EP3252001A1 - Windenvorrichtung - Google Patents

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EP3252001A1
EP3252001A1 EP17170536.1A EP17170536A EP3252001A1 EP 3252001 A1 EP3252001 A1 EP 3252001A1 EP 17170536 A EP17170536 A EP 17170536A EP 3252001 A1 EP3252001 A1 EP 3252001A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
boom
winch device
compensation system
cylinder
hydraulic cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP17170536.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3252001B1 (de
Inventor
Evert Mulder
Maarten Kuijpers
Johan van Hoof
Mark van Lieshout
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Van Halteren Technologies Boxtel BV
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3252001A1 publication Critical patent/EP3252001A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3252001B1 publication Critical patent/EP3252001B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/40—Control devices
    • B66D1/48—Control devices automatic
    • B66D1/52—Control devices automatic for varying rope or cable tension, e.g. when recovering craft from water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B27/00—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers
    • B63B27/10—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers of cranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/02—Devices for facilitating retrieval of floating objects, e.g. for recovering crafts from water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/18—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes specially adapted for use in particular purposes
    • B66C23/36—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes specially adapted for use in particular purposes mounted on road or rail vehicles; Manually-movable jib-cranes for use in workshops; Floating cranes
    • B66C23/52—Floating cranes

Definitions

  • the invention relates to a winch device with a system for heave-compensation according to the preamble of patent claim 1.
  • winch devices are e.g. mounted on ships and serve to lift and lower loads outside of the ship's side.
  • systems are provided for heave compensation.
  • Passive and active systems for heave compensation are known from the prior art.
  • passive systems a spring concept is realized, while in active systems a height control with active height correction is realized.
  • active systems - in contrast to passive systems - require an external energy supply.
  • a disadvantage of the latter winch device is that for adapting the passive compensation system to heavier loads, a compressor or a pump and a correspondingly technically sophisticated hydraulic system is required, which increases the pressure in the hydraulic accumulator. This is e.g. after previously reducing the pressure of the hydraulic accumulator to adapt the passive compensation system to lower load. Furthermore, comparatively much energy and time is needed to increase the pressure in the hydraulic accumulator.
  • the invention is based on the object to provide a winch device with a passive compensation system that is adaptable to different loads. Furthermore, for adaptation little energy and time are needed.
  • the claimed winch device has a boom, on which at least one deflection roller for a slippery traction means is arranged.
  • the traction means serves to raise and lower a load by means of a winch.
  • the boom is rotatable or pivotable about an approximately horizontal axis, so that the guide roller can be raised and lowered.
  • the boom is supported or supported by a compensation system for passive heave compensation in order to even out the lifting force - quasi spring force - which the boom transfers to the load via the flexible traction means.
  • a distance between an articulation point of the compensation system on the boom and the axis is variable. This allows the support torque that the compensation system transmits to the boom to change, whereby the compensation system adapted to different loads or preset for different loads. Frictions and mass inertias are reduced over the prior art compensation systems. Furthermore, little energy is needed to adapt the compensation system to different loads, as essentially a shift work must be done.
  • the winch device is arranged on the deck of a floating body, in particular a ship, so that its wave motion is compensated.
  • the deflection roller can be positioned or positioned outside the side wall.
  • the passive compensation system as a main component on a cylinder-piston combination.
  • a piston rod of the cylinder-piston combination can be coupled to the invention variable pivot point.
  • the winch device according to the invention has a drive, via which a translational movement of the articulation point along a movement path on the boom can be generated.
  • the time required for a fitting process is minimal, for example, about 20 seconds in one embodiment.
  • the drive is arranged directly on the boom.
  • this has an adjusting hydraulic cylinder, which is coupled on the one hand to the boom and on the other hand to a rotor, on which also the articulation point is formed.
  • the axle is defined by an upper hinge or pivot joint between the main section and the boom, and the passive compensation system is hingedly connected to the main section via a lower pivot joint.
  • the path of movement of the articulation point is circular arc-shaped and has a circular arc center approximately in the lower pivot joint.
  • a geometry of the boom is adapted to a throttle curve. This achieves a linear course of the lifting force - quasi spring force.
  • the trajectory of the articulation point may also differ from the above circular arc shape.
