DE3546277A1 - Kompensatorvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompensatorvorrichtung zur Ver­ minderung von durch Seegang oder dergleichen bewirkten Re­ lativbewegungen zwischen einer an einem Überwasser-Kran hängenden Last und einer Lastabsetzfläche bzw. dem Kranhaken und einer aufzunehmenden Last, mit einem zugfest mit dem Kranhaken oder der Last zu verbindenden Hydraulikzylinder, einem darin dichtend verschiebbaren, dessen Innenraum in eine im Betrieb mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte Lasttrag­ kammer und eine zweite Kammer unterteilenden Kolben, dessen mit der Last bzw. dem Kranhaken zu verbindende Kolbenstange aus der Lasttragkammer abgedichtet herausragt, sowie einem mit der Lasttragkammer verbundenen Hydrospeicher zur Aufnahme eines vorgespannten Gaspolsters.

Bei der Errichtung maritimer Bauwerke, insbesondere im offe­ nen Meer zu errichtenden oder zu verankernden Bohrinseln oder dergleichen werden immer größere und schwerere Strukturen mit zunehmend größeren und teureren Arbeitsschiffen mit ent­ sprechend größeren Kranen höherer Tragfähigkeit von festen oder schwimmenden Basen aufgenommen und auf immer höher her­ ausragenden Bohrinseln abgesetzt oder in zunehmende Wasser­ tiefen abgesenkt. Die dabei durch Seegang, Wind, etc. ver­ ursachten unregelmäßigen Bewegungen von Arbeitsschiffen, Pontons oder Versorgungsschiffen werden durch die großen Abmessungen der verwendeten Kranausleger so vergrößert, daß es schon bei mittlerem Seegang schwierig oder unmöglich wird, die mit dem Kran zu bewegenden, vielfach empfindlichen Strukturen bei den heftigen Schiffs- und Kranbewegungen unbeschädigt aufzunehmen und über Wasser oder in unter Umständen großer Meerestiefe abzusetzen. Da wegen der sehr hohen täglichen Kosten eines Arbeitsschiffs jede Verschiebung der Arbeiten enorme Mehrkosten verursacht, besteht ein starkes Bedürfnis, derartige Arbeiten auch noch bei weniger günstigem Wetter und mittlerem Seegang ohne Beschädigung der zu bewegenden Struk­ turen durchführen zu können.

Bei den bekannten Kompensatorvorrichtungen der eingangs ge­ nannten Art wird zwar durch das Zusammenwirken des Hydraulik­ zylinders und des mit der lastbeaufschlagten Kammer ver­ bundenen Hydrospeichers eine die Last abstützende Federwir­ kung erzielt, wobei jedoch jedes beabsichtigte oder unbe­ absichtigte Aufsetzen der Last auf eine tragende Fläche wegen der sofortigen Entlastung der Hydraulikflüssigkeit in der Lasttragkammer zu einer sehr heftigen Relativbewe­ gung von Kolben und Hydraulikzylinder führt, was leicht zu Beschädigungen oder einer Zerstörung der Dichtungen oder sonstiger Teile der Kompensatorvorrichtung führt.

Darüber hinaus sind die bekannten Vorrichtungen zum Absetzen von Bauteilen in den heute vielfach üblichen großen Wasser­ tiefen von 300 bis 800 Metern ungeeignet, da in solchen Tiefen dem Ausfahren der Kolbenstange eine deren Querschnitt und der beim Absenken ständig zunehmenden Wassertiefe ent­ sprechende hohe Druckkraft entgegensteht. Hierdurch wird sowohl die abfedernde Wirkung selbst, als auch die Schnellig­ keit ihrer Wirkung beeinträchtigt, so daß kurzzeitig gefähr­ lich hohe Stoßkräfte entstehen können, zumal die Last dabei mit dem Kran über sehr lange Tragelemente verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Kompensatorvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einfachen Mitteln auch bei beträchtlichem Seegang und großer Arbeits­ tiefe eine rasche und wirksame Dämpfung unerwünschter Re­ lativbewegungen zwischen Last und Auflagefläche bzw. Kran­ haken sicherstellt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Kompensatorvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den Merkma­ len des Patentanspruches 1 ausgestattet.

Diese Kompensatorvorrichtung gestattet bei relativ einfacher, unaufwendig zu fertigender Konstruktion einen wirksamen selbsttätigen Ausgleich unerwünschter Relativbewegungen auch in großer Arbeitstiefe. Die Vorrichtung kann dabei je nach der Art und dem Gewicht des zu bewegenden Bauteils, dem Einsatz über oder unter Wasser und der beabsichtigten Arbeitstiefe sehr leicht durch entsprechende Einstellung der Gasdrucke in den Hydrospeichern den gewünschten Bedin­ gungen optimal angepaßt werden. Die Ausgestaltung und die räumliche Anordnung der Hydrospeicher am Hydraulikzylinder kann je nachdem, ob eine besonders schlanke oder eine be­ sonders kurze Bauweise wünschenswert ist, zweckentsprechend angepaßt werden.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Kompensatorvor­ richtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 17 beschrieben.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kompensatorvorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer von einem Kranschiff mittels eines Kompensators abgesenkten Last,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Absenkens einer derartigen Last auf eine bewegte Wasseroberfläche,

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kompensatorvorrichtung,

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Kompensatorvorrichtung,

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch eine ab­ gewandelte Kompensatorvorrichtung,

Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch eine weitere abgewandelte Kompensatorvorrichtung,

Fig. 7 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kompensatorvorrichtung und

Fig. 8 einen Teilschnitt durch eine Kompensatorvorrichtung gemäß Fig. 6 mit zusätzlicher Absperrvorrichtung.

