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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kran, insbesondere Offshore-Kran,
mit einer Hubseilwinde, einem hydraulischen Hubwindenantrieb sowie
einer mit dem Hubwindenantrieb verbundenen Überlastsicherung, die bei Erreichen
einer vorbestimmten Grenzlast ein Abziehen des Hubseils von der
Hubseilwinde unter einer vorbestimmten variablen, von der Ausladung
und/oder der zulässigen
Traglast des Krans abhängigen
Rückstellkraft
erlaubt.
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Krane
besitzen üblicherweise
eine Überlastsicherung
mit einer Steuereinrichtung, die verhindert, dass der Kran in den Überlastbereich
hineingefahren wird. Dabei wird mittels einer Lasterfassungseinrichtung
die auf den Kran wirkende Last erfasst und mit einer Grenzlast verglichen.
Sobald eine zu große Last
gehoben werden soll oder mit einer angehobenen Last die Ausladung
beispielsweise durch Niederwippen des Kranauslegers soweit vergrößert werden soll,
dass die Grenzlast erreicht werden würde, greift die Steuerungseinrichtung
des Kranes ein und setzt die Kranantriebe außer Betrieb bzw. erlaubt nur
noch eine Betätigung
dahingehend, dass die auf den Kran wirkende Last verkleinert wird.
Die Grenzlast kann dabei in Form einer an sich üblichen Grenzlastkurve in Abhängigkeit
der Kranausladung für
diver se Rüstzustände abgespeichert
sein. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die Grenzlast als Grenzmoment
zu definieren und das jeweils auf den Kran wirkende Lastmoment aus
der jeweiligen Ausladung und der Hubseilkraft stets aktuell zu berechnen.
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Diese
Art der Überlastsicherung
ist jedoch nicht für
sämtliche
möglichen
Lastfälle
ausreichend. Insbesondere bei Offshore-Kranen können Lastfälle auftreten, bei denen das
bloße
Abschalten der Kranantriebe zu einer Zerstörung des Kranes führen würde. Besonders
gefährlich
ist hier das Be- und Entladen eines Schiffes, das nicht bei ruhigem
Wasser im Hafen, sondern bei höherem
Seegang durchgeführt wird.
Wird der Lasthaken eines auf einer Offshore-Plattform stehenden
Krans an einer zu schweren Last eingehängt, die auf einem Schiff liegt, kommt
es zu einer Überbelastung
des Krans, wenn sich das Schiff in ein Wellental absenkt. Noch gefährlicher
ist der Fall, wenn sich der Lasthaken des Krans an einem schiffskörperfesten
Bauteil verfängt
und sich das Schiff dann in ein größeres Wellental absenkt bzw.
wegbewegt. Die auftretenden Lasten würden zu einer Zerstörung des
Krans führen,
wenn die Überlastsicherung
lediglich die Stellantriebe des Krans außer Betrieb setzt. Um eine
Zerstörung
des Krans in solchen Fällen
zu verhindern, muss das Hubseil nachgelassen werden.
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Es
wurde bereits vorgeschlagen, in solchen Fällen, in denen durch ein Wegziehen
des Lasthakens die Grenzlast des Krans erreicht wird, mit der Steuereinrichtung
des Krans den Hubwindenantrieb zu betätigen, so dass die Hubwinde
das Hubseil abspult. Die begrenzte Geschwindigkeit der bis dato verwendeten
Hubwindenantriebe schränkt
diese Form der Überlastsicherung
jedoch auf moderate Wellenbedingungen ein. Bei sehr rauher See mit
hohen Wellen können Überlastfälle eintreten,
in denen das zu be- oder entladende Schiff sich so schnell in ein
Wellental absenkt, dass über
der Schadenslast des Krans liegende Lastspitzen erreicht werden.
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Es
wurde weiterhin bereits vorgeschlagen, zwischen der Hubseilwinde
und dem Hubseilwindenantriebsmotor eine Kupplung vorzusehen und
die Hubwinde bei Überschreiten
der Grenzlast des Krans auszukuppeln, um das Hubseil mit hoher Geschwindigkeit
nachlassen zu können.
Dabei kann mit einer Hubseilbremse die Rückhaltekraft der Hubseilwinde gesteuert
werden, so dass bei ausgekuppelter Kupplung eine Hubseilkraft aufrechterhalten
ist, die der Grenzlast des Kranes entspricht (vgl.
DE 202 19 282 U1 ). Diese
Lösung
mit Auskuppeln der Hubseilwinde und damit Trennen des mechanischen
Antriebsstranges zwischen Hubwindenantrieb und Hubwinde stößt jedoch
gelegentlich auf Sicherheitsbedenken. Zudem machen die einzubauende
Kupplung, Bremse und deren Ansteuerung in Abhängigkeit von diversen Last-
und Positionssensoren das Hubwerk und dessen Überlastsicherung relativ komplex.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten
Kran der genannten Art zu schaffen, der Nachteile des Standes der
Technik vermeidet und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbildet.
