WO2020089151A1 - Hafenkran mit einem verbesserten antriebssystem - Google Patents

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WO2020089151A1
WO2020089151A1 PCT/EP2019/079360 EP2019079360W WO2020089151A1 WO 2020089151 A1 WO2020089151 A1 WO 2020089151A1 EP 2019079360 W EP2019079360 W EP 2019079360W WO 2020089151 A1 WO2020089151 A1 WO 2020089151A1
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drive system
diesel
energy
electric drives
primary
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PCT/EP2019/079360
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Fabian JUNG
Marco Lenzen
Jörg Müller
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Konecranes Global Corporation
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a drive system for a harbor crane according to the preamble of claim 1.
  • Patent US 7 554 278 B2 known.
  • the present invention has for its object to provide an improved drive system.
  • a drive system for a harbor crane that has a primary drive system and one that is supplied with electrical energy
  • Secondary drive system wherein the primary drive system comprises at least two diesel-electric drives, which are designed identically, an improvement is achieved in that the primary drive system at least one
  • Energy storage comprises, in order to be able to dimension the diesel-electric drives correspondingly smaller by covering power maxima.
  • Energy storage is preferably used a battery or a capacitor. Power maxima, such as when lifting a load, can be covered by the energy store (s) instead of the diesel engine.
  • Energy storage also enables energy to be stored as a result of energy recovery from the secondary drive system, in particular with one
  • a standard charging of the energy store takes place through excess energy from one or more or all of the provided diesel-electric drives.
  • a drive system is created for harbor cranes, the primary drive system of which, preferably exclusively, is of identical design and has diesel-electric drives and at least one energy store.
  • a major advantage is that the invention allows a single standardized type of diesel-electric drive to be used for all port crane sizes or models and the different performance requirements of the port crane models through the use of a corresponding number of diesel-electric models Drives can be covered.
  • a customer-specific design of a primary drive system is also conceivable, which, depending on the harbor crane models, is precisely tailored to the specific
  • Harbor cranes are used for handling containers and / or bulk goods in seaports or container terminals.
  • Harbor cranes essentially comprise a structure that is supported on land, for example a quay, or on a floating pontoon, and a hoist by means of which a load can be raised or lowered.
  • the structure includes in particular one
  • an uppercarriage rotatably mounted on the undercarriage by means of a rotating mechanism, one on the superstructure
  • the boom is connected to the uppercarriage or the tower by means of a luffing mechanism and can be pivoted about a horizontal luffing axis.
  • the boom can be designed as a lattice mast.
  • the undercarriage can have a chassis with tires on the quay or a
  • Chassis with rail wheels can be moved on rails.
  • the undercarriage can be supported with supports using a support device.
  • the at least two diesel-electric drives provided for supplying the secondary drive system with electrical energy include in the
  • At least two identical diesel engines and at least two identical generators are provided.
  • more than two such diesel-electric drives can also be provided.
  • the secondary drive system is part of the drive system and includes the drives required for the crane functions, in particular the drives of the
  • Chassis the support device and its supports, the slewing gear, the
  • the drives can in particular have at least one electric motor and / or at least one hydraulic pump.
  • Primary drive system comprises at least two energy stores.
  • the energy stores are preferably constructed identically. This applies to the case where the respective energy store is designed as a battery or capacitor.
  • the advantages described above in relation to the use of identical diesel-electric drives result from this. However, a combination of a battery and a capacitor is also conceivable.
  • the at least one energy store and each of the diesel-electric drives have dimensions that enable mutual exchange.
  • the at least one energy store can have the same size as each of the diesel-electric drives.
  • this allows the installation space of a diesel-electric drive to be used alternatively for one Energy storage can be used.
  • a standard installation space is defined in terms of a space requirement, into which both a diesel-electric drive and an energy store fit. If this standard installation space is provided on a harbor crane, this enables conversions of the primary drive system of the harbor crane in a particularly simple manner. If, for example, there are two diesel-electric drives, one of these drives can be exchanged for an energy store. Due to the corresponding dimensions of the energy store (s) and diesel-electric drives used, an embodiment is also conceivable in which two diesel-electric drives and two energy stores are initially provided and, for example, due to increased power requirements of
  • the drive system according to the invention is therefore modular and in particular constructed according to a modular principle.
  • the primary drive system is connected to the secondary drive system via electrical connections.
  • Current flows between the aforementioned systems are made possible by means of the electrical connections.
  • the drive system also includes a control and regulation system. This is via electrical connections with the
  • the open-loop and closed-loop control system can be adapted in each case in accordance with the components of the primary drive system used, and in particular can be connected to them in a signal-transmitting manner.
  • the primary drive system is dimensioned such that the energy required by the secondary drive system can be provided, but there is no excess power here.
  • each primary drive system is tailored to the performance requirements or performance requirements of the respective secondary drive system of the port crane model.
  • the primary drive system is equipped with so many identical diesel-electric drives and optionally an additional energy store or also optionally designed with several, in particular identical, energy stores so that the required energy can be provided safely.
  • the primary drive system is designed in such a way that it does not result in high costs due to excessive dimensioning and that of
  • Power requirements or the power requirement of the secondary drive system is selected, that is to say with the correspondingly required diesel-electric drives and optionally with one or more energy stores. configured and installed in it.
