DE2755358A1

DE2755358A1 - Einrichtung zur steuerung der lage eines mittels einer leine festgemachten schiffes

Info

Publication number: DE2755358A1
Application number: DE19772755358
Authority: DE
Inventors: Sinclair Upton Cunningham
Original assignee: EAST KILBRIDE GLASGOW
Current assignee: EAST KILBRIDE GLASGOW
Priority date: 1976-12-14
Filing date: 1977-12-12
Publication date: 1978-06-15
Also published as: NO146319B; SE415348B; NO146319C; FR2374206A1; FI63703B; GB1589769A; FI63703C; FR2374206B1; US4200052A; NL7713828A; NO774264L; DK555477A; SE7714143L; FI773787A

Description

PATBNTAHWALT DIPL. iNo. B. HOLZEB PBILIPFINB-WKLSBB-STBABeB IA

8900 AUOSBUBO

TBLBFOH S1647· TELEX 03S*Oa »*ol i

^,, den 6. Deserter 1^77

Sinclair upton Cunningham, 26 Last,_,ate, Kin^horn, rlfe, 3cnobtlanci

Donald i?'irth,
20 Lindsay '.cad, East Kilbritie, Glas_i:vov;, Schottlana

Douglas Jackson, 46 iiount Cameron Drive, East Kiloride, ülasgov;, ociiottlanu

Einrichtung zur steuerung der Lage eines mittels einer Leine fest^eniacnten Schiffes

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung der Lage eines mittels einer Leine festgemachten Scaiffes nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Dabei kann das betreffende Schiff mit mindestens einer Leine an einem Festmacheplatz festgemacht oder an einen Schlepper an

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sein oder vor Anxer liegen. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlicn bezient sicn die Erfindung auf die Steuerung der Lage des Schiffes bei scnwerer See.

Es ist bekarint, ein Scniff oder uoot mittels zweier an heck befestigter Leinen, die beispielsweise aus Polypropylen bestenen, an einen Fectmacheplatz festzumachen, während der Lug von einem Anker genalten wird. Die haupttn.aschinen des Schiffes v/erden eingesetzt, um aas Schiff von der Festmachestelle weg zu drängen, während eine als uugctrahler bekannte nilfsmaschine dazu benützt wird, das Schiff zur Festmuchestelle ninzudrängen. Durch entsprechende Steuerung der Hauptrr.aschinen und des Lugstrahlers versucht aer Scniffsführer, die Zugkraft in den Festmacheleinen annähernd Konstant zu halten. Während längerer Zeit in scnwerer See ist dies jedoch extrem schwierig. Desnalö reißen die Festmacheleinen unter diesen Bedingungen näufig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einrichtung zu entwickeln, mittels welcher die Lage eines festgemachten Schiffes gesteuert und das Reißen der Leine oder der Leinen verhindert werden kann.

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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst.

Vorzugsweise ist das Schiff mittels zweier Leinen festgernacnt. Die Einrichtung umfaßt dann eine weitere Winde, einen weiteren Längenmeßwertgeber und einen weiteren Zugkraftmesser für die zweite Leine. Der Energiespeicher kann so ausgelegt und angeordnet sein, daß er von beiden winden Energie aufnehmen und speichern und beiden V/in de η Energie zuführen kann. Der Regler ist dann so ausgelegt, daß er auf die Signale der Zugkraftmesser und der Längenmeßwertgeber beider Leinen anspricht und die Tätigkeit beider Winden entsprechend steuert.

Der Regler kann die bzw. die jeweils betreffende Winde derart steuern, daß die Leine beim Einholen jeweils in Abhängigkeit davon, ob der vom Längenmeßwertgeber festgestellte Wert der Längenabweichung innerhalb eines ersten oder eines zweiten Bereiches liegt, unter einer ersten oder einen zweiten vorgegebenen Zugkraft gehalten wird.