  • the trajectory is optimized with respect to changes in the throttle curve and with a view to minimizing the adjustment forces of the drive.
  • a preferred development of the winch device according to the invention has an additional active compensation system.
  • the passive compensation system can substantially compensate for the static load, while the active compensation system substantially compensates for the movement of the float, particularly the ship.
  • the active compensation system may also not provide supplemental compensation from that of the passive compensation system perform fully compensated wave movements.
  • the active compensation system can also compensate for the deviations resulting from the throttle curve, in particular if these are not compensated by the aforementioned geometry of the cantilever and / or the trajectory. In a settling of the load this can be compensated very quickly.
  • the additional active compensation system is device-independent and modular retrofit, if it has a hydraulic cylinder.
  • the hydraulic cylinder of the active compensation system and the cylinder-piston combination of the passive compensation system and the variable displacement hydraulic cylinders each have as essential components a cylinder housing, a piston and one or two piston rods.
  • the hydraulic cylinder of the active compensation system may be clamped between the main section and the boom. Then, the active compensatory movements are generated by pivoting the boom (raising and lowering the pulley), so that an uncompensated winch can be used.
  • the hydraulic cylinder of the active compensation system may be smaller than the cylinder-piston combination of the passive compensation system.
  • the hydraulic cylinder of the active compensation system can be arranged space-saving between the axis formed by the pivot or swivel joint and the cylinder-piston combination of the passive compensation system.
  • a limp traction means a plastic cable or a lightweight fiber optic cable (eg Dyneema).
  • a steel cable can be used.
  • pulley - To increase the lifting force and multiple pulleys for the pliable traction means - a so-called pulley - are provided.
  • FIG. 1 shows in a cross section a hull 1 of a ship, on the deck of a non-compensated winch 2 is rotatably mounted.
  • a main section 4 is attached to the hull 1, at the upper end portion of an upper pivot 6, a boom 8 is articulated coupled.
  • the rotary joint 6 thus forms an axis 10 which is approximately horizontal and parallel to the deck of the hull 1 of the ship.
  • the boom 8 extends substantially away from the hull 1 in the direction of the open water and has at the end portion remote from the hull 1 and at an end portion directed towards the hull 1 in each case a deflection roller 12, 18th
  • a load 14 is raised or lowered or held as quiet as possible via a drive (not shown) of the winch 2 and via a fiber optic cable 16.
  • an end portion of the fiber optic cable 16 is attached to the fuselage 1 remote end portion of the boom 8 and extends from there via a guide roller 18 to which the load 14 is fixed and the two pulleys 12, 18 of the boom 8 to the winch. 2
  • FIG. 1 shows a cylinder-piston combination 20 with a differential cylinder and a piston rod which is pivotally connected via a pivot point 22 to the boom 8, while the differential cylinder via a lower pivot joint 24 is pivotally connected to a lower portion of the main section 4.
  • the cylinder-piston combination 20 forms an oblique support for the boom 8.
  • This support is resilient, since a piston head space of the differential cylinder is connected via a line 26 to a pressure chamber of a high-pressure piston accumulator 28 and filled with a constant amount of nitrogen.
  • the total compensation of the passive compensation system is also determined by an angle between the cylinder-piston combination 20 and the boom 8 and by a distance of the articulation point 22 from the axis 10 of the rotary joint 6. This distance is adjustable according to the invention. More precisely, the articulation point 22 can be moved along the boom 8 via a translatory drive 30. A trajectory and in particular its length are symbolized by a double arrow 32.
  • the articulation point 22 is moved along the double arrow 32, whereby the support torque of the passive compensation system and thus the lifting force which the boom 8 transmits via the fiber optic cable 16 to the load 14 are varied.
  • an active compensation system is provided, of which in FIG. 1 only one hydraulic cylinder 34 is shown. This is performed in the embodiment shown as a synchronous cylinder, which is also clamped between the boom 8 and the main section 4, wherein the corresponding joints are not displaced.
  • the hydraulic cylinder 34 can be actively retracted and extended comparatively quickly via a hydraulic actuator system (not shown).
