DE1634107A1 - Stossschutzeinrichtung mit hoher Energievernichtung fuer Schleusentore - Google Patents

Description

Stoßschutzeinrichtung mit hoher Energievernichtung für Schleusentore

Die in neuerer Zeit aufgestellte Forderung» Stoßschutzeinrichtungen zu schaffen, die in der Lage sind, große Energiemengen auf möglichst kurzem Wege zu vernichten
(d.h. große Schiffe mit verhältnismäßig großer Einfahrgeschwindigkeit in die Schleusenkammer auf möglichst
kurzem Wege zum Halten zu bringen), bedingt eine
Trennung der Stoßschutzeinrichtung von dem Schleusentor, da dieses nicht mehr geeignet ist, die bei der Energievernichtung auftretenden Bremskräfte zu übertragen.

Es sind bereite Stoßschutzeinrichtungen bekannt, bei
welchen diese Trennung durchgeführt ist, wobei der Stoßfänger (ein als Fachwerk- oder Kastenkonstruktion ausgebildeter Träger) über die Breite der gesamten Schleusenkammer reicht, den Schiffstoß auffängt und diesen über

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auf dem Stoßfänger oder auf den Seitenmauern angeordnete Dämpfungsmittel an das Mauerwerk abgibt. Biese Stoßdämpfungaeinrichtungen (teils hydraulischer, teils Mechanischer Art) sind so eingerichtet, daß sie jeweils die gleiche Energieaenge an beiden Auflagern des Stoßfängers vernichten. Dies hat zur folge, daß bei einem außermittigen Auftreffen des Schiffes auf den Stoßfänger, dieser entsprechend den unterschiedlichen Auflagerkräften zuerst auf der Seite den konstanten Dämpfungswiederstand überwindet, auf der die größere Auflagerkraft auftritt.

Der Stoßfänger legt somit auf der dem Schiff am nächsten liegenden Auflageraelte den gesamten Dämpfungsweg bis zu einem festen Anschlag zurück. Hierbei wird jedoch nur die Hälfte der maximalen Energie vernichtet bei verhältnismäßig kleiner auf das Schiff wirkender Bremskraft und auf mehr als der Hälfte des Bremsweges, der dem Schiff zur Verfügung steht. Die auf das Schiff wirkende Bremskraft muß danach ao weit anwachsen, bis der Dämpfungswiderstand auf der dem Schiff weiter entfernt liegenden Auflagerseite ebenfalls überwunden wird. Der Stoßfänger legt auch dort den Dämpfungeweg zurück, wobei die dem Schiff noch verbliebene restliche Hälfte der Energie vernichtet wird bei verhältnismäßig großer Bremskraft auf einem kleinen Bremsweg. Der Verlauf der Energievernichtung, bezogen auf das Schiff, ist also nicht gleichmäßig, sondern kann in ungünstigen fällen bei großer Außermittigkeit des Angriffspunktes des

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Schiffes sehr große Differenzen aufweisen. Sie hohe Bremskraft im zweiten Abschnitt des Bremsweges bedingt eine höhere Beanspruchung sowohl deB Schiffes, das möglicherweiee beschädigt wird als auch des Stoßfängers, der entsprechend kräftiger dimensioniert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Tor aufgeführten Nachteile der bekannten Stoßschutzeinrichtungen für hohe Energievernichtung auezuschalten und eine gleichmäßige Energievernichtung auf dem gesamten Bremsweg des Schiffes zu gewährleisten. Hierbei ist es gleich, an welcher Stelle das Schiff den Stoßfänger trifft. Sie auf das Schiff wirkende Bremskraft nimmt eine einmal «ingesteilte aus der zu vernichtenden Energie und dem zur Verfügung stehenden Bremsweg ermittelte konstante Größe an und behält sie auf dem gesamten Bremsweg bei.

