EP0937824A1 - Protection device for locks - Google Patents
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- EP0937824A1 EP0937824A1 EP99250049A EP99250049A EP0937824A1 EP 0937824 A1 EP0937824 A1 EP 0937824A1 EP 99250049 A EP99250049 A EP 99250049A EP 99250049 A EP99250049 A EP 99250049A EP 0937824 A1 EP0937824 A1 EP 0937824A1
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- EP
- European Patent Office
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- shock
- ship
- fairway
- bar
- hydraulic
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Classifications
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- 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
Die Erfindung betrifft eine Stoßschutzeinrichtung für Schleusen mit einem als Balken ausgebildeten Fangglied zur Aufnahme von Stoßkräften eines Schiffes, eine Bremsvorrichtung zum Abblocken genetischer Energie des Schiffes nach Art eines Hydraulikzylinders, Mitteln zur Überleitung der Stoßkräfte auf die Bremseinrichtung und Mitteln zur Entfernung des Balkens aus dem Fahrwasser des Schiffes sowie die Verwendung eines Stoßdämpfers für eine Stoßschutzeinrichtung.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.
Die zunehmende Verkehrsbelastung der Binnenwasserstraßen mit größeren und schnelleren Schiffseinheiten führt zu einer verstärkten Gefährdung der Schleusentore, die durch einlaufende und nicht rechtzeitig zum Halten gebrachte Schiffe in zunehmendem Maße angefahren werden. Die Gefahr ist besonders bei Einfahrten von Oberwasser groß, Beim Einlaufen vom Unterwasser her ist die Gefahr der Torbeschädigung in geringerem Maße gegeben, da der Wasserdruck gegen die Tore wirkt. Außerdem sind für diesen Fall die Einfahrwiderstände wegen der geringeren Wassertiefe größer.The increasing traffic load on inland waterways with larger ones and faster ship units leads to an increased risk to the Lock gates by entering and not timely to stop brought ships are increasingly approached. The danger is especially large when entering from upper water, when entering from Underwater there is less danger of door damage given because the water pressure acts against the gates. Also are for this If the entry resistance is greater due to the lower water depth.
Die Schwere der Havarien hat nachweislich im Laufe der Jahre zugenommen und die dadurch bedingten Betriebsunterbrechungen an Schleusen von jeweils einigen Tagen bis zu mehreren Wochen führen besonders bei Wasserstraßen mit Einzelschleusen zu ernsten Behinderungen und Ausfällen für die Schiffahrt.The severity of the accidents has demonstrably increased over the years and the resulting business interruptions at locks of each few days to several weeks lead especially on waterways with individual locks to serious disabilities and breakdowns for shipping.
Die Toranfahrungen können folgende Ursachen haben:
- 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
- Error stopping the vehicle in the lock
- Error operating lock systems
- Mooring and carelessness errors
- Failure of the lock facilities
- Failure of the hawser
Die Auswertung statistischer Unterlagen des Bundesverkehrsministeriums führten zu dem Ergebnis, daß etwa 60 % aller Torhavarien auf menschliches Versagen zurückzuführen sind. Aus diesen Gründen sind behördliche Maßnahmen getroffen worden, um Havarien möglichst auszuschließen.The evaluation of statistical documents from the Federal Ministry of Transport led to the result that about 60% of all Torahavarian on human Failure are attributable. For these reasons, are official Measures have been taken to prevent accidents as far as possible.
