DE102008038598B4

DE102008038598B4 - Trogsicherung für Schiffshebewerke nach dem Gleichgewichtsprinzip mit Nassförderung, bestehend aus Mutterbackensäule und Drehriegel; Mutterbackensäule als gelenkige selbsttragende Stabkette

Info

Publication number: DE102008038598B4
Application number: DE102008038598.0A
Authority: DE
Inventors: Volker Dachsel
Original assignee: Wasserstrassen Neubauamt Berlin
Current assignee: Wasserstrassen Neubauamt Berlin
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2028-08-22
Also published as: DE102008038598A1

Abstract

Trogsicherung für ein Schiffshebewerk nach dem Gleichgewichtsprinzip mit Nassförderung, bei welchem ein mit Wasser gefüllter Trog vertikal heb- und absenkbar ist, umfassend mindestens 4 mit einem Tragwerk des Schiffshebewerkes gekoppelte Mutterbackensäulen, bestehend aus je 2 einander gegenüberliegenden Strängen von miteinander verbundenen Mutterbackensegmenten (1) in Verbindung mit je einem Trogantrieb sowie jeder Mutterbackensäule zugeordnete und mit den Trogantrieben gekoppelte Drehriegel, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutterbackensegmente (1) unter Ausbildung einer gelenkigen selbsttragenden Stabkette zu dem Strang der Mutterbackensäule untereinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft:

Trogsicherung für Schiffshebewerke nach dem Gleichgewichtsprinzip mit Nassförderung, bestehend aus Mutterbackensäule und Drehriegel einschließlich der Verbindung der Mutterbackensäule mit dem Tragwerk des Schiffshebewerkes, als gelenkige selbsttragende Stabkette sowie die Kopplung der Trogsicherung mit den Trogantrieben.

Stand der Technik
Binnenwasserstraßen müssen Geländesprünge und damit verbundene Wasserspiegelhöhen überwinden.
Dies geschieht mittels Schiffsschleusen oder Schiffshebewerken.
Eine häufig angewande Bauform sind Senkrechthebewerke, mit Nassförderung.
Dabei wird das Schiff in einem mit Wasser gefüllten Trog vertikal gehoben oder abgesenkt. Der Wasserstand im Trog ist nahezu konstant.
Der Trog befindet sich im Gleichgewicht mit dem Auftrieb aus Schwimmern oder dem Gewicht von an Seilen hängenden Gegengewichten.
Durch das Gleichgewicht ist die Trogbewegung mittels relativ geringer Antriebsleistung möglich. In der Regel kommen 4 Trogantriebe zum Einsatz, bestehend aus angetriebenem Ritzel in einer Zahn- oder Triebstockleiter.
Geht das Gleichgewicht am Trog verloren, so besteht die Gefahr der Überlastung der Antriebe. Unkontrollierte Trogbewegungen können die Folge sein.
Um dies zu verhindern wird der Trog mit einer Trogsicherung (für jeden Antrieb) ausgestattet. Diese übernimmt die z. T. erheblichen Kräfte aus dem Ungleichgewicht des Troges und leitet diese in das Tragwerk des Schiffshebewerkes ab.
In den meisten Fällen funktioniert die Trogsicherung nach dem Prinzip der Selbsthemmung in einem Gewinde, wozu beispielhaft auf die DE 10 2005 055 738 B3 verwiesen wird.
Dieses Gewinde ist am Tragwerk des Schiffshebewerkes befestigt. Es kann ausgeführt werden als Außengewinde, bezeichnet als Spindel oder als geteiltes Innengewinde, bezeichnet als Mutterbackensäule.
Das Gegenstück (Spindelmutter oder Drehriegel) ist am Trog befestigt und läuft berührungsfrei mit einem allseitigen Luftspalt im Gewinde phasensynchron zu den Trogantrieben mit.
Die Trogantriebe sind federnd am Trog befestigt. Sie schalten sich bei Überlastung ab und federn gegen den Trog ein. Der Luftspalt im Gewinde wird aufgebraucht und der Trog setzt sich in der Trogsicherung ab.
Bei der Ausführung der Trogsicherung als Mutterbackensäule besteht diese aus zwei gegenüberliegenden Strängen von Gewindeabschnitten. Jeder Strang besteht vertikal aus mehreren Segmenten.
Die Segmente untereinander und die beiden gegenüberliegenden Stränge müssen tragfähig miteinander verbunden sein. Die Lage zueinander muß den Toleranzen für das gewählte Gewinde entsprechen.
Diese Verbindung untereinander und mit dem Tragwerk des Schiffshebewerkes kann mittels einer separaten Unterkonstruktion erfolgen ( DE 380 377 A ). Diese, vorzugsweise aus Stahl gefertigt, wird als Einzelstab statisch bestimmt am Tragwerk befestigt. Der Verlauf des Gewindes ist unabhängig von den Verformungen des Tragwerks des Schiffshebewerkes.
Eine Variante ohne Unterkonstruktion besteht in der direkten Verbindung der einzelnen Mutterbackensegmente mit dem Tragwerk als kontinuierliche Lagerung (Planung neues Schiffshebewerk Niederfinow). Ebenfalls bekannt ist eine Konstruktion von übereinander gestellten Segmenten, die mittels Spannlitzen längs zu einem starren Stab verspannt werden. Dieser wird an mehreren Punkten am Tragwerk gehalten ( DE 10 2007 000 241 A1 ). In beiden Fällen folgt das Gewinde den Verformungen des Tragwerkes.
Alle bekannten Konstruktionen sind hinsichtlich der Befestigung am Tragwerk des Schiffshebewerkes sehr aufwändig, schwierig zu montieren und müssen umfangreich spanend bearbeitet werden. Die Befestigung der Segmente ist statisch unbestimmt, der Kraftfluss und die Wechselwirkung mit dem Tragwerk des Schiffshebewerkes sind nicht eindeutig bestimmbar.