  • the hydraulic cylinder 34 of the active compensation system is smaller than the cylinder-piston combination 20 of the passive compensation system. In operation, the passive compensation system transmits a larger support torque to the boom 8 than the active compensation system.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the winch device according to the invention in a perspective view.
  • the pliable pulling means and the winch were omitted.
  • a boom-side end portion of the piston rod of the cylinder-piston combination 20 of the passive compensation system is guided between two laterally spaced sections of the boom 8 via a rotor 36 along a movement path 38.
  • the movement path 38 is circular arc-shaped.
  • the circular arc of the movement path 38 has its center in the lower pivot joint 24. This ensures that the (in FIG. 2 For reasons of clarity not shown drive) requires little power and energy to adjust the rotor 36 along the movement path 38, whereby the passive compensation system can be adapted to different loads with minimal device complexity and energy requirements.
  • the trajectory can also have other shapes that are optimized for the application.
  • FIG. 3 shows a schematic perspective view of the inventive wind device according to a third embodiment with a movement path 138 which is arcuate and not circular arc.
  • the boom 8 with the two pulleys 12 and 18, the main section 4, the cylinder-piston combination 20 of the passive compensation system, the hydraulic cylinder 34 of the active compensation system and the pivot 6 with the axis 10 correspond to those of the first embodiment FIG. 1 ,
  • a rotor 136 is movable.
  • the rotor 136 has on its upper side a plurality of rollers on which the boom 8, more precisely its movement path 138 rests.
  • the drive is configured as an adjusting hydraulic cylinder 130, whose cylinder housing is pivotally connected to the boom 8 adjacent to the axis 10, and whose piston rod is pivotally connected to the rotor 136.
  • the adjusting hydraulic cylinder 130 is arranged approximately parallel to the boom 8.
  • loads 14 having a weight of, for example, 150 t can be kept at a depth of, for example, 2500 m.
  • the fiber optic cable weighs eg another 60 t.
  • a winch device with a heave-compensating system that is passive and has a fixed amount of compressible gas.
  • An adjustment or adjustment of the system via a change of a supporting torque on a pivoting arm. For this purpose, a point at which the support force is introduced into the boom, are moved along the boom.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Offenbart ist eine Windenvorrichtung mit einem heave-compensating-System (20), das passiv ist und eine fixe Menge kompressibles Gas hat. Ein Verstellung oder Einstellung des Systems erfolgt über eine Änderung eines Stützmomentes an einem schwenkbaren Ausleger (8). Dazu kann eine Stelle, an der die Stützkraft in den Ausleger eingeleitet wird, entlang dem Ausleger verschoben werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Windenvorrichtung mit einem System zur heave-compensation gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Derartige Windenvorrichtungen werden z.B. auf Schiffen montiert und dienen zum Heben und Senken von Lasten außerhalb der Bordwand. Um eine möglichst konstante Höhe der Last zu erreichen, also insbesondere zur Kompensation von Auf- und Abwärtsbewegungen des Schiffes, werden Systeme zur heave-compensation vorgesehen.
  • Aus dem Stand der Technik sind passive und aktive Systeme zur heave-compensation bekannt. Bei passiven Systemen wird ein Feder-Konzept realisiert, während bei aktiven Systemen eine Höhenkontrolle mit aktiver Höhenkorrektur realisiert wird. Dazu benötigen aktive Systeme - im Gegensatz zu passiven Systemen - eine externe Energiezuführung.
  • Die Druckschrift US 4,021,019 zeigt eine Windenvorrichtung in Form eines Kranes, dessen Ausleger über ein Paar schräg zueinander angestellte Hydraulikzylinder abgestützt ist. Diese sind einerseits als passives Kompensationssystem weitergebildet, deren quasi Federkraft im Wesentlichen von der Spannung eines an die Zylinder angeschlossenen Hydrospeichers bestimmt ist. Darüber hinausgehend kann ergänzend oder parallel ein aktives Kompensationssystem geschaltet werden, das eine bidirektionale Verstellpumpe aufweist. Beide Systeme verwenden das gleiche Paar von Hydraulikzylindern.
