DE102015225936A1

DE102015225936A1 - Einrichtung zum Heben, Senken oder Halten einer Last und Verfahren zur Ansteuerung einer derartigen Einrichtung

Info

Publication number: DE102015225936A1
Application number: DE102015225936.6A
Authority: DE
Inventors: Patrick Verbakel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Van Halteren Technologies Boxtel BV
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2016-07-14
Also published as: EP3045416A1

Abstract

Offenbart sind eine Einrichtung zum Heben, Senken oder Halten einer Last und Verfahren zur Ansteuerung einer derartigen Einrichtung, die Last von einer Hubeinrichtung in Richtung zur Zielposition oder von dieser weg bewegbar ist und wobei eine aktive Kompensationseinrichtung zum Ausgleich von insbesondere durch Seegang verursachten Relativbewegungen der Last mit Bezug zu einer Zielposition und die Hubeinrichtung separat von einander oder – anders gesagt – entlang zweier getrennter Kraftlinien an der Last angreifen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zur Ansteuerung einer derartigen Einrichtung. Die Einrichtung umfasst eine Kompensationseinrichtung zum Ausgleich von insbesondere durch Seegang verursachten Relativbewegungen der Last mit Bezug zu einer Zielposition
Derartige Seegangs- oder Dünungskompensationseinrichtungen (Heave Compensation System) – im Folgenden auch HCS genannt – werden beispielsweise in der Offshore-/Marinetechnik eingesetzt, wenn eine Last von einem Schiff mittels eines Krans auf ein am Meeresboden abgestütztes Objekt, beispielsweise eine Plattform abgesetzt werden soll. Eine derartige Aufgabenstellung liegt bei der Montage von Bohrinseln oder Offshore-Windkraftanlagen vor oder wenn ein Bohrstrang von einer schwimmenden Plattform aus abgesenkt wird und diese durch den Seegang angehoben und abgesenkt wird. In der Forschung werden schwere Messgeräte oder Versorgungsstationen für Roboter oder dergleichen von einem Schiff über eine Winde in große Tiefen abgesenkt, wobei dann durch den Seegang verursacht das Halteseil erheblichen Zugbelastungen ausgesetzt ist.
Zum Ausgleich derartiger durch Seegang oder Dünung verursachten Relativbewegungen der Last zur jeweils vorgegebenen Zielposition sind passive und aktive Systeme bekannt. Bei einem passiven System, wie es beispielsweise in der Beschreibungseinleitung der US 4,121,806 beschrieben ist, wird eine linear verstellbare Einheit, beispielsweise ein Hydrozylinder oder eine rotatorisch betriebene Einheit, beispielsweise ein Hydromotor in Abstützrichtung über einen Gasspeicher beaufschlagt, dessen Druck so ausgelegt ist, dass die Last ohne Seegang in einer Mittelposition abgestützt ist – der Gasspeicher wirkt somit als eine Art Gasfeder.
Derartige passive Einheiten sind konstruktiv auf den jeweiligen Anwendungszweck und die zugehörigen Lasten abgestimmt, so dass eine Anpassung an unterschiedliche Lasten nur mit größerem Aufwand möglich ist. Derartige Passivsysteme sind häufig zwischen dem eigentlichen Kranhaken und der Last angeordnet und befinden sich somit beim Absenken unterhalb des Meeresspiegels.
Ein Problem bei derartigen passiven Systemen besteht darin, dass die Aufladung des Gasspeichers, mit anderen Worten gesagt, die Gasfederkonstante, in Abhängigkeit von der Last und dem Seegang und auch von der Eintauchtiefe angepasst werden muss. In der US 7,934,561 B1 ist ein passives System mit einer Wassertiefenkompensation gezeigt, über die sich die Einflüsse der Wassertiefe beim Absenken der Last etwas kompensieren lassen.
Bei Anwendungen, bei denen es auf eine sehr präzise Führung der Last beim Absenken ankommt, werden vorzugsweise aktive Systeme verwendet, bei denen ein Linearantrieb (Zylinder) oder ein rotatorischer Antrieb (Hydromotor) mit einem Positionsregelsystem ausgeführt ist, durch das die Last durch Ansteuerung des Antriebs stets auf der vorbestimmten Position gehalten werden kann.
Derartige aktive Systeme werden üblicher Weise auf dem Schiff angeordnet, so dass sie auch das Gewicht des Kranseils, der Kranblöcke (Flaschenzug) und des Kranhakens bewegen müssen, so dass die Nutzlast durch das zusätzliche Gewicht dieser Komponenten reduziert ist.
Bei größeren Lasten wird üblicher Weise ein Kombination eines aktiven und passiven Systems eingesetzt, wie es beispielsweise in der EP 1 869 282 B1 erläutert ist.
