerkräfte zu einer elektrischen Meßgröße umgewandelt
und über die Leitung 16 zur Steuerungseinrichtung geleitet werden können, von der
ein entsprechender Steuerimpuls zum Antriebsmotor abgeht Fig. 4 zeigt eine Draufsicht
auf ein Getriebe einer winde gemäß der Figuren 1 und 3. Gleiche Bauteile sind mit
gleichen Bezugszahlen versehen. Auf der Welle 7 sind Dehnungsmeßstreifen 17 kreuzförmig
angeordnet, so daß eine Torsionsverformung der zelle 7 durch Zugänderung auf der
Seiltrommel 2 zu einer Widerstandsänderung führt, die auf induktive Weise durch
das bei dem Lager 8 schematisch dargestellte Übertragungselement 18 über die Leitung
19 zur Steuerungseinrichtung übertragen werden kanne Fig.
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4a zeigt eine Teilansicht der Fig. 4 in vergrößertem Maßstab. Es ist
ersichtlich, daß vier Dehnungsmeßstreifen in Form eines Ereuzes 17 auf der Welle
7 angeordnet sind.
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Fig. 5 zeigt ebenfalls ein Getriebe einer Winde in der Draufsicht,
wobei die schematische Darstellung dq Figuren. 1, 3, und 4 entspricht. Gleiche Bauteile
sind wiederum mit gleichen Bezugszahlen versehen. Ein Abschnitt der Achse 7 ist
zwischen dem Stirnrad 6 und dem Rad 12 durch eine Trennfuge 20a geteilt und nach
Art einer Eapplang mit Formschlußelementen versehen.
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In diese Formschlußelemente ist ein piezoelektrischer Kristall
20
eingelegt, der bei Druckeinwirkung, bewirkt durch die Kraftleistung über die Formschlußelemente,
eine ididerstandänderung über entsprechend elektrische Einrichtungen zu einem Steuerimpuls
umformt. In Big. 5a ist eine Schnittansicht durch die elle 7 dargestellt, in der
in einer Ausnehmung der piezoelektrische Kristall 20 angeordnet ist. Gleiche Bauteile
sind wiederum mit gleichen Bezugszahlen versehen.
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In Fig. 6 ist ein als Speichenrad ausgebildetes Stirnrad für ein
Getriebe einer Winde in schematischer Seitenansicht dargestellt. Das Stirnrad besteht
aus dem äußeren Zahnkranz 21 und der auf der Welle 22 aufgekeilten Nabe 23. Die
Nabe weist radiale Speichenfortsätze 24 und 25 auf, die mit gleichartigen Speichenfortsätzen
26 und 27 des äußeren Zahnkranzes mittels nicht dargestellter Formschlußelemente
28 und 29 gefunden sind0 In eine Trennfuge zwischen den Speichenfortsätzen 27 und
24 ist eine Ausnehmung eingeformt, in die ein piezoelektrischer Kristall 20 eingelegt
ist.