EP3452400B1

EP3452400B1 - Ausgleichsvorrichtung zum beibehalten von vorgebbaren soll-positionen einer handhabbaren last

Info

Publication number: EP3452400B1
Application number: EP17712922.8A
Authority: EP
Inventors: Arthur RONDEEL; Laurens Hermannes Petrus EZENDAM
Original assignee: Hycom BV
Current assignee: Hycom BV
Priority date: 2016-05-03
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2020-06-03
Anticipated expiration: 2037-03-20
Also published as: US20190135589A1; WO2017190821A1; KR20190018421A; EP3452400A1; KR102324297B1; US10988350B2; CN210117160U; DE102016005477A1

Description

Die Erfindung betrifft eine regenerative Ausgleichsvorrichtung zum Beibehalten von vorgebbaren Soll-Positionen einer mittels eines Seilhebezeuges handhabbaren und an einem Seil desselben angebrachten Last, mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine dahingehende Lösung des Standes der Technik ist teilweise in der Fig. 1 in prinzipieller Weise dargestellt. Die hier in Rede stehenden Ausgleichsvorrichtungen kommen bevorzugt dort zum Einsatz, wo ein Lasthebe- oder -absetzvorgang einer an einem Lastseil angebrachten Last mittels eines üblichen Seilhebezeuges vorzunehmen ist. Der dahingehende Last- oder Materialtransport ist naturgemäß Störeinflüssen ausgesetzt, wie sie sich beispielsweise aus erhöhten Windlasten, einem verstärkten Wellengang oder sonstigen Störeinflüssen, wie Bodenunebenheiten oder dergleichen, beim Betrieb des jeweiligen Seilhebezeuges ergeben können, das neben einer ortsfesten Aufstellung, beispielsweise als Bestandteil einer Hafenkrananlage, auch als Maschinenteil einer verfahrbaren Arbeitsmaschine oder als Teil eines Transportschiffes regelmäßig mitbewegt wird.
Für den eigentlichen Lasttransport ist das jeweilige Seilhebezeug mit einer Seilwinde üblicher Bauart ausgestattet, die als rotatorischen Antrieb zum Auf- und Abwickeln des Seiles einen im Reversierbetrieb ansteuerbaren Elektro- oder Hydromotor aufweist. Kommt es nun zu einer Überlagerung des beschriebenen üblichen Lasthebebetriebes entlang von vorgebbaren Soll-Positionen der Last aufgrund der eingangs beschriebenen Störeinflüsse, beispielsweise weil ein mit dem Seilhebezeug ausgerüstetes Transportschiff einem mehr oder minder starken Wellengang ausgesetzt ist, würde ohne die bekannte Ausgleichsvorrichtung die über das Seil am Seilhebezeug jeweils angebrachte Last dem Wellengang zeitnah unter Einnahme von den Soll-Positionen abweichenden Ist-Positionen nachfolgen und könnte beispielsweise beim Absetzen auf einem festen Untergrund, wie einer Kaianlage oder dem Meeresboden, Schaden nehmen. So verkürzt oder verlängert sich der freie Absetzweg der am Seil angehängten Last, deren wirksame Länge durch die freie, von der Seiltrommel jeweils abgewickelte Seillänge definiert ist, wenn das Transportschiff mit dem Seilhebezeug der jeweiligen Wellenbewegung nachfolgt.
Zur Behebung der dahingehenden Problemstellung ist bei der bekannten Lösung, wie sie exemplarisch in der Fig. 1 dargestellt ist, vorgesehen, dass mittels einer sogenannten fachsprachlich mit "Motion Reference Unit" (MRU) bezeichneten Sensoreinrichtung zumindest indirekt die jeweilige Ist-Position der Last am Seil erfasst wird. Nach Abgleich dieser Ist-Position mit der jeweils vorgebbaren Soll-Position mittels einer Rechner- und/oder Steuereinrichtung wird die wirksame Seillänge mittels der Ausgleichsvorrichtung je nach Bedarfsfall verkürzt oder verlängert. Als Teil der Ausgleichsvorrichtung dient dabei ein betätigbarer Aktuator, regelmäßig in Form eines hydraulischen Arbeitszylinders, an dessen freiem Kolbenstangenende eine Führungsrolle drehbar geführt ist, über die das Seil von der Seilwinde kommend verläuft. Durch Ein- oder Ausfahren der Kolbenstangeneinheit lässt sich die wirksame Seillänge verlängern bzw. verkürzen, so dass dergestalt eine Kompensation der beschriebenen Störeinflüsse möglich ist.
Mithin hängt die Verkürzung oder die Verlängerung der wirksamen Seillänge ausschließlich von der Weglänge beim Aus- bzw. Einfahren der Kolbenstangeneinheit ab, so dass für große Abweichungen der Ist-Position von der Soll-Position ein relativ langer Arbeitsweg des hydraulischen Arbeitszylinders vorgehalten werden muss. Demgemäß werden in der Praxis häufig groß dimensionierte hydraulische Arbeitszylinder nebst Hydropumpen zu deren Betrieb benötigt, die einen entsprechend groß dimensionierten Einbauraum im Bereich des eigentlichen Seilhebezeuges einnehmen. Aufgrund der mittels der jeweiligen Hydropumpe dem Arbeitszylinder für dessen Betrieb dann zur Verfügung zu stellenden großen Mengen an Einsatzfluid, die entsprechend im zugeordneten hydraulischen Arbeitskreislauf bewegt werden müssen, ist der Gesamt-Wirkungsgrad der Ausgleichsvorrichtung als relativ schlecht einzustufen. Darüber hinaus ist das Seil zumindest im Bereich der sich für den Ausgleichsvorgang bewegenden Führungsrolle des Arbeitszylinders, um die das Seil umgelenkt ist, einem erhöhten Reibungsverschleiß ausgesetzt. Da für den jeweiligen ausgleichenden Ein- und Ausfahrvorgang des Arbeitszylinders gesteuert von seinem Hydrosystem, auch aufgrund der zu bewegenden großen Fluidmengen, viel Zeit benötigt wird, ist die bekannte Lösung nicht geeignet, zeitnah Ausgleichsvorgänge an der wirksamen Seillänge vorzunehmen, was die Betriebs- und Funktionssicherheit sowie die Positionsgenauigkeit beeinträchtigt. Aufgrund der Abmessungen und des Einsatzgewichtes sowie der Funktionsweise ist die bekannte Ausgleichsvorrichtung dem Grunde nach nur für den Einsatz bei Großgeräten geeignet. Bereits bestehende Anlagen oder Maschinenteile können nicht mit einer solchen Ausgleichsvorrichtung bei zumutbarem Aufwand nachgerüstet werden.