Dabei wird zum einen die Last über ein passives Gasspeichersystem kompensiert und zum anderen die Sollposition der Last über ein aktives Regelsystem konstant gehalten. Ein derartiges System hat den Vorteil, dass über das aktive System lediglich die Ausgleichsbewegung der Last bewirkt werden muss, während das eigentliche Abstützen über das passive System erfolgt. Derartige Kombinationssysteme sind insbesondere dann erforderlich, wenn eine Last mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit vom Meeresboden oder von einer auf diesem verankerten Plattform abgehoben oder auf diese abgesenkt werden soll. Ein ähnliches System ist auch in der eingangs genannten US 4,121,806 erläutert. Bei dieser Anordnung sind passiv wirkende, über einen Gasspeicher vorgespannte Zylinder und aktive Zylinder mit einer Positionsregelung parallel zueinander in einer Kompensationseinrichtung angeordnet, an der dann der eigentliche Kranhaken befestigt ist, die dann über das Kranseil mit der Last verbunden ist.
Die US 4,021,019 zeigt ein System, bei dem ein aktiver Zylinder in einem passiven Zylinder integriert ist.
Derartige Systeme haben einen relativ komplexen Aufbau und werden seitens der Hersteller bei der Konzeption des Krans integriert. Eine Nachrüstung des aktiven Systems bei bestehenden Kränen, die lediglich mit einem passiven Kompensationssystem ausgeführt sind, ist nur mit äußerst großem Aufwand möglich, da ein Eingriff in die Kranstruktur des bestehenden Designs erforderlich ist und auch zusätzliche hydraulische Leistung bereitgestellt werden muss. Hinzu kommt, dass existierende Krandesigns aufgrund Restriktionen im Hinblick auf die maximale Seilgeschwindigkeit, das Gewicht und den Durchmesser der Seilscheiben/Blöcke und die Steifigkeit der Konstruktion unterliegen, so dass eine Nachrüstung mit einem aktiven System nahezu ausgeschlossen ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die bei einer zuverlässigen Kompensation von insbesondere aufgrund von Seegang verursachten Bewegungen eine Nachrüstung ermöglicht.
Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Einrichtung in der vorbeschriebenen Weise ansteuerbar ist.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die Einrichtung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und im Hinblick auf das Verfahren durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruches 13 gelöst.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß hat die Einrichtung zum Heben, Senken oder Halten einer Last mit einer Kompensationseinrichtung zum Ausgleich von insbesondere durch Seegang oder Dünung verursachten Relativbewegungen der Last mit Bezug zu einer Zielposition, eine Hubeinrichtung, von der die Last in Richtung zur Zielposition oder von dieser weg bewegbar ist, und eine aktive Kompensationseinrichtung, die über eine Regeleinheit in Abhängigkeit von einer Relativbewegung der Last oder der wirksamen Kraft ansteuerbar ist. Die aktive Kompensationseinrichtung greift erfindungsgemäß getrennt von der Hubeinrichtung an der Last an. Mit anderen Worten gesagt, die aktive Kompensationseinrichtung und die Hubeinrichtung sind in separaten Kraftflusslinien angeordnet.
Eine derartige Lösung ermöglicht es beispielsweise, einen Schwimmkran, der mit einer herkömmlichen Hubeinrichtung ausgeführt ist, nachträglich mit einer aktiven Kompensationseinrichtung nachzurüsten. Dementsprechend wird das Gewicht der Last im Wesentlichen von der Hubeinrichtung getragen, während die Ausgleichsbewegungen insbesondere in dem Bereich, in dem es auf hohe Präzision ankommt, beispielsweise beim Aufsetzen auf den Meeresboden, über die aktive Kompensationseinrichtung bewirkt oder durch diese unterstützt wird.
Dementsprechend muss die aktive Kompensationseinrichtung nicht ausgelegt sein, um das Gewicht des Kranseils, der Blöcke und des Hakengeschirrs zu tragen, sondern muss nur einen Teil der Last tragen.
Vorteilhafterweise ist der Hubeinrichtung zusätzlich zu aktiven Kompensationseinrichtung eine passive Kompensationseinrichtung zum Ausgleich von insbesondere durch Seegang oder Dünung verursachten Relativbewegungen der Last mit Bezug zu einer Zielposition zugeordnet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die passive Kompensationseinrichtung mit einem Gasspeicher ausgeführt, der bei der Kompensation geladen beziehungsweise entladen wird.
Dabei kann die passive Kompensationseinrichtung mit einem Zylinder ausgeführt sein, dessen Kolben einen mit dem Gasspeicher in Wirkverbindung stehenden Druckraum begrenzt, wobei die Last mit dem Kolben oder einem Zylindergehäuse und die Hubeinrichtung, das heißt der Kran, dann entsprechend mit dem Zylindergehäuse beziehungsweise dem Kolben verbunden ist. Der Speicher ist dann vorzugsweise ein hydropneumatischer Speicher, dessen Flüssigkeitsseite fluidisch mit dem Druckraum des Zylinders verbunden ist.