Wie Fig. 1 zeigt, ist auf einem Arbeitsschiff S ein Ausleger­ kran A angeordnet, dessen Kranhaken H mit dem Tragseil unter Wasser abgesenkt ist. Am Kranhaken hängt der Kompensator C, an dessen abwärts herausragender Kolbenstange eine stoßempfindliche Last L angehängt ist, die sanft auf dem Meeresboden abgesetzt werden soll. Infolge des in der Figur nicht dargestellten See­ ganges unterliegt das Arbeitsschiff S unregelmäßigen Schwankungen, die durch den langgestreckten Ausleger des Kranes A noch erheblich vergrößert werden. Da die Krane moderner Ar­ beitsschiffe Auslegerlängen von über 100 Metern aufweisen und Bauteile im Gewicht von mehreren hundert Tonnen in Wassertie­ fen bis 800 m und darüber absetzen, werden schon bei relativ geringem Seegang sehr große vertikale Relativbewegungen des Kranhakens H und der Last L erreicht, die sich der beabsich­ tigten Absenkgeschwindigkeit überlagern. Da ein zu hartes Aufsetzen der Last L auf den Meeresgrund das Bauteil beschädigen oder sogar zerstören kann, wird durch die zwischen dem Kranhaken H und der Last L zugfest eingeschaltete Kompen­ satorvorrichtung C selbsttätig ein weitgehender Ausgleich der seegangsbedingten Relativbewegungen erreicht. Während der Kranhaken H bzw. der Aufhängungspunkt der Kompensatorvorrich­ tung C am Kranhaken H die den gestrichelt wiedergegebenen Stellungen des Kranauslegers entsprechenden großen vertikalen Verlagerungen erleiden, verlagert sich die Last L bzw. deren Aufhängungspunkt am unteren Ende der Kolbenstange der Kompen­ satorvorrichtung C nur geringfügig. Hierdurch werden uner­ wünschte Aufsetzstöße der Last L auf dem Meeresgrund und heftige Belastungen des Kranseils und des Auslegers durch seegangsbedingtes abruptes Wiederanheben der Last L vermieden.

Fig. 2 zeigt schematisch die schwierige Situation des Ein­ tauchens der Last L in die bewegte Wasseroberfläche. Im Gegen­ satz zum Meeresboden zeigt die Wasseroberfläche normalerweise eine dem herrschenden Seegang entsprechende Relativbewegung zur Last L, wobei sich die seegangsbedingten Schwankungen des auf dem Arbeitsschiff S angeordneten Kranausleger mit den vertikalen Verlagerungen der Wasseroberfläche addieren können, so daß wiederholt einem tiefen Eintauchen der Last L mit ent­ sprechend großem Gewichtsverlust im nächsten Augenblick ein vollkommenes Abheben von der Wasseroberfläche bei voller Gewichtsbelastung aller Tragorgane folgen kann. Auch hierbei wird durch die Kompensatorvorrichtung C ein weitgehender Aus­ gleich unerwünschter Relativbewegungen erzielt.

Die in Fig. 3 dargestellte Kompensatorvorrichtung weist einen zentralen Hydraulikzylinder 1 auf, der durch einen Kolben 2 in eine mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte Lasttragkammer 6 und eine ebenfalls mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte zweite Kammer 5 unterteilt ist. Der Kolben 2 ist mit einer sich nach beiden Richtungen erstreckenden Kolbenstange 3 versehen, die beide Kammern 5 und 6 durchsetzt und durch die axialen Endwände des Hydraulikzylinders 1 mittels Dichtungen 7 beiderseits abgedich­ tet nach außen ragt. Bei der dargestellten Ausführungsform hat die Kolbenstange in beiden aus den Hydraulikzylinder 1 austre­ tenden Abschnitten den gleichen Durchmesser. Hierdurch wird erreicht, daß beim Einsatz unter Wasser durch den der jeweili­ gen Wassertiefe entsprechenden Wasserdruck keine wesentlichen Kräfte auf den Kolben 2 ausgeübt werden, weil der aus der Bauhöhe des Hydraulikzylinders 1 resultierende Abstand zwischen dessen Oberseite und dessen Unterseite nur einen geringfügigen Druckunterschied bewirkt. Auch dieser kann erforderlichenfalls dadurch beseitigt werden, daß man den nach oben austretenden Abschnitt der Kolbenstange 3 um einen diesem Druckunterschied entsprechenden, geringen Betrag stärker ausbildet. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es daher nicht nötig, eine den mit fortschreitender Tauchtiefe stei­ genden Wasserdruck entsprechende Kraftkompensation vorzuneh­ men, um das angestrebte Kräftegleichgewicht permanent beizu­ behalten. Natürlich kann im Bedarfsfalle auch durch Wahl verschiedener Durchmesser der austretenden Abschnitte der Kolbenstange 3 absichtlich ein vorbestimmtes Ungleichgewicht hergestellt werden.

