DE1255265B

DE1255265B - Mooring winch with torsion bars switched on in the power transmission from the drive motor to the cable drum

Info

Publication number: DE1255265B
Application number: DE1963J0024720
Authority: DE
Inventors: Peter Geist; Dipl-Ing Fritz Lau
Original assignee: Institut fuer Schiffbau
Current assignee: Institut fuer Schiffbau
Priority date: 1963-11-11
Filing date: 1963-11-11
Publication date: 1967-11-30

Description

Verholwinde mit in die Kraftübertragung vom Antriebsmotor zur Seiltrommel eingeschalteten Torsionsstäben Die Erfindung betrifft eine Verholwinde mit in die Kraftübertragung vom Antriebsmotor zur Seiltrommel eingeschalteten Torsionsstäben.Mooring winch also in the power transmission from the drive motor to the rope drum switched torsion bars The invention relates to a mooring winch with in the Power transmission from the drive motor to the cable drum switched on torsion bars.

Zur Erleichterung des Festmachens und zur Automatisierung der Leinenüberwachung finden vielfach automatische Verholwinden Verwendung, die die Trossen in Abhängigkeit von den jeweiligen Hafen-und Wetterverhältnissen mit einem bestimmten Zug belasten und diesen etwa konstant aufrechterhalten. Auf Änderungen des Sollzuges, wenn er eine bestimmte Grenze nach oben oder unten überschreitet, reagieren die Winden durch Auslassen oder Einholen des Seiles, bis der ursprüngliche Spannungszustand wiederhergestellt ist. Dadurch sollen Lageänderungen zwischen dem Schiff und der Anlegestelle, die verschiedene Ursachen haben können (Tiefgangsänderungen beim Laden und Löschen, Ebbe und Flut, Niveauänderungen beim Durchschleusen, Dünungs- und Windeinflüsse) so kompensiert werden, daß das Schiff elastisch an seinem Liegeplatz gehalten wird. Für diese Zwecke sind zunächst vor allem Dampfwinden verwendet worden, die infolge ihrer Arbeitscharakteristik eine sehr gute Anpassung an die praktischen Bedingungen ermöglichen. Ähnliche Verhältnisse lassen sich auch noch bei anderen Antrieben, z. B. Gleichstrommotoren, erreichen.To facilitate mooring and to automate line monitoring Automatic mooring winches are often used, which depend on the cables of the respective port and weather conditions with a certain train and maintain it roughly constant. On changes to the target move, if he exceeds a certain limit upwards or downwards, the winds react through Dropping or pulling in the rope until the original tension is restored is. This is intended to change the position between the ship and the landing stage, the can have various causes (changes in draft during loading and unloading, Ebb and flow, changes in level when passing through, swell and wind influences) be compensated so that the ship is held elastically at its berth. For these purposes, steam winches were first used, which as a result their working characteristics a very good adaptation to the practical conditions enable. Similar conditions can also be found with other drives, z. B. DC motors achieve.

Schwierigkeiten ergeben sich dagegen beim Übergang auf Antriebsmaschinen, die ein weniger anpassungsfähiges Arbeitsverhalten zeigen, z. B. Drehstromkurzschlußläufermotoren. Einmal sind die auftretenden Seillängenänderungen bei den zulässigen Kraftänderungen sehr gering, so daß die Gefahr besteht, daß die Winde zur Kompensation dieser Unterschiede bei schnellen Niveauänderungen sehr häufig schalten muß. Weiterhin muß damit gerechnet werden, daß die Winde infolge von Schaltverzögerungen und ihrer mechanischen Trägheit einen gewissen Nachlauf besitzt, d. h. bei kleinen Leinenlängenänderungen nicht innerhalb des vorgesehenen Toleranzbereiches zum Stehen kommt, so daß dadurch ein ständiges Pendeln der Winde zwischen beiden Schaltstellungen zustande kommen kann. Außerdem treten im praktischen Betrieb häufig auch kurzzeitige, ruckartige Beanspruchungen auf, die keine echten Belastungsänderungen darstellen, jedoch ebenfalls eine sofortige Reaktion der Winde verlangen.Difficulties arise, however, with the transition to prime movers, which show a less adaptable working behavior, z. B. three-phase squirrel cage motors. On the one hand, the changes in rope length that occur with the permissible changes in force are very small, so that there is a risk that the winch will have to switch very frequently in order to compensate for these differences in the event of rapid changes in level. Furthermore, it must be expected that the winch will have a certain lag due to switching delays and its mechanical inertia, i. H. does not come to a standstill within the specified tolerance range in the event of small changes in the length of the line, so that the winch can constantly oscillate between the two switching positions. In addition, brief, jerky loads often occur in practical operation, which do not represent any real changes in load, but also require an immediate reaction from the winch.

