DE2518548C3 - Trossenhalteeinrichtung mit Trossenzugkraftmessung für Schiffe - Google Patents
Trossenhalteeinrichtung mit Trossenzugkraftmessung für SchiffeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Trossenhalteeinrichtung für Schiffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Insbesondere bei der Vertäuung oder Verankerung großer Schiffe, wie Großtanker (VLCC, very large crude
oil carrying tankers), die in jüngster Zeit bis Größenordnungen von 250 000 t gebaut werden, ist die
Verwendung einer Vielzahl von Trossen erforderlich, die irn wesentlichen auf gleichen Trossenzug gespannt
sein sollten, damit im Falle einer Zugänderung, beispielsweise aufgrund sich ändernder Windkraft, von
W?sserströmungen oder Gezeiten oder von Schwerpunktänderungen beim Lade- und Entladevorgang der
zusätzliche Trossenzug von sämtlichen Trossen aufgenommen wird und in zuverlässigen Grenzen bleibt.
Gerade bei derartigen, sehr großen Wasserfahrzeugen kann ein Trossenbruch zum unrechten Moment zu sehr
schwerwiegenden Unfällen führen.
Es ist bekannt, den Trossenzug mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen zu messen, die an den Trossenhalteeinrichtungen
angebracht sind und deren Ausgangs-Meßergebnis eventuell über eine Auswerteschaltung
an Anzeige- und Registriergeräte geliefert wird. Gemäß dem Stand der Technik (DE-OS 23 21488)
befinden sich die Dehnungsmeßstreifen in Trossenzugrichtung ausgerichtet an den Seitenflächen von Backenplatten,
die parallel verlaufend einen Trossenhaken mit einem Hakenfundament verbinden, indem sie jeweils
über einen Bolzen am jeweils anschließenden Bauteil gelagert, sind. Die Dehnungsmeßstreifen zeigen hierbei
die Zugbeanspruchung in den Backenpiatten und damit den Trossenzug an. Anstelle der ausgerichteten
Dehnungsmeßstreifen kann auch eine Rosette aus Dehnungsmeßstreifen angebracht sein. Beim Stand der
&iacgr;&ogr; Technik erweist es sich jedoch als nachteilig, daß die
angebrachten Dehnungsmeßstreifen sehr empfindlich bezüglich einer Beschädigung sind, die insbesondere
beim rauhen Hafenbetrieb leicht eintreten kann, und außerdem in den Backenplatten vorhandene Biegebeanspruchungen
Fehlmessungen ergeben können.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Dehnungsmeßstreifen an einer geschützten
Stelle der Ti ossenhalteeinrichtung unterzubringen, ohne dabei auf den Vorteil einer Ausrichtung der
Dehnungsmeßstreifen in Richtung des Trossenzuges verzichten zu müssen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst Durch die Festlegung
der Drehlage des Bolzens hinsichtlich des zu erwartenden Trossenzuges ist die Unterbringung der
Dehnungsmeßstreifen am Bolzen, der beispielsweise der Bolzen zwischen dem Trossenhaken und den Backenplatten
oder auch der Bolzen zwischen den Backenplatten und dem Hakenfundament sein kann, möglich, wobei
JO die Scherbeanspruihung des Bolzens überwacht wird.
Hierbei ergibt sich eine leichte Nachrüstbarkeit des betreffenden Bolzens im Fall einer Beschädigung, da
Justierung und Eichung in Bezug zum nachgerüsteten Bolzen bereits in der Fabrik vorgenommen werden
können.