Die JP H01-110498 offenbart eine Ausgleichsvorrichtung zum Beibehalten von vorgebbaren Soll-Positionen einer mittels eines Seilhebezeuges handhabbaren und an einem Seil desselben angebrachten Last, die aufgrund von Störeinflüssen ihre jeweils vorgebbare Soll-Position ungewollt in eine davon abweichende Ist-Position ändert, bestehend aus mindestens einer Sensoreinrichtung zum direkten oder indirekten Erfassen der jeweiligen Ist-Position der Last; einem rotatorischen Antrieb für die Vorgabe einer wirksamen Seillänge des Seils des Seilhebezeuges; und mindestens einer Steuereinrichtung, die nach Erfassen der jeweiligen Ist-Position der Last die wirksame Seillänge solange ändert, bis die Last wieder ihre vorgebbare Soll-Position einnimmt, wobei der jeweilige rotatorische Antrieb zumindest teilweise von mindestens einem Hydromotor mit gegenläufigen Drehrichtungen steuerbar ist, der fluidführend an eine Betätigungseinrichtung angeschlossen ist, die unter Bildung eines Antriebsteils für den jeweiligen Hydromotor mindestens zwei voneinander separierte Druckräume mit im Betrieb unterschiedlichen Druckniveaus aufweist und die von der Steuereinrichtung angesteuert betätigbar ist.
Die DE 10 2005 058 952 A1 und die WO 2005/090226 A1 offenbaren weitere Ausgleichsvorrichtungen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Ausgleichsvorrichtung zu schaffen, mit der sich die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeiden lassen.
Diese Aufgabe wird durch eine Ausgleichsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist die erfindungsgemäße Ausgleichsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils eine Druckraum der Betätigungseinrichtung in einer Art Hochdruckmodus und mindestens ein jeweils anderer Druckraum des Antriebsteils demgegenüber in einer Art Niederdruckmodus betrieben ist, der permanent an einen Niederdruckspeicher in der Art eines Hydrospeichers angeschlossen ist.
Obwohl im Betrieb der Ausgleichsvorrichtung der Arbeitsdruck betreffend den Niederdruckmodus deutlich ansteigen kann und der des Hochdruckmodus sich entsprechend reduziert, wird durch die dahingehende Unterteilung insbesondere das Anheben der Last mittels des Seilhebezeuges erleichtert, da dergestalt ein erhöhtes Antriebsmoment zur Verfügung gestellt wird. Zudem lässt sich dergestalt die Einsatz-Fluidmenge und der Druck für die Druckräume der Betätigungseinrichtung korrigieren, so dass die hydraulischen Komponenten für den Seilwindenantrieb auch während des dynamischen Reversierbetriebs mit ausreichend Fluid versorgt werden können.
Dadurch, dass der jeweilige rotatorische Antrieb zumindest teilweise von mindestens einem Hydromotor mit gegenläufigen Drehrichtungen steuerbar ist, der fluidführend an eine Betätigungseinrichtung angeschlossen ist, die unter Bildung eines Antriebsteils für den jeweiligen Hydromotor mindestens zwei voneinander separierte Druckräume mit im Betrieb unterschiedlichen Druckniveaus aufweist und die von der Steuereinrichtung angesteuert betätigbar ist, wird ein modernes Hydromotoren-Antriebskonzept für die insoweit direkt antreibbare Seilwinde des Seilhebezeuges mit geringen Einsatzmengen an zu bewegendem Einsatz- oder Antriebsfluid aufgezeigt, das gegenüber den Antriebskonzepten mit hydraulischen Arbeitszylindern, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, über einen besseren Wirkungsgrad und Dynamik verfügt. Da der jeweilige Hydromotor über keine eigenständige Seilführung, beispielsweise unter Einsatz der genannten Führungsrolle am Arbeitszylinder verfügt, sondern vielmehr direkt auf den rotatorischen Antrieb der Seilwinde des Seilhebezeuges, beispielsweise mittels einer Hydraulikkupplung, einwirkt oder vollständig deren Antriebsmodul bildet, lässt sich eine schonende Seilführung ausschließlich über die ohnehin benötigte Seilwinde realisieren. Durch einen entsprechend großen Windendurchmesser kann zudem die Seilreibung reduziert werden, um dergestalt Verschleißerscheinungen, insbesondere am Seil, zu minimieren.
