DE102017206590A1 - Device for lifting, lowering or holding a load - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist eine Seegangskompensationseinrichtung bei der eine Last über eine passive Kompensationseinrichtung und eine aktive Kompensationseinheit abgestützt ist, wobei ein Flaschenzug einer Hubeinrichtung sowohl der passiven Kompensationseinrichtung als auch der aktiven Kompensationseinheit zugeordnet ist.Disclosed is a sea state compensation device in which a load is supported via a passive compensation device and an active compensation unit, wherein a pulley is associated with a lifting device of both the passive compensation device and the active compensation unit.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Heben, Senken oder Halten einer Last gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for lifting, lowering or holding a load according to the preamble of claim 1.
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.Sea or swell compensation devices (Heave Compensation System) - hereinafter also referred to as HCS - are used, for example, in offshore / marine technology when a load from a ship by means of a crane on an object supported on the seabed, for example, a platform should be discontinued. Such a task is in the assembly of rigs or offshore wind turbines before or when a drill string is lowered from a floating platform and this is raised and lowered by the sea. In research, heavy measuring devices or supply stations for robots or the like are lowered from a ship via a winch to great depths, in which case the tether, caused by the sea state, is exposed to considerable tensile loads.
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
Derartige passive Kompensationssysteme 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.Such passive compensation systems are designed to match the particular application and the associated loads, so that an adaptation to different loads is possible only with great effort. Such passive systems are often arranged between the actual crane hook and the load and thus are located when lowering below sea level.
Ein Problem bei derartigen passiven Systemen besteht darin, dass die Aufladung der hydropneumatischen Speichereinheit in Abhängigkeit von der Last und dem Seegang und auch von der Eintauchtiefe angepasst werden muss. In der
Bei Anwendungen, bei denen es auf eine sehr präzise Führung der Last beim Absenken ankommt, werden vorzugsweise aktive Systeme verwendet, bei denen ein Linearantrieb, vornehmlich ein Hydrozylinder, oder ein rotatorischer Antrieb, vornehmlich ein Hydromotor, mit einem Positionsregelsystem ausgeführt ist, durch das die Last durch Ansteuerung des Antriebs stets auf der vorbestimmten Position gehalten werden kann. Eine derartige Einrichtung mit aktiver und passiver Kompensationseinrichtung ist in der
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.Such active systems are usually placed on the ship, so they must also move the weight of the crane cable, the crane blocks (pulley) and the crane hook, so that the payload is reduced by the additional weight of these components.
Bei größeren Lasten wird üblicher Weise ein Kombination eines aktiven und passiven Systems eingesetzt, wie es beispielsweise in der
Dabei wird zum einen die Last über ein passives hydropneumatisches Speichersystem 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
Die
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.Such systems have a relatively complex structure and are integrated by the manufacturer in the design of the crane. Retrofitting the active system to existing cranes using only a passive compensation system is only possible with great effort, as it requires intervention in the crane structure of the existing design and also provides additional hydraulic power. In addition, existing crane designs due to restrictions on the maximum rope speed, the weight and the diameter of the sheaves / blocks and the rigidity of the construction, so that retrofitting with an active system is almost impossible.
In den Druckschriften
Bei diesen Systemen ist die aktive Kompensationseinheit jeweils mit einer Windenanordnung ausgeführt, wobei ein Windenseil oder dergleichen an der Last angreift, um die Hubeinrichtung und die passive Kompensationseinrichtung beim Absenken zu unterstützen, indem das Fieren des Windenseils durch entsprechende Ansteuerung der aktiven Winde gesteuert wird. Nachteilig bei derartigen Lösungen ist, dass ein relativ großer vorrichtungstechnischer Aufwand zur Realisierung der passiven Kompensationseinrichtung und der aktiven Kompensationseinheit erforderlich ist.In these systems, the active compensation unit is each implemented with a winch arrangement, wherein a winch cable or the like acts on the load to assist the lifting device and the passive compensation device on lowering, by controlling the fibrillation of the winch cable by corresponding activation of the active winch. A disadvantage of such solutions is that a relatively large device-technical effort for the realization of the passive compensation device and the active compensation unit is required.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die die Kompensation von Relativbewegungen mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand ermöglicht.In contrast, the present invention seeks to provide a device that allows the compensation of relative movements with low device complexity.
