DE3912485A1 - Vorrichtung zum messen der zugkraft von winden, insbesondere fuer konstantzugwinden auf schiffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Zugkraft von Winden nach dem Hauptpatent, die insbesondere für Konstantzugwinden auf Schiffen bestimmt ist, und hat Weiterbildungen einer solchen Vorrichtung zum Ziel.

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 weitere Vorrichtung der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, bei der ebenfalls gewähr­ leistet ist, daß beim Auftreten überhöhter Kräfte Überla­ stungen mit einem vertretbaren konstruktiven Aufwand si­ cher vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Kennzeich­ nungsteil des Anspruches 1 gelöst, während in den Ansprü­ chen 2 bis 8 besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.

Nach intensiven Testversuchen mit Prototypen verschiedener Windenausführungen und längerem praktischem Einsatz hat sich bestätigt, daß die eingeschlagenen Wege der Lastmes­ sung mit der Vorrichtung nach dem Hauptpatent sich voll bewährt haben, indem gewährleistet ist, daß durch Fehlbe­ dienung jeglicher Art keine Schäden an dem empfindlichen Meßglied der Meßvorrichtung auftreten können, so zum Bei­ spiel bei nicht eingeschalteter Automatik oder schon zer­ störter Elektronik und Überwachungseinrichtung.

Besonders bei Schocklasten, wo Massenkräfte verzögernd auftreten, ist die gegen "0" wirkende Meßkraft vollkommen unempfindlich. Zahntragbilder zeigen die vorgestellten absoluten Kontakttragbilder.

Des weiteren ergeben sich bei der Meßvorrichtung nach dem Hauptpatent auch keinerlei Verfälschungen der Meßwerte durch Kraftspannung im Getriebegehäuse, sei es durch die Reak­ tionskräfte der übertragenen Drehmomente, noch durch nicht zu vermeidende Kräfte aus Verformungs- bzw. Verwindungs­ vorgängen, wie zum Beispiel auch Verspannungen aus feh­ lerhafter Montage.

Weiterhin erfordert das Wechseln der Meßglieder keine be­ sonderen Einrichtungen noch eine besondere Schulung, was insbesondere bei nach Fahrplan fahrenden Containerschif­ fen, die einen hohen Wert auf Pünktlichkeit legen, von Be­ deutung ist.

Insbesondere die letzten Punkte, wie Ersteinbau, Testlauf der Winde und eine Nachrüstung bei herkömmlichen, stö­ rungsanfälligen Anlagen, haben zu den Weiterentwicklungen geführt, die in den Ansprüchen 1 bis 8 gekennzeichnet sind und den Vorteil haben, daß durch diese Konzeptionen auch Win­ densysteme mit einem Lastsignal entsprechend dem Lastan­ stieg einfacher und zuverlässiger betätigt werden können.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Meßglied an dem Meßbalken selbst unter einer stufenlos einstellbaren Vorspannung gehalten ist, was sich insbesondere bei nicht zu erwartenden Schocklasten sowohl aus einer Meßrichtung als auch bei entsprechender Ausbildung der Meßvorrichtung bei Schocklasten aus zwei entgegengesetzten Meßrichtungen vor­ teilhaft auswirkt.

Solche Auswertungen von Meßsignalen in beiden Signalrich­ tungen sind auch bei normalen Trommelwinden ebenso wie bei Anker-Verholwindenkombinationen notwendig, die durch Seil oder Kette nur eine Reaktionsmeßrichtung erzeugen können.

Des weiteren dient diese Meßvorrichtung zum Überlast- Schutz weiterer Windenbauelemente. So zum Beispiel können, bedingt durch das Anfahrverhalten der Antriebsmotore, ins­ besondere bei Drehstrom-Maschinen, hohe Reaktionskräfte aus beiden Drehrichtungen auf die Feststelleinrichtung wirken, die durch die erfindungsgemäße Meßvorrichtung er­ faßt und in Form entsprechender Steuer- und Regelungssig­ nale für den Windenantrieb nutzbar gemacht werden können.

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 Weiterbildung der Meßvorrichtung an einem solchen Getriebe von Fig. 1 bis 5, bei der das Widerlager für das Meßglied an der Meßbrücke in einer Meßrichtung unter einer einstellbaren Vor­ spannung gehalten ist,

Fig. 7 eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Meßvorrichtung, bei der das Widerlager für das Meßglied an der Meßbrücke in zwei einander ent­ gegengesetzten Meßrichtungen unter einer ein­ stellbaren Vorspannung gehalten ist und

Fig. 8 noch eine weitere Ausführungsform, bei der zu­ sätzlich zu dem Widerlager für das Meßglied auch der Meßbalken selbst durch eine zusätzliche Schraubendruckfeder entgegen der Meßrichtung un­ ter einer stufenlos justierbaren bzw. einstell­ baren Vorspannung gehalten ist.