Es sind verschiedene Windenkonstruktionen bekannt, die unter Einschaltung eines Federelementes, das dann in der Regel zugleich als Lastwaage dient, eine bessere Anpassungsfähigkeit an die praktischen Betriebsbedingungen zu erreichen versuchen, d. h. eine gewisse Relativbewegung bestimmter Teile der Winde, z. B. der Seiltrommel, gestatten, ohne daß sofort eine Schaltung des Antriebes erfolgt. Für die Verwendung als automatische Verholwinden im Schiffsbetrieb scheiden dabei von vornherein solche Konstruktionen aus, bei denen das Federglied, z. B. ein Torsionsstab, nicht mit den beweglichen Teilen der Winde umläuft, sondern mit der ruhenden Trornmel verbunden ist. Dadurch ist zwar eine Relativbewegung, aber keine volle Drehung der Trommel möglich. Auch die bei Förderanlagen übliche Anordnung zur Messung des Drehmomentes mit Hilfe einer mit dem Getriebe umlaufenden Verdrehungsfeder ist für den Vertäuungsbetrieb nicht brauchbar, da sie nur eine Begrenzung des Endwertes, aber keine stufenlose Lastmessung ermöglicht.Various winch constructions are known which attempt to achieve better adaptability to practical operating conditions by using a spring element, which then usually also serves as a load scale . H. a certain relative movement of certain parts of the winch, e.g. B. the cable drum, without the drive being switched on immediately. For use as an automatic mooring winches in ship operations, such constructions are excluded from the outset in which the spring member, e.g. B. a torsion bar, does not revolve with the moving parts of the winch, but is connected to the stationary Trornmel. As a result, a relative movement is possible, but not a full rotation of the drum. The arrangement for measuring the torque with the aid of a torsion spring rotating with the gearbox, which is customary in conveyor systems, is also not usable for mooring operation, since it only enables the end value to be limited, but not for a stepless load measurement.

Es sind auch speziell für Schiffsverholwinden gedachte Konstruktionen bekannt, bei denen Teile der Winde oder des Antriebs bzw. die ganze Winde selbst elastisch gelagert sind, wodurch federnde Relativbewegungen erreicht werden.They are also specially designed for ship mooring winches known where parts of the winch or the drive or the entire winch itself are elastically mounted, whereby resilient relative movements are achieved.

Verholwinden, deren Federglied aus einem in der hohlen Getriebe- bzw. Trommelwelle angeordneten Torsionsstab oder aus in der Trommel oder einem anderen Teil der Kraftübertragung angebrachten Druckfedern gebildet wird, haben den Nachteil, daß sie in ihren Abmessungen weitgehend beschränkt sind und daher die Gefahr besteht, daß der zur Verfügung stehende Federweg nicht ausreicht, um den Eigenschaften des Antriebes gerecht zu werden.Mooring winches, the spring link of which consists of a hollow gear or Drum shaft arranged torsion bar or from in the drum or another Part of the power transmission is formed by attached compression springs, have the disadvantage that they are largely limited in their dimensions and therefore there is a risk of that the available spring travel is not sufficient to the properties of the Drive to meet.

