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Sicherheitsvorrichtung für das Abbremsen oder Abfangen von Schiffen
vor Wasserbauwerken, insbesondere vor Schleusentoren Die Erfindung bezieht sich
auf eine Sicherheitsvorrichtung für das Abbremsen oder Abfangen von Schiffen vor
Wasserbauwerken, insbesondere vor Schleusentoren, bestehend aus einem quer zur Fahrtrichtung
der Schiffe angeordneten, elastischen Fangglied, z. B. einer Trosse, das an seinen
beiden Enden mittels je eines auf Laufschienen geführten Rollenwagens höhenverstellbar
gelagert und beim Abbremsen eines Schiffes entgegen der Wirkung einer hydraulischen
Bremsvorrichtung aus seiner Querlage ausziehbar ist.
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Solche Sicherheitsvorrichtungen haben die Aufgabe, diejenigen Schiffe
zu bremsen und rechtzeitig zu stoppen, die aus irgendeinem Grund bei der Annäherung
an das Bauwerk, insbesondere an ein Schleusentor, eine zu große Restgeschwindigkeit
haben. Für die Einfahrt des Schiffes in das Bauwerk wird das Fangglied abgesenkt.
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Um den Umfang der Bauarbeiten und auf diese Weise die Kosten für das
gesamte Bauwerk klein zu halten, ist es erwünscht, die Verzögerung des Schiffes
auf einer Strecke durchzuführen, die so kurz wie möglich ist, und außerdem die Querabmessungen
der Sicherheitsvorrichtung selbst möglichst klein zu halten.
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Bei den üblichen Abfangvorrichtungen mit quer über die Einfahrt des
Wasserbauwerkes gespanntem Fangglied in Form einer Trosse oder Kette wirkt zunächst
das Fangglied durch sein Eigengewicht oder seine eigene Elastizität, die bereits
eine gewisse Auslenkung aus der ursprünglichen Spannlinie möglich macht. An diese
durch die Elastizität des Fanggliedes gegebene Auslenkung schließt sich sodann ein
Ausziehen der Trosse oder Kette an, wobei Rückhaltefedern bzw. hydraulische Mittel
gespannt und/oder Reibungskräfte überwunden werden.
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Bei einer bekannten Sicherheitsvorrichtung, bei der die Dämpfung des
Schiffsstoßes dadurch erfolgt, daß die Laufschienen auf Pufferfedern oder hydraulischen
Bremszylindern abgestützt sind, legt sich die das Fangglied bildende Kette bei ihrem
Ausziehen an die seitliche Begrenzung des Fanggliedschlitzes an. Da beim Anlegen
des Fanggliedes an diese Begrenzungsflächen zu den Rückhaltekräften noch unkontrollierbare,
von dem Auslenkwinkel des Fanggliedes abhängige Reibungskräfte hinzukommen, die
ebenfalls mit zunehmender Weglänge des Schiffes ihrerseits stark zunehmen, wird
die Abbremsung gegen Schluß des Bremsvorganges besonders hart. Außerdem tritt ein
großer, unerwünschter Verschleiß an den Anlageflächen der Kette und deren Gliedern
auf. Auch wird die Lagerung der Laufschienen bei deren Ausweichen auf Verdrehen
beansprucht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Sicherheitsvorrichtungen,
insbesondere das Umlenken der Trosse unter Bildung unkontrollierbarer Reibungskräfte,
zu vermeiden und sicherzustellen, daß die tatsächlich in der Trosse auftretende
Kraft unmittelbar auf Bremsorgane übertragen wird.