Zur Lösung dieser Aufgabe macht die Erfindung von einer schon vorgeschlagenen Stoßschutzeinrichtung für Schleusentore Gebrauch, deren in Richtung der Schleusenachse beweglicher in waagerechter Ebene geführter Stoßbalken auf ein hydraulisches Dämpfungsmittel wirkt, welches die Energie dee Schiffstoßes in Zusammenarbeit mit Überdruckventil und hydro-pneumatischem Speicher vernichtet. Die Erfindung besteht darin, daß der Stoßbalken mit zwei an seinen Enden angeordneten hydraulischen Zylindern gelenkig verbunder, ist, deren Drücke durch je ein Überdruck-

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rentil gesteuert werden, wobei der Öffnungedruck dee Überdruckrentile bei einem außermittigen Auftreffen dee Schiffes und der dadurch erfolgenden Schrägeteilung des Stoßbalkens durch aechanieche, elektrieche oder hydraulieche Mittel eo eingeetellt wird, daß die Solbenkräfte der hydraulischen Zylinder den an den Enden des Stoßbalkens wirkenden Kräften entsprechen· Durch eine solche Aus« bildung der Stoßschutseinrichtung werden die entsprechend der Außernittigkeit des Schiffsangriffepunktes unter·* schiedlichen Auflagerkräfte des Stoßbalkens durch ebenso große, unterschiedliche Widerstände an den hydraulischen Zylindern ausgeglichen, d.h. die auf beiden Seiten des Stoßbalkene remichtete Energie entspricht in der Summe der Schiff sbreaskraft mal dem Schiffsweg, in den eine einen feilen jedoch den Verhältnis der Auflagerkräfte. Die selbsttätige Teilung der gesamten Energiemenge im Verhältnis der Auflagerkräfte wird durch die Steuerung der an den beiden Dämpfungeeinrichtungen angeordneten Überdruckventile erreicht« Trifft ein Schiff den Stoßbalken außermittig« so wird sich dieser, enteprechend den su Anfang gleichen Öffnungsdrücken der beiden Überdruckventile und den unterschiedlichen Auflagerkräften, schräg stellen· Hierbei werden in den hydraulischen Zylindern ilüreigkeitsmengen, verdrängt, die den Steuerkolben der Überdruckventile sugeführt werden und deren uffnungsdrüeke steuern«. Es ist somit möglich, durch beliebig kleine Schrägstellungen dee Balkens beliebig große Änderungen der Öffnungedrücke an den Überdruckventilen su ereielen. Dies bedeutet aber, daß sich je nach Außermittgkeit dee Schiffsangriffspunktes

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der Stoßbalken immer nur ao lange achrägetellen wird, bis die unterschiedlichen Auflagerkräfte durch ebenso große unterschiedliche Öffnungsdrücke an den Überdruckventilen ausgeglichen sind· Von da an bewegt eich jedes Teil des Stoßbalkens bzw. der Sämpfungseinrichtungen gleich schnell, d.h. die durch die beiden Ventile fließenden Flüssigkeitamengen sind gleich groß* Auch beim Rücklauf wird die obengenannte Maßnahme angewendet, um Verkleamungen des Stoßbalkens zu verhindern.

In der Zeichnung ist ein Aueführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 die Draufsicht auf den Stoßbalken und die an

ihn angeschlossene hydraulische Einrichtung in Schnitt,

Pig. 2 den Längsiaitteiachnitt durch ein Überdruckventil

Pig. 3 die Kraftvinwirkung auf den Stoßbalken bei einem exzentrischen Stoß und

. Pig. 4 das zu ?ig. 3 gehörige Kraft«diagramm.

Der Stoßbalken t der Stoßechutζeinrichtung ist in Sichtung der Schleusenachse 2 beweglich und wird durch seitliche führungen 3 der Schleusenkaiieerwände 4 oder auch durch sittig angeordnet· Führungen In waagerechter Ebene geführt. Sr reloht über Al· gen«· Breit· d«r Schleusenkammer 5.

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An »einen Enden stützt sich der Stoßbalken 1 auf je

einen hydraulischen Zylinder 6 ab, Bit deren Kolbenstangen er gelenkig verbunden ist. Sie hydraulischen Zylinder 6 sind bei 7 schwenkbar an der Schleusenaauer 4 gelagert, üb einer Schrägstellung des Stoßbalkens 1 folgen zu können.

