Kompensatorvorrichtung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kompensatorvorrichtung zur Verminderung seegangsbedingter Relativbewegungen zwischen einer an einem Uberwasser-Kran hängenden Last und einer Lastabsetzfläche bzw. dem Kranhaken und einer aufzunehmenden Last, mit einem am Kranhaken anzuhängenden oder mit der Last zugfest zu verbindenden Hydraulikzylinder, einem darin dichtend verschiebbaren, dessen Innenraum in eine im Betrieb mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte Lasttragkammer und eine zweite Kammer unterteilenden Kolben, einer mit diesem verbundene, aus der Lastkammer abgedichtet herausragenden Kolbenstange mit Vorrichtungen zum Aufhängen der Last bzw. am Kranhaken sowie einem mit der Lasttragkammer verbundenen Hydrospeicher zur Aufnahme eines vorgespannten Gaspolsters, wobei die zweite Kammer im Betriebszustand mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, mindestens ein mit der zweiten Kammer verbundener Hydrospeicher zur Aufnahme eines auf einen niedrigeren Druck vorgespannten Gaspolsters vorgesehen ist.

[0002] Bei der Errichtung maritimer Bauwerke, insbesondere im offenen Meer zu errichtenden oder zu verankernden Bohrinseln oder dergleichen werden immer größere und schwerere Strukturen mit zunehmend größeren und teureren Arbeitsschiffen mit entsprechend größeren Kranen höherer Tragfähigkeit von festen oder schwimmenden Basen aufgenommen und auf immer höher herausragenden Bohrinseln abgesetzt oder in zunehmende Wassertiefen abgesenkt. Die dabei durch Seegang, Wind, etc. verursachten unregelmäßigen Bewegungen von Arbeitsschiffen, Pontons oder Versorgungsschiffen werden durch die großen Abmessungen der verwendeten Kranausleger so vergrößert daß es schon bei mittlerem Seegang schwierig oder unmöglich wird, die mit dem Kran zu bewegenden, vielfach empfindlichen Strukturen bei den heftigen Schiffs- und Kranbewegungen unbeschädigt aufzunehmen und über Wasser oder in unter Umständen großer Meerestiefe abzusetzen. Da wegen der sehr hohen täglichen Kosten eines Arbeitsschiffs jede Verschiebung der Arbeiten enorme Mehrkosten verursacht, besteht ein starkes Bedürfnis, derartige Arbeiten auch noch bei weniger günstigem Wetter und mittlerem Seegang ohne Beschädigung der zu bewegenden Strukturen durchführen zu können.

[0003] Bei einer aus US-A 3 842 603 bekannten Kompensatorvorrichtung gattungsgleicher Art wird durch das Zusammenwirken des Hydraulikzylinders und des mit der lastbeaufschlagten Kammer verbundenen Hydrospeicher eine die Last abstützende Federwirkung erzielt. Zur Vermeidung einer sofortigen Entlastung der Hydraulikflüssigkeit in der Lastkammer beim beabsichtigten oder unbeabsichtigten Aufsetzen der Last auf eine tragende Fläche, was leicht zu Beschädigungen oder zu einer Zerstörung der Dichtungen oder sonstiger Teile der Kompensatorvorrichtung infolge einer sehr heftigen Relativbewegung von Kolben und Hydraulikzylinder führen könnte, ist ein zweiter Hydrospeicher vorgesehen, der auf der der Lastkammer entgegengesetzten Seite des Kolbens wirkt und die Relativbewegung mit geringer Vorspannung dämpft.

[0004] Desweiteren ist aus der DE-A 3 430 085 bekannt, (gemäß Art. 54.3 EPÜ), einen lasttragkammerseitig aufgeschalteten Hydrospeicher wahlweise konzentrisch um den Zylinder oder aber in einem zum Hydraulikzylinder konzentrischen Mantelgehäuse anzuordnen. Diese vorbekannte Kompensatorvorrichtung weist aber keinen Hydrospeicher niedrigerer Spannung auf, der der Lasttragkammer gegenüberliegenden Seite aufgeschaltet ist. Statt dessen ist zur Vermeidung eines harten Auftreffens des Kolbens auf den Zylinderboden eine mechanische Feder zur Dämpfung vorgesehen.

[0005] Der Nachteil der bekannten Vorrichtungen ist, daß sie zum Absetzen von Bauteilen in den heute vielfach üblichen großen Wassertiefen von 300 bis 800 Metern ungeeignet sind, da in solchen Tiefen dem Ausfahren der Kolbenstange eine deren Querschnitt und der beim Absenken ständig zunehmenden Wassertiefe entsprechende hohe Druckkraft entgegensteht. Hierdurch wird sowohl die abfedernde Wirkung selbst, als auch die Schnelligkeit ihrer Wirkung beeinträchtigt, so daß kurzzeitig gefährlich hohe Stoßkräfte entstehen können, zumal die Last dabei mit dem Kran über sehr lange Tragelemente verbunden ist.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kompensatorvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einfachen Mitteln auch bei beträchtlichem Seegang und großer Arbeitstiefe eine rasche und wirksame Dämpfung unerwünschter Relativbewegungen zwischen Last und Auflagefläche bzw. Kranhaken sicherstellt.

[0007] Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Kompensatorvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgestattet.

[0008] Diese Kompensatorvorrichtung gestattet bei relativ einfacher, unaufwendig zu fertigender Konstruktion einen wirksamen selbsttätigen Ausgleich unerwünschter Relativbewegungen auch in großer Arbeitstiefe. Die Vorrichtung kann dabei je nach der Art und dem Gewicht des zu bewegenden Bauteils, dem Einsatz über oder unter Wasser und der beabsichtigten Arbeitstiefe sehr leicht durch entsprechende Einstellung der Gasdrucke in den Hydrospeichern den gewünschten Bedingungen optimal angepaßt werden. Die Ausgestaltung und die räumliche Anordnung der Hydrospeicher am Hydraulikzylinder kann je nachdem, ob eine besonders schlanke oder eine besonders kurze Bauweise wünschenswert ist, zweckentsprechend angepaßt werden.

