Schnellhub: Eine Last von einem bewegten Deck abheben
Beim Abheben einer Last von einem bewegten Deck zählt jede Sekunde: Die Last muss frei sein, bevor das Deck wieder steigt. Wie der Schnellhub eines Seegangskompensators dafür sorgt und was unser Modellfall mit 250 t zeigte.
- Wenn ein Kran eine Last von einem Deck mit Hubbewegung abhebt, kann das Deck wieder steigen und die Last treffen, bevor sie frei ist: ein Wiederkontakt. Bei langsamem Heben verliert der Kran oft den Wettlauf gegen das wieder steigende Deck.
- Beim Schnellhub trägt der Kompensator einen Teil des Lastgewichts, während die Last noch auf dem Deck ruht. Zum im Hebeverfahren festgelegten Zeitpunkt fährt er schnell ein und hebt die Last in einer Bewegung frei.
- In unserem CONSTELLATION-Fall mit einer Last von 250 t traf das Deck die allein vom Kran gehobene Last bei 1 bis 3 m/min in jedem Lauf erneut und in 15 % der Läufe bei 20 m/min. Mit dem ANTARES-Schnellhub geschah dies bei keiner Geschwindigkeit in einem der 120 Läufe.
- ANTARES hat einen integrierten Schnellhub, der von den bordeigenen Systemen angetrieben wird. Ein aktives Gerät kann dasselbe mit seinem Antrieb leisten; unser VEGA befindet sich in Entwicklung.
Eine Last auf einer Barge oder einem Versorgungsschiff auf See bewegt sich mit dem Deck auf und ab. Wenn der Kran die Last übernimmt, kann sich das Deck gerade abwärts bewegen und die Last knapp darüber hängen lassen. Mit der nächsten Welle steigt das Deck wieder. Ist die Last dann noch nicht frei, trifft das Deck sie von unten.
Der Wettlauf gegen das Deck
Ein Kran hebt eine schwere Last langsam, oft mit nur wenigen Metern pro Minute. Nach dem Abheben steigt die Last nur mit der Hubgeschwindigkeit, also um wenige Zentimeter pro Sekunde. Das Deck sinkt zunächst ab und steigt dann relativ zum Kranhaken mit bis zu einem Meter pro Sekunde wieder an. Steigt das Deck höher, als die Last inzwischen angehoben wurde, trifft es sie. Bei unregelmäßigem Seegang kann der nächste Wellenkamm höher als der vorige sein (Abbildung 1). DNV-RP-N103 behandelt dies als Wahrscheinlichkeit, dass die Barge nach dem Abheben auf das gehobene Objekt trifft. Sie ergibt sich aus der Hubgeschwindigkeit im Verhältnis zur Bewegung zwischen Kranhaken und Deck; der Hebeplan muss sie unter einem festgelegten Wert halten.
Eine höhere Hubgeschwindigkeit hilft, doch ein Kran mit ausreichender Tragfähigkeit für die Last ist selten schnell genug, um dem Deck zuvorzukommen. Beim Schnellhub hebt der Kompensator die Last in einer schnellen Bewegung frei; anschließend hebt der Kran sie mit seiner eigenen Geschwindigkeit weiter.
So funktioniert ein Schnellhub
- Halten. Solange die Last noch auf dem Deck ruht, wird der Kompensator so vorgespannt, dass er einen Teil ihres Gewichts trägt. Das Anschlagmittel steht unter Zug, die Last bleibt jedoch auf dem Deck.
- Folgen. Die Kolbenstange behält Hubreserve, um den Bewegungen des Decks unter der Last zu folgen, sowie für das anschließende Einfahren.
- Auslösen. Zum geplanten Zeitpunkt, meist wenn sich das Deck abwärts bewegt, fährt der Kompensator schnell ein.
- Last frei. Durch das Einfahren wird die Last in einer Bewegung frei gehoben; der Kran hebt sie weiter. Die Analyse des Hebevorgangs prüft den Abstand zum Deck über die folgenden Wellen, die Spitzenlasten und den genutzten Hub.
