-
Schutzeinrichtung für den mechanischen Antrieb von Schiffshebewerken
Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für den Antrieb von Schiffshebewerken,
bei denen das Gewicht des Troges durch Schwimmer, z. B. Tauchglockenschwimmer, im
Betrieb zumindest größtenteils ausgeglichen ist. Durch eine solche Schutzeinrichtung
soll vermieden werden, daß die mechanischen Antriebsteile überbelastet werden, wenn
entweder der Trog oder ein Schwimmer leck wird und dadurch eine Gleichgewichtsstörung
eintritt.
-
Im normalen Betriebszustand ist der Auftrieb der Schwimmer etwa ebenso
groß wie das Gewicht des Troges und des zugehörigen Traggerüstes. Der Antrieb hat
in diesem Falle nur die Reibungswiderstände und die dynamischen Kräfte zu überwinden
und ist entsprechend bemessen. Läuft aber der Trog teilweise oder ganz aus, so überwiegt
der Auftrieb der Schwimmer das Gewicht des Troges und seines Traggerüstes. Der Trog
wird dann also ungewollt gehoben, wenn nicht der Antrieb die Differenzkraft, d.
h. den Auftriebsüberschuß, aufnimmt. Damit diese Differenzkraft nicht größer wird
als die Kraft, welche die Antriebsbauteile, z. B. Zahnstangen, aufzunehmen vermögen,
muß sie entsprechend begrenzt werden. Ähnlich sind die Verhältnisse, wenn der oder
ein oder mehrere Schwimmer infolge eines Lecks Luft verlieren. Dann wird der Auftrieb
geringer, und das Troggewicht ist nicht mehr ausgeglichen. In diesem Falle müßte
das überschüssige Troggewicht vom Antrieb aufgenommen werden. Auch eine solche vom
Antrieb zusätzlich aufzunehmende Last muß aus Sicherheitsgründen begrenzt werden.
-
Üblicherweise sind die Antriebsmotore derartiger Anlagen mit einem
Überlastungsschutz, bei Elektromotoren meistens in Form eines Strombegrenzers, versehen,
der selbsttätig den Antriebsmotor stillsetzt und das Triebwerk durch Bremsen festhält,
sobald das vom Motor aufzubringende Drehmoment einen bestimmten Wert überschreitet.
Die Bremsen können jedoch bei nicht selbsthemmenden Antriebselementen keine dem
Gewicht des vollen Troges einschließlich seines Traggerüstes entsprechende Last
aufnehmen.
-
Eine Möglichkeit, den Auftriebsüberschuß zu begrenzen, besteht darin,
den Wasserstand im Trog zu messen und bei Absinken des Wasserstandes unter ein Mindestmaß
die Schwimmer durch besondere Steuerorgane zu entlüften. Eine Möglichkeit, eine
durch Leckwerden von Schwimmern entstehende Überlast zu begrenzen, besteht darin,
den Luftdruck in den Schwimmern zu messen und durch den Meßwert ein Steuerorgan
zu beeinflussen, das ein Ablaßventil am Trog öffnet. Diese vorbeschriebenen Möglichkeiten
können jedoch nicht alle Einflüsse erfassen und Fehlerquellen nicht hinreichend
ausschalten. Insbesondere ist der Luftdruck im Schwimmer kein Maß für einen Auftriebsverlust,
da bei Tauchglockenschwimmern der Luftdruck mit der Eintauchtiefe schwankt und bei
Hohlkörperschwimmern im Falle von Beschädigungen die Lage des oder der Lecks an
der Ober- oder Unterseite der betreffenden Schwimmer sowie deren Größe von Einfluß
sind. Andererseits ist der Wasserstand im Trog nur dann proportional dem Gewicht
des Troginhaltes, wenn sich nicht ein Schiff, das sich bei sinkendem Wasserstand
im Trog auf dessen Boden aufgelegt hat, im Trog befindet.
