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Die Erfindung betrifft eine Toranordnung für einen Verschluss einer Wasserstraße, beispielsweise für ein Schleusentor oder für ein Trogabschlusstor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Verschlüsse von Wasserstraßen, insbesondere Stemmtore, die üblicherweise als paarweise, winklig gegeneinander angestellte Torflügel ausgebildet sind und damit statisch einen Dreigelenkbogen bilden, sind im Betrieb großen Belastungen unterworfen. Wird ein Stemmtor einer Wasserstraße, beispielsweise einer Schiffsschleuse, durch einseitig anstehendes Wasser belastet, so können innerhalb des Stemmtors sowie zwischen den beiden Torflügeln Druckkräfte ohne weiteres im Bereich von Hunderten von Tonnen wirken. Ähnliches gilt auch für andere Typen von Schleusentoren mit Torflügeln, wie beispielsweise für Schlagtore.
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Diese Druckkräfte müssen – am Beispiel eines Stemmtors – jedoch nicht nur im Bereich der sog. Schlagsäule zwischen den dort (bei geschlossenem Schleusentor) gegeneinander gepressten Dichtkanten der Stemmtorflügel aufgenommen werden, sondern insbesondere auch von jedem der beiden Torflügel auf den Massivbau übertragen werden, also auf die üblicherweise in Beton ausgeführte bauliche Einfassung der Schleuse.
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Hierzu werden traditionell sog. Stemmknaggen verwendet, die in Form besonders massiv ausgeführter Anschlagelemente vorliegen, welche üblicherweise in Mehrzahl sowohl im Bereich der Schlagsäule als auch im Bereich der Tor-Schwenkachse der beiden Torflügel des Stemmtors angeordnet sind. Weitere Stemmknaggen sind massivbauseitig so angeordnet, dass die an den Torflügeln außenseitig angeordneten Stemmknaggen in Verschlussstellung des Stemmtors an diesen massivbauseitigen Stemmknaggen zur Anlage kommen.
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Auf diese Weise wird in Verschlussstellung des Schleusentors somit ein statischer Dreigelenkbogen gebildet, bei dem die durch den Wasserdruck entstehenden enormen Druckkräfte jeweils über die aneinander zur Anlage gebrachten Stemmknaggenpaare abgetragen werden, einerseits zwischen den im Bereich der Schlagsäule aneinandergepressten Torflügeln, und andererseits zwischen dem jeweiligen Torflügel und der zugehörigen Massivbauseite.
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Im Falle beidseitig anstehenden Wasserdrucks, insbesondere bei gleicher Höhe des Wasserspiegels sowohl vor als auch hinter dem Schleusentor, ebenso wie bei geöffnetem Schleusentor sowie während der Öffnungs- oder Schließbewegung des Schleusentors, wirken jedoch üblicherweise sehr viel geringere Kräfte, nämlich hauptsächlich die Gewichtskräfte des Tores, auf die Torflügel eines Schleusentors ein.
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Auf diese gegenüber den eigentlichen Zuhaltekräften sehr viel geringeren Betriebskräfte sind jedoch die Lagerungen der Torflügel, insbesondere die üblicherweise vorhandenen Halslager und Spurlager, ausgelegt. Da sowohl die am Torflügel unten angeordneten Spurlager als auch die oben am Torflügel angeordneten Halslager zudem gewisse Nachgiebigkeiten aufweisen, bzw. bewusst mit einem gewissen Spiel (Spurlager) oder mit einer gewissen federelastischen Nachgiebigkeit (Halslager) ausgelegt sind, führt dies dazu, dass die Torflügel aufgrund ihrer Eigenmasse grundsätzlich nicht exakt senkrecht am Massivbau hängen, solange sie nicht geschlossen sind.
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Bei der Schließbewegung des Tores ist es somit erforderlich, die geringfügig schräg am Massivbau hängenden Torflügel in eine senkrechte bzw. gerade Stellung zu bewegen, und zudem alle Stemmknaggen-Paare möglichst exakt in ihre gegenseitige Anschlagsposition zu bewegen, um übermäßige Stoßbelastungen zu vermeiden.
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Ein weiterer Hauptgrund für die mit Spiel bzw. elastisch ausgelegten Lagerungen der Torflügel besteht darin, die Lagerungen vor der Einwirkung zu großer Kräfte zu schützen, welche wie oben beschrieben im Verschlusszustand des Schleusentors auftreten.
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Mit anderen Worten bedeutet dies, dass im Moment des Abschlusses der Schließbewegung der Torflügel ein Übergang der Haltekräfte zwischen Torflügel und Massivbau stattfinden muss, und zwar von den nur für die Gewichtskraft der Tore ausgelegten Torlagerungen auf die für die viel größeren Zuhaltekräfte ausgelegten Stemmknaggenpaare.
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Dieser Übergang der Tor-Haltekräfte von den Tor-Lagerungen auf die Stemmknaggen findet beim Stand der Technik üblicherweise dadurch statt, dass die Stemmknaggen im Bereich der letzten Winkelgrade der Schließbewegung des Tores aufeinander prallen, wodurch einerseits die noch schief in den Lagerungen hängenden Torflügel gerade gerückt werden, und andererseits die erforderliche Entlastung der Torlagerungen im Schließzustand erfolgt.
