DE102017206595A1 - Device for lifting, lowering or holding a load - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist eine Seegangskompensationseinrichtung, bei der eine Last über einen passive Kompensationseinrichtung abgestützt ist und über eine aktive Kompensationseinheit eine entgegen der Stützrichtung wirksame Kraft aufbringbar ist.Disclosed is a sea state compensation device, in which a load is supported via a passive compensation device and an active against the support direction effective force can be applied via an 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 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.Such passive units 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 (Hydrozylinder) 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.In applications where a very precise guidance of the load during lowering is required, preferably active systems are used, in which a linear drive (hydraulic cylinder) or a rotary drive (hydraulic motor) is designed with a position control system, by which the load is controlled by controlling the load Drive can always be kept in the predetermined position.
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 are subject to restrictions in terms of maximum rope speed, weight and diameter of the sheaves / blocks and the rigidity of the structure, so that one Retrofitting with an active system is almost impossible.
In den Druckschriften
Insbesondere dann, wenn über die Hubeinrichtung eine Last von einem Schiff auf einer am Meeresboden abgestützten Plattform oder einem anderen Schiff abgesetzt werden soll, muss darauf geachtet werden, dass die Last nicht zu schnell abgesenkt wird und somit beim Aufsetzen auf der Plattform/dem Schiff beschädigt wird. Dies kann beispielsweise dann erfolgen, wenn die aktive Kompensationseinheit aufgrund eines Störfalls ausfällt.In particular, when the lifting device is to be used to deposit a load from a ship on a platform supported on the seabed or another ship, care must be taken that the load is not lowered too quickly and thus damaged when placed on the platform / ship becomes. This can be done, for example, when the active compensation unit fails due to an accident.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Heben, Senken oder Halten einer Last zu schaffen, bei der die Betriebssicherheit erhöht ist.In contrast, the invention has for its object to provide a means for lifting, lowering or holding a load, in which the reliability is increased.
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 mittels einer Hubeinrichtung in Richtung der Zielposition oder von dieser weg bewegbar. Der Hubeinrichtung ist vorzugsweise eine passive Kompensationseinrichtung zugeordnet. Des Weiteren ist eine aktive Kompensationseinheit vorgesehen, die über eine Regeleinheit in Abhängigkeit von einer Relativbewegung der Last oder einer wirksamen Kraft ansteuerbar ist. Die passive Kompensationseinrichtung ist so ausgelegt, dass sie das Gewicht der Last zumindest zu 100 Prozent stützt. Die aktive Kompensationseinheit ist erfindungsgemäß so ausgeführt, dass sie entgegengesetzt zur Stützrichtung an der Last angreift.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. The lifting device is preferably associated with a passive compensation device. Furthermore, an active compensation unit is provided which can be controlled via a control unit as a function of a relative movement of the load or an effective force. The passive compensation device is designed to support the weight of the load at least 100 percent. The active compensation unit according to the invention is designed so that it acts opposite to the supporting direction of the load.
Bei einer derartigen Konstellation wirkt somit die aktive Kompensationseinheit entgegengesetzt zur Stützrichtung, das heißt in Absenkrichtung. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu den eingangs beschriebenen herkömmlichen Lösungen gemäß der
Beim Ausfall der aktiven Kompensationseinheit des erfindungsgemäßen Systems wird innerhalb der passiven Kompensationseinrichtung ein Bauteil gegebenenfalls bis zu einem Anschlag verstellt.In case of failure of the active compensation unit of the system according to the invention, a component is optionally adjusted up to a stop within the passive compensation device.