Eine andere Verholwinde, deren Fundament so ausgebildet ist, daß es gegenüber seiner Standfläche, z. B. dem Schiffsdeck, eine gewisse Schwenkbewegung ausführen kann, wodurch eine entsprechende horizontale Relativbewegung der Trommel möglich ist, hat ebenfalls mehrere Nachteile. Sie ist nicht voll betriebssicher, da sie bei einem Festklemmen des Fundamentes durch irgendwelche Gegenstände, durch Verschmutzungen oder Vereisungen ihre eigentliche Funktion nicht mehr ausüben kann, während die überleitung der Kräfte aus der Winde in den Schilfsverband einen zusätzlichen Unterbau im Schiffsdeck bedingt. Außerdem ist der Federweg dieser Winde ebenfalls sehr begrenzt, da man das Fundament nicht beliebig weit ankippen lassen kann.Another mooring winch the foundation of which is designed to hold it compared to its standing area, e.g. B. the ship deck, a certain pivoting movement can perform, whereby a corresponding horizontal relative movement of the drum is possible, also has several disadvantages. It is not full safe to operate, as they are caused by any jamming of the foundation Objects do not function properly due to soiling or icing can exercise more while transferring the forces from the winch to the reeds requires an additional substructure in the ship deck. In addition, the travel is this The winds are also very limited, as you cannot tilt the foundation as far as you want can leave.

Es ist weiterhin auch eine Netzwinde bekanntgeworden, deren Antriebsrad in einem Kranz angeordnete Zugfedern aufweist. Wie oben bereits daraelegt, ergeben sich Schwierigkeiten beim Einsatz von Antriebsmaschinen mit weniger anpassungsfähigem Arbeitsverhalten. Hieraus ergibt sich, daß zur einwandfreien Funktion der Winde das Federelement weitgehend variabel ausgelegt sein muß, um eine große Verdrehung der Trommel bei stillstehender Antriebsmaschine zu erzielen bzw. um die Trägheiten im Antriebs- und Regelsystern auszugleichen.A net winch has also become known, its drive wheel Has tension springs arranged in a wreath. As already stated above, result difficulties in using prime movers with less adaptable Work behavior. This means that the winch must function properly the spring element must be designed to be largely variable to allow for a large twist to achieve the drum with the drive machine at a standstill or to reduce the inertia equalize in the drive and control system.

Der Nachteil der letztgenannten Konstruktion besteht darin, daß durch Anordnung der Federung in einer Zwischenstufe des Getriebes der Federweg, bezogen auf die Trommel im Verhältnis des dazwischenliegenden übersetzungsverhältnisses reduziert wird. Das bedeutet aber, daß die zulässige Verdrehung an der Trommel bei stillstehender Antriebsmaschine bzw. die Seillängung bzw. -kürzung bis zum Schaltvorgang wesentlich geringer ist als der Federweg am Federglied. Mit dieser Anordnung wird in den meisten Fällen die erforderliche Drehelastizität der Trommel nicht gewährleistet.The disadvantage of the latter construction is that by Arrangement of the suspension in an intermediate stage of the transmission based on the spring travel on the drum in the ratio of the intermediate gear ratio is reduced. But this means that the permissible rotation on the drum at stationary drive machine or the rope elongation or shortening up to the switching process is much less than the spring travel on the spring member. With this arrangement in most cases the required torsional elasticity of the drum is not guaranteed.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch die Anordnung der Federn in einem der Getrieberäder der Dimensionierung dieser Federn verhältnismäßig enge Grenzen gesetzt sind, wenn nicht die Zahnräder und andere Bauteile entsprechend den erforderlichen Abmessungen der Federn überdimensioniert werden sollen.Another disadvantage is that the arrangement of the springs in one of the gears the dimensioning of these springs is relatively tight Limits are set, if not the gears and other components accordingly the required dimensions of the springs are to be oversized.

