Totstandkoming van de High Speed Power Tow Winch 11 kW

Totstandkoming van de High Speed Power Tow Winch 11 kW

Stema Systems High Speed Power Winch 11 kW Bijzondere lier

Bijzondere lier combineert compacte afmetingen met groot vermogen en hoge trekkracht

Compacte 10,7 kW sterke lier met maximumsnelheid van 2 m/s

Stema Survey Services brengt met de High Speed Power Winch een bijzondere lier voor de hydrografische industrie op de markt. Het gaat om een compacte lier met een vermogen van 10,7 kilowatt (kW) en een maximumsnelheid van 2 meter per seconde (m/s). “De lier is al snel een factor drie kleiner dan zijn voorganger, maar ook een factor acht krachtiger”, legt Coen Werner, manager R & D en Senior Geologist bij Stema Survey Services, uit.

In de hydrografische industrie wordt met behulp van sondes de zeebodem in beeld gebracht. Deze sondes worden met behulp van een lier die op het dek van een schip is geplaatst nauwkeurig op de gewenste afstand van de bodem gehouden en kunnen dankzij deze lier uit het water worden getild. Een combinatie van een groot vermogen, hoge maximumsnelheid, compacte afmetingen en automatische aansturing maakt de High Speed Power Winch een bijzondere lier.

Nauwe samenwerking

De High Speed Power Wench is door Stema Survey Services ontwikkeld voor een Belgische klant. Het bedrijf uit Geldermalsen heeft bij de ontwikkeling nauw samengewerkt met Zilvertron, gespecialiseerd in kleine aandrijftechniek. “Stema Survey Services is al zeker tien jaar klant van Zilvertron. Wij hebben het bedrijf onder andere geholpen bij de ontwikkeling van de voorloper van de High Speed Power Winch”, legt René Jansen, directeur van Zilvertron, uit.

Zilvertron is gespecialiseerd in kleine aandrijftechniek; we richten ons op vermogens van ongeveer 500 watt tot grofweg 1 kW. “De High Speed Power Winch heeft een vermogen van 10,7 kW, wat ver buiten onze vermogensrange zit. We hebben daarom Nidec Control Techniques gevraagd mee te denken over de aandrijftechniek voor deze lier”, zegt Jansen. Marco van den Berg, Sales Engineer Drives & Motors Technology bij Nidec, voegt toe: “Nidec heeft veel ervaring met lieren voor de theaterwereld, die in belangrijke mate aan dezelfde eisen moeten voldoen als lieren voor de maritieme sector.”

Automatische aansturing

De High Speed Power Winch wordt geheel automatisch softwarematig aangestuurd. “Indien de sonde detecteert dat de gewenste afstand tot de bodem is bereikt of de sonde de bodem juist te dicht nadert, kan de software direct ingrijpen en de werking van de lier aanpassen om de sonde op de juiste hoogte van de bodem te positioneren”, legt Werner uit. “Dit is noodzakelijk, aangezien het voor de kwaliteit van de meetgegevens van belang is dat de sonde op een gelijke hoogte boven de zeebodem wordt voortgetrokken.”

De automatische aansturing van de lier is een belangrijk voordeel en een functie waarop weinig vergelijkbare lieren beschikken. “In de hydrografische industrie wordt bij weer en wind doorgewerkt. Indien de lier handmatig moet worden bediend, betekent dit dat werknemers bij nacht en ontij fysiek op het dek aanwezig moeten zijn de hoogte van de sonde te regelen. Dit levert niet alleen ongemak, maar ook veiligheidsrisico’s op.”

Snelheid is van groot belang

Snelheid is in de hydrografische sector van belang. Hydrografische schepen varen doorgaans via vaste geografische lijnen heen en weer binnen een bepaald gebied om de zeebodem zo nauwkeurig mogelijk in kaart te brengen. “Aan het einde van zo’n lijn moet het schip draaien, waardoor de snelheid afneemt. De voortgetrokken sonde beweegt hierdoor minder snel door het water en zakt dichter naar de bodem. Om deze daling te compenseren wordt de sonde daarom tijdens het draaien met behulp van de lier opgehaald. Hoe sneller de lier de sonde kan ophalen, hoe sneller het schip kan draaien”, aldus Werner.

“Sondes bestaan overigens in allerlei mate en vormen. Sommige sondes hebben een relatief beperkte omvang en laag gewicht, waardoor zij relatief eenvoudig door het water kunnen worden voortgetrokken. In andere gevallen gaat het om een volledige stellage waarop meerdere sondes zijn aangebracht. Dergelijke stellages kunnen al snel enkele honderden kilo’s wegen, waardoor deze meer kracht vereisen om op te halen. De lier heeft daarom een maximaal trekkracht van zo’n 350 kilo.”

Compacte afmetingen

Ondanks zijn hoge trekkracht en grote vermogen, zijn de afmetingen van de High Speed Power Winch beperkt. “De lier past op een standaard Europallet en kan hierdoor eenvoudig met iedere heftruck en palletwagen verplaatst worden. Ook kan de pallet door dit gestandaardiseerde formaat eenvoudig in een vrachtwagen of zeecontainer worden geladen voor transport. De lier is ongeveer 1,2 meter hoog, 1,2 meter lang en 80 centimeter breed”, aldus Jansen.

De lier maakt gebruik van een AC servomotor met permanent magneet. Van den Berg legt uit: “De gebruikte motor biedt één van de grootste beschikbare vermogensdichtheden. We hebben bewust voor een AC servomotor gekozen, aangezien dit ons in staat stelt een zo klein mogelijke lier te ontwikkelen met een zo groot mogelijk vermogen. In eerste instantie hebben we hiervoor naar wisselstroommotoren gekeken, die traditioneel veel worden gebruikt voor lieren. Deze motoren zijn echter relatief zwaar, waardoor we met dit ontwerp uitkwamen op een totaalgewicht van zo’n 225 kilogram voor de gehele lier. Dit voldeed niet aan de specificaties van Stema Survey Services.”