[0009] Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Kompensatorvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 beschrieben.

[0010] Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kompensatorvorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer von einem Kranschiff mittels eines Kompensators abgesenkten Last,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Absenkens einer derartigen Last auf eine bewegte Wasseroberfläche,

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kompensatorvorrichtung,

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Kompensatorvorrichtung,

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch eine abgewandelte Kompensatorvorrichtung,

Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch eine weitere abgewandelte Kompensatorvorrichtung,

Fig. 7 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kompensatorvorrichtung und

Fig. 8 einen Teilschnitt durch eine Kompensatorvorrichtung gemäß Figur 6 mit zusätzlicher Absperrvorrichtung.

[0011] Wie Fig. 1 zeigt, ist auf einem Arbeitsschiff S ein Auslegerkran A angeordnet, dessen Kranhaken H mit dem Tragseil unter Wasser abgesenkt ist. Am Kranhaken hängt der Kompensator C, an dessen abwärts herausragender Kolbenstange eine stoßempfindliche Last L angehängt ist, die sanft auf dem Meeresboden abgesetzt werden soll. Infolge des in der Figur nicht dargestellten Seeganges unterliegt das Arbeitsschiff S unregelmäßigen Schwankungen, die durch den langgestreckten Ausleger des Kranes A noch erheblich vergrößert werden. Da die Krane moderner Arbeitsschiffe Auslegerlängen von über 100 Metern aufweisen und Bauteile im Gewicht von mehreren hundert Tonnen in Wassertiefen bis 800 m und darüber absetzen, werden schon bei relativ geringem Seegang sehr große vertikale Relativbewegungen des Kranhakens H und der Last L erreicht, die sich der beabsichtigten Absenkgeschwindigkeit überlagern. Da ein zu hartes Aufsetzen der Last L auf den Meeresgrund das Bauteil beschädigen oder sogar zerstören kann, wird durch die zwischen dem Kranhaken H und der Last L zugfest eingeschaltete Kompensatorvorrichtung C selbsttätig ein weitgehender Ausgleich der seegangsbedingten Relativbewegungen erreicht. Während der Kranhaken H bzw. der Aufhängungspunkt der Kompensatorvorrichtung C am Kranhaken H die den gestrichelt wiedergegebenen Stellungen des Kranauslegers entsprechenden großen vertikalen Verlagerungen erleiden, verlagert sich die Last L bzw. deren Aufhängungspunkt am unteren Ende der Kolbenstange der Kompensatorvorrichtung C nur geringfügig. Hierdurch werden unerwünschte Aufsetzstöße der Last L auf dem Meeresgrund und heftige Belastungen des Kranseils und des Auslegers durch seegangsbedingtes abruptes Wiederanheben der Last L vermieden.

[0012] Fig. 2 zeigt schematisch die schwierige Situation des Eintauchens der Last L in die bewegte Wasseroberfläche. Im Gegensatz zum Meeresboden zeigt die Wasseroberfläche normalerweise eine dem herrschenden Seegang entsprechende Relativbewegung zur Last L, wobei sich die seegangsbedingte Schwankungen des auf dem Arbeitsschiff S angeordneten Kranausleger mit den vertikalen Verlagerungen der Wasseroberfläche addieren können, so daß wiederholt einem tiefen Eintauchen der Last L mit entsprechend großem Gewichtsverlust im nächsten Augenblick ein vollkommenes Abheben von der Wasseroberfläche bei voller Gewichtsbelastung aller Tragorgane folgen kann. Auch hierbei wird durch die Kompensatorvorrichtung C ein weitgehender Ausgleich unerwünschter Relativbewegungen erzielt.

[0013] Die in Fig. 3 dargestellte Kompensatorvorrichtung weist einen zentralen Hydraulikzylinder 1 auf, der durch einen Kolben 2 in eine mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte Lasttragkammer 6 und eine ebenfalls mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte zweite Kammer 5 unterteilt ist. Der Kolben 2 ist mit einer sich nach beiden Richtungen erstreckenden Kolbenstange 3 versehen, die beide Kammern 5 und 6 durchsetzt und durch die axialen Endwände des Hydraulikzylinders 1 mittels Dichtungen 7 beiderseits abgedichtet nach außen ragt. Bei der dargestellten Ausführungsform hat die Kolbenstange in beiden aus den Hydraulikzylinder 1 austretenden Abschnitten den gleichen Durchmesser. Hierdurch wird erreicht, daß beim Einsatz unter Wasser durch den der jeweiligen Wassertiefe entsprechenden Wasserdruck keine wesentlichen Kräfte auf den Kolben 2 ausgeübt werden, weil der aus der Bauhöhe des Hydraulikzylinders 1 resultierende Abstand zwischen dessen Oberseite und dessen Unterseite nur einen geringfügigen Druckunterschied bewirkt. Auch dieser kann erforderlichenfalls dadurch beseitigt werden, daß man den nach oben austretenden Abschnitt der Kolbenstange 3 um einen diesem Druckunterschied entsprechenden, geringen Betrag stärker ausbildet. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es daher nicht nötig, eine den mit fortschreitender Tauchtiefe steigenden Wasserdruck entsprechende Kraftkompensation vorzunehmen, um das angestrebte Kräftegleichgewicht permanent beizubehalten. Natürlich kann im Bedarfsfalle auch durch Wahl verschiedener Durchmesser der austretenden Abschnitte der Kolbenstange 3 absichtlich ein vorbestimmtes Ungleichgewicht hergestellt werden.

