DE10210540A1 - Seilgeführter Auftriebskörper, insbesondere zum Umsetzen von Lasten - Google Patents

Abstract

Einen seilgeführten Auftriebskörper, insbesondere zum Umsetzen von Lasten, der über mindestens drei am Boden verankerte Seile gefesselt ist und deren freie Länge über zugeordnete, ferngesteuerte Bodenwinden veränderbar ist, so zu verändern, daß ohne Ballastausgleich der Lasthaken weiträumig mit hoher Genauigkeit auch bei stärkeren, für Kräne noch zugelassenen Winden horizontal und vertikal verschoben werden kann. Bei dem vorgeschlagenen seilgeführten Auftriebskörper mit mindestens drei am Boden verankerten Fesselseilen, deren freie Länge über zugeordnete, steuerbare Bodenwinden veränderbar ist, ist zum Umsetzen von Lasten die Takelung (2) mindestens eines Ballons (1) auf einem Ballonknoten (3) geführt, der über ein Zwischenseil (4) mit einem Kranknoten (5) verbunden ist, von dem die Fesselseile (6) und ein Hakenseil (8) mit Kranhaken abzweigen. Die Fesselseile (6) sind über je eine bodenverankerte Umlenkrolle mit je einer steuerbaren Winde (7) verbunden. DOLLAR A Der seilgeführte Auftriebskörper kann für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden. Das Haupteinsatzgebiet ist als Kran zum Umsetzen von schweren Lasten in verschiedenen Konfigurationen.