Der Zylinder der passiven Kompensationseinrichtung wird vorzugsweise als Gleichgangzylinder ausgeführt.
Die passive Kompensationseinrichtung wird vorzugsweise im Bereich des lastseitigen Endabschnittes der Hubeinrichtung, beispielsweise am Kranhaken, angeordnet.
Die Lagekompensation ist besonders exakt, wenn der passiven Kompensationseinrichtung eine Einrichtung zur Kompensation der Wassertiefe zugeordnet ist, wie sie beispielsweise im eingangs beschriebenen Stand der Technik erläutert ist.
Die aktive Kompensationseinrichtung hat bei einer Variante eine auf einem Schwimmkörper, beispielsweise einem Schiff, angeordnete Aktivwinde oder einen Linearantrieb, die in Abhängigkeit von der Relativbewegung der Last ansteuerbar sind und deren Windenseil beziehungsweise Linearaktor an der Last angreift. Die Aktivwinde kann als Antrieb einen Elektromotor oder einen Hydromotor haben.
Das Windenseil beziehungsweise Windenzugmittel kann zumindest abschnittsweise aus hochzugfestem Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Dyneema^® ausgebildet werden. Derartige Kunststoffmaterialien sind bei herkömmlichen Krankonstruktionen mit den Vielfachumlenkungen um die Scheiben des Flaschenzugs aufgrund des erhöhten Verschleißes nicht einsetzbar.
Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn ein windentrommelseitiger Endabschnitt des Zugseils aus einem Drahtmaterial hergestellt ist, so dass der direkt mit der Winde in Kontakt gelangende Bereich verschleißfester ausgebildet ist.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die aktive Kompensationseinrichtung ausgelegt, um den geringeren Teil der Last zu tragen – wie vorstehend ausgeführt, kann daher die aktive Kompensationseinrichtung kleiner und mit geringerer Leistung ausgelegt werden, wobei die Dynamik der Regelung verbessert ist.
Das Lösen der Hubeinrichtung von der Last nach dem Absetzen ist besonders einfach, wenn sowohl die passive Kompensationseinrichtung als auch die aktive Kompensationseinrichtung mit einer fernbedienbaren Einrichtung zum Trennen von der Last ausgeführt sind.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ansteuern einer Einrichtung zum Heben, Senken oder Halten einer Last mit einer Kompensationseinrichtung zum Ausgleich von insbesondere durch Seegang verursachten Relativbewegungen der Last mit Bezug zu einer Zielposition wird zunächst die Last mittels der Hubeinrichtung abgesenkt, wobei die aktive Kompensationseinrichtung keinen oder nur einen geringen Anteil der Last trägt. Die Regeleinheit zur Kompensation der Relativbewegung mittels der aktiven Kompensationseinrichtung ist dabei nicht aktiviert. Das Aktivieren der Regeleinheit erfolgt erfindungsgemäß vor dem Erreichen der Zielposition oder in einem Bereich der Hub-/Absenkbewegung, in dem es auf eine hohe Präzision der Lastbewegung ankommt, so dass in diesem Bereich die aktive Kompensationseinrichtung zur Kompensation der Relativbewegungen aktiv ist.
In einem folgenden Schritt wird die Last dann an der Zielposition auf eine Stützfläche, beispielsweise dem Meeresboden abgesenkt und die aktive Kompensationseinrichtung mittels der Regeleinheit derart angesteuert wird, dass deren Traglast verringert wird, so dass die Last zunehmend von der Stützfläche und der Hubeinrichtung getragen wird.
In der Folge erfolgt dann die weitere Lastübertragung von der Hubeinrichtung auf die Stützfläche, bis diese die gesamte Last trägt.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung einer Einrichtung bei der der Hubeinrichtung eine passive Kompensationseinrichtung zum Ausgleich von insbesondere durch Seegang verursachten Relativbewegungen der Last mit Bezug zu einer Zielposition zugeordnet ist, wird zunächst die Last mittels der Hubeinrichtung und der daran angeordneten passiven Kompensationseinrichtung abgesenkt, wobei letztere die Kompensation der Relativbewegungen übernimmt. Die aktive Kompensationseinrichtung trägt dabei nur einen geringen Anteil oder keinen Anteil der Last. Die Regeleinheit zur Kompensation der Relativbewegung mittels der aktiven Kompensationseinrichtung ist dabei nicht aktiviert.
Das Aktivieren der Regeleinheit erfolgt erfindungsgemäß vor dem Erreichen der Zielposition oder in einem Bereich der Hub-/Absenkbewegung, in dem es auf eine hohe Präzision der Lastbewegung ankommt, so dass in diesem Bereich die aktive Kompensationseinrichtung zur Kompensation der Relativbewegungen beiträgt.
