Remplacement du guindeau manuel / Replacing our old manual windlass by an electrical one

Préambule : si cet article vous a plu, a eu un intérêt pour vous ou au contraire vous considérez qu'il manque des explications ; dans tous les cas nous souhaiterions avoir votre avis, vos remarques. Alors n'hésitez pas a nous laisser un commentaire ou nous écrire un mail cela nous fera extrêmement plaisir. Nous vous souhaitons une excellente lecture.

Note : cet article étant souvent accédé je l'ai traduit en anglais (entrelacé italique).
This article being often accessed I translated it into english (interleaved italic)

Roy Arthur est équipé d'un vieux guindeau manuel à manivelle. C'est à la fois une solution mécanique très simple et qui ne consomme aucune énergie hormis la musculaire et, s'il s'est avéré très pratique, il faut bien reconnaitre que, lorsqu'il faut ancrer deux ou trois fois de suite parce que l'ancre ne tient pas :-(, ça devient rapidement beaucoup moins amusant !

Roy Arthur is equipped with an old manual windlass. This is a very simple (and reliable) mechanical solution which requires no external energy supply except the muscles'one and at the end is very convenient. However we acknowledge that when it is necessary to anchor several times it becomes quickly much less funny. 

Le changement du guindeau par un guindeau électrique était une amélioration que nous avions prévue dès l'achat de Roy Arthur et que nous avons décidé à l'automne 2021. Nous avons donc du :

• Choisir un guindeau électrique
• Choisir la batterie dédiée et estimer le câblage
• Effectuer le câblage (puissance et commande)
• Déposer l'ancien guindeau
• Fixer et câbler le guindeau électrique

Moving to an electrical windlass was an replacement we envisionned since we acquired Roy Arthur and we decided to do go ahead in the fall of 2021. To do so we had to :

• Select the right windlass
• Select the associated battery and estimate the cabling
• Implement the cabling
• Remove the old windlass
• Attach and cable the new one

Choix du guindeau / Selecting the windlass

Nous avons choisi un guindeau à axe horizontal essentiellement pour une raison d'encombrement, en effet nous n'avons pas assez de place dans la baille à mouillage pour loger le moteur d'un guindeau à axe vertical ; de plus un guindeau à axe vertical aurait demandé des modifications du pont beaucoup plus importantes. 

We selected an horizontal windlass essentially because of the available room in the anchor locker where we have not enough space to hold the motor of a vertical windlass. In addition a vertical one would have required much more modifications of the deck.

Ensuite il faut choisir la puissance du moteur électrique. On trouve sur les sites internet des revendeurs différents tableaux ou calculs. Par exemple Orange Marine donne le calcul suivant :

        Force d'arrachement max = (Mancre + Lcoque x 5 x Mlchaine) x 5

Mancre étant la masse de l'ancre, Lcoque la longueur de la coque et Mlchaine la masse linéaire de la chaine. Dans le cas de Roy Arthur on obtient :

        Force d'arrachement max = (20 + 12 x 5 x 3,3) x 5 = 1090 kg 

Then we had to select the correct power for the electrical motor. One can find on several dealer web sites various tables or methods to calculate the adequate  motor. For example on Orange Marine web site we can find the following formula :

         Max beakout force = (Manchor +Lhull x 5x Mlchain) x 5

Where Manchor is the anchor weight (kg), Lhull is le hull length (m), Mlchain is the linear mass of the chain (kg/m). For Roy Arthur we obtained:

         Max breakout force = (20 +12 x 5 x 3.3) x 5 = 1090 kg

Sur le site de Nootica par exemple on trouve le tableau suivant :

On Nootica web site as an example we found the following table :

Longueur du bateau Boat length	6 mètres max. Below 6 m	6 à 8 mètres 6 to 8 m	8 à 10 mètres 8 to 10 m	10 à 15 mètres 10 to 15 m
Mouillage occasionnel Casual mooring	150 watts	500 watts	700 watts	1000 watts
Mouillage fréquent Frequent mooring	300 watts	700 watts	1000 watts	1200 watts
Mouillage profond Deep mooring	500 watts	1000 watts	1200 watts	1500 watts

 

Bien sûr ces tableaux et calculs sont indicatifs il est important de prendre en compte d'autres paramètres comme le poids du bateau, le fardage, etc. In fine nous avons choisit un guindeau Lofrans Tigre d'une puissance de 1500 W, probablement un peu surdimensionné mais il n'existe pas de version 1200 W.