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit der Merkmalskombination des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by a device with the combination of features of claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß hat die Einrichtung zum Heben, Senken oder Halten einer Last eine Kompensationseinrichtung, die zum Ausgleich von insbesondere durch Seegang verursachten Relativbewegungen der Last mit Bezug zu einer Zielposition ausgeführt ist. Die Last ist dabei mittels einer Hubeinrichtung in Richtung zur Zielposition oder von dieser weg bewegbar und hat feste und lose Rollen, die gemeinsam mit einem Tragseil einen Flaschenzug bilden. Das Tragseil kann mittels eines Aktors eingeholt oder gefiert werden, um die Last anzuheben oder abzusenken. Erfindungsgemäß ist der Hubeinrichtung eine passive Kompensationseinrichtung zugeordnet, die das Gewicht der Last L zumindest teilweise stützt. Des Weiteren ist eine aktive Kompensationseinheit vorgesehen, die von einer Regeleinheit in Abhängigkeit von einer durch Seegang verursachten Bewegung der Last ansteuerbar ist. Erfindungsgemäß erstreckt sich das Tragseil des Flaschenzugs von dem Aktor über die Rollen zu einem Aktivaktor der aktiven Kompensationseinheit, wobei dieser Aktivaktor unabhängig von dem Aktor ansteuerbar ist. Der Flaschenzug hat also eine Doppelfunktion. Er dient zum einen dazu, die Last zu bewegen und auch die passive Kompensationseinrichtung zu tragen und ist zum anderen Teil der aktiven Kompensationseinheit. Somit ist der vorrichtungstechnische Aufwand gegenüber den vorbeschriebenen Lösungen bei zumindest gleichbleibender Funktion deutlich verringert, da keine gesonderte Einrichtung, beispielsweise ein weiteres Windenseil erforderlich ist, um die Stellbewegung des Aktivaktors auf einen Hydrozylinder der aktiven Kompensationseinheit zu übertragen.According to the invention, the device for lifting, lowering or holding a load has a compensating device which is designed to compensate for the relative movements of the load, in particular caused by swell, with reference to a target position. The load is movable by means of a lifting device in the direction of the target position or away from it and has fixed and loose rollers, which together with a supporting cable form a pulley. The suspension cable can be caught or detended by means of an actuator to raise or lower the load. According to the invention, the lifting device is associated with a passive compensation device which at least partially supports the weight of the load L. Furthermore, an active compensation unit is provided, which can be controlled by a control unit as a function of a movement of the load caused by swell. According to the invention, the supporting cable of the pulley extends from the actuator via the rollers to an active actuator of the active compensation unit, wherein this active actuator can be controlled independently of the actuator. The pulley thus has a double function. It serves on the one hand to move the load and also to carry the passive compensation device and on the other hand is part of the active compensation unit. Thus, the device complexity compared to the above solutions is significantly reduced at least constant function, since no separate device, such as another winch rope is required to transmit the actuating movement of the Aktivaktors on a hydraulic cylinder of the active compensation unit.
Insbesondere bei Offshore-Bedingungen ist es vorteilhaft, wenn der Aktor und der Aktivaktor als Winden ausgeführt sind. Derartige Antriebe sind kostengünstig und robust ausgeführt.In particular, in offshore conditions, it is advantageous if the actuator and the Aktivaktor are designed as winds. Such drives are inexpensive and robust.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung ist eine Bremse vorgesehen, die insbesondere an einer Rolle des Flaschenzugs angeordnet ist, um das Tragseil festzuhalten, so dass sich eine passive Part des Tragseils von der Rolle zum Aktor und die andere, aktive Part des Tragseils von der Rolle zum Aktivaktor erstreckt. Mit anderen Worten gesagt, über diese Bremse werden das Tragseil und damit der Flaschenzug in zwei funktional unabhängig voneinander betätigbare Parten aufgeteilt.In a particularly preferred embodiment, a brake is provided, which is arranged in particular on a roller of the pulley to hold the carrying cable, so that there is a passive part of the supporting cable from the roller to the actuator and the other, active part of the supporting cable from the roller to Aktivaktor extends. In other words, this brake the suspension cable and thus the pulley are divided into two functionally independently operable Parten.