Da der Hydromotor unmittelbar über die jeweiligen Druckräume der Betätigungseinrichtung ansteuerbar ist und aufgrund seiner direkten Kopplung mit der Seilwinde, lassen sich die benötigten Ausgleichsvorgänge am Seil verzögerungsfrei vornehmen, was die Betriebs-und Funktionssicherheit sowie die Positionsgenauigkeit der erfindungsgemäßen Ausgleichsvorrichtung-erhöht. Aufgrund der modulartig konzipierten Bauweise der Ausgleichsvorrichtung mit ihren Komponenten, wie Sensor- und Steuereinrichtungen unter Einbezug des Hydromotors und der Betätigungseinrichtung für denselben, lässt sich diese bei bestehenden Anlagen oder Maschinenteilen ohne Weiteres in kostengünstiger Weise nachrüsten und direkt am Seilhebezeug im Bereich der Windentrommel in platzsparender Weise unterbringen. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.
In besonders vorteilhafter Weise ist das Antriebsteil der Betätigungseinrichtung mittels mindestens eines Aktuators betätigbar. Die mindestens zwei voneinander separierten Druckräume der Betätigungseinrichtung sind jeweils fluidführend an den jeweiligen Hydromotor derart angeschlossen, dass der jeweils eine oder der jeweils andere Druckraum dem Antrieb des jeweiligen Hydromotors in der einen bzw. der anderen Drehrichtung dient, und dass der jeweils vom Antrieb des jeweiligen Hydromotors ausgenommene Druckraum das bei dessen Antrieb verdrängte Fluid für einen nachfolgenden Abgabevorgang aufnimmt. Die funktionelle Aufteilung der Betätigungseinrichtung in ein Antriebsteil für den Antrieb des Hydromotors und einen Aktuator für den Antrieb des Antriebsteils ermöglicht den Einsatz verschiedener technischer Lösungen für die Gestaltung und Auslegung des Aktuators. So kann neben einer bevorzugten Ausbildung des Aktuators in der Art eines hydraulisch betätigbaren Arbeitszylinders dieser auch durch einen Elektro- oder Hydromotor gebildet sein, der einen Spindeltrieb betätigt.
Mit besonderem Vorteil weist die Steuereinrichtung mindestens eine Ventileinrichtung auf, welche zur Ansteuerung des Aktuators in gegenläufige Bewegungsrichtungen mit einem Versorgungsdruck einer Versorgungseinheit beaufschlagbar ist. Gegenüber anderen, insbesondere elektrischen Antrieben ermöglicht die fluidische Beaufschlagung dieses in der Art eines hydraulischen Arbeitszylinders ausgebildeten Aktuators einen schnellen Richtungswechsel beim Ansteuern des Antriebsteils der Betätigungseinrichtung.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die Sensoreinrichtung mindestens einen kreisel- und/oder trägheitsbasierten Sensor und/oder eine satellitengestützte Navigationseinrichtung auf. Solche Sensoren und Einrichtungen sind relativ kostengünstig erhältlich und arbeiten dennoch hinreichend genau, um die jeweilige Last-Position sicher feststellen zu können. Häufig befinden sich solche Sensoreinrichtungen auch bereits vor Ort, beispielsweise an Bord eines Transportschiffes, um dessen Lage- und Ortsposition zu überwachen, so dass diese zusätzlich für die Positionsbestimmung der am Seil angehängten Last relativ zu dem jeweiligen Transportmittel herangezogen werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichsvorrichtung ist vorgesehen, dass das Antriebsteil und der Aktuator jeweils mindestens einen in einem gemeinsamen Gehäuse der Betätigungseinrichtung geführten Kolben aufweisen, und dass die jeweils einander benachbarten Kolben über eine Koppelungseinrichtung in Wirkverbindung miteinander stehen. Anstelle einer räumlich getrennten Anordnung des Antriebsteils der Betätigungseinrichtung zum Ansteuern des Hydromotors von dem Aktuator zum Betätigen und Ansteuern dieses Antriebsteils, die beispielsweise auch über eine hydraulische Kopplungseinrichtung in Wirkverbindung miteinander stehen können, können diese jedoch bevorzugt zusammengefasst in einem gemeinsamen Betätigungsgehäuse in platzsparender Weise untergebracht sein. Die Koppelung erfolgt dann bevorzugt mechanisch über eine gemeinsame Kolbenstangeneinheit. Dergestalt sind sowohl Antriebsteil als auch der Aktuator der Betätigungseinrichtung in der Art hydraulisch wirkender Arbeitszylinder ausgebildet, was eine kostengünstige und funktionssichere Realisierung der Ausgleichsvorrichtung erlaubt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichsvorrichtung ist vorgesehen, dass die einzelnen Kolben der Kolbenstangeneinheit, vorzugsweise mit gleichem Außendurchmesser, das Gehäuse der Betätigungseinrichtung in mindestens vier Druckräume mit zumindest teilweise variierenden Druckniveaus und Volumina unterteilen und unmittelbar dem Antriebsteil und dem Aktuator zugeordnet sind. Da die jeweiligen Kolben die genannten Druckräume begrenzen und gleichzeitig mittels der Kolbenstangeneinheit in der einen oder anderen gegenläufigen Richtung verfahrbar sind, überträgt sich eine Änderung der Druckniveaus unmittelbar auf die Kolbenbewegung, also auf den Kolben nebst Kolbenstange, und umgekehrt, so dass unmittelbare Ansteuervorgänge für den Hydromotor der Seilwinde des Seilhebezeuges möglich sind.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichsvorrichtung ist vorgesehen, dass ein zusätzlicher Druckraum der Betätigungseinrichtung mittels eines Energiespeichers, wie einem Hydrospeicher, vorgespannt und dergestalt bestrebt ist, das Antriebsteil mit dem Aktuator in einer vorgebbaren Verschieberichtung zu bewegen und ein Kraftgleichgewicht am Antriebsteil zu erbringen. Beim Einwirken entsprechender Störeinflüsse auf die Gesamtvorrichtung wird über den zusätzlichen Druckraum mit angeschlossenem Hydrospeicher freikommende Fördermengen gespeichert, um in einem nächsten Prozess- oder Ablaufschritt wieder mit angewendet zu werden. Insbesondere beim Anfahren der Seilwinde unter hoher Last oder beim Einwirken entsprechender Störeinflüsse auf die Gesamtvorrichtung wird über den zusätzlichen Druckraum mit angeschlossenem Hydrospeicher ein ruckfreier Betrieb erreicht und insgesamt die Verfahrbewegung des Hydromotors mit angeschlossenem Seilwindenbetrieb entsprechend gedämpft, indem die Kolbenstangeneinheit der Betätigungseinrichtung in ihrer jeweiligen Verfahrbewegung gedämpft wird.
