DE3516289A1

DE3516289A1 - Seegangsfolgeeinrichtung

Info

Publication number: DE3516289A1
Application number: DE19853516289
Authority: DE
Inventors: Heinrich Prof. Dr.-Ing. 2000 Hamburg Nikolaus
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1985-05-07
Filing date: 1985-05-07
Publication date: 1986-11-13
Also published as: NO861775L; GB2175270A; GB2175270B; DE3516289C2; GB8610741D0; NO164767C; NO164767B

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Seegangsfolgeeinrichtung. Dieser Begriff ist bei Winden zum Aufnehmen und Absetzen von schwimmenden Lasten, also von Lasten bekannt, die von einem Schiff auf eine Bohrinsel gehievt oder auf das Schiff abgesetzt werden sollen. Solche Lasten müssen bei hohem Seegang, insbesondere bei Wellenhöhen von beispielsweise bis zu 6 m und Wellenperioden von 7 Sekunden aufgenommen werde. Dabei muß die Drehung der Trommel in beiden Drehrichtungen so gesteuert werden, daß das Seil straff gehalten wird, um Stöße beim Aufnehmen und Absetzen der Last auf dem Schwimmkörper zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Seegangsfolgeeinrichtung so auszubilden, daß die dem Wasser bei Seegang innewohnende Energie ausgenützt und in hydraulische Energie verwandelt wird, die entweder einem Drucknetz zuführbar ist und/oder zum Antrieb eines Windenmotors dienen kann.

Die genannte Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Von dem im Seegang mitgenommenen Schwimmkörper wird das Seil in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt. Die Seilbewegung wird auf die Antriebseinrichtung übertragen, die somit in der Lage ist, die von dem Seil ausgeübte Kraft auszunützen und dabei Arbeitsflüssigkeit in ein hydraulisches Drucknetz zu pumpen bzw. aus diesem zu entnehmen. Zum Anheben der Last muß in dem durch die Wasserbewegung vorgegebenen Bewegungstakt des Schwimmkörpers der Antriebseinrichtung Energie zugeführt werden, bzw. zum Senken der Last Energie entzogen werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Antriebseinrichtung entweder ein doppelt wirkender hydraulischer Zylinder oder eine hydrostatische Ma-

schine sein, die mit einem endlosen Seil verbunden ist, das in beiden Antriebsrichtungen Kraft überträgt.

Mit der erfindungsgemäßen Seegangsfolgeeinrichtung ist es somit in einfacher Weise möglich, beispielsweise für eine Bohrinsel die für die hydraulischen Antriebe erforderliche Energie aus dem Seegang zu erzeugen.

Die vorgenannte Aufgabe ist darüber hinaus auch durch die in den Patentasprüchen 6 und 12 angeführten Merkmale gelöst. Dabei handelt es sich um eine Seegangsfolgeeinrichtung für eine Winde, deren Trommel in beiden Drehrichtungen angetrieben werden muß, damit die Last dem Seegang folgen kann. Um Stöße zu vermeiden, muß das Seil stets straff gehalten werden. Eine solche Einrichtung läßt sich erfindungsgemäß mit sehr einfachen Mitteln verwirklichen, wenn der Schwimmkörper, von dem die Last aufgenommen wird, mit dem Seil verbunden wird. Durch das Seil und die Antriebseinrichtung läßt sich die Windentrommel synchron mit dem Heben und Senken des Schwimmkörpers im Seegang mit der richtigen Dreh- und Kraftrichtung antreiben, wobei die hierfür erforderliche Energie aus der Wasserenergie stammt und die Synchronisierung der Bewegung zwischen Last und Schwimmkörper selbsttätig erfolgt. Grundsätzlich muß nur zum Hieven bzw. Fieren der Last Antriebsenergie von außen zugeführt werden.

Bei bekannten Seegangsfolgeeinrichtungen ist die Antriebsleistung der Windentrommel dann besonders groß, wenn die aufzunehmende Last am Haken hängt und vom Schiff abgehoben worden ist. In diesem Fall darf beim Hochsteigen einer Welle die Last nicht mehr von dem sich hebenden Schiff eingeholt werden. Es muß also die Last mit sehr großer Geschwindigkeit und Beschleunigung vom Schiff weggezogen werden, wofür ein entsprechend groß dimensionierter Antrieb vorgesehen sein muß. Erfindungsgemäß kann die Leistung des Antriebsmotors viel geringer sein, weil die zum Heben der Last entsprechend dem Seegang erforderliche Energie von der Bewegung des Schwimmkörpers, z.B. eines Schiffes aufgebracht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Seegangsfolgeeinrichtung für eine Winde,

Fig. 2 eine Seegangsfolgeeinrichtung ähnlich Fig. 1 zur Energiegewinnung,

Fig. 3 eine Seegangsfolgeeinrichtung in abgeänderter Ausführungsform zur Energiegewinnung und zumAntrieb einer Winde,

Fig. 4 eine abgeänderte Ausführung der Drehzahlregelung der in Fig. 3 dargestellten Maschine,

Fig. 5 und 6 weitere Ausführungsformen mit einseitig wirkendem Zylinder.