-
Die Erfindung löst demgegenüber die Aufgabe, die von den Antriebsbauteilen
eines Schiffshebewerkes aufzunehmende Belastung in jedem Falle sicher zu begrenzen.
Dabei wird die Belastung unmittelbar und nicht über den Umweg über irgendwelche
Hilfsgrößen, wie Wasserstand oder Luftdruck, als die Schutzeinrichtung beeinflussende
Größe verwendet.
-
Bei einer für den Antrieb von Schiffshebewerken, bei denen das Gewicht
des Troges durch Schwimmer, beispielsweise Tauchglockenschwimmer, zumindest größtenteils
ausgeglichen ist, bestimmten Schutzeinrichtung, die bei einem durch Störungen des
Gleichgewichtes zwischen Troggewicht und Schwimmerauftrieb verursachten Überschreiten
eines vorbestimmten Grenzwertes der auf das Triebwerk wirkenden, von mindestens
einem Triebwerksglied aufgenommenen vertikalen Kraft wirksam wird, besteht die Erfindung
darin, daß das Triebwerksglied bzw. die Triebwerksglieder über Steuerhilfsmittel
auf im Trog bzw. in den Schwimmern angeordnete, das Entleeren
des
Troges bzw. das Entlüften der Schwimmer bewirkende Ventile einwirkt bzw. einwirken.
Das oder die Ventile im Trog bewirken, daß aus dem Trog Wasser abgelassen wird,
solange die Ventile geöffnet sind. Die Ventile sind so lange geöffnet, wie der vorbestimmte
Grenzwert der vertikalen Kraft überschritten ist, somit wird auch so lange Wasser
aus dem Trog abgelassen, bis das Gleichgewicht zwischen Troggewicht und Schwimmerauftrieb
zumindest bis zum Erreichen des vorbestimmten Grenzwertes wiederhergestellt ist.
Entsprechend bewirken die Ventile in den Schwimmern, daß durch Ablassen von Luft
bei Tauchglockenschwimmern oder Einlassen von Wasser bei gegebenenfalls gleichzeitigem
Ablassen von Luft bei Hohlkörperschwimmern der Schwimmerauftrieb verringert wird.
Das auf die Steuerhilfsmittel einwirkende Bauglied des Triebwerkes kann ein beweglich
oder auf einer Kraftmeßeinrichtung gelagertes Antriebsritzel sein, es kann aber
auch ein mit einer Bremse verbundenes Bauteil sein, wobei die Bremse derart mit
dem Motor zusammengeschaltet wird, daß sie bremst, sobald der Motor kein Drehmoment
abgibt. Als Steuerhilfsmittel kommen beispielsweise Gestänge oder elektrische oder
hydraulische Anlagen in Frage. Bei einer Schutzeinrichtung für Schiffshebewerke
mit Zahnstangenantrieb, bei der je ein mittels einer Schwinge schwenkbar in eine
Zahnstange eingreifendes Antriebsritzel vorgesehen ist und durch vorgespannte Federn
od. dgl. bis zu einer vorbestimmten Grenzbelastung des Antriebes elastisch in einer
Mittellage gehalten wird, besteht die Erfindung darin, daß sich die Schwinge in
ihrer Mittellage in geringem Abstand von beiderseitigen Anschlagplatten befindet
und nach Verlassen der Mittellage bei Überschreiten des vorbestimmten Grenzwertes
der vertikalen Kraft auf die Anschlagplatten und über diese auf die im Trog bzw.