Erfindungsgemäß wird es besonders bevorzugt, wenn die Bremse an einer der ortsfesten Rollen angreift, die üblicherweise an Deck (oberhalb des Wasserspiegels) angeordnet sind.According to the invention it is particularly preferred if the brake acts on one of the stationary rollers, which are usually arranged on the deck (above the water level).
Gemäß einer Variante der Erfindung hat die passive Kompensationseinrichtung einen Hydrozylinder, dessen Kolben einen in Stützrichtung wirksamen Druckraum begrenzt, der mit einer hydropneumatischen Speichereinheit in Wirkverbindung steht, wobei eine Kolbenstange an der Last angreift, so dass eine Art Gasfeder zur passiven Abstützung der Last gebildet ist.According to a variant of the invention, the passive compensation device has a hydraulic cylinder whose piston defines a pressure chamber effective in the direction of support, which is in operative connection with a hydropneumatic storage unit, wherein a piston rod acts on the load, so that a kind of gas spring for passive support of the load is formed ,
Die vom Druck in der hydropneumatischen Speichereinheit bestimmte Vorspannung im Druckraum ist vorzugsweise so gewählt, dass das Gewicht der Last bei ausgefahrener Kolbenstange (in Absenkrichtung) in etwa kompensiert ist. In der Mittelstellung ist die Last dann etwas unterkompensiert. Dadurch wird beispielsweise bewirkt, dass beim Fieren des Tragseils mittels des Aktivaktors die die Last haltende Kolbenstange aus ihrer Mittelposition heraus ausfährt, um beispielsweise ein Anheben eines Schiffes oder Schwimmkrans aufgrund einer Wellenbewegung zu kompensieren. In umgekehrter Weise wird bei einem Absenken des Schwimmkrans der Aktivaktor angesteuert, um das Tragseil einzuholen, so dass die Last in der vorbestimmten Zielposition verbleibt.The bias in the pressure space determined by the pressure in the hydropneumatic storage unit is preferably selected such that the weight of the load is approximately compensated for when the piston rod is extended (in the lowering direction). In the middle position, the load is then slightly undercompensated. As a result, for example, causes when the suspension of the suspension cable by means of the Aktivaktors the load-holding piston rod extends out of its central position, for example, to compensate for lifting a ship or floating crane due to a wave motion. Conversely, when lowering the floating crane of the Actuator actuated to catch up the carrying rope, so that the load remains in the predetermined target position.
Der vorrichtungstechnische Aufwand lässt sich weiter verringern, wenn der Hydrozylinder als Gleichgangzylinder ausgeführt ist, wobei die dem Aktivaktor zugeordnete Part des Tragseils an der von der Last entfernten Kolbenstange angreift. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Hydrozylinder somit sowohl der aktiven Kompensationseinheit als auch der passiven Kompensationseinrichtung als Stellelement zugeordnet.The device complexity can be further reduced if the hydraulic cylinder is designed as a synchronous cylinder, wherein the active actuator associated part of the supporting cable engages the remote from the load piston rod. In this embodiment, the hydraulic cylinder is thus assigned to both the active compensation unit and the passive compensation device as an actuating element.
In einer bevorzugten Ausbildung einer erfindungsgemäßen Einrichtung ist zumindest eine lose Rolle der erstgenannten Part an einem den Hydrozylinder tragenden Rollenblock angeordnet und zumindest eine der aktiven Part zugeordnete lose Rolle greift an der von der Last abgewandten Kolbenstange des Hydrozylinders an.In a preferred embodiment of a device according to the invention, at least one loose roll of the first-mentioned part is arranged on a roller block carrying the hydraulic cylinder and at least one loose roller assigned to the active part engages the piston rod of the hydraulic cylinder facing away from the load.