Zu jedes hydraulischen Zylinder 6 alt Kolben 8 gehören ein Überdruckventil 9t ein Steuerzylinder 1O₉ ein Hochdruckstickstoff spei eher 11 und ein Niederdruckstickst of f-> speicher 12. Der an einem Ende Mit dem Stoßbalken 1 und am anderen Ende mit einer Führungsstange 13 gelenkig verbundene Steuerzylinder 10 verdrängt mit seinem Kolben 14 nur bei einer Schrägstellung des Stoßbalkens 1 Öl. Sie FUhrungsstange 13 ist zu diesem Zweck ebenfalls an den Stoßbalken gelenkig angeschlossen und wird mit ihrem freien Ende am hydraulischen Zylinder 6 bei 15 geführt. Sie Bäume vor und hinter dem Kolben 14 des Steuerzylinders 10 sind durch Leitungen 16, 17 mit den Räumen vor und hinter dem Steuerkolben 18 des Überdruckventils 9 verbunden, wodurch das bei einer Schrägstellung des Stoßbalkens 1 durch den Steuerkolben 14 verdrängte öl den Steuerkolben 18 des Überdruckventils 9 verschieben kann. Sie Übertragung der Bewegung des Kolbens 14 des Steuerzylinders 10 kann auch auf andere Weise erfolgen, z.B. mechanisch oder mit elektrischer Nachlaufsteuerung.

Ser Baum 19 vor dem Kolben 8 des hydraulischen Zylinders

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let durch ein· Leitung 20 an den Au·tritt 21 dee Überdruckventile 9 und an den Niderdruckstlckstoffspeicher 12 angeschlossen, während der Baum 22 hinter dem Kolben 8 durch eine Leitung 23 mit dem Eintritt 24 des Üherdruck-Tentile 9 und dem Hochdruckapeicher 11 verbunden 1st·

Dae Überdruckventil 9 besteht aus einem durchbohrten Ventilkolben 25 und der mit dem Steuerkolben 18 fest verbundenen und in der Bohrung 26 des Ventilkolbens geführten Verstelletange 27« Zwischen dem Ventilkolben 25 und der Verstelletange 27 ist eine Schraubenfeder 28 vorspannungsfrel angeordnet. Der Ventilkolben 25 überdeckt in der Ruhelage den Durchfluß vom Eintritt 24 zum Austritt 21.

Liegt am Eintritt 24 ein Druck an, so wird die feder 28 nur durch den auf €1· Kreisringfläche 29 de· Tentilkolben· 25 wirkende Kraft Belastet. Die an der Fläche 30 wirkende Kraft wird innerhalb des Ventile 9 ausgegleichen durch die gleich große Kraft, die an der Fläche 31 eines Ausgleichskolben· 32 der Terstelletange 27 angreift. Die Flächen 30 und 52 sind dementsprechend gleich groß und ee liegt an Ihnen stet· der gleiche Druck an, da die beiden Bau·· 26 und 35 vor und hinter der Fläche 31 de· Ausgleichskolben· 32 der Teretellstange 27 durch die Bohrung 26 und einer Bohrung 34 in der Teretelletange miteinander verbunden sind Duron Verschieben 4er Verstellstange 27 durch den Steuerkrlben 18 kann der Offnungsweg des Ventilkolbens 25 und da-'ilt der öffnungsdruck des Ventile entepreohend der Federkemllnie der mehr oder weniger sueammengedrttckten Feder 28 vergrößert oder verkleinert werden.

Der Steuerkolben 18 übernimmt dabei nur eine Fixierung oder Verschiebung der Vereteil·tang« 27. Er übernimmt keine Kräfte au« dem Betrieb des Ventile 9. Der tun Eintritt 24 desselben anliegende Druck kann aleo, während das Öl Tom Eintritt 24 «um Auetritt 21 strömt, durch Verschieben dee Steuerkolbens 18 rerändert werden«

Vor der Inbetriebnahme der Anlage wird das gesamte Hydrauliksystem ait niedriges Druck vorgespannt. Der Stoßbalken 1 liegt dabei in seiner vorderen Endlage* Der Stickstoffhochdruckspeicher 11 hat noch kein Ul aufgenommen. Der Kiederdruckspelcher 12 ist etwa zur Hälfte Bit Öl gefüllt. Das Überdruckventil 9 ist Über die beiden Steuerkolben 14 und 18 auf einen bestimmten öffnungsdruck entsprechend der gewünschten Bremskraft P (Fig. 3) eingestellt.

