DE3832000A1 - Vorrichtung zum messen der zugkraft von winden, insbesondere fuer konstantzugewinden auf schiffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Zugkraft von Winden nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, die insbesondere für Konstantzugwinden auf Schiffen be­ stimmt ist.

Bei Seilwinden mit Konstantzugeinrichtung, insbesondere bei automatischen Verholwinden mit elektrischem Antrieb auf Schiffen, ist es zur Vermeidung von Überbeanspruchun­ gen erforderlich, den auftretenden Seilzug zu messen oder einen vorgewählten Seilzug, z.B. bei Konstantzugwinden, einzuhalten. Für die Messung sind in das Windengetriebe elektronische Meßglieder eingebaut, die vorzugsweise als Meßbolzen oder Meßring mit Dehnungsmeßstreifen (DMS) aus­ geführt sind und einen elektrischen oder elektronischen Anschluß haben.

Diese DMS-Meßglieder werden meist in eine Lagerstelle einer Vorgelegewelle als Meßring eingebaut, oder sie werden als Meßbolzen in die Vorgelegewelle selbst inte­ griert. Für jede Winde muß das Meßglied entsprechend der zu messenden Nennzugkraft dimensioniert werden, und die Lagerstelle oder die Vorgelegewelle wird entsprechend der Größe des Meßgliedes ausgebildet.

Bei kombinierten Anker-Mooringwinden treten außerdem im Ankerbetrieb überhöhte Kräfte auf, z.B. beim Losbrechen des Ankers, beim Springen der Ankerkette oder beim Einfah­ ren des Ankers in die Klüse. Diese nicht vermeidbaren überhöhten Kräfte können den Nullpunkt der elektrischen oder elektronischen Meßeinrichtung so verschieben, daß die Anzeige ungenau wird und eine Neujustierung erforderlich macht. Im Extremfall können diese überhöhten Kräfte zur Zerstörung des Meßgliedes führen.

Es sind Windenausführungen bekannt, bei denen zur Vermei­ dung dieser Schwierigkeiten zusätzliche Rutschkupplungen oder ähnliche Einrichtungen eingebaut sind oder aber die Meßglieder überdimensioniert werden, wobei die auftreten­ den Ungenauigkeiten in der Lastmessung in Kauf genommen werden müssen.

Um funktionsfähige Signale zu erhalten, müssen die Meß­ glieder mit Dehnungsmeßstreifen hoch belastet werden, so daß für die Aufnahme plötzlich auftretender Stoßkräfte keine ausreichenden Reserven vorhanden sind und möglicher­ weise eine Zerstörung des Meßgliedes, zumindest aber eine Verschiebung des Nullpunktes eintritt und damit eine Neujustierung erforderlich wird.

Um eine Zerstörung des Meßgliedes zu vermeiden, werden die Meßglieder zwar üblicherweise überdimensioniert, doch sind einer solchen Überdimensionierung, abgesehen vom Einbau, Grenzen gesetzt, da die dann vorhandene Hysterese nicht mehr genau in Steuersignale umgesetzt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten eine Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art so auszubilden, daß beim Auftreten überhöhter Kräfte Überlastungen mit einem vertretbaren konstruktiven Aufwand sicher vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Kennzeich­ nungsteil des Anspruches 1 gelöst, während in den Ansprü­ chen 2 bis 9 besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.

Dadurch, daß die zur Messung herangezogene Vorgelegewelle in einem Meßbalken mit DMS-Meßglied gelagert ist, kann allein durch Änderung der Abstände der Lagerstelle der Vorgelegewelle von dem gehäusefesten Drehlagerzapfen einerseits und dem DMS-Meßglied andererseits die am DMS- Meßglied wirksam werdende Nennkraft auch bei unterschied­ lichen Windenzugkräften gleich bleiben.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Meßbalken durch eine Vorspannkraft, wie eine Druckfeder oder ein Tellerfederpaket, derart vorgespannt wird, daß er bei Be­ lastung durch die Last "P 1" zunehmend entlastet wird, so daß auftretende überhöhte Kräfte im Nennmeßbereich des DMS-Meßgliedes aufgenommen werden, wobei zur mechanischen Absicherung des DMS-Meßgliedes die Richtung der an diesem angreifenden Kraft umgekehrt wird, so daß die auftreten­ den überhöhten Kräfte nur von einem festen Anschlag, wie einem Bolzen, ohne Meßeinrichtung aufgenommen werden kön­ nen, da nach Überschreiten des Nullpunktes die Vorspannung nicht mehr wirksam ist. Insbesondere durch das Merkmal des Anspruches 9 wird sichergestellt, daß der als Meßglied vorgesehene Meßbolzen in keinem Falle überlastet werden kann, so daß eine Überdimensionierung des Meßbolzens ent­ fällt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer kombinierten Anker-Mooringwinde,