Alternativ dazu kann der Regler die Winde so steuern, daß die auf die Leine beim Einholen ausgeübte Zugkraft

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jeweils im wesentlichen proportional zu der vom Längenmeßwertgeber' festgestellten Längenabweichung ist.

Liegt das Seniff auf einem Ankerplatz vor Anker, können ir.ittels des Reglers eine oder beide Ankerwinden unu die Jiauptmascninen des Scniffes in Sinne der Steuerung der Zugkraft in der Leine bzw. in den Leinen gesteuert werden.

Die ozw, jede Winde ist vorzugsweise eine schnell ansprecnende hydraulische Winde, die sich entweder auf dem oetreffenuen Ccuiff, an einem Festmacheplatz oder auf einem das Schiff schleppenden Schlepper befinden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstenend mit bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen bescnrieoen. Ls zeigt:

Fig. 1 scnematiscn in Draufsicht eine

Einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig.

gezeigten Anordnung,

Fig. .5 eine graphische Darstellung zum

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Ver^leicu ues Enercieoedarfs eines herkömmlichen Systems und einer Einrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 4 eine graphische Darstellung zum

Vergleicn des Ansprechvernaltens eines herkömmlichen Systems und der erfindungügemäßen Einrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Schiff 1, das mittels zwei Stahlseilen 2 an einem Festmacheplatz 3 festgemacht ist» Außerdem ist das Schiff mittels eines nicht dargestellten Ankers verankert, der üoer eine Ankerleine ¹I am Bug befestigt ist. Jedes Stahlseil 2 ist mit einer Winde verbunden, bei welcher es sich um eine schnell ansprechende hydraulische Winde 5 handelt. Jede Winde v/eist einen Elektromotor 6, eine Hydraulikpumpe 7, einen Hydraulikmotor 8 und eine Windentrommel 9 auf. Der Elektromotor 6 wird über eine nicht dargestellte Energiequelle gespeist und treibt die Hydraulikpumpe 7, um Hydrauliköl in einer riydraulikleitung 10 zwiscnen der Pumpe und dem Hydraulikmotor 8 unter Druck zu setzen, so daß der Hydraulikmotor die Windentrommel 9 in Drehung versetzt und dadurch das betreffende Seil 2 eingeholt wird. An die Hydraulikleitung 10 ist ein Energiespeicher 11

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angesciilossen, in welcnem beim Abziehen eines Seiles 2 von seiner »j'inde umgesetzte Energie gespeichert werden Kann. i3eim A'ozienen des Seiles 2 won der betreffenden Windentrommel j wiru die Trommel gedrent, so daß der zugehörige hydraulikmotor 8 als Pumpe arbeitet. Dabei setzt der hydraulikmotor 8 das öl in der Leitung 10 unter Druck und pumpt es in aen als Hydraulikbehälter ausgebildeten Speicher 11, wo es unter Druck gespeichert wird, ois es wieder uenötigt wird, um zum Antrieb der 'vvinde beim hinnolen ucs oeiles 2 beizutragen.

Während aer Hydraulikmotor 8 als Pumpe arbeitet, ist die ilydraulikpumpe 7 durch ein nicnt dargestelltes Rückscnlagventil von der Leitung 10 abgetrennt. Fällt jedoch der Druck in der Leitung 10 unter einen vorgegebenen 'Wert ab, wird der Elektromotor 6 automatisch mit Hilfe nicht gezeigter Mittel in Tätigkeit gesetzt und das Rückscnlagventil geöffnet, so daß die Pumpe '( den Druck in der Leitung 10 wieder auf den vorgesehenen Wert anhebt.

Jeder Winde 5 ist ein ZugKraftmesser 12 zugeordnet, der über eine Leitung 13 ein die Zugkraft in dem betreffenden Seil 2 darstellendes Signal abgibt. Außerdem ist jeder Winde 5 ein Län^enmeßwertgeber Ik zugeordnet, der über eine Leitung Ib ein die Abweichung der tatsächlich

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ausgesteckten Seillänge zwischen der Winde und dem Schiff von der, der Soll-Lage des Schiffes entsprechenden Seillänge angebendes Signal abgibt. Die über die Signalleitungen 13 und 15 abgegebenen Signale werden einen Regler 16 zugeführt.