Description

• Die Erfindung betrifft einen seilgeführten Auftriebskörper, insbesondere zum Umsetzen von Lasten, der über mindestens drei am Boden verankerte Seile gefesselt ist und deren freie Länge über zugeordnete, ferngesteuerte Bodenwinden veränderbar ist.
• Der Einsatz von Fesselballons für Aufklärungszwecke erfolgte bereits ab 1794 in den französischen Revolutionsarmeen.
• Aus der DE-AS 12 69 507 ist ein Luftraummarkierungssystem mittels Ballonen bekannt, die über aufblähbare Schläuche mit Bodenstationen verbunden sind. Ein Ballon kann über drei Schläuche und ortsfeste oder mobile Bodenpunkte gefesselt sein. Diese Fesselung dient nur der Vermeidung des Pendelns oder Schwingens des Systems.
• In einem Testbericht der US-Navy vom August 1976 wird ein Ballon-Transport- System untersucht, bei dem ein an mindestens zwei Ankerpunkten gefesselter Ballon, eine Last umsetzt. Dazu wird nach Lastaufnahme über ein in das Lastseil eingreifendes Schleppseil ein mobiles Fahrzeug (Schiff) der Ballon mit der Last an die Lastabsetzstelle geschleppt. Dort wird die Last abgesenkt.
• In einem Prospekt der CargoLifter AG zum AirCrane CL75 wird ein Ballonsystem vorgestellt, das einen mit Helium gefüllten Ballon mit einem untergehängten Lastrahmen enthält. Der Lastrahmen nimmt die Last auf und enthält Ballasttanks, mit denen durch Wasserauf-/abgabe die Belastung des Ballons etwa konstant gehalten werden kann. Zum Transport der aufgenommenen Last kann ein Land- oder Seefahrzeug sowie ein Hubschrauber eingesetzt werden. Das Schleppseil greift in spezielle Aufnahmen am Ballon ein.
• Die DE-PS 350 20 037 beschreibt einen seilgeführten Auftriebskörper, der über mindestens drei Seile gefesselt ist. Über die Veränderung der freien Länge der Seile über steuerbare Bodenwinden kann die Lage des Ballons und damit der unter diesem angeordneten Meßplattform bei ruhigem Wetter genau positioniert werden. Die drei Seile sind unterhalb der Plattform zu einem Punkt zusammengeführt. Durch programmgesteuerte Windenaktivierung kann ein Meßprogramm mit vorgegebenen Koordinaten abgefahren werden.
• Aus der DE-OS 195 19 914 ist ein bordseitiges Windensystem zur Positionierung von gefesselten Aerostaten zum punktgenauen Absetzen/Aufnehmen von Nutzlasten bekannt. Die drei in einem Dreieck angeordneten und am Boden verankerten Fesselleinen stellen eine Pyramide dar, in deren Spitze sich das Windensystem am unteren Teil des Aerostaten befindet. Durch willkürliche Veränderung der freien Seillängen läßt sich die gedachte Spitze der Fesselleinen-Pyramide innerhalb gewisser Grenzen präzise in den Raumkoordinaten verändern. Im unteren Teil des Aerostaten kann auch eine Lastwinde angeordnet sein.
• In der DE-OS 199 11 617 ist ein Montagekran mit am Boden mittels Abspannkonstruktion verankerten Auftriebskörpern beschrieben. Die jeweiligen Seillängen der Abspannkonstruktion werden durch zwischengeschaltete Winden verändert. Zwei Seilstränge der Abspannkonstruktion sind als durchlaufendes Seil ausgebildet, deren Stranglänge durch die Drehung der Umlenkrolle für einen Strang gekürzt und für den anderen verlängert wird, so daß sich die Lage des Knotens der Abspannvorrichtung und des Lastaufhängepunktes verändert. Das durchlaufende Seil muß rutschfest auf der Umlenkrolle aufliegen. Die Nutzlast wird durch ein direkt oder indirekt mit dem Auftriebskörper verbundenes Hubwerk angehoben oder abgesenkt. Die Fußpunkte der Abspannkonstruktion sind schwere Fahrzeuge.
• Aufgabe der Erfindung ist ein seilgeführter Auftriebskörper, insbesondere zum Umsetzen von Lasten, der über mindestens drei am Boden verankerte Seile gefesselt ist und deren freie Länge über zugeordnete, ferngesteuerte Bodenwinden veränderbar ist, so zu verändern, daß ohne Ballastausgleich der Lasthaken weiträumig mit hoher Genauigkeit auch bei stärkeren, für Kräne noch zugelassenen Winden, horizontal und vertikal verschoben werden kann.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Takelung mindestens eines Auftriebskörpers auf einen Ballonknoten geführt ist, der über ein Zwischenseil mit einem Kranknoten verbunden ist, von dem mindestens drei Fesselseile und ein Hakenseil abzweigen. Die Fesselseile sind über je eine bodenverankerte Umlenkrolle mit je einer steuerbaren Winde verbunden.
• Es ist zweckmäßig, daß bei dem seilgeführten Auftriebskörper drei im Dreieck angeordnete Ankerpunkte den Betriebsbereich bestimmen.
• Durch die Wahl der Länge des Zwischenseiles kann eine optimale Anpassung an zu erwartende Windböen erfolgen.
• In Ausgestaltung der Erfindung kann sich am freien Ende des Hakenseils ein Kranhaken oder ein Kranmodul befinden, das eine Winde mit Eigenantrieb und einen Kranhaken enthält.
• Erfindungsgemäß sind bei größeren Lasten die Fesselseile eine Kombination aus Fixseil und Flaschenzug.
• In Ausgestaltung sind am unteren Ende des Fixseils eine Oberflasche und am Boden ein Bodenanker mit drehbarer Unterflasche angeordnet. Das Windenseil läuft von der mit dem Bodenanker verbundenen Unterflasche über Führungsrollen direkt auf eine Bodenwinde.
• In weiterer Ausgestaltung ist zum Transport des Auftriebskörpers ein Transportseil direkt auf den Ballonknoten geführt oder zwischen den Ballonknoten und Kranknoten wird ein Transportknoten zur Aufnahme von mindestens einem Transportseil eingefügt. Die Transportseile sind über Bodenanker mit Winde oder ein Fahrzeug geführt.
• Erfindungsgemäß sind die Winden ferngesteuert und die Vorspannung in den Fesselseilen wird als Istwert für eine Steuerung der Winden gemessen. Die hohe Positioniergenauigkeit wird mit einem Regelungssystem für den Ausgleich von Windschwankungen und Lastpendelungen erreicht.
• In Ausgestaltung der Erfindung wird in der Sturmsicherungsposition der Auftriebskörper mit einem fixen Sicherungsseil an einem Bodenanker in ausreichender Höhe mit entlasteten Fesselseilen geparkt.
• Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
• Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 eine Standardkonfiguration für Montage
• Fig. 2 ein Detail eines Fesselseils mit Bodenverankerung
• Fig. 3 eine Standardkonfiguration mit Transportseilen am Transportknoten
• Fig. 4 eine ballastierte Transportkonfiguration
• Fig. 5 eine Sturmsicherungsposition
• Die Erfindung kann als seilgeführter Auftriebskörper für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden. Sie wird als Kran zum Umsetzen von Lasten in Fig. 1 genauer erläutert, kann aber auch mit einer Plattform ausgeführt sein, die sehr unterschiedliche Ausrüstungen tragen kann.
• Im Ausführungsbeispiel ist der Auftriebskörper 1 ein Ballon, der durch Luftverdrängung den zur Vorspannung der Kranfesselung nötigen Auftrieb erzeugt. Unter einem Ballonkran ist ein am Boden verankertes Seilsystem zu verstehen, das durch einen oder mehrere Auftriebskörper 1 verspannt wird und zum Heben und Positionieren von Lasten dient. Ein solches System besteht in der Minimalkonfiguration für Montagearbeiten aus dem Auftriebskörper 1 mit Ballonknoten 3, dem Zwischenseil 4, dem Kranknoten 5, dem Hakenseil 8 (mit oder ohne Windenmodul) und mindestens drei Fesselseilen 6. Hinzu können Transportseile 9 kommen.
• Die Takelung 2 überträgt als Seilsystem die Kraft vom Netz zum Ballonknoten 3, wobei das Netz über den Ballon gezogen ist und als Seilsystem zur Kraftübertragung von der Takelung 2 zur Ballonhülle dient. Der Ballonknoten 3 ist das Verbindungselement, in dem die Hüllentakelage 2 des Auftriebskörpers 1 in einem Punkt zusammenläuft und das den Lastpfad weiter ins Zwischenseil 4 vermittelt. Das Zwischenseil 4 ist das Seil vom Kranknoten 5 zum Ballonknoten 3 und dient der dynamischen Entkopplung der Ballonbewegung in turbulentem Wind vom Kranknoten 5. Der Kranknoten 5 ist das Verbindungselement, in dem die Fesselseile 6 zusammenlaufen, das Zwischenseil 4 nach oben abgeht und das Kran- oder Hakenseil 8 nach unten abgeht. Das Hakenseil 8 verläuft vom Kranknoten 5 zum Lasthaken. Es kann eventuell durch ein zwischen Haken und Kranknoten 5 angeordnetes Windenmodul längenverstellbar sein. Die Fesselseile 6 sind am Boden verankerte Seile oder Flaschenzüge, die der Positionierung des Kranknotens 5 dienen und längenverstellbar sind, z. B. mit Hilfe einer Winde. Als Fesselpunkt wird der Punkt bezeichnet, an dem die Unterflasche des Fesselseils am Boden befestigt ist. Transportseile 9 dienen dazu, das System im ballastierten Zustand zu repositionieren. Transportseile 9 können am Nutzlasthaken, am Kranknoten 5 oder am Ballonknoten 3 befestigt werden.
• Eine vom jeweiligen Projekt unabhängige Referenzkonfiguration zur Darstellung des Einsatzbereiches des Ballonkranes wird wie folgt definiert:
  
