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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine hydraulische Stabilisierungsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Seegangs- oder Wellengangskompensationsvorrichtungen (Dünungskompensationssysteme) werden zum Beispiel in Offshore-/Meerestechnik zum Stabilisieren einer Last verwendet, die mittels eines Schwimmkrans oder einer schwimmenden Basis auf einem Meeresboden oder einer festen Plattform abgesenkt oder abgestellt wird. Um durch Wellengang verursachte relative Bewegungen oder relative Bewegungen des Krans oder der Basis bezüglich der Last zu kompensieren, sind passive Kompensationssysteme und aktive Kompensationssysteme bekannt. Einfache passive Kompensationssysteme sind in der Regel an eine bestimmte Last und Anwendung angepasst, während aktive Kompensationssysteme eine besonders genaue Lastführung bereitstellen und oftmals komplexe Kabel und Seiltriebe benötigen. Bei einigen kombinierten Lösungen ist ein komplexer Vierkammerspeicher mit der aktiven und passiven Seite einer Kolbenzylindereinheit verbunden.
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Stand der Technik findet sich z. B. in der
EP 3 290 383 A1 , die eine Seegangskompensationsvorrichtung offenbart, wobei eine Last über ein komplexes Aufhängungssystem aufgehängt ist, das eine passive Kompensationseinheit und eine aktive Kompensationseinheit beinhaltet, die als mechanisch miteinander gekoppelte Linearaktoren ausgebildet sind. In der passiven Kompensationseinheit wird ein erster Kolben durch über eine Gasfeder an eine Zylinderkammer angelegten Fluiddruck gestützt, und eine gegenüberliegende Zylinderkammer ist zum Beispiel mit einer Arbeitsfluidausgleichsvorrichtung verbunden. In der aktiven Kompensationseinheit wird Arbeitsfluid zwischen zwei einander gegenüberliegenden Zylinderkammern gepumpt.
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Die der vorliegenden Offenbarung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer hydraulischen Stabilisierungsvorrichtung zum Stabilisieren einer an einer Basis aufgehängten Last, die die Probleme des Stands der Technik reduziert oder eliminiert. Insbesondere soll eine hydraulische Stabilisierungsvorrichtung bereitgestellt werden, die kostengünstig und einfach ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine in Anspruch 1 definierte hydraulische Stabilisierungsvorrichtung gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Im Einzelnen ist die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung (auch als Seegangskompensationssystem bezeichnet) zum Stabilisieren einer Last vorgesehen, die auf einer definierten Höhe bezüglich einer horizontalen Bezugsebene an einer Basis aufgehängt ist, wobei die Basis bezüglich der horizontalen Bezugsebene eine variable Höhe aufweist. Insbesondere ist die horizontale Bezugsebene bezüglich der Erde oder einer festen umliegenden Umgebung, z. B. dem Meeresboden unterhalb der Basis, festgelegt und horizontal. Die definierte Höhe kann eine fest eingestellte Höhe zum Halten der Last oder eine variable Höhe zum Absenken und Anheben der Last sein. Die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung beinhaltet eine Kolbenzylindereinheit, die in einem Kraftübertragungsweg zwischen der Basis und der Last eingebunden oder einbindbar ist. Die Kolbenzylindereinheit ist nicht auf eine runde Zylinderform beschränkt und kann eine beliebige geeignete Querschnittsform aufweisen. Ferner umfasst die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung einen Kolben, der zwei Druckkammern mit verschiedenen (effektiven) Kolbendruckbeaufschlagungsflächen trennt, die bezüglich einander in entgegengesetzten Richtungen wirken. Eine Kurzschlussleitung ist dazu ausgebildet, die beiden Druckkammern selektiv fluidisch zu verbinden. Zwei Elemente, die fluidisch verbunden sind, bedeutet im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung, dass Fluid zwischen den beiden Elementen strömen kann. Darüber hinaus umfasst die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung eine Hydraulikdruckspeichervorrichtung, die, insbesondere direkt oder indirekt, mit der Kurzschlussleitung fluidisch verbunden ist, um die Kolbenzylindereinheit in Reaktion auf eine dynamische Höhenänderung der Basis und in einer entgegengesetzten Richtung zu der dynamischen Höhenänderung der Basis durch Bereitstellen eines dynamischen Druckgleichgewichts zwischen den beiden Druckkammern auszufahren und einzufahren.
