EP0937824A1 - Stossschutzeinrichtung für Schleusen - Google Patents
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- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02C—SHIP-LIFTING DEVICES OR MECHANISMS
- E02C1/00—Locks or dry-docks; Shaft locks, i.e. locks of which one front side is formed by a solid wall with an opening in the lower part through which the ships pass
- E02C1/10—Equipment for use in connection with the navigation of ships in locks; Mooring equipment
Definitions
- the invention relates to a shock protection device for locks with a Beam-shaped catch element to absorb the impact forces of a ship, a braking device for blocking the ship's genetic energy Kind of a hydraulic cylinder, means for transferring the impact forces to the Braking device and means for removing the beam from the Fairway of the ship as well as the use of a shock absorber for one Shock protection device.
- Shock protection devices are intended to prevent flood gates from being damaged protect ships that do not stop in time and thus block shipping and expensive repairs to the lock gates or even environmental disasters avoid.
- the lower gate of the lock should act as a shock protection device like a chamber Protection against starting the gate.
- the high of Shock protection device above headwater depends on the on the Ships operating on the waterway.
- Such a shock protection device should be designed so that the fully loaded ship is not under the construction not slide the empty ship with the flat undercut bow on the Can put on shock protection. With changing water levels Height-adjustable shock protection devices are provided.
- the work capacity is 1 Nm
- the impact speed is 1.1 m / s and is completely from the damping elements of the shock protection device, e.g. Hydraulic cylinder, Absorb elastomer buffer.
- a shock protection device with high energy destruction for lock gates is known, the impact beam, which is movable in the direction of the lock axis and is guided in a horizontal plane, acts on a hydraulic damping means which destroys the energy of the ship shock in cooperation with a pressure relief valve and hydropneumatic accumulator.
- the shock beam is articulated at both ends of its hydraulic cylinders, the pressures of which are controlled by a pressure relief valve, the opening pressure of the pressure relief valve being hit by an eccentric impact of the ship and consequent inclination of the shock beam by mechanical or hydraulic means so that the Piston forces of the hydraulic cylinders correspond to the forces acting on the ends of the bumper beam.
- a shock protection device for lock gates is known with a bar located across the lock and equipped with a safety gear and shock absorbing means, the shock absorbing means, such as a rope and wood attached to the beam with the line of action extending transversely to the lock wall and are operatively connected to the catching device on both sides, the catching device essentially consisting of a rope arranged in front of the beam, which is freely stretched along the beam and is provided on the back of the beam with pulse-destroying hydraulic cylinders.
- the bar itself can be swiveled in the lock wall in elements referred to as tear-off stools anchored, the coupling elements between the beam and the chamber wall being coupled out at very high impacts, so that the beam is no longer in contact with the chamber wall.
- the actual catching device essentially consists of a rope, the bar only representing the connection between the left and right ends of the rope and having to absorb the reaction forces of the damping means. Since the rope lies directly against the beam in the event of a major impact, an even distribution of the forces is not possible and there is a risk that the beam will be overloaded on one side and slide out of its abutment.
- a shock protection device for Lock gates especially for lifting and lowering gates using Bumpers are known as shock absorbing agents where the Impact energy absorbed by throttling in hydraulic cylinders or by Friction elements can be destroyed, these beams being connected to the gates are and can give way in the direction of impact and the energy-destroying Medium can be coupled to the lock masonry with solid structural parts are. These energy-destroying parts can be hydraulic cylinders.
- the disadvantage of these systems is the coupling of the shock absorbing means with the sluice gate which causes considerable forces in the sluice gate and whose abutment can be initiated. The guidance of the bumper beam happens through an appropriate storage on the lock gate and is against misalignment or an asymmetrical impact accordingly sensitive.
- the invention is therefore based on the following problem: Development of a automatic safety system with beams as shock protection for Watercraft in locks, which on a much simplified Principle is based. Another problem is that the functionality of the Guaranteed and maintenance-free for a longer period of time the installation and operation of such a system much cheaper is designed. The legal requirements according to DE regulations are too consider.
- a shock protection device for locks of the type mentioned at the outset is therefore proposed as a solution in which the beam is guided in parallel guides on both sides of the fairway and hydraulic cylinders are movable with a stroke parallel to the guide.
- Fairway is understood as the water width that can be taken up by the ship and the water layer determined by its depth.
- the brake device constructed in this way, each with at least one on both sides of the fairway directed horizontally against the beam and against the direction of impact of the shock forces, known per se in its design, enables the energy of the moving masses to be reduced linearly and the required deceleration force to be distributed uniformly over the entire braking distance to distribute.