In einem folgenden Schritt wird die Last dann an der Zielposition auf eine Stützfläche, beispielsweise dem Meeresboden abgesenkt und die aktive Kompensationseinrichtung mittels der Regeleinheit derart angesteuert wird, dass deren Traglast verringert wird, so dass die Last zunehmend von der Stützfläche und der Hubeinrichtung mit der passiven Kompensationseinrichtung getragen wird.
In der Folge erfolgt dann die weitere Lastübertragung von der Hubeinrichtung und der passiven Kompensationseinrichtung auf die Stützfläche, bis diese die gesamte Last trägt.
Dabei ist es vorgesehen, die aktive Kompensationseinrichtung und die passive Kompensationseinrichtung jeweils nach der vollständigen Lastübertragung per Fernbedienung von der Last zu trennen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zeigt gemäß den vorstehenden Ausführungen demnach folgende Vorteile:
Es gibt keine Wechselwirkungen mit der original installierten Hubeinrichtung und deren Hubelemente, so dass keine oder allenfalls minimale Anpassungen der Hubeinrichtung in den vorbestimmten Operationsmodi und Lastfällen erforderlich sind.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die unerwünschte Relativbewegung der Last mit Bezug zur Zielposition im Bereich zwischen dem Kranhaken und der Last kompensiert wird. Es ist daher nicht erforderlich, das Kranseil und die Scheiben des Flaschenzugs (beispielsweise 2.200 m von 50 mm starkem Stahlseil an sechs Parten des Flaschenzugs bei einer Last von 200 Metertonnen) zur Kompensation zu beschleunigen oder zu bewegen. Dies stellt eine erhebliche Energieeinsparung und eine damit einhergehende Verringerung der zu installierenden Leistung, der Größe und des Gewichts dar.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist darüber hinaus äußerst flexibel, da die nachträglich installierbare aktive Kompensationseinrichtung modular aufgebaut sein kann, um unterschiedlichen Lastfällen Genüge zu tun.
Um eine gute Regelstabilität und auch die zur Bewegungskompensation erforderliche Leistung zu minimieren, ist das Zugmittel des Aktivsystems mit möglichst geringer Elastizität auszuführen. Dementsprechend wird es bevorzugt, wenn dieses aktive Zugmittel als einzelnes Windenseil und nicht als Flaschenzug ausgeführt ist, das bis kurz vor dem Absetzen der Last praktisch nicht in Wirkeingriff steht oder nur einen geringen Teil der Last trägt. Wie erläutert, wird es dabei bevorzugt, einen ersten windenseitigen Endabschnitt als Drahtvorläufer auszubilden, an den sich dann ein über Schäkel oder auf sonstige Weise gekoppeltes Seil aus Kunststoffmaterial anschließt.
Auf diese Weise wird das Gewicht der aktiven Kompensationseinrichtung weiter abgesenkt und deren Mobilität und Flexibilität erhöht.
Gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren wird der überwiegende Anteil der Lastkräfte während der Absenkbewegung (oder Hubbewegung) durch die passive Kompensationseinrichtung getragen, während die aktive Kompensationseinrichtung nur einen kleinen Anteil zwischen 10–30 % trägt. Im Falle eines Versagens der aktiven Kompensationseinrichtung wird die Last dann immer noch sicher von der Hubeinrichtung mit der passiven Kompensationseinrichtung getragen. Dies kann in Bezug zu einer gewünschten oder geforderten Sicherheitsklasse in einer weniger komplexen Anlage und Steuerung führen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. In dem konkreten Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung mit Kompensationseinrichtungen zum Ausgleich von durch Seegang verursachten Relativbewegungen der Last mit Bezug zu einer Zielposition. ausgestattet. Es zeigen:
1 eine Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
2 eine erste Phase beim Absenken einer Last nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung einer Einrichtung gemäß 1 und
3 eine zweite Phase beim Absenken einer Last nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
1 zeigt ein stark vereinfachtes Prinzipschaubild eines mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit Seegangskompensation (HCS) 1 ausgeführten Schwimmkrans 2, über den eine Last L auf dem Meeresboden 4 oder einer dort verankerten Plattform abgesetzt werden soll. Die HCS besteht im Prinzip aus einer passiven Kompensationseinrichtung 6 und einer aktiven Kompensationseinrichtung 8, die getrennt von einander an der Last L angreifen. Das heißt die Kraftflusslinien, in denen die beiden Einrichtungen 6, 8 liegen, verlaufen in etwa parallel oder zumindest im Abstand zu einander.