Der Regler 16 arbeitet in Abhängigkeit von den Signalen der Zugkraftmesser 12 und steuert die Winden 5 derart, daß die Zugkraft in den Seilen 2 einen vorgegebenen oberen Grenzwert zu keiner Zeit überschreitet. Außerdem arbeitet der Regler in Abhängigkeit von den Signalen der Längenmeßwertgeber und veranlaßt, daß, wenn der jeweils betreffende Längenmeßwertgeber eine positive Längenabweichung festgestellt hat, daß die betreffende Winde 5 das betreffende Seil 2 entsprechend einnolt, sofern dabei die Zugkraft im jeweiligen Seil den genannten oberen Grenzwert nicht übersteigt.

Fig. 2 zeigt nur schematisch in Seitenansicht einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Anordnung. Die Stahlseile 2 laufen über drehbar an der Festmacnestelle 3 befestigte Seilscheiben 17.

Die Haschinen des Schiffes 1 werden so betrieben, daß sie das Gcniff von der Festmachestelle 3 etwa senkrecht

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Λ ;
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weg drangen. Die beiden Festmacheseile 2 stenen deshalb unter Zug. Infolge aes Wellenganges und der Windkräfte auf das Schiff Kann sicn die Zugkraft in einem oder in beiden Seilen 2 bis zu dein genannten Grenzwert steigern, worauf der Regler Io dem oetreffenden Hydraulikmotor 8 oder beiden Hydraulikmotoren ein Signal übermittelt, aufgrund uessen das betreffende Seil 2 von der zugenörigen Windentrommel 9 ausgelassen wird, während die ZugKraft auf deiri genannten vorgegebenen Grenzwert gehalten wird. Die jeweils ausgelassene Seillänge wird vo.ι i/ängenmeßwertgeber erfaßt. Während des Auslassens arbeitet der oetreffende Hydraulikmotor 8 als Pumpe, so daß das Iiydrauliköl im Speicherbehälter 11 unter Druck gesetzt wiru.

Der Regler kann nach zwei Betriebsarten arbeiten.

In der ersten Betriebsart wird das ausgelassene Seil, wenn es der Wellengang und der Wind gestatten, unter Aufrechterhaltung der Zugkraft im Seil auf dem genannten vorgegebenen Wert wieder eingeholt, bis der vom Längenrueßwertgeber festgestellte Wert der ausgesteckten Seillänge innerhalo eines vorgegebenen Sollwertbereiches liegt. Sodann bewirkt der Regler, daß das Seil unter einer, einem zweiten vorgegebenen Wert entsprecnenden Zugkraft gehalten

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wird, der kleiner als dor genannte obere Grenzwert ist.

In der zweiten Betriebsart steuert der Reeler das einholen des Seiles derart, daß die Zugkraft im Seil im wesentlichen proportional zu der vom Länjjennieföwertgeber festgestellten ausgesteckten Seillänge gehalten wird.

In beiden Betriebsarten kann wänrend aes iJinholens des Seiles die jeweils im Energiespeicher 11 in Form von unter DrucK stehendem Hydrauliköl gespeicherte Energie ausgenützt werden, wodurch die von der Pumpe 7 zu leistende Arbeit und folglich der Energieverbrauch des Elektromotors 6 herabgesetzt wird.