[0014] Die Lasttragkammer 6 ist über Verbindungskanäle 9 mit einem den Hydraulikzylinder 1 konzentrisch umschließenden Hydrospeicher 8 verbunden, dessen ringförmiger Innenraum durch einen darin verschiebbaren Ringkolben 10 in einen Gasraum 11 und einem mit der Lasttragkammer 6 kommunizierenden Flüssigkeitsraum 12 unterteilt ist. Je nach dem Gewicht der am unteren Ende der Kolbenstange 3 mittels eines Tragauges 13 angehängten Last L wird der im Gasraum 11 bestehende Gasdruck P_i auf einen solchen Wert eingestellt, daß der Kolben 2 die in der Lasttragkammer 6 eingeschlossene Hydraulikflüssigkeit nur so weit über die Verbindungskanäle 9 in den Flüssigkeitsraum 12 des Hydrospeichers 8 hineindrücken kann, daß sich der Kolben 2 etwa in der Mitte des Hydraulikzylinders 1 befindet. Aus der Größe des Gasraumes 11 und dem darin eingestellten Gasdruck Pi ergibt sich die Federkonstante dieses Systems. Bei hinreichend groß bemessenem Gasraum kann der Kranhaken H des beispielsweise vom Seegang angehobenen Arbeitsschiffes S an den am oberen Ende des den Hydraulikzylinder 1 enthaltenden Gehäuses 15 angeordneten Tragaugen 14 mit großer Heftigkeit ziehen, ohne daß sich dies dem Kolben 2 und der an der Kolbenstange 3 über das Tragauge 13 angehängten Last L mitteilt, weil das im Gasraum 11 enthaltene vorgespannte Gaspolster ohne großen Kraftanstieg einfedert. Durch entsprechende Bemessung des Gasraumes 11 kann unter Berücksichtigung der übrigen Gegebenheiten bestimmt werden, innerhalb welcher Grenzen die Last L bei vorgegebenem Seegang an den über den Kranhaken H übertragenen Bewegungen des Arbeitsschiffes S teilnimmt. Dabei wurde noch nicht berücksichtigt, daß das zum Kranhaken H führende Tragseil auch eine von seiner Länge abhängige Federkonstante aufweist, die zur Beruhigung der Last beiträgt.

[0015] Die zweite Kammer 5 des Hydraulikzylinders 1 ist über Verbindungskanäle 17 mit einem das nach oben aus dem Hydraulikzylinder 1 herausragende Ende der Kolbenstange 3 konzentrisch umgebenden Hydrospeicher 16 verbunden, dessen ringförmiger Innenraum durch einen darin dichtend verschiebbaren Ringkolben 18 in einen oberen Gasraum 19 und einen unteren Flüssigkeitsraum 20 unterteilt ist. Die zweite Kammer 5 des Hydraulik zylinders 1, die Verbindungskanäle 17 und der Flüssigkeitsraum 20 sind im Betrieb vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Bei dieser Anordnung wird je nach der Bewegung des Kolbens 2 nach oben oder unten aus der zweiten Kammer 5 Hydraulikflüssigkeit gegen den Gasdruck im Gasraum 19 in den Flüssigkeitsraum 20 verdrängt bzw. unter der Wirkung des Gasdruckes im Gasraum 20 in die zweite Kammer 5 nachgefördert.

[0016] Um die beschriebene Dämpfungswirkung bei der Übertragung seegangsbedingter Relativbewegungen auf die Last L auch dann nicht zu stören, wenn diese absichtlich oder unvermutet auf einer tragfähigen Auflagefläche aufsetzt und der Kolben 20 wegen der plötzlichen Gewichtsentlastung zum Hochschnellen neigt, wird der Gasdruck P₂ im Gasraum 19 auf einen relativ zu dem beispielsweise zwischen 100 und 400 bar gewählten Gasdruck p_i im Gasraum 11 erheblich niedriger bemessenen Wert zwischen 0,5 und 50 bar eingestellt, der so gewählt ist, daß bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 2 hinreichend schnell Hydraulikflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum 20 nachgefördert wird, dabei jedoch auf die Federkonstante des unter sehr hohem Gasdruck P₁ stehenden Gasraumes 11 nicht störend beeinflußt wird, wenn sich der Kolben 2 unter Verdrängung von Hydraulikflüssigkeit in den Flüssigkeitsraum 20 und entsprechender Erhöhung des Gasdruckes im Gasraum 19 aufwärts bewegt. Wenn der Gasraum 19 hinreichend groß bemessen ist, ergibt sich bei seiner Verkleinerung nur ein geringer Druckanstieg. Druch geeignete Wahl seiner Größe und der Höhe seines Gasdruckes P₂ kann der Gasraum 19 die Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 vor Erreichen der oberen Endlage dadurch abbremsen, daß der steigende Gasdruck P₂ im Gasraum 19 der Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 zunehmenden Widerstand entgegensetzt. Hierdurch wird bei einem unerwarteten Aufsetzen der Last L ein gefährlich rasches Hochschießen des Kolbens 2 im Hydraulikzylinder 1 verhindert, das sonst zu Beschädigungen der Dichtungen 7 und der Dichtungen am Kolben 2 oder gar des Hydraulikzylinders 1 führen könnte.

[0017] Um die Gasdrücke P₁ und P₂ in den Gasräumen 11 und 19 zweck entsprechend einstellen zu können, sind diese jeweils mit Füllkanälen und Absperrventilen 21 und 22 versehen, über die je nach den Anforderungen Druckgas abgelassen oder nachgefüllt werden kann. Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform mit ringförmigen Hydrospeichern 8 bzw. 16 ergibt bei möglichst geringem Baudurchmesser die relativ zur Baulänge optimale Speicherkapazität.

