EP3290382A1 - Einrichtung zum heben, senken oder halten einer last - Google Patents

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EP3290382A1
EP3290382A1 EP17167045.8A EP17167045A EP3290382A1 EP 3290382 A1 EP3290382 A1 EP 3290382A1 EP 17167045 A EP17167045 A EP 17167045A EP 3290382 A1 EP3290382 A1 EP 3290382A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
load
active
actuator
compensation
passive
Prior art date
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Granted
Application number
EP17167045.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3290382B1 (de
Inventor
Maarten Kuijpers
Patrick Verbakel
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.)
Robert Bosch GmbH
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3290382A1 publication Critical patent/EP3290382A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3290382B1 publication Critical patent/EP3290382B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device for lifting, lowering or holding a load according to the preamble of claim 1.
  • Swell or swell compensation devices hereinafter also referred to as HCS - are used, for example, in offshore / marine technology when a load from a ship by means of a crane to an object supported on the seabed, for example, a platform to be discontinued.
  • HCS Heave Compensation System
  • Such a task is in the assembly of rigs or offshore wind turbines before or when a drill string is lowered from a floating platform and this is raised and lowered by the sea.
  • heavy measuring devices or supply stations for robots or the like are lowered from a ship via a winch to great depths, in which case the tether, caused by the sea state, is exposed to considerable tensile loads.
  • a linearly adjustable unit for example, a hydraulic cylinder or a rotationally operated unit, for example, a hydraulic motor is acted upon in the support direction via a hydropneumatic storage unit whose pressure is designed so that the load is supported without swell in a central position - the storage unit thus acts as a kind of gas spring.
  • Such passive compensation systems are designed to match the particular application and the associated loads, so that an adaptation to different loads is possible only with great effort.
  • Such passive systems are often arranged between the actual crane hook and the load and thus are located when lowering below sea level.
  • active systems are preferably used in which a linear drive, primarily a hydraulic cylinder, or a rotary drive, primarily a hydraulic motor, is designed with a position control system, through which the Last by driving the drive can always be kept at the predetermined position.
  • a linear drive primarily a hydraulic cylinder, or a rotary drive, primarily a hydraulic motor
  • a position control system through which the Last by driving the drive can always be kept at the predetermined position.
  • Such active systems are usually placed on the ship, so they must also move the weight of the crane cable, the crane blocks (pulley) and the crane hook, so that the payload is reduced by the additional weight of these components.
  • the load is compensated via a passive hydro-pneumatic storage system and, on the other hand, the setpoint position of the load is kept constant via an active control system.
  • a passive hydro-pneumatic storage system has the advantage that over the active System only the balancing movement of the load must be effected while the actual supporting is done via the passive system.
  • Such combination systems are particularly required when lifting a load at a predetermined speed from the seabed or from an anchored on this platform or lowered to this.
  • a similar system is also mentioned in the beginning US 4,121,806 explained.
  • the US 4,021,019 shows a system in which an active hydraulic cylinder is integrated into a passive hydraulic cylinder.
  • the active compensation unit is each implemented with a winch arrangement, wherein a winch cable or the like acts on the load to assist the lifting device and the passive compensation device on lowering, by controlling the fibrillation of the winch cable by corresponding activation of the active winch.
  • a winch cable or the like acts on the load to assist the lifting device and the passive compensation device on lowering, by controlling the fibrillation of the winch cable by corresponding activation of the active winch.
  • the present invention seeks to provide a device that allows the compensation of relative movements with low device complexity.
  • the device for lifting, lowering or holding a load has a compensating device which is designed to compensate for the relative movements of the load, in particular caused by swell, with reference to a target position.
  • the load is movable by means of a lifting device in the direction of the target position or away from it and has fixed and loose rollers, which together with a supporting cable form a pulley.
  • the suspension cable can be caught or detended by means of an actuator to raise or lower the load.
  • the lifting device is associated with a passive compensation device which at least partially supports the weight of the load L.
  • an active compensation unit is provided, which can be controlled by a control unit as a function of a movement of the load caused by swell.
  • the supporting cable of the pulley extends from the actuator via the rollers to an active actuator of the active compensation unit, wherein this active actuator can be controlled independently of the actuator.
  • the pulley thus has a double function. On the one hand, it serves to move the load and also the passive compensation device on the other hand is part of the active compensation unit.
  • a brake is provided, which is arranged in particular on a roller of the pulley to hold the carrying cable, so that there is a passive part of the supporting cable from the roller to the actuator and the other, active part of the supporting cable from the roller to Aktivaktor extends.
  • this brake the suspension cable and thus the pulley are divided into two functionally independently operable Parten.
  • the brake acts on one of the stationary rollers, which are usually arranged on the deck (above the water level).
  • the passive compensation device has a hydraulic cylinder whose piston defines a pressure chamber effective in the direction of support, which is in operative connection with a hydropneumatic storage unit, wherein a piston rod acts on the load, so that a kind of gas spring for passive support of the load is formed ,
  • the bias in the pressure space determined by the pressure in the hydropneumatic storage unit is preferably selected such that the weight of the load is approximately compensated for when the piston rod is extended (in the lowering direction). In the middle position, the load is then slightly undercompensated. This causes, for example, that when the suspension cable is being activated by means of the active actuator, the piston rod holding the load extends out of its middle position in order, for example, to compensate for a lifting of a ship or floating crane due to a wave motion. Conversely, when the floating crane is lowered, the active actuator is actuated to catch up with the carrying rope so that the load remains in the predetermined target position.