Die Hydraulikmotoren 8 können einer Bauart mit variabler Verdrängungsleistung angehören. Die Zugkraft im jeweils zugehörigen Seil ist dann durch Veränderung der Verdrängungsleistung des betreffenden Motors veränderbar. Alternativ dazu können die Hydraulikmotoren jeweils abgestufte Verdrängungsleistungen haben, wobei zweckmäßigerweise zwei derartige Motoren für jede Windentrommel 9 vorgesehen werden. Diese Motoren können beispielsweise jeweils zwei Verdrängungen haben. Die Windentrommel kann jeweils von nur einem oder von beiden Motoren angetrieben

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werden. beispielsweise kann unter IJormalbedingungen jeweils einer dieser Motoren eingesetzt werden, während der zweite Motor nur bei Betätigung der weiter unten erläuterten Übersteuerungsmittel zugeschaltet wird. Die höhere Verdrängung des ersten Motors kann bei einem festgemachten Scniff gewählt werden, wenn das Schiff auf der Windseite der Festmachestelle festgemacht ist, und die niedrigere Verdrängung kann gewählt werden, wenn das Schiff auf der Windschattenseite festgemacht ist. Ist das Schiff mittels zweier Leinen so festgemacht, daß der wind seitlicn am Scniff angreift, kann die höhere Verdrängung bei dem entgegen der Windrichtung gelegenen Motor und die niedrigere Verdrängung bei aem in Windrichtung gelegenen Motor gewählt werden.

Alternativ kann ein Bereich von vier Zugkräften durch "wahl der Verdrängungen und durch betätigung eines oder beider Motoren zum Antrieb der Windentrommel vorgesehen werden. Es sind auch Systeme anwendbar, bei welchen die Motoren wiederum jeweils zwei, jedoch verscniedene Verdrängungen aufweisen, die beispielsweise dem Verhältnis 1:2:4:8 entsprechen, so daß durch Wahl der jeweiligen Verdrängung und durch Betätigung eines oder beider Motoren zum Antrieb der Windentrommel fünfzehn verschiedene Drehmomente für einen einzigen

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gegebenen Einlaßdruck zur Verfügung stehen.

Es hat sich gezeigt, daß sich der Einlaßdruck des Hydrauliköls am Motor oder an den Motoren einer Winde infolge der Zuströmung oder Abströmung von Hydrauliköl in den bzw. aus dem Energiespeicher verändern kann. Diese Veränderung kann dadurch herabgesetzt werden, daß Kittel zur Beaufschlagung des Energiespeichers mit unter Druck stehendem Gas Anwendung finden. Infolgedessen bewirkt die Zuströmung oder Abströmung des Hydrauliköls in den bzw. aus dem Energiespeicher nur eine kleine prozentuale Änderung des Gasvolumens im Energiespeicher, so daß die Einlaßdruckschwankungen entsprechend verringert sind.

Die Einrichtung kann mit Übersteuerungsmitteln zur Steigerung der Zugkraft in den Seilen, wenn die vom jeweiligen Längenmeßwertgeber Ik festgestellte Längenabweichung einen vorgegebenen positiven Wert übersteigt, und zur Herabsetzung der Zugkraft in den Seilen ausgestattet sein, wenn die festgestellte Längenabweicnung zahlenwertmäßig einen vorgegebenen negativen Wert überschreitet. Die Erhöhung der Zugkraft kann in verschiedener Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Pumpe 7 kontinuierlich betrieben werden, um den Einlaßdruck am Motor 8 zu erhöhen. Alternativ dazu können bei Verwendung von Motoren

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mit zwei Verdrängungen beide Motoren gleichzeitig betrieben werden.

In ähnlicher Weise kann die Zugkraft auf vielfältige Weise herabgesetzt werden. Beispielsweise kann die Pumpe 7 abgeschaltet werden, so daß der Einlaßdruck abfällt. Alternativ dazu können bei Verwendung von Mororen mit zwei Verdrängungen beide Motoren durch unter Druck stehendes Hydrauliköl umgangen werden.