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Dadurch kann ein System für passive Kompensation bereitgestellt werden, das einfach strukturiert ist und eine Feder- und Dämpfungswirkung zum Stabilisieren der Last bereitstellt. Insbesondere steuert die hydraulische Kompensationsvorrichtung, wenn sich die Basis bezüglich der Last bewegt, den Arbeitsfluidstrom zwischen den Druckkammern und der Hydraulikdruckspeichervorrichtung, um das dynamische Druckgleichgewicht bereitzustellen. Die Hydraulikdruckspeichervorrichtung ist insbesondere ein bekannter Hydraulikdruckspeicher. Es sind keine schwierigen Teile, wie zum Beispiel ein komplexer Vierkammerspeicher, und keine große Anzahl von Kabeln und Seiltrieben erforderlich. Des Weiteren ist bei dieser hydraulischen Stabilisierungsvorrichtung die Last an einer hängenden Kolbenzylindereinheit aufgehängt, die daher ziehend belastet werden kann, und die Last kann den Zylinder ausfahren.
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Vorteilhafterweise umfasst die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung ferner eine hydraulische Verdrängungsmaschine, insbesondere eine hydraulische Verdrängungsmaschine mit konstanter Fördermenge oder eine Zwei-Wege-Pumpe, z. B. eine Sytronix-Pumpe von Bosch Rexroth, die mit mindestens einer der beiden Druckkammern fluidisch verbunden ist und dazu ausgebildet ist, ihnen ein Arbeitsfluid zuzuführen. Dadurch kann über die Kolbenzylindereinheit sowohl aktive Kompensation als auch passive Kompensation bereitgestellt werden, wodurch eine besonders einfache und raumsparende Struktur bereitgestellt wird. Insbesondere kann die Last zentral zu der oder in Ausrichtung auf die Kolbenzylindereinheit verbunden sein, wodurch vorteilhafterweise eine direkte und lineare Kraftübertragung erreicht wird. Das heißt, die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung weist vorzugsweise ein einziges Zylindergehäuse auf, das einen einzigen Kolben führt. Vorteilhafterweise kann eine Lastseite der Kolbenzylindereinheit überkompensiert werden, da sie sowohl über die Last als auch einen angelegten Druck über eine Basisseite der Kolbenzylindereinheit belastet wird, damit sie mit nur einer aktiven Seite der Kolbenzylindereinheit, insbesondere einer Dreikammerkolbenzylindereinheit, sowohl drücken als auch ziehen kann.
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Vorzugsweise ist die hydraulische Verdrängungsmaschine auf einer anderen Seite mit der Hydraulikdruckspeichervorrichtung verbunden, wobei die hydraulische Verdrängungsmaschine insbesondere parallel zu der Kurzschlussleitung angeordnet ist. Aufgrund dessen wird eine durch die hydraulische Verdrängungsvorrichtung zu überwindende Druckdifferenz reduziert oder sogar null, wenn die Kurzschlussleitung vor Antrieb der hydraulischen Verdrängungsvorrichtung geöffnet worden ist. Somit ist der Energieverbrauch niedrig, und die Reaktionszeit der hydraulischen Verdrängungsvorrichtung ist optimiert. Darüber hinaus kann die Hydraulikdruckspeichervorrichtung (d. h. die passive Seite der Kolbenzylindereinheit und der Hydraulikreis) als ein Speicher für Arbeitsfluid - z. B. Hydrauliköl - dienen, um die hydraulische Verdrängungsmaschine zu versorgen. Somit kann ein zusätzliches Reservoir für das Arbeitsfluid weggelassen werden, und die vorliegende hydraulische Stabilisierungsvorrichtung ist weiter vereinfacht.
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Die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung kann einen passiven (lastseitigen) Hydraulikkreis aufweisen, der die lastseitige Druckkammer und die Hydraulikdruckspeichervorrichtung mit der Kurzschlussleitung und wahlweise mit der hydraulischen Verdrängungsvorrichtung verbindet.