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Nachteilig hieran ist jedoch, dass dieser Kräfteübergang von den Tor-Lagerungen auf die Stemmknaggen beim Schließen des Tores, unter gleichzeitiger Anhebung und Geraderückung der Torflügel, weitgehend undefiniert erfolgt. Dies bedeutet, dass im Moment des Anstoßens der Stemmknaggen auf den letzten Winkelgraden der Schließbewegung unerwünscht große Stoßkräfte entstehen können, welche zu erhöhtem Verschleiß insbesondere der Stemmknaggen, je nach Bewegungsablauf jedoch auch der Torlagerungen, dort insbesondere der untenseitigen Spurlager führen können.
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Dabei wird durch die im Schleusenwasser stets reichlich vorhandenen Abrasivstoffe wie beispielsweise Sandkörner der beim Schließvorgang auftretende Verschleiß an Stemmknaggen und Spurlagern zusätzlich weiter erheblich erhöht. Derartige gattungsgemäße Toranordnungen sind beispielsweise aus den Druckschriften
DE 30 42 877 C2 ,
DE 30 40 715 C2 oder
DE 274 998 A bekannt.
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Ausgehend von dieser Problematik ist es somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Toranordnung für einen Verschluss einer Wasserstraße zu schaffen, bei der der Kräfteübergang von den Tor-Lagerungen auf die Stemmknaggen im Moment des Einfahrens des Tores in die Schließstellung in kontrollierter und definierter Weise so erfolgt, dass dabei auftretende Stoßkräfte sowie dabei auftretender Verschleiß minimiert werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Toranordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Toranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen zum Einsatz an einem Trogverschluss oder an einer Schleuse einer Wasserstraße, und umfasst hierzu zumindest einen zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung hin und her bewegbaren Torflügel, wie dies z. B. bei einem Schlagtor der Fall ist, welches lediglich einen Torflügel aufweist. Üblicherweise, im Sinne der vorliegenden Anmeldung jedoch keineswegs ausschließlich, umfasst eine Toranordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 zwei Torflügel, welche nach Art eines Stemmtors angeordnet sind, und damit im Verschlusszustand einen Dreigelenkbogen bilden.
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Der zumindest eine Torflügel ist dabei um eine durch ein untenliegendes Spurlager und ein obenliegendes Halslager definierte Torflügel-Schwenkachse zwischen einer Tor-Offenstellung und einer Tor-Schließstellung hin und her schwenkbar, und weist zumindest eine benachbart der Torflügel-Schwenkachse angeordnete torseitige Stemmknagge auf. Weiterhin umfasst die Toranordnung eine an einem Schleusen-Massivbau im Bereich einer Toraufnahme anordenbare bzw. mit dem Massivbau verbindbare Massivbaueinrichtung mit zumindest einer massivbauseitigen Stemmknagge auf. Eine torseitige Stemmknagge und die zugehörige massivbauseitige Stemmknagge werden im Folgenden als Stemmknaggen-Paar bezeichnet.
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Bei einer Schließbewegung des Torflügels kommt dabei die torseitige Stemmknagge an der zugehörigen massivbauseitigen Stemmknagge zur Anlage und bildet mit derselben eine gemeinsame Berührungsfläche.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich die Toranordnung durch zumindest eine im Bereich der Torflügel-Schwenkachse angeordnete Stützpaarung aus. Die Stützpaarung umfasst eine wahlweise am Torflügel oder an der Massivbaueinrichtung angeordnete Stützrolle sowie eine dementsprechend wahlweise an der Massivbaueinrichtung oder am Torflügel angeordnete, der Stützrolle zugeordnete Abwälzfläche. Mit anderen Worten kann wahlweise die Stützrolle einer Stützpaarung am Torflügel, und die zugehörige Abwälzfläche an der Massivbaueinrichtung angeordnet sein, oder es kann umgekehrt die Stützrolle an der Massivbaueinrichtung, und die Abwälzfläche am Torflügel angeordnet sein.
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In jedem Fall ist dabei die Stützrolle bei einer Schwenkbewegung des Torflügels in die Verschlussstellung dergestalt auf der Abwälzfläche zur Anlage bringbar oder auf der Abwälzfläche abrollbar, dass eine senkrecht zu der Berührungsfläche verlaufende Komponente der Schließbewegung im Moment des Berührungsbeginns der Stemmknaggen auf Null reduzierbar ist.
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Dies bedeutet mit anderen Worten, dass im Moment des Berührungsbeginns der torflügelseitigen und massivbauseitigen Stemmknagge eines Stemmknaggen-Paares ein rein tangentiales Zusammenfahren der Stemmknaggen des Stemmknaggen-Paares erfolgt. Durch dieses mit der Erfindung ermöglichte, kontrolliert und definiert ablaufende rein tangentiale Zusammenfahren der Stemmknaggen eines bzw. jedes Stemmknaggen-Paares wird somit der beim Stand der Technik auftretende, weitgehend unkontrollierte und teilweise massive Anstoß der torseitigen Stemmknaggen an die massivbauseitigen Stemmknaggen maßgeblich reduziert, bzw. kann völlig unterbunden werden.