Die Eigenschaften derartiger Konstruktionen sind in der anliegenden Tabelle 1 dargestellt. Als „Zielvorgabe“ werden die Anforderungen/Merkmale einer verbesserten Konstruktion aufgelistet. Diese bezieht sich vorzugsweise auf ein Tragwerk aus Stahlbeton. Diese Merkmale liegen der nachfolgend beschriebenen Erfindung zu Grunde. Vergleich der Eigenschaften der Konstruktion der Mutterbackensäule (MBS)

Eigenschaften	Unterkonstruktion aus Stahl	Direkt im Beton verankert	Zielvorgabe für Alternative
1. Herstellung der Segmente und Verbindungsmittel	Kontaktflächen großflächig bearbeiten, viele Bolzen mit konischen Excenterbuchsen	Kontaktflächen zur Vorrichtung bearbeiten, Bohrungen nach Aufmaß, Hüllrohre u. Spannanker	Großflächige Kontaktflächen vermeiden, Verbindungsmittel reduzieren
2, Herstellung der Unterkonstruktion	Selbsttragende Druckstabkonstruktion, zur Übertragung der Hauptlasten	Verstärkte Bewehrung und Zweitbeton über gesamte Pylonhöhe, aufwändige Ankermontage	MBS selbsttragend nur abschnittsweise befestigt, möglichst nur Druck im Beton des Pylons
3. Kopplung mit der Triebstockleiter	Gemeinsame Stahl-Unterkonstruktion	Stahlbeton des Pylons koppelt direkt	Kopplung erforderlich wegen gleicher Verformung
4. Vormontage	Ebenerdig horizontal mittels Excenterbuchsen auf der Unterkonstruktion	Paarweise an der Vorrichtung und 2 Vorrichtungen übereinander	Spielfreie Verbindung der Segmente untereinander pro MBS-Seite
5. Endmontage	Einheben der kompletten MBS mit Spezialkran	Schussweises Einheben, arretieren, schalen, bewehren, vergießen	Ohne Zweitbeton, in kleinen Einheiten, leicht und dauerhaft arretierbar
6. Kontrollen und Zuverlässigkeit	Keine Vorspannung, Verbindungsmittel gut zugänglich und kontrollierbar	Verguss und Ankerspannung bedingt kontrollierbar, Betonmonitoring erforderlich	Keine Vorspannung, Verbindungsmittel gut zugänglich und kontrollierbar
7. Versagen von Bauteilen	Segmente stützen sich gegenseitig ab, Bolzenlager überdimensioniert	Segmente stützen sich gegenseitig ab, eventuell Betonsanierung erforderlich	Segmente stützen sich gegenseitig ab, Lagerung redundant ausführen
8. Interaktion mit dem Tragwerk	Ein definierter Punkt für Lasteinleitung, kaum Wechselwirkungen	Folgt und verursacht Verformungen im Tragwerk, Beton gerissen	Vermeidung von Zwängungen und Rissen, definierte Lasteinleitung
9. Verbindung der Segmente untereinander	Nur über Verbindungsmittel und Unterkonstruktion, indirekt	Nur über Verbindungsmittel und Pylonkonstruktion, indirekt	Direkte spielfreie Verbindung der Segmente
10. Verformungen	Unabhängig vom Tragwerk, linear und geradlinig	Folgt den Verformungen der Pylone und verstärkt diese durch DR-Kräfte	Folgt den Verformungen der Pylone, DR-Kräfte neutral
11. Drehriegel-Positionen	Keine Einschränkungen	Möglichst in Segmentmitte, sonst Betonmonitoring erforderlich	Keine Einschränkungen
12. Reparatur bzw. Austausch von Segmenten	Austausch mittels Stahlbaumontage, Zerstörungsfrei	Austausch nur bei Zerstörung und Neuaufbau des Zweitbetons möglich	Austausch mittels Stahlbaumontage, Zerstörungsfrei

Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist eine Konstruktion, die die Nachteile der bekannten Konstruktionen vermeidet. Sie ist gekennzeichnet durch die als Zielvorgaben bezeichneten Merkmale. (siehe Tabelle 1)
Beispiel
Die Segmente einer Seite (1) werden untereinander durch tragfähige Gelenke (Bolzen und Auge) (2; 3) miteinander verbunden, sie können den Verformungen des Tragwerks folgen. Dadurch entsteht eine flexible, selbsttragende Stabkette mit Gleitführungen am Tragwerk und Verankerung am Fußpunkt.
Durch keilförmige oder konische Teile in den Gelenken (6) werden diese spielfrei montiert, z. B. durch ein keilförmiges Segment (6) des Bolzenquerschnittes mit Stellvorrichtung oder durch konische Bolzen/Auge mit konischer (b. Bedarf geteilter) Buchse mit Möglichkeit zum Nachschmieren. Seitliche Konsolen (7; 8) dienen als Ansatzpunkt für Pressen und als Sicherung gegen Abheben, der Bolzen wird mit Untermaß zur Bohrung gefertigt und mit Fase zum leichteren Zusammenfügen,
In Höhe der Gelenke erfolgt die Verbindung jeweils eines Segments zum Pylon mittels Grundplatte (5) und Führungsklammern (Gleitstücke mit Spiel) (4) zur horizontalen Führung und Ausrichtung der Einzelstäbe. Der Luftspalt zwischen Führung und Mutterbacken-Segment erhält einen Korrosionsschutz z. B. mit Korrosionsschutzöl. Zwischen Grundplatte (5) und Führungsstück (4) wird eine Justiermöglichkeit zum horizontalen Ausrichten der Mutterbacken-Segmente zueinander montiert (z. B. Futterbleche).
Die Lasteinleitung in den Pylon erfolgt am Fußpunkt der Mutterbackensäule über ein Gelenk, das als Festlager ausgebildet wird, die Verankerung erfolgt im überdrückten Bereich des Stahlbetons. Z. B. wird ein Teil eines Mutterbacken-Segmentes mit Gelenkbolzen (3), ohne Gewinde jedoch mit lösbaren Führungsschienen auf einer im Erstbeton verankerten Lagerkonstruktion (Ankerplatte) (5; 10), justierbar und demontierbar befestigt.
Zur Reduzierung von Verformungsdifferenzen (zwischen Trogantrieb und Trogsicherung) ist es ebenfalls möglich mehrere Lager als Festlager auszubilden und mit der Triebstockleiter tragfähig zu koppeln. Dies ist ebenfalls möglich bei kontinuierlicher Verankerung der Triebstockleiter am Tragwerk.
Eine zusätzliche Sicherung der beiden Einzelstränge der MBS am oberen Endstück erfolgt durch Endanschlag als im Beton verankerter Barren (mit Dehnfuge/Spiel) für den Fall des Versagens eines Stranges, der Beton überträgt bei Havarie die Vertikalkräfte als Scheibe bis in die Auflager des Seilrollenträgers.
Die beiden oberen Segmente der Mutterbackensäule werden miteinander verbunden vorzugsweise oberhalb des letzten Gleitlagers als spielfreie verformungsarme Stahlkonstruktion, ohne tragende Verbindung zum Pylon. An der Verbindungskonstruktion wird die Triebstockleiter aufgehängt, diese wird mit dem Pylon nur über Gleitlager zur horizontalen Führung verbunden (analog Mutterbackensäule) (Bild 5).
Der Ausgleich der Verformung des Tragwerks des Schiffshebewerkes in Längsrichtung erfolgt durch einen Bolzen (3) und zugehöriges Einstellteil (6) mit balliger Oberfläche. Die vertikale Kontaktfläche der beiden Segmente im Gelenk ist auf die unmittelbare Umgebung des Bolzens beschränkt, im übrigen Bereich der Überlappung der Segmente ist ein Luftspalt herzustellen.
Bei der Montage der Gelenke wird der gesamte Bereich großflächig gefettet. Das Keilstück (6) wird mit max. Spiel vormontiert. Danach wird das Auge (2) eines Segmentes auf den Bolzen (3) des vorhandenen Segmentes aufgeschoben. Das freie Ende ist im nächsten Gleitlager (4) zu sichern. An den Konsolen (7; 8) wird das Gelenk gegen Abheben gesichert (9) und mit Pressen vertikal entlastet. Das Keilstück (6) wird mit definierter Spannkraft eingezogen.
Der Querschnitt der Mutterbacken-Segmente (1) besitzt einen Flächenschwerpunkt dicht am Gewindegang und zusätzliche Aussteifungen zur Erhöhung der Druckstabilität. Die Bauhöhe der zusammengefügten Segmente (2; 3) im Gelenk entspricht annähernd dem Regelquerschnitt, Querschnittsübergänge werden allmählich gestaltet. Übergangsradien und Dickenzulagen für Guss und Zerspanung werden konstruktiv berücksichtigt.
Die Bilder sind schematisch zu verstehen.