  • Nachteilig an der letztgenannten Windenvorrichtung ist, dass zur Anpassung des passiven Kompensationssystems an schwerere Lasten ein Kompressor oder eine Pumpe und ein entsprechend vorrichtungstechnisch aufwändiges hydraulisches System benötigt wird, die den Druck in dem Hydrospeicher erhöht. Dies ist z.B. nötig, nachdem zuvor der Druck des Hydrospeichers verringert wurde, um das passive Kompensationssystem an geringere Last anzupassen. Weiterhin wird zur Erhöhung des Drucks in dem Hydrospeicher vergleichsweise viel Energie und Zeit benötigt.
  • Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Windenvorrichtung mit einem passivem Kompensationssystem zu schaffen, das an verschiedene Lasten anpassbar ist. Weiterhin soll zur Anpassung wenig Energie und Zeit benötigt werden.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Windenvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Die beanspruchte Windenvorrichtung hat einen Ausleger, an dem zumindest eine Umlenkrolle für ein biegeschlaffes Zugmittel angeordnet ist. Das Zugmittel dient zum Heben und Senken einer Last mittels einer Winde. Der Ausleger ist um eine etwa waagerechte Achse drehbar oder schwenkbar, so dass die Umlenkrolle hebbar und senkbar ist. Der Ausleger ist von einem Kompensationssystem zur passiven heave compensation unterstützt oder abgestützt um die Hebekraft - quasi Federkraft -, die der Ausleger über das biegeschlaffe Zugmittel auf die Last überträgt, zu vergleichmäßigen. Erfindungsgemäß ist ein Abstand zwischen einem Anlenkpunkt des Kompensationssystems an dem Ausleger und der Achse veränderbar. Damit lässt sich das Stützmoment, die das Kompensationssystem auf den Ausleger überträgt, verändern, wodurch das Kompensationssystem an unterschiedliche Lasten angepasst oder für unterschiedliche Lasten voreingestellt wird. Reibungen und Massenträgheiten sind gegenüber den Kompensationssystemen des Standes der Technik verringert. Weiterhin wird zur Anpassung des Kompensationssystems an unterschiedliche Lasten wenig Energie benötigt, da im Wesentlichen eine Verschiebearbeit geleistet werden muss.
  • Vorzugsweise ist die Windenvorrichtung an Deck eines Schwimmkörpers, insbesondere eines Schiffes angeordnet, so dass dessen Wellenbewegung kompensiert wird. Die Umlenkrolle ist außerhalb der Bordwand positionierbar oder positioniert.
  • Vorzugsweise weist das passive Kompensationssystem als Hauptbestandteil eine Zylinder-Kolben-Kombination auf. Dabei kann eine Kolbenstange der Zylinder-Kolben-Kombination an den erfindungsgemäß veränderbaren Anlenkpunkt gekoppelt sein.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
  • Vorzugsweise hat die erfindungsgemäße Windenvorrichtung einen Antrieb, über den eine translatorische Bewegung des Anlenkpunktes entlang einer Bewegungsbahn am Ausleger erzeugbar ist. Dann ist der Zeitbedarf eines Anpassungsvorganges minimal, zum Beispiel bei einem Ausführungsbeispiel etwa 20 Sekunden.
  • Vorzugsweise ist der Antrieb direkt am Ausleger angeordnet.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Antriebs weist dieser einen Verstell-Hydraulikzylinder auf, der einerseits an dem Ausleger und andererseits an einen Läufer gekoppelt ist, an dem auch der Anlenkpunkt gebildet ist.
  • Wenn die erfindungsgemäße Windenvorrichtung einen Hauptabschnitt oder Hauptkörper hat, der an dem Schiff befestigt ist, wird die Achse von einem oberen Dreh- oder Schwenkgelenk zwischen dem Hauptabschnitt und dem Ausleger definiert, und das passive Kompensationssystem ist über ein unteres Schwenkgelenk mit dem Hauptabschnitt gelenkig verbunden.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Bewegungsbahn des Anlenkpunktes kreisbogenförmig und hat einen Kreisbogen-Mittelpunkt etwa in dem unteren Schwenkgelenk. Damit kann das Stützmoment verändert werden, ohne die Dreh- oder Schwenkposition des Auslegers und damit die Höhe der Umlenkrolle und der Last zu verändern. Damit ist es möglich eine Anpassung des passiven Kompensationssystems an verschiedene Lasten und insbesondere eine Anpassung an erhöhte Lasten mit einem Energieeinsatz zu realisieren, der theoretisch Null ist, und der praktisch lediglich zur Überwindung von Reibungsverlusten ausreichen muss.