  • the device complexity can be further reduced if the hydraulic cylinder is designed as a synchronous cylinder, wherein the active actuator associated part of the supporting cable engages the remote from the load piston rod.
  • the hydraulic cylinder is thus assigned to both the active compensation unit and the passive compensation device as an actuating element.
  • At least one loose roll of the first-mentioned part is arranged on a roller block carrying the hydraulic cylinder and at least one loose roller assigned to the active part engages the piston rod of the hydraulic cylinder facing away from the load.
  • the actuation of the actuators is simplified if facilities, in particular sensors for detecting the effective support rope length of Parten and the wind force are provided. Depending on the measurement signals of these devices then the actuation of the actuators by means of a control unit.
  • Such a solution has the advantage that these devices / sensors can be provided on the cover side and it is not necessary to provide sensors for detecting the load conditions of the compensation device / compensation unit, in particular of the hydraulic cylinder below the water level.
  • a bypass valve For rapid pressure relief of effective in the direction of support pressure chamber of the hydraulic cylinder, the gas storage a bypass valve can be assigned.
  • the compensation of a relative movement of the load caused by swell or swell relative to the target position can be done by engaging the brake and driving the Aktivaktors and stopping the actuator.
  • the load is raised or lowered while actively compensating for a relative movement of the load relative to the target position caused by swell or swell by engaging the brake and driving the actuator and the active actuator.
  • a preferred embodiment of a device according to the invention for lifting, lowering or holding a load will be explained below with reference to a device shown in the drawing with compensation devices to compensate for caused by sea relative movements of a load with respect to a target position.
  • the sole figure of the drawing shows a schematic diagram of a running with such a device according to the invention for sea state compensation (HCS) 1 ship or floating crane 2, via which a load L on another ship or the seabed 4 or a platform anchored on this is to be discontinued.
  • the device 1 motion compensation device, HCS
  • the device 1 has a passive compensation device 6 and an active compensation unit 8, the concrete structure of which is explained below.
  • a loading crane 10 is mounted, which in a conventional manner a plurality of stationary rollers (discs) 14 a, 14 b, 14 c and a plurality of movable rollers (discs) 16 a, 16 b, 16 c, which together with a Supporting cable 18 form a pulley 20.
  • the movable rollers 16 (loose part) are mounted on a roller block 22.
  • the fixed with an end on deck support cable 18 can be obtained by means of a winch 21 of the loading crane 10 or gefiert / discharged to the load L to raise or lower.
  • the effective force of the winch 21 is then translated according to the pulley 20.
  • a hydraulic cylinder 24 is held on the roller block 22, which is designed as a synchronous cylinder.
  • a piston 26 divides the interior of the hydraulic cylinder 24 into an effective in the direction of support pressure chamber 28 and a lowering in the direction of pressure chamber 30.
  • the pressure chamber 28 is connected to a hydropneumatic storage unit 32, which may be formed as usual as a hydropneumatic piston accumulator with one or more downstream gas cylinders and by the pressure chamber 28 is acted upon by a biasing pressure.
  • the pressure chamber 28 and the hydro-pneumatic storage unit 32 form a kind of gas spring.
  • the pressure chamber 30 may be filled with a gas, for example nitrogen, and may communicate with a gas cylinder to increase the volume of gas.
  • the hydraulic cylinder 24 is designed as a synchronous cylinder.
  • a load-side piston rod 34 carries the load L, which is attached to the piston rod 34, for example via a crane hook or the like.
  • the force resulting from the pretensioning corresponds approximately to the weight of the load L to be moved. In the end position, this is compensated for approximately 100% in the central position of the piston 26, ie if the pressure chamber 28 is the same size as the pressure chamber 30 , there is an undercompensation.
  • a remote from the load L piston rod 36 of the piston 26 passes through the pressure chamber 30 and is connected via a bracket 38 with another loose / movable roller 40, which is also looped by the support cable 18.
  • another loose / movable roller 40 which is also looped by the support cable 18.
  • two fixed rollers 42, 44 are provided on the deck side, wherein the support cable 18 passes from the fixed roller 42 to the roller 40 and from this to the roller 44, via which the support cable 18 towards a Active winch 46 is deflected.
  • the control of the two winches 21 and 46 by means of a control unit 48 in response to measurement signals from sensors 50, 52, on the applied force of the respective wind and the effective length of the support cable 18 or the change in length of the support cable 18 due to the Fierens or catching the suspension cable 18 is detected.
  • the two winches 21, 46 are then controlled via the control unit 48 in response to these signals in order to control the compensatory movements explained to compensate for the swell.
  • the fixed roller 42 is associated with a brake 54, via which the roller 42 and the support cable 18 can be held so that then the continuous support cable 18 in a rollers 40, 44 encircling, active part 56 and the rollers 14 a, 16 a , 14b, 16b, 14c, 16c encompassing, passive part 58 is divided.
  • the roller 42 acts as a cover-side fixing point for the respective part 56, 58, so to speak.
  • the active part 56 can then be caught or detained via the active winch 46 relative to the passive part, the roller 40 being able to move relative to the rollers 16a, 16b and 16c is moved vertically.
  • the passive part 58 is operated as a "normal" pulley - similar to the conventional solutions - via the winch 21.
  • the control of the brake 54 is again via the control unit 48th
  • a bypass valve 60 are assigned, via which the pressure chamber 28 can be connected to the pressure chamber 30, so that only the active compensation unit 8 is effective.
  • the hydraulic cylinder 24 acts as an actuating element for the passive compensation device 6 and the active compensation unit 8.
  • the console 28 can also engage a further active cylinder whose piston / piston rod then acts parallel to the hydraulic cylinder 24 on the load L.