[0018] Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind anstelle der ringförmigen Hydrospeicher jeweils einzelne Hydrospeicher 23 bzw. 24 um den Hydraulikzylinder 1 bzw. das aus diesem austretende obere Ende der Kolbenstange 3 herum angeordnet. Die Hydrospeicher 24 enthalten jeweils einen Gasraum 25 und einen von diesem über einen verschiebbaren Trennkolben 26 getrennten Flüssigkeitsraum 12, der jeweils über einen Verbindungskanal 9 mit der Lasttragkammer 6 des Hydraulikzylinders 1 kommuniziert. Die Hydrospeicher 24 enthalten einen über einen Verbindungskanal 17 mit der zweiten Kammer 5 des Hydraulikzylinders 1 kommunizierenden Flüssigkeitsraum 20 sowie einen hiervon durch eine flexible Membran 28, beispielsweise eine Gummiblase, abgetrennten Gasraum 27. In der unteren Endstellung des Kolbens 2 füllt das von der Membran 28 eingeschlossene Gas den ganzen Innenraum des Hydrospeichers 24 und schließt dann ein an der Einmündung des Verbindungskanales 17 angeordnetes Tellerventil 29, damit die Membran 28 nicht unter der Wirkung des Gasdruckes P₂ in den Verbindungskanal 17 gerät.

[0019] Die Hydrospeicher 23 sind jeweils zwischen oberen und unteren Ringflanschen des Hydraulikzylinders 1 in gleichen Abständen um dessen Umfang herum zu diesem parallel angeordnet und nach außen durch eine zylindrische Gehäusewand 59 abgedeckt. Jeder Hydrospeicher 23 wird durch ein in eine Gewindebohrung des oberen Ringflansches eingeschraubtes hohlzylindrisches Druckstück 30 fest gegen seinen Sitz am unteren Ringflansch angepreßt gehalten. Jeder Hydrospeicher 23 besitzt zur Einstellung des Gasdruckes P_i im Gasraum 25 ein im lichten Innenraum des rohrförmigen Druckstücks 30 liegendes Füllventil 31. Die Hydrospeicher 24 sind in entsprechender Weise mittels Druckstücken 30 zwischen Ringflanschen eines vom Hydraulikzylinder 1 aufwärts vorstehenden Rohrstutzens angebracht und nach außen von einer Gehäusewand umschlossen, wobei jedes Füllventil 31 wiederum über die Öffnung des rohrförmigen Druckstücks 30 zugänglich sind.

[0020] Die in Fig. 4 dargestellte Kompensatorvorrichtung ist einfacher zu fertigen und kann zur Handhabung verschieden schwerer Lasten noch flexibler angepaßt werden, da nicht nur der Gasdruck jedes Hydrospeichers 23 bzw. 24 individuell einstellbar ist, sondern durch Befüllen ausgewählter Hydrospeicher mit besonders hohem Gasdruck erreicht werden kann, daß diese nur noch in Extremfällen oder gar nicht mehr an der Bewegungsdämpfung teilnehmen. Hierdurch kann auch die Größe der insgesamt zur Bewegungsdämpfung wirksamen Gasräume in einfacher Weise verändert werden.

[0021] Die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen stellen die unter Berücksichtigung der erforderlichen Ausfahrlänge der Kolbenstange 3 nach oben und unten kürzestmögliche Bauweise dar, wie sie für Kräne mit relativ kleiner Kranhakenhöhe vorteilhaft ist.

[0022] Bei der in Fig. 5 dargestellten Kompensatorvorrichtung längerer Bauart sind die über Verbindungskanäle 9 mit der Lasttragkammer 6 kommunizierenden Hydrospeicher 23 und die über Verbindungskanäle 17 mit der zweiten Kammer 5 des Hydraulikzylinders 1 kommunizierenden Hydrospeicher 24 auf einer gemeinsamen Kreislinie um den Hydraulikzylinder 1 alternierend angeordnet. Die einzelnen Hydrospeicher können je nach den Anforderungen wahlweise mit den Gasraum 25 abtrennenden Trennkolben oder den Gasraum 27 abtrennender Membran ausgebildet sein. Diese Ausführungsform Ist sehr kompakt und wirtschaftlich, jedoch ist dabei das unterzubringende Speichervolumen und damit auch die zu handhabende Last begrenzt.

[0023] An den Endflächen des Hydraulikzylinders 1 sind bei dieser Ausführungsform jeweils die herausragenden Enden der Kolbenstange 3 konzentrisch umgebende Mantelrohre 32 und 33 angebracht. Das Mantelrohr 32 ist am oberen Ende geschlossen und trägt dort ein Tragauge 14 für das Kranseil 4. Das untere Mantelrohr 33 besitzt an seinem unteren Ende eine Durchtrittsöffnung für eine mit der Kolbenstange 4 verbundene Verlängerungsstange 35, die an ihrem unteren Ende ein Tragauge 13 zur Befestigung der Last aufweist. Beide Mantelrohre 32 und 33 besitzen seitlichen Durchlaßöffnungen 37 durch die bei Arbeiten unter Wasser durch die ausfahrende Kolbenstange 3 verdrängtes Wasser ausströmen oder bei einfahrender Kolbenstange 3 Wasser nachströmen kann. Da die Mantelrohre 32 und 33 jeweils sich konisch verjüngende Endabschnitte 39 aufweisen und die Kolbenstange 3 an ihren Enden Konsuabschnitte 38 trägt, die beim Ausfahren der Kolbenstange 3 nach dem Passieren der Durchlaßöffnungen 37 in den konisch verjüngten Endabschnitt 39 des jeweiligen Mantelrohres 32 bzw. 33 eindringen, muß das in diesen befindliche Wasser über einen zunehmend enger werdenden Ringspalt zu den Durchlaßöffnungen 37 hin verdrängt werden, was einen die Ausfahrbewegung der Kolbenstange 3 dämpfenden Wasserstau ergibt, der einen harten Anschlag des Kolbens 2 an der Endfläche des Hydraulikzylinders 1 verhindert.