Vorzugsweise soll eine rasch ansprechende Überlastsicherung geschaffen
werden, die ohne Trennung des mechanischen Antriebsstranges zwischen
Hubseilwinde und Hubseilwindenantrieb ein Ausziehen des Hubseils
mit einer variablen, an die jeweils geltende zulässige Traglast anpassbare Rückhaltekraft
erlaubt.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch einen Kran gemäß Anspruch
1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Es
wird also auf ein Auskuppeln des Hubwindenantriebs und damit eine
mechanische Trennung des Antriebsstrangs zwischen Hubseilwinde und Hubwindenantrieb
verzichtet und stattdessen die in Abhängigkeit von der Ausladung
und/oder der jeweils zulässigen
Traglast des Kranes variierende Rückhaltekraft von dem Hubseilwindenantriebsmotor
aufgebracht. Erfindungsgemäß besitzt
die Überlastsicherung
ein dem Hubwindenantriebsmotor zugeordnetes steuerbares Druckentlastungsventil,
das von einer Steuereinrichtung derart angesteuert wird, dass der
am Hubwindenantriebsmotor im Überlastfall
anliegende Druck entsprechend der gewünschten Rückhaltekraft in Abhängigkeit
der Ausladung und/oder der jeweils zulässigen Traglast des Krans variiert.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die Rückhaltekraft
direkt proportional zu dem Druck im Hubwindenantrieb ist, so dass
eine hydraulische Steuerung des Abziehens des Hubseils durch Steuerung
des am Hubwindenantriebsmotor anliegenden Drucks erfolgen kann.
Insbesondere arbeitet dabei das Druckentlastungsventil sozusagen als
Ablassventil auf der Heben-Seite des Hubwindenantriebsmotors, so
dass Hydraulikfluid auf der Heben-Seite des Hubwindenantriebsmotors unter
vorgebbarem – und
in der gewünschten
Weise entsprechend der für
die jeweilige Krankonfiguration und -stellung geltenden maximal
zulässigen
Traglast variierenden – Druck
abgelassen wird und damit die Winde unter entsprechendem Widerstand
abspulbar ist.
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In
Weiterbildung der Erfindung wird das Öffnen des Druckentlastungsventils
hydraulisch über
einen auf das Druckentlastungsventil geschalteten Pilotdruck gesteuert.
Die das Druckentlastungsventil steuernde Steuereinrichtung kann
hierzu ein Proportional-Druckbegrenzungsventil aufweisen, dessen Ausgangsdruck
als Steuerdruck auf das Druckentlastungsventil geschaltet ist.
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Das
genannte Proportionalventil selbst kann verschieden angesteuert
werden. Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann die Überlastsicherung
eine Ausladungs-Erfassungseinrichtung aufweisen, mithilfe derer
die Ausladung des Kranes, also der Hebelarm des Lasthakens bezüglich des Kranaufstandspunktes,
erfasst wird. In Abhängigkeit der
jeweils erfassten Ausladung steuert die Steuereinrichtung sodann
das Proportionalventil an, so dass sich der gewünschte Steuerdruck für das Druckentlastungsventil
und damit der gewünschte
Entlastungsdruck auf der Heben-Seite des Hubwindenantriebsmotors
einstellt.
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In
Weiterbildung der Erfindung kann die Stellung des Proportional-Druckbegrenzungsventils
auch durch einen geeigneten Regler geregelt werden. Die Überlastsicherung
kann eine Entlastungsdruck-Erfassungseinrichtung umfassen, mithilfe
derer der sich ausgangsseitig des Proportionalventils einstellende
Steuerdruck und/oder der Entlastungsdruck unmittelbar auf der Heben-Seite
des Hubwindenantriebsmotors erfasst wird. In Abhängigkeit des jeweils erfassten
und des jeweils gewünschten
Entlastungsdruckes wird die Stellung des Proportionalventils entsprechend
eingeregelt.
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Das
Druckbegrenzungsventil kann grundsätzlich verschieden ausgebildet
und verschieden angeordnet sein. Grundsätzlich kann vorgesehen sein,
dass die Ablassseite des Druckbegrenzungsventils mit einem Tank
des Systems verbunden ist, so dass von der Heben-Seite des Hubwindenantriebs abgelassenes
Druckfluid in den Tank des Systems rückgeführt wird. Nach einer vorteilhaften
Ausführung
der Erfindung jedoch ist das Druckbegrenzungsventil zwischen der
Heben-Seite und der Senken-Seite des Hubwindenantriebsmotors angeordnet.