Die Lasttragkammer 6 ist über Verbindungskanäle 9 mit einem den Hydraulikzylinder 1 konzentrisch umschließenden Hydro­ speicher 8 verbunden, dessen ringförmiger Innenraum durch einen darin verschiebbaren Ringkolben 10 in einen Gasraum 11 und einen mit der Lasttragkammer 6 kommunizierenden Flüssig­ keitsraum 12 unterteilt ist. Je nach dem Gewicht der am unteren Ende der Kolbenstange 3 mittels eines Tragauges 13 angehängten Last L wird der im Gasraum 11 bestehende Gasdruck P ₁ auf einen solchen Wert eingestellt, daß der Kolben 2 die in der Lasttragkammer 6 eingeschlossene Hydraulikflüssigkeit nur so weit über die Verbindungskanäle 9 in den Flüssig­ keitsraum 12 des Hydrospeichers 8 hineindrücken kann, daß sich der Kolben 2 etwa in der Mitte des Hydraulikzylinders 1 be­ findet. Aus der Größe des Gasraumes 11 und dem darin eingestell­ ten Gasdruck P ₁ ergibt sich die Federkonstante dieses Systems. Bei hinreichend groß bemessenem Gasraum kann der Kranhaken H des beispielsweise vom Seegang angehobenen Arbeitsschiffes S an den am oberen Ende des den Hydraulikzylinder 1 enthaltenden Gehäuses 15 angeordneten Tragaugen 14 mit großer Heftigkeit ziehen, ohne daß sich dies dem Kolben 2 und der an der Kolben­ stange 3 über das Tragauge 13 angehängten Last L mitteilt, weil das im Gasraum 11 enthaltene vorgespannte Gaspolster ohne großen Kraftanstieg einfedert. Durch entsprechende Be­ messung des Gasraumes 11 kann unter Berücksichtigung der übri­ gen Gegebenheiten bestimmt werden, innerhalb welcher Grenzen die Last L bei vorgegebenem Seegang an den über den Kranhaken H übertragenen Bewegungen des Arbeitsschiffes S teilnimmt. Dabei wurde noch nicht berücksichtigt, daß das zum Kranhaken H führende Tragseil auch eine von seiner Länge abhängige Feder­ konstante aufweist, die zur Beruhigung der Last beiträgt.

Die zweite Kammer 5 des Hydraulikzylinders 1 ist über Ver­ bindungskanäle 17 mit einem das nach oben aus dem Hydraulik­ zylinder 1 herausragende Ende der Kolbenstange 3 konzentrisch umgebenden Hydrospeicher 16 verbunden, dessen ringförmiger Innenraum durch einen darin dichtend verschiebbaren Ringkolben 18 in einen oberen Gasraum 19 und einen unteren Flüssigkeits­ raum 20 unterteilt ist. Die zweite Kammer 5 des Hydraulik­ zylinders 1, die Verbindungskanäle 17 und der Flüssigkeitsraum 20 sind im Betrieb vollständig mit Hydraulikflüssigkeit ge­ füllt. Bei dieser Anordnung wird je nach der Bewegung des Kol­ bens 2 nach oben oder unten aus der zweiten Kammer 5 Hydrau­ likflüssigkeit gegen den Gasdruck im Gasraum 19 in den Flüssig­ keitsraum 20 verdrängt bzw. unter der Wirkung des Gasdruckes im Gasraum 20 in die zweite Kammer 5 nachgefördert.