Fig. ^ zeigt eine graphische Darstellung zum Vergleich des Energiebedarfs einer erfindungsgemäßen Einrichtung und einer herkömmlichen Einrichtung bei gleichen Seillängen und gleicher Seilanordnung. Die zugrundegelegten Seile sind hier jedoch Leinen aus Polypropylen. Auf der Y-Ordinate der Darstellung ist die Zugkraft in Tonnen in einer Leine aufgetragen, wobei eine horizontale Linie 18 den vorgegebenen Zugkraftgrenzwert darstellt, bei welchem der Regler das Auslassen der Leine veranlaßt. Auf der X-Ordinate ist die Verlängerung der Leine in Fuß aufgetragen, die im Falle der erfindungsgemäßen Einrichtung durch den Längenmeßwertgeber festgestellt wird.

Fig. ¹J zeigt eine graphische Darstellung zum Vergleich des Ansprechverhaltens der herkömmlichen Einrichtung (Kurve 22)

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und der erfindungsgemäßen Einrichtung (Kurve 23). Auf der Y-Ordinate ist wiederum die Zugkraft in Tonnen in den Leinen aufgetragen, während auf der X-Ordinate die Zeit in Sekunden aufgetragen ist. Es wird dabei angenommen, daß die Periode des Wellenganges, der die Lage des Schiffes beeinflußt, etwa IO Sekunden beträgt.

Aus den Pig. 3 und 4 ist ersichtlich, daß, wenn nach etwa 5 Sekunden ein Wellenberg erreicht wird, die Zugkraft in einer Leine bei der herkömmlichen Einrichtung einen Spitzenwert von etwa 50 t erreicht und daß die Leine um 18 Fuß (Kurve 19 in Pig, 3) gedehnt worden ist, so daß sich das Schiff aus seiner Soll-Lage herausbewegt hat. Die vom Wellengang auf das Schiff ausgeübte Energie ist in der gedehnten Leine gespeichert. Im Falle der erfindungsgemäßen Einrichtung kann das verwendete Stahlseil als nicht dehnbar betrachtet werden und die Zugkraft im Seil steigt deshalb schneller als bei der herkömmlichen Einrichtung an, so daß nach etwa 3 s der vorgegebene Grenzwert erreicht wird, wonach durch die Winde weitere Seillänge ausgelassen wird. Es müssen etwas weniger als 8 Fuß ausgelassen werden, bevor der Wellengang ein Wiedereinholeη des Seiles zur Rückführung des Schiffes in seine ursprüngliche Lage gestattet. Befindet sich das Schiff wieder annähernd in seiner ursprünglichen Lage, was etwa nach

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7 s der Fall ist, bewirkt der Regler eine Verringerung der Zugkraft im Seil (d. h. der Regler arbeitet in der oben genannten ersten Betriebsart). Die beim Auslassen des Seiles gewonnene Energie entspricht der in Fig. 3 schraffierten, von der Linie 18, der X- und der Y-Ordinate und der vertikalen Linie 21 begrenzten Fläche. Die vertikale Linie 21 gibt den vom Längenmeßwertgeber gemessenen Wert an, wenn der Regler das Einholen des Seiles veranlaßt. Die Rückführung des Schiffes in seine ursprüngliche Lage benötigte Energie ist gleich der in Fig. 3 durch die X-Ordinate, die vertikale Linie 21 und die Kurve 19 begrenzten Fläche. Die Kurve 19 'zeigt das Verhalten einer herkömmlichen Einrichtung, bei welcher während einer Wellenperiode kein Nettoenergiegewinn durch die Einrichtung erzielt wird. Die Fig. 3 schraffierte Fläche stellt die im Gegensatz dazu bei der erfindungsgemäßen Einrichtung während einer Wellenperiode gewonnene Energie dar.

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Claims

Dipl. ing. K. HÖLZER

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Patentansprüche

A.

