WO2023202746A1 - Aktiver fender, aktives fender-system sowie verfahren zur regelung einer relativen bewegung - Google Patents

Aktiver fender, aktives fender-system sowie verfahren zur regelung einer relativen bewegung Download PDF

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WO2023202746A1
WO2023202746A1 PCT/DE2023/100281 DE2023100281W WO2023202746A1 WO 2023202746 A1 WO2023202746 A1 WO 2023202746A1 DE 2023100281 W DE2023100281 W DE 2023100281W WO 2023202746 A1 WO2023202746 A1 WO 2023202746A1
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thrust
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PCT/DE2023/100281
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Harald HÜBNER
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02B3/00—Engineering works in connection with control or use of streams, rivers, coasts, or other marine sites; Sealings or joints for engineering works in general
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B2017/0091—Offshore structures for wind turbines

Definitions

  • 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 from a surface on an outside of the fender body, the individual contact zones of the load cells being arranged symmetrically and/or axially symmetrical to one another.
  • the invention further relates to an active fender system with at least one active fender according to the invention and to methods for controlling a relative movement of a movable watercraft equipped with at least one active fender using an active fender according to the invention and / or active fender system according to the invention.
  • 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 mobile watercraft.
  • 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 berthing or docking, during harbor maneuvers, as well as 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 and as a spacer so that the ship's hull does not rub directly against the quay wall or the like.
  • fenders are currently made from a range of materials.
  • this preferably includes PE (polyethylene) plastics.
  • PE polyethylene
  • coconut fibers, EPDM (ethylene propylene diene rubber), natural rubber with added SBR (styrene butadiene rubber), neoprene, polyurethane, PVC (polyvinyl chloride), silicone, TPE (thermoplastic elastomers) or the like are also used.
  • An active fender in the sense of the invention is a protective body that is equipped at least with sensors for measuring, preferably for pressure measurement/pressure difference measurement, and a connection to a communication network for signal transmission. All technical components that use the sensors of the respective active fender for signaling purposes are understood to be an active fender system.
  • the vehicle's own system can be integrated as a subsystem in the sense of the classic concept of technology.
  • a system ancient Greek systems, “a whole composed of several individual parts” is referred to below as a definable, technical assembly that consists of various technical components different technical properties, which can be viewed as a common whole due to certain orderly relationships with one another.
  • the active fender can already be equipped with a signal converter and network, for example loT.
  • the Internet of Things is the name for the network of physical objects (“things”) that are equipped with sensors, software and other technology to network them with other devices and systems over the Internet so that data can be exchanged between the objects can be exchanged.
  • parts of signal processing, further data processing, data storage, control or regulation units, networks for control elements, actuators and communication are integrated into an active Fender system that, in terms of construction technology, does not have to be included in the active Fender as hardware and software.
  • the inventive active fender system essentially uses the shear forces measured by the active fender. Horizontal and vertical forces that occur when docking the movable vehicle equipped with the active fender with a fixed structure or with another movable vehicle are measured via sensors in the active fender and via signal processing in control or regulation electronics of the active fender system implemented in such a way that drives and/or actuators enable proactive movement compensation of the moving vehicle relative to the fixed structure or the other moving vehicle.
  • a disturbance variable is the factor that acts from outside on the measuring system or the control loop, here for example 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 is counteracted by the control circuit.
  • control, regulation or sequential regulation the effects of environmental influences such as swell, wind and current conditions on a watercraft can lead to significant problems. For example, even light seas can jeopardize the safe passage of personnel onto the foundations of offshore wind turbines.
  • the inventive method for controlling relative movement of a movable vehicle using the active fender system in relation to another movable vehicle or fixed location uses the signals from the load cells in the active fender.
  • 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 incorporated into the data processing of the watercraft's hydraulic control system by the active fender system via central automation. From this, for example, control commands for the vehicle's hydraulic suspension are generated.
  • the measured forces are also used to control or regulate the propulsion system during the docking process.
  • the measured values can be used to control the thrust of the drive system of the docking vehicle, for example to keep the contact pressure constant during docking and thus prevent detachment from the dock.