• - Drei Ankerpunkte 7 werden so angeordnet, daß sie ein Dreieck bilden. Die Ankerpunkte sind so dimensioniert, daß sie den Nettoauftrieb des Ballons vertikal und horizontal in Richtung der anderen Ankerpunkte 7 ertragen.
• - Von diesen Ankerpunkten 7 laufen drei Fesselseile 6 zum Kranknoten 5. Die Fesselseile sind so dimensioniert, daß sie den Nettoauftrieb des Ballons 1 ertragen. Damit ist gesichert, daß der Ballon 1 an den Fesselseilen 6 bis zum Ankerpunkt 7 heruntergezogen werden kann. Diese Prozedur ist mehrstufig und erfordert die Benutzung zweier Fesselseilwinden, eine um den Kranknoten 5 herunterzuziehen, eine weitere, um das Zwischenseil 4 einzuziehen.
• - Vom Kranknoten 5 verläuft das Zwischenseil 4 zum Ballonknoten 3. Dieses ist so dimensioniert, daß die maximale Ballonkraft (Nettoauftrieb und Windlast) ertragen wird.
• - Vom Kranknoten 5 zum Haken verläuft das fixe Hakenseil 8. Dessen Länge wird so dimensioniert, daß der leere Haken in der Nähe der Ankerpunkte 7 auf Bodenhöhe gezogen werden kann, ohne die sicheren Anker- und Fesselseillasten zu überschreiten.
• - Der Arbeitsbereich ist ein Bereich innerhalb des Ankerdreiecks. Ist der Arbeits-/Betriebsbereich zu klein, kann mit vier oder mehr Fesselseilen 6 und Bodenankern 7 gearbeitet werden. Damit steigt aber der Aufwand erheblich. Innerhalb des Arbeitsbereiches muß eine zu spezifizierende Hakenhöhe mit der zu spezifizierenden Nutzlast erreicht werden. Eine Begrenzung nach unten hin ist dadurch gegeben, daß das Fesselung den Auftrieb des Ballons 1 nach Absetzen der Last ertragen muß.
• - In der zu definierenden Sturmposition muß das System Sturmböen aus beliebiger Richtung aushalten.
• Das System ist so zu dimensionieren, daß eine minimale Seilvorspannung bei voller Nutzlast und maximaler für den Kranbetrieb zugelassener Windgeschwindigkeit erhalten bleibt.
• Die Seilvorspannung wird benötigt, um das System mit ausreichender Präzision zu positionieren. Die Positioniergenauigkeit wird mit einem Regelungssystem für den Ausgleich von Windschwankungen und Lastpendelungen erreicht.
• Das Zwischenseil 4 hat bei statischen Windlasten keinen Effekt und vergrößert lediglich das Gewicht und die Systemhöhe. Außerdem steigt mit zunehmender Höhe die mittlere Windgeschwindigkeit.
• Anders bei instationären Windlasten. Kurzzeitige Windschwankungen (Böen) verschieben den freien Ballon 1 horizontal um eine bestimmte Strecke. Solange der Ballon dabei nicht behindert wird, wirkt auch keine Horizontalkraft. Eine unmittelbare Fesselung des Ballons stellt die steifeste Fesselung dar. Eine Anbindung am Ballonknoten 3 erlaubt dem Ballon bereits ein gewisses Ausweichen durch Schrägstellung. Richtig nachgiebig wird die Fesselung in horizontaler Richtung aber erst mit zunehmender Länge eines Zwischenseils 4. Dann wird die durch eine Böe eingetragene Horizontalkraft im Kranknoten 5 minimiert. Dies hat zwei Vorteile:
  