Of course these tables and calculations are indicative, several other parameters shall be taken into account like the boat weight, the dunnage, etc. At the end we selected the Tiger model from Lofrans providing a power of 1500 W, most likely a bit too powerfull but there is no available 1200 W version.

Choix de la batterie / Battery selection

Nous avons choisi d'utiliser une batterie dédiée au guindeau et non la batterie de service pour plusieurs raisons :

• Un guindeau demande beaucoup de courant (jusqu'à 100-120 A heureusement pas trop longtemps) un peu comme le démarreur d'un moteur, il est donc préférable d'utiliser une batterie de type "démarrage" plutôt qu'une batterie de service à décharge lente
• La batterie de service est située à l'arrière du bateau, cela implique de "tirer" des câbles de gros diamètre jusqu'à l'avant, par exemple pour Roy Arthur avec une longueur de câble aller-retour de 20 mètres et 100 A ; si on veut garder une chute de tension limitée à 0.6 V et limiter l'échauffement il faut une section de câble de 70 mm² !)
• La batterie de service est utilisée notamment pour l'instrumentation, le pilote ; nous voulons protéger autant que faire ce peut cette batterie pour des questions de sécurité quitte a "sacrifier" la batterie du guindeau (on peut toujours remonter le mouillage manuellement)
• Nous avons déjà prévu et câblé le système de recharge (chargeur de quai et répartiteur d'alternateur) pour trois parcs de batterie (démarrage moteur, service, guindeau)

We decided to have a dedicated battery for the windlass and not the use the service battery for several reasons :

• The windlass requires a lot of electric power (up to 100 -120 A fortunately not too long) a bit like a engine starter ; it is thus preferrable to have a dedicated battery targetted for engine start (very high current but short time) rather than a service battery (low current but long time)
• The service battery is located at the rear of the boat this would have required  long cables of big diameter. For example on Roy Athur with a round trip of 20 m and 100 A if we want to keep the voltage drop within 0.6 V which the standard and thus avoid too much heating it ends with a 70 mm² cable diameter !
• The service battery is mainly used for instruments, autopilote ; we want to protect this battery for security reasons ; we prefer to sacrify if necessary the windlass battey as it is possible to manually raise the mooring
• Finally we already cabled the recharge system (dock charger, load balancer) for three battery sets (engine starter, service, windlass)

Nous avons choisi une batterie étanche Optima bleue DC 4.2 de 55 Ah, en effet nous n'imaginons pas d'utiliser le guindeau à pleine puissance (100 A) plus de 10 minutes ce qui représente 17 Ah soit 30% de la batterie. Cela nous laisse une marge importante puisque ces batteries acceptent des décharges bien plus profondes (au moins 80 voire 100%) sans dommage.

We choosed a leak proof Optima blue battery DC 4.2 with 55 Ah capacitance. This is enough as we cannot imagine to use the windlass at its max power (100A) for more than 10 minutes which is 17 Ah or 30% of the battery capacitance. This gives us a good margin as these battery accept deep discharge (80 even 100%) without damage

Placée sous la cabine avant, le calcul de la section des câbles de puissance donne la section suivante : S = 0.021 x L x I / dV ou L est la longueur aller-retour du câble, I le courant et dV la chute de tension admise généralement 5% soit 0.6 V pour une installation 12V. Dans notre cas : S = 0.021 x 6 x 100 / 0.6 = 21 mm². Nous avons donc choisi un câble de section 25 mm². Les fils de commande ont une section de 2.5 mm².

The battery is located below the front berth. The cable size is calculated followg the following equation : S = 0.021 x L x I /dV where S is the cable section (mm²), L is the round trip length (m), I is the electrical current (A) and dV is the accepted voltage drop (V) generally 5% thus 0.6 V for a 12 V installation. In our case it gives : S = 0.021 x 6 x 100 / 0.6 = 21 mm².  We bought cables with a 25 mm² section. For te control pannel the cable section is 2.5 mm².