Bild 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Längsschnitts durch das Gelenk mit Spannkeil
Bild 2 zeigt eine Prinzipskizze eines Regelquerschnittes eines Mutterbackensegmentes
Bild 3 zeigt eine Prinzipskizze eines Schnittes durch das Gelenk mit Führung
Bild 4 zeigt eine Prinzipskizze eine Seitenansicht des Gleitlagers und des Gelenkes
Bild 5 zeigt eine Prinzipskizze des statischen Systems und der Kopplung von Mutterbackensäule und Triebstockleiter
Bild 6 zeigt eine Prinzipskizze eines Beispiels Gleichgewichtshebewerk mit Naßförderung
Bild 7 zeigt eine Prinzipskizze eines Beispiels Befestigung der Mutterbackensäule direkt im Beton des Tragwerkes
Bild 8 zeigt eine Prinzipskizze eines Beispiels des Drehriegels in der Mutterbackensäule
Bild 9 zeigt eine Prinzipskizze eines Schnitts durch Mutterbackensäule und Drehriegel

Bezugszeichenliste

1: Mutterbackensegment, Regelquerschnitt
2: Mutterbackensegment, Endquerschnitt mit Auge
3: Mutterbackensegment, Endquerschnitt mit Bolzen
4: Gleitführung
5: Grundplatte für Gleitführung
6: Einstellteil im Gelenk
7: Seitliche Konsole am Mutterbackensegment, Endquerschnitt mit Auge
8: Seitliche Konsole am Mutterbackensegment, Endquerschnitt mit Bolzen
9: Riegel gegen Abheben
10: Unterkonstruktion zur Verankerung und zum Ausrichten der Grundplatte

Claims

Trogsicherung für ein Schiffshebewerk nach dem Gleichgewichtsprinzip mit Nassförderung, bei welchem ein mit Wasser gefüllter Trog vertikal heb- und absenkbar ist, umfassend mindestens 4 mit einem Tragwerk des Schiffshebewerkes gekoppelte Mutterbackensäulen, bestehend aus je 2 einander gegenüberliegenden Strängen von miteinander verbundenen Mutterbackensegmenten (1) in Verbindung mit je einem Trogantrieb sowie jeder Mutterbackensäule zugeordnete und mit den Trogantrieben gekoppelte Drehriegel, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutterbackensegmente (1) unter Ausbildung einer gelenkigen selbsttragenden Stabkette zu dem Strang der Mutterbackensäule untereinander verbunden sind.
Trogsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutterbackensegmente (1) Endquerschnitte in Form von tragfähige Gelenke bildenden Augen (2) und Bolzen (3) aufweisen und miteinander durch die Gelenke verbunden sind.
Trogsicherung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch horizontale Gleitführung (4) der Mutterbackensegmente (1) am Tragwerk.
Trogsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitführung (4) abnehmbar ist, so dass die Mutterbackensegmente (1) demontiert werden können.
Trogsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Verbindung mindestens eines Mutterbackensegmentes (1) mit dem Tragwerk des Schiffshebewerkes als Festlager.
Trogsicherung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenke keilförmige oder konische Einstellteile (6) im Gelenk zum Ausgleich des Spiels aufweisen.