  • the respective active fender system includes at least one fender with at least one measuring unit.
  • the respective measuring unit has, for example, two parallel rows of force measuring cells and at least one signal processing system, 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 optical, which, for example, shows the skipper and the crew whether the holding force is sufficient and/or a safe crossing can take place.
  • Active fenders can be attached to the bow and/or the sides and/or the stern of a watercraft and can be networked with each other in the active fender system.
  • a method for landing a watercraft on a structure comprising the steps: moving to the position of the structure, bringing the watercraft into contact with the structure, detecting the pressure acting on the structure by the watercraft, and controlling the control and propulsion system of the watercraft in order to achieve a predetermined pressure directed by the watercraft against the structure, the control and propulsion system of the watercraft taking place with foresighted consideration of expected future wave events affecting the watercraft, which are carried out by means of wave radar, Infrared and/or ultrasonic sensors are detected.
  • a bow fender with sensors is also known from this document, which detects a decrease in contact pressure.
  • WO 2014 118 570 A1 shows a method and a device for mooring seaworthy vehicles to a structure.
  • the device includes a fender with a layer of compressible material attached to the vehicle.
  • Anchor points with associated pull mechanisms with a drawstring are attached to the sides of the vehicle.
  • a respective pulling mechanism can be connected to one of the anchor points.
  • the boat is first steered to the jetty in order to attach the fender to pylons.
  • the anchors are pulled out of the pulling mechanism with the respective straps and placed around one of the pylons.
  • Each strap is then attached to an anchor point on the vehicle and the mechanisms are activated to tighten the straps around the pylons and press the fender against them.
  • a control system maintains the required tension in the straps to secure the anchoring.
  • a control system for a seagoing vessel with a propulsion and Control system and a fender arrangement at the bow of the seagoing vessel to establish contact between the seagoing vessel and an external structure includes force, pressure, torque or strain sensors and a control device.
  • the force, pressure, torque or strain sensors measure force, pressure, torque or strain indicative of the forces between the fender assembly and the external structure.
  • the controller controls the operation of the drive and steering system to substantially apply the desired forces between the fender assembly and the external structure based on the force, pressure, torque or strain measurements from the force, pressure, torque or strain sensors achieve or maintain.
  • a control system for a suspension system of a multihull ship having a chassis part and at least two hulls that are movable relative to the chassis part.
  • the vessel's suspension system provides support for at least a portion of the chassis over the at least two hulls and includes adjustable supports and at least one motor to enable adjustment of a support force and/or displacement of the adjustable supports.
  • the control system includes a fender friction force input for receiving at least one signal indicative of a friction force on a fender portion between a fixed or floating object and the ship chassis portion, and in response to the fender friction force input, the control system is to control the support force and/or the displacement between the Adjust the chassis part and the at least two hulls to reduce or minimize the friction force on the fender part.
  • the present invention is based on the task of measuring the forces that occur between the movable vehicle and the other movable vehicle or fixed structure via the active fender in the horizontal and vertical directions and then further processing them in this way by the active fender system that an optimized thrust force of the drive system and/or optimized control or regulation of a hydraulic suspension takes place.
  • 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 from a surface on an outside of the fender body, the individual contact zones of the load cells being arranged symmetrically and/or axially symmetrical to one another.
  • the active fender in particular can have eight load cells, which are arranged equidistant from one another in two rows when viewed horizontally and in four rows when viewed vertically.
  • 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 Z data processing, data storage, control or regulation unit with display/control panel, User interface, display and interfaces to other systems and/or to on-board systems.
  • Another system can be central automation.
  • the method according to the invention for controlling a relative movement of a movable watercraft equipped with at least one active fender using an active fender according to the invention and / or active fender system according to the invention is designed at least with the following steps:
  • a further method for controlling a relative movement of a movable watercraft equipped with at least one active fender is designed using an active fender according to the invention and / or active fender system according to the invention with the steps:
  • a method according to the invention for controlling a relative movement of a movable watercraft equipped with at least one active fender using an active fender system according to the invention with the sea state compensation and thrust control modes is particularly preferred, wherein
  • the measurement data from load cells in the active Fender system are used for three applications:
  • a manual mode can still be used to allow the skipper to intervene in the system if this is deemed necessary.