• - Die Maximalwerte und die Schwingungsbreite der Strukturlasten in Ballon und Kranknoten sind reduziert,
• - Die Stabilität (Positioniergenauigkeit) des Systems ist erhöht.
• Die Reduktion der Pendelfrequenz infolge des langen Zwischenseils 4 ist ebenfalls wünschenswert, weil niederfrequente Störungen besser ausgeregelt werden können (auch manuell).
• Die Fesselseile 6 in Fig. 1 sind als Abstraktion zu verstehen. In der konkreten Ausführung können die Lasten mehrere 100 Mp erreichen. Für diese Größenordnungen sind keine Standardwinden und Umlenkrollen erhältlich. In diesem Fall ist wie in Fig. 2 dargestellt, eine Kombination aus Fixseil 6a und Flaschenzug vorgesehen. Das Fixseil 6a beginnt am Kranknoten 5 und ist so bemessen, daß es die im Einsatz erforderliche Mindestlänge der Fesselung nicht überschreitet. Am anderen Ende des Fixseiles 6a ist die Oberflasche 6b befestigt. Die drehbare Unterflasche ist direkt mit einem Bodenanker 7a verbunden, der auf diese Weise die komplette Fessellast in den Boden einleitet. Das Windenseil 6c läuft von der Unterflasche über Führungsrollen direkt auf die Bodenwinde 7b, die nur gegen den Windenzug verankert werden muß. Diese Anordnung ermöglicht wesentlich kleinere Winden. Die Windenfundamente können wesentlich geringer dimensioniert werden. Die komplette Winde 7b ist zweckmäßig in einem Container untergebracht.
• Um den Arbeitsausfall durch Wind so gering wie möglich zu halten, muß der Übergang von der Arbeitsposition zur Sturmsicherungsposition möglichst einfach und schnell erfolgen können. Der Ballon 1 wird nach Fig. 5 an einem Fundament 11 an einem fixen Seil 10 in ausreichender Höhe geparkt. Die Länge des Sicherungsseils 10 erlaubt das freie Schwingen in Sturmböen und reduziert damit die maximalen Windlasten. Die Fesselseile (Flaschenzüge) 6 verbleiben für die Sicherungszeit am Boden und sind entlastet.
• Für den Transport und die Montage ist nach Fig. 3 eine Sonderkonfiguration vorgesehen, die aus folgenden Modifikationen besteht:
  