  • Vorrichtungstechnisch einfach ist es, wenn die Zylinder-Kolben-Kombination einerseits an den bewegbaren Anlenkpunkt und andererseits an das untere Schwenkgelenk gekoppelt ist. Dabei ist ein kompressibles Gas in dem Zylinder vorgesehen. Wenn der Zylinder mittels Stickstoff und vorzugsweise mittels eines Kolbenspeichers des passiven Kompensationssystems spannbar ist, ist das Risiko des Dieseling-Effektes vermieden. Dieser Effekt kann entstehen, wenn gemäß dem Stand der Technik Luft mit Öl z.B. aus Gründen von Undichtigkeiten unter Druck zusammenkommt.
  • Vorrichtungstechnisch einfach ist es, wenn die Menge des Gases im passiven Kompensationssystem im Wesentlichen unverändert ist.
  • Vorzugsweise ist eine Geometrie des Auslegers an eine Gaskurve angepasst. Damit wird ein linearer Verlauf der Hebekraft - quasi Federkraft - erreicht.
  • Die Bewegungsbahn des Anlenkpunktes kann auch von der oben genannten Kreisbogenform abweichen. Allgemein wird die Bewegungsbahn optimiert mit Blick auf Änderungen der Gaskurve und mit Blick auf eine Minimierung der Einstellkräfte des Antriebs.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Windenvorrichtung hat ein zusätzliches aktives Kompensationssystem. Dann kann das passive Kompensationssystem im Wesentlichen die statische Last kompensieren, während das aktive Kompensationssystem im Wesentlichen die Bewegung des Schwimmkörpers - insbesondere des Schiffs - kompensiert. Das aktive Kompensationssystem kann auch eine ergänzende Kompensation der von dem passiven Kompensationssystem nicht gänzlich kompensierten Wellenbewegungen durchführen. Das aktive Kompensationssystem kann auch die aus der Gaskurve resultierenden Abweichungen kompensieren, insbesondere wenn diese nicht über die zuvor genannte Geometrie des Auslegers und/oder der Bewegungsbahn kompensiert werden. Bei einem Absetzvorgang der Last kann diese besonders schnell kompensiert werden.
  • Das zusätzliche aktive Kompensationssystem ist vorrichtungstechnisch unabhängig und modular nachrüstbar, wenn es einen Hydraulikzylinder aufweist.
  • Der Hydraulikzylinder des aktiven Kompensationssystems und die Zylinder-Kolben-Kombination des passiven Kompensationssystems und der Verstell-Hydraulikzylinder haben jeweils als wesentliche Komponenten ein Zylindergehäuse, einen Kolben und eine oder zwei Kolbenstangen.
  • Der Hydraulikzylinder des aktiven Kompensationssystems kann zwischen dem Hauptabschnitt und dem Ausleger eingespannt sein. Dann werden auch die aktiven Kompensationsbewegungen über ein Verschwenken des Auslegers (Anheben und absenken der Umlenkrolle) erzeugt, so dass eine nicht kompensierte Winde verwendet werden kann.
  • Wenn ein größerer Teil der Kompensation vom passiven Kompensationssystem und ein kleinerer Teil vom aktiven Kompensationssystem übernommen wird, ist der Energiebedarf des aktiven Kompensationssystems minimiert. Dem entsprechend kann der Hydraulikzylinder des aktiven Kompensationssystems kleiner als die Zylinder-Kolben-Kombination des passiven Kompensationssystems sein.
  • Dann kann der Hydraulikzylinder des aktiven Kompensationssystems Bauraum sparend zwischen der von dem Schwenk- oder Drehgelenk gebildeten Achse und der Zylinder-Kolben-Kombination des passiven Kompensationssystems angeordnet sein.