  • the ship's captain is then shown the target and actual forces and the control and regulation parameters through the display of the active fender system. This means that the respective technical regulations and recommendations for action are met.
  • Another display preferably as a type of optical traffic light system, shows the skipper and crew the holding force between the fender and the fixed structure or other watercraft quantitatively and qualitatively. This also provides a decision-making aid for manual intervention in the system by the skipper. If there is a risk that the holding force is not sufficient for a safe climb, the crew is warned and the dangers during the climb are reduced.
  • active fenders are provided by equipping docking fenders with load cells.
  • the cells are installed in several rows, e.g. in two parallel rows horizontally in the upper and lower areas of the fender between the fender and the boat hull.
  • the moving vehicle is pressed against another moving vehicle or a fixed structure by the drive via the active fender.
  • the active fender Through the Horizontal contact pressure and the frictional forces between the fender surface and the vehicle wall or the building wall stabilize the relative position in one direction.
  • the permanently variable vertical forces on the active fender caused by sea conditions are recorded by means of the upper and lower load cells in the active fender. If the moving vehicle with the active fender moves upwards on the vehicle wall or the building wall, the measurable forces in the upper row of force measuring cells become larger and in the lower row smaller. From this difference, the shear forces can be determined using the coefficient of friction of the fender material.
  • the two rows of horizontal on the connecting fender create a difference in values 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 placed in relation to the holding forces from shear force and static friction.
  • This balance and the sensory perception of environmental conditions such as sea conditions, currents, waves and wind are fed and processed via the central automation into the control unit and data processing of the hydraulic suspension system. From this data, the corresponding control commands for the hydraulic cylinders are generated and the horizontal alignment of the sprung boat area (chassis) is proactively stabilized before the external disruptive forces exceed the static friction and trigger unwanted movements of the boat.
  • the thrust forces used are also optimized.
  • limit value ranges can be recognized in advance and displayed using a corresponding visual result display (traffic light system). This provides the ship's master and crew with an objective technical decision-making tool for the timely termination of operations, as the loss of holding force can be indicated in advance. This creates a significant increase in security.
  • the method is particularly suitable for multihull watercraft that are used for landing on offshore structures, such as. B. offshore platforms or offshore wind turbines, ship crossings can be used.
  • offshore structures such as. B. offshore platforms or offshore wind turbines, ship crossings can be used.
  • the suspension system used in some multihull boats which connects the hulls to the chassis of the watercraft, significantly improved motion control when boarding the watercraft can be achieved based on the present invention.
  • the structure is particularly preferably the pier of an offshore wind turbine.
  • FIG. 1 shows an exemplary schematic representation of a watercraft 10 in “docking mode” in a side view with acting force vectors
  • FIG. 2 shows an exemplary sectional view of an active fender 13 with load cells 17 arranged in several rows;
  • Fig. 3 is a flow chart example of the information flow, the actuators and the input and output media that are supported or accessed via the active Fender system;
  • Fig. 4 shows an example of the control panels and displays of the active Fender system
  • a schematic representation A schematic representation of an exemplary embodiment with active automatic thrust control with the forces measured by the fender.
  • Fig.1 shows a schematic representation of a watercraft 10 in “docking mode” in a side view.
  • the watercraft 10 with its “smart” active fender 13 with load cells 17 arranged in several rows “docks” (maintains contact) at a boat landing 21, here an offshore structure 20, for example a wind turbine.
  • the contact pressure/holding force P on the boat landing 21 of the offshore structure 20 is continuously regulated before the disruptive forces have a detrimental effect on the watercraft 10.
  • Fig. 2 shows a sectional view of an active fender 13 with force measuring cells 17 arranged in several rows, here two rows seen horizontally, four rows seen vertically.
  • the multi-row arrangement allows the forces to be measured both horizontally and vertically.
  • the measured data is then forwarded to the ship's central automation 14 via the active fender system.