Stoßschutzeinrichtungen sollen Schleusentore vor Beschädigungen durch nicht rechtzeitig anhaltende Schiffe schützen und so Schiffahrtssperrungen und teure Reparaturen an den Schleusentoren oder gar Umweltkatastrophen vermeiden. In der DE-Vornorm 19703 vom Juli 1993 werden Grundsätze für die Sicherungsanlagen in Schleusen der Binnenschiffahrtsstraßen festgelegt. Das Untertor der Schleuse soll kammerartig eine Stoßschutzeinrichtung als Schutz gegen Anfahren des Tores erhalten. Die Höhe der Stoßschutzeinrichtung über Oberwasser richtet sich nach den auf der Wasserstraße verkehrenden Schiffen. Eine solche Stoßschutzeinrichtung soll so ausgebildet sein, daß das voll beladene Schiff nicht unter die Konstruktion gleiten und das leere Schiff mit flachem unterschnittenen Bug nicht auf die Stoßschutzeinrichtung aufsetzen kann. Bei wechselnden Wasserständen sind höhenverstellbare Stoßschutzeinrichtungen vorgesehen. Gleichfalls ist das Arbeitsvermögen der Einrichtung unter Berücksichtigung der Bewegungsenergie der auftreffenden Schiffseinheit und der Auftreffgeschwindigkeit des Schiffes festgelegt. Das Arbeitsvermögen ist mit 1 Nm, die Auftreffgeschwindigkeit mit 1,1 m/s anzusetzen und ist vollständig von den Dämpfungselementen der Stoßschutzeinrichtung, z.B. Hydraulikzylinder, Elastomerpuffer aufzunehmen.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. In the DE pre-standard 19703 of July 1993 principles for the security systems are set in locks on inland waterways. 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. Likewise, it is Capacity of the institution taking into account the Kinetic energy of the impinging ship unit and the Impact speed of the ship set. 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.
Aus der Praxis bekannte Schleusensicherungssysteme weisen als Fangglied entweder Seile oder Balken oder beides in Kombination auf. Im folgenden werden nur noch Systeme mit Balken als Stoßschutz betrachtet. Der Stand der Technik hat wesentliche Nachteile:
- 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.
- complicated mechanics or hydraulics; this increases the unreliability and susceptibility to faults;
- the impact of the ship is not optimally absorbed by just acting forces; elaborate abutments are required or the gates of the lock can be damaged in the event of strong impacts due to the coupling with the beams;
- there are enormous transverse forces that require a complex structure;
- longer braking distances must be taken into account (approx. 4 m), which limit the use of the lock chamber length;
- high maintenance effort.
Aus der DE-OS 163 41 07 ist eine Stoßschutzeinrichtung mit hoher
Energievernichtung für Schleusentore bekannt, deren in Richtung der
Schleusenachse beweglicher, in waagerechter Ebene geführter Stoßbalken auf
ein hydraulisches Dämpfungsmittel wirkt, welches die Energie des
Schiffsstoßes in Zusammenarbeit mit Überdruckventil und hydropneumatischem
Speicher vernichtet. Der Stoßbalken ist an seinen beiden
Enden angeordneten hydraulischen Zylindern gelenkig verbunden, deren
Drücke durch je ein Überdruckventil gesteuert werden, wobei der
Öffnungsdruck des Überdruckventils bei einem außermittigen Auftreffen des
Schiffes und dadurch erfolgender Schrägstellung des Stoßbalkens durch
mechanische oder hydraulische Mittel so eingestellt wird, daß die Kolbenkräfte
der hydraulischen Zylinder den an den Enden des Stoßbalkens wirkenden
Kräften entsprechen. Dazu ist eine komplexe Steuerung der an den beiden
Dämpfungseinrichtungen angeordneten Überdruckventilen erforderlich. Da die
beiden Systeme an beiden Seiten des Balkens nicht miteinander verbunden
sind, wird versucht, durch Anlenkung von mehreren Zylindern an jeder Seite
das System über die beim Auftreffen des Schiffes unterschiedlich wirkenden
Hebelkräfte in der Waage zu halten.
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.From DE-OS 163 41 07 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. This requires complex control of the pressure relief valves arranged on the two damping devices. Since the two systems are not connected to each other on both sides of the beam, attempts are made to keep the system in balance by means of the articulation of several cylinders on each side by means of the lever forces acting differently when the ship hits the bar.