Die Ansteuerung der Aktoren ist vereinfacht, wenn Einrichtungen, insbesondere Sensoren zur Erfassung der wirksamen Tragseillänge der Parten und der Windenkraft vorgesehen sind. In Abhängigkeit von den Messsignalen dieser Einrichtungen erfolgt dann die Ansteuerung der Aktoren mittels einer Regeleinheit. Eine derartige Lösung hat den Vorteil, dass diese Einrichtungen/Sensoren deckseitig vorgesehen werden können und es nicht erforderlich ist, Sensoren zur Erfassung der Lastzustände der Kompensationseinrichtung/Kompensationseinheit, insbesondere des Hydrozylinders unterhalb des Wasserspiegels vorzusehen.The actuation of the actuators is simplified if facilities, in particular sensors for detecting the effective support rope length of Parten and the wind force are provided. Depending on the measurement signals of these devices then the actuation of the actuators by means of a control unit. Such a solution has the advantage that these devices / sensors can be provided on the cover side and it is not necessary to provide sensors for detecting the load conditions of the compensation device / compensation unit, in particular of the hydraulic cylinder below the water level.
Zur schnellen Druckentlastung des in Stützrichtung wirksamen Druckraumes des Hydrozylinders kann dem Gasspeicher ein Bypassventil zugeordnet werden.For rapid pressure relief of effective in the direction of support pressure chamber of the hydraulic cylinder, the gas storage a bypass valve can be assigned.
Die eingangs genannte Regeleinheit ist so ausgelegt, dass sie die Einrichtung nach folgenden Modi steuert:
Zum einen ist ein Modus vorgesehen, in dem das „einfache” Anheben oder Absenken der Last durch Ansteuern des Aktors und Anhalten der Aktivwinde erfolgt. Die Kompensation einer durch Wellengang oder Dünung verursachten Relativbewegung der Last relativ zu der Zielposition kann durch Einrücken der Bremse und Ansteuern des Aktivaktors und Anhalten des Aktors erfolgen. In einem Kombinationsmodus erfolgt das Anheben oder Absenken der Last und dabei eine aktive Kompensation einer durch Wellengang oder Dünung verursachten Relativbewegung der Last mit Bezug zu der Zielposition durch Einrücken der Bremse und Ansteuern des Aktors und des Aktivaktors.The control unit mentioned above is designed to control the device according to the following modes:
On the one hand, a mode is provided in which the "simple" lifting or lowering of the load takes place by activating the actuator and stopping the active winch. The compensation of a relative movement of the load caused by swell or swell relative to the target position can be done by engaging the brake and driving the Aktivaktors and stopping the actuator. In a combination mode, the load is raised or lowered while actively compensating for a relative movement of the load relative to the target position caused by swell or swell by engaging the brake and driving the actuator and the active actuator.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Heben, Senken oder Halten einer Last wird im Folgenden anhand einer in der Zeichnung dargestellten Einrichtung mit Kompensationseinrichtungen zum Ausgleich von durch Seegang verursachten Relativbewegungen einer Last mit Bezug zu einer Zielposition erläutert.A preferred embodiment of a device according to the invention for lifting, lowering or holding a load will be explained below with reference to a device shown in the drawing with compensation devices to compensate for caused by sea relative movements of a load with respect to a target position.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Prinzipschaubild eines mit einer derartigen erfindungsgemäßen Einrichtung zur Seegangskompensation (HCS)
Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Figur ist am Rollenblock
Wie erläutert ist der Hydrozylinder
Eine von der Last L entfernte Kolbenstange
Die Ansteuerung der beiden Winden
Der festen Rolle
Wie in der Figur dargestellt ist, kann dem Hydrozylinder