  • the drive system comprises only two identical diesel-electric drives.
  • Energy storage includes.
  • the secondary drive system can therefore be supplied with electrical energy in particular only from the two diesel-electric drives and the energy store.
  • the energy store provides feedback from the
  • a third embodiment of the drive system it is provided that it comprises only two identical diesel-electric drives and two, in particular identical, energy stores.
  • the secondary drive system can therefore be supplied with electrical energy in particular only from the two diesel-electric drives and the two energy stores.
  • Energy storage is also possible in this embodiment, feedback from the secondary drive system.
  • further embodiments can be obtained from the aforementioned embodiments, in each case by adding one or more diesel-electric drive (s) and / or energy stores in order to meet the respective performance requirements or performance requirements of the harbor crane or its secondary drive system.
  • FIG. 1 shows a view of a mobile harbor crane
  • FIG. 2 shows a performance-related representation of drive variants of different harbor crane models
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the drive system with two identical diesel-electric drives
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the drive system with two identical diesel-electric drives and an energy store
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the drive system with two identical diesel-electric drives and two identical energy stores
  • FIG. 6 shows a performance diagram for crane operation with purely diesel-electric drives
  • FIG. 7 shows a performance diagram for crane operation with diesel-electric drives and support by at least one energy store.
  • FIG. 1 shows a view of a mobile harbor crane 1 for handling standardized containers, in particular ISO containers, between land and water or vice versa or within container terminals.
  • the mobile harbor crane 1 can also be equipped with a gripper for handling bulk goods.
  • the mobile harbor crane 1 essentially consists of a Undercarriage 2 and an uppercarriage 3 with a tower 4 and a jib 5.
  • the mobile harbor crane 1 is supported by its undercarriage 2 in the country, here a quay 7.
  • the mobile harbor crane 1 can be moved on the quay 7 via the undercarriage 2 with the undercarriage 6, in particular a wheel tire undercarriage, and is supported on the quay 7 during handling operation via a support device 8, in particular its supports.
  • the mobile harbor crane 1 it is also possible for the mobile harbor crane 1 to be moved on rails or to be fixed stationary on a floating pontoon.
  • the superstructure 3 On the undercarriage 2, the superstructure 3 is mounted, which rotates from a rotating mechanism d about a vertical axis of rotation D and in particular relative to that
  • Undercarriage 2 is pivotable.
  • the slewing gear d usually has a slewing ring in engagement with a drive gear.
  • the superstructure 3 also carries a lifting mechanism h and a counterweight 9 in the rear area.
  • Also supported on the superstructure 3 is the tower 4 which extends in the vertical direction and at the top of which a roller head 10 is fastened with pulleys.
  • the boom 5 is articulated on the tower 4, approximately in the region of its half length and on the side facing away from the counterweight 9.
  • the boom 5 is pivotally connected to the tower 4 about a horizontal luffing axis W and additionally via a luffing mechanism w articulated on the boom 5 and at the bottom of the superstructure 3, which is usually designed as a hydraulic cylinder, from its laterally projecting operating position into an upright rest position pivotable.
  • the boom 5 is designed in the usual way as a lattice mast.
  • further sheaves are rotatably mounted, via which, starting from the hoist h, lifting ropes are guided via the roller head 10 to the load to be lifted.
  • FIG. 2 shows a performance-related representation of drive variants of different harbor crane models.
  • Drive variant I corresponds to the first embodiment of the drive system described above, the primary drive system 11 of which only comprises two diesel-electric drives 12. Due to the fact that the diesel-electric drives 12 are constructed identically, they each generate half of the system performance shown.
  • the drive variant II corresponds to the second embodiment of the drive system described above, whose
  • Primary drive system 11 comprises two identical diesel-electric drives 12 and an energy store 17.
  • This drive variant has a higher one System performance as drive variant I and can be used for crane models with higher performance requirements of the secondary drive system 14.
  • Drive variant III corresponds to the third embodiment of the drive system described above, the primary drive system 11 of which comprises two identical diesel-electric drives 12 and two, in particular identical, energy stores 17.
  • This drive variant has a higher system performance than the drive variants I and II and can therefore be used for crane models with higher performance requirements of the secondary drive system 14.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the first embodiment of the drive system for a mobile harbor crane 1, in which the primary drive system 11 comprises only two identical diesel-electric drives 12.
  • the two diesel-electric drives 12 essentially each comprise a diesel engine and a generator for converting the mechanical energy generated by the diesel engine into electrical energy.
  • the two diesel-electric drives 12 are used to supply the secondary drive system 14 with electrical energy.
  • the secondary drive system 14 comprises the drives required for the crane functions, in particular the drives of the undercarriage 6, the support device 8, the rotating mechanism d, the luffing mechanism w and the lifting mechanism h.
  • Secondary drive system 14 can in particular have at least one electric motor and / or at least one hydraulic pump.
  • the primary drive system 11 is connected to the secondary drive system 14 via electrical connections 15 and a control and regulation system 13.
  • Current flows between the aforementioned systems 11, 13, 14 are made possible by means of the electrical connections 15.
  • the control and regulation system 13 controls and regulates the current flows that take place via the electrical connections 15. These are a consequence of the signals sent from the control and regulation system 13 to the primary drive system 11 and the secondary drive system 14 via the signal connections 16.