  • the control unit 48 is designed so that the device 1 can be controlled at least in three modes.
  • a first mode in which the load L is lowered or raised only in the direction of a target position and, for example, no sea state is present, the brake 54 is disengaged and the active wind 46 stopped / braked, so that it forms the fixed point of the support cable 18.
  • the lifting and lowering then takes place by controlling the winch 21, in which case the rollers 14a, 14b, 14c, 42, 44 fixed rollers of a pulley and the rollers 16a, 16b, 16c and 40 form the loose roles of the pulley.
  • the brake 54 In an operating mode in which the load L is to be kept in a certain relative position at sea, the brake 54 is engaged, so that the support cable 18 or more precisely the pulley 20 is divided into the two parties 56, 58.
  • the winch 21 is stopped.
  • the passive compensation takes place via the gas spring formed by the storage unit 32 and the active compensation by corresponding activation of the active winch 46, via which the roller 40, the bracket 38 and the piston 26 together with the piston rods 34 and 36 by appropriate fetching or catching / Dicht noir the active part 56 of the support cable 18 is raised or lowered relative to the housing of the hydraulic cylinder 24, wherein the lowering movement is made possible substantially by the above-described under-compensating bias.
  • the movement of the parts is indicated by a double arrow 62 in FIG.
  • a third mode the compensation of the sea state during the raising or lowering of the load L.
  • the brake 54 is also engaged and both winches 21, 46 so controlled via the control unit 48 that on the one hand, the lowering / lifting movement with the predetermined speed occurs and on the other hand caused by the sea state relative movements of the load L can be compensated. These relative movements are again indicated by the double arrow 62.
  • Another advantage of the described system is that all fixed rollers and all loose rollers each lie substantially in the same plane, so that the dynamic loads in the pulley 20 are minimal, since all roles are more or less burdened in the same way.
  • the inventive solution can be retrofitted by replacing the support cable 18 and adding the active part 56 with the rollers 42, 44, 40 in a simple manner with existing solutions.
  • winches (winch 21, active winds 46) are used - in principle, instead of such winds and other actuators, such as linear actuators or the like can be used.
  • the support cable can be designed in the region of the deflection as a chain or other wear-resistant traction means.
  • the wound up on the winding section can also be made from high-strength plastic, for example. Dyneema ®.
  • the stroke of the above-described active compensation unit 8 preferably corresponds only to the ship movements caused by sea state / swell (+ approx. 10 m), so that the active actuator can be designed to be relatively small.
  • the application of the device is not limited to the compensation of movements caused by swellings but is generally applicable where relative movements of a load due to external circumstances are to be compensated.
  • the active compensation unit can also be designed as a mobile solution.
  • a sea state compensation device in which a load is supported via a passive compensation device and an active compensation unit, wherein a pulley is associated with a lifting device of both the passive compensation device and the active compensation unit.

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Abstract

Offenbart ist eine Seegangskompensationseinrichtung bei der eine Last über eine passive Kompensationseinrichtung und eine aktive Kompensationseinheit abgestützt ist, wobei ein Flaschenzug einer Hubeinrichtung sowohl der passiven Kompensationseinrichtung als auch der aktiven Kompensationseinheit zugeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Heben, Senken oder Halten einer Last gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Seegangs- oder Dünungskompensationseinrichtungen (Heave Compensation System) - im Folgenden auch HCS genannt - werden beispielsweise in der Offshore-/Marinetechnik eingesetzt, wenn eine Last von einem Schiff mittels eines Krans auf ein am Meeresboden abgestütztes Objekt, beispielsweise eine Plattform abgesetzt werden soll. Eine derartige Aufgabenstellung liegt bei der Montage von Bohrinseln oder Offshore-Windkraftanlagen vor oder wenn ein Bohrstrang von einer schwimmenden Plattform aus abgesenkt wird und diese durch den Seegang angehoben und abgesenkt wird. In der Forschung werden schwere Messgeräte oder Versorgungsstationen für Roboter oder dergleichen von einem Schiff über eine Winde in große Tiefen abgesenkt, wobei dann durch den Seegang verursacht das Halteseil erheblichen Zugbelastungen ausgesetzt ist.
  • Zum Ausgleich derartiger durch Seegang oder Dünung verursachten Relativbewegungen der Last zur jeweils vorgegebenen Zielposition sind passive und aktive Systeme bekannt. Bei einem passiven System, wie es beispielsweise in der Beschreibungseinleitung der US 4,121,806 beschrieben ist, wird eine linear verstellbare Einheit, beispielsweise ein Hydrozylinder oder eine rotatorisch betriebene Einheit, beispielsweise ein Hydromotor in Abstützrichtung über eine hydropneumatische Speichereinheit beaufschlagt, deren Druck so ausgelegt ist, dass die Last ohne Seegang in einer Mittelposition abgestützt ist - die Speichereinheit wirkt somit als eine Art Gasfeder.
  • Derartige passive Kompensationssysteme sind konstruktiv auf den jeweiligen Anwendungszweck und die zugehörigen Lasten abgestimmt, so dass eine Anpassung an unterschiedliche Lasten nur mit größerem Aufwand möglich ist. Derartige Passivsysteme sind häufig zwischen dem eigentlichen Kranhaken und der Last angeordnet und befinden sich somit beim Absenken unterhalb des Meeresspiegels.
  • Ein Problem bei derartigen passiven Systemen besteht darin, dass die Aufladung der hydropneumatischen Speichereinheit in Abhängigkeit von der Last und dem Seegang und auch von der Eintauchtiefe angepasst werden muss. In der US 7,934,561 B1 ist ein passives System mit einer Wassertiefenkompensation gezeigt, über die sich die Einflüsse der Wassertiefe beim Absenken der Last etwas kompensieren lassen.