  • the active fender system is spatially integrated in the active fender 13, between the active fender 13 and the central automation 14 or integrated in the central automation 14, depending on the structural requirements.
  • the display 33 belonging to the active fender system or the display/control panel 30 with the displays 31, 32 or the user interface 36 are ergonomically positioned near the crew or the skipper and in the communication paths/network of the active fender system integrated.
  • Fig. 3 shows a flow chart example of the information flow, the actuators and the input and output media that are supported or accessed via the active Fender system. As an example, four selection options with subsequent links are shown as a chart:
  • 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 control panel 30 or visualized as a bar progress display, which are provided via the active fender system.
  • the data of the target/actual holding force 31 and the target/actual thrust force 32 are displayed to the skipper on the display/control panel 30, which are provided via the active fender system.
  • the hydraulic suspension 15 is controlled via the ship's central automation 14 via the sea state compensation 34.
  • the so-called automatic thrust control shows the skipper on the display/control panel 30 the data of the target/actual holding force 31 and the target/actual thrust force 32, which are provided via the active fender system.
  • the thrust force S is controlled via the central automation 14 of the ship via the thrust control 35.
  • the target/actual holding force 31 and the target/actual thrust force 32 are displayed to the skipper on the display/control panel 30, which are controlled via the active fender system are provided.
  • the hydraulic suspension 15 and thrust control 35 are controlled via the central automation 14 of the ship.
  • Fig. 4 shows an example of the control panels and displays of the active Fender system.
  • a display/control panel 30 with a user interface 36 for the ship's command and a display 33 for information for the crew are shown as an example.
  • the display/control panel 30 in the wheelhouse shows the skipper the holding force 31 and the thrust force 32. Both displays are designed as a dynamic target/actual display, here as a bar progress display. This means that the skipper can intervene at any time if the target range is exceeded or fallen below.
  • the skipper can use the user interface 36 to select the different modes in which the active spring system should work with the central automation 14 of the watercraft 10.
  • the crew's display 33 warns the crew via a traffic light display of a loss of holding force between the active fender 13 and the boat landing 21 on the offshore structure 20.
  • All display data is provided by the central automation 14 of the watercraft 10.
  • Fig. 5 shows an example of the sea state compensation mode for a watercraft 10 in “docking mode” in a side view according to Fig.1.
  • the load cells 13 in the active fender 13 measure the downward chassis friction force CR, the fender torsion FT and the force between the watercraft and the structure KM.
  • the two-row horizontal and vertical force measurement on the connecting active fender 13 and the movements of the watercraft 10 create a value difference between the upper and lower force measurement KM.
  • a relatively larger pressure KMa is measured at the top compared to the lower pressure KMb.
  • the active fender system transmits the pressures measured by the active fender 13 in processed form to the central automation 14 of the watercraft 10 via an interface.
  • the data for a necessary contact pressure/holding force P is provided from the measured signals from the load cells 17 of the active fender 13 and compared with the actual contact pressure/holding force P.
  • the active Fender system derives the necessary control data commands from this.
  • the skipper activates the sea state compensation 34 via the display/control panel 30.
  • the control data commands are sent from the active fender system to the central automation 14.
  • the central automation 14 of the watercraft 10 gives the thrust in/out commands to the hydraulic cylinders of the hydraulic suspension 15 of the watercraft 10 in order to regulate/compensate for the swell movements during the docking process.
  • Fig. 6 shows an example of the thrust control mode for a watercraft 10 in the “docking mode” in a side view according to Fig.1.
  • the load cells 17 in the active fender 13 measure the downward chassis friction force CR, the fender torsion FT and the force between the watercraft and the structure KM.
  • the two-row horizontal and vertical force measurement on the connecting active fender 13 and the movements of the watercraft 10 create a value difference between the upper and lower force measurement KM.
  • a relatively larger pressure KMa is measured at the top compared to the lower pressure KMb.
  • the active fender system transmits the pressures measured by the active fender 13 in processed form to the central automation 14 of the watercraft 10 via an interface.