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Ferner kann die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung einen aktiven (basisseitigen) Hydraulikreis aufweisen, der die basisseitige Druckkammer mit der Kurzschlussleitung und wahlweise mit der hydraulischen Verdrängungsvorrichtung verbindet.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung ferner eine Steuereinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, die hydraulische Verdrängungsmaschine und die Kurzschlussleitung so zu steuern, dass in einem passiven Kompensationsmodus die Kurzschlussleitung die beiden Druckkammern fluidisch verbindet oder in einem aktiven Kompensationsmodus die Kurzschlussleitung die beiden Druckkammern fluidisch trennt und die hydraulische Verdrängungsmaschine aktiv ist. Daher kann ein Wechsel von aktiver zu passiver Kompensation einfach und schnell erreicht werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform steuert die Steuereinheit einen die hydraulische Verdrängungsmaschine antreibenden Elektromotor. Vorzugsweise sind der Elektromotor und die Steuereinheit und wahlweise ein entsprechendes Stromnetz für Energierückgewinnung geeignet. Da ein Großteil der Energie in den elektrischen Antrieben oder in dem Elektromotor oder in der Steuereinheit zurückgewonnen werden kann, ist der Energieverbrauch somit minimiert.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform steuert die Steuereinheit alternativ mindestens einen - insbesondere mehrere - hydraulische(n) Sekundärantrieb(e), der/die die hydraulische Verdrängungsmaschine antreibt bzw. antreiben. Vorzugsweise ist der mindestens eine hydraulische Sekundärantrieb dazu ausgebildet, Hydraulikleistung von bzw. zu einem passiven Arbeitsfluidvolumen, z. B. der Hydraulikdruckspeichervorrichtung, zu empfangen und zurückzugeben. Es kann eine Verstärkungseinheit bereitgestellt werden, die einen Druck des passiven Arbeitsfluids, oder der daran angelegt ist, verstärkt. Solch eine Verstärkungseinheit kann vorteilhafterweise Druckverlust im Arbeitsfluid bewältigen/ausgleichen.
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Der Elektromotor oder der mindestens eine hydraulische Sekundärantrieb kann eine Antriebseinheit zum Antreiben der hydraulischen Verdrängungsmaschine mit variabler Drehzahl und/oder variablem Drehmoment sein. Somit kann die Stabilisierungsvorrichtung die Last besonders genau stabilisieren.
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Des Weiteren beinhalten die beiden Druckkammern vorzugsweise eine lastseitige Druckkammer, die auf einer Seite des Kolbens, die der Last zugekehrt ist, angeordnet ist und eine der Kolbendruckbeaufschlagungsflächen beinhaltet, die eine lastseitige Kolbendruckbeaufschlagungsfläche bereitstellt.
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Ferner können die beiden Druckkammern eine basisseitige Druckkammer, die auf einer Seite des Kolbens, die der Basis zugekehrt ist, angeordnet ist und eine andere der Kolbendruckbeaufschlagungsflächen beinhaltet, die eine basisseitige Kolbendruckbeaufschlagungsfläche bereitstellt. Insbesondere ist die lastseitige Kolbendruckbeaufschlagungsfläche größer als die basisseitige Kolbendruckbeaufschlagungsfläche. Aufgrund dessen kann das Arbeitsfluidvolumen in der lastseitigen Kammer die Last stützen, und die Hydraulikdruckspeichervorrichtung kann als eine Gasdruckfeder wirken. Die Last kann mit dem Kolben, d. h. auf einer Stangenseite der Kolbenzylindereinheit, verbunden sein, und die Basis kann mit einem Zylindergehäuse, d. h. einer Bodenseite der Kolbenzylindereinheit, verbunden sein. In diesem Fall kann passive Kompensation über einen stangenseitigen Raum bereitgestellt werden, der insbesondere die lastseitige Druckkammer ist.
