Befestigen eines Paares loser Scharniere

Vergessen Sie den Schraubendreher – wir sprechen hier nicht über das Reparieren von Scharnieren von Fliegengittertüren. Stellen Sie sich ein Doppeltürenpaar vor, bei dem jede Tür 18 m breit und 12 m hoch ist und ungefähr 140 Tonnen wiegt und bei der ein einziges „Scharnier“ erheblich mehr als eine Tonne wiegen kann.

Die „Türen“ über die wir hier sprechen, sind die Türe der Poe-Schleuse in Sault Sainte Marie, Michigan. Die Poe ist die größte der vier „Soo“-Schleusen, von denen gesagt wird, dass sie mit durchschnittlich 8.000 Schiffen pro Jahr zu den meistbefahrenen der Welt gehören.

Die Schleusen, Teil des St. Marys Falls-Schiffahrtskanals, der den Lake Superior mit den unteren Great Lakes verbindet, kompensieren einen Unterschied von 6,3 m beim Wasserpegel. Sie werden von der U.S. Army Corps of Engineers (USACE) betrieben und instandgehalten. Die Poe-Schleuse, die 1968 neu erbaut wurde, ist 400 m lang, 37 m breit und 11 m tief.

Die „Türen“ dieser Schleusen werden Gehrungstore genannt, da sie im geschlossenen Zustand ein leichtes „V“ (sichtbar in Abb. 1) statt einer flachen Ebene bilden. Wenn die Schleusentore geschlossen sind und das Wasser dahinter ansteigt, sind die Tore über 450 Tonnen Wasserkraft ausgesetzt und das Gehrungsdesign hilft ihnen, dieser standzuhalten.

Wie stellt man bei massiven „Türen“ wie diesen fest, ob die „Scharniere“ abgenutzt sind? Genauso wie bei einer normalen Tür: Man achtet darauf, ob sie locker sind. „Die Gehrungsenden der Tore begannen, sich in vertikaler Richtung zu bewegen. Während das obere Lager in 10-Jahres-Intervallen gewartet wurde, war das untere Lager noch im Originalzustand“, sagte Kevin Sprague, Chef des Schleusenbetriebs.

Die Lager
Jedes Blatt der Gehrungstore hängt an zwei Lagern.

Das obere Lager wird „Kolbenbolzen“ genannt und funktioniert ähnlich wie der Kolbenbolzen bei einem Kolben. Das untere Lager, „Zapfenlager“ genannt, trägt das Gewicht der Blätter sowie die seitlichen Kräfte. Das Zapfenlager wird aus Gussstahl als Halbkugel geformt.

Trotz der massiven Größe sind diese Lager nicht plump. Der Kolbenbolzen und die Buchse (Hülse) erhalten im Kontaktbereich eine Oberflächengüte von 16 Mikrozoll. Lagerservice „Wir haben den Zapfen und die Zapfenhülse ersetzt, das Kolbenlager neu gebohrt und das untere Trägernetz repariert“, erklärt Kevin Sprague. Die Durchführung des gesamten Projekts dauerte 10 Wochen, vom Ablassen des Wassers aus der Schleuse bis zum erneuten Einlassen des Wassers. Eine Herausforderung bestand darin, dass die Arbeit während der Wintermonate erfolgen musste. Die vielbefahrenen Schleusen sind neun Monate pro Jahr in Betrieb und normalerweise im Januar bis März geschlossen, wenn die Seen mit Eis bedeckt sind. Dann musste die Arbeit durchgeführt werden. Einen gewissen Wetterschutz bot ein riesiges „Zelt“, das über dem Arbeitsbereich aufgestellt wurde. Das Team von Corps, das USACE-Erfahrung hatte, wurde vorher durch den Bau von zwei Brücken und dem erneuten Aufbau des Zeltes vorbereitet. Zu Beginn der Arbeit wurde das riesige Zelt über das Schleusentor gerollt. Heizgeräte vor Ort lieferten mehrere Millionen BTU Wärme pro Stunde, die Arbeitsbedingungen waren trotzdem sehr kalt. Michael Patterson, Ingenieur von Enerpac, Hersteller der Hydraulikgeräte, die zum Heben der einzelnen Torblätter für den Lagerservice verwendet wurden, kommentiert: „Die Außentemperaturen waren bei unserem Baustellenbesuch im Bereich von -16 bis -12° C.“ Das Heben der einzelnen, 140 Tonnen schweren Torblätter für die Wartungsarbeiten war auch ein Balanceakt. Obwohl das Blatt 18 m breit und 12 m hoch ist, ist es nur 1,8 m dick. Präzises, zuverlässiges Heben war erforderlich, um zu vermeiden, dass das Tor seine Position verlässt oder sogar umkippt.