The hydraulic cylinders are coupled to one another and ultimately mounted on the inner wall of the lock via a cylinder. As a result, it cannot be avoided that the inner wall of the lock is subjected to very high loads and that repairs encounter great difficulties. In addition, the design of the guide joints for the hydraulic cylinders is complicated and the overall system is maintenance-intensive.
Aus der DE-OS 27 28 704 ist eine Stoßschutzvorrichtung für Schleusentore mit
einem quer über die Schleuse gelegenen und mit einer Fangeinrichtung
ausgerüsteten Balken und stoßaufnehmenden Mitteln bekannt, wobei die
stoßaufnehmenden Mittel, z.B. ein Seil und Hölzer am Balken mit quer zur
Schleusenwand verlaufenden Wirklinie befestigt und an beiden Seiten mit der
Fangeinrichtung operativ verbunden sind, wobei die Fangeinrichtung im
wesentlichen aus einem vor dem Balken angeordneten Seil besteht, welches
längs des Balkens frei ausgespannt ist und auf der Rückseite des Balkens mit
impulsvernichtenden Hydraulikzylindern versehen ist. Der Balken selbst ist in
als Abreißschemel bezeichneten Elementen schwenkbar in der
Schleusenwand
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.From DE-OS 27 28 704 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.
Schließlich ist aus der DE-OS 20 41 083 eine Stoßschutzeinrichtung für Schleusentore, speziell für Hub- und Senktore unter Verwendung von Stoßbalken als stoßaufnehmende Mittel bekannt, bei denen die aufgenommene Stoßenergie durch Drosselung in Hydrozylindern oder durch Reibelemente vernichtbar ist, wobei diese Balken mit den Toren verbunden sind und in Stoßrichtung nachgeben können und die energievernichtenden Mittel mit festen Konstruktionsteilen auf dem Schleusenmauerwerk kuppelbar sind. Diese energievernichtenden Teile können Hydrozylinder sein. Nachteil bei diesen Systemen ist die Kopplung des stoßaufnehmenden Mittels mit dem Schleusentor wodurch erhebliche Kräfte in das Schleusentor und dessen Widerlager eingeleitet werden können. Die Führung des Stoßbalkens geschieht durch eine entsprechende Lagerung auf dem Schleusentor und ist gegen eine Schiefstellung oder einen asymmetrischen Aufprall entsprechend empfindlich.Finally, from DE-OS 20 41 083 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.
Schiffe und andere Massen beinhalten eine mit dem Quadrat der Geschwindigkeit wachsende kinetische Energie. Beim Abbremsen dieser Massen treten Kräfte auf, die sich mit dem Energiegehalt erhöhen. Um diese zerstörerischen Kräfte auszuschalten werden vielfach Dämpfer auf Gummi-, Feder- oder Luftpufferbasis eingesetzt, die aber nicht befriedigen, da sie Energie nur speichern, eine progressive ansteigende Verzögerungskraft mit hoher Spitze entwickeln und nur eine geringe oder gar keine Regulierung zulassen. Auch hydraulische Bremszylinder üblicher Bauart bringen nicht den gewünschten Erfolg, da sie beim Aufprall der Masse schlagartig eine hohe Gegenkraft entgegensetzen, wodurch die Arbeitsweise sehr hart und die Schiffsbeanspruchung außerordentlich hoch ist.Ships and other masses include one with the square of the Rate increasing kinetic energy. When braking this Masses occur forces that increase with the energy content. In order to eliminate these destructive forces, dampers are often used Rubber, spring or air buffer base used, but not satisfying because they only store energy with a progressively increasing decelerating force Develop high peaks and little or no regulation allow. Even hydraulic brake cylinders of the usual type do not bring that desired success, because they suddenly have a high impact on the mass Oppose opposing force, which makes the working method very hard and the Ship stress is extremely high.