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Die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung für das Abbremsen oder
Abfangen von Schiffen vor Wasserbauwerken ist dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische
Bremsvorrichtung an dem Rollenwagen der Sicherheitsvorrichtung, der mit Stützrollen
und Laufrollen, von denen die Stützrollen mittels einer Federung nachgiebig am Rollenwagen
angelenkt sind, versehen ist, kardanisch angelenkt ist und jedes Ende des Fanggliedes
mit der Kolbenstange der hydraulischen Bremsvorrichtung verbunden ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung können sich die Bremsvorrichtungen
unmittelbar in die Richtung der Trossenenden einstellen, und die Wagen können auf
ortsfesten Schienen geführt sein, so daß die Auflagerkräfte direkt in das Bauwerk
übergehen. Zugkräfte und Bremskräfte sind praktisch identisch, da die auftretende
Reibung vernachlässigbar klein ist. Wenn man hier auf bekannte Weise durch gegebenenfalls
einstellbare Drosselglieder eine durchflußabhängige Drosselung vorsieht, so erhält
man eine geschwindigkeitsabhängige Bremskraft. überdies steigt die Bremskraft bekanntlich
etwas mit dem Auslenkweg der Trosse an, d. h., während des Abbremsvorganges ergibt
sich eine gleichförmige, relativ geringfügige Steigerung der Bremskraft in den Bremsorganen,
was einen etwas größeren Anstieg der auf
das abzubremsende Schiff
ausgeübten Rückhaltekraft zur Folge hat. Läuft ein Schiff nur mit kleiner Geschwindigkeit
auf das Fangglied auf, so daß es dieses Fangglied relativ langsam auszieht, so sind
die Ausziehkräfte klein; bei größeren Auflaufgeschwindigkeiten sind die Ausziehkräfte
entsprechend größer, sie nehmen dann aber mit der Verringerung der Ausziehgeschwindigkeit
stetig ab. Dies erklärt sich dadurch, daß bei derartigen hydraulischen Bremsen der
Durchflußwiderstand durch die Umweg- oder überströmleitungen, welche die beiden
Zylinderräume des hydraulischen Bremszylinders verbinden, nach an sich bekannten
Gesetzen etwa mit dem Quadrat der Durchflußgeschwindigkeit zunimmt und dementsprechend
auch der Differenzdruck der Bremsflüssigkeit etwa von dem Quadrat der Verdrängungsgeschwindigkeit
dieser Flüssigkeit abhängig ist.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Aufnahme des
Schiffsstoßes durch die federnde Halterung der Stützrollen, die nach einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung an auf Torsionsstäben sitzenden Schwenkarmen gelagert
sind. Dabei kann jeder Wagen mit starren Stützorganen versehen sein, mit denen er
sich zur Aufnahme außergewöhnlich großer von der Trosse auf den Wagen übertragener
Kräfte unmittelbar an den Laufschienen für die Stützrollen abstützt. Dies kann im
zeitlich mittleren Bereich des Abbremsvorganges für besonders schwere Schiffe oder
Schiffe mit zu großer Restgeschwindigkeit eintreten. Bei verminderter Geschwindigkeit
des Schiffes gegen Ende des Abbremsvorganges nimmt infolge verringerter Durchflußgeschwindigkeit
der hydraulischen Bremsen die ausgeübte Bremskraft wieder ab, so daß die Stützrollen
durch die Torsionsstäbe in die Ausgangslage zurückgebracht werden können.
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In der Zeichnung ist in mehr oder weniger schematischer Form ein im
folgenden zu beschreibendes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung
dargestellt, die in ein Schleusenhaupt eingebaut ist. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt
längs einer Ebene, die parallel zu einer durch die Achse der Schleuseneinfahrt gelegten
vertikalen Ebene verläuft, F i g. 2 eine Draufsicht auf die gesamte Sicherheitsvorrichtung,
F i g. 3 eine in größerem Maßstab gezeichnete Aufsicht auf einen der Rollenwagen,
F i g. 4, 5, 6 und 7 Schnitte längs der Schnittlinien IV-IV, V-V, VI-VI und VII-VII
der F i g. 3.
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Wie die F i g. 2 zeigt, ist eine Trosse 1 quer durch die Einfahrt
2 am Oberwasserhaupt einer Schleuse gespannt, deren beiden Stemmtorflügel in geschlossener
Stellung dargestellt sind.
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Jedes der beiden Enden der Trosse 1 ist an einen Rollenwagen 4 angekuppelt
(vgl. F i g. 1), der, wie bei den bekannten Sicherheitsvorrichtungen, vertikal in
einer Nische 5 geführt wird, die in der Seitenwand des Schleusentores vorgesehen
ist; die beiden Wagen können, wie bekannt, gemeinsam auf verschiedene Höhen eingestellt
werden, so daß die Trosse wahlweise entweder oberhalb des höchsten Wasserspiegels
oder in der Nähe des Bodens der Einfahrt ausgespannt sein kann. Zu diesem Zweck
ist jeder Wagen über eine horizontale Achse 6 (vgl. F i g. 3) mit zwei Hubseilen
7 (vgl. F i g. 1) verbunden, die sich auf eine Windentrommel8 aufwickeln lassen,
die oberhalb der Nische 5 gelagert ist und über ein Drehzahlreduziergetriebe von
einem Elektromotor 9 angetrieben wird. Zur Handbetätigung ist eine Hilfskurbel 10
vorgesehen. Die Motorantriebe für das Heben und Senken der beiden Wagen sind synchronisiert.
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Die beiden Rollenwaben 4, die Nischen 5 und die Hub- und Senkvorrichtungen
für die Rollenwagen sind jeweils symmetrisch zur Achse des Einfahrtkanals angeordnet
und ausgebildet.
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Jeder der beiden Wagen besteht aus zwei Kastenträgern 11 (vgl.
F i g. 4), die miteinander durch Profile 12 verbunden sind.