  • Bei Anwendungen, bei denen es auf eine sehr präzise Führung der Last beim Absenken ankommt, werden vorzugsweise aktive Systeme verwendet, bei denen ein Linearantrieb, vornehmlich ein Hydrozylinder, oder ein rotatorischer Antrieb, vornehmlich ein Hydromotor, mit einem Positionsregelsystem ausgeführt ist, durch das die Last durch Ansteuerung des Antriebs stets auf der vorbestimmten Position gehalten werden kann. Eine derartige Einrichtung mit aktiver und passiver Kompensationseinrichtung ist in der US 4,121, 806 beschrieben.
  • Derartige aktive Systeme werden üblicher Weise auf dem Schiff angeordnet, so dass sie auch das Gewicht des Kranseils, der Kranblöcke (Flaschenzug) und des Kranhakens bewegen müssen, so dass die Nutzlast durch das zusätzliche Gewicht dieser Komponenten reduziert ist.
  • Bei größeren Lasten wird üblicher Weise ein Kombination eines aktiven und passiven Systems eingesetzt, wie es beispielsweise in der EP 1 869 282 B1 erläutert ist.
  • Dabei wird zum einen die Last über ein passives hydropneumatisches Speichersystem kompensiert und zum anderen die Sollposition der Last über ein aktives Regelsystem konstant gehalten. Ein derartiges System hat den Vorteil, dass über das aktive System lediglich die Ausgleichsbewegung der Last bewirkt werden muss, während das eigentliche Abstützen über das passive System erfolgt. Derartige Kombinationssysteme sind insbesondere dann erforderlich, wenn eine Last mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit vom Meeresboden oder von einer auf diesem verankerten Plattform abgehoben oder auf diese abgesenkt werden soll. Ein ähnliches System ist auch in der eingangs genannten US 4,121,806 erläutert. Bei dieser Anordnung sind passiv wirkende, über eine hydropneumatische Speichereinheit vorgespannte Hydrozylinder und aktive Hydrozylinder mit einer Positionsregelung parallel zueinander in einer Kompensationseinheit angeordnet, an der der eigentliche Kranhaken befestigt ist, die über das Kranseil mit der Last verbunden ist.
  • Die US 4,021,019 zeigt ein System, bei dem ein aktiver Hydrozylinder in einen passiven Hydrozylinder integriert ist.
  • Derartige Systeme haben einen relativ komplexen Aufbau und werden seitens der Hersteller bei der Konzeption des Krans integriert. Eine Nachrüstung des aktiven Systems bei bestehenden Kränen, die lediglich mit einem passiven Kompensationssystem ausgeführt sind, ist nur mit äußerst großem Aufwand möglich, da ein Eingriff in die Kranstruktur des bestehenden Designs erforderlich ist und auch zusätzliche hydraulische Leistung bereitgestellt werden muss. Hinzu kommt, dass existierende Krandesigns aufgrund Restriktionen im Hinblick auf die maximale Seilgeschwindigkeit, das Gewicht und den Durchmesser der Seilscheiben/Blöcke und die Steifigkeit der Konstruktion unterliegen, so dass eine Nachrüstung mit einem aktiven System nahezu ausgeschlossen ist.
  • In den Druckschriften DE 10 2015 225 936 A1 und EP 2 896 589 A1 sind jeweils Systeme gezeigt, bei denen eine aktive Kompensationseinheit und eine mit einer passiven Kompensationseinrichtung versehene Hubeinrichtung getrennt an der Last angreifen. Aufgrund der getrennten Kraftflusslinien des aktiven und passiven Teils können bestehende Systeme mit einer aktiven Kompensationseinheit nachgerüstet werden.
  • Bei diesen Systemen ist die aktive Kompensationseinheit jeweils mit einer Windenanordnung ausgeführt, wobei ein Windenseil oder dergleichen an der Last angreift, um die Hubeinrichtung und die passive Kompensationseinrichtung beim Absenken zu unterstützen, indem das Fieren des Windenseils durch entsprechende Ansteuerung der aktiven Winde gesteuert wird. Nachteilig bei derartigen Lösungen ist, dass ein relativ großer vorrichtungstechnischer Aufwand zur Realisierung der passiven Kompensationseinrichtung und der aktiven Kompensationseinheit erforderlich ist.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die die Kompensation von Relativbewegungen mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit der Merkmalskombination des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß hat die Einrichtung zum Heben, Senken oder Halten einer Last eine Kompensationseinrichtung, die zum Ausgleich von insbesondere durch Seegang verursachten Relativbewegungen der Last mit Bezug zu einer Zielposition ausgeführt ist. Die Last ist dabei mittels einer Hubeinrichtung in Richtung zur Zielposition oder von dieser weg bewegbar und hat feste und lose Rollen, die gemeinsam mit einem Tragseil einen Flaschenzug bilden. Das Tragseil kann mittels eines Aktors eingeholt oder gefiert werden, um die Last anzuheben oder abzusenken. Erfindungsgemäß ist der Hubeinrichtung eine passive Kompensationseinrichtung zugeordnet, die das Gewicht der Last L zumindest teilweise stützt. Des Weiteren ist eine aktive Kompensationseinheit vorgesehen, die von einer Regeleinheit in Abhängigkeit von einer durch Seegang verursachten Bewegung der Last ansteuerbar ist. Erfindungsgemäß erstreckt sich das Tragseil des Flaschenzugs von dem Aktor über die Rollen zu einem Aktivaktor der aktiven Kompensationseinheit, wobei dieser Aktivaktor unabhängig von dem Aktor ansteuerbar ist. Der Flaschenzug hat also eine Doppelfunktion. Er dient zum einen dazu, die Last zu bewegen und auch die passive Kompensationseinrichtung zu tragen und ist zum anderen Teil der aktiven Kompensationseinheit. Somit ist der vorrichtungstechnische Aufwand gegenüber den vorbeschriebenen Lösungen bei zumindest gleichbleibender Funktion deutlich verringert, da keine gesonderte Einrichtung, beispielsweise ein weiteres Windenseil erforderlich ist, um die Stellbewegung des Aktivaktors auf einen Hydrozylinder der aktiven Kompensationseinheit zu übertragen.