Aus dem Prospekt "Industriestoßdämpfer" ACE Stoßdämpfer GmbH, Langenfeld, DE, 6/97 sind Hydraulikzylinder bekannt, die als Stoßdämpfer verwendet werden, wobei durch Belastung der Kolbenstange Hydrauliköl verdrängt und von einem Absorberelement aufgenommen wird. Innerhalb vorwählbarer Bauarten/ Belastungsbereiche kann damit eine konstante Verzögerung einer Masse bewirkt werden. Eine Feder stellt die Kolbenstange nach Abklingen der Stoßwirkung zurück. From the brochure "Industrial Shock Absorber" ACE shock damper GmbH, Langenfeld, DE, 6/97 hydraulic cylinders are known as shock absorbers be used, hydraulic oil by loading the piston rod displaced and absorbed by an absorber element. Within preselectable types / load ranges can be a constant Delay of a mass can be effected. A spring sets the piston rod after the impact has subsided.
Von daher liegt der Erfindung folgendes Problem zugrunde: Entwicklung eines automatischen Sicherungssystems mit Balken als Stoßschutz für Wasserfahrzeuge in Schleusen, welches auf einem wesentlich vereinfachten Prinzip beruht. Weiteres Problem ist, daß die Funktionalität des Sicherungssystems wartungsfrei für einen längeren Zeitraum gewährleistet und der Einbau und Betrieb einer solchen Anlage wesentlich kostengünstiger gestaltet wird. Die gesetzlichen Anforderungen gemäß DE-Vorschriften sind zu berücksichtigen.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.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche 1 und 8 gelöst;
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.The problem is solved according to the invention by
Erfindungsgemäß wird daher eine Stoßschutzeinrichtung für Schleusen der
eingangs genannten Art als Lösung vorgeschlagen, bei der der Balken
beidseits des Fahrwassers in parallelen Führungen geführt ist und
Hydraulikzylinder mit zu der Führung parallelem Hub beweglich sind.
Unter Fahrwasser wird die vom Schiff einnehmbare Gewässerbreite und durch
dessen Tauchtiefe bestimmte Wasserschicht verstanden.
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.According to the invention, 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.
Instead of the shock absorbers of the ACE type, 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.
Es wird aber sichergestellt, daß die Führung bei horizontalen und/oder
vertikalen Hub des Balkens in Stoßschutzlage in Wirkfunktion ist. Letzteres ist
insbesondere dann gegeben, wenn ein Schiffsbug beispielsweise unter den
Balken fährt und versucht ihn hochzudrücken. Aus diesem Grunde sind sowohl
oberhalb als auch unterhalb des Balkens entsprechende Führungsglieder
angeordnet. Im Umkehrschluß kann natürlich auch der Bug eines Schiffes den
Balken überfahren und versuchen ihn herunterzudrücken; dies wird durch
untere Führungen verhindert.
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.However, it is ensured that 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. For this reason, corresponding guide members are arranged both above and below the bar. Conversely, the bow of a ship can of course run over the beam and try to push it down; this is prevented by lower guides.
Furthermore, 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.
Zur Vermeidung von ungleichmäßiger Belastung der Stoßdämpfer,
insbesondere bei sehr breiten Schleusen, die auch von schmalen Schiffen
befahren werden, kann vorgesehen werden, die Enden des Balkens als
Gelenkkopf auszubilden, so daß sich keine Schrägstellung des Balkens
innerhalb der Führungen ergibt.
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.To avoid uneven loading of the shock absorbers, especially in the case of very wide locks, which are also used by narrow ships, it can be provided that 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.
Die positive Folge beim Einsatz des Industriedämpfers und Vorteile dieses Stoßschutzsystemes sind:
- 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.
- the ship's speed or the moving mass could increase by 80% up to 100%;
- the ship's load is reduced by 70-80%;
- the braking time could be reduced by 60-70%.