Wie vorstehend dargelegt, lassen sich also Fördermengen speichern, was auch ein Vorteil sein kann bei anderen anstehenden Problemlösungen mit dahingehenden Vorrichtungen. Ein Vorteil des Antriebs mit einer rotatorischen Seilwinde ist die Möglichkeit, einen oder mehrere Verstellmotoren zu einer Antriebseinheit zusammenzustellen, um dergestalt das benötigte Hubvolumen im Betrieb zu erreichen. Damit entsteht auch die Möglichkeit, die benötigte Lastdruckdifferenz an den im Speicher anstehenden Druck anzunähern, was zu einer Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades führt mit Minimalisierung der benötigten Aktuatorleistung.
Ein fester optimaler Speicherdruck kann insoweit vorgewählt werden und bei hohen Lasten wird das gesamte Hubvolumen des jeweiligen rotatorischen Antriebs hochgeregelt; bei niedrigen Lasten hingegen heruntergeregelt, vorzugsweise immer derart, dass der Lastdruck sich dem Speicherdruckausgleich annähern kann. Dies hat den Vorteil, dass man während des Arbeitsvorganges nicht den Speicherdruck zu korrigieren braucht bei anstehenden Laständerungen, beispielsweise bedingt durch die Masse der ausgegebenen Seillänge oder wenn Auftrieb entsteht, sobald die angehängte Last den Wasserspiegel durchschneidet. Die installierte Speicherenergie kann immer voll ausgenutzt werden. Bei kleineren Lasten benötigt man kleinere rotatorische Hubvolumen und kann dann bei gleichem Speichervolumen mehr kompensierte Umdrehungen an den Seilwinden erreichen. Dergestalt lassen sich dann kleinere Lasten über längere Verfahrwege korrigieren.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Betätigungseinrichtung eine Positionserfassungseinrichtung aufweist, mit welcher die Position des Aktuators und/oder des Antriebsteils erfassbar ist, und dass die Steuereinrichtung mittels einer Rechnereinheit den jeweiligen Aktuator unter Berücksichtigung dieser Position steuert. Dadurch dass mittels der Erfassungseinrichtung die Position der Kolbenstangeneinheit der Betätigungseinrichtung detektierbar ist, kann die Steuereinrichtung nebst zugeordneter Rechnereinheit zeitnah die Ist-Position der Kolbenstangeneinheit erfassen und diese für einen Ansteuervorgang zur Korrektur der Last-Ist-Position in Richtung der jeweils vorgegebenen Last-Soll-Position verwenden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ausgleichsvorrichtung ist vorgesehen, dass der jeweilige Hydromotor überlagert zu der Druckbeaufschlagung von dem jeweiligen Druckraum des Antriebsteils von einer hydraulischen Antriebs- und Bremseinheit in den beiden gegenläufigen Drehrichtungen antreibbar bzw. abbremsbar ist. Dergestalt ist mittels der Antriebs- und Bremseinheit der überwiegende Lasthebe- und Lastabsetzvorgang mittels der Seilwinde durchführbar, und der dann zusätzlich vorhandene Hydromotor dient ausschließlich dazu, die benötigten Ausgleichsvorgänge zum Einhalten der Last-Soll-Position vorzunehmen. Demgemäß kann der Hydromotor entsprechend klein dimensioniert sein und benötigt nur geringe Fluidmengen für den Ausgleichs-Reversierbetrieb der Seilwinde. Hieraus ergibt sich, dass dann auch die Betätigungseinrichtung mit ihrem Antriebsteil und ihren Druckräumen mit unterschiedlichen Druckniveaus nur geringe Fluid-Einsatzmengen zur Verfügung zu stellen braucht, um wirksam den Ausgleichs-Hydromotor betreiben zu können.
Das Seil-Hebezeug kann ortsfest angeordnet sein, insbesondere Bestandteil einer Hafenkrananlage sein, oder sie ist Bestandteil eines den Störeinflüssen ausgesetzten Aufstellortes, insbesondere eines einem Wellengang ausgesetzten, schwimmfähigen Transportmittels, insbesondere in Form eines Schiffes oder einer Förderplattform. Darüber hinaus kann die Ausgleichsvorrichtung für Fahrzeuge eingesetzt werden, die ein Seil-Hebezeug zumindest vergleichbarer Bauart aufweisen, wie beispielsweise verfahrbare Arbeitskräne, seilbetätigte Gabelstapler oder sonstige Hebeeinrichtungen.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung hervor. Es zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Ausgleichsvorrichtung des Standes der Technik, die einen hydraulischen Arbeitszylinder mit endseitig angeordneter Führungsrolle zur Führung eines Seilstücks aufweist; und
Fig. 2: eine erfindungsgemäße Ausgleichsvorrichtung als Teil einer Seilhebevorrichtung auf einem Transportschiff, wobei Teile der Vorrichtung in Form eines hydraulischen Schaltplans dargestellt sind.