Fig. 2 eine demgegenüber abgewandelte zweite Ausfüh­ rungsform einer solchen Anker-Mooringwinde,

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 und 2 weiter abgewandel­ te Ausführungsform einer Anker-Mooringwinde,

Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht des Inneren eines Getriebes bei derartigen Anker-Mooring­ winden mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen der Zugkraft,

Fig. 5 einen Teilschnitt durch das Getriebe von Fig. 4 entlang der Schnittlinie V-V,

Fig. 6 eine Schemadarstellung einer einfachen ersten Ausführungsform einer solchen Meßeinrichtung,

Fig. 7 eine durch eine einstellbare Druckfeder vorge­ spannte Meßeinrichtung,

Fig. 8 eine Fig. 6 entsprechende erste Ausführungsform einer Meßvorrichtung mit Meßbolzen und gehäuse­ festem Anschlag,

Fig. 9 eine durch eine einstellbare Druckfeder zur Vorspannung ergänzte Ausführungsform einer solchen Meßvorrichtung,

Fig. 10 eine Ausführungsform einer Meßvorrichtung mit Vorspannung und Druckmeßdose,

Fig. 11 eine weitere Ausführungsform einer Meßvorrich­ tung mit einem vorgespannten Kraftring und

Fig. 12 noch eine Ausführungsform mit einstellbarer Federvorspannung.

Bei der ersten Ausführungsform einer Anker-Mooringwinde 1 nach Fig. 1 sind die Kettenscheibe 2 und die Verholtrommel 3 auf einer gemeinsamen Welle 4 angeordnet. Die Ankerkette 5 läuft oben von der Kettenscheibe 2 ab, während die Trosse 6 durch Umkehrung der Drehrichtung der Welle 4 von unten von der Verholtrommel 3 in gleicher Richtung wie die Kette 5 von der Kettenscheibe 2 abläuft. Die Umkehrung der Drehrichtung beim Ankerbetrieb bzw. Mooringbetrieb wird durch einen elektrischen Umschalter vorwiegend an der Kettenscheibenkupplung in bekannter Weise bewirkt.

Bei der zweiten Ausführungsform einer kombinierten Anker- Mooringwinde 1 nach Fig. 2 sind die Kettenscheibe 2 und die Verholtrommel 3 der Winde ebenfalls auf einer gemein­ samen Welle 4 angeordnet. Die Ankerkette 5 und die Seil­ trosse 6 laufen jedoch beide in gleicher Richtung von oben von der Kettenscheibe 2 bzw. von der Verholtrommel 3 ab.

Bei der dritten Ausführungsform einer kombinierten Anker- und Mooringwinde 1 nach Fig. 3 ist zwischen der Seil- oder Verholtrommel 3 und der Kettenscheibe 2 eine Zahnradüber­ setzung 7 zwischengeschaltet, die eine Drehrichtungsumkehr zwischen Verholtrommel 3 und Kettenscheibe 2 bewirkt. Die Ankerkette 5 läuft hier von oben von der Kettenscheibe 2 ab, während die Trosse 6 von unten von der Seil- bzw. Verholtrommel 3 abläuft.

Bei allen drei kombinierten Anker-Mooringwinden 1 werden die Verholtrommel 3 und die Kettenscheibe 2 von einem gemeinsamen Antriebsmotor 8, der üblicherweise ein Elektro­ motor ist, aber auch ein Hydraulikmotor sein kann, über ein zwischengeschaltetes Windengetriebe 9 angetrieben, das in Fig. 4 im Aufriß schematisch dargestellt ist.