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Vorzugsweise wird ein (anfänglicher/statischer Gleichgewichts-/Grund-)Druck der Hydraulikdruckspeichervorrichtung gemäß der Last und einem Verhältnis der Kolbendruckbeaufschlagungsflächen bezüglich einander bereitgestellt. Insbesondere ist der (anfängliche/statische Gleichgewichts-/Grund-)Druck der Hydraulikdruckspeichervorrichtung ein Druck, der erzielt wird, wenn die Last im passiven Kompensationsmodus, d. h., wenn die Basis statisch ist, statisch gestützt wird. Dies gestattet, die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung gemäß einer bestimmten Last anzupassen, vorzugsweise so, dass die Kolbenzylindereinheit in einem Druckgleichgewicht halb ausgezogen wird. Zum Beispiel kann dieses Verhältnis zwischen 4:1 bis 6:1, vorzugsweise sogar höher (10: 1 für Energieeffizienz) liegen. Die Grenze bei dem Verhältnis ist der Gesamtkraftbetrag, der von der basisseitigen Druckkammer erzeugt werden kann. Das Verhältnis ist vorzugsweise ein Verhältnis der Stangenseite versus der Bodenseite, d. h. ein Verhältnis der lastseitigen Kolbendruckbeaufschlagungsfläche bezüglich der basisseitigen Kolbendruckbeaufschlagungsfläche. Vorzugsweise wird der (anfängliche/statische Gleichgewichts-/Grund-)Druck so eingestellt, dass ein Gleichgewicht bei der Hälfte einer Gesamtdruckkapazität der hydraulischen Stabilisierungsvorrichtung insgesamt erreicht wird oder mit anderen Worten, wenn ein Druck der basisseitigen Druckkammer, der zu der lastseitigen Druckkammer drängt, die halbe Kapazität beträgt.
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Insbesondere sind Oberflächen einander gegenüberliegender Innenflächen der basisseitigen Druckkammer, die der Last zugekehrt bzw. abgekehrt sind, voneinander verschieden. Diese Oberflächen können voneinander subtrahiert werden, um eine effektive basisseitige Fläche, d. h. die (effektive) basisseitige Kolbendruckbeaufschlagungsfläche, zu definieren. Analog dazu kann die (effektive) lastseitige Kolbendruckbeaufschlagungsfläche eine effektive lastseitige Fläche sein, die durch Subtrahieren von Oberflächen von Innenflächen der lastseitigen Druckkammer, die der Last zugekehrt bzw. abgekehrt sind, definiert wird.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Kolben eine hohle Kolbenstange beinhaltet, die eine der beiden Druckkammern aufnimmt, insbesondere einen bodenseitigen Raum bereitstellt. Auf diese Weise ist es möglich, ein großes Verhältnis der Kolbendruckbeaufschlagungsflächen zu erreichen, während eine Kolbenzylindereinheit bereitgestellt wird, die einen raumsparenden Aufbau mit geringem Gewicht aufweist. Wenn das Verhältnis groß ist, kann eine hohe Last kompensiert werden, ohne den (anfänglichen/statischen Gleichgewichts-/Grund-)Druck der Hydraulikdruckspeichervorrichtung zu erhöhen. Insbesondere wird die aktive Kompensation über den bodenseitigen Raum bereitgestellt, der insbesondere die basisseitige Druckkammer ist. Eine dritte Kammer kann den bodenseitigen Raum umgebend gebildet sein. Die dritte Kammer kann mit einem Niederdruckgas, insbesondere Stickstoff, gefüllt sein, und kann somit für Kompensation im Wesentlichen nicht benutzt werden. Die dritte Kammer kann die Kolbenzylindereinheit vor Korrosion schützen.
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Ferner beinhaltet die Kurzschlussleitung vorzugsweise eine Strömungssteuervorrichtung, vorzugsweise ein Steuerventil, das dazu ausgebildet ist, einen Strom des Arbeitsfluids durch die Kurzschlussleitung selektiv zu öffnen oder zu begrenzen, insbesondere zu verhindern. Dies ist eine besonders kostengünstige und einfach steuerbare Option.