Es wird besonders bevorzugt, wenn die passive Kompensationseinrichtung die wirksame Last überkompensiert. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass deren Vorspannung so gewählt ist, dass die aus dieser Kompensation resultierende Stützkraft größer ist als die angreifende Last oder Kraft. In diesem Fall wird die Last bei einem Ausfall der aktiven Kompensationseinheit aufgrund der Überkompensation gemäß dem Hub der passiven Kompensationseinrichtung angehoben.It is particularly preferred if the passive compensation device overcompensates the effective load. This can be achieved in that their bias is chosen so that the resulting from this compensation support force is greater than the load or force. In this case, the load is increased in case of failure of the active compensation unit due to the overcompensation according to the stroke of the passive compensation device.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung ist besonders einfach, wenn die passive Kompensationseinrichtung einen Hydrozylinder mit einem Kolben hat, der einen in Stützrichtung wirksamen Druckraum begrenzt. Dieser Druckraum steht in Wirkverbindung mit einer hydropneumatischen Speichereinheit, dessen Druck vorzugsweise in Abhängigkeit von der Last gewählt ist und der in üblicher Weise als hydropneumatischer Kolbenspeicher mit einer oder mehreren nachgeschalteten Gasflaschen ausgebildet sein kann.The structure of the device according to the invention is particularly simple if the passive compensation device has a hydraulic cylinder with a piston which limits a pressure chamber effective in the direction of support. This pressure chamber is in operative connection with a hydropneumatic storage unit whose pressure is preferably selected as a function of the load and which may be formed in the usual way as a hydropneumatic piston accumulator with one or more downstream gas cylinders.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung hat die aktive Kompensationseinheit einen Antrieb, vorzugsweise eine Aktivwinde oder einen aktiven Linearantrieb, dessen Aktor (beispielsweise ein Windenseil oder ein Linearaktor) entweder an der Last oder am Hydrozylinder der passiven Kompensationseinrichtung angreift.According to an advantageous development of the invention, the active compensation unit has a drive, preferably an active winch or an active linear drive, whose actuator (for example a winch cable or a linear actuator) acts either on the load or on the hydraulic cylinder of the passive compensation device.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Windenseil der Aktivwinde über eine Umlenkrolle umgelenkt und greift dann mittelbar oder unmittelbar am Hydrozylinder, insbesondere an einem Kolben des Hydrozylinders der passiven Kompensationseinrichtung oder an der Last an.In one embodiment of the invention, a winch rope of the active winch is deflected by a deflection roller and then engages directly or indirectly on the hydraulic cylinder, in particular on a piston of the hydraulic cylinder of the passive compensation device or on the load.
Eine derartige Umlenkrolle kann zylinderseitig oder an einem den Hydrozylinder tragenden Rollenblock gelagert sein.Such a deflection roller can be mounted on the cylinder side or on a roller block carrying the hydraulic cylinder.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung greift das Windenseil der Aktivwinde an einer Druckstange (pushrod) an, die verschiebbar am Hydrozylinder oder am Rollenblock geführt ist.In one embodiment of the invention, the winch cable of the active winch engages a push rod, which is slidably guided on the hydraulic cylinder or on the roller block.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel greift das Windenseil nicht direkt am Hydrozylinder oder an der Last an sondern wird über den Umlenkblock zu einer weiteren Aktivwinde geführt.In a further embodiment, the winch cable does not attack directly on the hydraulic cylinder or on the load but is guided over the Umlenkblock to another active winds.
Dabei kann in einem Abschnitt des Windenseils zwischen der Umlenkrolle und einer der Aktivwinden an dem Windenseil eine Koppelstange angreifen. In this case, a coupling rod can engage in a section of the winch cable between the deflection roller and one of the active winches on the winch cable.
Eine derartige Koppelstange kann wiederum an der Last oder an einem Kolben des Hydrozylinders angreifen. Im letztgenannten Fall kann die Koppelstange an einer mit der Last verbundenen Druckstange angreifen, die am Hydrozylinder oder an dem Rollenblock geführt ist.Such a coupling rod can in turn act on the load or on a piston of the hydraulic cylinder. In the latter case, the coupling rod can engage a connected to the load push rod, which is guided on the hydraulic cylinder or on the roller block.
Bei einer weiteren Ausführungsform treibt die Umlenkrolle ein Ritzel an, das mit einem an der Last mittelbar oder unmittelbar angreifenden Antriebselement, beispielsweise einer Zahnstange, kämmt.In a further embodiment, the deflection roller drives a pinion, which meshes with a directly or indirectly engaging the load drive element, such as a rack.