Innerhalb des Windengetriebes 9 ist, wie in Fig. 4 zu erkennen ist, eine der beiden Lagerstellen 10 a einer be­ liebigen, für die Messung der beim Windenbetrieb auftreten­ den Kräfte günstigen Vorgelegewelle 10 nicht im Getriebege­ häuse 11 selbst, sondern an einem innerhalb des Getriebes angeordneten Meßbalken 12 gelagert, der, wie in den schematischen Darstellungen von Fig. 6 bis 11 gezeigt ist, an seinem einen Ende 12 a in einem Abstand "a" von der Lagerstelle 10 a der Vorgelegewelle 10 an einem gehäuse­ festen Drehlager 13 gelagert ist, während im Abstand "b" von der Lagerstelle 10 a der Vorgelegewelle 10 ein Meßglied 14 mit Dehnungsmeßstreifen 15 (Fig. 5) angeordnet ist, das entweder als Lastmeßbolzen mit zweischnittiger Lagerung, als Biegebalken mit einschnittiger Lagerung oder auch als Druckmeßdose 14 a bzw. als Kraftring 14 b mit Zug- oder Druckbelastung ausgebildet sein kann, wie dies Fig. 10 und 11 der Zeichnung zeigen.

Indem in Fig. 6 die einfachste Anordnung des Meßbalkens 12 an der Vorgelegewelle 10 mit Lagerung des Meßbalkens an einem gehäusefesten Drehlager 13 auf der einen Seite und mit einem Meßglied 14 auf der anderen Seite des Lagers 10 a der Vorgelegewelle 10 gezeigt ist, wird hierdurch sicherge­ stellt, daß die Last "P 1" am Lager 10 a der Vorgelegewelle 10 in den Meßbalken 12 eingeleitet wird. Durch Änderung der Abstände "a" und "b" können bei gleicher Ausbildung des als Meßbolzen ausgebildeten Meßgliedes 14 die unter­ schiedlichen Seilzüge verschiedener Winden genau gemessen und - falls erforderlich - in die entsprechenden Steuer­ signale umgesetzt werden. Diese Meßbalkenanordnung kann daher ohne Schwierigkeiten in bereits vorhandene Windenge­ triebe nachträglich eingebaut werden.

Um auftretende Stoßkräfte ohne Verschiebung des Nullpunk­ tes oder Zerstörung des Meßgliedes 14 der Meßvorrichtung aufnehmen zu können, wird der Meßbalken 12, wie in Fig. 7 gezeigt ist, mit einer Vorspannung 16 a vorwiegend durch Federkraft beaufschlagt.

Bei sonst gleicher Ausführung wie in Fig. 6 stützt sich der Meßbalken 12 gegen ein vorgespanntes Federpaket 16 ab, wobei die Vorspannung 16 a durch eine Einstellschraube 17 in ihrer Größe veränderbar ist. Der Meßbolzen 14 wird bei dieser Ausführungsform durch das vorgespannte Federpaket 16 in seinem Negativbereich belastet. Bei einer z.B. auf die 1,5-fache Bolzen-Nennkraft ausgelegten Vorspannung 16 a ergibt sich folgende Hysterese:

-1,5 : 0 : +1,5, das heißt zum Auffangen auftretender Stöße wird das Meßglied 14 der Meßvorrichtung nur mit seiner 1,5-fachen Nennkraft im Plusbereich der Meßkurve belastet. Die Hysterese ist dabei so, daß von dem vorge­ spannten Meßglied 14 funktionsfähige Signale über den gesamten Meßbereich abgeleitet werden können, ohne daß eine Verschiebung des Nullpunktes oder eine Zerstörung des Meßgliedes eintritt. Die übliche Verwendung von Rutsch­ kupplungen oder ähnlichen Einrichtungen zur Aufnahme von Stoßbelastungen entfällt.

Wird das Meßglied 14 bzw. der Meßbolzen, der Biegebalken, die Druckmeßdose 14 a oder der Kraftring 14 b, so ausgelegt, daß es beim Betrieb der Anker-Mooringwinde mit Nennlast nur mit der halben Bolzen-Nennkraft belastet wird, so erhöht sich die Sicherheit des Meßgliedes 14, 14 a, 14 b gegen Verschieben des Nullpunktes oder gegen eine mecha­ nische Beschädigung auf den 6-fachen Wert. Die erforder­ liche Hysterese für das genaue Umsetzen der erhaltenen Meßwerte in funktionsfähige Steuersignale bleibt erhalten.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Meßeinrichtung befindet sich im Abstand "a" von der Lagerstelle 10 a der Vorgelegewelle 10 ebenfalls der Festdrehpunkt 13 des Meßbalkens 12. Im Abstand "b" ist das Meßglied 14, in diesem Falle ein Lastmeßbolzen mit Dehnungsmeßstreifen, an der einen Seite des Meßbalkens 12 in einer schlitzförmigen, zur Seite hin offenen Aussparung 18 angeordnet, und auf der gegenüberliegenden Seite befin­ det sich ebenfalls in einer zur Seite hin offenen schlitz­ förmigen Aussparung 19 ein Festanschlag 20 ohne Meßeinrich­ tung. Das Meßglied 14 bzw. der Meßbolzen einerseits und der Festanschlag 20 andererseits sind gegeneinander spielfrei, ohne Lastverspannung, eingebaut, so daß der Meßbalken 12 zwischen beiden spielfrei gelagert ist.