In der Fig. 1 ist eine Ausgleichsvorrichtung 100 des Standes der Technik in einem Ausschnitt dargestellt. Diese ist üblicherweise in einem Seilhebezeug 102 zwischen einer Seilwinde 104 und einer anzuhebenden Last 106 angeordnet. Die Ausgleichsvorrichtung 100 weist eine Kolben-Zylinder-Einheit 108 auf, bei der an einem freien Ende 110 der Kolbenstange 112 eine Führungsrolle 114 befestigt ist. Mit dieser Ausgleichsvorrichtung 100 kann das Seil 116 um einen durch den Ausfahrweg der Kolbenstange 112 bestimmten Betrag nach oben oder unten ausgelenkt werden. Vor und nach der Kolben-Zylinder-Einheit 108 sind Umlenkrollen 118 für das Seil 116 angeordnet. Durch eine geeignete Ansteuerung der Kolben-Zylinder-Einheit 108 kann durch Ausfahren der Kolbenstange 112 die effektive Länge des Seils 116 nach der Ausgleichseinrichtung 100 reduziert und durch Einfahren wieder verlängert werden. Auf diese Weise ist es möglich, etwaige Störeinflüsse, die durch Windlasten oder Wellengang auftreten können, in einem begrenzten Umfang bei einem relativ hohen Apparate- und Steuerungsaufwand und bei entsprechendem Verschleiß des Seils 116 auszugleichen.
In der Fig. 2 ist eine demgegenüber verbesserte, erfindungsgemäße Ausgleichsvorrichtung 200 dargestellt. Die Ausgleichsvorrichtung 200 ist zum Beibehalten von vorgebbaren Soll-Positionen einer mittels eines Seilhebezeuges 202 handhabbaren und an einem Seil 216 desselben angebrachten Last 206, die aufgrund von Störeinflüssen ihre jeweils vorgebbare Soll-Position ungewollt in eine davon abweichende Ist-Position ändert, vorgesehen.
In diesem Beispiel ist das Seilhebezeug 202 Bestandteil eines den Störeinflüssen ausgesetzten Aufstellortes 220, speziell eines einem Wellengang ausgesetzten schwimmfähigen Transportmittels in Form eines Schiffes. Das Seilhebezeug 202 ist als Teil des Aufbaus des Schiffes 220 vorgesehen und dient dem Anheben und Absenken der Last 206 auf einem Meeresboden 222. Das Seilhebezeug 202 weist eine Seilwinde 204 auf, auf die das Seil 216 aufgerollt und von der es wieder abgerollt werden kann. Ausgehend von der Seilwinde 204 verläuft das Seil 216 über eine Umlenkrolle 224 zur Last 206. In üblicher Weise können auch mehrere Umlenkrollen und Ausleger sowie Haken oder sonstige Kupplungen als Teil des Seilhebezeuges 202 vorgesehen sein, die in dieser schematischen Darstellung aus Gründen der Vereinfachung aber nicht eingezeichnet wurden.
Die Seilwinde 204 ist mit einem Hydromotor 226, 228, 230 in einer Drehrichtung und in einer gegenläufigen Drehrichtung bewegbar. In der Fig. 2 sind beispielhaft insgesamt drei Hydromotoren 226, 228, 230 dargestellt. Von diesen soll aber immer mindestens einer die Seilwinde 204 antreiben. Die Hydromotoren 226, 228, 230 unterscheiden sich hinsichtlich ihres Schluckvolumens. Der in der Bildebene mittig dargestellte Hydromotor 228 weist ein fest vorgegebenes Schluckvolumen auf. Der links dargestellte Hydromotor 226 weist ein gestuftes Schluckvolumen und der rechts dargestellte Hydromotor 230 weist ein frei einstellbares Schluckvolumen auf. Über zwei Fluidleitungen 232, 234 sind die Hydromotoren 226, 228, 230 jeweils an eine Hydropumpe 236, die im Vier-Quadranten-Betrieb betreibbar ist, angeschlossen. Zwischen der Hydropumpe 236 und dem jeweiligen Hydromotor 226, 228, 230 kann eine Sicherheitseinrichtung 238 in die Fluidleitungen 232, 234 geschaltet sein, die Ventile und/oder Sensoren zur sicheren Ansteuerung des Seilhebezeuges 202 aufweist.
Mit dem insoweit beschriebenen Seilhebezeug 202 ist das Anheben und Absenken der Last 206 möglich. Problematisch ist aber, dass sich die Position und Lage des Transportschiffs 220 aufgrund von Wellengang oder Windlasten ändern kann. Diese veränderte Lage oder Position würde über das Seilhebezeug 202 an die Last 206 weitergegeben, so dass diese ihre Position, insbesondere ihre Höhe über dem Meeresboden 222, ebenfalls ständig ändert. Auf diese Weise wird ein präzises Absetzen einer Last 206 auf dem Meeresboden 222 erschwert, wenn nicht gar unmöglich gemacht.