Câblage / Cabling

Nous avons commencé par passer les câbles d'alimentation de la batterie (16 mm² pour la recharge, calcul similaire à celui ci-dessus avec un courant de 10 A et une chute de tension plus faible). Ces câbles partent du caisson arrière où sont situés le chargeur de quai et le répartiteur de charge de l'alternateur. Ils passent ensuite sous la partie cuisine puis sous les coffres bâbords du carré pour arriver sous la couchette avant.

We started to cable the battery supply wires (16 mm² for the battery charging, similar computation than above with 10 A electrical current and lower voltage drop). These wires start from the locker at the back of the boat where the dock charger and the alternator load balancer are located. They then run below the kitchen and the port lockers to finally reach the forward cabin.

Nous avons également passé les câbles pour la commande. Ces câbles partent du tableau électrique et circulent derrière les deux niches tribord puis redescendent sous la cabine avant.

We also cabled the control wires. They start at the electrical panel go behind starboard lockers befire reaching the forward cabin.

Le schéma ci-dessous donne un aperçu du câblage total (coupe-circuits non représentés) :

The drawing below gives the cabling overview (circuit breakers not shown) :

Câblage guindeau
Windlass cabling

Dépose de l'ancien guindeau manuel / Removing the old windlass

La dépose de l'ancien guindeau s'est révélée beaucoup plus aisée que nous ne l'avions craint. Les six boulons de fixations ont été démontés sans réel effort. Nous n'avons pas non plus découvert de traces de corrosion sur et sous le pont.

The old windlass removal has been easier than expected. The six blots have been removed without excessive effort and we did not discover corrosion above and below the deck.

Fixation du guindeau électrique / Attaching the new windlass

Le guideau manuel ayant été déposé sans problème, il nous faut maintenant préparer les perçages pour le guindeau électrique. Il y a deux types de perçages : les perçages pour les quatre vis de fixation (M10) qui bien sûr ne sont pas au même endroit que les précédentes (cela eut été trop facile), et un gros perçage diamètre 35 mm pour passer les câbles de puissance. Tous ces perçages sont a faire sur une plaque inox de 10-12 mm d'épaisseur !

As the old windlass has been remove  without any issue, we have now to do the drillings for the new one. There are two types of drilling : the drillings for the four M10 bolts which of course are not located at the same place than the previous ones (would have been too easy) et a big 35 mm diameter drilling to accomodate the electrical wires. All these drilings have to be done a 10-12 mm thick inox plate.

Nous commençons par les perçages diamètre 10 mm pour la fixation du guindeau. Pour cela nous utilisons un foret au cobalt absolument nécessaire pour percer de l'acier inoxydable. Nous essayons de placer le guindeau électrique de manière a aligner au mieux le barbotin avec l'axe défini par la chaine et l'ancre. Et c'est là que les ennuis ont commencés car nous nous sommes vite aperçu qu'au moins deux des quatre trous "tombent" dans des endroits qui seront difficiles voire impossibles à percer : un trou est situé sur le bord de l'écubier, qui est très largement dimensionné par rapport à la chaine, et le deuxième sur une ancienne soudure. Après quelques essais infructueux nous décidons d'arrêter avant de casser un foret. La solution est simple mais demande du travail supplémentaire : faire une contre-plaque qui sera soudée sur le pont.

We start with the 10 mm drillings to attacch the windlass. To do so  we use a cobalt drill absolutelly neccessary to work on inox plate. We try to place the windlass the best we can, the gipsy aligned with the anchor chain. At this point the issues start as we quickly understood that at least two of the drillings are just located in difficult areas : one is located at the border of the hawse and one on an old welding. After few unseccessful trials we decided to stop before breaking the drill. The solution is rather simplebut ask for more work : make a new plate we will weld on the deck.