  • the direction of the current flows is indicated by the arrow on the electrical connections 15.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the second embodiment of the drive system for a mobile harbor crane 1, in which the primary drive system 11 only has two identical diesel-electric drives 12 and additionally one
  • Energy store 17 preferably a battery or a capacitor. Through the energy store 17, power maxima, such as when lifting a load by means of the hoist h, instead of completely through the
  • Diesel engines of the diesel-electric drives 12 are partially covered by the energy store 17. This enables a load point shift, as a result of which the diesel engine of the respective diesel-electric drive 12 can be operated more constantly in a medium speed range.
  • a standard charging of the energy store 17 takes place through excess energy from one or both of the diesel-electric drives 12.
  • the energy store 17 also enables energy to be stored as a result of energy recovery from the
  • Secondary drive system 14 in particular in the case of generator operation of a drive, for example the drive of the lifting mechanism h when lowering a load.
  • Energy storage 17 is thus in addition to the charge by the diesel-electric
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the third embodiment of the drive system for a mobile harbor crane 1, in which the primary drive system 11 comprises only two identical diesel-electric drives 12 and two energy stores 17.
  • the energy stores 17 are preferably also of identical construction and are each designed as either a battery or a capacitor. However, the use of a battery and a capacitor is also conceivable. Otherwise, the previous explanations apply analogously to the embodiment shown in FIG. 5.
  • FIG. 6 shows an average power requirement of a mobile harbor crane 1 with a drive system according to the first embodiment, that is to say with two identical diesel-electric drives 12, with superimposed functions, for example lifting the hoist h and rocking the luffing mechanism w without
  • each diesel-electric drive 12 is initially in a low power range when idling.
  • the power requirement rises sharply because the load is raised and the boom 5 is rocked in order to shorten the radius. If the boom 5 seesaws, the power requirement drops somewhat and remains at a high level of performance, since the load is still being lifted. As soon as the lifting process has also ended, the power requirement drops again and the diesel-electric drives 12 are again at a low idle speed
  • FIG. 7 shows an average provision of power for one
  • Embodiment with superimposed functions for example lifting the hoist h and rocking of the luffing mechanism w.
  • one or two energy stores 17 are therefore provided.
  • the power curve is similar to that in FIG. 6, but the energy is no longer applied by the two diesel-electric drives 12 alone.
  • the maximum power at the beginning of the lifting process is instead covered by the energy store (s) 17 and no longer solely by the diesel-electric drives 12, which is why these have to exert a higher power in other idle operation in order to charge the energy store (s) 17.
  • These embodiments have the advantage that the diesel-electric drives 12 no longer have to be designed for the maximum power. Instead, the diesel-electric drives 12 are better utilized in idle mode to charge the energy store (s) 17.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Antriebssystem für einen Hafenkran, das ein Primärantriebssystem (11) und ein hiervon mit elektrischer Energie versorgtes Sekundärantriebssystem (14) aufweist, wobei das Primärantriebssystem (11) zwei diesel-elektrische Antriebe (12) umfasst, die baugleich ausgeführt sind. Um ein verbessertes Antriebssystem zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass das Primärantriebssystem (11) mindestens einen Energiespeicher (17) umfasst, insbesondere um durch Abdeckung von Leistungsmaxima die diesel-elektrischen Antriebe (12) entsprechend kleiner dimensionieren zu können.

Description

Hafenkran mit einem verbesserten Antriebssystem
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für einen Hafenkran gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein derartiges Antriebssystem ist bereits aus der DE 202 03 309 U1 bekannt.
Weitere Antriebssysteme sind bereits aus der DE 10 2013 021 499 A1 , der DE 36 39 709 A1 , der DE 20 2015 008 403 U1 , der DE 10 2010 063 911 A1 und der
Patentschrift US 7 554 278 B2 bekannt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Antriebssystem zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen 2 bis 6 sowie der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Erfindungsgemäß wird bei einem Antriebssystem für einen Hafenkran, das ein Primärantriebssystem und ein hiervon mit elektrischer Energie versorgtes
Sekundärantriebssystem aufweist, wobei das Primärantriebssystem mindestens zwei diesel-elektrische Antriebe umfasst, die baugleich ausgeführt sind, eine Verbesserung dadurch geschaffen, dass das Primärantriebssystem mindestens einen
Energiespeicher umfasst, um durch Abdeckung von Leistungsmaxima die diesel- elektrischen Antriebe entsprechend kleiner dimensionieren zu können. Als
Energiespeicher wird dabei vorzugsweise eine Batterie oder ein Kondensator eingesetzt. Leistungsmaxima, wie beispielsweise beim Anheben einer Last, können anstatt durch den Dieselmotor durch den/die Energiespeicher abgedeckt werden.