Um hier Abhilfe zu schaffen, ist zusätzlich die erfindungsgemäße Ausgleichsvorrichtung 200 vorgesehen. Die Ausgleichsvorrichtung 200 weist eine Sensoreinrichtung 240, 242 zum direkten oder indirekten Erfassen der jeweiligen Ist-Position der Last 206, den rotatorischen Antrieb in Form der mittels des jeweiligen Hydromotors 226, 228, 230 antreibbaren Seilwinde 204 für die Vorgabe einer wirksamen Seillänge des Seilhebezeuges 202 und eine Steuereinrichtung 244 auf, die nach Erfassen der jeweiligen Ist-Position der Last die wirksame Seillänge solange ändert, bis die Last 206 wieder ihre vorgegebene Soll-Position eingenommen hat. Erfindungsgemäß ist der rotatorische Antrieb von einem Hydromotor 226, 228, 230 mit gegenläufigen Drehrichtungen steuerbar, der fluidführend an eine Betätigungseinrichtung 246 angeschlossen ist. Die Betätigungseinrichtung 246 weist unter Bildung eines Antriebsteils 248 für den jeweiligen Hydromotor 226, 228, 230 mindestens zwei voneinander separierte Druckräume 250, 252 mit im Betrieb unterschiedlichen Druckniveaus auf und ist von der Steuereinrichtung 244 angesteuert betätigbar.
Die Betätigungseinrichtung 246 ist parallel zur Hydropumpe 236 über entsprechende Fluidleitungen 254, 256 an den jeweilig zum Einsatz kommenden Hydromotor 226, 228, 230 angeschlossen. Der jeweilige Hydromotor 226, 228, 230 ist somit überlagert von der Druckbeaufschlagung aus dem jeweiligen Druckraum 250, 252 des Antriebsteils 248 und von einer hydraulischen Antriebs- und Bremseinheit in Form der Hydropumpe 236 des Seilhebezeuges 202 in den beiden gegenläufigen Drehrichtungen antreibbar bzw. abbremsbar.
Die Betätigungseinrichtung 246 ist als Dreifachkolben mit dem Antriebsteil 248 und einem Aktuator 258 ausgeführt. Die Betätigungseinrichtung 246 ist insgesamt in drei Abschnitte 260, 262, 264 unterteilt, von den der in der Bildebene obere Abschnitt 260 als Hochdruckteil, der mittlere Abschnitt 262 als Niederdruckteil und der untere Abschnitt 264 als Aktuatorteil bezeichnet ist. In jedem Abschnitt 260-264 ist ein Kolben 266, 268, 270 innerhalb eines gemeinsamen, druckstabilen Gehäuses 272 vorgesehen, wobei die Kolben 266, 268, 270 über eine gemeinsame Kolbenstange 274 miteinander verbunden und voneinander beabstandet sind. Die Abschnitte 260-264 sind durch Trennwände 276, 278 fluiddicht voneinander getrennt, die von der Kolbenstange 274 durchgriffen sind. Das Antriebsteil 248 und der Aktuator 258 weisen somit jeweils einen in dem gemeinsamen Gehäuse 272 der Betätigungseinrichtung 246 geführten Kolben 266, 268, 270 auf, wobei die jeweils einander benachbarten Kolben 266, 268, 270 über eine Koppelungseinrichtung in Form der Kolbenstange 274 in Wirkverbindung miteinander stehen. Die Koppelungseinrichtung 274 in Form der Kolbenstange bildet mit den jeweiligen Kolben 266, 268, 270 die im Gehäuse 272 der Betätigungseinrichtung 246 geführte Kolbenstangeneinheit 280 als Ganzes aus. Die Kolben 266, 268, 270 der Kolbenstangeneinheit 280 unterteilen, vorzugsweise mit gleichem Außendurchmesser das Gehäuse 272 der Betätigungseinrichtung 246 in insgesamt sechs Druckräume 250, 252, 282, 284, 286, 288.
Zwei voneinander separierte Druckräume 250, 252 der Betätigungseinrichtung 246 sind jeweils fluidführend an die zuordenbaren Hydromotoren 226, 228, 230 derart angeschlossen, dass der jeweils eine oder der jeweils andere Druckraum 250, 252 dem Antrieb des jeweiligen Hydromotors 226, 228, 230 in der einen bzw. der anderen, gegenläufigen Drehrichtung dient und dass der jeweils vom Antrieb des jeweiligen Hydromotors 226, 228, 230 ausgenommene Druckraum 250, 252 das bei dessen Antrieb verdrängte Fluid für einen nachfolgenden Abgabevorgang aufnimmt. Der zusätzliche Druckraum 282 des Antriebsteils 248 der Betätigungseinrichtung 246 ist durch einen Energiespeicher 290 in Form eines Behälters vorgespannt und dergestalt bestrebt, die Kolbenstangeneinheit 280 mit dem Aktuator 258 in eine vorgebbare Verschieberichtung zu bewegen. Der Druckraum 282 und der Energiespeicher 290 sind dazu mit einem Arbeitsgas in Form von Stickstoff (N₂) mit einer vorgegebenen Vorspannung gefüllt. Der zusätzliche Druckraum 282 der Betätigungseinrichtung 246 ist somit in einer Art Hochdruckmodus betreibbar, während ein anderer zusätzlicher Druckraum 284 des Antriebsteils 248 demgegenüber in einer Art Niederdruckmodus betrieben und mit der Umgebung U in Verbindung ist. An den Druckraum 252 ist permanent ein Niederdruckspeicher 292 angeschlossen. Dieser Niederdruckspeicher 292 dient dazu, ein ausreichendes Druckniveau im Druckraum 252 und in der Fluidleitung 254 aufrechtzuerhalten und etwaige Kavitationen zu vermeiden.