in den Schwimmern angeordneten Ventile einwirkt. Bei einer anderen Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes bei Schiffshebewerken mit Zahnstangenantrieb ist das
in die Zahnstange eingreifende Antriebsritzel auf einer Kraftmeßeinrichtung gelagert,
wobei durch diese bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes der vertikalen
Kraft über Steuerhilfsmittel den Trog entleerende bzw. die Schwimmer entlüftende
Ventile geöffnet werden und so lange geöffnet bleiben, bis das Gleichgewicht zwischen
Schwimmerauftrieb und Troggewicht zumindest bis zu dem vorbestimmten Grenzwert wiederhergestellt
ist. Bei Schiffshebewerken mit Zahnstangenantrieb, bei denen die Zahnstangen ortsfest
angeordnet sind, kann zweckmäßigerweise jede dieser Zahnstangen auf einer Kraftmeßeinrichtung
gelagert werden, wobei die Kraftmeßeinrichtung über Steuerhilfsmittel bei Überschreiten
eines vorbestimmten Grenzwertes der von der Zahnstange aufzunehmenden vertikalen
Kraft auf im Trog bzw. in den Schwimmern angeordnete Ventile einwirkt.
-
Bei Schiffshebewerken mit Zahnstangenantrieb, bei denen die Zahnstangen
fest mit den den Trog mit den Schwimmern verbindenden Tragsäulen verbunden sind,
kann zweckmäßigerweise zwischen dem Trog und jeder Tragsäule einerseits und zwischen
jeder Tragsäule und dem jeweils zugehörigen Schwimmer andererseits eine Kraftmeßeinrichtung
vorgesehen sein, die über Steuerhilfsmittel bei überschreiten eines vorbestimmten
Grenzwertes der Differenz zwischen den vom Trog und von den Schwimmern ausgeübten
vertikalen Kräften auf im Trog oder in den Schwimmern angeordnete Ventile einwirkt.
-
Bei Schiffshebewerken, deren Antrieb mit mindestens einer Bremse,
die beim Abschalten des Antriebs einfällt, versehen ist, kann ein mit der Bremse
verbundenes Bauteil beweglich oder auf einer Kraftmeßeinrichtung gelagert sein und
bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes der vertikalen, von der Bremse
aufzunehmenden Kraft über Steuerhilfsmittel den Trog entleerende oder die Schwimmer
entlüftende Ventile öffnen.
-
Die Grenzlast, bei deren Überschreiten die Ventile beeinflußt werden,
wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß sie größer ist als die Last, bei der der
Antriebsmotor abschaltet und die Bremsen einfallen, und kleiner ist als die Last,
die von den Bremsen aufgenommen werden kann.
-
Die Zeichnungen zeigen vier Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes,
und zwar zeigt F i g. 1 ein Schiffshebewerk mit Zahnstangenantrieb, bei dem die
Zahnstangen fest angeordnet sind und der Antrieb an dem Traggerüst, das die Schwimmer
mit dem Trog verbindet. beweglich gelagert ist: F i g. 2 zeigt ebenfalls ein derartiges
Schiffshebewerk, wobei jedoch der Antrieb an dem Traggerüst starr befestigt ist;
F i g. 3 zeigt ein Schiffshebewerk, bei dem der Antrieb ortsfest angeordnet ist
und die Zahnstangen Teile des Traggerüstes sind, das die Schwimmer mit dem Trog
verbindet; F i g. 4 zeigt eine weitere Ausbildungsform des Erfindungsgegenstandes
bei einem solchen Schiffshebewerk.
-
In F i g. 1 ist mit 1 der Trog des Schiffshebewerkes bezeichnet,
dessen Gewicht durch mehrere Tauchglockenschwimmer ausgeglichen wird. Der Trog
1 ist mit den Schwimmern 2 durch je eine Tragsäule 3 verbunden. Der Auftrieb
der Schwimmer 2 gleicht im normalen Betriebszustand das Gewicht des Troges
1 voll aus. Die Zahnstange 4 ist auf dem Fundament 5 starr aufgebaut.
Die Antriebsmotore 6 treiben über Zwischenräder 7 auf Antriebsritzel 8, die mit
der Zahnstange 4 im Eingriff sind. Die Antriebsritze] 8 sind in je einer
Schwinge 9 gelagert, die jeweils um eine Achse 10 schwenken können und durch paarweise
gegeneinandergeschaltete Federn 11 in ihrer normalen Mittellage gehalten werden.