• - Es wird zwischen Kranknoten 5 und Ballonknoten 3 ein weiterer Knoten (Transportknoten) eingefügt.
• - An diesen werden zusätzliche Seile, Transportseile 9 angeschlossen. Diese Seile 9 sind nicht mehrfach eingeschoren.
• - Die Transportseile 9 laufen am anderen Ende über im Boden verankerte Rollen auf Winden 12.
• Der Transportmodus sieht nach Fig. 4 so aus, daß der Ballon 1 mit untergehängter Last von den Fesselseilen 6 gelöst wird und nunmehr ausschließlich von den Transportseilen 9 geführt wird. Dieser Transport erfolgt ausschließlich mit ausreichend Hakenlast (Nutzlast und/oder Ballast). Daher kommt man mit wesentlich leichteren Seilen als im Montagemodus aus, wo der volle Auftrieb bei leerem Haken durch die Fesselseile 6 ertragen werden muß. Daher können wesentlich größere Distanzen überwunden werden, als im reinen Montagemodus.
• Zur statische Stabilität des Kransystems wird folgendes ausgeführt:
  Das System ist statisch umso stabiler, je weniger es sich unter langsam veränderlichen Windlasten (keine Böen) bei festen Seillängen bewegt. Dies kann beurteilt werden anhand der Auslenkung des Kranknotens 5 oder des Lasthakens unter veränderlichen Windlasten, z. B. wenn man Wind von 10 m/s aus unterschiedlichen Richtungen kommen läßt.
• Diese Abweichung ist nur dann relevant, wenn nicht von einer Gegensteuerung durch die Winden ausgegangen werden kann. Eine solche Steuerung ist jedoch erforderlich, da ansonsten keine ausreichende Genauigkeit der Positionierung erreicht werden kann, schon wegen der Pendelbewegungen des Hakenseils 8. Eine Steuerung ist in jedem Fall auf eine ausreichende Vorspannung in den Fesselseilen 6 angewiesen. Daher ist die minimale in den Seilen vorhandene Vorspannung ein Maß für die mit Hilfe einer Steuerung erreichbare Stabilität.
• Der erfindungsgemäße Auftriebskörper ist insbesondere zum Umsetzen von Lasten geeignet. Er ermöglicht ohne Ballastausgleich den Lasthaken weiträumig mit hoher Genauigkeit auch bei stärkeren, für Kräne noch zugelassenen Winden, horizontal und vertikal zu verschieben. Bezugszeichenaufstellung 1 Auftriebskörper, Ballon
  2 Takelung
  3 Ballonknoten
  4 Zwischenseil
  5 Kranknoten
  6 Fesselseil
  6a Fixseil
  6b Oberflasche
  6c Windenseil
  7 Bodenanker mit Winde
  7a Bodenanker mit drehbarer Unterflasche
  7b Container mit Winde
  8 Hakenseil mit Haken
  9 Transportseil
  10 Sicherungsseil
  11 Fundament
  12 Transportanker und Winde
  