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An der Ober- und der Unterwasserseite des Wagens ist jeder der Kastenträger
11 mit einer gabelförmigen Halterung 13 (vgl. F i g. 3 und 4) versehen, in der eine
Laufrolle 14 gelagert ist, die sich auf eine Laufschiene 15 abstützt. Auf
der nach der Oberwasserseite gerichteten Seite des Wagens trägt jeder der Träger
11 außerdem eine Halterung 16, in der eine Laufrolle 17 gelagert ist, die sich auf
eine Laufschiene 18 abstützt.
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An jedem der Rollenwagen 4 ist das entsprechende Ende des Fanggliedes
1 an die Kolbenstange einer hydraulischen, am Rollenwagen kardanisch angelenkten
Bremsvorrichtung bekannter Bauart angekuppelt. Die Bremsvorrichtung besteht, wie
bekannt, aus einem Zylinder 28, in dem ein Kolben 29 zwei mit Flüssigkeit
gefüllte Zylinderräume voneinander trennt, die ihrerseits über Leitungen mit geringem
Querschnitt verbunden sind, so daß den Bewegungen des Kolbens 29 - die durch Zugkräfte
in der Trosse ausgelöst werden - ein bestimmter Flüssigkeitsdruck bremsend entgegenwirkt.
Die Verbindungsleitungen mit geringem Querschnitt können in bekannter Weise durch
in dem Kolben vorgesehene Durchtrittsöffnungen gebildet sein oder durch Nuten von
gegebenenfalls veränderlichem Querschnitt oder schließlich durch Durchlässe, die
durch ein geeichtes oder einstellbares Druckventil verschlossen sind.
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In der tiefsten Stellung der beiden Rollenwagen 4
können die
unteren Enden der Wagen in Ausnehmungen eintauchen, die am Boden der Nischen 5 vorgesehen
sind; in diesem Falle befindet sich die Trosse in einem sehr kleinen vertikalen
Abstand D über dem Boden des Einfahrtkanals (vgl. F i g. 1).
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Jedesmal, wenn sich ein Schiff an der Schleuseneinfahrt zeigt, befinden
sich die beiden Wagen in ihrer oberen Stellung, in der die Trosse oberhalb des höchsten
Wasserstandes N (vgl. F i g. 1) in einer freien Höhe H und in einem Abstand C von
der senkrechten Kante der dachförmig aneinanderliegenden Schleusentore 3 (vgl. F
i g. 2) liegt.
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Wenn die Vorrichtung nicht ansprechen muß, um ein Schiff abzustoppen,
sind die Betätigungsmaßnahmen lediglich darauf beschränkt, die Trosse bei jeder
Annäherung eines Schiffes anzuheben und sie kurz vor oder während des öffnens der
Schleuse bis in die Nähe des Bodens des Einfahrtkanals abzusenken. Hieraus folgt,
daß bei normalem Schleusenbetrieb die Betätigung oder Handhabung der Sicherheitsbremsvorrichtung
praktisch keine Verzögerung des Schleusungsvorganges - weder in der einen noch in
der anderen Richtung - ergibt.
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Der Rollenwagen 4 trägt schließlich über und unterhalb seiner beiden
Enden je einen gewinkelten Schwenkarm 19, der eine gabelartige Halterung für die
Achse 20 der Stützrolle 21 bildet, die auf einer Laufschiene 22 läuft. Jeder der
gewinkelten Schwenkarme 19 ist an einem seiner Enden in an dem Rollenwagen
sitzenden
Lagerplatten 23 gelagert und mit einer Drehstabfeder 24 drehfest verbunden,
die in einer starren Halterung 25 festgelegt ist, die ihrerseits an dem entsprechenden
Kastenträger 11 befestigt ist.
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Die Kolbenstange 30 ist an eine Achse 31 angelenkt,
die von einer gabelförmigen Halterung 32 getragen wird, an der das Ende der Trosse
festgelegt ist. Wie die F i g. 6 zeigt, ist ein Sicherheitsriegel 33, dessen Wirkung
weiter unten beschrieben wird, zwischen die Kolbenstange 30 und die gabelförmige
Halterung 32 eingeschaltet. Der Riegel 33 ist mit dem Zylinder über zwei Zugbolzen
34 verbunden und hat in seiner Mitte eine Einkerbung 35.
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Der Zylinder 28 der hydraulischen Bremsvorrichtung ist an dem Rollenwagen
4 über ein Kardangelenk (vgl. F i g. 5) angelenkt, das einen Rahmen 36 aufweist,
dessen beide vertikale Drehzapfen 37 in von den Kastenträgern 11 getragenen
Lagerbuchsen 38 zentriert sind und in dem ein mit dem Zylinder 28 starr verbundener
Kragen 39 durch zwei horizontale Zapfen 40 aufgehängt ist.