  • Insbesondere bei Offshore-Bedingungen ist es vorteilhaft, wenn der Aktor und der Aktivaktor als Winden ausgeführt sind. Derartige Antriebe sind kostengünstig und robust ausgeführt.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführung ist eine Bremse vorgesehen, die insbesondere an einer Rolle des Flaschenzugs angeordnet ist, um das Tragseil festzuhalten, so dass sich eine passive Part des Tragseils von der Rolle zum Aktor und die andere, aktive Part des Tragseils von der Rolle zum Aktivaktor erstreckt. Mit anderen Worten gesagt, über diese Bremse werden das Tragseil und damit der Flaschenzug in zwei funktional unabhängig voneinander betätigbare Parten aufgeteilt.
  • Erfindungsgemäß wird es besonders bevorzugt, wenn die Bremse an einer der ortsfesten Rollen angreift, die üblicherweise an Deck (oberhalb des Wasserspiegels) angeordnet sind.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung hat die passive Kompensationseinrichtung einen Hydrozylinder, dessen Kolben einen in Stützrichtung wirksamen Druckraum begrenzt, der mit einer hydropneumatischen Speichereinheit in Wirkverbindung steht, wobei eine Kolbenstange an der Last angreift, so dass eine Art Gasfeder zur passiven Abstützung der Last gebildet ist.
  • Die vom Druck in der hydropneumatischen Speichereinheit bestimmte Vorspannung im Druckraum ist vorzugsweise so gewählt, dass das Gewicht der Last bei ausgefahrener Kolbenstange (in Absenkrichtung) in etwa kompensiert ist. In der Mittelstellung ist die Last dann etwas unterkompensiert. Dadurch wird beispielsweise bewirkt, dass beim Fieren des Tragseils mittels des Aktivaktors die die Last haltende Kolbenstange aus ihrer Mittelposition heraus ausfährt, um beispielsweise ein Anheben eines Schiffes oder Schwimmkrans aufgrund einer Wellenbewegung zu kompensieren. In umgekehrter Weise wird bei einem Absenken des Schwimmkrans der Aktivaktor angesteuert, um das Tragseil einzuholen, so dass die Last in der vorbestimmten Zielposition verbleibt.
  • Der vorrichtungstechnische Aufwand lässt sich weiter verringern, wenn der Hydrozylinder als Gleichgangzylinder ausgeführt ist, wobei die dem Aktivaktor zugeordnete Part des Tragseils an der von der Last entfernten Kolbenstange angreift. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Hydrozylinder somit sowohl der aktiven Kompensationseinheit als auch der passiven Kompensationseinrichtung als Stellelement zugeordnet.
  • In einer bevorzugten Ausbildung einer erfindungsgemäßen Einrichtung ist zumindest eine lose Rolle der erstgenannten Part an einem den Hydrozylinder tragenden Rollenblock angeordnet und zumindest eine der aktiven Part zugeordnete lose Rolle greift an der von der Last abgewandten Kolbenstange des Hydrozylinders an.
  • Die Ansteuerung der Aktoren ist vereinfacht, wenn Einrichtungen, insbesondere Sensoren zur Erfassung der wirksamen Tragseillänge der Parten und der Windenkraft vorgesehen sind. In Abhängigkeit von den Messsignalen dieser Einrichtungen erfolgt dann die Ansteuerung der Aktoren mittels einer Regeleinheit. Eine derartige Lösung hat den Vorteil, dass diese Einrichtungen/Sensoren deckseitig vorgesehen werden können und es nicht erforderlich ist, Sensoren zur Erfassung der Lastzustände der Kompensationseinrichtung/Kompensationseinheit, insbesondere des Hydrozylinders unterhalb des Wasserspiegels vorzusehen.
  • Zur schnellen Druckentlastung des in Stützrichtung wirksamen Druckraumes des Hydrozylinders kann dem Gasspeicher ein Bypassventil zugeordnet werden.
  • Die eingangs genannte Regeleinheit ist so ausgelegt, dass sie die Einrichtung nach folgenden Modi steuert:
    • Zum einen ist ein Modus vorgesehen, in dem das "einfache" Anheben oder Absenken der Last durch Ansteuern des Aktors und Anhalten der Aktivwinde erfolgt.
  • Die Kompensation einer durch Wellengang oder Dünung verursachten Relativbewegung der Last relativ zu der Zielposition kann durch Einrücken der Bremse und Ansteuern des Aktivaktors und Anhalten des Aktors erfolgen.
  • In einem Kombinationsmodus erfolgt das Anheben oder Absenken der Last und dabei eine aktive Kompensation einer durch Wellengang oder Dünung verursachten Relativbewegung der Last mit Bezug zu der Zielposition durch Einrücken der Bremse und Ansteuern des Aktors und des Aktivaktors.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Heben, Senken oder Halten einer Last wird im Folgenden anhand einer in der Zeichnung dargestellten Einrichtung mit Kompensationseinrichtungen zum Ausgleich von durch Seegang verursachten Relativbewegungen einer Last mit Bezug zu einer Zielposition erläutert.
  • Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Prinzipschaubild eines mit einer derartigen erfindungsgemäßen Einrichtung zur Seegangskompensation (HCS) 1 ausgeführten Schiffes oder Schwimmkrans 2, über den eine Last L auf einem anderen Schiff oder dem Meeresboden 4 oder einer auf diesem verankerten Plattform abgesetzt werden soll. Die Einrichtung 1 (Bewegungskompensationseinrichtung, HCS) hat eine passive Kompensationseinrichtung 6 und eine aktive Kompensationseinheit 8, deren konkreter Aufbau im Folgenden erläutert ist. Auf dem angedeuteten Schwimmkran 2 ist ein Ladekran 10 montiert, der in an sich bekannter Weise eine Vielzahl von ortsfesten Rollen (Scheiben) 14a, 14b, 14c und eine Vielzahl von beweglichen Rollen (Scheiben) 16a, 16b, 16c aufweist, die gemeinsam mit einem Tragseil 18 einen Flaschenzug 20 bilden. Die beweglichen Rollen 16 (lose Part) sind an einem Rollenblock 22 gelagert. Das mit einem Ende an Deck festgelegte Tragseil 18 kann mittels einer Winde 21 des Ladekrans 10 eingeholt oder gefiert/ausgelassen werden, um die Last L anzuheben oder abzusenken. Die wirksame Kraft der Winde 21 wird dann entsprechend über den Flaschenzug 20 übersetzt.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Figur ist am Rollenblock 22 ein Hydrozylinder 24 gehalten, der als Gleichgangzylinder ausgeführt ist. Ein Kolben 26 unterteilt das Innere des Hydrozylinders 24 in einen in Stützrichtung wirksamen Druckraum 28 und eine in Absenkrichtung wirksame Druckkammer 30. Der Druckraum 28 ist mit einer hydropneumatischen Speichereinheit 32 verbunden, die wie üblich als hydropneumatischer Kolbenspeicher mit einer oder mehreren nachgeschalteten Gasflaschen ausgebildet sein kann und durch die der Druckraum 28 mit einem Vorspanndruck beaufschlagt ist. Der Druckraum 28 und die hydropneumatische Speichereinheit 32 bilden eine Art Gasfeder. Die Druckkammer 30 kann mit einem Gas, zum Beispiel mit Stickstoff, gefüllt sein, wobei sie zur Vergrößerung des Gasvolumens mit einer Gasflasche in Verbindung stehen kann.
  • Wie erläutert ist der Hydrozylinder 24 als Gleichgangzylinder ausgeführt. Eine lastseitige Kolbenstange 34 trägt die Last L, die beispielsweise über einen Kranhaken oder dergleichen an der Kolbenstange 34 befestigt ist. Die aus der Vorspannung resultierende Kraft entspricht bei ausgefahrener Kolbenstange 34 etwa dem Gewicht der zu bewegenden Last L. Diese wird in der Endlage etwa zu 100% kompensiert, in der Mittellage des Kolbens 26, wenn also der Druckraum 28 genauso groß wie die Druckkammer 30 ist, liegt eine Unterkompensation vor.
  • Eine von der Last L entfernte Kolbenstange 36 des Kolbens 26 durchsetzt die Druckkammer 30 und ist über eine Konsole 38 mit einer weiteren losen/beweglichen Rolle 40 verbunden, die ebenfalls vom Tragseil 18 umschlungen ist. Im Wirkpfad des Flaschenzugs 20 benachbart zu der weiteren losen Rolle 40 sind deckseitig zwei feste Rollen 42, 44 vorgesehen, wobei das Tragseil 18 von der festen Rolle 42 zur Rolle 40 und von dieser zur Rolle 44 gelangt, über die das Tragseil 18 hin zu einer Aktivwinde 46 umgelenkt ist.
  • Die Ansteuerung der beiden Winden 21 und 46 erfolgt mittels einer Regeleinheit 48 in Abhängigkeit von Messsignalen von Sensoren 50, 52, über die die von der jeweiligen Winde aufgebrachte Kraft und die wirksame Länge des Tragseils 18 oder die Längenänderung des Tragseils 18 aufgrund des Fierens oder Einholens des Tragseils 18 erfasst wird. Wie in der Figur angedeutet, werden die beiden Winden 21, 46 dann über die Regeleinheit 48 in Abhängigkeit von diesen Signalen angesteuert, um die erläuterten Kompensationsbewegungen zum Ausgleich des Seegangs zu steuern.
  • Der festen Rolle 42 ist eine Bremse 54 zugeordnet, über die die Rolle 42 und auch das Tragseil 18 festgehalten werden können, so dass dann das durchgehende Tragseil 18 in eine die Rollen 40, 44 umschlingende, aktive Part 56 und eine die Rollen 14a, 16a, 14b, 16b, 14c, 16c umschlingende, passive Part 58 aufgeteilt ist. Bei eingerückter Bremse 54 wirkt die Rolle 42 sozusagen als deckseitiger Fixpunkt für die jeweilige Part 56, 58. Die aktive Part 56 kann dann über die aktive Winde 46 relativ zur passiven Part eingeholt oder gefiert werden, wobei die Rolle 40 relativ zu den Rollen 16a, 16b und 16c vertikal bewegt wird. Währenddessen wird die passive Part 58 als "normaler" Flaschenzug - ähnlich wie bei den herkömmlichen Lösungen - über die Winde 21 betätigt. Die Ansteuerung der Bremse 54 erfolgt wiederum über die Regeleinheit 48.