Der Antriebsteil 248 der Betätigungseinrichtung 246 ist durch den Aktuator 258 betätigbar. Zur Ansteuerung des Aktuators 258 ist die Steuereinrichtung 244 mit einer Ventileinrichtung 294 vorgesehen, mit welcher der Aktuator 258 in gegenläufige Bewegungsrichtungen mit einem Versorgungsdruck einer Versorgungseinheit 296 beaufschlagbar ist. Die Versorgungseinheit 296 umfasst eine Hydropumpe 298 die Hydraulikflüssigkeit aus einem Tank 300 ansaugt. Zwischen die Hydropumpe 298 und die Ventileinrichtung 294 ist ein hydropneumatischer Druckspeicher 302 als Ausgleichspuffer geschaltet. Die Ventileinrichtung 294 ist in Form eines 4/3-Wege-Proportionalventils ausgeführt. In der in der Bildebene linken Schaltstellung der Ventileinrichtung 294 wird durch die Hydropumpe 298 Fluid in einen stangenseitigen Druckraum 286 des Aktuators 258 gefördert, während Fluid aus dem gegenüberliegenden kolbenseitigen Druckraum 288 in Richtung des Tanks 300 abfließen kann. In dieser Schaltstellung wird die Kolbenstangeneinheit 280 innerhalb des Gehäuses abgesenkt. In der rechten Schaltstellung werden beide Druckräume 286, 288 des Aktuators 258 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt. Aufgrund der druckwirksamen Fläche auf der Stangenseite 304 des Kolbens 270 des Aktuators 258 führt dies zu einem Anheben der Kolbenstangeneinheit 280. In der mittleren Neutralstellung sind die beiden Druckräume 286, 288 des Aktuators 258 über Drosseln 305 fluidleitend miteinander und ebenfalls über eine Drossel 305 mit dem Tank 300 verbunden. In dieser Schaltstellung ist der Aktuator 258 inaktiv. Der Ventilkolben 306 der Ventileinrichtung ist über endseitig vorgesehene Federn 308 in seiner mittleren Neutralstellung zentriert. Um die gewünschten Schaltzustände des Ventilkolbens 306 mit der Steuereinrichtung 244 einstellen zu können, ist eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 310 vorgesehen.
Zwischen die Ventileinrichtung 294 und den Aktuator 258 ist zusätzlich eine Sicherheitseinrichtung 312 in Fluidleitungen 314, 316 geschaltet. Diese Sicherheitseinrichtung weist weitere Sensoren und/oder Ventile zur Ansteuerung des Aktuators 258 auf.
Die Steuereinrichtung 244 ist mit zwei Sensoreinrichtungen 240, 242 gekoppelt. Die eine Sensoreinrichtung 240 umfasst einen kreisel- oder trägheitsbasierten Sensor, insbesondere einen Beschleunigungssensor, sowie im Bedarfsfall zusätzlich eine satellitengestützte Positionsbestimmungseinrichtung. Mit dieser Sensoreinrichtung ist die Position und Lage des Seilhebezeuges 202 und damit indirekt auf die Ist-Position der Last 206 ermittelbar. Als weitere Sensoreinrichtung 242 weist die Betätigungseinrichtung 246 eine Positionserfassungseinrichtung 242 auf, mit welcher die Position der Kolbenstangeneinheit 280 innerhalb des Aktuators 258 und des Antriebsteils 248 erfassbar ist. Die Steuereinrichtung 244 steuert mittels einer Rechnereinheit 318 den Aktuator 258 unter Berücksichtigung dieser Positions- und Lagedaten.
Die erfindungsgemäße Ausgleichsvorrichtung 200 wirkt parallel zur Hydropumpe 236 des Seilhebezeuges 202 auf den jeweiligen Hydromotor 226, 228, 230 der Seilwinde 204 ein. Hydraulikflüssigkeit eines Hydraulikkreislaufs 320 des Seilhebezeuges 202 kann in einen entsprechenden Druckraum 250, 252 des Antriebsteils 248 der Betätigungseinrichtung 246 der Ausgleichsvorrichtung 200 eingespeist und deren Druckenergie im entsprechenden Energiespeicher 290, 292 zwischengespeichert werden. In der entgegengesetzten Wirkungsrichtung kann Energie aus den Energiespeichern 290, 292 von der Betätigungseinrichtung 246 zum Bremsen und Antreiben des Hydromotors 226, 228, 230 Seilhebezeuges 202 abgegeben werden. Darüber hinaus kann der Antriebsteil 248 der Betätigungseinrichtung 246 vom Aktuator 258 betätigt werden, um gezielt zum Ausgleich von Störeinflüssen den Hydromotor 226, 228, 230 des Seilhebezeuges 202 bremsend oder beschleunigend anzusteuern. Die Ansteuerung des Aktuators 258 erfolgt dabei durch die Steuereinrichtung 244 in Abhängigkeit der mit den Sensoreinrichtungen 240, 242 erfassten Positions- und Lageinformationen des Seilhebezeuges 202 und der Kolbenstangeneinheit 280 innerhalb der Betätigungseinrichtung 246.
Die erfindungsgemäße Lösung zeigt mithin ein modernes Hydromotoren-Antriebskonzept für die insoweit direkt antreibbare Seilwinde 204 des Seilhebezeuges 202 mit geringen Einsatzmengen an zu bewegendem Einsatz- oder Antriebsfluid auf, das gegenüber den Antriebskonzepten mit hydraulischen Arbeitszylindern 108 des Standes der Technik über einen besseren Wirkungsgrad verfügt. Da der jeweilige Hydromotor über keine eigenständige Seilführung, beispielsweise unter Einsatz der genannten Führungsrolle 114 am Arbeitszylinder 108 verfügt, sondern vielmehr direkt auf den rotatorischen Antrieb 226, 228, 230 der Seilwinde 204 des Seilhebezeuges 202, beispielsweise mittels einer Hydraulikkupplung, einwirkt oder vollständig deren Antriebsmodul bildet, lässt sich eine schonende Seilführung ausschließlich über die ohnehin benötigte Seilwinde 204 realisieren. Durch einen entsprechend großen Windendurchmesser kann zudem die Seilreibung reduziert werden, um dergestalt Verschleißerscheinungen, insbesondere am Seil 216, zu minimieren.