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt der Hydrozylinder
Die Regeleinheit
Bei einer Betriebsart, bei der die Last L bei Seegang in einer bestimmten Relativposition gehalten werden soll, wird die Bremse
In einer dritten Betriebsart erfolgt die Kompensation des Seegangs während des Anhebens oder Absenkens der Last L. Für diese Betriebsart wird ebenfalls die Bremse
Da der Kraftfluss der aktiven Kompensationseinheit
Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Systems besteht darin, dass alle festen Rollen und alle losen Rollen jeweils im Wesentlichen in der gleichen Ebene liegen, so dass die dynamischen Belastungen im Flaschenzug
Die erfindungsgemäße Lösung kann durch Auswechseln des Tragseils
Bei dem Ausführungsbeispiel werden Winden (Winde
Das Tragseil kann im Bereich der Umlenkung als Kette oder sonstiges verschleißfestes Zugmittel ausgeführt sein. Der auf die Winden aufzuwickelnde Abschnitt kann auch aus hochfestem Kunststoff, bspw. Dyneema® ausgeführt sein. Der Hub der vorbeschriebenen aktiven Kompensationseinheit
Wie erläutert, ist die Anwendung der Einrichtung nicht auf die Kompensation von durch Seegang verursachten Bewegungen begrenzt sondern allgemein dort anwendbar, wo aufgrund äußerer Umstände verursachte Relativbewegungen einer Last kompensiert werden sollen. Die aktive Kompensationseinheit kann auch als mobile Lösung ausgeführt sein.As explained, the application of the device is not limited to the compensation of movements caused by swellings but is generally applicable where relative movements of a load caused by external circumstances are to be compensated. The active compensation unit can also be designed as a mobile solution.
Offenbart ist eine Seegangskompensationseinrichtung bei der eine Last über eine passive Kompensationseinrichtung und eine aktive Kompensationseinheit abgestützt ist, wobei ein Flaschenzug einer Hubeinrichtung sowohl der passiven Kompensationseinrichtung als auch der aktiven Kompensationseinheit zugeordnet ist.Disclosed is a sea state compensation device in which a load is supported via a passive compensation device and an active compensation unit, wherein a pulley is associated with a lifting device of both the passive compensation device and the active compensation unit.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- EinrichtungFacility
- 22
- Schwimmkranfloating crane
- 44
- MeeresbodenSeabed
- 66
- passive Kompensationseinrichtungpassive compensation device
- 88th
- aktive Kompensationseinheitactive compensation unit
- 1010
- Ladekranladekran
- 1414
- feste Rollesolid role
- 1616
- lose Rolleloose roll
- 1818
- Tragseilsupporting cable
- 2020
- Flaschenzugpulley
- 2121
- Windewinch
- 2222
- Rollenblockpulley block
- 2424
- Hydrozylinderhydraulic cylinders
- 2626
- Kolbenpiston
- 2828
- Druckraumpressure chamber
- 3030
- Druckkammerpressure chamber
- 3232
- hydropneumatische Speichereinheithydropneumatic storage unit
- 3434
- Kolbenstangepiston rod
- 3636
- Kolbenstangepiston rod
- 3838
- Konsoleconsole
- 4040
- lose Rolleloose roll
- 4242
- feste Rollesolid role
- 4444
- feste Rollesolid role
- 4646
- Aktivwindeactive winds
- 4848
- Regeleinheitcontrol unit
- 5050
- Sensorsensor
- 5252
- Sensorsensor
- 5454
- Bremsebrake
- 5656
- aktive Partactive part
- 5858
- passive Partpassive part
- 6060
- Bypassventilbypass valve
- 6262
- Doppelpfeildouble arrow
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- US 7934561 B1 [0005] US 7934561 B1 [0005]
- EP 1869282 B1 [0008] EP 1869282 B1 [0008]
- US 4021019 [0010] US 4021019 [0010]
- DE 102015225936 A1 [0012] DE 102015225936 A1 [0012]
- EP 2896589 A1 [0012] EP 2896589 A1 [0012]
Claims (10)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: VAN HALTEREN TECHNOLOGIES BOXTEL B.V., NL Free format text: FORMER OWNER: ROBERT BOSCH GMBH, 70469 STUTTGART, DE |
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R082 | Change of representative |
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