Wirkt aus einem Schiffaetoß eine exzentrische.Kraft 35 auf den Balken 1, so bauen sich in den Zylinderräumen 22 und in den Hochdruckspeichern 11 adiabatisch Drücke auf. Diese Drücke stehen im umgekehrten Verhältnis «ueinander wie die beiden Hebelarme rechts und links ron der angreifenden Kraft 35. Dabei werden den Drücken entsprechende ölmengen aus den Zylinderräumen 22 in die Hochdruckspeicher ▼erdrängt. Ist auf der Seite mit dem höheren Druck der öffnungsdruck des Ventils 9 erreicht, so strömt weiteres öl über dieses Überdruckventil ab. Da auf der Seite mit dem höheren Druck mehr öl aus dem Zylinderraum 22 verdrängt wird als auf der Seite mit dem weniger hohen Druck» stellt sich der Balken 1 schräg. Durch diese Sohrägstelltuig des

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Balken· t wird durch die Steuerkolben 14 und 1Θ der öffnungsdruck der Überdruckventile 9 verändert und xwtrio, daß das Ventil auf der Seite, auf der die Kraft 35 angreift, seinen Öffnungairuck erniedrigt· Der Balken 1 stellt «ich 30 weit schräg, d.h. der öffnungsdruck des einen Ventile 9 wird so weit erhöht, der des anderen so weit erniedrigt, Ma sieh die öffnungsdrücke der Ventile 9 uagekehrt verhalten wie die Hebelarme rechts und linke Ton der angreifen· den Kraft 35. Ist dieser Gleichgewichtszustand des Systems erreicht, so verschiebt sich der Balken 1 in seiner schrägen Lage parallel zu sich selbst weiter in Richtung der Kraft 35 und verdrängt weiter öl aus den Zylinderräuaen 22 über die Überdruckventil· 9p bis die kinetische Energie des auffahrenden Schiffes vernichtet ist. Der vorgenannte Gleichgewichtszustand ist stabil, d.h. äußere zusätzliche Kräfte z.B. Reibung oder eine Änderung des Angriffspunktes der Kraft 35 bewirken nur eine andere Schräglage des Balkens 1. Das über die Überdruckventile 9 strömende öl fließt zum größten Teil in die vorderen Zylinderräume 19 und zum kleineren Seil in die Niederdruckspeicher 12.

In dsr Pig. 3 i»t die Krafteinwirkung auf dtn Stoßbalken 1

bei einer exzentrisch angreifenden Kraft P dargestellt.

/en Hierbei sind a und b die Entfernung des Angriffspunktes der Kraft P von den Anlenkpunkten der hydraulischen Zylinder 6 an dtn Stoßbalken 1. Die Dampfungevideretänie tu ttn •eisen Stoflialkenenden verhalten sich Ama» wie

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wobei P^ + P_ß * P * const, ist.

Gemäß Fig. 4 ist die durch den Dämpfungswiderstand Pg auf der rechten Seite des Stoßbalkens 1 auf den Ueg a

vernichtete Energie E_fi und die durch den Dämpfungswiderstand

Pj₁ auf de^ linken Seite dea Balkens vernichtete Energie E,.

llach Fortfall der Kraft 35 auf den üystemdruck, der dem Gasdruck im Niederdruckspeicher 12 entspricht, entspannt sich das Gas in den Hochdruckspeichern 11 sofort und schiebt die Kolbon ti der hydraulischen Zylinder 6 um den Betrag der von den Speichern 11 aufgenommenen ÖlvoLumina zurück. Der in beiden Zylinderräumen 19 und 22 anliegende Systemdruck infolge des gespannten Gases in den Speichern 12 bewirkt durch die Differentialkolbenflachen Kräfte, die die Kolbenstangen der Zylinder 6 herausschieben. Dieser fiücklaufvorgang ist ebenfalls gesteuert. Diese Steuerung 1st notwendig, da sich der Balken 1 durch unterschiedliche Reibungskräfte an den führungen 3 oder den Zylindern 6 schrägstellen kann. Dieser Schrägstellung sind Grenzen gesetzt durch den begrenzten Hub der Steuerkolben 14 und 18. Läuft der Balken 1 beim Bücklauf auf einer Seite schneller als auf der anderen, sowird der hintere Zylinderraum 22 durch Schließen einer Leitung 36 drucklos gemacht, welche von der Leitung 20 über das Überdruckventil 9 sur Leitung 23 geführt ist. Dies geschieht ebenfalls durch «ie Steuerkolben 14 und 18, die «inen Schieber 37 «1« Terilngerung «er Tereteilstange 27 «·* Überdruckventils so