- similar dampers can of course be used or a system can also be used which then stores the braking energy in the event of an impact against the beam and uses it to reset the system.
- the guide is in operative function with horizontal and / or vertical lifting of the beam in the impact protection position.
- the latter is particularly the case when a ship's bow, for example, travels under the beam and tries to push it up.
- corresponding guide members are arranged both above and below the bar.
- the bow of a ship can of course run over the beam and try to push it down; this is prevented by lower guides.
- the beam is stored so that it is removed from the fairway of the ship when the lock is opened by lowering by means of a hydraulic cylinder, spindle lifting element or a rack and pinion gear with the appropriate drive.
- the ends of the beam are designed as a joint head, so that there is no inclination of the beam within the guides. It is envisaged that after lowering the bar or for lowering the bar, at its ends there will be a switch which releases it from horizontal movement into vertical movement. It is also proposed according to the invention that an industrial shock absorber known per se is now used as a lifting damper of the beam, this industrial shock absorber preferably being filled with biodegradable hydraulic fluid, such as bio-oil or alcohol, for example glycol, in order to rule out environmental problems from the outset. According to the invention, the energy of the moving mass is reduced linearly and the required deceleration force is evenly distributed over the entire braking distance. This results in a constant deceleration with the shortest possible braking time and the smallest possible braking force.
- biodegradable hydraulic fluid such as bio-oil or alcohol, for example glycol
- the well-known industrial dampers such as the ACE type, are self-contained hydraulic elements with a variety of Throttle openings.
- the hydraulic oil that is in front of the Piston is displaced through all throttle openings at the same time.
- the number of active strokes increases proportionally to the stroke Throttle openings.
- the entry speed is inevitably constant less.
- the dynamic pressure in front of the piston remains during the entire stroke.
- the same counterforce acts during the total stroke (constant linear deceleration and optimal solution to brake the hull). That displaced by the piston rod Hydraulic oil is compensated by an absorber in an elastomer.
- An im Piston built-in check valve and a compression spring are used for automatic return of the piston.
- shock absorber used is permanently functional without maintenance.
- the system is improved by special surface treatments (eg, ceramic or metal powder coatings), in particular also by using solid lubricants.
- the specialist takes the material selection into account in order to achieve resistance to alkali, acid or frost.
- the carriage for guiding the beam is designed so that a Breaking out upwards is excluded and when loaded a even horizontal guidance is ensured. With one-sided loads the system will surely be able to stop the ship.
- shock absorbers are designed redundantly and / or the beam receives a joint head.
- Fig. 4 shows the overall situation at a lock gate in plan view.
- the gate 4 between the lock walls 2 temporarily limits the travel path of a ship in the upper water 1, which would exert an impact force S from the gate in the event of a collision if no bar 5 with an elastic ramming bar 6 would brake the ship.
- the bar 5 is held in position by a braking device 7 arranged in the caverns 20 (FIG. 1-3) and is pushed back into the desired position shown after an impact S.
- 1 shows the beam 5 with a joint head 8 held by bolts 10 (FIG. 3) and a pre-flanged slide or wheel 9.
- FIG. 2 shows the situation according to FIG. 1 or 4 in a side view from the fairway side.
- the carriage 9 is covered here by the cut bar 6; the upper and lower guides 11 and 12 of the slide with the shock absorber 14 lying in between are shown.
- a switch 13 makes it possible to deflect the slide from a horizontal guide 11, 12 into a vertical guide, which is not shown.
- the vertical guide directs the carriage and thus the coupled bar 5 into an adapted recess 19 into which the bar can be lowered to clear the fairway 1 for passing the ship.
- a hydraulic cylinder 16 with support head 17 for the beam takes over the lowering and later raising (directional arrows) in position.
- the entire system lies below the upper edge 3 of the lock chamber in the height required by the water level, into which the beam is controlled by the cylinder 16 in the stroke direction HB. 3 shows the situation in a front view, that is to say from the butt side of the device.
- the carriage 9 can be seen clearly, in projection of the guide 11 encompassing the carriage at the top and the lower guide 12.
- the guide is designed in such a way that the bar is guided in the longitudinal direction in accordance with the stroke HS of the shock absorber 14 and also impacts that the Beams give impulses in the direction of the lock wall and vertically to the water surface from which the slide is transmitted to the guide and thus hold the beam in position. Oblique impacts or eccentric impacts on the beams are broken down into horizontal and vertical forces by the hinge pin. A substantial inclination of the beam is not possible, since the shock absorber 14 with head 15 rests directly on the beam head 8 and immediately becomes operative and generates reaction forces.