Um die beschriebene Dämpfungswirkung bei der Übertragung see­ gangsbedingter Relativbewegungen auf die Last L auch dann nicht zu stören, wenn diese absichtlich oder unvermutet auf einer tragfähigen Auflagefläche aufsetzt und der Kolben 20 wegen der plötzlichen Gewichtsentlastung zum Hochschnellen neigt, wird der Gasdruck P ₂ im Gasraum 19 auf einen relativ zu dem beispielsweise zwischen 100 und 400 bar gewählten Gasdruck P ₁ im Gasraum 11 erheblich niedriger bemessenen Wert zwischen 0,5 und 50 bar eingestellt, der so gewählt ist, daß bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 2 hinreichend schnell Hydraulik­ flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum 20 nachgefördert wird, dabei jedoch auf die Federkonstante des unter sehr hohem Gas­ druck P ₁ stehenden Gasraumes 11 nicht störend beeinflußt wird, wenn sich der Kolben 2 unter Verdrängung von Hydraulikflüssig­ keit in den Flüssigkeitsraum 20 und entsprechender Erhöhung des Gasdruckes im Gasraum 19 aufwärts bewegt. Wenn der Gasraum 19 hinreichend groß bemessen ist, ergibt sich bei seiner Ver­ kleinerung nur ein geringer Druckanstieg. Durch geeignete Wahl seiner Größe und der Höhe seines Gasdruckes P ₂ kann der Gas­ raum 19 die Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 vor Erreichen der oberen Endlage dadurch abbremsen, daß der steigende Gasdruck P ₂ im Gasraum 19 der Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 zunehmenden Widerstand entgegensetzt. Hierdurch wird bei einem unerwarteten Aufsetzen der Last L ein gefährlich rasches Hochschießen des Kolbens 2 im Hydraulikzylinder 1 verhindert, das sonst zu Beschädigungen der Dichtungen 7 und der Dichtungen am Kolben 2 oder gar des Hydraulikzylinders 1 führen könnte.

Um die Gasdrücke P ₁ und P ₂ in den Gasräumen 11 und 19 zweck­ entsprechend einstellen zu können, sind diese jeweils mit Füllkanälen und Absperrventilen 21 und 22 versehen, über die je nach den Anforderungen Druckgas abgelassen oder nach­ gefüllt werden kann. Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungs­ form mit ringförmigen Hydrospeichern 8 bzw. 16 ergibt bei möglichst geringem Baudurchmesser die relativ zur Baulänge optimale Speicherkapazität.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind anstelle der ringförmigen Hydrospeicher jeweils einzelne Hydrospeicher 23 bzw. 24 um den Hydraulikzylinder 1 bzw. das aus diesem aus­ tretende obere Ende der Kolbenstange 3 herum angeordnet. Die Hydrospeicher 24 enthalten jeweils einen Gasraum 25 und einen von diesem über einen verschiebbaren Trennkolben 26 getrennten Flüssigkeitsraum 12, der jeweils über einen Verbindungskanal 9 mit der Lasttragkammer 6 des Hydraulikzylinders 1 kommuniziert. Die Hydrospeicher 24 enthalten einen über einen Verbindungs­ kanal 17 mit der zweiten Kammer 5 des Hydraulikzylinders 1 kommunizierenden Flüssigkeitsraum 20 sowie einen hiervon durch eine flexible Membran 28, beispielsweise eine Gummiblase, abgetrennten Gasraum 27. In der unteren Endstellung des Kolbens 2 füllt das von der Membran 28 eingeschlossene Gas den ganzen Innenraum des Hydrospeichers 24 und schließt dann ein an der Einmündung des Verbindungskanales 17 angeordnetes Tellerventil 29, damit die Membran 28 nicht unter der Wirkung des Gasdruckes P ₂ in den Verbindungskanal 17 gerät.

Die Hydrospeicher 23 sind jeweils zwischen oberen und unteren Ringflanschen des Hydraulikzylinders 1 in gleichen Abständen um dessen Umfang herum zu diesem parallel angeordnet und nach außen durch eine zylindrische Gehäusewand 59 abgedeckt. Jeder Hydrospeicher 23 wird durch ein in eine Gewindebohrung des oberen Ringflansches eingeschraubtes hohlzylindrisches Druck­ stück 30 fest gegen seinen Sitz am unteren Ringflansch angepreßt gehalten. Jeder Hydrospeicher 23 besitzt zur Ein­ stellung des Gasdruckes P ₁ im Gasraum 25 ein im lichten Innen­ raum des rohrförmigen Druckstücks 30 liegendes Füllventil 31. Die Hydrospeicher 24 sind in entsprechender Weise mittels Druckstücken 30 zwischen Ringflanschen eines vom Hydraulik­ zylinder 1 aufwärts vorstehenden Rohrstutzens angebracht und nach außen von einer Gehäusewand umschlossen, wobei jedes Füllventil 31 wiederum über die Öffnung des rohrförmigen Druckstücks 30 zugänglich sind.

Die in Fig. 4 dargestellte Kompensatorvorrichtung ist einfacher zu fertigen und kann zur Handhabung verschieden schwerer Lasten noch flexibler angepaßt werden, da nicht nur der Gas­ druck jedes Hydrospeichers 23 bzw. 24 individuell einstellbar ist, sondern durch Befüllen ausgewählter Hydrospeicher mit besonders hohem Gasdruck erreicht werden kann, daß diese nur noch in Extremfällen oder gar nicht mehr an der Bewegungsdämpfung teilnehmen. Hierdurch kann auch die Größe der insgesamt zur Bewegungsdämpfung wirksamen Gasräume in einfacher Weise ver­ ändert werden.