Die für sich bekannten Industriedämpfer, beispielsweise der Bauart ACE, sind in sich geschlossene hydraulische Elemente mit einer Vielzahl von Drosselöffnungen. Beim Beaufschlagen des Stoßdämpfers wird der Kolben axial in den Stoßdämpfer gedrückt. Das Hydrauliköl, welches sich vor dem Kolben befindet, wird durch alle Drosselöffnungen gleichzeitig verdrängt. Proportional zum verfahrenen Hub nimmt die Anzahl der wirkenden Drosselöffnungen ab. Die Einfahrgeschwindigkeit wird zwangsläufig ständig geringer. Der vor dem Kolben anstehende Staudruck bleibt während des gesamten Hubes gleich. Somit wirkt auch die gleiche Gegenkraft während des gesamtes Hubes (gleichbleibende lineare Verzögerung und optimale Lösung zum Abbremsen des Schiffskörpers). Das von der Kolbenstange verdrängte Hydrauliköl wird durch einen Absorber in einem Elastomer kompensiert. Ein im Kolben eingebautes Rückschlagventil und eine Druckfeder dienen zur automatischen Rückstellung des Kolbens.The well-known industrial dampers, such as the ACE type, are self-contained hydraulic elements with a variety of Throttle openings. When the shock absorber is applied, the piston axially pressed into the shock absorber. 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. Thus, 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.
Die Dämpfer werden mit dem Gesamtsicherungssystem verbunden. Durch Verwendung der Bio-Öle werden Umweltprobleme vermieden und / oder die Gefahr der Funktionsreduktion bei Temperaturen um den Gefrierpunkt reduziert. Eine automatisch arbeitende Sicherungsanlage auf hydraulischer Basis ist dementsprechend aus folgenden Einzelkomponenten konstruiert worden:
- 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.
- Bumper or brake beam;
- hydraulic shock absorber module with the special, modified damper system and correspondingly implemented peripheral equipment such as guides and others;
- Carriage and lifting device for beams;
- Anchoring device for the braking devices and beams on both sides of the fairway.
Es werden damit mindestens folgende Sicherungsparameter realisiert:
- Bremsweg max. 1 m;
- max.
Masse 1, 400 to oder größer; - max. Geschwindigkeit des Schiffes 0,8 m/s.
- Braking distance max. 1 m;
- Max.
Mass 1, 400 tons or larger; - Max. Speed of the ship 0.8 m / s.
Um diese Funktionalität zu erreichen, waren folgende generelle Probleme zu
lösen:
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.To achieve this functionality, the following general problems had to be solved:
In order to assess the effectiveness of a shock protection system in practical lock operation, the energy values of the ships entering the lock of Oberwasser have been compared with the working capacity of the shock protection system.
Force effects were calculated, with special attention to situations when ships do not hit the center of the bumper beam. The system is designed in such a way that a lateral power surge can also be absorbed without complications on the basis of the damping principle described.
An automatic system is additionally integrated in that a targeted pressure build-up in a nitrogen bubble, which causes the damping elements and / or the beam lifting device to not extend, is achieved.
The energy of the ship shock and / or the gain in potential energy when lowering the beam under the fairway can be returned in a weakened form. This design is known from the prior art.
Despite the unfavorable weather conditions, the 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.
In any case, the specialist takes the material selection into account in order to achieve resistance to alkali, acid or frost.
Der Schlitten zur Führung des Balkens ist konstruktiv so ausgelegt, daß ein Ausbrechen nach oben ausgeschlossen wird und bei Belastung eine gleichmäßig horizontale Führung gesichert ist. Bei einseitigen Belastungen ist das System sicher in der Lage sein, das Schiff zum Stehen zu bringen. Die Stoßdämpfer sind dazu nötigenfalls redundant ausgelegt und / oder der Balken erhält einen Gelenkkopf.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. The If necessary, shock absorbers are designed redundantly and / or the beam receives a joint head.
Vorteile der Erfindung insgesamt sind.