Der Schwimmkran 2 ist mit einem herkömmlichen Kran 10 ausgeführt, bei dem ein Kranseil 12 mehrfach feststehende Scheiben 14 und lose, das heißt gemeinsam mit der Last L bewegbare Scheiben 16 umschlingt, so dass ein Flaschenzug 18 gebildet wird, dessen Endabschnitt (lose Part) um eine Winde oder dergleichen gelegt ist, um die Last L zu bewegen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die losen Scheiben 16 direkt mit der passiven Kompensationseinrichtung 6 verbunden. Diese hat einen hydropneumatischen Zylinder 20, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Gleichgangzylinder ausgeführt ist, dessen Kolben gemeinsam mit der Zylinderwandung 20 einen Druckraum 24 begrenzt, der von einer unteren Kolbenstange 26 durchsetzt ist. Diese Kolbenstange ist über einen Kranhaken 28 oder über eine sonstige Befestigungseinrichtung mit der Last L verbunden. Eine weitere Kolbenstange 30 durchsetzt einen weiteren, in Figur oben liegenden Druckraum 32 des Zylinders 20. Der in 1 unten liegende Druckraum 24 ist mit dem Druck eines hydropneumatischen Speichers beaufschlagt. Dieser hat einen hydropneumatischen Zylinder 36, dessen Kolben einen Flüssigkeitsraum 38, der mit einem hydraulischen Druckmittel gefüllt, von einem in 1 oberen Gasraum 40 trennt, der mit zwei Speichervolumina 42, 44, zum Beispiel Gasflaschen, verbunden ist. Der Flüssigkeitsraum 38 ist mit dem Druckraum 24 des Zylinders 20 fluidisch verbunden. Der Druck im Gasraum 40 und in den Speichervolumina 42, 44, das heißt der Abstützdruck in dem Druckraum 24, ist so gewählt, dass die Last L von der passiven Kompensationseinrichtung 6 in einer Mittellage des Kolbens 22 (siehe Darstellung gemäß 1) gehalten werden kann, wenn kein Seegang vorliegt.
Wie erläutert, liegt die aktive Kompensationseinrichtung 8 in einer separaten Kraftflusslinie. Beim konkreten Ausführungsbeispiel besteht die aktive Kompensationseinrichtung 8 im Prinzip aus einer Aktivwinde 46, die über einen Hydromaschine 48 in Abhängigkeit vom Weg der Last L angetrieben wird. Die Ansteuerung der sowohl als Pumpe als auch als Motor betreibbaren Hydromaschine erfolgt in Abhängigkeit von der Position der Last L (Weg) oder von der von der Last L auf die Aktiveinheit 8 übertragenen Kraft mittels einer geeigneten Regeleinheit 50.
Als Zugmittel hat die Aktivwinde 46 ein Windenseil 52, das bei einer bevorzugten Ausführungsform aus einem hochzugfesten Material, beispielsweise faserverstärktem Kunststoff (Dyneema^® oder dergleichen) besteht und lediglich in der ersten Lage um die Windentrommel der Aktivwinde 46 herum mit einem Drahtvorläufer versehen ist, um den Verschleiß zu minimieren. Der Drahtvorläufer und das aus Kunststoff bestehende Windenseil 52 können in geeigneter Weise, beispielsweise durch einen Schäkel oder dergleichen verbunden werden. Wie erläutert, greift das Windenseil 52 entlang einer separaten Kraftflusslinie an der Last L an. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist am Windenseil 52 ein Lasthaken 54 oder dergleichen ausgebildet, der in Wirkeingriff mit der Last L bringbar ist. Das Windenseil 52 kann auch ganz ein Draht aus Stahl sein.
Der Wirkeingriff zwischen dem Kranhaken 28 und der Last L und dem Lasthaken 54 und der Last L kann über geeignete Einrichtungen, beispielsweise einen fernbedienbaren vorgespannten Schäkel oder eine fernsteuerbare Einrichtung gelöst werden, wenn die Last L am Kranseil 12 oder am Windenseil 52 etwa gleich Null ist. Diese fernbedienbaren Einrichtungen zum Lösen des Wirkeingriffes sind in 1 mit den Bezugszeichen 56, 58 versehen.
Da sich die Wirkung der durch den hydropneumatischen Gasspeicher 36 gebildeten Gasfeder mit zunehmender Tiefe ändert, kann die passive Kompensationseinrichtung 6 zusätzlich noch mit einer Einrichtung 60 zur Kompensation der Wassertiefe ausgebildet sein.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Aktivwinde 46 auf dem Ladekran oder dem Schiff installiert. Prinzipiell sind auch Lösungen vorstellbar, bei denen die aktive Kompensationseinrichtung 8 unter Wasser sozusagen zwischen dem Lasthaken und der Last L angeordnet ist.
Anhand der 2 und 3 werden verschiedene Phasen eines Absenkvorganges der Last L auf den Meeresboden 4 erläutert.
Es sei angenommen, dass die Last L auf der Ladeplattform 62 des Schiffes aufliegt. Die Last L wird zunächst mittels des Ladekrans 10 oder der sonstigen Hubeinrichtung von der Ladeplattform 62 abgehoben und in das Wasser abgesenkt. Die Aktivwinde 46 ist dabei nicht aktiv. Die Verbindung des Windenseils 52 mit der Last L erfolgt vor oder nach dem Anheben der Last. In der ersten Phase des Absenkens wird die Last überwiegend vom Ladekran 10 und der passiven Kompensationseinrichtung 6 getragen und in Richtung zur Zielposition abgesenkt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird dabei nach Aktivierung die Aktivwinde 46 über die Regeleinheit 50 so angesteuert, dass das Windenseil 52 etwa 10 % bis 30 % der Kraft F trägt, während der Flaschenzug des Kranseils 12 entsprechend mit einer Kraft von 70 % bis 90 % beaufschlagt ist. Mit anderen Worten gesagt, das Windenseil 52 wird in dem Maß gefiert, wie die Last von der Hubeinrichtung abgesenkt wird.