- Figure 5 shows a perspective view of a shock protection device Similar to Figure 4, but the lock gate is not shown. It is recognizable that within the quayside two left and right of the headwaters or Fairway 1 of the beams of several identically trained Braking devices 70 comprising pistons 71 and cylinders 72 are supported and so the lock gate before approaching by a not shown Protect the ship.
- the braking device can, as already described above, with a housing 75 for guiding the shock absorbers 71, 72 and, however, not shown for the bar 5 serve.
- the bar is not included Rod ends equipped because the multiple system of shock absorbers for sufficient braking energy ensures. However, it is not excluded Rod ends as shown in Figure 1 are also in this case use.
- racks 73 arranged under the beam by pinion drives 74 be moved and hold the bar 5 in position.
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Abstract
Description
- Fehler beim Abstoppen des Fahrzeuges in der Schleuse
- Fehler beim Bedienen der Schleuseneinrichtungen
- Fehler beim Festmachen und sonstigen Unachtsamkeiten
- Versagen der Schleuseneinrichtungen
- Versagen der Trossen
- komplizierte Mechanik bzw. Hydraulik; dadurch wird die Unzuverlässigkeit und Störanfälligkeit erhöht;
- der Schiffsstoß wird durch gerade wirkende Kräfte nicht optimal abgefangen; es sind aufwendige Widerlager erforderlich oder die Tore der Schleuse können bei starken Stößen wegen der Kopplung mit den Balken beschädigt werden;
- es wirken enorme Querkräfte, die einen aufwendigen Baukörper erforderlich machen;
- es müssen längere Bremswege einkalkuliert werden (ca. 4 m), die die Nutzung der Schleusenkammerlänge einschränken;
- hoher Wartungsaufwand.
Die Hydraulikzylinder sind untereinander gekoppelt und letztlich über einen Zylinder an der Schleuseninnenwand montiert. Dadurch ist nicht zu vermeiden, daß die Schleuseninnenwand sehr stark belastet wird und eine Reparatur großen Schwierigkeiten begegnet. Zudem ist die Ausführung der Führungsgelenke für die Hydraulikzylinder kompliziert und das Gesamtsystem wartungsaufwendig.
verankert, wobei bei sehr hohen Stößen die Verbindungselemente zwischen Balken und Kammerwand sich auskoppeln, so daß der Balken keinen Kontakt mehr mit der Kammerwand hat. Dabei besteht die eigentliche Fangeinrichtung im wesentlichen aus einem Seil, wobei der Balken nur die Zugverbindung zwischen dem linken und dem rechten Ende des Seiles darstellt und die Reaktionskräfte der Dämpfungsmittel aufzunehmen hat. Da das Seil bei einem größeren Stoß direkt am Balken anliegt, ist eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte nicht möglich und es besteht die Gefahr, daß der Balken einseitig überlastet wird und seinem Widerlager herausgleitet.
Die solcher Art aufgebaute Bremseinrichtung mit je mindestens einem beidseits des Fahrwassers horizontal gegen den Balken und gegen die Stoßrichtung der Stoßkräfte gerichteten, in der Bauart für sich bekannten Stoßdämpfer ermöglichen, die Energie der bewegten Massen linear abzubauen und die erforderliche Verzögerungskraft gleichmäßig über die gesamte Bremsstrecke zu verteilen.
Anstelle der Stoßdämpfer nach der Bauart ACE können natürlich ähnliche Dämpfer eingesetzt werden oder es kann auch ein System eingesetzt werden, das im Falle des Stoßes gegen den Balken dann die Bremsenergie speichert und für die Rückstellung des Systems nutzt.
Des weiteren wird der Balken so gelagert, daß er aus dem Fahrwasser des Schiffes bei Schleusenöffnung entfernt wird durch Absenken mittels Hydraulikzylinder, Spindelhubelement oder einem Zahnstangen-/Ritzelgetriebe mit entsprechendem Antrieb.
Es ist vorgesehen, daß nach dem Absenken des Balkens oder für das Absenken des Balkens dieser an seinen Enden eine Weiche durchläuft, die ihn von Horizontalbewegung in Vertikalbewegung freisetzt.
Außerdem wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein für sich bekannter Industriestoßdämpfer nunmehr als Hubdämpfer des Balkens eingesetzt wird, wobei dieser Industriestoßdämper vorzugsweise mit biologisch abbaubarem Hydraulikfluid, wie Bio-Öl oder Alkohol, beispielsweise Glykol, gefüllt wird, um Umweltprobleme von vornherein auszuschließen.