Noch ein anderer Nachteil besteht darin, daß durch die Anordnung der Federn in einem der Getrieberäder die Verwendung standardisierter Getriebe ausgeschlossen ist.Yet another disadvantage is that the arrangement of the Springs in one of the gears ruled out the use of standardized gears is.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, aufbauend auf dem Gedanken der Einschaltung eines Federelementes in die Kraftübertragung vom Antriebsmotor zur Windentrommel, eine Verholwinde mit einer weitgehend variablen Auslegung des elastischen Gliedes zu schaffen, so daß eine einwandfreie Funktion der Winde unabhängig von der Art des Antriebes gegeben ist und die oben erwähnten Nachteile vermieden werden.The invention is now based on the object, building on the Thoughts of the inclusion of a spring element in the power transmission from the drive motor to the winch drum, a mooring winch with a largely variable design of the to create elastic member, so that a proper function of the winch independently is given by the type of drive and the above-mentioned disadvantages are avoided will.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Torsionsstäbe in der Seiltrommel konzentrisch zur Antriebswelle (Trommeldrehachse) angeordnet und an einem Ende fest mit der Trommel verbunden sind, wogegen ihre anderen Enden in der Trommel drehbar gelagert sind und außerhalb derselben Zahnräder aufweisen, die mit einem auf der Antriebswelle fest angeordneten Zahnrad im Eingriff stehen. Die Antriebswelle und die Trommel müssen dabei so ausgebildet sein, daß zwischen ihnen keine direkte kraftschlüssige Verbindung besteht, so daß die Kraftübertragung ausschließlich über die Torsionsstäbe erfolgt.According to the invention this is achieved in that the torsion bars Arranged in the cable drum concentrically to the drive shaft (drum axis of rotation) and are fixedly connected to the drum at one end, while their other ends are rotatably mounted in the drum and have gears outside the same, which are in engagement with a gear fixedly arranged on the drive shaft. The drive shaft and the drum must be designed so that between there is no direct non-positive connection, so that the power transmission takes place exclusively via the torsion bars.

Durch die Anordnung der Torsionsstäbe innerhalb der Trommel sind sie gegen äußere Einwirkungen geschützt und beanspruchen keinen zusätzlichen Raum für ihre Unterbringung.Because of the arrangement of the torsion bars inside the drum, they are Protected against external influences and do not take up any additional space for their accommodation.

Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet eine weitgehende Variation des elastischen Verhaltens der Winde. Durch die Wahl der Anzahl und der Abmessungen der Torsionsstäbe kann eine gute Anpassung an geforderte Federwege und Krafttoleranzbereiche durch unterschiedliche Festlegungen der Steigung der Federkennlinien vorgenommen werden, während die Zwischenschaltung der übertragungsglieder eine weitere Variation des Federweges dadurch gestattet, daß für Trommel und Federelemente verschieden große Verdrehwinkel zustande kommen. Die Anzahl der Federelemente kann ebenfalls erfindungsgemäß vergrößert werden, wenn die Zahnräder zweier benachbarter Torsionsstäbe in Längsrichtung der Seiltrommel gegeneinander versetzt sind und das auf der Antriebswelle angeordnete Zahnrad für den Eingriff eine entsprechende Breite hat oder wenn zwei benachbarte Torsionsstäbe an jeweils entgegengesetzten Enden mit der Seiltrommel fest verbunden sind, wodurch es zwei Gruppen von Zahnrädem gibt, so daß der zweiten Gruppe ein weiteres, auf der Antriebswelle ebenfalls fest angeordnetes Zahnrad zuzuordnen ist.The arrangement according to the invention allows extensive variation the elastic behavior of the winds. By choosing the number and dimensions the torsion bars can adapt well to the required spring travel and force tolerance ranges made by different definitions of the slope of the spring characteristics while the interposition of the transmission links is another variation the spring travel allowed that different for drum and spring elements large twist angles come about. The number of spring elements can also according to the invention are increased when the gears of two adjacent torsion bars are offset from one another in the longitudinal direction of the cable drum and that on the drive shaft arranged gear for the engagement has a corresponding width or if two adjacent torsion bars at opposite ends to the cable drum are firmly connected, whereby there are two groups of gears, so that the second Group to assign another gear, which is also fixedly arranged on the drive shaft is.

Eine weitere Möglichkeit der Anwendung der Torsionsstäbe in der Trommel besteht erfindungsgemäß darin, daß das Maß der Verdrehung der Torsionsstäbe als Lastwaage benutzt wird und ein geeignetes übertragungssystem zur Betätigung der Schaltelemente für den Antriebsmotor vorgesehen ist.Another way of using the torsion bars in the drum is according to the invention that the degree of rotation of the torsion bars as Load scale is used and a suitable transmission system to operate the Switching elements for the drive motor is provided.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Ausbildung gemäß der Erfindung dargestellt. In ihr ist die Trommel mit den Federelementen in Form von Torsionsstäben schematisch dargestellt.In the drawing, an embodiment of the training is according to of the invention shown. In it, the drum with the spring elements is in shape of torsion bars shown schematically.