2a zeigt einen stationären Zustand, bei dem die Last L noch einen gewissen Abstand zum Meeresboden 4 hat. Man erkennt, dass in dieser stationären Position der Kolben 22 des Zylinders 20 aufgrund der Vorspannung über den Gasspeicher 36 eine Mittelposition einnimmt. Dies setzt jedoch eine geeignete Aufladung des Gasspeichers 36 voraus.
Gemäß 2b wird die Last L dann mit der Geschwindigkeit v weiter abgesenkt, wobei die Ansteuerung des Hubkrans und der Aktivwinde 46 so erfolgt, dass die vorbeschriebene Änderung der Bewegung der Last aufrecht erhalten bleiben. Mit anderen Worten gesagt, die aktive Kompensationseinrichtung 8 folgt im Prinzip lediglich der Abwärtsbewegung der passiven Kompensationseinrichtung 6.
Etwaige Relativbewegungen der Last L aufgrund des Seegangs werden in dem in 2a, 2b und 2c dargestellten Phasen durch die Ansteuerung der Aktivwinde 46 über die Regeleinheit 50 kompensiert. Wenn beispielsweise der Schwimmkran 2 aufgrund des Seegangs eine Abwärtsbewegung durchführt, wird über die Aktivwinde 46 das Windenseil 52 aufgrund der kraft- und/oder wegabhängigen Regelung eingeholt und somit entsprechend mehr Kraft auf die Last L ausgeübt. Durch diese zusätzliche nach oben wirkende Zugkraft wird der Zylinder 20 entlastet, so dass sein Kolben aufgrund des Drucks in seinem unteren Druckraum 24 einfährt, so dass die gesamte Last entsprechend in Richtung zum Schwimmkran 2 angehoben wird und somit der Seegang kompensiert ist.
Wie in den 2c bis 2f dargestellt, wird nach dem Aufsetzen der Last L auf dem Meeresboden 4 die Absenkbewegung mittels des Krans 10 gestoppt, so dass die Last L von diesem gehalten wird. Parallel dazu wird die über die Aktivwinde 42 aufgebrachte Haltekraft kontinuierlich durch Fieren des Windenseils 52 verringert, wobei der von der Aktivwinde 46 getragene Anteil F entsprechend auf den Meeresboden übertragen wird. Der vom Ladekran 10 und der passiven Kompensationseinrichtung 6 getragene Anteil bleibt dabei im Wesentlichen konstant.
Nachdem die von der Aktivwinde 46 getragenen Anteile der Last L vollständig auf den Meeresboden 4 übertragen sind, kommt das Windenseil 52 lose, so dass es über die eingangs erläuterte Einrichtung 58 von der Last L getrennt werden kann. Wie erläutert, kann diese Einrichtung beispielsweise ein ferngesteuertes Fahrzeug oder ein vorgespannter Entriegelungsschäkel sein.
Nach dem vollständigen Übertragen der von der Aktivwinde 46 und dem Windenseil 52 übertragenen Kraft F fährt der Kolben 22 des Zylinders 20 gemäß 3c aufgrund der verringerten Last L ein, wobei sich entsprechend das Volumen des Druckraums 32 verkleinert und das Volumen des Gasraums 40 vergrößert. Das komprimierte Gasvolumen wirkt dabei als eine Art Gasfeder, die Kräfte- und Lageänderungen aufgrund einer Dehnung des Kranseils 12 des Ladekrans 10 kompensieren. Gemäß 3d wird die vom Flaschenzug 18 aufgebrachte Tragkraft kontinuierlich weiter verringert bis gemäß 3f die gesamte Last L zu 100 % auf dem Meeresboden 4 aufliegt. Aufgrund des Seegangs kann es in dieser Phase jedoch noch zu Relativbewegungen kommen, deren Kompensation anhand der 3b, 3c und 3e, 3f erläutert werden.
3b zeigt einen Zustand, bei dem das Schiff aus der Position gemäß 3a aufgrund des Wellengangs eine Bewegung von 2,5 m nach oben durchführt. Bei dieser Aufwärtsbewegung des Schiffes wird der Kolben 22 ausgefahren und entsprechend Druckmittel aus dem Druckraum 24 ausgeschoben, so dass die Relativposition der Last L beibehalten bleibt.