  • Wie in der Figur dargestellt ist, kann dem Hydrozylinder 24 ein Bypassventil 60 zugeordnet werden, über das der Druckraum 28 mit der Druckkammer 30 verbunden werden kann, so dass nur noch die aktive Kompensationseinheit 8 wirksam ist.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt der Hydrozylinder 24 als Stellelement für die passive Kompensationseinrichtung 6 und die aktive Kompensationseinheit 8. Prinzipiell kann die Konsole 28 auch an einem weiteren Aktivzylinder angreifen, dessen Kolben/Kolbenstange dann parallel zum Hydrozylinder 24 an der Last L angreift.
  • Die Regeleinheit 48 ist so ausgelegt, dass die Einrichtung 1 zumindest in drei Betriebsarten angesteuert werden kann. In einer ersten Betriebsart, bei der die Last L lediglich in Richtung einer Zielposition abgesenkt oder angehoben wird und beispielsweise kein Seegang vorhanden ist, ist die Bremse 54 ausgerückt und die Aktivwinde 46 angehalten/gebremst, so dass diese den Fixpunkt des Tragseils 18 bildet. Die Anhebe- und Absenkbewegung erfolgt dann durch Ansteuerung der Winde 21, wobei dann die Rollen 14a, 14b, 14c, 42, 44 feste Rollen eines Flaschenzugs und die Rollen 16a, 16b, 16c und 40 die losen Rollen des Flaschenzugs ausbilden.
  • Bei einer Betriebsart, bei der die Last L bei Seegang in einer bestimmten Relativposition gehalten werden soll, wird die Bremse 54 eingerückt, so dass das Tragseil 18 oder genauer gesagt der Flaschenzug 20 in die beiden Parten 56, 58 unterteilt ist. Die Winde 21 ist dabei angehalten. Die passive Kompensation erfolgt über die durch die Speichereinheit 32 gebildete Gasfeder und die aktive Kompensation durch entsprechende Ansteuerung der Aktivwinde 46, über die die Rolle 40, die Konsole 38 und der Kolben 26 mitsamt den Kolbenstangen 34 und 36 durch entsprechendes Fieren oder Einholen/Dichtholen der aktiven Part 56 des Tragseils 18 relativ zum Gehäuse des Hydrozylinders 24 angehoben oder abgesenkt wird, wobei die Absenkbewegung im Wesentlichen durch die vorbeschriebene unterkompensierende Vorspannung ermöglicht ist. Die Bewegung der Teile ist in Figur 1 durch einen Doppelpfeil 62angedeutet.
  • In einer dritten Betriebsart erfolgt die Kompensation des Seegangs während des Anhebens oder Absenkens der Last L. Für diese Betriebsart wird ebenfalls die Bremse 54 eingerückt und beide Winden 21, 46 über die Regeleinheit 48 so gesteuert, dass zum einen die Absenk-/Anhebebewegung mit der vorbestimmten Geschwindigkeit erfolgt und zum anderen die durch den Seegang verursachten Relativbewegungen der Last L kompensiert werden. Diese Relativbewegungen sind wiederum durch den Doppelpfeil 62angedeutet.
  • Da der Kraftfluss der aktiven Kompensationseinheit 8 und der passiven Kompensationseinrichtung 6 im Bereich des Flaschenzugs parallel läuft und dann in einem gemeinsamen Pfad über den Hydrozylinder 24 auf die Last L übertragen wird, kann ein Schwingen oder ein Verdrehen der Last L vermieden werden, wie es beispielsweise bei Lösungen auftreten kann, bei denen die aktive Kompensationseinheit und die passive Kompensationseinrichtung entlang von zwei getrennten Kraftwirkungspfaden an der Last L angreifen.
  • Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Systems besteht darin, dass alle festen Rollen und alle losen Rollen jeweils im Wesentlichen in der gleichen Ebene liegen, so dass die dynamischen Belastungen im Flaschenzug 20 minimal sind, da alle Rollen mehr oder weniger in gleicher Weise belastet sind.
  • Die erfindungsgemäße Lösung kann durch Auswechseln des Tragseils 18 und Hinzufügen der aktiven Part 56 mit den Rollen 42, 44, 40 auf einfache Weise bei bestehenden Lösungen nachgerüstet werden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel werden Winden (Winde 21, Aktivwinde 46) verwendet - prinzipiell können anstelle derartiger Winden auch andere Aktoren, beispielsweise Linearantriebe oder dergleichen verwendet werden.
  • Das Tragseil kann im Bereich der Umlenkung als Kette oder sonstiges verschleißfestes Zugmittel ausgeführt sein. Der auf die Winden aufzuwickelnde Abschnitt kann auch aus hochfestem Kunststoff, bspw. Dyneema® ausgeführt sein. Der Hub der vorbeschriebenen aktiven Kompensationseinheit 8 entspricht vorzugsweise lediglich den durch Seegang/Dünung bewirkten Schiffsbewegungen (+ ca. 10m), so dass der Aktivaktor relativ klein ausgelegt werden kann.
  • Wie erläutert, ist die Anwendung der Einrichtung nicht auf die Kompensation von durch Seegang verursachten Bewegungen begrenzt sondern allgemein dort anwendbar, wo aufgrund äußerer Umstände verursachte Relativbewegungen einer Last kompensiert werden sollen. Die aktive Kompensationseinheit kann auch als mobile Lösung ausgeführt sein.