  • Insbesondere wenn die passive und die aktive heave-compensation über die Verschwenkung oder Verdrehung des Auslegers erfolgt, und so die Umlenkrolle vergleichsweise ortsfest gehalten wird, verringert sich die Walkarbeit, die das biegeschlaffe Zugmittel durch Hin- und Herbewegung ertragen muss. Dann kann als biegeschlaffes Zugmittel ein Kunststoffkabel oder ein Leichtgewichts-Glasfaserkabel (z.B. Dyneema) vorgesehen werden. Alternativ kann auch ein Stahlkabel verwendet werden.
  • Zur Erhöhung der Hebekraft können auch mehrfache Umlenkrollen für das biegeschlaffe Zugmittel - ein so genannter Flaschenzug - vorgesehen werden.
  • Drei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Windenvorrichtung sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Figur 1
    in einer schematischen Seitenansicht das erste Ausführungsbeispiel mit einem Schiff,
    Figur 2
    in einer schematischen perspektivischen Ansicht das zweite Ausführungsbeispiel und
    Figur 3
    in einer schematischen perspektivischen Ansicht das dritte Ausführungsbeispiel.
  • Figur 1 zeigt in einem Querschnitt einen Rumpf 1 eines Schiffes, an dessen Deck eine nicht kompensierte Winde 2 drehbar befestigt ist. Am Rand des Decks ist ein Hauptabschnitt 4 am Rumpf 1 befestigt, an dessen oberen Endabschnitt über ein oberes Drehgelenk 6 ein Ausleger 8 gelenkig angekoppelt ist. Das Drehgelenk 6 bildet damit eine Achse 10, die etwa horizontal und parallel zum Deck des Rumpfes 1 des Schiffes ist.
  • Der Ausleger 8 erstreckt sich im Wesentlichen weg vom Rumpf 1 in Richtung zum offenen Wasser und hat an dem vom Rumpf 1 entfernten Endabschnitt und an einem zum Rumpf 1 gerichteten Endabschnitt jeweils eine Umlenkrolle 12, 18.
  • Im Betrieb der Windenvorrichtung wird eine Last 14 über einen (nicht gezeigten) Antrieb der Winde 2 und über ein Glasfaserkabel 16 angehoben oder abgesenkt oder möglichst ruhig gehalten. Dabei ist ein Endabschnitt des Glasfaserkabels 16 an dem vom Rumpf 1 entfernten Endabschnitt des Auslegers 8 befestigt und verläuft von dort über eine Umlenkrolle 18, an der die Last 14 befestigt ist und die beiden Umlenkrollen 12, 18 des Auslegers 8 zur Winde 2.
  • Figur 1 zeigt eine Zylinder-Kolben-Kombination 20 mit einem Differenzialzylinder und mit einer Kolbenstange, die über einen Anlenkpunkt 22 gelenkig mit dem Ausleger 8 verbunden ist, während der Differenzialzylinder über ein unteres Schwenkgelenk 24 mit einem unteren Bereich des Hauptabschnitts 4 gelenkig verbunden ist. Damit bildet die Zylinder-Kolben-Kombination 20 eine schräge Stütze für den Ausleger 8. Diese Stütze ist federnd, da ein Kolbenbodenraum des Differenzialzylinders über eine Leitung 26 mit einem Druckraum eines Hochdruck-Kolbenspeichers 28 verbunden und mit einer konstanten Menge Stickstoff gefüllt ist.
  • Damit ist die Kraft, die die Zylinder-Kolben-Kombination 20 entlang ihrer Kolbenstange auf den Anlenkpunkt 22 ausübt, von einer Gaskurve des Stickstoffs bestimmt. Die gesamte Kompensation des passiven Kompensationssystems wird darüber hinaus von einem Winkel zwischen der Zylinder-Kolben-Kombination 20 und dem Ausleger 8 und von einem Abstand des Anlenkpunktes 22 von der Achse 10 des Drehgelenks 6 bestimmt. Dieser Abstand ist erfindungsgemäß einstellbar. Genauer gesagt kann über einen translatorischen Antrieb 30 der Anlenkpunkt 22 entlang dem Ausleger 8 bewegt werden. Eine Bewegungsbahn und insbesondere deren Länge werden durch einen Doppelpfeil 32 symbolisiert.