Der beste Zeitpunkt zum Auslösen hängt vom Zusammenspiel aus Kran, Last und Deck ab; der Wellenkamm ist nicht immer der richtige Zeitpunkt. Die Haltekraft wird so eingestellt, dass das Deck vor dem Auslösen jederzeit einen Teil des Lastgewichts trägt, auch wenn es nach einem Wellenkamm absinkt und die Gaskraft mit dem Hub steigt. So hebt die Last nicht von selbst ab.
Antrieb des Einfahrens
| Verfahren | Funktionsweise |
|---|---|
| Umschalten des Speichers | Der Zylinder wird von seinem Niederdruckspeicher auf einen vorgeladenen Hochdruckspeicher umgeschaltet, der für das Einfahren der jeweiligen Last ausgelegt ist |
| Gaszufuhr | Hochdruckgas wird über eine groß dimensionierte Verbindung in den Arbeitsspeicher geleitet und erhöht so die Kraft |
| Aktiver Antrieb | Bei einem aktiven Gerät liefert der Antrieb zusätzliche Hubkraft; der Antrieb von VEGA ist batteriebetrieben |
Die Einfahrkraft wird für den Hebevorgang eingestellt: Ist sie zu hoch, wird die Last ruckartig angehoben und die Spitzenlast im Anschlagmittel steigt. Ist sie zu niedrig, hebt die Last zu langsam ab. Das Einfahren muss innerhalb des nutzbaren Hubs bleiben. Unsere Geräte haben eine Endlagendämpfung, die einen Anschlag am Hubende abmildert; der Hebevorgang wird jedoch so geplant, dass es nicht dazu kommt.
Unser Fall mit 250 t
Bei einer Analyse mit CONSTELLATION wurde eine Last von 250 t modelliert, die bei einem unregelmäßigen Seegang (Hs 2.16 m, Tp 5.5 s) von einem Deck mit Hubbewegung abgehoben wurde. Wir berechneten für jede von vier Hubgeschwindigkeiten 120 Realisierungen dieses Seegangs: einmal mit einem konventionellen Kran und erneut mit dem ANTARES-Schnellhub. Beide begannen am selben günstigen Punkt der Deckbewegung.
Beim Schnellhub verließ die Last das Deck mit einem Nutzlast-DAF von 1.27, die Spitzenlast im Anschlagmittel betrug 3,118 kN und lag innerhalb der Grenzen für Anschlagmittel und Kran; genutzt wurden 64 % des ANTARES-Hubs. Kein Wiederkontakt in 120 Läufen ergibt ein exaktes 95 %-Konfidenzintervall von 0 bis 3 % für die Wiederkontaktrate in diesem Modell. Es handelt sich um eine Last und einen Seegangszustand: Jeder Hebevorgang wird für seine jeweilige Last, sein Schiff und seinen Seegang ausgelegt.
Welche Geräte einen Schnellhub ausführen können
ANTARES verfügt über einen integrierten Schnellhub, der ohne externe Energieversorgung aus den bordeigenen Systemen gespeist wird und pro Ladung mehrfach ausgelöst werden kann. Ein aktives Gerät kann den Schnellhub mit seinem eigenen Antrieb ausführen; unser VEGA als aktives Gerät befindet sich in Entwicklung. Unsere passiven Geräte RIGEL und CYGNUS werden für den Hebevorgang auf dem Deck eingestellt und fahren nicht auf Befehl ein. In Verbindung mit einem Kran mildern sie stattdessen den Lastruck beim Aufnehmen ab (siehe Übergabehebevorgänge).
Quellen und Annahmen
- Der Fall mit 250 t wurde in CONSTELLATION als gekoppelter Lastpfad im Zeitbereich modelliert, bei einem Seegang mit Hs 2.16 m und Tp 5.5 s und 120 Realisierungen je Hubgeschwindigkeit. Ein Wiederkontakt ist jeder Schlag des Decks gegen die Last nach dem Abheben, also das Ereignis, das DNV-RP-N103 für das Abheben heranzieht (Abschnitt 9.5.2). Die Häufigkeiten sind Zählwerte aus den simulierten Läufen, keine geschlossene Näherungsformel aus der RP. Diese setzt voraus, dass die Last am Wellenkamm abhebt, und liefert nie mehr als 50 %. Der konventionelle Kran und der Schnellhub verwenden dieselbe Last, denselben Seegangszustand und dieselbe günstige Auslösebedingung.