Vorzugsweise sind zwei Paare von Dehnungsmeßstreifen einander genau diametral gegenüberliegend an
dem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Scherbereich des Bolzens vorgesehen. Ferner können
•»o vorzugsweise auch an beiden einen kleineren Durchmesser
aufweisenden Scherbereichen des Bolzens mindestens je ein Paar von Dehnungsmeßstreifen
vorgesehen sein. Diese Ausführungen ermöglichen eine erhöhte Meßgenauigkeit bei an sich bekannter Einbeziehung
der Dehnungsmeßstreifen in eine Brückenschaltung, insbesondere werden Störsignale durch
Biegungen usw. kompensiert Darüber hinaus kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der
Erfindung jedes Paar von Dehnungsmeßstreifen an einer abgeflachten, ebenen Fläche des einen kleineren
Durchmesser aufweisenden Scherbereichs des Bolzens angebracht sein, so daß bei einer eventuellen Nachrüstung
die richtige Einbaulage des Bolzens auch für den Nichtfachmann klar erkennbar ist, weitestmöglich klare
Formänderungsverhältnisse vorliegen und die Dehnungsmeßstreifen optimal geschützt sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen untir Bezugnahme auf die
Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt
Fig, 1 eine in Einzelteile aufgelöste, perspektivische
Darstellung einer Ausführungsform einer Trossenhalteeinrichtung;
F i g. 2 in vergrößertem Maßstab eine teilweise in Einzelteile aufgelöste Darstellung eines in Fig. 1
dargestellten Bolzens mit symbolisch angedeuteten Dehnungsmeßstreifen;
F i g. 3A und 3B eine Drauf- bzw. eine Schnittansicht
des Bolzens nach F i g. 2;
F i g. 3C und 3D Schaltpläne von Dehnungsmeßstreifen
an dem Bolzen nach F i g. 2, wobei die Streifen in Form einer Wheatstone'schen Brücke geschaltet sind;
und
Fig.4 einen Axialschnitt durch den Bolzen nach
F i g. 2 im Falle einer Beanspruchung.
Gemäß F i g. 1 ist ein mit einer Bohrung 3 versehenes Bolzenlager in einem Hakenfundament 2 durch einen
nicht gezeigten Bolzen drehbar gelagert, welches seinerseits an einem Kai oder Pier, einem Anlegeplatz
oder einem Schlepper angebracht ist Ein Bolzen 4 aus Stahl oder einem anderen geeigneten Metall ist in einem
Lager 5 des Bolzenlagers 1 gelagert und erstreckt sich durch Bohrungen 6 in seitlichen Backenplatten 7
hindurch, welche auf jeder Seite des Bolzenlagers angeordnet sind. Die Backenplatten 7 sind durch
teilweise mit Gewinde versehene Abstandshaltestäbe 8, welche mittels Schraubenmuttern 9 gesichert sind, in
einem bestimmten Abstand voneinander gehalten. Ein weiterer Bolzen 10 ist durch Öffnungen 11 in den
Backenplatten 7 hindurchgeführt und in einem Lager 12 eines Trossenhakens 13 gelagert, der die dargestellte
Form oder auch Rollenform oder dergleichen- haben kann. Ein mittels Schraubenmuttern 15 befestigter
Auslösemechanismus 14 ist zwischen den Backenplatten 7 angeordnet, um die Schlinge einer nicht dargestellten,
über den Trossenhaken 13 geführten Trosse im Notfall schnell zu lösen.
Während des Betriebs wird die gesamte Zugkraft der Trosse über den Trossenhaken 13 und die Backenplatten
7 sowie über den Bolzen 4 auf das Bolzenlager 1 des Hakenfundaments 2 übertragen; infolgedessen ist der
Bolzen 4 einer Scherbeanspruchung an den beiden, nachfolgend als Scherbereiche 25 bezeichneten Obergangsstellen
zwischen den Backenplatten 7 und dem Bölzenlager 1 ausgesetzt. Mittels einer Sicherungsplatte
16 ist der Bolzen 4 an der Außenfläche einer der Backenplatten 7 festgelegt und gesichert, wodurch eine
relative Drehung des Bolzens 4 bezüglich der Backenplatte 7 verhindert ist.
Die Scherbeanspruchung an und in dem Bolzen 4 unter der Wirkung der Trosse wird mittels vier Paaren
von Dehnungsmeßstreifen 17, 18; 19, 20; 21, 22; 23, 24 überwacht (siehe Fig.2, 3A und 3B), welche an der
Außenfläche des Bolzens 4 an den beiden Scherbereichen 25 zwischen den Backenplatten 7 und dem
Bolzenlager 1 angebracht sind. Die Dehnungsmeßstreifen 17,18 und 19,20 sind an der Oberfläche des Bolzens
4 unter einem Winkel von 180° bezüglich der Streifen 21, 22 und 23, 24 angeordnet. Vor der Anbringung der
Dehnungsmeßstreifen wird der Bolzen entlang seines Umfanges an den Scherbereichen 25 dünner gemacht,
um dadurch einen Querschnitt zu schaffen, dessen Durchmesser kleiner ist als der der Auflagefläche des
Bolzens in seinem Bolzenlager 1 und in den durch die Bohrungen 6 in den Backenplatten 7 gebildeten Lagern,
um dadurch direkte Druckbeanspruchungen durch die Backenplatten 7 und das Bolzenlager 1 auf die
Dehnungsmeßstreifen an den dünner gemachten Scherbereichen 25 auszuschalten.