Die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen stellen die unter Berücksichtigung der erforderlichen Ausfahr­ länge der Kolbenstange 3 nach oben und unten kürzestmögliche Bauweise dar, wie sie für Kräne mit relativ kleiner Kranhaken­ höhe vorteilhaft ist.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Kompensatorvorrichtung längerer Bauart sind die über Verbindungskanäle 9 mit der Lasttragkammer 6 kommunizierenden Hydrospeicher 23 und die über Verbindungs­ kanäle 17 mit der zweiten Kammer 5 des Hydraulikzylinders 1 kommunizierenden Hydrospeicher 24 auf einer gemeinsamen Kreis­ linie um den Hydraulikzylinder 1 alternierend angeordnet. Die einzelnen Hydrospeicher können je nach den Anforderungen wahl­ weise mit den Gasraum 25 abtrennenden Trennkolben oder den Gasraum 27 abtrennender Membran ausgebildet sein. Diese Ausführungsform ist sehr kompakt und wirtschaftlich, jedoch ist dabei das unterzubringende Speichervolumen und damit auch die zu handhabende Last begrenzt.

An den Endflächen des Hydraulikzylinders 1 sind bei dieser Ausführungsform jeweils die herausragenden Enden der Kolben­ stange 3 konzentrisch umgebende Mantelrohre 32 und 33 ange­ bracht. Das Mantelrohr 32 ist am oberen Ende geschlossen und trägt dort ein Tragauge 14 für das Kranseil 4. Das untere Mantelrohr 33 besitzt an seinem unteren Ende eine Durchtritts­ öffnung für eine mit der Kolbenstange 4 verbundene Verlängerungs­ stange 35, die an ihrem unteren Ende ein Tragauge 13 zur Befestigung der Last aufweist. Beide Mantelrohre 32 und 33 besitzen seitliche Durchlaßöffnungen 37 durch die bei Arbeiten unter Wasser durch die ausfahrende Kolbenstange 3 verdrängtes Wasser ausströmen oder bei einfahrender Kolbenstange 3 Wasser nachströmen kann. Da die Mantelrohre 32 und 33 jeweils sich konisch verjüngende Endabschnitte 39 aufweisen und die Kolben­ stange 3 an ihren Enden Konusabschnitte 38 trägt, die beim Ausfahren der Kolbenstange 3 nach dem Passieren der Durchlaß­ öffnungen 37 in den konisch verjüngten Endabschnitt 39 des jeweiligen Mantelrohres 32 bzw. 33 eindringen, muß das in diesen befindliche Wasser über einen zunehmend enger werdenden Ringspalt zu den Durchlaßöffnungen 37 hin verdrängt werden, was einen die Ausfahrbewegung der Kolbenstange 3 dämpfenden Wasserstau ergibt, der einen harten Anschlag des Kolbens 2 an der Endfläche des Hydraulikzylinders 1 verhindert.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind in der Lasttragkammer 6 und der zweiten Kammer 5 des Hydraulikzylinders 1 jeweils nahe deren Endwänden zusätzlich Stoßdämpfvorrichtungen 40 ange­ ordnet, die zweckmäßig einen in einem Zylinder dichtend ver­ schiebbar geführten Kolben mit auswärts vorstehendem Stößel aufweisen, der durch den Kolben 2 gegen ein in der Stoßdämpf­ vorrichtung 40 eingeschlossenes, hoch vorgespanntes Gaspolster einwärts zurückgedrängt werden kann. Je nach den Anforderun­ gen können aber auch in anderer Weise ausgebildete Stoßdämpf­ vorrichtungen benutzt werden, sofern diese bei hinreichend ge­ ringem Platzbedarf eine ausreichende Stoßdämpfung ermöglichen.

Mit einer derart ausgebildeten Kompensatorvorrichtung kann auch ein sehr schwerer Hohlkörper, der beim Eintauchen unter Wasser durch seinen großen Auftrieb nur noch einen kleinen Bruchteil seines Überwassergewichts wiegt, ohne besondere Regelungsmaß­ nahmen hinsichtlich des Volumens oder des Druckes der Hydro­ speicher unter Wasser abgesenkt werden. Solange der Hohlkörper dabei noch über Wasser am Kranhaken H hängt, liegt der Kolben 2 im Hydraulikzylinder 1 auf den Stoßdämpfvorrichtungen 40 auf und drückt deren Stößel praktisch vollkommen ein. Sobald der Hohlkörper auf der Wasseroberfläche aufsetzt, wird er in dem Maße leichter, wie er in das vom Seegang bewegte Wasser ein­ taucht. Dabei wird der Kolben 2 unter der Wirkung der Stoß­ dämpfvorrichtungen 40 und der mit der Lasttragkammer 6 in Verbindung stehenden Hydrospeicher entsprechend aufwärts gedrückt. Wenn dann beim nächsten Wellental der Hohlkörper wieder ganz oder weitgehend aus dem Wasser herausgelangt und somit sein Gewicht abrupt stark zunimmt, wird die heftige Abwärtsbewegung des Kolbens 2 durch die gemeinsame Wirkung der Stoßdämpfvorrichtungen 40 und des Wasserstaus im konisch verjüngten Endabschnitt 39 des unteren Mantelrohren 33 so abgefangen, daß ein harter Anprall des Kolbens 2 mit zerstörerischer Wirkung vermieden wird. Diese Ausgestaltung bietet gleichzeitig auch hinreichenden Schutz gegen unvorher­ sehbar höhere Einzelwellen und gegen unvermutet aufkommenden höheren Seegang während länger dauernder Absenkarbeiten unter Wasser. Die Stoßdämpfvorrichtungen 40 können zweckmäßig zur Anpassung an die Anforderungen des Einzelfalles mit nicht dargestellten herkömmlichen Vorrichtungen zur Einstellung des Vorspanndruckes ausgestattet sein.