  • the data for a necessary contact pressure/holding force P is provided from the measured signals from the load cells 17 of the active fender 13 and compared with the actual contact pressure/holding force P.
  • the active Fender system derives the necessary control data commands from this.
  • the skipper activates the thrust control 35 via the display/control panel 30.
  • the control data commands are sent from the active fender system to the central automation 14.
  • the central automation 14 of the watercraft 10 issues the thrust forward/back commands to the control of the prime mover 16 in order to keep the static friction P within the required limit during the docking process.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen aktiven 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. Ferner betrifft die Erfindung ein aktives Fender-System mit zumindest einem erfindungsgemäßen aktiven Fender (13) sowie Verfahren zur Regelung einer relativen Bewegung eines mit zumindest einem aktiven Fender (13) ausgerüsteten beweglichen Wasserfahrzeugs (10) unter Nutzung eines erfindungsgemäßen aktiven Fenders (13) und/oder erfindungsgemäßen aktiven Fender-Systems.

Description

AKTIVER FENDER, AKTIVES FENDER-SYSTEM SOWIE VERFAHREN ZUR REGELUNG EINER RELATIVEN BEWEGUNG
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.
Ferner betrifft die Erfindung ein aktives Fender-System mit zumindest einem erfindungsgemäßen aktiven Fender sowie 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.
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.
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.
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.
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 systems „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.
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.
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.
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.
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. 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.
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.
Das jeweilige aktive Fender System umfasst zumindest einen Fender mit zumindest einer Messeinheit.
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.
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.
Stand der Technik
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. 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.
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.
Aus der DE 102015 108 882 B3 ist ein Verfahren zum Anlanden eines Wasserfahrzeugs an einem Bauwerk bekannt, wobei das Verfahren die Schritte: Anfahren der Position des Bauwerks, in Kontakt bringen des Wasserfahrzeugs mit dem Bauwerk, Erfassen des vom Wasserfahrzeug auf das Bauwerk einwirkenden Drucks, und Ansteuern der Steuer- und Vortriebsanlage des Wasserfahrzeugs zum Erreichen eines vom Wasserfahrzeug gegen das Bauwerk gerichteten vorbestimmten Drucks zeigt, wobei das Ansteuern der Steuer- und Vortriebsanlage des Wasserfahrzeugs unter vorausschauender Berücksichtigung zu erwartender, zukünftige auf das Wasserfahrzeug wirkender Wellenereignisse erfolgt, die mittels Wellenradar, Infrarot- und/oder Ultraschallsensoren erfasst werden. Aus dieser Schrift ist auch ein Bugfender mit Sensoren bekannt, der ein Nachlassen eines Anpressdrucks erfasst.
Die WO 2014 118 570 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Festmachen von seetüchtigen Fahrzeugen an einem Bauwerk. Die Vorrichtung umfasst einen Fender mit einer Schicht aus komprimierbarem Material, der an dem Fahrzeug angebracht ist. An den Seiten des Fahrzeugs sind Ankerpunkte mit jeweiligen zugeordneten Zugmechanismen mit Zugband angebracht. Ein jeweiliger Zugmechanismus ist mit einem der Ankerpunkte verbindbar. Beim Festmachen wird das Boot zunächst zum Bootssteg gelenkt, um den Fender an Pylonen zu befestigen. Dabei werden Anker mit dem jeweiligen Zuband aus dem Zugmechanismus herausgezogen und jeweils um einen der Pylonen gelegt. Jedes Band wird dann an einem Ankerpunkt des Fahrzeugs befestigt, und die Mechanismen werden aktiviert, um die Bänder um die Pylonen zu fest zu ziehen und den Fender gegen sie zu drücken. Ein Steuersystem hält die erforderliche Spannung in den Bändern aufrecht, um die Verankerung zu sichern.