Im geöffneten
Zustand schließt
das Druckbegrenzungsventil die Heben-Seite und die Senken-Seite
des Hubwindenantriebsmotors kurz, so dass beim Abziehen des Hubseiles
unter der gewünschten
Rückhaltekraft
auf der Heben-Seite der Hubwinde abgelassenes Drucköl auf der
Senken-Seite der Hubwinde wieder eingespeist wird.
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Das
Druckbegrenzungsventil kann selbst verschiedene Ausbildungen besitzen.
Nach einer vorteilhaften Ausführung
der Erfindung kann es als Ventilpatrone bzw. sogenanntes Cartridge-Druckventil
ausgebildet sein und/oder einen konischen Ventilsitz besitzen.
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Ferner
kann die Überlastsicherung
des Krans in Weiterbildung der Erfindung ein Schaltventil umfassen,
das im energiebeaufschlagten Zustand die Überlastsicherungsfunktion aktiviert,
im nicht-energiebeaufschlagten Zustand jedoch das Druckentlastungsventil
sperrt. Dem Schaltventil kann eine Wegerfassungseinrichtung, insbesondere
ein Stellungserfassungsschalter, zugeordnet sein, der die Schaltstellung
des Schaltventils überwacht
und somit eine Fehlerdetektion ermöglicht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
und zugehöriger
Zeichnungen näher
erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines auf einer Offshore-Plattform
installierten Offshore-Kranes, der ein Containerschiff bei Seegang entlädt, mit einer Überlastsicherung
nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, und
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2:
eine schematische Darstellung der Schaltung der hydraulischen Komponenten
der Überlastsicherung
des Krans aus 1.
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Der
in 1 gezeichnete Kran ist mittels eines Drehwerks
um eine vertikale Achse drehbar auf einer Offshore-Plattform 2 gelagert.
Er besitzt einen um eine horizontale Wippachse 3 wippbaren
Ausleger 4, über
dessen Spitze ein Hubseil 5 abläuft, das einen Lasthaken 6 trägt. Das
Hubseil 5 kann mittels einer Hubwinde 7 abgelassen
und eingeholt werden, die fest auf dem drehbaren Stahlbaukorpus
des Krans gelagert ist. Wie 2 zeigt,
wird die Hubseilwinde 7 von einem Hubwindenantrieb 8 umfassend einen
hydraulischen Hubwindenantriebsmotor 9 angetrieben, der
von einer Steuereinrichtung 10 des Krans 1 angesteuert
wird.
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Wie 1 zeigt,
ist die Steuereinrichtung 10 mit einer Lasterfassungseinrichtung 11 sowie
einer Lasthaken-Positionserfassungseinrichtung 12 verbunden,
die einerseits die jeweils auf den Kran 1 wirkende Last
sowie andererseits die jeweilige Position des Lasthakens 6 erfassen.
Die Lasterfassungseinrichtung 11 umfasst in der gezeichneten
Ausführung einen
Hubseilkraftsensor 13, der die in dem Hubseil 5 wirkende
Kraft erfasst, sowie einen Ausladungssensor 14, der die
Ausladung des Krans 1, d.h. den horizontalen Abstand des
von der Spitze des Auslegers 4 ablaufenden Hubseils 5 von
der vertikalen Drehachse des Krans 1 erfasst.
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Die
Lasthakenpositionserfassungseinrichtung 12 umfasst ebenfalls
mehrere Sensoren, in der gezeichneten Ausführung einen Wippwinkelsensor 15,
der den jeweiligen Wippwinkel des Auslegers 4 erfasst,
weiterhin einen Drehwinkelsensor 16, der den Drehwinkel
des Krans bezüglich
seiner vertikalen Drehachse erfasst, und schließlich einen Hubseillängensensor 17,
der die Länge
des von der Winde abgespulten Hubseils erfasst und als Drehstellungssensor
ausgebildet sein kann, der die Drehstellung der Hubseilwinde 7 erfasst.
Sämtliche
Sensoren sind mit der Steuereinrichtung 10 verbunden, die
aus den verschiedenen Signalen einerseits die aktu elle auf den Kran
wirkende Last sowie andererseits die jeweils aktuelle Position des
Lasthakens 6 bestimmt.
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Während des
normalen Betriebs überwacht die
Kransteuerung in an sich bekannter Weise die jeweils auf den Kran
wirkende Last und sorgt dafür, dass
die tatsächliche
Last nicht über
die zugelassene Grenzlast steigt. Wird beispielsweise eine Last
gehoben und durch Niederwippen des Auslegers 4 die Ausladung
vergrößert, so
dass eine niedrigere zugelassene Grenzlast anzusetzen ist, verhindert
die Steuereinrichtung 10 ein weiteres Niederwippen des Auslegers 4 und
stellt das Wippwerk des Krans vorher ab.