- Nur Kran, Läufe mit Wiederkontakt: 100 % bei 1 bis 3 m/min, 86 % bei 5, 52 % bei 10 und 15 % bei 20 m/min. ANTARES-Schnellhub: 0 von 120 bei jeder Geschwindigkeit.
- Bei null Wiederkontakten in 120 Läufen beträgt das exakte binomiale 95 %-Intervall (Clopper-Pearson) 0 bis 3.0 %; die einseitige obere 95 %-Grenze liegt bei 2.5 %.
- Der Fall ist ein Modellergebnis für eine Last und einen Seegangszustand, keine allgemeine Betriebsgrenze.
Häufig gestellte Fragen
Was ist ein Schnellhub?
Die Last wird in einer schnellen Bewegung von einem bewegten Deck frei gehoben. Der Kompensator trägt einen Teil ihres Gewichts, solange sie auf dem Deck ruht. Dann fährt er zu einem festgelegten Zeitpunkt schnell ein, sodass die Last frei ist, bevor das Deck wieder steigt.
Warum ist ein Schnellhub nötig?
Ein Kran mit ausreichender Tragfähigkeit für eine schwere Last hebt langsam, während sich das Deck, von dem er sie abhebt, mit einem Meter pro Sekunde bewegen kann. Nach einem langsamen Abheben kann das Deck beim nächsten Anstieg die Last treffen. Mit einem Schnellhub wird die Last in einer Bewegung frei gehoben.
Wann wird der Schnellhub ausgelöst?
Zum im Hebeverfahren festgelegten Zeitpunkt, meist wenn sich das Deck abwärts bewegt. Der beste Zeitpunkt hängt vom Zusammenspiel aus Kran, Last und Deck ab und wird in der Analyse des Hebevorgangs festgelegt; der Wellenkamm ist nicht immer der richtige Zeitpunkt.
Wie wird das Einfahren angetrieben?
Durch Umschalten des Zylinders auf einen vorgeladenen Hochdruckspeicher, durch Einleiten von Hochdruckgas in den Arbeitsspeicher oder, bei einem aktiven Gerät, durch dessen Antrieb. ANTARES nutzt dazu seine bordeigenen Systeme und benötigt keine externe Energieversorgung.
Wie wahrscheinlich ist ein Wiederkontakt ohne Schnellhub?
In unserem Modellfall mit 250 t traf das Deck die Last beim Heben allein mit dem Kran bei 1 bis 3, 5, 10 und 20 m/min in 100, 86, 52 beziehungsweise 15 % der Läufe erneut. Mit dem ANTARES-Schnellhub geschah dies bei keiner Geschwindigkeit in einem der jeweils 120 Läufe. Das ist ein einzelner Modellfall bei einem Seegang mit Hs 2.16 m und Tp 5.5 s, keine allgemeingültige Wahrscheinlichkeit.
Welche Kompensatoren können einen Schnellhub ausführen?
ANTARES hat einen integrierten Schnellhub und kann ihn pro Ladung mehrfach auslösen. Ein aktives Gerät kann ihn mit seinem Antrieb ausführen; unser VEGA befindet sich in Entwicklung. Ein rein passives Gerät wie RIGEL oder CYGNUS, das für den Hebevorgang auf dem Deck eingestellt wird, fährt nicht auf Befehl ein.
Heben Sie eine Last von einem bewegten Deck ab?
Senden Sie uns:
- die Last und ihre Anschlagmittel
- den Kran und seine Hubgeschwindigkeit
- das Schiff oder die Barge, auf dem beziehungsweise der die Last steht, sowie die Seegangszustände
Wir modellieren das Abheben in CONSTELLATION, allein mit dem Kran und mit Schnellhub, und ermitteln den Abstand zum Deck, die Lasten und den erforderlichen Hub.
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