Synchrones Heben
Die USACE entschied sich für ein synchrones Hebesystem von Enerpac, um das Heben durchzuführen. Das SyncLift-System wurde aus fertigen Komponenten konfiguriert, wobei die einzige Anpassung in der Programmierung der digitalen Steuerung des Systems bestand. Kevin Sprague erklärt, dass in der Vergangenheit das Heben von Toren mithilfe manueller Steuerung der Hebezylinder erfolgte. Das war ein sehr aufwändiger Vorgang, der das ständige Überprüfen der Maße erforderte. Außerdem weist er darauf hin, dass Sicherheit beim Heben einer großen, dünnen, schweren Struktur äußerst wichtig ist. Das System beinhaltet pilotbetriebene Sperrventile, so dass „das System bei einem Schlauchdefekt gesperrt wird“, sagt Sprague. Das SyncLift-System lieferte bessere Präzision, Konsistenz und Sicherheit als manuelle Steuerungsmethoden. Jeder Zylinder erhielt einen Hubpositionssensor, der die digitale Steuerung ständig mit Daten versorgte. In Hinblick auf andere Anwendungen in der Zukunft kaufte der Corps doppelt wirkende Zylinder mit einer Kapazität von 200 Tonnen und einem Hub von 30 cm, die mit Sattel ausgestattet sind (Abb. 3 und 4 unten). Die Zylinder enthalten Sicherungsverschlussringe zur zusätzlichen Sicherheit. Für den hydraulischen Antrieb wählte das Corps eine tragbare, elektrische 7,5-PS-Pumpe (Abb. 5 unten).Abb. 4. Nahaufnahme eines Hebezylinders mit Eichenkasten Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme wurden Hufeisen-Abstandsstücke bei den Hebestufen eingefügt.

Auch wenn das SyncLift-System jedes Torblatt innerhalb von Minuten hätte präzise heben können, wollte niemand das Risiko eingehen, eine dieser „Monstertüren“ fallen zu lassen, deshalb verwendete das Corps eine konservative Methode und verteilte die einzelnen Hebevorgänge über eine Arbeitsschicht und hob ein Blatt in 5-mm-Schritten. Auch wenn alle Teile des Hebesystem trotz der kalten Umgebung reibungslos funktionierten, lieferte die SyncLift-Funktion durch Beseitigung der Gefahr menschlicher Fehler bei der Steuerung des Hebevorgangs zusätzliche Sicherheit.

Praxistest
Die USACE-Mitarbeiter erwiesen sich als überdurchschnittlich fähig, die Details des SyncLift-Systems zu begreifen. „Wir sind mit Hydraulik vertraut, da wir so viele hydraulische Geräte haben“, kommentiert Kevin Sprague.

Nach Erhalt der Schulung durch Enerpac-Ingenieure entschied sich das SACE-Team, dass ein ausgezeichneter Ort für einen „Praxistest“ mit dem SyncLift-System der am Schleusentor stationierte Arbeitskahn sei (Abb. 6). Der Kasten unter dem Kahn hatte sich verschoben und war halb gestürzt (Abb. 7). Corps-Mitarbeiter richteten das SyncLift-System mithilfe von fünf der 2000-Tonnen-Heber ein, hoben den Kahn und erneuerten den Kasten.

Das Fazit
Das synchrone Hebesystem bot einen hohen Grad an Präzision, Konsistenz, Zuverlässigkeit und Sicherheit unter schwierigen Arbeitsbedingungen. Wie schwierig? Ein Indikator sind die zahlreichen Autos mit vielen Instrumenten mit Herstellerkennzeichen, die man in dieser Region sieht. Einige Autohersteller bevorzugen diese Region als Kaltwetter-Testgebiet.

Rob Faragher ist North Central Area Manager of Field Sales von Enerpac (www.enerpac.com) und Corey Reynolds ist Anwendungstechniker für integrierte Lösungen. Abbildungen: USACE.