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steuern, daß er auf der Seite, die zu schnell läuft, schließt, auf der langsameren die Leitung 36 weiter öffnet. Ist der Balken 1 in seiner vorderen Endlage angelangt, so ist er wieder bereit, ein Schiff abzubremsen. Das Hydrauliksystem hat wieder den Druck, mit dem es anfangs vorgespannt war.

Der vorbeechriebene automatische Rücklauf des Balkens nach einem Sehiffetoß, der durch die Vorspannung der Hydrauliksysteme und die Speicherfähigkeit der Nfederdruckspeicher 12 bewirkt wird, kann, wenn es erforderlich ist, ersetzt werden durch ein von außen eingeleitetes Tor- und Zurückpumpen des Balkens 1 mittels eines hydraulischen Pumpenaggregat es. Es ist lediglich Eum Vorpumpen des Balkens 1 ein weiterer in der bereits beschriebenen Art gesteuerter, an den Schieber 37 angesetzter. Schieber für das Schließen und öffnen der Vorlaufleitung erforderlich.

Die neue Stoßschutzeinrichtung ist -insbesondere für das Unterhaupt von Schleusen bestimmt. Sie kann aber auch für das Oberhaupt verwendet werden, wobei sie auf «ine Unterstützung (Gestell) gesetzt und mit dieser für die Durchfahrt der Schiffe angehoben wird. Der Stoßbalken kann wie beschrieben vor dem for (bei Stemmtoren und Hubtoren) oder auch auf dem Tor (bei Hubtoren) angeordnet sein. Im letzteren Fall sind die hydraulischen Zylinder 6 ebenfalls auf Avj. Tor angebracht.

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Claims (4)

Maschinenfabrik Augsburg.Nürnberg 16 3 A10 7 Aktiengesellschaft Hürnberg Hürnberg, den 1*9.1965 Patentansprüche

1) Stoßechuteeinrichtung für Schleu8entore_t deren in Richtung der Schleusenachse beweglicher, in waagrechter Ebene geführter Stoßbalken auf ein hydraulisches Dämpfungsmittel wirkt, welches die Energie des Schiffsstoßes in Zusammenarbeit mit Überdruckventil und hydro-pneumatischem Speicher vernichtet, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoßbalken (1) mit zwei an seinen Enden angeordneten hydraulischen Zylindern (6) gelenkig verbunden ist, deren Brücke durch je ein Überdruckventil (9) gesteuert werden, wobei der Öffnungsdruck des Überdruckventils (9) bei einem außermittigen Auftreffen des Schiffes und der dadurch erfolgenden Schrägstellung des Stoßbalkens (1) durch mechanische, elektrische oder hydraulische Mittel (10, 14 und 9, 18) so eingestellt wird, daß die Kolbenkräfte der hydraulischen Zylinder (6) den an ten Enden des Stoßbalkens (1) wirkenden Kräften entsprechen*

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2) Stoßschutseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß die Einstellung des öffnungsdruckea des Überdruckventils (9) durch zwei Steuerkolben (14 und 18) bewirkt wird» wobei der eine Kolben (18) indas Überdruckrentil (9) eingebaut ist·

3) Stoßarchut2einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2» dadutdi gekennzeichnet, da-3 die Schraubenfeder (28) des Über-* druckrentile» (9) zwischen des Ventilkolben (25) und der längs durchbohrten Verstellstang· (27) angeordnet iat, die Bit einem Ausgleichskolben (32) τ ersehen ist, dessen wirksame fläche (31) der Geeaatquerschnitte~ fläche (30) des Ventilkolbens (25) entspricht.

4) StoBschutzsinriehtung nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Yeretelletange (27) des Überdruckventile (9) «it eueätBlichen Steuerkanten (37) τereehen ist, die auf die Vor« baw. Rücklaufleitung (36) zwischen den Zylinderräueen (19) bzw. (22) und dem Speicher (12) bsw. einer Pumps wirken·

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