Dies ermöglicht eine Lastpunktverschiebung, in deren Folge der Dieselmotor konstanter in einem mittleren Drehzahlbereich betrieben werden kann. Der
Energiespeicher ermöglicht außerdem die Speicherung von Energie in Folge einer Rückspeisung aus dem Sekundärantriebssystem, insbesondere bei einem
generatorischen Betrieb eines Antriebs, beispielsweise des Antrieb des Hubwerks beim Senken einer Last, in das Primärantriebssystem. Der Energiespeicher wird hierbei mit der Rückspeisungsenergie geladen und kann die Energie bei Bedarf wieder an das Sekundärantriebssystem abgeben. In der Folge ist es möglich, den Primärenergiebedarf zu senken und generell den Dieselmotor kleiner zu
dimensionieren. Eine standardmäßige Ladung des Energiespeichers erfolgt durch überschüssige Energie aus einem oder mehreren oder allen der vorgesehenen diesel- elektrischen Antriebe.
Mit anderen Worten wird also erfindungsgemäß für Hafenkrane ein Antriebssystem geschaffen, dessen Primärantriebssystem, vorzugsweise ausschließlich, baugleich ausgeführte diesel-elektrische Antriebe und mindestens einen Energiespeicher aufweist. Ein wesentlicher Vorteil ist, dass durch die Erfindung für alle Hafenkran- Größen beziehungsweise Hafenkran-Modelle ein einziger standardisierter Bautyp des diesel-elektrischen Antriebs eingesetzt beziehungsweise genutzt werden kann und die unterschiedlichen Leistungsbedarfe der Hafenkran-Modelle über den Einsatz einer entsprechenden Anzahl von diesel-elektrischen Antrieben gedeckt werden können. Denkbar ist auch eine kundenindividuelle Auslegung eines Primärantriebssystems, welche unabhängig von Hafenkran-Modellen genau auf den spezifischen
Leistungsbedarf abgestimmt ist. Besonders vorteilhaft ist, dass hierdurch vermieden wird, eine Vielzahl von verschiedenen Dieselmotoren und Generatoren bereitstellen zu müssen. Vielmehr wird durch die diesbezüglich erhöhte Verwendung von
Gleichteilen eine Kostensenkung im Zusammenhang mit der Entwicklung, Herstellung und Lagerhaltung der Antriebssysteme bewirkt. Ein weiterer Vorteil ist die erhöhte Kundenfreundlichkeit, beispielsweise bei dessen Ersatzteilvorhaltung, und die gezieltere Schulung des Wartungspersonals.
Die vorliegenden Hafenkrane werden zum Umschlagen von Containern und/oder Schüttgütern in Seehäfen oder Container-Terminals verwendet. Hafenkrane umfassen im Wesentlichen einen sich auf dem Land, beispielsweise einem Kai, oder auf einem Schwimmponton abstützenden Aufbau und ein Hubwerk, mittels dessen eine Last gehoben oder gesenkt werden kann. Der Aufbau umfasst insbesondere einen
Unterwagen, einen mittels eines Drehwerks um eine vertikale Achse drehbar auf dem Unterwagen gelagerten Oberwagen, einen auf dem Oberwagen sich in
Vertikalrichtung erstreckenden Turm und/oder ein Gegengewicht und einen Ausleger. Der Ausleger ist über ein Wippwerk mit dem Oberwagen oder dem T urm verbunden und um eine horizontale Wippachse schwenkbar. Außerdem kann der Ausleger als Gittermast ausgebildet sein. Bei einem als Hafenmobilkran ausgebildeten Hafenkran kann der Unterwagen über ein Fahrwerk mit Reifen auf dem Kai oder über ein
Fahrwerk mit Schienenrädern auf Schienen verfahrbar sein. Während des
Umschlagbetriebes kann der Unterwagen über eine Abstützvorrichtung mit Stützen abgestützt werden.
Die zur Energieversorgung des Sekundärantriebssystems mit elektrischer Energie vorgesehenen mindestens zwei diesel-elektrischen Antriebe, umfassen im
Wesentlichen jeweils einen Dieselmotor und einen Generator zum Umwandeln der vom Dieselmotor erzeugten mechanischen Energie in elektrische Energie.
Erfindungsgemäß sind also mindestens zwei baugleiche Dieselmotoren und mindestens zwei baugleiche Generatoren vorgesehen. Grundsätzlich können auch mehr als zwei derartige diesel-elektrische Antriebe vorgesehen werden.
Das Sekundärantriebssystem ist Teil des Antriebssystems und umfasst die für die Kranfunktionen erforderlichen Antriebe, insbesondere also die Antriebe des
Fahrwerks, der Abstützvorrichtung und deren Stützen, des Drehwerks, des
Wippwerks und des Hubwerks. Anders als bei einem Hafenmobilkran können im Falle eines stationären Hafenkrans das Fahrwerk und die Abstützvorrichtung sowie deren Antriebe entfallen. Die Antriebe können insbesondere mindestens einen Elektromotor und/oder mindestens eine Hydraulikpumpe aufweisen.
Es kann aufgrund der vom Sekundärantriebssystem zum Erreichen der
Leistungsmaxima benötigten Energie erforderlich sein, dass das
Primärantriebssystem mindestens zwei Energiespeicher, umfasst. In diesem Fall werden vorzugsweise auch die Energiespeicher baugleich ausgeführt. Das betrifft den Fall, dass der jeweilige Energiespeicher als Batterie oder Kondensator ausgebildet ist. Hierdurch ergeben sich analog die oben in Bezug auf die Verwendung baugleicher diesel-elektrischer Antriebe beschriebenen Vorteile. Denkbar ist jedoch auch eine Kombination aus einer Batterie und einem Kondensator.