An jeder Schwinge 9 ist ein Anschlagkörper 12 befestigt, der gegen eine obere bzw.
untere Anschlagplatte 13 drückt, sobald die Schwinge 9 im einen oder anderen Sinne
soweit aus ihrer Normallage ausschwenkt, daß der Anschlagkörper 12 einen
größeren Weg macht, als der Spalt zwischen ihm und den Anschlagplatten 13 ausmacht.
-
Wenn die Schwimmer 2 Luft verloren haben, wird ihr Auftrieb geringer
als das Gewicht des Troges 1,
und dadurch schwenken bei blockierten Antriebsmotoren
6 und Antriebsritzeln 8 die der Zahnstange 4 zugekehrten Seiten der Schwingen 9
so, daß die Anschlagkörper 12 gegen die oberen Anschlagplatten 13 drücken
und über mit diesen verbundene Stangen 14 im Boden des Troges 1 angeordnete
Ventile 15 öffnen. Dadurch wird Wasser aus dem Trog abgelassen und somit
dessen Gewicht verringert, bis der Auftrieb der Schwimmer wieder gleich dem Gewicht
des Troges ist und infolgedessen die Schwingen
9 durch die Federn
11 in ihre Normallage zurückgeschwenkt und die Ventile 15 wieder geschlossen werden.
-
Läuft der Trog 1 infolge eines Lecks leer, so wird sein Gewicht geringer
als der Auftrieb der Tauchglockenschwimmer 2, und die Schwingen 9 werden, sobald
bei blockierten Antriebsmotoren 6 und Antriebsritzeln 8 ein genügender Auftriebsüberschuß
vorhanden ist, so geschwenkt, daß die Anschlagkörper 12 gegen die unteren Anschlagplatten
13 und über diese auf die mit diesen verbundenen Stangen 16 drücken. Jede Stange
16 ist durch ein Gelenk 17 mit einer Stange 18 verbunden, die ihrerseits am anderen
Ende durch ein Gelenk 19 an einer Auskragung der Tragsäule 3 gelagert ist. Durch
je ein weiteres Gelenk 20 ist jede Stange 18 mit einer Stange 21 verbunden, die
ihrerseits auf je ein Ventil 22 einwirkt, das im Oberteil jedes Tauchglockenschwimmers
2 angeordnet ist. Wenn nun die Stangen 16 infolge der Abwärtsbewegung der Anschlagkörper
12 an den Schwingen 9 nach unten bewegt werden, werden über die Stangen 18 auch
die Stangen 21 nach unten bewegt und die Ventile 22 geöffnet, so daß Luft aus dem
Tauchglockenschwimmer 2 abgelassen wird, bis der Auftrieb der Schwimmer nicht mehr
größer ist als das Gewicht des Troges und die Schwingen 9 durch die Rückstellkraft
der Federn 11 wieder in ihre Normallage kommen. Gleichzeitig werden dann auch die
Ventile 22 durch den inneren überdruck der Schwimmer wieder geschlossen.
-
In F i g. 2 ist ebenfalls der Trog 1 mit den Tauchglockenschwimmern
2 über Tragsäulen 3 verbunden. Die Motore 6 treiben über die Zwischenräder 7 auf
die Antriebsritzel 8, die mit der Zahnstange 4 im Eingriff stehen. Die Antriebsritzel
8 sind in mit den Säulen 3 starr verbundenen Tragrahmen 23 gelagert. Die Zahnstange
4 ist über eine elektrische Kraftmeßeinrichtung 25 auf dem Fundament 5 gelagert.