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Dies vermindert den Verschleiß sowohl der Stemmknaggen selbst als auch der Lagerungen des Torflügels, insbesondere des untenseitigen Spurlagers, welches im Gegensatz zum obenseitigen Halslager üblicherweise unelastisch ausgebildet ist, und allenfalls ein gewisses konstruktiv definiertes Lagerspiel aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung fällt die Drehachse der Stützrolle mit der Schwenkachse des Torflügels zusammen. Hierbei ist zu beachten, dass die Schwenkachse des Torflügels (auch gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1) durch das Spurlager und das Halslager des Torflügels definiert ist. Da jedoch das Spurlager üblicherweise konstruktiv bedingtes bzw. beabsichtigtes Spiel aufweist, und das Halslager üblicherweise elastisch am Massivbau aufgehängt ist, bedeutet dies, dass die Schwenkachse des Torflügels lediglich bezüglich des Torflügels selbst exakt definiert ist, während die Lage der Torflügel-Schwenkachse relativ zum Massivbau aufgrund der spielbehafteten bzw. elastischen Lagerungen veränderbar ist, und sich auch während des Schließ- bzw. Öffnungsvorgangs tatsächlich in gewissem Umfang verändert.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Schwenkachse des Torflügels mit anderen Worten zumindest während eines größeren Teils der Schwenkbewegung, oder auch während der gesamten Schwenkbewegung, mittels Anlage der Stützrolle an der zugehörigen Abwälzfläche so im Raum positioniert, dass schlussendlich zumindest beim Berührungsbeginn der beiden Stemmknaggen eines Stemmknaggen-Paares eine rein tangentiale Relativbewegung der beiden Stemmknaggen stattfinden kann, und somit der unerwünschte Anstoß und damit verbundene Verschleiß unterbunden bzw. reduziert wird.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Drehachse der Stützrolle exzentrisch zur Torflügel-Schwenkachse angeordnet ist, wobei die Exzentrizität der Drehachse der Stützrolle relativ zur Torflügel-Schwenkachse zunächst in eine beliebige Richtung ausgehend von der Torflügel-Schwenkachse weisen kann. Bei dieser Ausführungsform kann insbesondere berücksichtigt werden, dass der Torflügel, wie in der Beschreibungseinleitung dargestellt, im geöffneten Zustand bzw. während des größten Teils der Schließbewegung unvermeidlich leicht schief hängt.
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Durch die exzentrisch zur Torflügel-Schwenkachse angeordnete Stützrolle kann bei dieser Ausführungsform während der Schließbewegung somit beispielsweise ein allmähliches, aktives Aufrichten der Torflügel-Schwenkachse erfolgen dergestalt, dass die Schwenkachse bei Berührungsbeginn der Stemmknaggen ihre abschließende senkrechte Position im Raum zumindest näherungsweise erreicht hat. Dabei kann erfindungsgemäß gleichzeitig wieder sichergestellt werden, dass im Moment des Berührungsbeginns der Stemmknaggen ein rein tangentiales Zusammenfahren der Stemmknaggen erfolgt, um so Stoß und Verschleiß zu minimieren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die exzentrisch zur Torflügel-Schwenkachse angeordnete Drehachse der Stützrolle in Schließstellung des Torflügels stromaufwärts unmittelbar, d. h. mit verhältnismäßig geringem Abstand, vor einer gedachten Ebene positioniert ist, welche die Torflügel-Schwenkachse enthält und senkrecht auf der Stemmknaggen-Berührungsfläche steht.
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Diese Ausführungsform bringt zusätzlich den entscheidenden Vorteil mit sich, dass die Stützrolle im letzten Moment der Schließbewegung des Tores von der zugehörigen Abwälzfläche zumindest geringfügig abgehoben wird. Auf diese Weise findet somit sowohl die gewünschte, definierte tangentiale Einfahrt der Stemmknaggen bei Berührungsbeginn statt, und es erfolgt zudem beim Abschluss der Einfahrbewegung des Tores eine definierte Übergabe der Haltekräfte von der Stützrolle an die Stemmknaggen.
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Auf diese Weise wird also nicht nur der Anstoß der Stemmknaggen und der damit verbundene Verschleiß verringert bzw. vermieden, sondern es werden auch die Stützrolle und die Abwälzfläche vor etwaiger Überlastung durch die im Betriebszustand eines Schleusentors auftretenden, großen bis extrem großen Zuhaltekräfte geschützt.
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Grundsätzlich lässt sich die Erfindung unabhängig davon verwirklichen, wie die Abwälzfläche geometrisch ausgebildet und angeordnet ist, solange sich im Zusammenwirken mit der Stützrolle das tangentiale Einfahren der Stemmknaggen bei Berührungsbeginn ergibt.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht jedoch vor, dass die Abwälzfläche gekrümmt ist. Dabei ist die Krümmungsrichtung der Abwälzfläche zunächst einmal beliebig, die Abwälzfläche kann also beispielsweise konvex oder konkav gekrümmt sein, oder sie kann entlang ihres Verlaufs sowohl konvexe als auch konkave Krümmungsabschnitte aufweisen. Eine Ausführungsform mit gekrümmter Abwälzfläche hat beispielsweise den zusätzlichen Vorteil, dass eine Unterstützung bzw. eine bestimmte gewünschte Positionierung der Torflügel-Schwenkachse im Raum auch außerhalb der unmittelbaren Winkelumgebung der Schließstellung erfolgen kann.