In der Seiltrommel 2 der Verholwinde sind parallel zur Trommeldrehachse 3 und konzentrisch um sie herum mehrere Torsionsstäbe 1 angeordnet. Sie sind mit ihrem einen Ende fest in der hinteren Wand 6 der Trommel 2 eingespannt, während sie auf der entgegengesetzten Seite in der vorderen Wand 7 der Trommel 2 drehbar gelagert sind und je ein Zahnrad 8 tragen. Letztere greifen in ein fest auf der Trommeldrehachse 3 der Winde sitzendes Zahnrad 9 ein. Die Trommeldrehachse 3 stellt die Antriehswelle dar und ist in den Lagern 11 und 12 gelagert Mittels der Lager 4 und 5 ruht die Trommel lose auf der Trommeldrehachse 3. In the cable drum 2 of the mooring winch, several torsion bars 1 are arranged parallel to the drum rotation axis 3 and concentrically around it. One end of them is firmly clamped in the rear wall 6 of the drum 2, while they are rotatably mounted on the opposite side in the front wall 7 of the drum 2 and each carry a gear wheel 8. The latter engage in a gear 9 that is firmly seated on the drum rotation axis 3 of the winch. The drum axis of rotation 3 represents the drive shaft and is supported in bearings 11 and 12. By means of bearings 4 and 5, the drum rests loosely on the drum axis of rotation 3.

Die Antriebswelle wird vom Motor über ein Untersetzungsgetriebe in Bewegung versetzt. Gleichzeitig damit beginnt das Zahnrad 9 zu rotieren, das wiederum versucht, über die Zahnräder 8 die Torsionsstäbe 1 zu verdrehen bzw. die Seiltrommel 2 aus ihrer Ruhelage zu bringen. Wirkt kein äußeres Drehmoment auf die Trommel 2 ein, d. h. ist die Seilkraft P # 0, so lassen sich die Torsionsstäbe nur geringfügig so weit verdrehen, bis die Trägheitskraft der Trommel 2 überwunden ist und letztere selbst eine Rotationsbewegung aufnimmt, wobei dann das Zahnradpaar 8, 9 wie eine feste Verbindung wirkt.The drive shaft is set in motion by the motor via a reduction gear. At the same time, the gear 9 begins to rotate, which in turn tries to rotate the torsion bars 1 via the gear wheels 8 or to bring the cable drum 2 out of its rest position. There is no external torque acting on the drum 2, i. H. If the rope force is P # 0, the torsion bars can only be rotated slightly until the inertia force of the drum 2 is overcome and the drum 2 itself takes up a rotational movement, the pair of gears 8, 9 then acting like a fixed connection.

In der gleichen Weise arbeitet die Winde beim Heben (Einholen), wenn ein bestimmter Zug auf dem Seil liegt; es besteht lediglich der Unterschied, daß die Torsionsstäbe 1 bereits entsprechend der angreifenden Seilkraft verdreht sind, wodurch die kraftschlüssige Verbindung der Trommel 2 mit den Zahnrädern 8, 9 nicht bei etwa unbelasteten, sondern um einen bestimmten Winkel verdrehten Torsionsstäben 1 zustande kommt.The winch works in the same way when lifting (hauling in) when there is a certain pull on the rope; The only difference is that the torsion bars 1 are already twisted according to the applied rope force, so that the frictional connection of the drum 2 with the gears 8, 9 is not achieved when the torsion bars 1 are unloaded, but twisted by a certain angle.

Beim Senken (Seilauslassen) unter Lastbeanspruchung verläuft der Vorgang umgekehrt, d. h., die Antriebswelle versucht die Torsionsstäbe 1 zu entdrehen, während gleichzeitig die Seilkraft eine tordierende Wirkung auf die Stäbe 1 ausübt. Dadurch kommt ebenfalls wieder ein Drehen der Trommel 2 zustande, wobei eine entsprechende Seillänge ausgelassen wird, und zwar im Extremfall soviel, bis der Seilzug P = 0 ist und damit auch die Torsionsstäbe 1 wieder vollkommen entlastet sind.When lowering (dropping the rope) under load, the process is reversed, i.e. That is, the drive shaft tries to untwist the torsion bars 1 , while at the same time the rope force exerts a twisting effect on the bars 1. This also causes the drum 2 to rotate again, with a corresponding rope length being omitted, in the extreme case so much until the rope pull P = 0 and thus the torsion bars 1 are completely relieved again.