-
Wenn das Gleichgewicht zwischen Trog und Schwimmern gestört ist, üben
die Antriebsritzel 8, die durch die blockierten Motore 6 festgehalten werden, eine
Kraft in vertikaler Richtung auf die Zahnstange 4 aus. Diese Kraft wird durch die
elektrische Kraftmeßeinrichtung 25 gemessen. Sobald diese Kraft in vertikaler Richtung
einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, wird durch die in der Kraftmeßeinrichtung
25 erzeugte elektrische Meßgröße eine elektrische Steuereinrichtung 26 so beeinflußt,
daß ein Elektromagnet 27 von Strom durchflossen wird und das im Boden des Troges
1 angeordnete Ventil 15 öffnet, sofern die an der Zahnstange 4 angreifende Kraft
nach unten gerichtet ist, oder es werden durch einen anderen Elektromagnet 24 in
den Tauchglockenschwimmern 2 angeordnete Ventile 22 geöffnet, sofern die an der
Zahnstange 4 angreifende Kraft nach oben gerichtet ist. Sobald die jeweils an der
Zahnstange 4 angreifende vertikale Kraft infolge des Abfließens von Wasser aus dem
Trog 1 durch die geöffneten Ventile 15 oder des Ausströmens von Luft aus
den geöffneten Ventilen 22 wieder kleiner als der vorgesehene Grenzwert geworden
ist, werden die Elektromagnete 27 bzw. 24 wieder stromlos, so daß die zugehörigen
Ventile 15 bzw. 22 wieder schließen.
-
In F i g. 3 ist jede den Trog 1 mit einem Tauchglockenschwimmer
2 verbindende Tragsäule 3 mit einer Zahnstange 4 verbunden. Jeder Antriebsmotor
6 ist auf einem ortsfesten Lagerbock 28 angeordnet und treibt von dort aus wieder
über ein Zwischenrad 7 ein mit der Zahnstange 4 im Eingriff stehendes Antriebsritzel8.
Das Antriebsritzel8 ist seinerseits in einer Schwinge 9 gelagert, die um eine in
dem festen Bock 28 gelagerte Achse 10 schwenken kann. Die Schwinge 9 wird durch
zwei gegeneinandergeschaltete Federn 11 in ihrer normalen Mittellage gehalten.
Über einen Hebel 29 ist mit der Schwinge 9 ein Anschlagkörper 12 starr verbunden,
dem oben und unten je eine Anschlagplatte 13 mit geringem Abstand gegenüberliegt.
Die obere Anschlagplatte 13 ist über eine Stange 14 mit einem im Boden des Troges
1 angeordneten Ventil 15 verbunden. Die untere Anschlagplatte 13 ist mit einer Stange
30 verbunden, die über ein Gelenk 31 mit einem anderen, in einem ortsfesten Gelenk
33 gelagerten Hebel 32 verbunden ist. Der Hebel 32 hat an seinem anderen Ende eine
Langlochkulisse 41, in der ein Führungsbolzen 42 gleitet, der an einem Arm eines
Winkelhebels 43 befestigt ist. Der Winkelhebel 43 ist in einem Gelenk 44 an einem
Arm 45 gelagert, der mit dem Lagerbock 28 starr verbunden ist. Der zweite Arm des
Winkelhebels 43 trägt über ein Gelenk eine Schiebehülse 34, die auf einer Stange
35 gleitet. Die Stange 35 ist in einem Gelenk 46, das über einen Arm 36 mit
dem Tauchglockenschwimmer 2 verbunden ist, gelagert und an ihrem unteren Ende mit
dem Entlüftungsventil 22 des Schwimmers verbunden.
-
Wenn das Gleichgewicht zwischen dem Trog 1 und den Schwimmern durch
Leerlaufen des Troges 1 gestört ist, wird auf jedes Antriebsritzel8, das dann durch
den zugehörigen blockierten Motor 6 gehindert ist, sich zu drehen, eine nach oben
gerichtete Kraft ausgeübt. Sobald diese Kraft eine solche Größe erreicht hat, daß
sie die Federn 11 aus ihrer Gleichgewichtslage zu bringen vermag, wird die
Schwinge 9 im Sinne einer nach unten gerichteten Bewegung des Hebels 29 geschwenkt.