[0024] Bei der dargestellten Ausführungsform sind in der Lasttragkammer 6 und der zweiten Kammer 5 des Hydraulikzylinders 1 jeweils nahe deren Endwänden zusätzlich Stoßdämpfvorrichtungen 40 angeordnet, die zweckmäßig einen in einem Zylinder dichtend verschiebbar geführten Kolben mit auswärts vorstehendem Stößel aufweisen, der durch den Kolben 2 gegen ein in der Stoßdämpfvorrichtung 40 eingeschlossenes, hoch vorgespanntes Gaspolster einwärts zurückgedrängt werden kann. Je nach den Anforderungen können aber auch in anderer Weise ausgebildete Stoßdämpf vorrichtungen benutzt werden, sofern diese bei hinreichend geringem Platzbedarf eine ausreichende Stoßdämpfung ermöglichen.

[0025] Mit einer derart ausgebildeten Kompensatorvorrichtung kann auch ein sehr schwerer Hohlkörper, der beim Eintauchen unter Wasser durch seinen großen Auftrieb nur noch einen kleinen Bruchteil seines Überwassergewichts wiegt, ohne besondere Regelungsmaßnahmen hinsichtlich des Volumens oder des Druckes der Hydrospeicher unter Wasser abgesenkt werden. Solange der Hohlkörper dabei noch über Wasser am Kranhaken H hängt, liegt der Kolben 2 im Hydraulikzylinder 1 auf den Stoßdämpfvorrichtungen 40 auf und drückt deren Stößel praktisch vollkommen ein. Sobald der Hohlkörper auf der Wasseroberfläche aufsetzt, wird er in dem Maße leichter, wie er in das vom Seegang bewegte Wasser eintaucht. Dabei wird der Kolben 2 unter der Wirkung der Stoßdämpfvorrichtungen 40 und der mit der Lasttragkammer 6 in Verbindung stehenden Hydrospeicher entsprechend aufwärts gedrückt. Wenn dann beim nächsten Wellental der Hohlkörper wieder ganz oder weitgehend aus dem Wasser herausgelangt und somit sein Gewicht abrupt stark zunimmt, wird die heftige Abwärtsbewegung des Kolbens 2 durch die gemeinsame Wirkung der Stoßdämpfvorrichtungen 40 und des Wasserstaus im konisch verjüngten Endabschnitt 39 des unteren Mantelrohren 33 so abgefangen, daß ein harter Anprall des Kolbens 2 mit zerstörerischer Wirkung vermieden wird. Diese Ausgestaltung bietet gleichzeitig auch hinreichenden Schutz gegen unvorhersehbar höhere Einzelwellen und gegen unvermutet aufkommenden höheren Seegang während länger dauernder Absenkarbeiten unter Wasser. Die Stoßdämpfvorrichtungen 40 können zweckmäßig zur Anpassung an die Anforderungen des Einzelfalles mit nicht dargestellten herkömmlichen Vorrichtungen zur Einstellung des Vorspanndruckes ausgestattet sein.

[0026] Sobald der Hohlkörper vollständig in das Wasser eingetaucht ist, wird der Kolben 2 durch den im vorhinein auf das entsprechend verringerte Gewicht eingestellten Gasdruck in den Hydro speichern 23 in eine mittlere Lage im Hydraulikzylinder 1 hochgedrückt. Im weiteren Verlaufe des Absenkens mittels des Kranes pendelt der Kolben 2 und die Last L dann nur noch geringfügig um diese mittlere Lage.

[0027] Die in Fig. 6 dargestellte bevorzugte Ausführungsform ähnelt derjenigen gemäß Fig. 5, wobei jedoch jetzt im Inneren der hohlen Kolbenstange 3 ein mit der zweiten Kammer 5 kommunizierender Hydrospeicher angeordnet ist. Dies ist nicht nur platzsparend, sondern auch deshalb wirtschaftlich günstig, weil dadurch einige der den Hydraulikzylinder umgebenden Hydrospeicher eingespart werden können oder aber das insgesamt zur Dämpfung verfügbare Volumen der Gasräume entsprechend vergrößert werden kann.

[0028] Bei der dargestellten Ausführungsform enthält die hohle Kolbenstange 3 zwei Gasräume 44 und 45, die jeweils durch dichtend verschiebbare Trennkolben 46 und 47 von einer mittleren Flüssigkeitskammer abgetrennt sind, die über einen Verbindungskanal 48 mit der zweiten Kammer 5 des Hydraulikzylinders 1 kommuniziert. Dabei können um den Hydraulikzylinder 1 herum nur mit der Lasttragkammer 6 kommunizierende Hydrospeicher 23 vorgesehen werden, was ohne Vergrößerung des Durchmessers der Gesamtvorrichtung ein optimales Speichervolumen ergibt.

[0029] An den Enden der Kolbenstange 3 sind jeweils Füllventile 50 zum Befüllen der Gasräume 44 und 45 angeordnet. In Fig. 6 befindet sich der Kolben 2 nahezu in seiner untersten Endstellung im Hydraulikzylinder 1. Dabei ist das untere Ende der Kolbenstange 3 mit seinem Konusabschnitt 38 entsprechend tief in den sich konisch verjüngenden Endabschnitt 39 des Mantelrohres eingedrungen, so daß die Verdrängung des in dem sich konisch verjüngenden Endabschnitt 39 eingeschlossenen Wassers durch den verbleibenden schmalen Ringspalt bei schneller Ausfahrbewegung der Kolbenstange 3 eine abbremsende Stauwirkung ergibt.