ι, l.linrichtung zur Steueruno: der La^e eines mittels ^—/

einer Leine festgemachten Schiffes, mit einer das Einholen und Auslassen der Leine ermöglichenden Winde, und mit einem Längenmeßwertgeber, der jeweils ein die Abweichung der ausgesteckten Leinenlänge zwischen der Winde und dem Schiff von der, der Soll-Lage des Schiffes entsprechenden Leinenlänge angebendes Signal erzeugt, gekennzeichnet durch einen Zugkraftmesser (12), der die jeweils in der Leine (2) wirkende Zugkraft angebende Signale erzeugt, weiter durch einen Energiespeicher (11), der jeweils beim Auslassen der Leine an der Winde (5) umgesetzte Energie aufnimmt und speichert und jeweils minr^stens einen Teil der zum Einholen der Leine benötigten Energie an die Winde liefert, und durch einen in Abhängigkeit von den Signalen des Zugkraftmessers und von den Signalen des Längenmessv/ertgebers (14) arbeitenden Regler (16), der die Winde derart steuert, daß die in der Leine wirkende Zugkraft einen vorgegebenen oberen Grenzwert nicht übersteigt und daß die Winde bei einer positiven Abweichung der ausgesteckten Leinenlänge von der, der Soll-Lage des Schiffes entsprechenden Leinenlänge die Leine jeweils einholt, sofern die Zugkraft in der Leine den genannten oberen Grenzwert nicht überschreitet.

ORIGINAL INSPECTED

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2. oinricntung nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reeler (16) die Winde (5) derart steuert, daß diese die Leine (2) jeweils in Abhängigkeit davon, ob eine vom Längenmeilwertgeber (14) festgestellte positive Längenabweichung innerhalb eines ersten Bereiches oder eines zweiten ßereiches liegt, unter Anwendung eines ersten oder eines zweiten vorgegebenen Zugkraftwertes einholt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurcn gekennzeichnet, daß der Regler (1ϋ) die Winde (5) derart steuert, daß diese die Leine (2) jeweils unter Anwendung einer zu der vom Längenmeßwertgeber (1*0 jeweils festgestellten positiven Längenabweichung im wesentlichen proportionalen Zugkraft einholt.
k_e Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch geKennzeichnet, daß die Winde (5) zwei iiydraulikmotoren mit jeweils abgestuften Verdrängungsleistungen zum Antrieb einer Windentrommel (9) zum Aufwickeln der Leine (2) aufweist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Regler (16) jeweils geeignete Verdrängungsleistungen wänlbar und jeweils einer oder

beide liydraulikmotoren betätigbar sind, derart, daß über die jeweils von einem oder beiden Hydraulikmotoren angetriebene 'Windentrommel (9) jeweils eine aus einer Vielzahl möglicher Zugkraftwerte ausgewählte Zugkraft auf die Leine (2) ausgeübt werden kann.
6«, Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeicnnet, daß der Energiespeicher (11) einen Hydraulikbehälter aufweist, der an eine zwischen dem Hydraulikantrieb (8) der Winde und einer Hydrauliköl zu diesem Hydraulikantrieo fördernden Pumpe (7) verlaufende nydraulikleitung (10) angeschlossen ist und jeweils beim Auslassen der Leine (2) von der Pumpe oder vom Hydraulikantrieb unter Druck gesetztes Hydrauliköl aufnimmt.
7. einrichtung nacn Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (11) Mittel zur Beaufscnlagung des LyurauÜKbehälters mit unter Druck stenendem Gas aufweist.
8. Einrichtung nach Ansprucn G oder 7, gekennzeichnet durch einen Druckregler, der den Druck des Hydrauliköls im Hydraulikbehälter und in der Hydraulikleitung (10) i.iißt und die Pumpe (7) derart steuert, daß dieser Druck im wesentlichen auf einem vorgegebenen i'/ert gehalten wird.

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'j. i^inricntum; nacr: einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurci) gekennzeicnnet, daß der Reeler (16) Übersteuerungsmitte 1 entnält, mittels welcner die Winde (5) so steuerbar ist, daß die Zutraft in der Leine (2) erhöht wird, wenn die L^ngenabweicnung einen vorgegebenen positiven Grenzwert übersteigt, und daß die Zugkraft in der Leine herabgesetzt wird, wenn die Längenabweichung einen bestimmten negativen Grenzwert überschreitet.

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