  • Bei Betätigung des Antriebs 30 wird der Anlenkpunkt 22 entlang dem Doppelpfeil 32 bewegt, wodurch das Stützmoment des passiven Kompensationssystems und damit die Hebekraft, die der Ausleger 8 über das Glasfaserkabel 16 auf die Last 14 überträgt, variiert werden.
  • In Ergänzung ist ein aktives Kompensationssystem vorgesehen, von dem in Figur 1 nur ein Hydraulikzylinder 34 dargestellt ist. Dieser ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Gleichgangzylinder ausgeführt, der ebenfalls zwischen dem Ausleger 8 und dem Hauptabschnitt 4 eingespannt ist, wobei die entsprechenden Gelenke nicht verschiebbar sind. Der Hydraulikzylinder 34 kann über eine (nicht gezeigte) hydraulische Aktorik aktiv und vergleichsweise schnell eingezogen und ausgefahren werden. Der Hydraulikzylinder 34 des aktiven Kompensationssystems ist kleiner als die Zylinder-Kolben-Kombination 20 des passiven Kompensationssystems. Im Betrieb überträgt das passive Kompensationssystem ein größeres Stützmoment an den Ausleger 8, als das aktive Kompensationssystem.
  • Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Windenvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht. Dabei wurden das biegeschlaffe Zugmittel und die Winde weggelassen.
  • Der an Deck des Rumpfes 1 befestigte Hauptabschnitt 4 und der daran über das obere Drehgelenk 6 gekoppelte Ausleger 8 mit den beiden Umlenkrollen 12, 18 entsprechen denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1. Ein auslegerseitiger Endabschnitt der Kolbenstange der Zylinder-Kolben-Kombination 20 des passiven Kompensationssystems ist zwischen zwei seitlich zueinander beabstandeten Abschnitten des Auslegers 8 über einen Läufer 36 entlang einer Bewegungsbahn 38 geführt.
  • Die Bewegungsbahn 38 ist kreisbogenförmig. Der Kreisbogen der Bewegungsbahn 38 hat seinen Mittelpunkt im unteren Schwenkgelenk 24. Dadurch wird erreicht, dass der (in Figur 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigte Antrieb) wenig Kraft und Energie benötigt, um den Läufer 36 entlang der Bewegungsbahn 38 zu verstellen, womit das passive Kompensationssystem mit minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand und Energiebedarf an unterschiedliche Lasten angepasst werden kann.
  • Abweichend vom in Figur 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel wird dort bevorzugt auch ein zusätzliches aktives Kompensationssystem vorgesehen.
  • Abweichend von der Kreisbogenform kann die Bewegungsbahn auch andere Formen aufweisen, die für die Anwendung optimiert sind.
  • Figur 3 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht die erfindungsgemäße Windenvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit einer Bewegungsbahn 138, die bogenförmig und dabei nicht kreisbogenförmig ist. Der Ausleger 8 mit den beiden Umlenkrollen 12 und 18, der Hauptabschnitt 4, die Zylinder-Kolben-Kombination 20 des passiven Kompensationssystems, der Hydraulikzylinder 34 des aktiven Kompensationssystems und das Drehgelenk 6 mit der Achse 10 entsprechen denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels aus Figur 1.
  • Entlang der Bewegungsbahn 138 des Auslegers 8 ist ein Läufer 136 gemäß dem Doppelpfeil 132 verfahrbar. Der Läufer 136 hat an seiner Oberseite mehrere Rollen, auf denen der Ausleger 8, genauer gesagt seine Bewegungsbahn 138 aufliegt.
  • Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist der Antrieb als Verstell-Hydraulikzylinder 130 ausgestaltet, dessen Zylindergehäuse gelenkig mit dem Ausleger 8 benachbart zur Achse 10 verbunden ist, und dessen Kolbenstange gelenkig mit dem Läufer 136 verbunden ist. Der Verstell-Hydraulikzylinder 130 ist etwa parallel zum Ausleger 8 angeordnet.
  • Über den Anlenkpunkt 22 sind die Kolbenstange des Verstell-Hydraulikzylinders 130 und der Zylinder-Kolben-Kombination 20 des passiven Kompensationssystems mit dem Läufer 136 verbunden.