Es ist von besonderem Vorteil, dass der mindestens eine Energiespeicher und jeder der diesel-elektrischen Antriebe Abmessungen aufweist, die einen gegenseitigen Austausch ermöglichen. Der mindestens eine Energiespeicher kann hierzu die gleiche Baugröße wie jeder der diesel-elektrischen Antriebe aufweisen. Insbesondere kann hierdurch der Bauraum eines diesel-elektrischen Antriebs alternativ auch für einen Energiespeicher genutzt werden. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß ein Standard-Bauraum im Sinne eines Platzbedarfs definiert, in den sowohl ein diesel- elektrischer Antrieb als auch ein Energiespeicher passt. Sofern dieser Standard- Bauraum an einem Hafenkran vorgesehen ist, ermöglicht dies in besonders einfacherer Weise Umrüstungen des Primärantriebssystems des Hafenkrans. Wenn also beispielsweise zwei diesel-elektrische Antriebe vorhanden sind, kann einer dieser Antriebe gegen einen Energiespeicher getauscht werden. Aufgrund der entsprechenden Abmessungen des/der verwendeten Energiespeicher und diesel- elektrischen Antriebe ist ebenfalls eine Ausführungsform denkbar, bei der zunächst zwei diesel-elektrische Antriebe und zwei Energiespeicher vorgesehen sind und beispielsweise aufgrund gestiegener Leistungsanforderungen des
Anwenders/Kunden oder tatsächlich auftretende Leistungsbedarfe einer der
Energiespeicher gegen einen dritten diesel-elektrischen Antrieb getauscht wird. Das erfindungsgemäße Antriebssystem ist also modular und insbesondere nach einem Baukastenprinzip aufgebaut.
Das Primärantriebssystem ist mit dem Sekundärantriebssystem über elektrische Verbindungen verbunden. Mittels der elektrischen Verbindungen werden Stromflüsse zwischen den vorgenannten Systemen ermöglicht. In einer vorteilhaften
Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Antriebssystem zudem ein Steuer- und Regelungssystem umfasst. Dieses ist über elektrische Verbindungen mit dem
Primärantriebssystem und dem Sekundärantriebssystem verbunden und steuert und regelt auf Grundlage der vom Sekundärantriebssystem benötigten Energie die Versorgung durch das Primärantriebssystem und die dabei entstehenden Stromflüsse zwischen den Systemen. Das Steuer- und Regelungssystem kann jeweils gemäß der verwendeten Komponenten des Primärantriebssystems angepasst und insbesondere signalübertragend mit diesen verbunden werden.
Es ist außerdem von besonderem Vorteil, dass das Primärantriebssystem so dimensioniert ist, dass die vom Sekundärantriebssystem benötigte Energie bereitgestellt werden kann, hierbei jedoch kein Leistungsüberschuss vorliegt. Mit anderen Worten wird bei mehreren verschiedenen Hafenkran-Modellen jedes Primärantriebssystem auf die Leistungsanforderungen oder Leistungsbedarfe des jeweiligen Sekundärantriebssystems des Hafenkran-Modells zugeschnitten. Das Primärantriebssystem wird mit so vielen baugleichen diesel-elektrischen Antrieben und optional einem zusätzlichen Energiespeicher oder ebenso optional auch mit mehreren, insbesondere baugleichen, Energiespeichern ausgelegt, dass die benötigte Energie sicher bereitgestellt werden kann. Auf der anderen Seite wird das Primärantriebssystem aber so optimiert ausgelegt, dass nicht durch übermäßige Dimensionierung desselben hohe Kosten entstehen und die vom
Primärantriebssystem bereitgestellte Energie in diesem Umfang gar nicht für den bestimmungsgemäßen Kranbetrieb benötigt wird.
Gemäß den vom Kunden vorgegebenen Kriterien, insbesondere den
Leistungsanforderungen oder dem Leistungsbedarf des Sekundärantriebssystems, wird das jeweilige Hafenkran-Modell, insbesondere das auf das Hafenkran-Modell abgestimmte und darin zu verbauende Primärantriebssystem, ausgewählt, das heißt mit den entsprechend erforderlichen diesel-elektrischen Antrieben und optional mit einem oder mehreren Energiespeicher(n) konfiguriert, und darin verbaut.
In einer ersten Ausführungsform des Antriebssystems ist vorgesehen, dass dieses nur zwei baugleiche diesel-elektrische Antriebe umfasst. Die Versorgung des
Sekundärantriebssystems mit elektrischer Energie ist also insbesondere nur ausgehend von den beiden diesel-elektrischen Antrieben möglich.
Bei einer zweiten Ausführungsform des Antriebssystems ist vorgesehen, dass dieses nur zwei baugleiche diesel-elektrische Antriebe sowie zusätzlich einen
Energiespeicher umfasst. Die Versorgung des Sekundärantriebssystems mit elektrischer Energie ist also insbesondere nur ausgehend von den beiden diesel- elektrischen Antrieben und dem Energiespeicher möglich. Durch den Energiespeicher wird bei dieser Ausführungsform eine Rückspeisung aus dem
Sekundärantriebssystem möglich.