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 8 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 bzw. als Kraftring mit Zug- oder Druckbela­ stung ausgebildet sein kann.

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 aus dem Seilzug der Verholtrommel 3 resul­ tierende Kraft "P1" am Lager 10 a der Vorgelegewelle 10 über ein als U-förmiges Auflager ausgebildete Widerlager 30 als Meßkraft "M" auf das Meßglied 14 übertragen wird. Durch Ände­ rung 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 Steuersignale Schwierigkeiten in bereits vorhandene Windengetriebe nach­ träglich eingebaut werden.

Um auftretende Stoßkräfte ohne Verschiebung des Nullpunk­ tes oder Zerstörung des Meßgliedes 14 der Meßvorrichtung aufnehmen zu können, wird im Unterschied zum Hauptpatent nicht der Meßbalken 12, sondern das Widerlager 30 für das Meßglied 14 an dem Meßbalken 12 unter einer stufenlos ju­ stierbaren bzw. einstellbaren Vorspannung gehalten.

Das Widerlager 30 ist hierbei als ein einseitig offenes, U- förmiges Auflager für das Meßglied 14 ausgebildet und an dem Meßbalken 12 in Richtung der zu messenden Kraft oder Last P 1 entgegen dem Druck einer Feder 31 anschlagbegrenzt verschieb­ bar. Das Widerlager 30 ist an dem Meßbalken 12 durch eine Schraubendruckfeder 31 vorgespannt, wofür außerdem eine stu­ fenlos einstellbare Spannschraube 32 vorgesehen ist, die durch eine Spannmutter 33 am Meßbalken 12 arretierbar ist.

Im Unterschied zu Fig. 6 ist das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 bei sonst gleicher Ausführung für eine Lastmessung in zwei Richtungen bestimmt. Hierfür sind bei dieser Meßvorrich­ tung an dem Meßbalken 12 zwei einander spiegelbildlich gegen­ überliegende Widerlager 30 mit einseitig offenem U-förmigen Auflager vorgesehen, die an dem Meßglied 14 in jeder der bei­ den Meßrichtungen von entgegengesetzten Seiten angreifen und an dem Meßbalken jeweils in Richtung der zu messenden Kraft oder Last P 1 bzw. P 2 entgegen dem Druck einer Feder 31 an­ schlagbegrenzt verschiebbar sind.

Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel von Fig. 8, das ent­ sprechend dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 für eine Lastmessung in nur einer Richtung bestimmt ist, ist der Meß­ balken 12 an seinem dem gehäusefesten Drehlagerzapfen 13 ge­ genüberliegenden Ende durch eine zusätzliche Druckfeder 34 belastet, so daß das Meßglied 14 unter Vorspannung gehalten ist, wobei die zusätzliche Druckfeder 34 als Schraubendruck­ feder ausgebildet ist und eine arretierbare Spannschraube 35 zur Einstellung des Federdruckes aufweist.

Die Wirkungsweise der beiden ersten Ausführungsbeispiele von Fig. 6 und 7 ist wie folgt:
Eine an der Lagerstelle 10 a einer Vorgelegewelle 10 des Ge­ triebes 9 auf den Meßbalken 12 einwirkende Kraft P 1 erzeugt im Meßglied 14 eine Reaktionskraft "M", die proportional den Hebelarmen ist, die durch die Abstände "a" und "b" gegeben sind.

Das Widerlager 30 ist hierbei über die Druckfeder 31 durch entsprechende Einstellung der Spannschraube 32 auf eine Vor­ spannkraft "V" gegen seine Anlage am Meßbalken 12 spiel­ frei gepreßt.

Übersteigt die Reaktionskraft bzw. Meßkraft "M" die Vor­ spannkraft "V", so hebt sich das Widerlager 30 von seiner An­ lage am Meßbalken 12 ab und der Festanschlag 20 übernimmt die Reaktionskräfte aus der Kraft P ₁ und schützt somit das Meß­ glied 14 gegen Beschädigung oder Zerstörung.