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Mit anderen Worten kann die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Kolbenzylindereinheit mit einer mit einer Last verbundenen Kolbenstange, einem mit einer beweglichen Basis verbundenen Zylindergehäuse, einem passiven stangenseitigen Raum (d. h. einer lastseitigen Druckkammer) und einem aktiven bodenseitigen Raum (d. h. einer basisseitigen Druckkammer) aufweisen. Die passive Stangenseite der Kolbenzylindereinheit kann überkompensiert werden, damit die Kolbenzylindereinheit mit nur einer aktiven Seite (Bodenseite) der Kolbenzylindereinheit ausgezogen und eingezogen werden kann (Drücken und Ziehen). Im Grunde kann der bodenseitige Raum die Kolbenzylindereinheit nur effektiv ausfahren/herausschieben, und das Einfahren/Ziehen wird durch einen stangenseitigen Druck in dem stangenseitigen Raum erzielt. Das heißt, ein Absenken eines Bodenseitendrucks in dem bodenseitigen Raum zieht die Kolbenzylindereinheit ein, und ein Erhöhen des Bodenseitendrucks zieht die Kolbenzylindereinheit aus. Darüber hinaus kann der bodenseitige Raum mit dem stangenseitigen Raum verbunden sein. Dies kann entweder mit einer Kurzschlussleitung, die ein großes Ventil (Strömungssteuervorrichtung) beinhaltet, um ein passives System zu erhalten, bei dem sich die Kolbenzylindereinheit hinein- und herausbewegen kann, erfolgen. Der Druck eines Gasvolumens in dem Hydrospeicher (Hydraulikdruckspeichervorrichtung) nimmt zu, wenn sich der Zylinder herausbewegt, und nimmt ab, wenn er sich hineinbewegt. Auf diese Weise kann ein federartiges Verhalten erhalten werden. Eine andere Art und Weise der Verbindung der boden- und stangenseitigen Räume erfolgt über eine Pumpe (hydraulische Verdrängungsmaschine). Die Pumpe kann aktiv Öl (Arbeitsfluid) zu und von dem bodenseitigen Raum pumpen und so die Zylinderposition effektiv steuern. Dies ist ein aktiver Kompensationsmodus. Das federartige Verhalten des Gasvolumens ist in diesem Fall immer noch aktiv.
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Die vorliegende Offenbarung kann ein System betreffen, das einen als die Basis dienenden Kran, insbesondere mit der in einem Kranhaken vorgesehenen hydraulischen Stabilisierungsvorrichtung, beinhaltet.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Figuren dargestellt.
- 1 zeigt ein Prinzipschaubild einer hydraulischen Stabilisierungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
- 2 zeigt ein Prinzipschaubild einer hydraulischen Stabilisierungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt die erste Ausführungsform der hydraulischen Stabilisierungsvorsprung 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung 1 ist zur Kompensation von Seegang oder Wellengang für Offshore-Anwendungen vorgesehen. Insbesondere ist die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung 1 zum Kompensieren einer Bewegung einer Basis B, wie zum Beispiel eines Schwimmkrans, die dem Seegang ausgesetzt ist, und einer Last L, die an der Basis B aufgehängt ist und auf einer definierten Höhe durch die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung 1 stabilisiert wird, vorgesehen.
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Die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung 1 umfasst eine Kolbenzylindereinheit 2 mit einem Zylindergehäuse 3 und einem Kolben 4, 5, der entlang einer Axialrichtung in dem Zylindergehäuse 3 geführt wird. Das Zylindergehäuse 3 ist mit der Basis B eingebunden oder einbindbar, wie in 1 durch einen entsprechenden Pfeil angegeben ist. Der Kolben 4, 5 weist einen Kolbenkörper 4, der in dem Zylindergehäuse 3 verschiebbar gestützt wird, und eine hohle Kolbenstange 5, die sich von dem Kolbenkörper 4 durch das und aus dem Zylindergehäuse 3 auf einer axialen Seite erstreckt, auf. An ihrem freien Ende ist die Kolbenstange 5, wie in 1 durch einen entsprechenden Pfeil angegeben, mit der Last L eingebunden oder einbindbar. Das Zylindergehäuse 3 ist mit einem hohlen axialen inneren Kolbenrohr 6 (auch als Stützwelle bezeichnet), das zu beiden axialen Seiten offen ist, fest verbunden. Die Kolbenstange 5 wird verschiebbar an einer Außenumfangsfläche des inneren Kolbenrohrs 6 gestützt. Ferner weist die Kolbenstange 5 eine geschlossene äußere axiale Endfläche auf.
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In der Kolbenzylindereinheit 2 trennt der Kolben 4, 5 eine lastseitige Druckkammer 7 von einer basisseitigen Druckkammer 8. Die lastseitige Druckkammer 7 ist auf einer Seite des Kolbens 4, 5, die der Last L zugekehrt ist, angeordnet. Die Kolbenstange 5 erstreckt sich durch die lastseitige Druckkammer 7, die ein Ring ist. Eine ringförmige Fläche, d. h. eine Fläche des Kolbenkörpers 4, die die Kolbenstange 5 umgibt, bildet eine lastseitige Kolbendruckbeaufschlagungsfläche 9.