Claims (16)

1. Seilgeführter Auftriebskörper, insbesondere zum Umsetzen von Lasten, der über mindestens drei am Boden verankerte Seile gefesselt ist und deren freie Länge über zugeordnete, steuerbare Bodenwinden veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Takelung (2) mindestens eines Auftriebskörpers (1) auf einen Ballonknoten (3) geführt ist, der über ein Zwischenseil (4) mit einem Kranknoten (5) verbunden ist, von dem mindestens drei Fesselseile (6) und ein Hakenseil (8) abzweigen und daß die Fesselseile (6) über je eine bodenverankerte Umlenkrolle mit je einer steuerbaren Winde (7) verbunden sind.

2. Seilgeführter Auftriebskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei im Dreieck angeordnete Ankerpunkte den Betriebsbereich bestimmen.

3. Seilgeführter Auftriebskörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Länge des Zwischenseiles (4) eine optimale Anpassung an zu erwartende Windböen erfolgt.

4. Seilgeführter Auftriebskörper nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich am freien Ende des Hakenseils (8) ein Kranhaken befindet.

5. Seilgeführter Auftriebskörper nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich am freien Ende des Hakenseils (8) ein Kranmodul befindet.

6. Seilgeführter Auftriebskörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kranmodul eine Winde mit Eigenantrieb und Kranhaken enthält.

7. Seilgeführter Auftriebskörper nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fesselseile (6) eine Kombination aus Fixseil (6a) und Flaschenzug (6b; 7a) sind.

8. Seilgeführter Auftriebskörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Fixseils (6a) eine Oberflasche (6b) und am Boden ein Bodenanker mit drehbarer Unterflasche (7a) angeordnet sind.

9. Seilgeführter Auftriebskörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Windenseil (6c) von der mit dem Bodenanker verbundenen Unterflasche (7a) über Führungsrollen direkt auf eine Bodenwinde (7b) läuft.

10. Seilgeführter Auftriebskörper nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Transport des Auftriebskörpers (1) ein Transportseil (9) auf den Ballonknoten (3) geführt ist.

11. Seilgeführter Auftriebskörper nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Transport des Auftriebskörpers (1) zwischen den Ballonknoten (3) und Kranknoten (5) ein Transportknoten zur Aufnahme von mindestens einem Transportseil (9) eingefügt wird.

12. Seilgeführter Auftriebskörper nach Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportseile (9) über Bodenanker mit Winde (12) oder ein Fahrzeug geführt sind.

13. Seilgeführter Auftriebskörper nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Winden (7; 7b) ferngesteuert sind.

14. Seilgeführter Auftriebskörper nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung in den Fesselseilen (6) als Istwert für eine Steuerung der Winden (7b) gemessen wird.

15. Seilgeführter Auftriebskörper nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniergenauigkeit mit einem Regelungssystem für den Ausgleich von Windschwankungen und Lastpendelungen erreicht wird.

16. Seilgeführter Auftriebskörper nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sturmsicherungsposition der Auftriebskörper (1) mit einem fixen Sicherungsseil (10) an einem Bodenanker (11) in ausreichender Höhe mit entlasteten Fesselseilen (6) geparkt wird.