Ebenso wie bei den beiden Ausführungsformen von Fig. 6 und 7 wird auch bei der weiteren Ausführungsform von Fig. 8 jedes der beiden Widerlager 30 gegenüber dem Meßbalken 12 mit Vor­ spannkräften "Vw" und "Vm" vorgespannt, und zwar mit einer Kraft "Vw" gegen die Anlage für das Widerlager 30 an dem Meß­ balken 12 und mit einer Kraft "Vm" über das Widerlager 30 ge­ gen das Meßglied 14.

Tritt eine Kraft P 1 in der gezeigten Richtung auf, so entla­ stet diese entsprechend den Hebelarmen "a" und "b" das Meß­ glied 14 und sendet somit so lange Signale, bis die Kraft P 1 so hoch ansteigt, daß entsprechend den Hebelarmen die Vor­ spannkraft "Vm" überschritten wird und das Meßglied 14 von seiner Anschlagfläche am Meßbalken 12 abhebt. Sodann über­ nimmt der Festanschlag 20 den Weiteranstieg der Last P 1 ent­ sprechend den Hebelarmen.

Eine weitere Lastübernahme durch das Meßglied 14 ist aufgrund fehlender Anlagefläche am Widerlager 30, das als Auflager mit einem einseitig offenen Langloch ausgebildet ist, nicht mög­ lich. Tritt jedoch eine Kraft P 1, wie in Zusammenhang mit Fig. 6 und 7 beschrieben, auf, so kommt die Wirkungsweise, wie sie zu Fig. 6 und 7 beschrieben ist, als Reaktionskraft auf das Meßglied 14 zur Geltung.

Eine über die Vorspannung zu justierende Kraftsignalgröße schließt eine Zerstörung des Meßgliedes 14 aus, da weitere Kräfte durch als Anschlagbolzen ausgebildete Festanschläge 20 aufgenommen werden. Das sich jetzt einstellende Meßsignal in der Größe der Vorspannkraft "Vw" im Verhältnis der Hebelarme kann als Schutzsignal für andere Bauelemente verwendet wer­ den.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Messen der Zugkraft von Winden mit­ tels eines innerhalb des Windengetriebes (9) angeord­ neten Meßgliedes (14, 14 a, 14 b) mit Dehnungsmeßstrei­ fen und elektrischem oder elektronischem Anschluß, insbesondere für Konstantzugwinden auf Schiffen, wo­ bei das Meßglied (14, 14 a, 14 b) in dem Windengetriebe (9) einer für die Messung der Kräfte günstigen Vorge­ legewelle (10) zugeordnet ist, und ein Meßbalken (12) im Bereich des Meßgliedes (14, 14 a, 14 b) entgegen einer auftretenden Belastung unter Vorspannung (16 a) gehalten ist, und wobei eine der beiden Lagerstellen (10 a) der Vorgelegewelle (10) innerhalb des Windengetriebes (9) an einem zweischnittig gelagerten Meßbalken (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, nach Patent ... (Patentanmeldung P 38 32 000.2), dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Meßglied (14) an dem Meßbalken (12) selbst unter einer stufenlos einstellba­ ren Vorspannung gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein einseitig offenes, U- förmiges Auflager (30) als Widerlager für das Meßglied (14) ausgebildet und an dem Meßbalken (12) in Richtung der zu messenden Last oder Kraft (P 1, P 2) entgegen dem Druck einer Feder (31) anschlagbegrenzt verschiebbar ist. (Fig. 6 bis 8)

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (30) an dem Meßbalken (12) durch eine Schraubendruckfeder (31) vorgespannt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß eine stufenlos einstellbare Spannschraube (32) für die Vor­ spannung der Druckfeder (31) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spannschraube (32) durch eine Spannmutter (33) arretierbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß bei zweiseitiger Meßrichtung zwei einander spiegelbild­ lich gegenüberliegende, einseitig offene U-förmige Auf­ lager (30) als Widerlager vorgesehen sind, die an dem Meßglied (14) in jeder der beiden Meßrichtungen von ent­ gegengesetzten Seiten angreifen und an dem Meßbalken (12) jeweils in Richtung der zu messenden Last oder Kraft (P 1, P 2) entgegen dem Druck einer Feder (31) an­ schlagbegrenzt verschiebbar sind. (Fig. 7)

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Meßbalken (12) an seinem dem gehäusefesten Drehlagerzap­ fen (13) gegenüberliegenden Ende durch eine zusätzliche Druckfeder (34) entgegen der Meßrichtung unter Vorspan­ nung gehalten ist. (Fig. 8)

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zusätzliche Druck­ feder (34) als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und eine arretierbare Spannschraube (35) zur Einstellung des Federdruckes aufweist.