In einer dritten Ausführungsform des Antriebssystems ist vorgesehen, dass dieses nur zwei baugleiche diesel-elektrische Antriebe sowie zwei, insbesondere baugleiche, Energiespeicher umfasst. Die Versorgung des Sekundärantriebssystems mit elektrischer Energie ist also insbesondere nur ausgehend von den beiden diesel- elektrischen Antrieben und den beiden Energiespeichern möglich. Durch die
Energiespeicher ist auch bei dieser Ausführungsform eine Rückspeisung aus dem Sekundärantriebssystem möglich. Aus den vorgenannten Ausführungsformen können selbstverständlich weitere Ausführungsformen erhalten werden, indem diese jeweils um einen oder mehrere diesel-elektrische Antrieb(e) und/oder Energiespeicher erweitert werden, um den jeweiligen Leistungsanforderungen oder Leistungsbedarfen des Hafenkrans beziehungsweise dessen Sekundärantriebssystems gerecht zu werden.
Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie die Vorteile anhand von Figuren erläutert. Es zeigt:
Figur 1 eine Ansicht eines Hafenmobilkrans,
Figur 2 eine leistungsbezogene Darstellung von Antriebsvarianten verschiedener Hafenkran-Modelle,
Figur 3 eine schematische Darstellung des Antriebssystems mit zwei baugleichen diesel-elektrischen Antrieben,
Figur 4 eine schematische Darstellung des Antriebssystems mit zwei baugleichen diesel-elektrischen Antrieben sowie einem Energiespeicher,
Figur 5 eine schematische Darstellung des Antriebssystems mit baugleichen zwei diesel-elektrischen Antrieben sowie zwei baugleichen Energiespeichern, Figur 6 ein Leistungsdiagramm für den Kranbetrieb mit rein diesel-elektrischen Antrieben und
Figur 7 ein Leistungsdiagramm für den Kranbetrieb mit diesel-elektrischen Antrieben und Unterstützung durch mindestens einen Energiespeicher.
Die Figur 1 zeigt eine Ansicht eines Hafenmobilkrans 1 für den Umschlag von normierten Behältern, insbesondere von ISO-Containern, zwischen Land und Wasser beziehungsweise umgekehrt beziehungsweise innerhalb von Container-Terminals. Auch kann der Hafenmobilkran 1 mit einem Greifer zum Umschlag von Schüttgütern ausgerüstet werden. Der Hafenmobilkran 1 besteht im Wesentlichen aus einem Unterwagen 2 und einem Oberwagen 3 mit einem Turm 4 und einem Ausleger 5. In üblicher Weise wird der Hafenmobilkran 1 über seinen Unterwagen 2 auf dem Land, hier einem Kai 7, abgestützt. Über den Unterwagen 2 mit dem Fahrwerk 6, insbesondere einem Radreifenfahrwerk, ist der Hafenmobilkran 1 auf dem Kai 7 verfahrbar und wird während des Umschlagbetriebes über eine Abstützvorrichtung 8, insbesondere deren Stützen, auf diesem abgestützt. Auch ist es möglich, dass der Hafenmobilkran 1 auf Schienen verfahrbar oder stationär auf einem Schwimmponton befestigt wird. Auf dem Unterwagen 2 ist der Oberwagen 3 gelagert, der von einem Drehwerk d um eine vertikale Drehachse D und insbesondere relativ zu dem
Unterwagen 2 schwenkbar ist. Das Drehwerk d weist üblicher Weise einen Drehkranz im Eingriff mit einem Antriebszahnrad auf. Der Oberwagen 3 trägt auch ein Hubwerk h und im rückwärtigen Bereich ein Gegengewicht 9. Auch ist auf dem Oberwagen 3 der sich in Vertikalrichtung erstreckende Turm 4 abgestützt, an dessen Spitze ein Rollenkopf 10 mit Seilscheiben befestigt ist. Des Weiteren ist an dem Turm 4, etwa im Bereich seiner halben Länge und auf der dem Gegengewicht 9 abgewandten Seite, der Ausleger 5 angelenkt. Der Ausleger 5 ist um eine horizontale Wippachse W schwenkbar mit dem Turm 4 verbunden und zusätzlich über ein an dem Ausleger 5 und unten an dem Oberwagen 3 angelenktes Wippwerk w, das üblicher Weise als Hydraulikzylinder ausgebildet ist, aus seiner seitlich auskragenden Betriebsstellung in eine aufrechte Ruhestellung verschwenkbar. Außerdem ist der Ausleger 5 in üblicher Weise als Gittermast ausgebildet. An der dem Turm 4 abgewandten Spitze des Auslegers 5 sind weitere Seilscheiben drehbar gelagert, über die ausgehend von dem Hubwerk h Hubseile über den Rollenkopf 10 zu der anzuhebenden Last geführt sind.