Sobald der Hohlkörper vollständig in das Wasser eingetaucht ist, wird der Kolben 2 durch den im vorhinein auf das entspre­ chend verringerte Gewicht eingestellten Gasdruck in den Hydro­ speichern 23 in eine mittlere Lage im Hydraulikzylinder 1 hoch­ gedrückt. Im weiteren Verlaufe des Absenkens mittels des Kranes pendelt der Kolben 2 und die Last L dann nur noch geringfügig um diese mittlere Lage.

Die in Fig. 6 dargestellte bevorzugte Ausführungsform ähnelt derjenigen gemäß Fig. 5, wobei jedoch jetzt im Inneren der hohlen Kolbenstange 3 ein mit der zweiten Kammer 5 kommu­ nizierender Hydrospeicher angeordnet ist. Dies ist nicht nur platzsparend, sondern auch deshalb wirtschaftlich günstig, weil dadurch einige der den Hydraulikzylinder umgebenden Hydro­ speicher eingespart werden können oder aber das insgesamt zur Dämpfung verfügbare Volumen der Gasräume entsprechend ver­ größert werden kann.

Bei der dargestellten Ausführungsform enthält die hohle Kol­ benstange 3 zwei Gasräume 44 und 45, die jeweils durch dich­ tend verschiebbare Trennkolben 46 und 47 von einer mittleren Flüssigkeitskammer abgetrennt sind, die über einen Verbindungs­ kanal 48 mit der zweiten Kammer 5 des Hydraulikzylinders 1 kommuniziert. Dabei können um den Hydraulikzylinder 1 herum nur mit der Lasttragkammer 6 kommunizierende Hydrospeicher 23 vorgesehen werden, was ohne Vergrößerung des Durchmessers der Gesamtvorrichtung ein optimales Speichervolumen ergibt.

An den Enden der Kolbenstange 3 sind jeweils Füllventile 50 zum Befüllen der Gasräume 44 und 45 angeordnet. In Fig. 6 be­ findet sich der Kolben 2 nahezu in seiner untersten Endstellung im Hydraulikzylinder 1. Dabei ist das untere Ende der Kolben­ stange 3 mit seinem Konusabschnitt 38 entsprechend tief in den sich konisch verjüngenden Endabschnitt 39 des Mantelrohres ein­ gedrungen, so daß die Verdrängung des in dem sich konisch ver­ jüngenden Endabschnitt 39 eingeschlossenen Wassers durch den verbleibenden schmalen Ringspalt bei schneller Ausfahrbewegung der Kolbenstange 3 eine abbremsende Stauwirkung ergibt.

Bei der in Fig. 7 dargestellten, bevorzugten Ausführungs­ form steht der durch den Trennkolben 46 vom Gasraum 44 abge­ trennte Flüssigkeitsraum 49 über Verbindungsöffnungen 51 mit der zweiten Kammer 5 des Hydraulikzylinders in Verbindung, wäh­ rend der getrennte, durch einen Trennkolben 52 vom Gasraum 45 im unteren Teil der hohlen Kolbenstange 3 abgeteilte Flüssig­ keitsraum 57 über Verbindungsöffnungen 53 mit der Lasttrag­ kammer 6 des Hydraulikzylinders 1 kommuniziert. Dabei ist der Gasraum 45 mit auf einen hohen Gasdruck P ₁ vorgespannten Gas gefüllt, während im Gasraum 44 ein niedrigerer Gasdruck P ₂ eingestellt ist. Zur Begrenzung der Bewegung der Trennkolben 46 bzw. 52 sind im Bereich des Kolbens 2 Anschläge 54 bzw. 55 vorgesehen. In der unteren Endlage des Kolbens 2 kann der Trennkolben 46 höchstens bis in eine am Anschlag 54 anliegende Stellung gelangen, in welcher die in der Kammer 5 enthaltene Druckflüssigkeit drucklos wird, weil sich der Druck des im Gasraum 44 enthaltenen Gaspolsters dann über den Trennkolben 46 gegen den Anschlag 54 abstützt. Umgekehrt kann in der oberen Endstellung des Kolbens 2 der Trennkolben 52 höchstens bis zur Anlage an Anschlag 55 gelangen, wobei der Gasdruck im Gasraum 45 ebenfalls über den Trennkolben 52 und den Anschlag 55 abgefangen wird. In der Praxis werden jedoch in die Lasttrag­ kammer 5 und die zweite Kammer 6 Überschußmengen an Hydraulik­ flüssigkeit eingefüllt, so daß die Trennkolben 46 und 52 auch in den Endlagen des Kolbens 2 noch nicht an den entsprechenden Anschlägen 54 bzw. 55 anliegen. Das hat den Vorteil, daß die Trennkolben auch bei Leckverlusten nicht vorzeitig gegen den zugeordneten Anschlag zur Anlage kommen, wodurch sich in der Lasttragkammer 5 bzw. in der zweiten Kammer ein Vakuum bilden könnte, wenn der Kolben 2 noch eine weitere Wegstrecke zurück­ zulegen hätte, ohne daß Hydraulikflüssigkeit durch das Gas nachgedrückt werden kann. Hierdurch kann selbst im Falle einer Leckage die Arbeit ohne Reparaturunterbrechung zu Ende geführt werden.