Zwei Paare von diametral einander gegenüberliegenden und parallelen ebenen, glatten Flächen 26 sind in
den dünner gemachten Scherbereichen 25 durch maschinelle Bearbeitung ausgebildet; auf diesen ebenen
Flächen sind die Dehnungsmeßstreifen angebracht. Vor der Sicherung mittels der Sicherungsplatte 16 wird der
Bolzen 4 bezüglich der üjckenplatten 7 so ausgerichtet,
daß die ebenen Flächen 20 und damit die Dehnungsmeßstreifen parallel zu der Wirkungslinie der ausgeübten
Beanspruchung verlaufen.
In dem Bolzen 4 verlaufen eine Bohrung 27 in axialer Richtung sowie Hilfsbohrungen 28 von der axialen
Bohrung 27 zu den Stellen, wo die Dehnungsmeßstreifen angebracht sind (siehe F i g. 3B). Die Dehnungsmeßstreifen
17 bis 24 sind in Form einer Wheatstone'schen Brücke geschaltet und miteinander verbunden, wie in
F i g. 3C dargestellt ist; nicht dargestellte Verbindungsleitungen
sind durch die Bohrungen 27 und 28 geführt
An einer an einem Ende des Bolzens 4 befestigten Abdeckplatte. 30 ist eine Stecker-verbindung 29 vorgesehen,
über welche eine Eingangsspannung zu elektrischen Anschlüssen 31 und 32 der Wheatstone'schen
Brücke zugeführt werden kann, während das Ausgangssignal von der Wheatstone'schen Brücke an Anschlüssen
33 und 34 abgenommen wird.
Nicht dargestellte Schutzplatten, beispielsweise aus Metall, welche die Dehnungsmeßstreifen abdecken,
können vorgesehen und mittels Sträuben befestigt
sein, weiche in mil entsprechenden Gewinden versehene Bohrungen 35 eingeschraubt sind.
Wenn eine mechanische Zugkraft von einer Halteoder Schlepptrosse auf den Trossenhaken 13 (Fig. 1)
ausgeüh: wird, dann wird der Bolzen 4 durch die sich
ergebende Scherbeanspruchung so verformt, wie es in F i g. 4 dargestellt ist; diese Verformung ist proportional
der auf den Haken ausgeübten Zugkraft Der elektrische Widerstand der Dehnungsmeßstreifen 17 bis 24 und
damit das elektrische Ausgangssignal der Wheatstone'schen Brücke ändern sich ebenfalls, so daß auf diese
Weise der Trossenzug in der an dem Trossenhaken 13 angebrachten Trosse gemessen werden kann.
Da der Bolzen 4 an den Backenplatten 7 gehalten und
t> gesichert ist, bleiben die Wirkungsebenen der Dehnungsmeßstreifen
parallel zu der Wirkungsünie der ausgeübten Belastung, auch wenn sich die Beanspruchungsrichtung
bezüglich einer Trosse ändert.
Die Verwendung von vier Paaren von Dehnungsmeßstreifen ergibt eine geringe Empfindlichkeit der
Brüjkenschaltung für solche Beanspruchungsänderungen,
die im Hinblick auf die zu messende Zugkraft unerheblich und irrelevant sind, beispielsweise für eine
axial wirkende Spannung, für einen radialen Druck oder für Biegemomente im Bolzen selbst; bei Verwendung
von nur zwei Paaren von Dehnungsmeßstreife.", dürften diesbezüglich die Ergebnisse weniger günstig sein.
Wenn sehr lange Kabel oder Verbindungsleitungen erforderlich sind, um die Einrichtung mit einer das
elektrische Ausgangssignal anzeigenden Einrichtung zu verbinden, kann ein Verstärker 36 in einem Hohlraum
37, der an einem Ende des Bolzens 4 ausgebildet ist, an der Innenfläche der Abdeckplatte 30 befestigt sein. Der
Verstärker dient einer stabilen Niederspannungs-Speisung der zur Wheatstone'schen Brücke geschalteten
Dehnungsmeßstreifen und verstärkt die Ausgangsspannung der Brückenschaltung, so daß ein Signal, welches
genau der Auspangsspannung der Brückenschaltung entspricht, an ein-r Anzeigerichtung unabhängig von
M der Kabellänge und unabhängig von unerwünschten elektrischen Rauschsignalen erhalten wird.