Erfindungsgemäß wird somit die Energie der bewegten Masse linear abgebaut und die erforderliche Verzögerungskraft gleichmäßig auf die gesamte Bremsstrecke verteilt. Dies hat eine gleichbleibende Verzögerung mit kürzestmöglicher Bremszeit und kleinstmöglicher Bremskraft zur Folge.
- die Schiffsgeschwindigkeit bzw. die bewegte Masse könnte um 80 % bis zu 100 % höher werden;
- die Schiffsbelastung wird um 70 - 80 % gesenkt;
- die Bremszeit könnte um 60 - 70 % gekürzt werden.
- Stoß- bzw. Bremsbalken;
- hydraulisches Stoßdämpfermodul mit dem speziellen, modifizierten Dämpfersystem und entsprechend konstruktiv umgesetzter Peripherie wie Führungen u.a.;
- Schlitten und Hubeinrichtung für Balken;
- Verankerungseinrichtung der Bremseinrichtungen und Balken beidseits des Fahrwassers.
- Bremsweg max. 1 m;
- max. Masse 1, 400 to oder größer;
- max. Geschwindigkeit des Schiffes 0,8 m/s.
Zur Beurteilung der Wirksamkeit einer Stoßschutzanlage im praktischen Schleusenbetrieb sind die Energiewerte der in die Schleuse von Oberwasser einfahrenden Schiffe dem Arbeitsvermögen der Stoßschutzanlage gegenüber gestellt worden.
Kräftewirkungen wurden berechnet, wobei besondere Aufmerksamkeit auf Situationen zu legen war, wenn Schiffe nicht mittig auf den Stoßbalken aufprallen. Das System ist so ausgelegt, daß ein seitlicher Kraftstoß ebenfalls ohne Komplikationen auf Basis des beschriebenen Dämpfungsprinzips abgefangen wird.
Eine Automatik wird zusätzlich integriert, indem durch einen gezielten Druckaufbau in einer Stickstoffblase, die das Wederausfahren der Dämpfungselemente und / oder der Balkenhubeinrichtung veranlaßt, erzielt.
Die Energie des Schiffsstoßes und / oder der Gewinn an Potentialenergie beim Absenken des Balkens unter das Fahrwasser kann hierbei in geschwächter Form zurückgegeben. Diese Bauweise ist für sich aus dem Stand der Technik bekannt.
Der verwendete Stoßdämpfer ist trotz ungünstiger Witterungsverhältnisse dauerhaft ohne Wartung funktionsfähig. Durch spezielle Oberflächenbehandlungen (z.B, Keramik- oder Metallpulverbeschichtungen), insbesondere auch durch Verwendung von Festkörperschmierstoffen, wird das System verbessert.
In jedem Fall berücksichtigt der Fachmann die Werkstoffauswahl, um Laugen-, Säure- oder Frostbeständigkeit zu erzielen.
- wesentlich vereinfachte mechanische und hydraulische Lösung für die Sicherungsaufgaben durch Wegfall der Hydraulikaggregate, Ventiltechnik im Dämpfungsbereich u.a.;
- Substitution der aufwendigen und komplizierten mechanischen und hydraulischen Strukturen und damit wesentliche Verminderung der Querkräfte;
- Sicherung einer konstanten Bremskraft durch den Einsatz von für diese Zwecke neuartigen Stoßdämpfern;
- Gewährleistung einer Automatik durch selbständig wieder ausfahrende Stoßdämpfer nach Schiffsstoß durch Feder oder Druckspeicher;
- Wartungsfreiheit gekapselte Stoßdämpfer und einfache Führungen.
- Fig. 1
- Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Draufsicht als Vergrößerung der Schleusensituation in Fig. 4 auf einer Fahrwasserseite;
- Fig.2
- die Vorrichtung gemäß Schnitt A-A in Fig.4 und Fahrwasser-Ansicht zu Fig.2;
- Fig.3
- eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß Fig.2 aus Richtung einer Stoßkraft;
- Fig.4
- eine Draufsicht auf ein Schleusentor mit Stoßschutzvorrichtung;
- Fig.5
- eine zweite Version der Erfindung in perspektivischer Sicht.
Fig. 1 zeigt den Balken 5 mit durch Bolzen 10 (Fig.3) gehaltenem Gelenkkopf 8 und vorgeflanschtem Schlitten oder Rad 9. In der Kaverne 20 ist eine obere Führung 11 und eine untere Führung 12 für den Schlitten 9 zu sehen, die den Schlitten parallel zu dem Hub HS des Stoßdämpfers 14 führen kann. Der Stoßdämpfer hat einen Kopf 15, der an dem Gelenkkopf 8 des Balkens vorzugsweise nur anliegt oder mit ihm verbunden ist.