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Die basisseitige Druckkammer 8 ist auf der Seite des Kolbens 4, 5 angeordnet, die der Basis B zugekehrt ist. Die basisseitige Druckkammer 8 ist in dem hohlen inneren Kolbenrohr 6 und der hohlen Kolbenstange 5 aufgenommen. Die geschlossene äußere axiale Endfläche der Kolbenstange 5 bildet eine basisseitige Kolbendruckbeaufschlagungsfläche 10. Die lastseitige Kolbendruckbeaufschlagungsfläche 9 ist größer als die basisseitige Kolbendruckbeaufschlagungsfläche 10. Eine dritte Kammer 11 (auch als Leerlaufraum bezeichnet) ist auf der Seite, die der Basis B zugekehrt ist und das innere Kolbenrohr 6 umgibt, in dem Zylindergehäuse 3 gebildet. Die dritte Kammer 11 ist über einen Verbindungsteil 12 der dritten Kammer 11 oder des Leerlaufraums mit einer Niederdruckgasversorgung, insbesondere einer Stickstoffgasversorgung, verbunden.
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Wie in den 1 und 2 durch gestrichelte Linien dargestellt ist, entspricht die (effektive) basisseitige Kolbendruckbeaufschlagungsfläche 10 einer Fläche, die durch Subtrahieren einer zwischen dem inneren Kolbenrohr 6 und der Kolbenstange 5 gebildeten basisseitigen ringförmigen Oberfläche von einer kreisförmigen Oberfläche einer lastseitigen inneren Endfläche der Kolbenstange 5 definiert wird.
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Die lastseitige Druckkammer 7 und die basisseitige Druckkammer 8 sind über eine Kurzschlussleitung 13 miteinander verbunden. Die Kurzschlussleitung 13 beinhaltet eine Strömungssteuervorrichtung 14 in Form eines Steuerventils, das zwischen einem geöffneten Zustand, in dem die lastseitige Druckkammer 7 und die basisseitige Druckkammer 8 fluidisch verbunden sind, und einem geschlossenen Zustand, in dem ein Strom eines Arbeitsfluids zwischen der lastseitigen Druckkammer 7 und der basisseitigen Druckkammer 8 begrenzt ist, insbesondere verhindert wird, schalten kann. Somit sind die lastseitige Druckkammer 7 und die basisseitige Druckkammer 8 über die die Strömungssteuervorrichtung 14 beinhaltende Kurzschlussleitung 13 selektiv fluidisch verbindbar.
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Eine hydraulische Verdrängungsmaschine 15 ist parallel zu der Kurzschlussleitung 13 angeordnet. Ferner ist die hydraulische Verdrängungsmaschine 15 mit der lastseitigen Druckkammer 7 und der basisseitigen Druckkammer 8 fluidisch verbunden, um das Arbeitsfluid zwischen der lastseitigen Druckkammer 7 und der basisseitigen Druckkammer 8 zu pumpen.
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Die hydraulische Verdrängungsmaschine 15 wird durch eine Antriebseinheit, insbesondere einen Elektromotor 16, gemäß der ersten Ausführungsform mit einstellbarem/einstellbarer Drehmoment und/oder Drehzahl angetrieben. Eine Steuereinheit 17 ist dazu ausgebildet, den Elektromotor 16 zu steuern, insbesondere dem Elektromotor 16 eine variable Menge elektrischer Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle 18, wie zum Beispiel einer Batterie, zuzuführen. Die Steuereinheit 17 ist dazu ausgebildet, den Elektromotor 16 und die Strömungssteuervorrichtung 14 basierend auf Betriebsparametern und/oder Sensordaten anzutreiben. Die Betriebsparameter und Sensordaten können Informationen, wie zum Beispiel das Gewicht und die Position der Last L, ob die Last L angehoben, abgesenkt oder gehalten wird, eine Beschleunigung oder Bewegung der Basis B oder dergleichen, beinhalten.