Claims

Ausgleichsvorrichtung zum Beibehalten von vorgebbaren Soll-Positionen einer mittels eines Seilhebezeuges (202) handhabbaren und an einem Seil (216) desselben angebrachten Last (206), die aufgrund von Störeinflüssen ihre jeweils vorgebbare Soll-Position ungewollt in eine davon abweichende Ist-Position ändert, bestehend aus mindestens
- einer Sensoreinrichtung (240, 242) zum direkten oder indirekten Erfassen der jeweiligen Ist-Position der Last (206);

- einem rotatorischen Antrieb (226, 228, 230) für die Vorgabe einer wirksamen Seillänge des Seils (206) des Seilhebezeuges (202); und

- mindestens einer Steuereinrichtung (244), die nach Erfassen der jeweiligen Ist-Position der Last (206) die wirksame Seillänge solange ändert, bis die Last (206) wieder ihre vorgebbare Soll-Position einnimmt,
wobei der jeweilige rotatorische Antrieb (226, 228, 230) zumindest teilweise von mindestens einem Hydromotor (226, 228, 230) mit gegenläufigen Drehrichtungen steuerbar ist, der fluidführend an eine Betätigungseinrichtung (246) angeschlossen ist, die unter Bildung eines Antriebsteils (248) für den jeweiligen Hydromotor (226, 228, 230) mindestens zwei voneinander separierte Druckräume (250, 252, 282-288) mit im Betrieb unterschiedlichen Druckniveaus aufweist und die von der Steuereinrichtung (244) angesteuert betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils eine Druckraum (282) der Betätigungseinrichtung (246) in einer Art Hochdruckmodus und mindestens ein jeweils anderer Druckraum (252) des Antriebsteils (248) demgegenüber in einer Art Niederdruckmodus betrieben ist, der permanent an einen Niederdruckspeicher (292) in der Art eines Hydrospeichers angeschlossen ist.
Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsteil (248) der Betätigungseinrichtung (246) mittels mindestens eines Aktuators (258) betätigbar ist und dass die mindestens zwei voneinander separierten Druckräume (250, 252) der Betätigungseinrichtung (246) jeweils fluidführend an den jeweiligen Hydromotor (226, 228, 230) derart angeschlossen sind, dass der jeweils eine oder der jeweils andere Druckraum (250, 252) dem Antrieb des jeweiligen Hydromotors (226, 228, 230) in der einen bzw. der anderen gegenläufigen Drehrichtung dient, und dass der jeweils vom Antrieb des jeweiligen Hydromotors (226, 228, 230) ausgenommene Druckraum (252, 250) das bei dessen Antrieb verdrängte Fluid für einen nachfolgenden Abgabevorgang aufnimmt.
Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (244) mindestens eine Ventileinrichtung (294) aufweist, welche zur Ansteuerung des Aktuators (258) in gegenläufige Bewegungsrichtungen mit einem Versorgungsdruck einer Versorgungseinheit (296) beaufschlagbar ist.
Ausgleichsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (240) mindestens einen kreisel- und/oder trägheitsbasierten Sensor und/oder eine satellitengestützte Navigationseinrichtung aufweist.
Ausgleichsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsteil (248) und der Aktuator (258) jeweils mindestens einen in einem gemeinsamen Gehäuse (272) der Betätigungseinrichtung (246) geführten Kolben (266, 268, 270) aufweisen, und dass die jeweils einander benachbarten Kolben (266, 268, 270) über eine Koppelungseinrichtung (274) in Wirkverbindung miteinander stehen.
Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelungseinrichtung (274) mit den jeweiligen Kolben (266, 268, 270) eine im Gehäuse (272) der Betätigungseinrichtung (246) geführte Kolbenstangeneinheit (280) ausbilden.
Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (266, 268, 270) der Kolbenstangeneinheit (280), vorzugsweise mit gleichem Außendurchmesser, das Gehäuse (272) der Betätigungseinrichtung (246) in sechs Druckräume (250, 252, 282-288) mit zumindest teilweise variierenden Druckniveaus und Volumina unterteilen und unmittelbar dem Antriebsteil (248) und dem Aktuator (258) zugeordnet sind.
Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Druckraum (282, 284) der Betätigungseinrichtung (246) mittels eines Energiespeichers (290), wie einem Hydrospeicher, vorgespannt und dergestalt bestrebt ist, das Antriebsteil (248) mit dem Aktuator (258) in einer vorgebbaren Verschieberichtung zu bewegen.
Ausgleichsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (246) eine Positionserfassungseinrichtung (242) aufweist, mit welcher die Position des Aktuators (258) und/oder des Antriebsteils (248) erfassbar ist, und dass die Steuereinrichtung (244) mittels einer Rechnereinheit (318) den jeweiligen Aktuator (258) unter Berücksichtigung dieser Position steuert.
Ausgleichsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Hydromotor (226, 228, 230) überlagert zu der Druckbeaufschlagung von dem jeweiligen Druckraum (250, 252) des Antriebsteils (248) von einer hydraulischen Antriebs- und Bremseinheit (236) in den beiden gegenläufigen Drehrichtungen antreib- bzw. abbremsbar ist.
Ausgleichsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Seilhebezeug (202) ortsfest angeordnet, insbesondere Bestandteil einer Hafen-Krananlage, ist oder Bestandteil eines den Störeinflüssen ausgesetzten Aufstellortes (220) ist, insbesondere eines einem Wellengang ausgesetzten schwimmfähigen Transportmittels, insbesondere in Form eines Schiffes (220) oder einer Förderplattform, ist.