Fig. 2 zeigt die Situation gemäß Fig. 1 oder 4 in Seitenansicht von der Fahrwasserseite her. Der Schlitten 9 ist hier von dem geschnittenen Balken 6 verdeckt; die obere und untere Führung 11 und 12 des Schlittens mit mittig dazwischen liegendem Stoßdämpfer 14 sind zu sehen. Eine Weiche 13 ermöglicht es, den Schlitten von einer horizontalen Führung 11,12 in eine vertikale Führung umzulenken, die nicht dargestellt ist. Die vertikale Führung lenkt den Schlitten und damit den angekoppelten Balken 5 in eine angepaßte Vertiefung 19, in die der Balken zur Freimachung des Fahrwassers 1 für das Passieren des Schiffes abgesenkt werden kann. Die Absenkung und spätere Anhebung (Richtungspfeile) in Wikposition übernimmt ein Hydraulikzylinder 16 mit Stützkopf 17 für den Balken. Das gesamte System liegt unterhalb der Oberkante 3 der Schleusenkammer in der durch den Wasserstand erforderlichen Höhe, in die der Balken durch den Zylinder 16 in Hubrichtung HB gesteuert wird.
Die Fig.3 zeigt die Situation in Vorderansicht, also von der Stoßseite der Vorrichtung her. Deutlich ist der Schlitten 9 zu sehen, in Projektion zu der den Schlitten oben umgreifenden Führung 11 und der unteren Führung 12. Die Führung ist so gestaltet, daß der Balken in Längsrichtung entsprechend dem Hub HS des Stoßdämpfers 14 geführt wird und auch Stöße, die dem Balken Impulse in Richtung zur Schleusenwand sowie vertikal zur Wasseroberfläche erteilen von dem Schlitten auf die Führung übertragen werden und so den Balken in Position halten. Schrägstöße oder exzentrische Stöße auf den Balken werden durch den Gelenkbolzen in horizontale und vertikale Kräfte zerlegt. Eine wesentliche Schrägstellung des Balkens ist nicht möglich, da der Stoßdämpfer 14 mit Kopf 15 unmittelbar am Balkenkopf 8 anliegt und sofort in Wirkfunktion gerät und Reaktionskräfte erzeugt.
Claims (8)
- Stoßschutzeinrichtung für Schleusen umfassend ein als Balken ausgebildetes Fangglied zur Aufnahme von Stoßkräften eines Schiffes, eine Bremseinrichtung zum Abbau kinetischer Energie des Schiffes nach Art eines Hydraulikzylinders, Mittel zur Überleitung der Stoßkräfte auf die Bremseinrichtung und Mittel zur Entfernung des Balkens aus dem Fahrwasser des Schiffes, dadurch gekennzeichnet, daß der Balken (5) beidseits des Fahrwassers (1) in parallelen Führungen (11,12;75) geführt ist und die Hydraulikzylinder (14; 71, 72) mit zu der Führung parallelem Hub (HS) beweglich sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen bei einem horizontalen und/oder vertikalen Hub des Balkens in Wirkfunktion sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (7, 70) je mindestens einen beidseits des Fahrwassers (1) horizontal gegen den Balken (5) und gegen die Richtung der Stoßkräfte (S) gerichteten, in der Bauart für sich bekannten, Stoßdämpfer (14; 71,72) umfassen.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Entfernung einen nicht mit dem Fangglied mechanisch verbundenen und unter ihm angeordneten Hydraulikzylinder (16) oder Spindelhubelente oder Zahnstangenantriebe (73, 74) umfassen.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Balken (5) beidseits des Fahrwassers (1) mit einem Gelenkkopf (8) versehen ist, der mittels Schlitten oder Rad in der parallelen Führung (11,12; 75) geführt wird.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung mit einer Weiche versehen ist, die eine Änderung der Führung von horizontaler in vertikaler Richtung ermöglicht.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Fluide der Hydraulikzylinder bei Stoßkraftaufnahme in einen Druckspeicher förderbar und die gespeicherte Energien zur Rückstellung des Balkens in seine Wirkfunktion nutzbar sind.
- Verwendung eines für sich bekannten, auf eine konstante Bremskraft über den Hub (HS) einstellbaren Industriestoßdämpfers (14; 71,72), gefüllt mit biologisch abbaubarem Hydraulikfluid, für eine Stoßschutzeinrichtung (5-7, 70) für Schiffe in Schleusen.
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