  • Mit den erfindungsgemäßen Windenvorrichtungen können Lasten 14 mit einem Gewicht von z.B. 150 t in einer Wassertiefe von z.B. 2500 m gehalten werden. Dabei wiegt das Glasfaserkabel z.B. weitere 60 t.
  • Offenbart ist eine Windenvorrichtung mit einem heave-compensating-System, das passiv ist und eine fixe Menge kompressibles Gas hat. Ein Verstellung oder Einstellung des Systems erfolgt über eine Änderung eines Stützmomentes an einem schwenkbaren Auslegerarm. Dazu kann eine Stelle, an der die Stützkraft in den Ausleger eingeleitet wird, entlang dem Ausleger verschoben werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rumpf
    2
    Winde
    4
    Hauptabschnitt
    6
    Drehgelenk
    8
    Ausleger
    10
    Achse
    12
    Umlenkrolle
    14
    Last
    16
    Glasfaserkabel
    18
    Umlenkrolle
    20
    Zylinder-Kolben-Kombination
    22
    Anlenkpunkt
    24
    unteres Schwenkgelenk
    26
    Leitung
    28
    Kolbenspeicher
    30
    Antrieb
    32; 132
    Doppelpfeil
    34
    Hydraulikzylinder
    36; 136
    Läufer
    38; 138
    Bewegungsbahn
    130
    Verstell-Hydraulikzylinder

Claims (15)

  1. Windenvorrichtung mit einem Ausleger (8), an dem zumindest eine Umlenkrolle (12) für ein biegeschlaffes Zugmittel angeordnet ist, wobei der Ausleger (8) um eine Achse (10) schwenkbar oder drehbar ist, wobei der Ausleger (8) von einem passiven Kompensationssystem zur heave-compensation unterstützt oder abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen einem Anlenkpunkt (22) des Kompensationssystems an dem Ausleger (8) und der Achse (10) veränderbar ist.
  2. Windenvorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Antrieb (30; 130), über den eine translatorische Bewegung des Anlenkpunktes (22) entlang einer Bewegungsbahn (38; 138) des Auslegers (8) erzeugbar ist.
  3. Windenvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Antrieb ein Verstell-Hydraulikzylinder (130) ist.
  4. Windenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Hauptabschnitt (4), wobei die Achse (10) von einem oberen Schwenk- oder Drehgelenk (6) zwischen dem Hauptabschnitt (4) und dem Ausleger (8) definiert ist, und wobei das passive Kompensationssystem über ein unteres Schwenkgelenk (24) mit dem Hauptabschnitt (4) gelenkig verbunden ist.
  5. Windenvorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 4, wobei die Bewegungsbahn (38) des Anlenkpunktes (22) kreisbogenförmig ist und einen Mittelpunkt etwa in dem unteren Schwenkgelenk (24) hat.
  6. Windenvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei das passive Kompensationssystem eine mit Gas gefüllte Zylinder-Kolben-Kombination (20) aufweist, die einerseits an den bewegbaren Anlenkpunkt (22) und andererseits an das untere Schwenkgelenk (24) gekoppelt ist.
  7. Windenvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Zylinder-Kolben-Kombination (20) mittels eines mit dem Gas befüllten Kolbenspeichers (28) spannbar ist.
  8. Windenvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Menge des Gases im Kolbenspeicher (28) im Wesentlichen unverändert ist.
  9. Windenvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei eine Geometrie des Auslegers (8) oder der Bewegungsbahn (138) an eine Gaskurve angepasst ist.
  10. Windenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem zusätzlichen aktiven Kompensationssystem.
  11. Windenvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das aktive Kompensationssystem einen Hydraulikzylinder (34) aufweist.
  12. Windenvorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 11, wobei der Hydraulikzylinder (34) zwischen dem Hauptabschnitt (4) und dem Ausleger (8) eingespannt ist.
  13. Windenvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Hydraulikzylinder (34) kleiner als die Zylinder-Kolben-Kombination (20) ist.
  14. Windenvorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Hydraulikzylinder (34) zwischen der Achse (10) und der Zylinder-Kolben-Kombination (20) angeordnet ist.
  15. Windenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das biegeschlaffe Zugmittel ein Kunststoffkabel oder ein Glasfaserkabel (16) ist.
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