Weiter ist aus der WO 2022 / 131 935 A1 bekannt, dass Wartungspersonal bei unterschiedlichen See- und Wetterbedingungen sicher von Schiffen zu Offshore-Strukturen gebracht werden muss. Hier wird ein Steuersystem für ein Seeschiff mit einem Antriebs- und Steuersystem und einer Fenderanordnung am Bug des Seeschiffs vorgestellt, um den Kontakt zwischen dem Seeschiff und einer externen Struktur herzustellen. Das Steuersystem umfasst Kraft-, Druck-, Drehmoment- oder Dehnungssensoren und ein Steuergerät. Die Kraft-, Druck-, Drehmoment- oder Dehnungssensoren messen Kraft, Druck, Drehmoment oder Dehnung, die für die Kräfte zwischen der Fenderanordnung und der externen Struktur kennzeichnend sind. Das Steuergerät steuert den Betrieb des Antriebs- und Lenksystems, um auf der Grundlage der Kraft-, Druck-, Drehmoment- oder Dehnungsmessungen der Kraft-, Druck-, Drehmoment- oder Dehnungssensoren im Wesentlichen die gewünschten Kräfte zwischen der Kotflügelanordnung und der äußeren Struktur zu erzielen oder aufrechtzuerhalten.
Ferner ist aus der US 2016 / 0 355241 A1 ein Steuersystem für ein Aufhängungssystem eines Mehrrumpfschiffes bekannt, wobei das Schiff ein Fahrgestellteil und mindestens zwei Rümpfe aufweist, die relativ zu dem Fahrgestellteil beweglich sind. Das Aufhängungssystem des Schiffes sorgt für die Abstützung mindestens eines Teils des Fahrgestells über den mindestens zwei Rümpfen und umfasst einstellbare Stützen und mindestens einen Motor, um die Einstellung einer Stützkraft und/oder die Verschiebung der einstellbaren Stützen zu ermöglichen. Das Steuersystem umfasst einen Fender-Reibungskrafteingang zum Empfangen mindestens eines Signals, das eine Reibungskraft auf einen Fenderteil zwischen einem festen oder schwimmenden Objekt und dem Schiffschassisteil anzeigt, und als Reaktion auf den Fender-Reibungskrafteingang soll das Steuersystem die Stützkraft und/oder die Verschiebung zwischen dem Chassisteil und den mindestens zwei Rümpfen einstellen, um die Reibungskraft auf den Fenderteil zu verringern oder zu minimieren.
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.
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.
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. 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.
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-ZDatenverarbeitung, Datenspeicherung, Steuer- oder Regelungseinheit mit Anzeige / Bedienfeld, User Interface, Display und Schnittstellen zu weiteren Systemen und/oder zu Bordsystemen aufweist.
Weiter kann ein weiteres System eine zentrale Automatisation sein.
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 SteuerdatenABefehle 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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
Bewegt sich das bewegliche Fahrzeug mit dem aktiven Fender an der Fahrzeugwand bzw. der Bauwerkswand nach unten ist die Kraftverteilung umgekehrt.
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.
Mithilfe der gemessenen Daten werden zudem die eingesetzten Schubkräfte optimiert.
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.
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.
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. 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.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Bauwerk um die Anlegestelle einer Offshore- Windenergieanlage.
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:
Fig.1 eine beispielhafte schematische Darstellung eines Wasserfahrzeugs 10 im „Docking- Modus“ in Seitenansicht mit wirkenden Kräftevektoren;
Fig.2 eine beispielhafte Schnittdarstellung eines aktiven Fenders 13 mit mehrreihig angeordneten Kraftmesszellen 17;
Fig. 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;
Fig. 4 beispielhaft die Bedienfelder und Anzeigen des aktiven Fender Systems;
Fig. 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
Fig. 6 Automatische Schub Reglung
Eine schematische Darstellung Eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiel bei aktiver automatischer Schub Reglung mit den durch den Fender gemessen Kräften.
