Schwere Sicherheits-Stoßdämpfer in Schleuse bremsen 4000 t

Details: Veröffentlicht: 05.07.2011; Zuletzt aktualisiert: 17.01.2023; Zugriffe: 9039

2.649 mm lang, ein Außendurchmesser von 200 mm und ein Eigengewicht von 320 kg. Auch wenn diese Ausmaße sicher ungewöhnlich für Industriestoßdämpfer sind, liefert ACE in die Niederlande gleich 10 dieser monströs anmutenden, so genannten schweren Sicherheits-Stoßdämpfer. Vier davon wurden bereits in Schleusen verbaut. Sie machen eine Schifffahrt auf der Maas erst möglich.

Schleusen werden dafür genutzt, die Höhenunterschiede an Fallstufen von Schifffahrtswegen zu überwinden, um diese erst schiffbar zu machen. Die zu befüllenden Schleusenkammern, in denen die Schiffe auf das bestehende Niveau vor bzw. hinter der Kammer gebracht werden, müssen so konstruiert sein, dass ein kontrolliertes Befüllen bzw. Entleeren möglich ist, ansonsten käme es zu wasserfallartigen Ergüssen. Je größer der Höhenunterschied der beiden Wasserwegabschnitte, desto extremer sind die daraus resultierenden Auswirkungen.

Höhenunterschied von 12 m

In Maasbracht in den Niederlanden liegt der durch einen Schleusenkomplex zu überwindende Höhenunterschied bei 12 m. Würde hier ein unkontrolliertes Befüllen stattfinden, wäre die Mindestfahrttiefe von 3 m der Maas im oberen Flussabschnitt nicht mehr zu gewährleisten, der Fluss würde buchstäblich leerlaufen. Genau hier liegt das ingenieurstechnische Problem, das projektierende Unternehmen von Schleusen wie in diesem Fall das niederländische Unternehmen Mourik Limburg BV für seinen Auftraggeber, die Rijkswaterstraat, zu lösen hat. Denn beim Navigieren eines Schiffes ist es prinzipiell denkbar, dass es, wie beim Einparken eines Automobils in engen Parklücken zum Kontakt - in diesem Fall zwischen Tür und Schiff - kommt.

Bei beladenen und dadurch bis zu 4000 t schweren Schiffen gibt es wohl kein Schloss oder Scharnier, das in der Lage wäre, die bei einer Anfahrgeschwindigkeit von maximal 0,5 m/s resultierenden Kräfte aufzuhalten. Und gäbe es dieses doch, müsste die Türwand so dick sein, dass das Öffnen einen so hohen energieaufwand erfordern würde, dass die gesamte Konstruktion unwirtschaftlich wäre. Denkbar wäre es hingegen, die Dimension der Schleusenkammern derart zu wählen, dass ein Anfahren - einer sehr großen Parklücke entsprechend - nahezu unmöglich wäre. Das Anfahren wollten die Projektleiter von Mourik Limburg BV jedoch über einen Anstoßbalken ausdrücklich ermöglichen, weil dies auch prinzipiell Vorteile mit sich bringt.

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Denn bei den großen Höhenunterschieden vor und hinter der Schleuse ist es bei flussabwärts geöffneten Schleusentüren, also niedrigem Wasser, möglich, einfach unter diesen herzufahren. Um den erwähnten Anstoßbalken absichern zu können und damit ein Öffnen der Türen sowie ein Leerlaufen des Flusses auszuschließen, suchte Mourik Limburg ein Unternehmen, deren Dämpfer in der Lage sind, die zu erwartenden auftretenden Kräfte aufzunehmen. Die Spezialisten für Dämpfungslösungen aller Art der ACE Stoßdämpfer GmbH verfügen aufgrund eines eigenen Vertriebs in den Niederlanden und ihrer dort arbeitenden Ingenieure und Techniker über das nötige Know-how..

Maßgeschneiderter Stoßbalkendämpfer

Bei der Auslegung der zu konstruierenden Dämpfer musste neben den bereits erwähnten Eckdaten auch der mögliche auftretende Wasserschlag berücksichtigt werden. Als solches werden verschiedene physikalische Erscheinungen bezeichnet, bei denen durch Wasser ein starker mechanischer Stoß verursacht wird. Da die Schleusenbauer in solch speziellen Konstellationen den Wasserschlag genau prognostizieren können, wurde die zu erwartende Gesamtenergie in enger Kooperation der beiden Partner ermittelt. Das Ergebnis ist ein Wert von 500.000 Nm, der Dämpfer kaum vorstellbaren Ausmaßes erfordert.

Basierend auf ihren bestehenden Sicherheits-Stoßdämpfern hat ACE einen Sicherheitsdämpfer mit optimierter Kennlinie, einem Festanschlag und einem Hub von 800 mm entwickelt. Dessen Funktionsprinzip ist das gleiche wie bei den Standardmodellen dieser Serie. So wird die Kolbenstange beim Abbremsvorgang eingeschoben und das sich vor dem Kolben befindende Hydrauliköl gleichzeitig durch alle Drosselöffnungen verdrängt.

Durch die proportional zum verfahrenen Hub abnehmende Anzahl der wirksamen Drosselbohrungen verringert sich nicht nur die Einfahrgeschwindigkeit konstant, sondern es bleiben auch der vor dem Kolben entstehende Staudruck und die Gegenkraft gleich. Während der Abbremsvorgang sich bei den Klein-Stoßdämpfern des Herstellers so schnell vollzieht, dass Konstrukteure, die zum ersten Mal mit ihnen arbeiteten, schon mal an ihrer Wirksamkeit zweifeln, benötigen die Schleusendämpfer immerhin 3,5 s, um ihren gewaltigen Hub von 80 cm zurückzulegen.

XXXL Dämpfer mit Trennkolben-Stickstoff-Rückstellsystem

Um in die Ausgangslage zurückzukommen, arbeiten die Sicherheitsdämpfer - ähnlich wie Gasfedern der Langenfelder Dämpfungsspezialisten - mit Stickstoff. In einem Gasspeicher gesammelt, kompensiert es das von der Kolbenstange verdrängte Öl und drückt die Kolbenstange beim Ausfahren in die Ausgangslage zurück.

Für die Trennung des hydraulischen Systems vom Gasspeicher sind die hier beschriebenen XXXL-Dämpfer wie die schweren Sicherheits-Stoßdämpfer der CB-Serie auch mit einem Trennkolben-Stickstoff-Rückstellsystem ausgestattet. Die hier eingesetzten und SDK 160-800-F genannten Spezialdämpfer sind für den Einsatzfall mit einer optimierten Kennlinie versehen und konnten im eingefahrenen Zustand leicht über einen Bodenflansch befestigt werden. Im normalerweise vorgesehenen ausgefahrenen Lieferzustand wäre eine Integration hingegen in diesem Fall aus Mangel an Platz beim Einbau unmöglich gewesen.

Daher wurden die Dämpfer vor Ort in Maasbracht mit dem für die Rückstellung nötigen Stickstoff befüllt. Von den 10 bestellten Dämpfern sind bislang 4 erfolgreich an zwei Schleusenkammern der Maas in Maasbracht für den Anfahrschutz im Einsatz. Zwei weitere der Jumbo-Dämpfer werden dort demnächst installiert. Für den Flussabschnitt bei Born mit zwei dort befindlichen Schleusenkammern sind zudem 4 weitere Dämpfer als Anfahrschutz vorgesehen.