Beim Zustand gemäß 3c hat sich das Schiff aufgrund des Seegangs gegenüber der in 3a dargestellten Position weiter abgesenkt. Dabei kann diese Bewegung allerdings nicht über die passive Kompensationseinrichtung 6 kompensiert werden, da der Kolben 22 bereits vollständig eingefahren ist. Dementsprechend wird durch die Absenkbewegung des Schwimmkrans 2 das Kranseil 12 entspannt und entsprechend die vom Meeresboden 4 aufgebrachte Stützkraft erhöht.
Entsprechendes ergibt sich auch, wenn sich der Schwimmkran 2 gemäß 3d in seiner Null-Position befindet und das Kranseil 12 gegenüber dem Zustand in 3a) weiter entlastet wird – die Stützkraft am Meeresboden 4 wird entsprechend der Entlastung erhöht.
Die 3e und 3f zeigen dann nochmals den Zustand, der sich einstellt, wenn der vom Kranseil 12 aufgebrachte Anteil auf ca. 10 % der Last verringert ist und das Schiff durch Seegang bedingte Relativbewegungen durchführt.
3e zeigt den Zustand beim Anheben des Schiffes um ca. 2,5 m. Die passive Kompensationseinrichtung 6 bleibt dabei eingefahren, die auf das Kranseil 12 oder den Flaschenzug 18 wirkende Kraft steigt jedoch gegenüber dem Zustand gemäß 3d deutlich an – der Meeresboden 4 wird um ein entsprechendes Maß entlastet.
3f zeigt den Zustand, bei dem sich der Schwimmkran 2 aus der gestrichelt eingezeichneten Null-Position um 2,5 m absenkt – das Kranseil 12 beziehungsweise der Flaschenzug 18 sind dann vollständig entlastet und der Meeresboden 4 trägt die gesamte Last L zu 100 %.
Sobald auch die Zugbelastung des Kranseils 12 oder des Flaschenzugs 18 auf Null abgesenkt ist, wird dann entsprechend die passive Kompensationseinrichtung 6 von der Last L getrennt. Dies kann auf entsprechende Weise wie bei dem Windenseil 52 der Aktivwinde 46 erfolgen.
Beim den beschrieben Ausführungsbeispielen ist es bevorzugt, wenn der Druckraum 32 mit Gas gefüllt ist. Dieser Druckraum ist deshalb mit einem großen Gasvolumen verbunden. Die Druckräume 24 und 38, die über den Kolben des hydropneumatischen Speichers 36 von Gasraum 40 getrennt sind, sind mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit einem Hydrauliköl gefüllt.
Offenbart sind eine Einrichtung zum Heben, Senken oder Halten einer Last mit einer Kompensationseinrichtung zum Ausgleich von insbesondere durch Seegang verursachten Relativbewegungen der Last mit Bezug zu einer Zielposition, wobei die Last von einer Hubeinrichtung in Richtung zur Zielposition oder von dieser weg bewegbar ist und wobei eine aktive Kompensationseinrichtung vorgesehen ist. Die aktive Kompensationseinrichtung und die Hubeinrichtung greifen separat von einander oder – anders gesagt – entlang zweier getrennter Kraftflusslinien an der Last an. Geoffenbart ist außerdem ein Verfahren zum Ansteuern einer derartigen Einrichtung.
Bezugszeichenliste

1: Einrichtung
2: Schwimmkran
4: Meeresboden
6: passive Kompensationseinrichtung
8: aktive Kompensationseinrichtung
10: Ladekran
12: Kranseil
14: feste Scheiben
16: lose Scheiben
18: Flaschenzug
20: Zylinder
22: Kolben
24: Druckraum
26: Kolbenstange
28: Kranhaken
30: Kolbenstange
32: Druckraum
36: Gasspeicher
38: Flüssigkeitsraum
40: Gasraum
42: Speichervolumen
44: Speichervolumen
46: Aktivwinde
48: Hydromaschine
50: Regeleinheit
52: Windenseil
54: Lasthaken
56: fernbedienbare Einrichtung
58: fernbedienbare Einrichtung
60: Einrichtung zur Kompensation der Wassertiefe
62: Ladeplattform

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4121806 [0003, 0009]
US 7934561 B1 [0005]
EP 1869282 B1 [0008]
US 4021019 [0010]

Claims

Einrichtung zum Heben, Senken oder Halten einer Last mit einer Kompensationseinrichtung zum Ausgleich von insbesondere durch Seegang verursachten Relativbewegungen der Last mit Bezug zu einer Zielposition, wobei die Last (L) von einer Hubeinrichtung (18) in Richtung zur Zielposition oder von dieser weg bewegbar ist und wobei eine aktive Kompensationseinrichtung (8) vorgesehen ist, die über eine Regeleinheit (50) in Abhängigkeit von einer Relativbewegung der Last oder der wirksamen Kraft (F) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Kompensationseinrichtung (8) und die Hubeinrichtung (18) in zwei separaten Kraftflusslinien angeordnet sind, so dass sie getrennt an der Last angreifen.