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Die hydraulische Verdrängungsmaschine 15, die Strömungssteuervorrichtung 14 und der Kolben 4, 5 definieren eine Grenze zwischen einem lastseitigen Hydraulikkreis und einem basisseitigen Hydraulikreis. Der lastseitige Hydraulikkreis verbindet die hydraulische Verdrängungsmaschine 15 und die Strömungssteuervorrichtung 14 mit der lastseitigen Druckkammer 7. Der basisseitige Hydraulikkreis verbindet die hydraulische Verdrängungsmaschine 15 und die Strömungssteuervorrichtung 14 mit der basisseitigen Druckkammer 8. Vorzugsweise kann das Arbeitsfluid im Wesentlichen frei in dem lastseitigen Hydraulikkreis strömen, und das Arbeitsfluid kann im Wesentlichen frei in dem basisseitigen Hydraulikkreis strömen, während Strömung zwischen dem lastseitigen Hydraulikkreis und dem basisseitigen Hydraulikkreis durch die Strömungssteuervorrichtung 14 und die hydraulische Verdrängungsmaschine 15 selektiv gesteuert werden kann.
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Eine Hydraulikdruckspeichervorrichtung 19 ist in Form eines Hydrospeichers vorgesehen. Der Hydrospeicher weist eine Arbeitsfluidkammer auf, die mit dem lastseitigen Hydraulikkreis fluidisch verbunden ist. Darüber hinaus weist der Hydrospeicher eine Gaskammer auf, die durch die Arbeitsfluidkammer komprimierbar ist, um als eine Gasfeder zu dienen. Somit ist die Gaskammer dazu ausgebildet, die Arbeitsfluidkammer vorzubelasten und einen vorbestimmten Druck mindestens an dem lastseitigen Hydraulikkreis bereitzustellen. Die Gaskammer kann mit einer Druckgasspeicher 20, die dazu verwendet werden kann, den vorbestimmten Druck einzustellen und/oder eine Leckage und dergleichen zu kompensieren, verbunden sein.
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Die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung 1 kann in zwei verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden: einem passiven Kompensationsmodus und einem aktiven Kompensationsmodus, wobei letzterer in 1 gezeigt wird.
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Im passiven Kompensationsmodus treibt die Steuereinheit 17 die hydraulische Verdrängungsmaschine 15 nicht an und steuert die Strömungssteuervorrichtung 14 dahingehend, den offenen Zustand anzunehmen, wobei die Kurzschlussleitung 13 geöffnet wird. Dann kann Arbeitsfluid im Wesentlichen frei zwischen dem lastseitigen Hydraulikkreis und dem basisseitigen Hydraulikkreis strömen. Infolgedessen stellt sich automatisch ein statisches Druckgleichgewicht ein, wobei sich ein lastseitiger Druck in der lastseitigen Druckkammer 7, ein basisseitiger Druck in der basisseitigen Druckkammer 8 und ein Speicherdruck in der hydraulische Speichervorrichtung 19 ausgleichen, wodurch ein statischer Gleichgewichtsdruck erreicht wird. Eine Position des Kolbens 4, 5 bezüglich des Zylindergehäuses 3 wird durch den statischen Gleichgewichtsdruck bestimmt, und es wird ein Flächenverhältnis der lastseitigen Kolbendruckbeaufschlagungsfläche 9 und der basisseitigen Kolbendruckbeaufschlagungsfläche 10 bestimmt.
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Wenn sich die Basis B nach oben bewegt, z. B. auf einer Welle angehoben wird, wird das Zylindergehäuse 3 nach oben gezogen, wobei die Kolbenzylindereinheit 2 ausgezogen wird, um die Bewegung der Basis B zu kompensieren. Um ein dynamisches Druckgleichgewicht aufrechtzuerhalten, wird das Arbeitsfluid aus der lastseitigen Druckkammer 7 gedrückt und strömt in die basisseitige Druckkammer 8. Die lastseitige Kolbendruckbeaufschlagungsfläche 9 ist jedoch größer als die basisseitige Kolbendruckbeaufschlagungsfläche 10. Deshalb wird mehr des Arbeitsfluids aus der lastseitigen Druckkammer 7 gedrückt als in die basisseitige Druckkammer 8 strömt. Ein verbleibendes Arbeitsfluidvolumen wird in die Arbeitsfluidkammer der Hydraulikdruckspeichervorrichtung 19 gedrückt, wodurch das Gas in der Gaskammer komprimiert wird. Wenn die Basis B die Umkehr ihrer Bewegung anhält, entspannt sich dementsprechend das Gas der Gaskammer wieder, wodurch die hydraulische Stabilisierungsvorrichtung 1 in ihr statisches Druckgleichgewicht zurückkehrt. Wenn sich die Basis B nach unten bewegt, z. B. in ein Wellental abfällt, erfolgt der gleiche Prozess analog dazu in einer umgekehrten Richtung.