Die in Fig. 7 dargestellte Ausführungsform ist wegen ihrer schlanken, gegen mechanische Beschädigungen besonders robusten Bauweise wirtschaftlich und fertigungstechnisch besonders gün­ stig. Dies gilt insbesondere, wenn der Durchmesser der Kolben­ stange 3 und der darin enthaltenen Hydrospeicher zur Erzielung großer Gasräume 44 und 45 hinreichend groß bemessen werden kann oder aber die Ansprüche an die aufnehmbaren Lasten bzw. die erzielte Verminderung von Relativbewegungen nicht besonders hoch sind.

Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen ist die Kompen­ satorvorrichtung so ausgebildet, daß sie während ihres Einsat­ zes ohne zusätzliche Eingriffe vom Arbeitsschiff her die ver­ schiedenen Arbeitsbedingungen einschließlich unvorhergesehener Abweichungen bewältigt, so daß eine sehr einfache Handhabung gegeben und nur ein Minimum an Überwachung und Wartung erforder­ lich ist. Zur Überwachung können beispielsweise an der aus dem unteren Mantelrohr 33 austretenden Verlängerungsstange 35 ange­ brachte farbliche Markierungen beobachtet werden, die Auf­ schluß über die Stellung und den Arbeitsweg des Kolbens 2 im Hydraulikzylinder 1 bzw. die entsprechenden Bewegungen der Last L geben. Bei Arbeiten unter Wasser kann dies durch die dabei meist ohnehin erforderliche Unterwasserkamera erfolgen. Statt dessen kann die relative Stellung der Verlängerungsstange 35 zum unteren Ende des Mantelrohres 33 auch mittels eines geeig­ neten Sensors erfaßt und mit herkömmlichen Mitteln zum Kran oder Arbeitsschiff signalisiert werden. Darüber hinaus ist es aber auch mit geringem Aufwand möglich, durch Signale vom Kran oder Arbeitsschiff die Betriebsweise der Kompensatorvorrichtung zu beeinflussen.

Bei der in Fig. 8 dargestellten, abgewandelten Ausführungsform ist hierzu in den von der Lasttragkammer 6 zum Hydrospeicher 23 führenden Verbindungskanal ein fernbetätigbares Absperrven­ til 56 eingebaut, das über eine Steuerleitung 60 oder nicht dargestellte, über Funk fernbetätigbare Stellvorrichtungen ge­ steuert wird. Derartige Absperrventile 56 können im Verbin­ dungskanal 9 bzw. 17 jedes Hydrospeichers 23 bzw. 24 vorgesehen sein. Auf diese Weise kann auch während des Arbeitseinsatzes über oder unter Wasser die Anzahl der wirksamen Hydrospeicher den wechselnden Arbeits- und Lastverhältnissen und dem gewün­ schten Dämpfungsausmaß angepaßt werden.

Die vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen erläuterte Kompensatorvorrichtung kann vom Fachmann je nach den Anforde­ rungen in verschiedener Weise zweckentsprechend abgewandelt werden, sofern dabei die beiderseitige Beaufschlagung des im Hydraulikzylinder 1 verschiebbaren Kolbens 2 mit jeweils mit Hydrospeichern zusammenwirkender Hydraulikflüssigkeit erhalten bleibt. Wenn man dabei für nur zum Einsatz über Wasser be­ stimmte Vorrichtungen auf die Anwendung einer mit beiden Enden austretenden Kolbenstange verzichtet, wird immer noch eine er­ heblich verbesserte Betriebssicherheit gegenüber abrupten Be­ lastungsänderungen beim unvermuteten Aufsetzen einer hängenden Last oder plötzlichem Abheben einer ruhenden Last erreicht.