Um für verschiedene Windengrößen den gleichen Meßbolzen bzw. das gleiche Meßglied 14 verwenden zu können, werden die Abstände "a" und "b" entsprechend der Windenzugkraft festgelegt. Bei Konstantzugbetrieb wird nur der Meßbol­ zen bzw. das Meßglied 14 durch die aus dem Seilzug der Ver­ holtrommel 3 resultierende Kraft "P 1" belastet und die am Meßbolzen bzw. Meßglied 14 auftretende Meßkraft "M" analog der Zugkraft im Konstantzugbetrieb gemessen.

Durch die Umkehrung der Drehrichtung beim Ankerbetrieb wird der Meßbolzen bzw. das Meßglied 14 vollständig ent­ lastet, die aus dem Ankerbetrieb auftretende Kraft "P 2", insbesondere die überhöhten Kräfte, werden von dem Festan­ schlag 20 ohne Meßeinrichtung aufgenommen, und eine Be­ schädigung des jetzt unbelasteten Meßgliedes oder Meßbol­ zens 14 wird auf diese Weise sicher vermieden.

Da eine Messung der Kräfte im Ankerbetrieb nicht erforder­ lich ist, können das Meßglied bzw. der Meßbolzen 14 und die Anzeigeeinrichtung hierbei elektrisch abgeschaltet werden.

Da bei Windenkombinationen nach Fig. 2 und 3 eine Umkeh­ rung der Drehrichtung zwischen Anker- und Verholbetrieb nicht erfolgt, wird für diese Fälle der Meßbalken 12 um 180° gedreht und so eingebaut, wie in Fig. 9 dargestellt. Der Meßbalken 12 stützt sich gegen ein vorgespanntes Federpaket 16 ab, wobei die Vorspannung 16 a durch die Einstellschraube 17 variabel ist. Der Meßbolzen oder das Meßglied 14 wird durch die Vorspannung 16 a in seinem Negativbereich belastet.

Entspricht die Vorspannung 16 a des Meßgliedes bzw. des Meßbolzens 14 der Seilzugkraft "P 1" der Winde 1, wird er nur von einem maximalen negativen Wert bis zum Wert "Null" belastet, und die im Ankerbetrieb auftretenden überhöhten Kräfte werden nur von dem als Festanschlag 20 dienenden Bolzen ohne Meßeinrichtung aufgenommen. Der Meßbolzen bzw. das Meßglied 14 ist nach Überschreiten der Nennzugkraft und damit der Nennmeßkraft vollständig entlastet, was eine Veränderung des Nullpunktes bzw. eine Zerstörung des Meßbolzens oder Meßgliedes 14 sicher verhindert.

Da im Ankerbetrieb eine Kraftmessung nicht erforderlich ist, können das Meßglied bzw. der Meßbolzen 14 und die An­ zeige bei diesem Betrieb elektrisch abgeschaltet werden.

Die in Fig. 8 und 9 dargestellte Ausführung des Meßbalkens 12 ermöglicht durch Änderung der Abstände "a" und "b", daß mit dem gleichen Meßglied oder Meßbolzen 14 alle norma­ lerweise in der Zugkraft unterschiedlichen Winden eines Schiffes ausgerüstet werden können, was zu einer wesent­ lichen Vereinfachung der elektronischen und elektrischen Ausrüstung der Winden führt und die Ersatzteilbevorratung vermindert.

Die Ausführungsbeispiele von Fig. 10 und 11 entsprechen in ihren Einzelteilen dem Ausführungsbeispiel von Fig. 9, nur daß hier als Meßglied 14 eine durch die Vorspannung 16 a belastete Druckmeßdose 14 a bzw. ein entsprechend vorge­ spannter Kraftring 14 b vorgesehen sind.