Vor dem Einpassen der Abdeckplatte 39, welche auf den Bolzen aufgeschraubt und gegebenenfalls mittels
eines nicht dargestellten O-Rings an dem Bolzen abgedichtet ist. kann der Hohlraum 37, in welchem der
Verstärker untergebracht ist, beispielsweise mit Transformatorenöl gefüllt werden, wobei der Zugang zu der
Bohrung 27 vorher mitteis Gießharz u. ä. abgedichtet
worden isi. Der Verstärker 36 und der Hohlraum 37 sind
jedoch in vielen Anwendungsfällen nicht erforderlich.
Die Scherbeanspruchung kann ebenso wie am Bolzen 4 auch am Bolzen 10 gemessen werden, welcher dann so
ausgebildet und ausgeführt sein würde, wie der vorbeschriebene Bolzen 4, welcher dann seinerseits ein
herkömmlicher Bolzen wäre.
1st der Trossenhaken 13 anstatt als Haken gemäß F i g. 1 als Halte- oder Vertäurolle ausgebildet, so
besteht der einzige Unterschied im Aufbau darin, daß eine herkömmliche Rollenanordnung, um welche die
Trosse herumgeführt ist, den Trossenhaken 13 nach F i g. 1 ersetzt; einer der beiden Bolzen kann dann auch
hier wieder wie der Bolzen 4 nach Fig. 2, 3A und 3B
ausgebildet sein, im übrigen weist jedoch die Rolle den
herkömmlichen Aufbau auf. Die Rolle kann auch eine Windentrommel mit einem Bolzen in ihrem Bremsbakkenlager-Verbindungsteil
oder eine Halte- bzw. Vertäu
durchführung mit einer Ketten- oder Kabelsperrung
bzw. einem entsprechenden Stopper mit einem Gelenkbolzen sein. Es ist dann der herkömmliche Bolzen durch
den Bolzen 4 ersetzt, wie er beispielsweise in F i g. 2,3A und 3B dargestellt ist, während im übrigen die
&iacgr;&ogr; Einrichtungen den herkömmlichen Aufbau aufweisen.
Ein Halte- oder Vertäuschäkel kann in analoger Weise abgeändert werden, d. h. sein Bolzen wird mit
Dehnungsmeßstreifen in entsprechender Weise versehen, wie in den Fig. 2, 3A und 3B dargestellt ist.
Claims (4)
1. Trossenhalteeinrichtung mit Trossenkraftmessung für Schiffe, mit einem Trossenhaken und einem
Hakenfundament, zwischen denen Backenplatten verlaufen, die am Hakenfundament verschwenkbar
gelagert sind und den Trossenzug vom Trossenhaken auf das Hakenfundament über wenigstens einen
quer zwischen den Backenplatten angeordneten, auf Scherung beanspruchten Bolzen übertragen, und mit
an eine elektrische Schaltung zum Angeben des Trossenzuges anschließbaren Dehnungsmeßstreifen,
deren Ausrichtung in Bezug zur Richtung des in die Trossenhalteeinrichtung eingeleiteten Trossenzuges
räumlich festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bolzen (4; 10) umdrehungsmäßig relativ zum Trossenhaken (13) festlegbar ist und
wenigstens in einem Scherbereich (25) einen gegenüber seinem Durchmesser an den Lagerflächen
verminderten Durchmesser aufweist, an dem mindestens ein Paar Dehnungsmeßstreifen (17, 18;
19,20; 21,22; 23,24) angeordnet ist.
2. Halteeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare von Dehnungsmeßstreifen
(17,18 und 21,22; 19,20 und 23,24) einander
genau diametral gegenüberliegend an dem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Scherbereich
(25) des Bolzens (4; 10) vorgesehen sind.
3. Halteeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden einen
kleineren Durchmesser aufweisenden Scherbereichen (25) des Bolzens \4; 10):.iindestens je ein Paar
von Dehnungsmeßstreifen (17,18; 19, 20; 21,22; 23,
24) vorgesehen ist
4. Halteeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daB jedes Paar von
Dehnungsmeßstreifen (17, 18; 19, 20; 21, 22; 23, 24) an einer abgeflachten, ebenen Fläche (26) des einen
kleineren Durchmesser aufweisenden Scherbereichs (25) des Bolzens (4; 10) angebracht ist.
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