Einrichtung nach Patentanspruch 1, wobei der Hubeinrichtung (18) eine passive Kompensationseinrichtung (6) zugeordnet ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 2, wobei die passive Kompensationseinrichtung (6) einen Gasspeicher (36) hat, der bei der Kompensation mit Druck beaufschlagt oder entspannt wird.
Einrichtung nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei die passive Kompensationseinrichtung (6) einen Zylinder (20) hat, dessen Kolben (22) einen mit dem Gasspeicher (36) in Wirkverbindung stehenden Druckraum (24) begrenzt, wobei die Last (L) mit dem Kolben (22) oder einem Gehäuse des Zylinders (20) verbunden ist und die Hubeinrichtung entsprechend mit dem Gehäuse beziehungsweise dem Kolben (22) verbunden ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 4, wobei der Zylinder (20) ein Gleichgangzylinder ist.
Einrichtung nach einem der Patentansprüche 2 bis 5, wobei die passive Kompensationseinrichtung (6) am lastseitigen Endabschnitt der Hubeinrichtung angeordnet ist.
Einrichtung nach einem der Patentansprüche 2 bis 6, wobei der passiven Kompensationseinrichtung (6) eine Einrichtung zur Kompensation der Wassertiefe zugeordnet ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die aktive Kompensationseinrichtung (8) eine vorzugsweise auf einem Schwimmkörper, beispielsweise eine auf einem Schwimmkran (2) angeordnete Aktivwinde (46) oder Linearantrieb hat, die in Abhängigkeit von der Relativbewegung ansteuerbar sind und deren Windenseil (52) beziehungsweise Linearaktor an der Last (L) angreift.
Einrichtung nach Patentanspruch 8, wobei das Windenseil (52) zumindest abschnittsweise aus hochzugfestem Kunststoffmaterial besteht.
Einrichtung nach Patentanspruch 9, wobei ein windentrommelseitiger Endabschnitt des Windenseils (52) als Drahtvorläufer ausgebildet ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die aktive Kompensationseinrichtung (8) ausgelegt ist, um nur einen geringeren Teil der Last (L) zu tragen.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer fernbedienbaren Einrichtung zum Lösen der passiven Kompensationseinrichtung (6) und/oder der aktiven Kompensationseinrichtung (8) von der Last (L) nach dem Absetzen.
Verfahren zum Ansteuern einer Einrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit den Schritten: – Absenken der Last (L) mittels der Hubeinrichtung (18), wobei die aktive Kompensationseinrichtung (8) keinen oder nur einen geringen Anteil der Last (L) trägt; – Aktivieren der Regeleinheit (50) der aktiven Kompensationseinrichtung (8) vor dem Erreichen der Zielposition, so dass diese mit zur Kompensation der Relativbewegung beiträgt; – Absetzen der Last (L) an der Zielposition und – Ansteuern der aktiven Kompensationseinrichtung (8) mittels der Regeleinheit (50) derart, dass deren Traglast verringert wird, so dass die Last (L) auf die Stützfläche übertragen wird und dann die Last (L) von der Stützfläche und der Hubeinrichtung (18) getragen wird und – weitere Lastübertragung von der Hubeinrichtung (18) auf die Stützfläche, bis diese die gesamte Last (L) trägt.
Verfahren zum Ansteuern einer Einrichtung nach Patentanspruch 13, wobei der Hubeinrichtung (18) eine passiver Kompensationseinrichtung (6) zum Ausgleich von insbesondere durch Seegang verursachten Relativbewegungen der Last mit Bezug zu einer Zielposition zugeordnet ist, mit den Schritten: – Absenken der Last (L) mittels der Hubeinrichtung, wobei die Relativbewegungen im Wesentlichen mittels der passiven Kompensationseinrichtung (6) kompensiert werden und die aktive Kompensationseinrichtung (8) keinen oder nur einen geringen Anteil der Last (L) trägt; – Aktivieren der Regeleinheit (50) der aktiven Kompensationseinrichtung (8) vor dem Erreichen der Zielposition, so dass diese mit zur Kompensation der Relativbewegung beiträgt; – Absetzen der Last (L) an der Zielposition und – Ansteuern der aktiven Kompensationseinrichtung (8) mittels der Regeleinheit (50) derart, dass deren Traglast verringert wird, so dass die Last (L) auf die Stützfläche übertragen wird und dann die Last (L) von der Stützfläche und der Hubeinrichtung mit der passiven Kompensationseinrichtung (6) getragen wird und – weitere Lastübertragung von der passiven Kompensationseinrichtung (6) auf die Stützfläche, bis diese die gesamte Last (L) trägt.
Verfahren nach Patentanspruch 13 oder 14, wobei die aktive Kompensationseinrichtung (8) und/oder die passive Kompensationseinrichtung (6) jeweils nach Entlastung per Fernbedienung von der Last (L) getrennt werden.