Claims (17)

1. Kompensatorvorrichtung zur Verminderung von durch Seegang oder dergleichen bewirkten Relativbewegungen zwischen einer an einem Überwasser-Kran hängenden Last und einer Lastab­ setzfläche bzw. dem Kranhaken und einer aufzunehmenden Last, mit einem zugfest mit dem Kranhaken oder der Last zu ver­ bindenden Hydraulikzylinder, einem darin dichtend verschieb­ baren, dessen Innenraum in eine im Betrieb mit Hydraulik­ flüssigkeit gefüllte Lasttragkammer und eine zweite Kammer unterteilenden Kolben, dessen mit der Last bzw. dem Kran­ haken zu verbindende Kolbenstange aus der Lasttragkammer abgedichtet herausragt sowie einem mit der Lasttragkammer verbundenen Hydrospeicher zur Aufnahme eines vorgespannten Gaspolsters, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die zweite Kammer (5) im Betriebszustand mit Hydraulik­ flüssigkeit gefüllt ist,
• b) mindestens ein mit der zweiten Kammer (5) verbundener Hydrospeicher (16, 24) zur Aufnahme eines auf einen niedrigeren Druck vorgespannten Gaspolsters (19, 27, 44) vorgesehen ist und
• c) die Kolbenstange (3) beide Kammern (5, 6) des Hydraulik­ zylinders (1) durchsetzt und durch Endflächen beider­ seits abgedichtet nach außen ragt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikzylinder (1) von einem Ringzylinder umschlossen ist, der durch einen darin dichtend verschiebbaren Ring­ kolben (10) in eine mit der Lasttragkammer (6) kommuni­ zierende ringförmige Flüssigkeitskammer (12) und eine ringförmige Gaskammer (11) unterteilt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der zweiten Kammer (5) verbundene Hydrospeicher (16) als am Hydraulikzylinder (1) konzentrisch um die Kolbenstange (3) herum angeordneter Ringzylinder mit einem darin dichtend verschiebbaren Ringkolben (18) zur Abtren­ nung einer ringförmigen Gaskammer (19) von einer ringförmi­ gen Flüssigkeitskammer (20) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lasttragkammer (6) und/oder die zweite Kammer (5) jeweils mit mehreren Hydrospeichern (23 bzw. 24) vorbestimmten Einzelvolumens verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Hydrospeicher (23, 24) in einem zum Hydraulikzylinder (1) konzentrischen Mantelgehäuse (15, 57) über dessen Umfang verteilt angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Mantelgehäuse (15, 57) über Verbindungskanäle (9) mit der Lasttragkammer (6) verbundene Hydrospeicher (23) und über andere Verbindungskanäle (17) mit der zweiten Kammer (5) verbundene Hydrospeicher (24) in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kolbenstange (3) hohl ausgebildet ist und in ihrem Inneren mindestens einen mit der Lasttragkammer (6) oder der zweiten Kammer (5) verbundenen Hydrospeicher zur Aufnahme eines im Betrieb vorgespannten Gaspolsters (44) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder in der hohlen Kolbenstange (3) angeordnete Hydro­ speicher einen durch einen im zylindrischen Innenraum dichtend verschiebbaren Kolben (46, 47) abgetrennten Gas­ raum (44, 45) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hydrospeicher (8, 16, 23, 24) Vorrichtun­ gen (21, 22, 31, 50) zur Einstellung des Gasdrucks des Gas­ raumes (11, 19, 25, 27, 44, 45) aufweisen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens ein Hydrospeicher mit der zugeordneten Kammer (5 bzw. 6) über eine vorzugsweise fernbetätigbare Absperrvorrichtung (56) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens eine Kammer (5 bzw. 6) Stoß­ dämpfvorrichtungen (40) zur Verhütung eines harten Anpralls des Kolbens (2) an die Endwand des Hydraulikzy­ linders (1) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßdämpfvorrichtungen (40) in ihrer Nachgiebigkeit verstellbar ausgebildet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Vorrichtungen zur Dämpfung der Ausfahrbe­ wegung der Kolbenstange (3) vorgesehen sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Hydraulikzylinder (1) die aus diesem ausfahrbar heraus­ ragende Kolbenstange (3) konzentrisch umschließende Mantel­ rohre (32, 33) angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Kolbenstange (3) durch eine am Ende des zugehörigen Mantelrohres (33) befindliche Öffnung heraus­ ragt und Vorrichtungen (13) zur Verbindung mit der Last (L) bzw. dem Kranhaken (H) aufweist, während das andere Mantelrohr (32) an seinem Ende geschlossen ist und seitliche Durchlaßöffnungen (37) besitzt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelrohre (32, 33) seitliche Durchlaßöffnungen (37) und sich konisch verjüngende Endabschnitte (39) aufweisen und die Kolbenstange (3) konische Endabschnitte (38) be­ sitzt, die beim Ausfahren der Kolbenstange (3) unter Wasser in den konischen Endabschnitt (39) des Mantelrohres (32, 33) eindringen und wegen des zunehmend enger werdenden Verdrängungsspalts einen die Ausfahrbewegung dämpfenden Wasserstau erzeugen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das am Ende geschlossene Mantelrohr (32) Vorrichtungen (14) zur Verbindung mit dem Kran­ haken (H) bzw. mit der Last (L) aufweist.