In Fig. 1 sind an einem stationären senkrechten Träger, der Bestandteil einer verankerten Bohrinsel oder einer Mole sein kann, im Abstand voneinander zwei Umlenkrollen 11 und 12 drehbar angeordnet, um die ein Seil 15 geschlungen ist, dessen Enden an der Kolbenstange 16 eines doppelt wirkenden hydraulischen Zylinders 20 befestigt sind.

Der Zylinder 20 sowie die zu ihm gehörenden Einrichtungen sind ebenfalls ortsfest auf der Bohrinsel angeordnet. Die beiderseitigen Zylinderräume 17, 17' des Zylmders 20 sind über Schaltventile 18,18' und Leitungen 19, 19' mit zwei zueinander parallel liegenden hydrostatischen Maschinen 22 und 24 verbunden, von denen die Maschine 22 mit einer Windentrommel 25 und von denen die Maschine 24 mit einem Antrieb 26 wie einem Elektromotor gekuppelt ist. Mit 27 ist eine Bremse für die Windentrommel 25 bezeichnet. Ferner sind beide Zylinderräume 17,17' über ein Ventil 28 miteinander verbindbar.

Ein Schiff 30 ist bei 31 lösbar mit dem Seil 15 verbunden. Das Schiff wird von den Wellen, die bei 32 angedeutet sind, aufwärts und abwärts getragen. Sinkt das Schiff in ein Wellental hinab, so wird die Kolbenstange 16 nach unten gezogen und Druckflüssigkeit zur Maschine 22 gefördert. Da die Maschine 24 ein verstellbares Verdrängungsvolumen hat und auf Null oder nahezu Nullförderung zurückgestellt sein kann, muß Druckflüssigkeit über die Leitung 19 von der Maschine 22, wobei diese als Pumpe arbeitet (Fieren), zum Zylinderraum 17 gepumpt werden. Die in dieser Phase als Pumpe arbeitende Maschine 22 entnimmt somit der am Windenseil hängenden Last 35 Energie, die dadurch in der beschriebenen Durchströmrichtung durch die Maschine 22 abgesenkt wird, so daß sie dem Seegang folgt.

Steigt das Schiff 30 auf einen Wellenberg hinauf, so wird über das Seil 15 die Kolbenstange 16 nach oben gezogen und der umgekehrte Vorgang setzt ein, wobei die als Hydromotor arbeitende Maschine 22 in umgekehrter Richtung von der aus dem Zylinderraum 17 verdrängten Flüssigkeit angetrieben wird und dabei die Last 35 anhebt.

Das Heben, wobei die Maschine 22 als Motor, und ■ Senken, wobei die Maschine 22 als Pumpe arbeitet, der Last erfolgt somit synchron mit dem Seegang, ohne daß von außen Energie zugeführt werden muß. Zum Hieven und Fieren der Last 35 dient die Maschine 24, die zum hydraulischen Antrieb der Maschine 22 dient. Hierzu genügt eine Antriebsleistung von beispielsweise 1 MW für die Maschine 24. Wenn von dieser wie bei konventionellen Antrieben auch die Energie aufgebracht werden müßte, die erforderlich ist, die Last 35 so schnell zu hieven und fieren, daß sie von dem im ansteigenden Wellenberg emportauchenden Schiff nicht eingeholt werden kann, müßte die Leistung der Maschine 24 beispielsweise insgesamt 2,5 MW betragen. Die Differenz von 1,5 MW wird erfindungsgemäß von dem Zylinder 20 geliefert. Die Maschine 22 ist damit auf eine Gesamtleistung von 2,5 MW auszulegen.

Zur Abschaltung der Seegangsfolgeeeinrichtung dienen die Ventile 18 und 18'. In diesem Fall werden die Zylinderräume 17 und 17' über das Ventil 28 miteinander verbunden.
In Fig. 2 ist ebenfalls der hydraulische Zyliner 20 dargestellt, dessen Kolbenstange 16 entsprechend der Darstellung in Fig. 1 von dem Seil 15 angetrieben ist. Die Zylinderräume 17 und 17' sind über Leitungen 36 und 36' an eine hydraulische Druckleitung 38 und einen hydraulischen Speicher 39 angeschlossen.

Wird das Seil 15 von einem Schifff oder einem nicht dargestellten anderen Schwimmkörper angetrieben, so wird die jeweils aus einem der Kolbenräume 17, 17' verdrängte Arbeitsflüssigkeit in die Druckleitung 38 und in den Speicher 39 über entsprechende Schaltventile 40, 40' gepumpt. Dabei kann jeweils über ein Rückschlagventil 41 bzw. 4Γ Flüssigkeit aus einem Tank 7¹ nachgesaugt werden.