Die Figur 2 zeigt eine leistungsbezogene Darstellung von Antriebsvarianten verschiedener Hafenkran-Modelle. Die wesentlichen Komponenten des
Primärantriebssystems 11 der jeweiligen Antriebsvariante sind hierbei anhand von Symbolen dargestellt. Die Antriebsvariante I entspricht der oben beschriebenen ersten Ausführungsform des Antriebssystems, deren Primärantriebssystem 11 nur zwei diesel-elektrische Antriebe 12 umfasst. Aufgrund der Tatsache, dass die diesel- elektrischen Antriebe 12 baugleich ausgeführt sind, bringen diese jeweils die Hälfte der dargestellten Systemleistung auf. Die Antriebsvariante II entspricht der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform des Antriebssystems, deren
Primärantriebssystem 1 1 zwei baugleiche diesel-elektrische Antriebe 12 und einen Energiespeicher 17 umfasst. Diese Antriebsvariante weist eine höhere Systemleistung als Antriebsvariante I auf und kann für Kran-Modelle mit höheren Leistungsanforderungen des Sekundärantriebssystems 14 verwendet werden. Die Antriebsvariante III entspricht der oben beschriebenen dritten Ausführungsform des Antriebssystems, deren Primärantriebssystem 1 1 zwei baugleiche diesel-elektrische Antriebe 12 und zwei, insbesondere baugleiche, Energiespeicher 17 umfasst. Diese Antriebsvariante weist eine höhere Systemleistung als die Antriebsvarianten I und II auf und kann damit für Kran-Modelle mit höheren Leistungsanforderungen des Sekundärantriebssystems 14 verwendet werden.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform des Antriebssystems für einen Hafenmobilkran 1 , bei der das Primärantriebssystem 11 nur zwei baugleiche diesel-elektrischen Antriebe 12 umfasst. Die zwei diesel- elektrischen Antriebe 12 umfassen im Wesentlichen jeweils einen Dieselmotor und einen Generator zum Umwandeln der vom Dieselmotor erzeugten mechanischen Energie in elektrische Energie. Die zwei diesel-elektrischen Antriebe 12 werden zur Versorgung des Sekundärantriebssystems 14 mit elektrischer Energie verwendet. Das Sekundärantriebssystem 14 umfasst die für die Kranfunktionen erforderlichen Antriebe, insbesondere die Antriebe des Fahrwerks 6, der Abstützvorrichtung 8, des Drehwerks d, des Wippwerks w und des Hubwerks h. Die Antriebe des
Sekundärantriebssystems 14 können insbesondere mindestens einen Elektromotor und/oder mindestens eine Hydraulikpumpe aufweisen. Das Primärantriebssystem 11 ist mit dem Sekundärantriebssystem 14 über elektrische Verbindungen 15 und ein Steuer- und Regelungssystem 13 verbunden. Mittels der elektrischen Verbindungen 15 werden Stromflüsse zwischen den vorgenannten Systemen 1 1 , 13, 14 ermöglicht. Das Steuer- und Regelungssystem 13 steuert und regelt die über die elektrischen Verbindungen 15 erfolgenden Stromflüsse. Diese sind eine Folge der vom Steuer- und Regelungssystem 13 über die Signalverbindungen 16 versendeten Signale an das Primärantriebssystem 1 1 und das Sekundärantriebssystem 14. Die Richtung der Stromflüsse ist durch die Pfeildarstellung an den elektrischen Verbindungen 15 angedeutet.
Die Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung der zweiten Ausführungsform des Antriebssystems für einen Hafenmobilkran 1 , bei der das Primärantriebssystem 11 nur zwei baugleiche diesel-elektrische Antriebe 12 sowie zusätzlich einen
Energiespeicher 17, vorzugsweise eine Batterie oder einen Kondensator, umfasst. Durch den Energiespeicher 17 können Leistungsmaxima, wie beispielsweise beim Anheben einer Last mittels des Hubwerks h, anstatt vollständig durch die
Dieselmotoren der diesel-elektrischen Antriebe 12 anteilig durch den Energiespeicher 17 abgedeckt werden. Dies ermöglicht eine Lastpunktverschiebung, in deren Folge der Dieselmotor des jeweiligen diesel-elektrischen Antriebs 12 konstanter in einem mittleren Drehzahlbereich betrieben werden kann. Eine standardmäßige Ladung des Energiespeichers 17 erfolgt durch überschüssige Energie aus einem oder beiden der diesel-elektrischen Antriebe 12. Der Energiespeicher 17 ermöglicht außerdem die Speicherung von Energie in Folge einer Rückspeisung aus dem
Sekundärantriebssystem 14, insbesondere bei einem generatorischen Betrieb eines Antriebs, beispielsweise des Antrieb des Hubwerks h beim Senken einer Last.
Aufgrund der Möglichkeit der Rückspeisung sind bei dieser Ausführungsform auch Stromflüsse über die elektrischen Verbindungen 15 zwischen dem
Primärantriebssystem 11 und dem Sekundärantriebssystem 14, insbesondere über das Steuer- und Regelungssystem 13, in beide Richtungen möglich. Der
Energiespeicher 17 wird also neben der Ladung durch die diesel-elektrischen
Antriebe 12 mit der Rückspeisungsenergie geladen und kann die Energie bei Bedarf wieder an das Sekundärantriebssystem 14 abgeben. In der Folge ist es möglich, den Primärenergiebedarf zu senken und generell den jeweiligen Dieselmotor der diesel- elektrischen Antriebe 12 kleiner zu dimensionieren. Der Energiespeicher 17 und jeder der diesel-elektrischen Antriebe 12 weist Abmessungen auf, die einen gegenseitigen Austausch ermöglichen. Im Übrigen gelten die Ausführungen zu Figur 3 analog auch für die in Figur 4 gezeigte Ausführungsform.