[0030] Bei der in Fig. 7 dargestellten, bevorzugten Ausführungsform steht der durch den Trennkolben 46 vom Gasraum 44 abgetrennte Flüssigkeitsraum 49 über Verbindungsöffnungen 51 mit der zweiten Kammer 5 des Hydraulikzylinders in Verbindung, während der getrennte, durch einen Trennkolben 52 vom Gasraum 45 im unteren Teil der hohlen Kolbenstange 3 abgeteilte Flüssigkeitsraum 57 über Verbindungsöffnungen 53 mit der Lasttragkammer 6 des Hydraulikzylinders 1 kommuniziert. Dabei ist der Gasraum 45 mit auf einen hohen Gasdruck Pi vorgespannten Gas gefüllt, während im Gasraum 44 ein niedrigerer Gasdruck P₂ eingestellt ist. Zur Begrenzung der Bewegung der Trennkolben 46 bzw. 52 sind im Bereich des Kolbens 2 Anschläge 54 bzw. 55 vorgesehen. In der unteren Endlage des Kolbens 2 kann der Trennkolben 46 höchstens bis in eine am Anschlag 54 anliegende Stellung gelangen, in welcher die in der Kammer 5 enthaltene Druckflüssigkeit drucklos wird, weil sich der Druck des im Gasraum 44 enthaltenen Gaspolsters dann über den Trennkolben 46 gegen den Anschlag 54 abstützt. Umgekehrt kann in der oberen Endstellung des Kolbens 2 der Trennkolben 52 höchstens bis zur Anlage an Anschlag 55 gelangen, wobei der Gasdruck im Gasraum 45 ebenfalls über den Trennkolben 52 und den Anschlag 55 abgefangen wir. In der Praxis werden jedoch in die Lasttragkammer 5 und die zweite Kammer 6 Überschußmengen an Hydraulikflüssigkeit eingefüllt, so daß die Trennkolben 46 und 52 auch in den Endlagen des Kolbens 2 noch nicht an den entsprechenden Anschlägen 54 bzw. 55 anliegen. Das hat den Vorteil, daß die Trennkolben auch bei Leckverlusten nicht vorzeitig gegen den zugeordneten Anschlag zur Anlage kommen, wodurch sich in der Lasttragkammer 5 bzw. in der zweiten Kammer ein Vakuum bilden könnte, wenn der Kolben 2 noch eine weitere Wegstrecke zurückzulegen hätte, ohne daß Hydraulikflüssigkeit durch das Gas nachgedrückt werden kann. Hierdurch kann selbst im Falle einer Leckage die Arbeit ohne Reparaturunterbrechung zu Ende geführt werden.

[0031] Die in Fig. 7 dargestellte Ausführungsform ist wegen ihrer schlanken, gegen mechanische Beschädigungen besonders robusten Bauweise wirtschaftlich und fertigungstechnisch besonders gün stig. Dies gilt insbesondere, wenn der Durchmesser der Kolbenstange 3 und der darin enthaltenen Hydrospeicher zur Erzielung großer Gasräume 44 und 45 hinreichend groß bemessen werden kann oder aber die Ansprüche an die aufnehmbaren Lasten bzw. die erzielte Verminderung von Relativbewegungen nicht besonders hoch sind.

[0032] Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen ist die Kompensatorvorrichtung so ausgebildet, daß sie während ihres Einsatzes ohne zusätzliche Eingriffe vom Arbeitsschiff her die verschiedenen Arbeitsbedingungen einschließlich unvorhergesehener Abweichungen bewältigt, so daß eine sehr einfache Handhabung gegeben und nur ein Minimum an Überwachung und Wartung erforderlich ist. Zur Überwachung können beispielsweise an der aus dem unteren Mantelrohr 33 austretenden Verlängerungsstange 35 angebrachte farbliche Markierungen beobachtet werden, die Aufschluß über die Stellung und den Arbeitsweg des Kolbens 2 im Hydraulikzylinder 1 bzw. die entsprechenden Bewegungen der Last L geben. Bei Arbeiten unter Wasser kann dies durch die dabei meist ohnehin erforderliche Unterwasserkamera erfolgen. Stattdessen kann die relative Stellung der Verlängerungsstange 35 zum unteren Ende des Mantelrohres 33 auch mittels eines geeigneten Sensors erfaßt und mit herkömmlichen Mitteln zum Kran oder Arbeitsschiff signalisiert werden. Darüber hinaus ist es aber auch mit geringem Aufwand möglich, durch Signale vom Kran oder Arbeitsschiff die Betriebsweise der Kompensatorvorrichtung zu beeinflussen.

[0033] Bei der in Fig. 8 dargestellten, abgewandelten Ausführungsform ist hierzu in den von der Lasttragkammer 6 zum Hydrospeicher 23 führenden Verbindungskanal ein fernbetätigbares Absperrventil 56 eingebaut, das über eine Steuerleitung 60 oder nicht dargestellte, über Funk fernbetätigbare Stellvorrichtungen gesteuert wird. Derartige Absperrventile 56 können im Verbindungskanal 9 bzw. 17 jedes Hydrospeichers 23 bzw. 24 vorgesehen sein. Auf diese Weise kann auch während des Arbeitseinsatzes über oder unter Wasser die Anzahl der wirksamen Hydrospeicher den wechselnden Arbeits- und Lastverhältnissen und dem gewünschten Dämpfungsausmaß angepaßt werden.