Seine eigentliche Funktion erfüllt der Torsionsstabkäfig während des Mooring-Betriebes. Entsprechend den herrschenden Umweltbedingungen beansprucht die Winde ihre Trosse mit einer bestimmten Sollzugkraft, die ausreicht, um das Schiff elastisch an seinem Liegeplatz zu halten. Dadurch sind die Torsionsstäbe 1 in der Trommel 2 um ein gewisses Maß verdreht.The torsion bar cage fulfills its actual function during the mooring operation. Depending on the prevailing environmental conditions, the winch stresses its hawser with a certain target tensile force that is sufficient to hold the ship elastically at its berth. As a result, the torsion bars 1 in the drum 2 are twisted to a certain extent.

Veränderungen in der Seilzugkraft, die z. B. durch Lageänderungen des Schiffes gegenüber dem Kai zustande kommen können, wirken sich zunächst in einer weiteren Drehung der Trommel und damit einer weiteren Verdrehung oder einer Entdrehung der Torsionsstäbe 1 aus. Die Größe dieser Drehbewegung ist der Zu- oder Abnahme der Seilzugkraft direkt proportional und kann also dazu benutzt werden, bestimmte Krafttoleranzgrenzen festzulegen, die nicht über- oder unterschritten werden sollen. Erreicht die Drehbewegung der Trommel 2 ein gewisses Maß, so wird von einer Hohlwelle 10 durch geeignete übertragungselemente (z. B. durch ein Differentialgetriebe) der Schalter des Antriebsmotors im Einhol- oder Auslaßsinne betätigt. Dadurch treten dann die vorher bereits geschilderten Reaktionen ein und es wird Seil eingeholt oder ausgelassen, bis die Verdrehung der Torsionsstäbe 1 wiederum die Toleranzgrenze - und zwar in den Toleranzbereich hinein - überschreitet. Dann erfolgt die Betätigung des Ausschalters, und die Winde kommt innerhalb des Toleranzbereiches zum Stillstand, so daß etwa der alte Seilspannungszustand wiederhergestellt ist.Changes in the tensile force of the cable, e.g. B. can come about due to changes in the position of the ship with respect to the quay, initially result in a further rotation of the drum and thus a further rotation or untwisting of the torsion bars 1 . The size of this rotary movement is directly proportional to the increase or decrease in the pulling force of the cable and can therefore be used to define certain force tolerance limits that should not be exceeded or fallen below. If the rotational movement of the drum 2 reaches a certain level, the switch of the drive motor is actuated in the retrieval or outlet direction by a hollow shaft 10 through suitable transmission elements (e.g. through a differential gear). Characterized then enter the previously already described reactions and it is overtaken rope or omitted until the twist of the torsion bars 1, in turn, the tolerance limit - in the tolerance range in - exceeds. Then the switch is actuated, and the winch comes to a standstill within the tolerance range, so that, for example, the old cable tension condition is restored.

Claims

Claims: 1. mooring winch with torsion bars engaged in the power transmission from the drive motor to the cable drum, characterized in that the torsion bars (1) in the cable drum (2) are arranged concentrically to the drive shaft (drum axis of rotation 3) and are firmly connected to the drum at one end, whereas their other ends are rotatably mounted in the drum and outside the same have gear wheels (8) which are in engagement with a gear wheel (8) which is fixedly arranged on the drive shaft.

2. mooring winch according to claim 1, characterized in that the gears (8) of two adjacent torsion bars (1) are offset from one another in the longitudinal direction of the cable drum (2) and the gear wheel (8) arranged on the drive shaft has a corresponding width for engagement. 3. mooring winch according to claim 1, characterized in that two adjacent torsion bars (1) are firmly connected at opposite ends to the cable drum (2), whereby there are two groups of gears (8) , so that the second group has a further, Gear (9) also fixed on the drive shaft is to be assigned. 4. mooring winch according to claim 1 to 3, characterized in that the degree of rotation of the torsion bars (1) is used as a load scale and a suitable transmission system is provided for actuating the switching elements for the drive motor. Considered publications: German Patent Specifications No. 1138 908, 1 104 147; U.S. Patent No. 1768,295.