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Im aktiven Kompensationsmodus steuert die Steuereinheit 17 die Strömungssteuervorrichtung 14 dahingehend, den geschlossenen Zustand anzunehmen, wodurch ein Strom durch die Kurzschlussleitung 13 verhindert oder begrenzt wird. Ferner treibt die Steuereinheit 17 in Reaktion auf den Seegang die hydraulische Verdrängungsmaschine 15 dahingehend an, das Arbeitsfluid aus dem lastseitigen Hydraulikkreis zu dem basisseitigen Hydraulikkreis oder umgekehrt zu pumpen, um die Kolbenzylindereinheit 2 dementsprechend einzufahren oder auszufahren.
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Die Hydraulikdruckspeichervorrichtung 19 hält ein federartiges Verhalten im aktiven Kompensationsmodus aufrecht. Das heißt, wenn die hydraulische Verdrängungsmaschine 15 das Arbeitsfluid aus dem lastseitigen Hydraulikkreis in den basisseitigen Hydraulikkreis pumpt, wird die Kolbenzylindereinheit 2 ausgezogen. Das Arbeitsfluid wird aus der lastseitigen Druckkammer 7 in die basisseitige Druckkammer 8 und in die Hydraulikdruckspeichervorrichtung 19 gedrückt, wodurch das Gas in der Gaskammer komprimiert wird und eine auf den lastseitigen Hydraulikkreis wirkende Vorbelastung bereitstellt oder erhöht. Wenn eine Antriebsrichtung der hydraulischen Verdrängungsmaschine 15 geschaltet wird oder eine Kopplung zwischen dem Elektromotor 16 und der hydraulischen Verdrängungsmaschine 15 getrennt wird oder die hydraulische Verdrängungsmaschine 15 und der Elektromotor 16 in einen Generatormodus für Energierückgewinnung geschaltet werden, zieht die Vorbelastung die Kolbenzylindereinheit 2 ein oder trägt zu ihrem Einfahren bei, und im letzteren Fall ermöglicht sie eine Energierückgewinnung.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform, wobei statt des Elektromotors 16 ein hydraulischer Sekundärantrieb 21 als die Antriebseinheit zum Antreiben der hydraulischen Verdrängungsmaschine 15 bereitgestellt wird. Der hydraulische Sekundärantrieb 21 ist mit einem passiven Arbeitsfluidvolumen eingebunden oder einbindbar. Das passive Arbeitsfluidvolumen kann z. B. durch das Arbeitsfluid in der Hydraulikdruckspeichervorrichtung 19 bereitgestellt werden. Das heißt, der hydraulische Sekundärantrieb 21 kann auf der einen Seite direkt oder indirekt, z. B. über den lastseitigen Hydraulikkreis, mit der Hydraulikdruckspeichervorrichtung 19 verbunden sein. Ansonsten entspricht die zweite Ausführungsform der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hydraulische Stabilisierungsvorrichtung
- 2
- Kolbenzylindereinheit
- 3
- Zylindergehäuse
- 4
- Kolbenkörper
- 5
- Kolbenstange
- 6
- inneres Kolbenrohr
- 7
- lastseitige Druckkammer (passiver stangenseitiger Raum)
- 8
- basisseitige Druckkammer (aktiver bodenseitiger Raum)
- 9
- (effektive) lastseitige Kolbendruckbeaufschlagungsfläche
- 10
- (effektive) basisseitige Kolbendruckbeaufschlagungsfläche
- 11
- dritte Kammer (Leerlaufraum)
- 12
- Verbindungsteil des Leerlaufraums
- 13
- Kurzschlussleitung
- 14
- Strömungssteuervorrichtung (Steuerventil)
- 15
- hydraulische Verdrängungsmaschine (Verdrängungsmaschine mit konstanter Fördermenge) (Pumpe)
- 16
- Elektromotor (Antriebseinheit)
- 17
- Steuereinheit
- 18
- elektrische Leistungsquelle (Batterie)
- 19
- Hydraulikdruckspeichervorrichtung (Hydrospeicher)
- 20
- Druckgasspeicher
- 21
- hydraulischer Sekundärantrieb (Antriebseinheit)
- B
- Basis
- L
- Last
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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