Die Energierückgewinnung aus dem Wellengang ist beträchtlich, wenn man davon ausgeht, daß bei einem Gewicht des Schwimmkörpers von einer Tonne, bei einem Wellengang von 1 Meter Höhe und einer Wellehfolge von 10 Sekunden eine Leistung von 1 kW erzeugt werden kann. Mit einer eingangs genannten Wellenhö-

. ■ 5

he von 6 Metern und einer Wellenfolge von 7 Sekunden Einrichtung nur Leistung aufgebracht werden, wenn der läßt sich mit einem Gewicht von 100 Tonnen eine An- Schwimmkörper hochsteigt und dabei die Kolbenstange triebsleistung von rund 800 kW erzeugen. 71 hochzieht. Dabei wird die Last 35 entsprechend von

Mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Einrichtung der als Motor arbeitenden Maschine 22 angehoben, läßt sich auch wahlweise entweder Energie erzeugen 5 Sinkt der Schwimmkörper wieder zurück, so wird von oder die Winde antreiben. der Last die Maschine 22 in umgekehrter Richtung an-

Ein Ausführungsbeispiel, bei dem mit der Seegangs- getrieben.die somit als Pumpe arbeitet und den Kolben folgeeinrichtung sowohl die Windentrommel als auch des Zylinders zurückführt.

eine hydrostatische Maschine angetrieben wird, ist in Denkbar ist auch eine Anordnung mit einer Umlenk-

Fig. 3 dargestellt. Hierbei ist das Seil 15 um eine Rolle 10 rolle 75 und einseitig wirkendem Zylinder 70, wie in 44 reibschlüssig geschlungen, die beim Auf- und Abstei- Fig. 6 dargestellt ist. Anstelle des Zylinders kann das gen des bei 31 befestigten Schwimmkörpers in eine hin- Seil auch über eine Rolle entsprechend Fig. 3 mit einem und hergehende Drehung versetzt wird. Über eine Differential 48 verbunden sein. Kupplung 45 und eine Bremse 46 ist die Rolle 44 mit einem Ausgleichsgetriebe 48 verbunden, das andererseits über eine Bremse 49 mit der Windentrommel 50 verbunden ist. Das Differentialgetriebe 48 weist eine übliche Bauausführung auf, bei der das Ausgleichsrad . mit einer hydrostatischen Maschine 51 gekuppelt ist, die aus einem Tank T Flüssigkeit in eine hydraulische Druckleitung 52 und einen Speicher 53 pumpt.

Bei der hydrostatischen Maschine 51 handelt es sich vorzugsweise um eine sekundärgeregelte Maschine, deren Drehzahl über einen hydraulischen Tachogenerator 54 in einen in der Leitung 55 fließenden Steuerstrom gewandelt wird, dessen Ablauf zum Tank über eine einstellbare Drossel 56 veränderlich ist. Der Differenzstrom zwischen dem Steuerstrom und dem über die Drossel 56 abfließenden Strom wirkt als Stellsignal auf die Verstelleinrichtung 57 der Sekundärmaschine 51. Aufbau und Betriebsweise einer Sekundärmaschine sind bekannt (DE-OS 27 39 968). Mit der Sekundärmaschine kann in der Druckleitung 52 ein konstanter Druck erzeugt werden.

Die Drehzahlregelung kann gemäß Fig. 4 auch über einen elektrischen Tachogenerator 61, eine Regelelektronik 62, die auf ein Proportional- oder Servoventil 63 wirkt, realisiert werden.

Mit hin- und hergehendem Seil wird über das Ausgleichsgetriebe 48 die Seiltrommel 50 so bewegt, daß die Last 60 entsprechend dem Seegang gehoben und gesenkt wird. Soll die Last 60 zusätzlich gehievt werden, so wird die Maschine 51 aufgeschaltet, wobei diese aus dem Drucknetz Energie entnimmt und als Motor arbeitet, dessen Drehmoment über das Ausgleichsgetriebe 48 auf die Trommel 50 gelangt.

Zum Fieren der Last arbeitet die Maschine 51 als Pumpe und lädt dabei den Speicher 53 auf.

Wird die Bremse 49 eingerückt, so läßt sich die Einrichtung zur Energiegewinnung verwenden: Über das nunmehr verblockte Ausgleichsgetriebe 48 wird von der Rolle 44 die Maschine 51 angetrieben, die von dem Stellglied 57 bei Drehrichtungsumkehr der Rolle 44 jeweils über den Nullpunkt hinaus verschwenkt wird, so daß die Förderrichtung beibehalten wird und Flüssigkeit aus dem Tank in das Drucknetz gefördert wird. Zum Abschalten der Einrichtung dient hier die Kupplung 45.