[0034] Die vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen erläuterte Kompensatorvorrichtung kann vom Fachmann je nach den Anforderungen in verschiedener Weise zweckentsprechend abgewandelt werden, sofern dabei die beiderseitige Beaufschlagung des im Hydraulikzylinder 1 verschiebbaren Kolbens 2 mit jeweils mit Hydrospeichern zusammenwirkender Hydraulikflüssigkeit erhalten bleibt. Wenn man dabei für nur zum Einsatz über Wasser bestimmte Vorrichtungen auf die Anwendung einer mit beiden Enden austretenden Kolbenstange verzichtet, wird immer noch eine erheblich verbesserte Betriebssicherheit gegenüber abrupten Belastungsänderungen beim unvermuteten Aufsetzen einer hängenden Last oder plötzlichem Abheben einer ruhenden Last erreicht.

Ansprüche

1. Kompensatorvorrichtung zur Verminderung seegangsbedingter Relativbewegungen zwischen einer an einem Überwasser-Kran hängenden Last und einer Lastabsetzfläche, bzw. dem Kranhaken und einer aufzunehmenden Last, mit einem am Kranhaken anzuhängenden oder mit der Last zugfest zu verbindenden Hydraulikzylinder, einem darin dichtend verschiebbaren, dessen Innenraum in eine im Betrieb mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte Lasttragkammer und eine zweite Kammer unterteilenden Kolben, einer mit diesem verbundenen, aus der Lasttragkammer abgedichtet herausragenden Kolbenstange mit Vorrichtungen zum Anhängen der Last bzw. am Kranhaken sowie einem mit der Lasttragkammer verbundenen Hydrospeicher zur Aufnahme eines vorgespannten Gaspolsters, wobei die zweite Kammer im Betriebszustand mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, mindestens ein mit der zweiten Kammer verbundener Hydrospeicher zur Aufnahme eines auf einen niedrigeren Druck vorgespannten Gaspolsters vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (3) beide Kammern (5, 6) des Hydraulikzylinders (1) durchsetzt und durch Endflächen beiderseits abgedichtet nach außen ragt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Hydrospeicher ( bzw. 16) als am Hydraulikzylinder (1) konzentrisch um die Kolbenstange (3) herum angeordneter Ringzylinder mit einem darin dichtend verschiebbaren Ringkolben (10 bzw. 18) zur Abtrennung einer ringförmigen Gaskammer (11 bzw. 19) von einer ringförmigen Flüssigkeitskammer (12 bzw. 20) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasttragkammer (6) und/oder die zweite Kammer (5) jeweils mit mehreren in einem zum Hydraulikzylinder (1) konzentrischen Mantelgehäuse (15, 57) über dessen Umfang verteilt angeordneten Hydrospeichern (23 bzw. 24) vorbestimmten Einzelvolumens verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (3) hohl ausgebildet ist und in Ihrem Inneren mindestens einen mit der Lasttragkammer (6) bzw. der zweiten Kammer (5) verbundenen Hydrospeicher mit einem, vorzugsweise durch einen darin dichtend verschiebbaren Kolben (46,47) abgetrennten Gasraum (44,45) zur Aufnahme eines im Betrieb vorgespannten Gaspolsters (44) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrospeicher (8, 16, 23, 24) Vorrichtungen (21, 22, 31, 50) zur Einstellung des Gasdrucks des Gasraumes (11, 19, 25, 27, 44, 45) aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Hydrospeicher mit der zugeordneten Kammer (5 bzw. 6) über eine vorzugsweise fernbetätigbare Absperrvorrichtung (36) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kammer (5 bzw. 6) in ihrer Nachgiebigkeit verstellbare Stoßdämpfvorrichtungen (40) zur Verhütung eines harten Anpralls des Kolbens (2) an die Endwand des Hydraulikzylinders (1) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Hydraulikzylinder (1) die Kolbenstange (3) konzentrisch umschließende Mantelrohre (32,33) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Kolbenstange (3) durch eine am Ende des zugehörigen Mantelrohres (33) befindliche Öffnung herausragt und Vorrichtungen (13) zur Verbindung mit der Last (L) bzw. dem Kranhaken (H) aufweist, während das andere Mantelrohr (32) an seinem Ende geschlossen ist und seitliche Durchlaßöffnungen (37) sowie Vorrichtungen (14) zur Verbindung mit dem Kranhaken (H) bzw. der Last (L) besitzt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Mantelrohr (32 bzw. 33) einen sich konisch verjüngenden Endabschnitt (39) aufweist und die Kolbenstange (3) einen zugeordneten konischen Endabschnitt (38) besitzt, der beim Ausfahren unter Wasser im konischen Endabschnitt (39) des Mantelrohres (32 bzw. 33) einen die Ausfahrbewegung dämpfenden Wasserstau erzeugt.

Revendications

1. Dispositif de compensation pour la réduction des mouvements relatifs dûs à la grosse mer entre une charge suspendue à une grue de surface d'eau et une surface de dépôt pour la charge ou entre le crochet de grue et une charge à re-lever, comprenant un cylindre hydraulique à suspendre au crochet de grue ou à fixer à la charge, un piston coulissant là-dedans en manière étanche et subdivisant ledit cylindre hydraulique en une chambre portant la charge et en opération étant remplie d'un liquide hydraulique et en une deuxième chambre, une tige de piston fixée audit piston et faisant saillie en manière étanche de ladite chambre portant la charge et comprenant des dispositifs pour accrocher la charge ou au crochet de grue, et un accumulateur hydraulique raccordé à la chambre portant la charge pour le logement d'un coussin gazeux précontraint, la deuxième chambre étant remplie d'un liquide hydraulique et au moins un accumulateur hydraulique raccordé à la deuxième chambre pour le logement d'un coussin gazeux précontraint à une pression plus basse, caractérisé en ce que la tige de piston (3) traverse toutes les deux chambres (5, 6) du cylindre hydraulique (1) et fait saillie au dehors en étant étanchée des deux côtés par des surfaces terminales.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des accumulateurs hydrauliques (ou 16) est agencé sous la forme d'un cylindre à anneau disposé concentriquement autour de la tige de piston (3), un piston à anneau (10 ou 18) coulissant là-dedans en manière étanche étant prévu pour la séparation d'une chambre à gaz (11 ou 19) annulaire d'une chambre à liquide (12 ou 20) annulaire.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre (6) portant la charge et/ou la deuxième chambre (5) sont chacune raccordées à plusieurs accumulateurs (33 ou 24) répartis sur la périphérie d'un boîtier d'enveloppe (15, 57) étant concentrique par rapport au cylindre hydraulique (1), lesdits accumulateurs hydrauliques ayant un volume individuel prédestiné.

4. Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tige de piston (3) est agencée sous la forme d'un corps creux et comporte à son intérieur au moins un accumulateur hydraulique raccordé à la chambre (6) portant la charge ou à la deuxième chambre (5) avec un volume de gaz (44, 45) séparé de préférence par un piston (46, 47) coulissant là-dedans en manière étanche pour le logement d'un coussin gazeux (44) précontraint en opération.

5. Dispositif selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les accumulateurs (8, 16, 23, 24) comportent des dispositifs (21, 22, 31, 50) pour le réglage de la pression de gaz du volume de gaz (11, 19, 25, 27, 44, 45).

6. Dispositif selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins un accumulateur hydraulique est raccordé à la chambre ajointe par l'intermédiaire d'un dispositif d'arrêt (36) commandable à distance.

7. Dispositif selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une chambre (5 ou 6) comporte des dispositifs amortisseurs (40) réglables en leur souplesse pour éviter un choc dur du piston (2) contre la paroi finale du cylindre hydraulique (1).

8. Dispositif selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au cylindre hydraulique (1) sont agencés des tuyaux d'enveloppe (32, 33) entourant concentriquement la tige de piston (3).

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'une extrémité de la tige de piston (3) fait saillie à travers d'une ouverture prévue à l'extrémité du tuyau d'enveloppe (33) respectif et comporte des dispositifs (13) de liaison avec la charge (L) ou avec le crochet de grue (H), tandis que l'autre tuyau d'enveloppe (32) est fermé à son extrémité et comporte des ouvertures de passage (37) latérales et des dispositifs (14) de liaison avec le crochet de grue (H) ou avec la charge (L).

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'au moins un tuyau d'enveloppe (32 ou 33) comporte une section d'extrémité (39) conique, et que la tige de piston (3) comporte une section d'extrémité (38) conique ajointe, qui lors de la sortie sous l'eau produit une obstruction d'eau amortissant le mouvement de sortie dans la section d'extrémité conique.

Claims

1. Compensator device for reducing relative movements caused by the motion of the sea between a load suspended on an above-water crane and a load-depositing surface or between the crane hook and a pickup load, having a hydraulic cylinder to be appended on the crane hook or connected in an extension-resistant manner to the load, a piston sealingly displaceable in said cylinder and dividing its interior into a load-bearing chamber which is filled during operation with hydraulic fluid and a second chamber, a piston rod which is connected to said piston, projects in a sealed-off manner from the load-bearing chamber and has devices for suspension of the load or on the crane hook, and a hydraulic accumulator connected to the load-bearing chamber for absorbing a prestressed gas bolster, the second chamber being filled in the operating state with hydraulic fluid, at least one hydraulic accumulator connected to the second chamber being provided for absorbing a gas bolster prestressed to a lower pressure, characterised in that the piston rod (3) passes through both chambers (5, 6) of the hydraulic cylinder (1) and projects outwards, sealed off on both sides, through end faces.

2.-Device according to claim 1, characterised in that at least one of the hydraulic accumulators (or 16) is constructed as an annular cylinder which is disposed on the hydraulic cylinder (1) concentrically around the piston rod (3) and has an annular piston (10 or 18) sealingly displaceable therein for separating an annular gas chamber (11 or 19) from an annular fluid chamber (12 or 20).

3. Device according to claim 1 or 2, characterised in that the load-bearing chamber (6) and/or the second chamber (5) is connected to a plurality of hydraulic accumulators (23 or 24) of predetermined individual volume disposed in a jacket housing (15, 57), which is concentric to the hydraulic cylinder (1), and distributed over its periphery.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterised in that the piston rod (3) is hollow and has in its interior at least one hydraulic accumulator connected to the load-bearing chamber (6) or the second chamber (5) and having a gas chamber (44, 45), preferably separated by a piston (46, 47) sealingly displaceable therein, for absorbing a gas bolster (44) which is prestressed in operation.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterised in that the hydraulic accumulators (8, 16, 23, 24) have devices (21, 22, 31, 50) for adjusting the gas pressure of the gas chamber (11, 19, 25, 27, 44, 45).

6. Device according to one of claims 1tio 5, characterised in that at least one hydraulic accumulator is connected to the associated chamber (5 or 6) by means of a, preferably remote-controlled, shut-off device (36).

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterised in that at least one chamber (5 or 6) has adjustably resilient shock-absorbing devices (40) for preventing the piston (2) from striking hard against the end wall of the hydraulic cylinder (1).

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterised in that tubular casings (32, 33) which concentrically enclose the piston rod (3) are disposed on the hydraulic cylinder (1).

9. Device according to claim 8, characterised in that one end of the piston rod (3) projects through an opening located at the end of the associated tubular casing (33) and has devices (13) for connection to the load (L) or to the crane hook (H), while the other tubular casing (32) is closed at its end and has lateral transfer ports (37) and devices (14) for connection to the crane hook (H) or the load (L).

10. Device according to claim 9, characterised in that at least one tubular casing (32 or 33) has a conically tapering end section (39) and the piston rod (3) has an associated conical end section (38) which, during extension underwater, produces in the conical end section (39) of the tubular casing (32 or 33) an accumulation of water which damps the extension movement.

Zeichnung