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Auf diese Weise können somit Spurlager und/oder Halslager des Torflügels auch außerhalb der eigentlichen Schließstellung des Torflügels unterstützt, positioniert bzw. entlastet werden, wodurch sich insbesondere ein noch genauer definierbarer Ablauf der Schließbewegung ergibt. Eine weitere vorteilhafte Wirkung dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Abwälzfläche so gekrümmt ausgebildet sein kann, dass die Stützrolle und die Abwälzfläche in der vollständigen Verschlussstellung des Tores ebenfalls wieder entlastet bzw. geringfügig voneinander abgehoben werden, mit den hinsichtlich der vorstehenden Ausführungsform dargestellten Vorteilen bezüglich definierter Kraftübergabe und Überlastungsschutz.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine aus Stützrolle und zugehöriger Abwälzfläche gebildete Stützpaarung im Bereich eines Spurlagers des Torflügels angeordnet ist.
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Die untenliegenden Spurlager der Torflügel einer Schleuse unterliegen aufgrund ihrer zumeist unelastischen Ausbildung sowie aufgrund der konstanten Umspülung durch Wasser mit Abrasivstoffen besonders hohen Belastungen und damit einem besonders hohen Verschleiß, wobei Wartung und etwaiger Austausch der Lagerflächen gerade beim Spurlager aufgrund dessen Positionierung aufwändig und damit teuer sind. Eine in der Nähe des Spurlagers angeordnete Stützpaarung aus Stützrolle und Abwälzfläche kann damit insbesondere das Spurlager unterstützen bzw. schützen, und dessen Lebensdauer damit entscheidend verlängern.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Stützpaarung auch im Bereich eines Halslagers des Torflügels angeordnet ist, mit entsprechend vorteilhaften Wirkungen für das Halslager, wie vorstehend hinsichtlich des Spurlagers dargestellt.
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Besonders bevorzugt sind mehrere Stützpaarungen vorgesehen, welche entlang der Torflügel-Schwenkachse verteilt in bestimmten Abständen angeordnet sind. Mit dieser Ausführungsform kann eine Abstützung des Stemmtors und ein definierter Ablauf der Schwenkbewegung durch die in mehreren Höhenbereichen vorhandenen Stützpaarungen besonders gut koordiniert erfolgen.
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Dabei können insbesondere in unterschiedlichen Höhenbereichen entlang der Torflügel-Schwenkachse auch jeweils konstruktiv unterschiedliche Stützpaarungen vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine Stützpaarung im Bereich des Spurlagers eines Torflügels als Stützpaarung mit exzentrisch gelagerter Stützrolle ausgeführt sein, während eine Stützpaarung im Bereich des Halslagers mit zentrisch gelagerter Stützrolle ausgebildet ist, oder umgekehrt. Auf diese Weise kann jeder Höhenbereich des Torflügels mit einer Stützpaarung versehen werden, welche optimal auf die dort jeweils vorliegenden Belastungsverhältnisse bzw. Stemmknaggen-Abstände hin dimensioniert ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Halterung der Stützrolle und/oder die Halterung der Abwälzfläche am Torflügel bzw. an der Massivbaueinrichtung eine definiert elastische Nachgiebigkeit in Richtung der in Anspruch 1 definierten Schließbewegungskomponente aufweist.
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Diese definierte elastische Nachgiebigkeit wird vorzugsweise so dimensioniert, dass aufgrund der reinen Eigenmasse des Torflügels nur ein geringfügiges elastisches Nachgeben der Stützrolle und/oder der Abwälzfläche resultiert, während die in der Verschlussstellung des Tores durch den Wasserdruck bedingten großen Zuhaltekräfte zu einem stärkeren elastischen Nachgeben führen.
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Dieses stärkere elastische Nachgeben von Stützrolle und/oder Abwälzfläche in der Tor-Verschlussstellung führt mit anderen Worten dazu, dass die demgegenüber vergleichsweise starren Stemmknaggen den allergrößten Teil der Zuhaltekräfte übertragen, während auf Stützrolle und Abwälzfläche im Schließzustand des Tores nur ein geringer Teil der Zuhaltekräfte entfällt.
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Auch diese Ausführungsform der Erfindung steht somit im Dienst des Schutzes der Stützrolle und der Abwälzfläche gegen Überlastung durch die Zuhaltekräfte.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele zeigender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 in einer schematischen Frontalansicht ein aus zwei Torflügeln bestehendes Stemmtor;
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2 das Stemmtor gemäß 1 in schematischer Draufsicht;
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3 in einer Schemadarstellung einen Torflügel eines Stemmtors in nicht geschlossener Stellung;
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4 in einer 3 entsprechenden Darstellung den Torflügel gemäß 3 in einer Position unmittelbar vor der Schließstellung;
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5 in schematischer isometrischer Ausschnittsdarstellung einen Höhenbereich eines Stemmtor-Torflügels sowie des zugehörigen Massivbaus im Bereich der Schwenkachse;
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6 in einer schematischen Schnittdarstellung Stemmtor und Massivbau gemäß 1 in einer Draufsicht;
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7 in einer 6 entsprechenden Ansicht drei unterschiedliche Ausführungsformen einer Toranordnung mit einem Torflügel in der Öffnungsstellung;
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8 in einer 6 entsprechenden Ansicht die Ausführungsformen gemäß 7 mit dem Torflügel in einer 30°-Öffnungsstellung;
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9 in einer 6 entsprechenden Ansicht die Ausführungsformen gemäß 7 und 8 mit dem Torflügel in einer 15°-Öffnungsstellung;
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10 in einer 6 entsprechenden Ansicht die Ausführungsformen gemäß 7 bis 9 mit dem Torflügel in einer 5°-Öffnungsstellung; und
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11 in einer 6 entsprechenden Ansicht die Ausführungsformen gemäß 7 bis 10 mit dem Torflügel in einer Schließstellung.