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In der Ruhestellung, wie sie in den F i g. 3 und 4 dargestellt ist,
werden die beiden Enden des Rollenwagens 4 in der Nische infolge der Wirkung der
Torsionsstäbe 24, die die Stützrollen 21 auf ihre Laufschienen 22 drücken, rollend
geführt; die Führungsrollen 14 an der anderen Seite stützen sich dann auf
ihre Laufschienen 15 ab.
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Wenn von der Trosse 1 eine Zugkraft auf den Rollenwagen
4 ausgeübt wird, gestattet die Drehstabfederung eine Querverschiebung des
Wagens gegenüber den Laufschienen 22; die Enden des Wagens stützen sich dann auf
die Flansche der Laufschienen 22 ab, und zwar mit Druckschuhen 41, die an den Kastenträgern
11 befestigt sind (vgl. F i g. 7).
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Um bei der Montage die Winkelausschläge der Schwenkarme 19 unter der
Wirkung der Rückführkraft der Drehstabfederung zu begrenzen, tragen Spannstangen
42, die am Punkt 43 mit den Lagerplatten 23 verbunden sind, Zapfen
44, die ihrerseits in Langlöcher 45 eingreifen, welche in die Schwenkarme
19 eingeschnitten sind.
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Die Kräfte, welche die Trosse während des Einstellens der Vorrichtung
auf die beiden hydraulischen Bremsen ausüben könnte und die beispielsweise durch
die anfängliche Spannung in der Trosse oder durch sich an der Trosse anhängende
Fremdkörper bedingt sein können, führen nicht zu einer Verschiebung des Kolbens
29 der Bremsvorrichtung, da die Kolbenstange 30 durch den Sicherheitsriegel
33 festgehalten wird. Dieser Riegel hat andererseits den Zweck, die Spannung
in der Trosse selbst im Falle eines Absinkens des Druckes in der entsprechenden
hydraulischen Bremsvorrichtung sicherzustellen. Schließlich verhindert der Riegel
das Ansprechen der hydraulischen Bremsvorrichtung, falls ein in langsamem Auslaufen
befindliches Schiff nur einen schwachen Druck auf die Trosse ausübt.
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Sobald die Auflaufkraft, mit der ein in die Schleuse einfahrendes
Schiff die Trosse trifft, einen Bruch der beiden Riegel bewirkt, treten die beiden
Bremsvorrichtungen in Funktion und halten die Trossenenden mit einer Rückhaltkraft
oder Bremskraft, die je nach der Auslegung oder Ausbildung der den Umlauf der Bremsflüssigkeit
gestattenden Leitungen eine konstante oder eine anwachsende Bremskraft ist. Da die
beiden Bremsvorrichtungen über die Kardangelenke (F i g. 5) mit den Wagen 4 gekuppelt
sind, können sich die Bremsvorrichtungen bzw. die Bremszylinder jeweils koaxial
zu den Trossenabschnitten einstellen, die mit den Kolbenstangen 30 über die Halterung
31, 32 verbunden sind. Sie können entweder in einer horizontalen Lage der Richtung
der Trosse folgen oder - wenn beispielsweise der Bug des Schiffes nicht senkrecht
gestaltet ist - auch in geneigte Ebenen geschwenkt werden.
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Wie die F i g. 2 erkennen läßt, stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung
sicher, daß die Schiffe ganz unabhängig von ihrer jeweiligen Lage relativ zur Achse
des Kanals abgebremst werden; durch F1 und F2 sind zwei Trossenzüge gekennzeichnet,
die jeweils einer maximalen Spannung und Auslenkung der Trosse am Schluß eines Bremsvorganges
entsprechen, bei dem in unterschiedlicher Lage zur Kanalachse einfahrende Schiffe
gebremst wurden.
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Die Rückhalte- oder Bremskraft der beiden hydraulischen Bremsvorrichtungen
wird so berechnet, daß die Schiffe von der maximalen Auslenkung der Trosse gestoppt
werden, wobei die Wasserverdrängung und die höchste Einfahrgeschwindigkeit berücksichtigt
werden. Weiterhin oder dennoch wird eine zusätzliche Bremswegsicherheit cl, die
beispielsweise gleich einem Drittel des maximalen Bremsweges e2 ist, zwischen der
vorspringenden Kante der beiden Schleusentore 3 und der gewinkelten Spitze des Trossenzuges
F2 vorgesehen oder berücksichtigt.
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Nach dem Abbremsen eines Schiffes und nach dessen Zurückführen vor
die Verbindungslinie der beiden Wagen wird die Trosse durch Einführen von Druckflüssigkeit
in die vorderen Zylinderräume der beiden Bremszylinder erneut gespannt; hierzu kann
eine kleine (nicht dargestellte) Pumpe Verwendung finden. Nach einer Bremsung sind
weiterhin die Sicherheitsriegel 33 zu erneuern.