Bei der Ausführungsform von Fig. 12 entspricht der Meßbal­ ken 12 in seinem Aufbau den bereits beschriebenen Ausfüh­ rungen. Der wesentliche Vorteil dieser Ausführung besteht jedoch darin, daß der als Meßglied 14 vorgesehene Meßbol­ zen in keinem Fall überlastet werden kann, auch wenn die Stromversorgung ausgeschaltet ist und/oder die Winde oder dergleichen als "Poller" benutzt oder durch falsch aufge­ legte Seile überlastet oder in der falschen Richtung be­ lastet wird.

Der Meßbolzen 14 wird bei dieser Ausführungsform immer nur mit den vom Hersteller vorgegebenen Kräften beansprucht.

Um dies zu erreichen, wird der Meßbolzen 14 am Meßbalken 12 spielfrei gelagert und ist in seinem Gestängeteil 21 in einem Langloch 22 geführt. Mittels der Einstellschrau­ be 17 und der Druckfeder 16 wird der Meßbolzen 14 über das Gestängeteil 21 zu seiner vom Hersteller angegebenen Nennlast belastet. Der zusätzliche Festanschlag-Bolzen 20 ohne Meßeinrichtung nimmt die überhöhten Kräfte auf.

Durch die auftretende Seilkraft P 1 wird der Meßbolzen 14 von einem Wert maximal + bis 0 beansprucht, wobei seine vom Hersteller festgelegte Nennbelastung ausgenutzt wird und damit funktionsfähige Signale abgegeben werden. Die darüber hinausgehenden Kräfte übernimmt der Festanschlag 20.

Wirkt die Seilkraft P 1 aufgrund von Bedienungsfehlern oder aus anderen Gründen in die entgegengesetzte Richtung P 2, wird der Meßbolzen 14 aufgrund des im Gestängeteil 21 vor­ handenen Langloches 22 entlastet, wobei die durch die Fe­ dervorspannung 16 a gegebene Belastung erhalten bleibt. Die auftretenden Kräfte werden von dem Festanschlag 20 aufge­ nommen.

Durch diese Anordnung entfällt eine Überdimensionierung des Meßbolzens 14, und es ist sicher verhindert, daß der Meß­ bolzen 14 überlastet oder eventuell auch zerstört werden kann.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Messen der Zugkraft von Winden mit­ tels eines innerhalb des Windengetriebes angeordneten Meßgliedes mit Dehnungsmeßstreifen und elektrischem oder elektronischem Anschluß, insbesondere für Konstantzugwinden auf Schiffen, wobei das Meßglied in dem Windengetriebe einer für die Messung der Kräfte günstigen Vorgelegewelle zugeordnet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Meßbalken (12) im Bereich des Meßgliedes (14, 14 a, 14 b) entgegen einer auftretenden Belastung unter Vorspannung (16 a) gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine der beiden Lager­ stellen (10 a) der Vorgelegewelle (10) innerhalb des Getriebes (9) an einem zweischnittig gelagerten Meß­ balken (12) angeordnet ist, der an einem Ende (12 a) an einem gehäusefesten Drehlagerzapfen (13) und am anderen Ende (12 b) an dem Meßglied (14, 14 a, 14 b) abgestützt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbalken (12) eine zur Seite hin offene schlitzförmige Aussparung (18) für das Meßglied (14) zum Schutz gegen Überla­ stung aufweist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbalken (12) an einer dem Meßglied (14, 14 a, 14 b) gegenüberliegenden Seite eine einseitig offene schlitzförmige Aussparung (19) für einen gehäusefesten Anschlag (20) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbalken (12) im Bereich des Meßgliedes (14, 14 a, 14 b) durch eine einstellbare Feder (16) unter Vorspannung (16 a) gehalten ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßglied (14) ein Lastmeßbolzen mit zwei­ schnittiger Lagerung oder ein Biegebalken mit ein­ schnittiger Lagerung vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßglied (14) eine Druckmeßdose (14 a) vorge­ sehen ist, an der der Meßbalken (12) entsprechend einer auftretenden Höchstbelastung unter Vorspannung (16 a) anliegt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßglied (14) ein Kraftring (14 b) mit Zug- oder Druckbelastung vorgesehen ist, in Bezug auf den der Meßbalken (12) entsprechend einer auftretenden Höchstbelastung unter Vorspannung (16 a) gehalten ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßglied (14) ein Lastmeßbolzen in dem Meßbalken (12) fest gela­ gert und in seinem unter Federvorspannung (16 a) ge­ haltenen Gestängeteil (21) in einem Langloch (22) derart geführt ist, daß er nur mit der Federvorspan­ nung (16 a) ohne Weg beansprucht wird.