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Die 1 und 2 zeigen in höchst schematisierter, lediglich funktionsbezogener Darstellung wesentliche Bestandteile eines aus zwei Torflügeln 1 bestehenden Stemmtors einer Schifffahrtsschleuse.
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Man erkennt zunächst die hier nur schematisch angedeuteten Lagerungen 2, 3 des Torflügels 1, nämlich das untenseitige Spurlager 2 sowie das obenseitige Halslager 3. Man erkennt weiterhin, dass die Halslager 3 jeweils mittels einer federelastischen Stabeinrichtung 4 an dem üblicherweise als Betonwanne ausgebildeten Massivbau 5 der Schleuse befestigt sind, während die Spurlager 2 jeweils als im Wesentlichen punktförmige Lagerungen vorliegen. Jedes der Spurlager 2 umfasst dabei einen Spurzapfen 6, welcher mit gewissem Lagerspiel (in den 1 bis 4 übertrieben dargestellt) beweglich in einer Spurpfanne 7 aufgenommen ist.
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Weiterhin in den 1 und 2 erkennbar sind die Schwenkachsen 8 der Torflügel 1, welche jeweils durch die Lagerflächen von Halslager 3 und Spurlager 2 definiert sind.
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2 zeigt, dass jedes Halslager 3 durch zwei federelastische Stabeinrichtungen 4 mit dem Massivbau 5 verbunden ist, so dass sich zusammen mit dem punktförmigen Spurlager 2 gemäß 1 eine räumlich definierte Lage der jeweiligen Schwenkachse 8 ergibt. In 2 lediglich höchst schematisch angedeutet ist weiterhin eine beispielsweise hydraulisch ausgebildete Antriebseinrichtung 9 für die beiden Torflügel 1.
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Schließlich zeigen 1 und 2 noch die Positionen der Stemmknaggen-Paare 10. Man erkennt, dass jeweils eine Anzahl von torseitigen Stemmknaggen an beiden Vertikalkanten jedes Torflügels 1 angeordnet sind, wobei die im Bereich der Schwenkachse 8 des Torflügels 1 angeordneten Stemmknaggen auch als Wendesäulen-Stemmknaggen, und die im mittleren Bereich an der sogenannten Schlagsäule 11 zwischen den beiden Torflügeln 1 angeordneten Stemmknaggen auch als Schlagsäulen-Stemmknaggen bezeichnet werden.
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Weitere Stemmknaggen der in 1 und 2 ersichtlichen Stemmknaggen-Paare 10 sind massivbauseitig in der Nähe der Schwenkachsen 8 jedes Torflügels 1 so angeordnet, dass dort jeweils eine massivbauseitige Stemmknagge mit jeweils einer torseitigen Stemmknagge korrespondiert, und die beiden zugehörigen Stemmknaggen somit ein Stemmknaggenpaar 10 bilden.
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Insgesamt sind sämtliche Stemmknaggen-Paare 10 so angeordnet, dass ein möglichst geradliniger Kraftfluss durch die beiden Torflügel 1 hin zum Massivbau 5 gegeben ist, da nur so die enormen, durch das anstehende Wasser verursachten, und durch den flachen Dreigelenkbogen gemäß 2 noch potenzierten Zuhaltekräfte zerstörungsfrei aufgenommen und abgeleitet werden können.
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Die 3 und 4 zeigen wieder höchst schematisch einen der beiden Torflügel 1 des Stemmtors gemäß 1 und 2 in einer nicht geschlossener Stellung (3), sowie denselben Torflügel 1 nochmals in einer nahezu geschlossenen Stellung (4).
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Wie weiter oben bereits ausgeführt, sind sowohl die federelastische Ausbildung 4 des Halslagers 2 als auch die mit Lagerspiel behaftete Ausbildung des Spurlagers 2 so erforderlich, um eine Überlastung der Lager 2, 3 im geschlossenen Zustand des Stemmtors durch die enormen, wasserdruckbedingten Zuhaltekräfte zu vermeiden.
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Dies geschieht dadurch, dass Abstützung und Kraftableitung im geschlossenen Zustand des Stemmtors (vgl. 1 und 2) nahezu ausschließlich über die Stemmknaggen-Paare 10 sowohl im Bereich der Schlagsäule 11 als auch im Bereich der beiden Wendesäulen bei 8 erfolgen, während sowohl Halslager 3 als auch Spurlager 2 im geschlossenen Zustand des Stemmtors entlastet und weitgehend horizontalkraftfrei sind.
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Mit dieser somit bewusst elastischen Ausführung des Halslagers 3 sowie mit der ebenso bewusst spielbehafteten Ausführung des Spurlagers 2 ist jedoch unvermeidlich eine Schiefstellung der Torflügel 1 des Stemmtors zumindest solange verbunden, als das Stemmtor nicht geschlossen ist.
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Diese Schiefstellung der Torflügel 1 ist in 3 dargestellt (dort allerdings zur besseren Erkennbarkeit übertrieben gezeichnet) und entsteht dadurch, dass aufgrund der Eigenmasse des Torflügels 1 einerseits das Halslager 3 in der Horizontalrichtung elastisch ausgelenkt wird, und andererseits das spielbehaftete Spurlager 2 in der Spurpfanne 7 ebenfalls eine horizontale Auslenkung erfährt.