Die Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung der dritten Ausführungsform des Antriebssystems für einen Hafenmobilkran 1 , bei der das Primärantriebssystem 11 nur zwei baugleiche diesel-elektrische Antriebe 12 sowie zwei Energiespeicher 17 umfasst. Die Energiespeicher 17 sind vorzugsweise ebenfalls baugleich und entweder jeweils als Batterie oder als Kondensator ausgebildet. Denkbar ist jedoch auch die Verwendung einer Batterie und eines Kondensators. Im Übrigen gelten die vorherigen Ausführungen analog auch für die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform.
Die Figur 6 zeigt einen durchschnittlichen Leistungsbedarf eines Hafenmobilkrans 1 mit einem Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform, das heißt mit zwei baugleichen diesel-elektrischen Antrieben 12, bei überlagerten Funktionen, beispielsweise Heben des Hubwerks h und Wippen des Wippwerks w, ohne
Kombination mit einem Energiespeicher 17. Dazu befindet sich jeder diesel- elektrische Antrieb 12 bei Leerlauf zunächst in einem niedrigen Leistungsbereich. Zu Beginn des Hub- und Wippvorgangs steigt der Leistungsbedarf stark an, da die Last angehoben und der Ausleger 5 eingewippt wird, um eine Verkürzung des Radius zu erreichen. Wippt der Ausleger 5 aus, sinkt der Leistungsbedarf etwas und hält sich auf einem hohen Leistungsniveau, da die Last noch immer gehoben wird. Sobald der Hubvorgang ebenfalls beendet ist, fällt der Leistungsbedarf wieder ab und die diesel- elektrischen Antriebe 12 befinden sich wieder im Leerlauf in einem niedrigen
Leistungsbereich.
Die Figur 7 zeigt eine durchschnittliche Leistungsbereitstellung für einen
Hafenmobilkran 1 mit einem Antriebssystem gemäß der zweiten oder dritten
Ausführungsform bei überlagerten Funktionen, beispielsweise Heben des Hubwerks h und Wippen des Wippwerks w. Es sind also zusätzlich zu den zwei diesel-elektrischen Antrieben 12 einer oder zwei Energiespeicher 17 vorgesehen. Die Leistungskurve verläuft ähnlich wie in Figur 6, jedoch wird die Energie nicht mehr alleine durch die beiden diesel-elektrischen Antriebe 12 aufgebracht. Das Leistungsmaximum zu Beginn des Hubvorgangs wird stattdessen durch den oder die Energiespeicher 17 abgedeckt und nicht mehr allein durch die diesel-elektrischen Antriebe 12, weshalb diese im sonstigen Leerlaufbetrieb eine höhere Leistung aufbringen müssen, um den oder die Energiespeicher 17 zu laden. Diese Ausführungsformen haben den Vorteil, dass die diesel-elektrischen Antriebe 12 nicht mehr auf das Leistungsmaximum ausgelegt werden müssen. Stattdessen werden die diesel-elektrischen Antriebe 12 im Leerlaufbetrieb besser ausgenutzt, um den oder die Energiespeicher 17 zu laden.
Bezugszeichenliste
1 Hafenmobilkran
2 Unterwagen
3 Oberwagen
4 Turm
5 Ausleger
6 Fahrwerk
7 Kai
8 Abstützvorrichtung
9 Gegengewicht
10 Rollenkopf
1 1 Primärantriebssystem
12 diesel-elektrischer Antrieb 13 Steuer- und Regelungssystem
14 Sekundärantriebssystem
15 elektrische Verbindung
16 Signalverbindung
17 Energiespeicher
d Drehwerk
D Drehachse
w Wippwerk
W Wippachse
h Hubwerk

Claims

Patentansprüche
1. Antriebssystem für einen Hafenkran, das ein Primärantriebssystem (11 ) und ein hiervon mit elektrischer Energie versorgtes Sekundärantriebssystem (14) aufweist, wobei das Primärantriebssystem (11 ) zwei diesel-elektrische Antriebe (12) umfasst, die baugleich ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das
Primärantriebssystem (1 1 ) mindestens einen Energiespeicher (17) umfasst, insbesondere um durch Abdeckung von Leistungsmaxima die diesel-elektrischen Antriebe (12) entsprechend kleiner dimensionieren zu können.
2. Antriebssystem für einen Hafenkran nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Primärantriebssystem (11 ) mindestens zwei Energiespeicher (17) umfasst, die vorzugsweise baugleich ausgeführt sind.
3. Antriebssystem für einen Hafenkran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der mindestens eine Energiespeicher (17) und jeder der diesel- elektrischen Antriebe (12) Abmessungen aufweist, die einen gegenseitigen Austausch ermöglichen.
4. Antriebssystem für einen Hafenkran nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem ein Steuer- und Regelungssystem (13) umfasst, das auf Grundlage der vom Sekundärantriebssystem (14) benötigten Energie die Versorgung durch das Primärantriebssystem (1 1 ) steuert und regelt.
5. Antriebssystem für einen Hafenkran nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärantriebssystem (11 ) so dimensioniert ist, dass die vom Sekundärantriebssystem (14) benötigte Energie bereitgestellt werden kann, jedoch kein Leistungsüberschuss vorliegt.
6. Hafenkran, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Antriebssystem gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche aufweist.
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