Auch in dem geschilderten Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, die Maschine 51 mit einer Leistung von 1 MW auszulegen, wenn beispielsweise die an der Rolle 44 vom Seil erbrachte Leistung ± 1,5 MW ist.

In Fig. 5 ist ein einseitig wirkender Zylinder 70 unter Wasser angeordnet. Das obere Ende der Kolbenstange 71 ist über ein Seil 72 mit dem Schwimmkörper 30 verbunden. Man spart dabei die Endlos-Anordnung des Seils und die Seilrollen. Der Anschluß des Zylinderraums 74 an die Maschinen 22 und 24 erfolgt in der in Fig. 5 dargestellten Weise. In diesem Fall kann von der

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Claims

Patentansprüche

1. Seegangsfolgeeinrichtung, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Schwimmkörper (30) an einem im wesentlichen senkrecht geführten, Zugkraft übertragenden Element (15) befestigt ist, das mit einer hydraulischen Antriebseinrichtung antriebsmäßig verbunden ist, von der beim Antrieb durch das Element Arbeitsflüssigkeit in ein hydraulisches Drucknetz (38,52) gepumpt wird. ι ο

2. Seegangsfolgeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine doppelt wirkende Antriebseinrichtung mit einem um in einem Abstand angeordnete Umlenkrollen (11,12) geführten endlosen Seil verbunden ist.

3. Seegangsfolgeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung ein doppelt wirkender hydraulischer Zylinder (20) ist, dessen Zylinderräume über Schaltventile (40,40') mit dem hydraulischen Drucknetz (38) verbunden sind.

4. Seegangsfolgeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine hydrostatische Maschine (51) ist, deren Verstellglied über den Nullpunkt in beiden Richtungen umsteuerbar ist.

5. Seegangsfolgeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an das Drucknetz ein hydraulischer Speicher (39,53) angeschlossen ist.

6. Seegangsfolgeeinrichtung für eine Winde zum Aufnehmen und Absetzen von Lasten von bzw. auf einem Schwimmkörper, mit einer mit der Windentrommel gekuppelten hydrostatischen Maschine und mit einer Druckmittelquelle, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung ein hydraulischer Zylinder (70) ist, dessen kolbenstangenseitiger Zylinderraum (71) mit einer mit der Windentrommel (25) gekuppelten Maschine (22) und parallel mit einer mit einem Antrieb (26) gekuppelten hydrostatischen Maschine (24) verbunden ist.

7. Seegangsfolgeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung ein doppelt wirkender hydraulischer Zylinder (20) ist, dessen Zylinderräume (17,17') mit den Maschinen (22,24) verbunden sind.

8. Seegangsfolgeeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrängungsvolumen der mit dem Antrieb gekuppelten Maschi- ne (24) veränderbar ist.

9. Seegangsfolgeeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrängungsvolumen der mit der Windentrommel (25) gekuppelten Maschine (22) konstant ist.

10. Seegangsfolgeeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Maschinen und den Zylinderräumen Absperrventile (18,18') vorgesehen und die Zylinderräume über ein Ventil (28) miteinander verbindbar sind.

11. Seegangsfolgeeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderräume (17, 17') über Schaltventile (40,40') mit einem hydraulischen Drucknetz (38) und einem Speicher (39) verbunden sind.

12. Seegangsfolgeeinrichtung für eine Winde zum Aufnehmen und Absetzen von Lasten von bzw. auf einem Schwimmkörper, mit einer mit der Windentrommel gekuppelten hydrostatischen Maschine mit einer Druckmittelquelle, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine hydrostatische Maschine (51) ist, deren Verstellglied (57) über den Nullpunkt in beiden Richtungen umsteuerbar ist und daß die Maschine mit einem Ausgleichsgetriebe (48) gekuppelt ist, das einerseits mit der Windentrommel (50) und andererseits mit einer von dem Seil angetriebenen Rolle (44) gekuppelt ist.

13. Seegangsfolgeeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine (51) eine sekundärgeregelte Maschine ist, die an ein Drucknetz (52) mit eingeprägtem Druck und an einen Speicher (53) angeschlossen ist und deren Stellglied (57) entsprechend der Differenz zwischen einem von einer mit der Maschine gekuppelten hydraulischen Tachogenerator (54) erzeugten Steuerstrom und einem an einer Drossel (56) einstellbaren Sollstrom verstellbar ist.

14. Seegangsfolgeeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlregelung der Maschine (51) über einen elektrischen Tachogenerator (61) mit elektronischer Regelung (62) erfolgt.

15. Seegangsfolgeeinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Getriebestrang zwischen dem Ausgleichsgetriebe (48) und der Seiltrommel (44) eine Bremse (46) und eine Kupplung (45) vorgesehen sind.