-
Dabei trifft der Anschlagkörper 12 auf die untere Anschlagplatte 13
und verschiebt die mit dieser verbundene Stange 30 nach unten, so daß der Hebel
32 mit seiner Langlochkulisse nach oben geschwenkt und der Winkelhebel 43 derart
geschwenkt wird, daß über die Hülse 34 die Stange 35 so verschoben wird, daß sie
das Ventil 22 öffnet, wodurch Luft aus dem Tauchglockenschwimmer 2 abgelassen wird.
-
Wenn umgekehrt das Gewicht des Troges 1 den Auftrieb der Schwimmer
überwiegt, drückt der Anschlagkörper 12 gegen die Anschlagplatte 13 der Stange
14 und öffnet dadurch das Ventil 15 im Boden des Troges 1, so daß aus diesem Wasser
abgelassen wird.
-
In F i g. 4 ist ebenso wie bei der vorhergehenden Ausführung jede
den Trog 1 mit einem Tauchglockenschwimmer verbindende Tragsäule 3 zugleich als
Zahnstange 4 ausgebildet. Jeder Antriebsmotor 6 steht fest auf dem Fundament 5 und
treibt direkt das Antriebsritzel8, das in einem auf dem Fundament 5 ortsfest angeordneten
Block 37 gelagert ist. Zwischen jedem Tauchglockenschwimmer und der zugehörigen
Tragsäule 3 ist zur Aufnahme der gegenseitigen Kräfte eine elektrische Druckmeßeinrichtung
38 angeordnet. Eine weitere elektrische Druckmeßeinrichtung 39 ist zwischen dem
Trog 1 und jeder Tragsäule 3 angeordnet. Diese beiden Druckmeßeinrichtungen 38,
39 sind durch je eine Leitung mit einer gemeinsamen Steuereinrichtung
40 für die
J@-c-_-_?@°Lae von Elektäz7magneten24, 27 verbunden,
@.... --.:° -ei der Ausführung nach F i g. 2 als Steuerc.-:3üne für das Ventil22
im Schwimmer bzw. das @, eitiil 15 im Trog 1 vorgc5ehen sind.
-
Wenn der Auftrieb der Tauchglockenschwimmer infolge Leerlaufens des
Troges 1 dessen Gewicht üben wiegt, wird der Elektromotor 6 blockiert, und infolgedessen
hält das Antriebsritzel8 die Zahniün! e 4 und damit die Tragsäule 3 in ihrer Lage
fest. Überschreitet nun die Auftriebskraft der Schwimmer 2, die auf die Tragsäule
3 wirkt, um einen vorbestimmten Wert die in der Druckmeßeinrichtung 39 gemessene
Kraft, mit welcher der Trog 1 auf der Tragsäule 3 lastet, so löst die Steuereinrichtung
40
als Folge der Differenz der ihr von den Druckmeßeinrichtungen 38, 39 übermittelten
Kräfte einen Strom aus, der über den Elektromagnet 24 das im Tauchglockenschwimmer
2 angeordnete Ventil 22 öffnet. Wenn umgekehrt die Differenz zwischen den auf die
Druckmeßeinrichtungen 38, 39 wirkenden Kräften ihren Grenzwert dadurch überschreitet,
daß der Auftrieb des Tauchglockenschwimmers 2 geringer als das Gewicht des Troges
1 ist, so löst die Steuereinrichtung 40 einen Strom aus, der über den Elektromagnet
27 das im Boden des Troges 1 angeordnete Ventil 15 öffnet. In beiden Fällen
werden die Ventile 22 bzw. 15 selbsttätig wieder geschlossen, sobald die Differenz
zwischen dem Gewicht des Troges 1 und dem Auftrieb der Schwimmer 2 den vorbestimmten
Grenzwert wieder unterschritten hat.
-
Die Schutzeinrichtung nach der Erfindung kann außer bei Schiffshebewerken
selbstverständlich auch bei Hubbrücken und sonstigen Hubwerken auf dem Gebiete des
Stahlbaues vorteilhaft verwendet werden.