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Diese Auslenkungen der beiden Lagerungen 2, 3 des Torflügels 1 müssen jedoch bei der Schließbewegung des Stemmtors zurückgeführt werden, so dass die Torflügel 1 möglichst bereits im Moment des Aufeinandertreffens der Stemmknaggen-Paare 10 sowohl im Bereich der Schlagsäule 11 als auch im Bereich der Wendesäulen bei 8 nicht mehr schief in ihrer Lagerung hängen, sondern weitestgehend horizontal ausgerichtet sind.
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Ist dies nicht der Fall, so findet ein weitgehend unkontrollierter Anprall zunächst nur einiger der vorhandenen Stemmknaggen-Paare 10 statt, wodurch die Torflügel 1 einerseits mehr oder weniger schlagartig gerade gerückt werden, und wodurch andererseits die restlichen Stemmknaggen-Paare 10 ebenfalls in Eingriff geraten.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass dieser Vorgang mit enormen Belastungen insbesondere für diejenigen Stemmknaggen-Paare 10 verbunden ist, die als erste miteinander in Berührung kommen. In der Darstellung der 3 sind dies insbesondere die zeichnungsbezogen links unten und rechts oben am Tor angeordneten Stemmknaggen, sowie deren jeweiliges Gegenstück am gegenüberliegenden Tor bzw. am Massivbau.
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4 zeigt in höchst schematischer Weise, wie diese Problematik mittels einer erfindungsgemäßen Stützpaarung 14 aus einer Stützrolle 12 und einer der Stützrolle 12 zugeordneten Abwälzfläche 13 behoben wird.
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Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform ist lediglich eine Stützpaarung 14 pro Torflügel 1 vorgesehen bzw. dargestellt. Dabei ist die Stützrolle 12 bei dieser Ausführungsform dem Torflügel 1 zugeordnet bzw. am Torflügel 1 befestigt, während die Abwälzfläche 13 am Massivbau 5 angeordnet ist.
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Dabei sind Stützrolle 12 und Abwälzfläche 13 bei der Schwenkbewegung des Torflügels 1 in die Verschlussstellung aneinander so zur Anlage bringbar bzw. aufeinander abrollbar, dass der Torflügel 1 bereits im Vorfeld der ersten Berührung der Stemmknaggen 10 aufgerichtet wird. Idealerweise erfolgt diese Aufrichtung des Torflügels 1 und die damit verbundene Positionierung der Schwenkachse 8 des Torflügels 1 im Raum dabei dergestalt, dass das Zusammenfahren der Stemmknaggen 10 ohne Stoß rein tangential stattfindet. Eine solche Bewegung des Torflügels 1 bzw. der Schwenkachsen 8 und der torseitigen Stemmknaggen 18 ist in den 7 bis 11 näher dargestellt.
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5 zeigt einen Höhenbereich eines Torflügels 1 eines Stemmtors sowie eines zugehörigen Massivbaus 5 einer Schiffsschleuse in einer schematischen isometrischen Ausschnittsdarstellung, wobei zunächst insbesondere die Lage der Schwenkachse 8 des Torflügels 1 ersichtlich wird.
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Wie bereits weiter oben ausgeführt, definieren sich die Schwenkachsen 8 der Torflügel 1 bei einem Stemmtor nicht durch die tatsächliche Schwenkbewegung, welche aufgrund des Lagerspiels bzw. aufgrund der elastischen Lageraufhängung in gewissem Umfang um eine arbiträr wandernde Achse stattfindet, sondern vielmehr in idealisierter Weise durch die Zapfen des untenseitigen Spurlagers 2 sowie des obenseitigen Halslagers 3, vgl. insbesondere 1, 3 und 4.
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Neben dem in 5 nur ausschnitthaft dargestellten Torflügel 1 und dem ebenfalls nur ausschnittsweise dargestellten Massivbau 5 mit einem darin eingelassenen Doppel-T-Träger 15 erkennt man in weiterhin die auch bereits in 4 dargestellte Stützrolle 12 sowie die zugehörige Abwälzfläche 13, wobei Stützrolle 12 und Abwälzfläche 13 definitionsgemäß eine Stützpaarung 14 des Torflügels 1 bilden. Ferner in 5 erkennbar sind zwei Stemmknaggen-Paare 10, welche bei dieser Ausführungsform unterhalb und oberhalb der Stützpaarung 14 angeordnet sind.
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6 zeigt Torflügel 1 und Massivbau 5 gemäß 5 nochmals in einer teilweise geschnittenen Draufsicht, die insbesondere der Darstellung der Stemmknaggen 17, 18 in der hier vorliegenden Verschlussstellung des Tores 1 dient. Man erkennt ferner die Massivbaueinrichtung 16, welche beim dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere einen in den Schleusenkörper bzw. Massivbau 5 eingelassenen Doppel-T-Träger 15 umfasst.
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Strichliert dargestellt ist in 6 die (hier torseitige) Stützrolle 12, wohingegen die der Stützrolle 12 zugeordnete massivbauseitige Abwälzfläche 13 zur besseren Sichtbarkeit der Stemmknaggen 17, 18 in 6 nicht gezeichnet ist.