  • Offenbart ist eine Seegangskompensationseinrichtung bei der eine Last über eine passive Kompensationseinrichtung und eine aktive Kompensationseinheit abgestützt ist, wobei ein Flaschenzug einer Hubeinrichtung sowohl der passiven Kompensationseinrichtung als auch der aktiven Kompensationseinheit zugeordnet ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Einrichtung
    2
    Schwimmkran
    4
    Meeresboden
    6
    passive Kompensationseinrichtung
    8
    aktive Kompensationseinheit
    10
    Ladekran
    14
    feste Rolle
    16
    lose Rolle
    18
    Tragseil
    20
    Flaschenzug
    21
    Winde
    22
    Rollenblock
    24
    Hydrozylinder
    26
    Kolben
    28
    Druckraum
    30
    Druckkammer
    32
    hydropneumatische Speichereinheit
    34
    Kolbenstange
    36
    Kolbenstange
    38
    Konsole
    40
    lose Rolle
    42
    feste Rolle
    44
    feste Rolle
    46
    Aktivwinde
    48
    Regeleinheit
    50
    Sensor
    52
    Sensor
    54
    Bremse
    56
    aktive Part
    58
    passive Part
    60
    Bypassventil
    62
    Doppelpfeil

Claims (10)

  1. Einrichtung zum Heben, Senken oder Halten einer Last (L) mit einer Kompensationseinrichtung zum Ausgleich von insbesondere durch Seegang verursachten Relativbewegungen der Last (L) mit Bezug zu einer Zielposition, wobei die Last (L) von einer Hubeinrichtung in Richtung zur Zielposition oder von dieser weg bewegbar ist und ortsfeste und lose Rollen (14, 42, 44; 16, 40) hat, die mit einem Tragseil (18) einen Flaschenzug (20) bilden, wobei das Tragseil (18) mittels eines Aktors eingeholt oder gefiert werden kann und wobei der Hubeinrichtung eine passive Kompensationseinrichtung (6) zugeordnet ist, die das Gewicht der Last (L) zumindest teilweise stützt, wobei eine aktive Kompensationseinheit (8) vorgesehen ist, die über eine Regeleinheit (48) in Abhängigkeit von einer Relativbewegung der Last (L) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragseil (18) von dem Aktor (21) über die Rollen (14, 42, 44; 16, 40) zu einem Aktivaktor (46) der aktiven Kompensationseinheit (8) geführt ist, der unabhängig von dem Aktor (21) ansteuerbar ist.
  2. Einrichtung nach Patentanspruch 1, wobei die passive Kompensationseinrichtung (6) als Aktor eine Winde (21) und die aktive Kompensationseinheit (8) als Aktivaktor eine Aktivwinde (46) aufweist und wobei einer Rolle (42) eine Bremse (54) zugeordnet ist, über die das Tragseil (18) festgehalten werden kann, so dass eine passive Part (58) des Tragseils (18) sich von der Rolle (42) zur Winde (21) und eine aktive Part (56) des Tragseils (18) von der Rolle (42) zur Aktivwinde (46) erstreckt.
  3. Einrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Bremse (54) an einer ortsfesten Rolle (42) angreift.
  4. Einrichtung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die passive Kompensationseinrichtung (6) einen Hydrozylinder (24) hat, dessen Kolben (26) einen in Stützrichtung wirksamen Druckraum (28) begrenzt, der mit einer Speichereinheit (32) in Wirkverbindung steht, wobei die Last (L) an einer Kolbenstange (34) des Kolbens (26) angreift.
  5. Einrichtung nach Patentanspruch 4, wobei die vom Druck in der Speichereinheit (32) bestimmte Vorspannung im Druckraum (28) so gewählt ist, dass das Gewicht der Last (L) bei ausgefahrener Kolbenstange (34) in etwa kompensiert ist.
  6. Einrichtung nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei der Hydrozylinder (24) als Gleichgangzylinder ausgeführt ist und die aktive Part (56) an der von der Last (L) entfernten Kolbenstange (36) angreift.
  7. Einrichtung nach Patentanspruch 4, 5 oder 6, wobei die zumindest der passiven Part (58) zugeordneten losen Rollen (16) an einem den Hydrozylinder (24) tragenden Rollenblock (22) und die zumindest eine der aktiven Part (56) zugeordnete lose Rolle (40) an einer Kolbenstange (36) angreift.
  8. Einrichtung nach einem vorhergehenden Patentanspruch und mit Sensoren (50, 52) zur Erfassung der wirksamen Tragseillänge und der Windenkraft und mit einer Regeleinheit (48) zur Ansteuerung der Aktoren in Abhängigkeit von den erfassten Messwerten.
  9. Einrichtung nach einem vorhergehenden Patentanspruch und mit einem Bypassventil (60) zur Druckentlastung des Druckraums (28).
  10. Einrichtung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei eine Regeleinheit (48) ausgelegt ist, die Einrichtung zumindest nach folgenden Betriebsarten zu steuern:
    - Anheben oder Absenken der Last (L) durch Ansteuern des Aktors und Anhalten des Aktivaktors,
    - Kompensation einer durch Wellengang oder Dünung verursachten Relativbewegung der Last (L) zu der Zielposition durch Einrücken der Bremse (54) und Ansteuerung des Aktivaktors und Halten des Aktors und
    - Anheben und Absenken der Last (L) und dabei Kompensation einer durch Wellengang oder Dünung verursachten Relativbewegung der Last (L) zu der Zielposition durch Einrücken der Bremse (54) und Ansteuern des Aktors und des Aktivaktors.
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