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Darüber hinaus
umfasst der Kran jedoch eine besondere Überlastsicherung 18 für spezielle Lastfälle, in
denen die zugelassene Grenzlast des Krans doch erreicht wird: Verfängt sich
beispielsweise der Lasthaken 6 des Krans 1 an
einem festen Bauteil eines in der Dünung auf- und abgehenden Schiffes 19 (vgl. 1),
reicht ein Abschalten der Kranantriebe nicht aus, um die Last unter
der zugelassenen Grenzlast zu halten.
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Erreicht
die auf den Kran einwirkende tatsächliche Last in einem solchen
Fall die zugelassene Grenzlast oder übersteigt sie diese gar, dann
erlaubt die in 2 gezeigte Überlastsicherung 18 ein
Abziehen des Hubseils 5 unter einer vordefinierten Rückhaltekraft,
die variabel an die jeweilige Krankonfiguration und -ausladung angepasst
wird, insbesondere auf die zugelassene Grenzlast gesetzt wird.
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Wie 2 zeigt,
ist die Heben-Seite des hydraulischen Hubwindenantriebsmotors 9 mit
einem Druckentlastungsventil 20 beschaltet, das in der
gezeichneten Ausführungsform
ein sogenanntes Cartridge-Druckventil mit einer konischen Ventilsitzfläche ist
und mit seinem Ausgang mit der Senken-Seite des Hubwindenantriebsmotors 9 verbunden
ist. Im geöffneten
Zustand des Druckentlastungsventils 20 ist hierdurch die
Heben-Seite des Hubwindenantriebsmotors 9 mit dessen Senken-Seite kurzgeschlossen, so
dass Drucköl
von der Heben-Seite auf die Senken-Seite strömen und hierdurch die Hubwinde 7 unter
einem vorbestimmten Widerstand abgespult werden kann. Die auf das
Hubseil 5 wirkende Rückhaltekraft
ist dabei direkt proportional zu dem von dem Druckentlastungsventil 20 bestimmten
Systemdruck, der auf der Heben-Seite des Hubwindenantriebsmotors 9 anliegt.
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Das Öffnen des
Druckentlastungsventils 20 und damit der auf der Heben-Seite
des Hubwindenantriebsmotors 9 anliegende Entlastungsdruck
wird hydraulisch gesteuert. Über
ein Proportional-Druckbegrenzungsventil 21 wird ein variabler
Steuerdruck erzeugt, der auf das Druckentlastungsventil 20 geschaltet
ist. Das Proportionalventil 21 wird dabei von der Steuereinrichtung 20 insbesondere
in Abhängigkeit
der vom Ausladungssensor 14 erfassten Ausladung des Krans
angesteuert, so dass das Öffnen
des Druckentlastungsventils 20, damit der an der Heben-Seite
des Hubwindenantriebsmotors 9 anliegende Entlastungsdruck
und damit die im Hubseil 5 erzeugte Rückhaltekraft in Abhängigkeit
der Kranausladung und damit der jeweils zugelassenen Grenzlast bestimmt
wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung kann das Proportionalventil 21 auch
durch einen Regler geregelt werden. Insbesondere wird dabei das
Proportionalventil 21 derart automatisch geregelt, dass
die vom Hubseilkraftsensor 13 gemessene Rückhaltekraft
der jeweils zugelassenen Traglast entspricht.
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Zusätzlich zeigt 2 ein
Schaltventil 22, das in der Steuerdruckleitung zwischen
dem Proportionalventil 21 und dem Druckentlastungsventil 20 vorgesehen
ist. Dieses Schaltventil 22 ist derart ausgebildet, dass
es energiebeaufschlagt werden muss, um das System zu aktivieren.
Wie 2 zeigt, ist dabei dem Schaltventil 22 ein
Stellungssensor bzw. -schalter 23 zugeordnet, der die Stellung
des Schaltventils 22 angibt und vom System überwacht
wird, so dass eine Fehlerüberwachung
ermöglicht
ist.
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Die Überlastsicherung 18 kann
beispielsweise dann deaktiviert sein, wenn sich der Lasthaken 6 oberhalb
der Plattform 2 befindet. Andererseits kann die Überlastsicherung 18 dann
aktiviert werden und hierdurch das Abziehen des Seiles unter der
vordefinierten Rückhaltekraft
erlaubt werden, wenn sich der Lasthaken 6 unterhalb der
Ebene der Plattform 2 in einer Stellung befindet, in der
er sich an einem Schiff 19 oder dergleichen verhaken könnte.