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Ferner in 6 dargestellt ist die mit einer massivbauseitigen Vertikalkante des Torflügels 1, mit anderen Worten mit der Wendesäule des Torflügels 1 verbundene, torseitige Stemmknagge 18. Man erkennt, dass die torseitige Stemmknagge 18 in der hier gezeigten Verschlussstellung des Tores 1 an der massivbauseitigen Stemmknagge 17 anliegt, wodurch eine den beiden Stemmknaggen 17, 18 dieses Stemmknaggen-Paares 10 gemeinsame Berührungsfläche 19 definiert wird.
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Über diese Berührungsfläche 19 werden im Schließzustand des Stemmtors die durch das anstehende Wasser sowie durch den flachen Dreigelenkbogen des Stemmtors verursachten, sehr großen Zuhaltekräfte vom Stemmtor in den Massivbau 5 eingeleitet.
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Dementsprechend massiv müssen sowohl die Stemmknaggen 17, 18 selbst als auch deren Verbindung mit dem Torflügel 1 bzw. mit dem Massivbau 5 ausgebildet sein, da die Zuhaltekräfte die aufgrund der Masse der Torflügel 1 entstehenden Gewichtskräfte um ein Vielfaches überschreiten.
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Die in 6 punktiert dargestellte Linie schließlich steht für eine gedachte Ebene 20, welche die Schwenkachse 8 des Torflügels 1 enthält und senkrecht auf der Stemmknaggen-Berührungsfläche 19 steht. Diese gedachte Ebene 20 dient weiter unten zur Erläuterung des Schließvorgangs bzw. zur Definition einer Exzentrizität D der Anordnung der Stützrolle 12.
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Die 7 bis 11 (jeweils A–C) zeigen drei unterschiedliche Ausführungsformen ”A”, ”B” und ”C” einer Toranordnung jeweils in unterschiedlichen Öffnungsstellungen (7 bis 10) bzw. in der Schließstellung (11). In den 11A bis 11C sind zudem die Stemmknaggen-Berührungsfläche 19 sowie die gedachte Ebene 20 gemäß 6 nochmals eingezeichnet, in 10C zusätzlich noch ein Bewegungspfad 24, den die Schwenkachse 8 bei einer Schließbewegung zurücklegt, sowie die orthogonalen Komponenten 25 und 26 der Schließbewegung im Moment des Berührungsbeginns der Stemmknaggen-Paare 10.
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Dabei betreffen die Ausführungsform A zugeordneten 7 bis 11 (jeweils mit Buchstabe A) ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Drehachse 21 der Stützrolle 12 konzentrisch mit der Torflügel-Schwenkachse 8 angeordnet ist. Die Ausführungsform B bzw. Ausführungsform C zugeordneten 7 bis 11 (jeweils mit Buchstabe B bzw. C) betreffen hingegen zwei Ausführungsbeispiele, bei denen die Drehachse 21 der Stützrolle 12 jeweils exzentrisch zur Torflügel-Schwenkachse 8 positioniert ist. Der Grad der Exzentrizität D der Drehachse 21 der Stützrolle 12 relativ zur Schwenkachse 8 des Torflügels 1 ist dabei insbesondere aus 11B bzw. 11C ersichtlich.
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Bei einer Zusammenschau zunächst der 7 bis 11 jeweils mit Buchstabe A wird erkennbar, dass bei dieser Ausführungsform A (also mit zur Schwenkachse 8 konzentrisch angeordneter Stützrolle 12) eine unabhängig vom Tor-Öffnungswinkel permanent unterstützende Positionierung der Schwenkachse 8 des Torflügels 1 erfolgt.
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Mit anderen Worten führt die aus Stützrolle 12 und Abwälzfläche gebildete Stützpaarung 14 bei dieser Ausführungsform A dazu, dass die Schwenkachse 8 des Torflügels 1 in jeder Stellung des Torflügels 1 unterstützt bzw. weitgehend vertikal gehalten wird, dies zumindest innerhalb der gedachten Ebene 20, welche die Schwenkachse 8 des Torflügels 1 enthält und senkrecht auf der Stemmknaggen-Berührungsfläche 19 steht, vgl. hierzu auch die Definition der gedachten Ebene 20 in der Beschreibung zu 6.
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Bei der in den 7 bis 11 jeweils mit Buchstabe B dargestellten Ausführungsform B hingegen ist ersichtlich, dass dort die Drehachse 21 der Stützrolle 12 exzentrisch zur Torflügel-Schwenkachse 8 angeordnet ist. Außerdem ist bei dieser Ausführungsform die massivbauseitige Abwälzfläche 13 gekrümmt ausgeführt.
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Eine Zusammenschau der 7 bis 11 des Ausführungsbeispiels B zeigt, dass diese Kombination aus einer exzentrisch angeordneten Stützrolle 12 und einer Abwälzfläche 13 mit spezifischem Krümmungsverlauf ebenfalls (wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ”A”) dazu führt, dass die Schwenkachse 8 des Torflügels 1 über die gesamte Schwenkbewegung unterstützt und weitgehend in der Senkrechten gehalten wird.
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Dabei ist bei der Ausführungsform B die unterstützende Wirkung der durch Stützrolle 12 und Abwälzfläche 13 gebildeten Stützpaarung 14 noch umfassender als bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform A. Dies liegt bei Ausführungsform B darin begründet, dass hier eine unterstützende Wirkung der Stützpaarung 14 nicht lediglich innerhalb der gedachten Ebene 20 erfolgt (vgl. Ausführungsform A), sondern auch außerhalb dieser Ebene.