Reste à percer le gros trou diamètre 35 mm pour passer les câbles de puissance.
Pour cela nous avons acheté une scie cloche qui est sensée percer l'acier inoxydable. Après avoir tracé et pointé le centre du trou, nous perçons un avant-trou qui sert de guide à la scie cloche et commençons le gros perçage proprement dit. Nous utilisons force huile de coupe et nous nous arrêtons souvent pour ne pas trop  échauffer la denture. Nous mesurons avec un fil de fer la profondeur de la coupe. Jusqu'à 3-4 mm tout ce passe très bien, nous sommes même surpris que cela fonctionne si bien. Arrivé à 6-7 mm de profondeur on sent que c'est plus difficile. Nous continuons lentement en laissant refroidir la scie cloche. Je commence à douter qu'on arrive à traverser mais nous persévérons. Finalement après deux heures de travail le trou est percé. Il n'aurait pas fallu une plaque plus épaisse mais c'est fait !

The only thing remaining is to drill the 35 mm diameter hole to run the power cables. To do so we bought a hole saw which is said to be able to drill  the inox material. After having carrefuly marked the hole center we drill a first 8 mm hole used as a guiding hole for the hole saw. We start drilling the big hole, we put a lot of cutting oil and stop very often to avoid any overheating. We measure the drilling depth with a wire. Up to 3-4 mm everything go well we are even surprise that it works so well. At 6-7 mm we feel that it becomes difficult. We continue slowly and let a lot of time to the hole saw to cool down. I start to doubt we will succeed but we continue. Finally after two hours the hole is done. We would ahev not succeeded if the plate had been thicker but anyway it is done !

Retour à la maison et dessin sur Onshape de la contreplaque qui sera soudée sur le pont. Nous commandons cette plaque sur le même site (EasyMetal) que celui qui nous avait fabriqué les tableaux électrique.

Back home and drawing of the new plate that will be welded on the deck on Onshape a free CAD web tool. We order it to the same company (Easy Matal) which did our electrical panels.

 

Dessin de la contreplaque sur Onshape
Drawing of the new plate on Onshape tool

Ne restait plus qu'a souder cette pièce sur la platine existante. J'ai préalablement taraudé les quatre trous M10 (percés au diamètre 8.5 mm) où seront vissés et soudés les tiges filetée de fixation du guindeau.

It was only remaining to weld this plate on the existing one. Peeviously I tapped the four M10 hole (drilled at 8.5 mm) where the threaded rod to attach the windlass will be screwed and welded.

Contreplaque soudée sur la platine existante
The new plate welded on the existing one

Bien que ces plaques soient fabriquées en acier inoxydable, je préfère les peindre 
car elles finissent toujours par se "piquer". Après peinture et fixation finale nous avons un joli guindeau en place ! La commande de la batterie dédiée est en cours, nous avons hâte de faire les premiers essais.

Even if the plate is manufactured in stainless steel i prefer to  paint it as it always ends with some corrosion. After painting and final attachment we have a nice windlass in place. The battery order is on-going. We are excited to do te first trials.

Guindeau fixé en place
Winglass at its place

En attendant la batterie je prépare le support de cette dernière qui sera fixé sur un couple de la carène. Il y (heureusement) un gros fer plat qui dépasse largement d'un des couples sous la cabine avant. Le support batterie est réalisé en cornières (40 x 40 x 1.5) soudées. La partie arrière est vissée avec deux vis M5 et la partie avant est supportée toujours avec une cornière soudée sur un gros fer plat (lisse de fond de cale).

Waiting for the battery I prepare its holding which will attached to big a iron sheet at the back. I make the holding with welded angles (40 x 40 x 1.5) tha will be attached with three M5 bolts. I also welded a thick angle to scew the holding at the front.

Support de la batterie soudé
Support welded for the battery holding 

Il ne reste plus qu'a terminer le câblage final de la batterie : les deux fils de recharge et les deux départs vers le relais de commande. Vérification au contrôleur que tout est bien câblé ; on décroche la chaine du guindeau et on peut faire un premier essai et vérifier que les deux fils "montée" et "descente" ne sont pas inversés. 

It only remains to complete the baterry cabling : two wires for charging and two power wires to the up-down electrical relay. Verification that everyting is well cabled  ; we unhook the chain and test that the two  up and down wires are not inverted. 

Batterie guindeau fixée et cablée
Windlass battery attached and cabled

Cablage final
Final cabling