- 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.
- significantly simplified mechanical and hydraulic solution for the safety tasks due to the elimination of the hydraulic units, valve technology in the damping area and others;
- Substitution of the complex and complicated mechanical and hydraulic structures and thus a substantial reduction in the lateral forces;
- Ensuring a constant braking force through the use of new shock absorbers for this purpose;
- Guarantee of an automatic system by automatically retracting shock absorbers after ship impact by spring or pressure accumulator;
- Encapsulated shock absorbers with no maintenance and simple guides.
Zusammenfassend kann eingeschätzt werden, daß der Nutzen für den Schleusenbetreiber eine Kostenreduzierung um min. 50 % bei Einbau und eine wesentliche Reduzierung der Betriebskosten durch Wartungsfreiheit und die automatische Funktionalität bei höheren Sicherheitsparametern durch die konstante Bremskraft bedeutet.In summary it can be estimated that the benefit for the Lock operator a cost reduction by min. 50% on installation and one substantial reduction in operating costs through freedom from maintenance and automatic functionality with higher security parameters through the constant braking force means.
Anhand einer schematischen Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
- 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
- A device according to the invention in plan view as an enlargement of the lock situation in FIG. 4 on a fairway side;
- Fig. 2
- the device according to section AA in Figure 4 and fairway view to Figure 2;
- Fig. 3
- a front view of the device of Figure 2 from the direction of an impact force;
- Fig. 4
- a plan view of a lock gate with shock protection device;
- Fig. 5
- a second version of the invention in perspective.
Gleiche oder ähnliche Teile sind im folgenden mit identischen Bezugszeichen versehen.The same or similar parts are identified below with identical reference numerals Mistake.
Fig. 4 zeigt die Gesamtsituation an einem Schleusentor in Draufsicht. Das Tor
4 zwischen den Schleusenwänden 2 begrenzt temporär den Fahrweg eines
Schiffes im Oberwasser 1, welches aus das Tor im Kollionsfalle eine Stoßkraft
S ausüben würde, wenn kein Balken 5 mit elastischer Rammleiste 6 das Schiff
bremsen würde. Der Balken 5 wird durch eine in den Kavernen 20 (Fig.1-3)
angeordnete Bremseinrichtung 7 in Position gehalten und nach einem Stoß S
in die gezeigte Sollposition zurückgedrängt.
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.Fig. 4 shows the overall situation at a lock gate in plan view. The
1 shows the
FIG. 2 shows the situation according to FIG. 1 or 4 in a side view from the fairway side. The
3 shows the situation in a front view, that is to say from the butt side of the device. The
Figur 5 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Stoßschutzeinrichtung
ähnlich Figur 4, jedoch ist das Schleusentor nicht dargestellt. Es ist erkennbar,
daß innerhalb der Kaianlagen zwei links und rechts des Oberwassers oder
Fahrwassers 1 der Balken von mehreren identisch ausgebildeten
Bremseinrichtungen 70, umfassend Kolben 71 und Zylinder 72 gestützt werden
und so das Schleusentor vor einem Anfahren durch ein nichtdargestelltes
Schiff schützen. Die Bremseinrichtung kann, wie bereits zuvor beschreiben, mit
einem Gehäuse 75 zu Führung der Stoßdämpfer 71, 72 und, jedoch nicht
dargestellt für den Balken 5 dienen. Der Balken ist in diesem Fall nicht mit
Gelenkköpfen ausgestattet, da die Mehrfachanlage von Stoßdämpfern für
genügende Bremsenergie sorgt. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen
Gelenkköpfe, wie sie in Figur 1 dargestellt sind auch in diesem Fall zu
verwenden. Als Alternative für einen Hubzylinder 16 mit Hub HB sind in diesem
Fall Zahnstangen 73 unter dem Balken angeordnet, die von Ritzelantrieben 74
bewegt werden und so den Balken 5 in Position halten.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
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