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Dies ist beispielsweise in 7B ersichtlich, in welcher der stark gekrümmte Auslauf 22 der Abwälzfläche 13 dafür sorgt, dass die Schwenkachse 8 des Torflügels 1 auch in der dort dargestellten Öffnungsstellung gegenüber dem aus der Tormasse resultierenden Drehmoment abgestützt wird, welches andernfalls zu einer Schiefstellung der Schwenkachse 8 führen würde, vgl. 3.
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Siehe hierzu auch den Pfeil bei 23 in den B-Figuren 7B bis 11B, der zur Veranschaulichung des Berührungspunkts 23 zwischen Stützrolle 12 und Abwälzfläche 13 dient, und damit die Abstützung der Schwenkachse 8 des Torflügels 1 in jeder Winkelstellung visualisiert. Der in 11B nur noch angedeutete Pfeil 23 visualisiert, dass bei diesem Ausführungsbeispiel in der Schließstellung des Torflügels 1 eine Unterstützung der Schwenkachse 8 durch die aus Stützrolle 12 und Abwälzfläche 13 gebildete Stützpaarung 14 faktisch nicht mehr erfolgt, da in der Schließstellung die Stemmknaggen 10 in Volleingriff sind, und somit ihrerseits den Torflügel 1 gegenüber dem Massivbau 5 abstützen.
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In den 11B und 11C ist ferner erkennbar, dass die Stützrolle 12 bei den Ausführungsformen B und C nach dem Berührungsbeginn der Stemmknaggen-Paare (vgl. 10) geringfügig von der zugehörigen Abwälzfläche 13 abgehoben wird. Hierfür ist die Exzentrizität D (sowie der Krümmungsverlauf der Abwälzfläche 13 bei Ausführungsform B) verantwortlich. Man erkennt in 11B bzw. C, dass dieses Abheben der Stützrolle 12 von der Abwälzfläche 13 erreicht wird, indem die Drehachse 21 der Stützrolle 12 bei den Ausführungsformen B und C stromaufwärts des Torflügels 1 (zeichnungsbezogen rechts) in Schließstellung des Torflügels 1 knapp vor der gedachten Ebene 20 positioniert ist.
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Ausführungsform C ist in den 7 bis 11 (jeweils mit Buchstabe C) dargestellt. Bei dieser Ausführungsform C ist die Stützrolle 12 ebenfalls, ähnlich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform B, exzentrisch zur Schwenkachse 8 des Torflügels 1 angeordnet. Im Unterschied zur Ausführungsform B ist bei der Ausführungsform C die Abwälzfläche 13 jedoch nicht gekrümmt, sondern im Wesentlichen eben. Zusätzlich ist die Abwälzfläche 13 bei der Ausführungsform C im Unterschied zu den Ausführungsformen A und B vom Massivbau 5 aus gesehen in Richtung der Schwenkachse 8 des Torflügels 1 verschoben.
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Die sich daraus insgesamt ergebende Kinematik wird besonders gut ersichtlich bei sukzessiver Zusammenschau der C-Figuren 7C bis 11C. Um die Kinematik zu verdeutlichen, ist in diesen Figuren zudem ein sukzessiver Verlauf 24 der jeweiligen Position der Schwenkachse 8 des Torflügels 1 eingezeichnet, wie dieser sich bei einer Schließbewegung des Tores beispielhaft ergibt.
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Anhand des Bewegungspfads 24 der Schwenkachse 8 des Torflügels 1 im Verlauf der Schließbewegung wird deutlich, dass der Torflügel 1 sich zum Anfang der Schließbewegung (7 bis 9) noch in Richtung auf den Massivbau 5 hin bewegt, also eine Schließbewegungs-Komponente 26 (vgl. 10C) aufweist, die größer als Null ist.
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Gegen Ende der Schließbewegung, insbesondere bei Berührungsbeginn der Stemmknaggen 10, welcher in 10C dargestellt ist, verläuft der Bewegungspfad 24 der Schwenkachse 8 des Torflügels 1 jedoch parallel zur Berührungsfläche 19 der Stemmknaggen 10 (vgl. 6), weist also lediglich noch eine zur Berührungsfläche 19 parallele Bewegungskomponente 25 auf, während die senkrecht zur Berührungsfläche 19 verlaufende radiale Bewegungskomponente 26 zu Null geworden ist.
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Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der Torflügel 1, bzw. die Schwenkachse 8 des Torflügels 1, bei der Ausführungsform C im Verlauf der Schließbewegung ganz allmählich aus der Schiefstellung (vgl. 3) in die senkrechte Stellung verbracht wird, so dass idealerweise ein gleichzeitiger Anschlag sämtlicher Stemmknaggen-Paare 10 erfolgt, wobei dieser Stemmknaggen-Anschlag zudem ohne stoßinduzierende Radialkomponente 26 rein tangential stattfindet.
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Auf diese Weise wird sowohl die beim Schließvorgang auftretende Stoßbelastung der gesamten Torkonstruktion, als auch der mit dem Schließvorgang verbundene Verschleiß der Stemmknaggen, ferner der Lagerverschleiß der Torflügel und ebenso der Stützrolle und der zugehörigen Abwälzfläche auf ein Minimum reduziert.