Fig.1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wasserfahrzeug 10 im „Docking-Modus“ in Seitenansicht. Das Wasserfahrzeug 10 mit seinem „smarten“ aktiven Fender 13 mit mehrreihig angeordneten Kraftmesszellen 17 „dockt“ (hält Kontakt) dabei an einem Boat Landing 21, hier einem Offshore-Bauwerk 20, z.B. einer Windkraftanlage, an. Die auf das Wasserfahrzeug 10 wirkenden Kräfte durch Störgrößen aus der Welleneinwirkung W, die zum Rutschen oder gar zum Kontaktverlust des aktiven Fenders 13 mit dem Boat Landing 21 am Offshore-Bauwerk 20 führen können, werden messtechnisch bestimmt und durch Maschinenkommandos MK und Ausgleichsbewegungen der Hydraulischen Federung 15 kompensiert. Die Anpresskraft/Haltekraft P am Boat Landing 21 des Offshore- Bauwerks 20 wird kontinuierlich geregelt bevor die Störkräfte auf das Wasserfahrzeug 10 nachteilig wirken.
Fig.2 zeigt eine Schnittdarstellung eines aktiven Fenders 13 mit mehrreihig, hier horizontal gesehen zweireihig, vertikal gesehen vierreihig, angeordneten Kraftmesszellen 17. Durch die mehrreihige Anordnung können die Kräfte sowohl horizontal wie auch vertikal gemessen werden. Die gemessenen Daten werden anschließend über das aktive Fender System an die zentrale Automatisation 14 des Schiffes weitergeleitet. Das aktive Fender System ist räumlich im aktiven Fender 13 mit integriert, zwischen dem aktiven Fender 13 und der zentralen Automation 14 oder in der zentralen Automation 14 integriert, je nach bautechnischen Erfordernissen. Das zum aktiven Fender System gehörige Display 33 bzw. das Anzeige-/ Bedienfeld 30 mit den Anzeigen 31 , 32 bzw. das User Interface 36 sind in der Nähe der Besatzung bzw. des Schiffsführers ergonomisch positioniert und in die Kommunikationswege/das Netzwerk des aktiven Fender Systems eingebunden.
Fig. 3 zeigt 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. Beispielhaft werden hier vier Auswahlmöglichkeiten mit anschließenden Verknüpfungen als Chart dargestellt:
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.
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.
Über den Seegangs Ausgleich 34 wird die Hydraulische Federung 15 über die zentrale Automatisation 14 des Schiffes angesteuert.
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.
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.
Fig. 4 zeigt beispielhaft die Bedienfelder und Anzeigen des aktiven Fender Systems. Es werden beispielhaft eine Anzeige/Bedienfeld 30 mit User Interface 36 für die Schiffsführung und ein Display 33 zur Information für die Besatzung gezeigt.
Die Anzeige/Bedienfeld 30 im Steuerhaus (vgl. Fig. 5) zeigt dem Schiffsführer die Haltekraft 31 und die Schubkraft 32 an. Beide Anzeigen sind als dynamische Soll/Ist Anzeige ausgeführt, hier als Balkenfortschrittsanzeige. Damit kann der Schiffsführer jederzeit eingreifen, falls der Sollbereich unter oder überschritte wird.
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.
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.
Alle Daten der Anzeigen werden vom der Zentrale Automatisation 14 des Wasserfahrzeugs 10 zur Verfügung gestellt.
Fig. 5 zeigt beispielhaft den Modus Seegangs Ausgleich für ein Wasserfahrzeug 10 im „Docking-Modus“ in Seitenansicht nach Fig.1. Dabei messen die Kraftmesszellen 13 im aktiven Fender 13 die Chassis Reibkraft nach unten CR, die Fender Torsion FT und die Kraft zwischen dem Wasserfahrzeug und dem Bauwerk KM. 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.
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 SteuerdatenAbefehle ab. Der Schiffsführer aktiviert über die Anzeige / Bedienfeld 30 den Seegangs Ausgleich 34. Die SteuerdatenAbefehle 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. Fig. 6 zeigt beispielhaft den Modus Schub Reglung für ein Wasserfahrzeug 10 im „Docking- Modus“ in Seitenansicht nach Fig.1.
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.
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.
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 SteuerdatenAbefehle ab. Der Schiffsführer aktiviert über die Anzeige / Bedienfeld 30 die Schub Reglung 35. Die SteuerdatenAbefehle 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.