Servomotor

“In het uiteindelijke ontwerp is daarom gebruik gemaakt van een servomotor, die flink lichter is en een hoger piekvermogen kan leveren. Daarnaast wordt niet langer gebruik gemaakt van een losse rem, maar is de rem op de motor geplaatst. Ook is een andere reductiekast gebruikt. Door deze aanpassingen hebben we het gewicht van de High Speed Power Winch weten te beperken tot zo’n 80 tot 90 kilogram.”

Daarnaast is het vermogen van de lier geoptimaliseerd met behulp van een slim ontwerp. Jansen licht toe: “We pakken vermogenswinst door gebruik van een kegelwieloverbrenging. Voorheen werd als haakse overbrenging een wormwielkast gebruikt, die per definitie een laag rendement heeft. Een kegelwieloverbrenging levert juist een hoog rendement.”

Kracht ten opzichte van snelheid

“De klant kiest zelf welke combinatie van kracht en snelheid hij wil gebruiken voor een specifieke sonde. Vermogen staat gelijk aan kracht (f) maal snelheid (v). Wie een lichte sonde uit het water wil tillen, heeft hiervoor relatief weinig kracht nodig en kan daarom de kabel met een hoge snelheid ophalen. Gaat het juist om een zware constructie met meerdere sondes? Dan is meer kracht nodig en ligt de maximale snelheid lager.”

Op een lier wordt de kabel op een trommel gewikkeld. De High Speed Power Winch is voorzien van een hoge trommel met een grote diameter en een beperkte breedte in plaats van een gebruikelijke trommel met een kleine diameter en grotere breedte. “Hiervoor is bewust gekozen om de hoek waaronder de kabel van de trommel naar de achtersteven van het schip gaat te minimaliseren, iets wat ook wel de wikkelhoek of fleet angle wordt genoemd. Dit is noodzakelijk om zeker te stellen dat de kabel netjes op de trommel wordt gerold en delen van de kabel nooit over elkaar kunnen komen te liggen”, aldus Jansen.

Nauwe samenwerking

De ontwikkeling van de lier is tot stand gekomen door een samenwerking tussen Stema Survey Services, Zilvertron en Nidec Control Techniques. De software voor de lier is ontwikkeld door Zilvertron, op basis van functieblokken die zijn voorbereid door Nidec. De software is door Zilvertron direct op de frequentieregelaar geprogrammeerd in plaats van op een losse Programmable Logic Controller (PLC), waardoor een kostenbesparing is gerealiseerd.

“Nidec was verantwoordelijk voor het motormanagement, terwijl Stema Survey Services de software heeft gemaakt waarmee gegevens van de sonde worden gekoppeld aan parameters van de lier. Denk hierbij aan plaatsbepaling, de interpretatie van de sensorgegevens en de vertaling hiervan naar de automatisch aansturing van de lier. Zilvertron was verantwoordelijk voor het ontwikkeling van de uiteindelijke gebruikersapplicatie, waarmee we de software van Stema Survey Services en de motormanagement van Nidec aan elkaar hebben gekoppeld”, zegt Jansen.

Directe en korte communicatielijnen

De samenwerking tussen Stema Survey Services, Zilvertron en Nidec kenmerkt zich door directe en korte communicatielijnen. “Stema Survey Services beschikt als opdrachtgever over veel kennis over de uiteindelijke toepassing van het product, wat bepalend is voor uiteenlopende ontwerpkeuzes die tijdens de ontwikkeling worden gemaakt. Nidec heeft tijdens ontwikkelingsproces daarom rechtstreeks gecommuniceerd met Stema Survey Services, ondanks dat zij door Zilvertron zijn ingeschakeld. Deze directe en korte communicatielijnen hebben ervoor gezorgd dat de samenwerking soepel en voortvarend is verlopen”, voegt Jansen toe.

“Door de nauwe samenwerking tussen de drie partijen is het net alsof je met één intern team werkt. Wij hebben de productspecificaties vastgesteld, waarna de drie partijen hiermee als één team aan de slag zijn gegaan. We hebben de klant-leverancier relatie bewust losgelaten en gekozen voor een gelijkwaardige samenwerking”, legt Pepijn Peter, directeur van Stema Survey Services, uit. “Iedereen had hetzelfde doel voor ogen: het ontwikkelen van een goed product voor de eindklant. Alleen door elkaar aan te vullen hebben we dit eindresultaat kunnen realiseren.”

Op korte termijn overhandigd aan klant

“De ontwikkeling van de High Speed Power Winch is nagenoeg afgerond; we hebben inmiddels een volledig operationeel exemplaar gebouwd, dat uitgebreid wordt getest. We verwachten dit exemplaar op zeer korte termijn te kunnen overhandigen aan een Belgische klant”, aldus Werner. “Voor deze klant wordt de lier voorzien van 350 meter. Maximaal kan zo’n 1.800 meter kabel op de trommel worden gerold.”

Stema Survey Services, Zilvertron en Nidec willen de High Speed Power Winch in de toekomst mogelijk verder uitwerken in andere varianten, waarmee de bedrijven willen inspelen op specifieke vragen vanuit de markt. Denk hierbij aan een model met een hogere maximumsnelheid, of juist een model met een hogere trekkracht. Bekijk het artikel in link magazine boven aan deze pagina.