Bei einem mechanisch vereinfachten System greift der Aktor an einem Aktivkolben eines Pushzylinders an, wobei dieser Aktivkolben einen Aktivdruckraum begrenzt, der in Druckmittelverbindung mit einer entgegen der Stützrichtung wirksamen Druckkammer des Hydrozylinders steht. D. h. über diesen Pushzylinder wird der Kolben des Hydrozylinders mit einem in Absenkrichtung, d. h. entgegen der Stützrichtung, wirksamen Druck beaufschlagt.In a mechanically simplified system, the actuator engages an active piston of a push cylinder, wherein this active piston limits an active pressure space, which is in pressure medium connection with an effective counter to the direction of support pressure chamber of the hydraulic cylinder. Ie. About this push cylinder, the piston of the hydraulic cylinder with a in the lowering, d. H. against the support direction, effective pressure applied.
Dabei wird es bevorzugt, wenn der Pushzylinder und der Hydrozylinder miteinander verbunden sind.It is preferred if the push cylinder and the hydraulic cylinder are connected together.
Prinzipiell ist es vorteilhaft, wenn die aus der Überkompensation oder Vorspannung resultierende Kraft etwa 105% bis 150%, vorzugsweise etwa 110% der zu bewegenden Last oder Kraft entspricht.In principle, it is advantageous if the resulting from the overcompensation or bias force corresponds to about 105% to 150%, preferably about 110% of the load or force to be moved.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Bei den konkreten Ausführungsbeispielen ist die Einrichtung mit Kompensationseinrichtungen zum Ausgleich von durch Seegang verursachten Relativbewegungen der Last mit Bezug zu einer Zielposition ausgeführt.Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings. In the concrete embodiments, the device is designed with compensation devices for compensating for sea-induced relative movements of the load with respect to a target position.
Es zeigenShow it
Beim Ausführungsbeispiel gemäß
Wie erwähnt, ist der Hydrozylinder
Das Windenseil
Anhand der weiteren
Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Die aktiven Kompensationseinheit
Die Druckstange
Dementsprechend wird durch Einholen des Windenseils
Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Das Windenseil
Bei einer Überkompensation (110% der Last L) durch die passive Kompensationseinrichtung
In entsprechender Weise kann durch Umsteuern der Aktivwinden
Das Ausführungsbeispiel nach
Auch mit diesem Konzept kann bei der Kompensation des Seegangs durch Umsteuerung der Aktivwinden
Selbstverständlich kann anstelle des Zahnradgetriebes mit einem Ritzel
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Aktoren als Winden (Winde
Wie beschrieben, kann das Windenseil
Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist im Betrieb ist der Druck in dem Druckraum
Offenbart ist eine Seegangskompensationseinrichtung, bei der eine Last über einen passive Kompensationseinrichtung abgestützt ist und über eine aktive Kompensationseinheit eine entgegen der Stützrichtung wirksame Kraft aufbringbar ist.Disclosed is a sea state compensation device, in which a load is supported via a passive compensation device and an active against the support direction effective force can be applied via an 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
- Windenseilwinch rope
- 4242
- UmlenkblockUmlenkblock
- 4444
- Aktivwindeactive winds
- 4646
- Druckstangepushrod
- 4848
- Führungguide
- 5050
- Pushzylinderpush cylinder
- 5252
- Brückebridge
- 5454
- Aktivkolbenactive piston
- 5656
- AktivkolbenstangeActive piston rod
- 5858
- AktivdruckraumActive pressure chamber
- 6060
- Verbindungsleitungconnecting line
- 6262
- Kolbenraumpiston chamber
- 6464
- weitere Aktivwindemore active winds
- 6666
- TrumTrum
- 6868
- Koppelstangecoupling rod
- 7070
- Horizontalschenkelhorizontal leg
- 7272
- Ritzelpinion
- 7474
- Zahnstangerack
- 7676
- Stangepole
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 1869282 B1 [0008] EP 1869282 B1 [0008]
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- DE 102015225936 A1 [0012] DE 102015225936 A1 [0012]
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Publication number | Publication date |
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EP3290384C0 (en) | 2024-03-13 |
EP3290384A1 (en) | 2018-03-07 |
EP3290384B1 (en) | 2024-03-13 |
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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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