Nachfolgend sind die Bezugszeichen der Figuren aufgeführt:
10 Wasserfahrzeug
11 Rumpf
12 Chassis
13 aktiver Fender
14 zentrale Automatisation
15 hydraulische Federung
16 Antriebsmaschine
17 Kraftmesszelle
20 Offshore Bauwerk
21 Boat Landing
30 Anzeige / Bedienfeld
31 Anzeige Soll / Ist Haltekraft
32 Anzeige Soll / Ist Schubkraft
33 Display
34 Aktivierung Seegangs Ausgleich
35 Aktivierung Schub Reglung
36 User Interface
P Anpresskraft / Haltekraft
W Welleneinwirkung
MK Maschinenkommando
S Schubkraft
FT Fender Torsion
KM Messen der Kräfte zwischen Wasserfahrzeug und Offshore Bauwerk
KM a Messen der Kräfte oben
KMb Messen der Kräfte unten
CR Chassis Reibkraft nach unten

Claims

A N S P R Ü C H E 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. Aktiver Fender (13) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das der aktive Fender (13) acht Kraftmesszellen (17) aufweist, die in der Fläche horizontal gesehen zweireihig und vertikal gesehen vierreihig zueinander jeweils äquidistant angeordnet sind. Aktives Fender-System mit zumindest einem aktiven Fender (13) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Fender-System zumindest einen Signalwandler, ein Netzwerk, Hard- und Software für eine Signal-ZDatenverarbeitung, Datenspeicherung, Steuer- oder Regelungseinheit mit Anzeige / Bedienfeld (30), User Interface (36), Display (33) und Schnittstellen zu weiteren Systemen und/oder zu Bordsystemen aufweist. Aktives Fender-System (13) mit zumindest einem aktiven Fender (13) nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres System eine zentrale Automatisation (14)v ist. Verfahren zur Regelung einer relativen Bewegung eines mit zumindest einem aktiven Fender (13) ausgerüsteten beweglichen Wasserfahrzeugs (10) unter Nutzung eines aktiven Fenders (13) und/oder aktiven Fender-Systems nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit den Schritten:
- Aktivierung des Modus Seegangs Ausgleich (34),
- Messung durch die Kraftmesszellen (17) der jeweiligen aktiven Fender (13)
- 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 SteuerdatenABefehle an die zentrale Automatisation (14) des Wasserfahrzeugs (10),
- Regelung durch Befehle Schub Ein / Ausfahren an die Hydraulikzylinder der hydraulischen Federung (15) des Wasserfahrzeugs (10), um die Seegangs Bewegungen beim Dockvorgang auszugleichen. Verfahren zur Regelung einer relativen Bewegung eines mit zumindest einem aktiven Fender (13) ausgerüsteten beweglichen Wasserfahrzeugs (10) unter Nutzung eines aktiven Fenders (13) und/oder aktiven Fender-Systems nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, mit den Schritten:
- Aktivierung des Modus Schub Ausgleich (35),
- Messung durch die Kraftmesszellen (17) der jeweiligen aktiven Fender (13)
- 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 SteuerdatenABefehle an die zentrale Automatisation (14) des Wasserfahrzeugs (10),
- Regelung durch Befehle Schub vor / zurück an die Steuerung der Antriebsmaschine (16) des Wasserfahrzeugs (10), um die Haftreibung P beim Dockingvorgang in einem vorgegebenen Limit-Bereich zu halten. Verfahren zur Regelung einer relativen Bewegung eines mit zumindest einem aktiven Fender (13) ausgerüsteten beweglichen Wasserfahrzeugs (10) unter Nutzung eines aktiven Fender Systems nach den zwei vorangehenden Ansprüchen mit den Modi Seegangs Ausgleich (34) und Schub Reglung (35) wobei
- Aktivierung des Modus Seegangs Ausgleich (34) und
- Aktivierung des Modus Schub Reglung (35) parallel erfolgen.
PCT/DE2023/100281 2022-04-22 2023-04-20 Aktiver fender, aktives fender-system sowie verfahren zur regelung einer relativen bewegung WO2023202746A1 (de)

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