-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein bewegliches Sperrwerk nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Derartige Sperrwerke werden im Wasserbau zur Regulierung
der Wasserstände von offenen Gewässern eingesetzt.
-
Unter
dem gewählten Begriff des Sperrwerkes sollen gleichermaßen
Wehre, Sperrwerke, Stauwerke für die unterschiedlichsten
Anwendungen und auch Schleusentore verstanden werden. Derartige Sperrwerke
haben die allgemeine Aufgabe, einen Wasserlauf zu sperren, damit
zu beiden Seiten des Sperrwerkes unterschiedliche Wasserstände
realisiert werden können. Dazu werden die Sperrwerke in einem
druckausgeglichenen Zustand geschaltet, also immer dann, wenn zu
beiden Seiten des Sperrwerkes ein gleicher Wasserstand vorhanden
ist. Nach der Sperrung des Wasserlaufes wird dann das Wasser einerseits
des Sperrwerkes angestaut oder das Wasser andererseits des Sperrwerkes
abgelassen. Wegen der unterschiedlichen Wasserstände hat das
Sperrwerk hohe Anforderungen an seine Belastbarkeit und an sein
Dichtungsverhalten zu erfüllen. Als Sperrwerke kommen in
der Hauptsache Stemmtore, Schiebetore oder Hubtore zum Einsatz.
-
Stemmtore
sind in der Regel zweiflüglig und zu beiden Seiten eines
Wasserdurchlaufes drehbar gelagert, sodass im geöffneten
Zustand die beiden Flügel des Stemmtores an der Wasserkanalmauer anliegen.
Das hat aber den Nachteil, dass die lichte, für die Durchfahrt
nutzbare Breite des Wasserdurchlaufes um das doppelte Dickenmaß des
Stemmtores verringert wird. Daher müssen Sperrwerke dieser
Art im Verhältnis zu den passierenden Wasserfahrzeugen
sehr groß ausgelegt sein. Zur Vermeidung dieses Nachteils
ist es bekannt, in jeder Kanalmauer eine Nische zur Aufnahme der
geöffneten Torflügel vorzusehen. Dadurch werden
aber die Herstellungskosten unvertretbar hoch. An dererseits sind
für die Realisierung der Drehbewegung der schweren Drehflügel
im Gewässer große Antriebsleistungen erforderlich,
die die Größe der Stemmtore schon aus diesem Grund
begrenzen.
-
Schiebetore
haben diese Nachteile nicht, erfordern aber für die Offenstellung
einen seitlichen Bewegungsfreiraum, in dem das Schiebetor eintauchen kann.
Dieser Raumbedarf ist aber nicht immer vorhanden, insbesondere dann
nicht, wenn der Wasserlauf zweispurig ausgelegt ist. Schiebetore
benötigen auch besondere Dichtelemente, um die rechtwinklig zur
Dichtrichtung verlaufende Verschieberichtung auszugleichen. Außerdem
unterliegen Schiebetore einem hohen Verschleiß, erfordern
hohe Wartungskosten und sind sehr energieaufwendig.
-
Hubtore
werden zur Öffnung des Sperrwerkes an einem Tragegestell
aus dem Wasser in die Höhe gezogen, was den Vorteil hat,
keinen seitlichen Bewegungsfreiraum zu benötigen. Da dieses
Hubtor ebenfalls als ein Schiebetor anzusehen ist, treten die gleichen
Nachteile auf. Der wesentliche Nachteil dieses Hubtores besteht
aber darin, dass ein sehr kostenintensives Traggestell erforderlich
wird. Außerdem kann mit einem Hubtor nur eine geringe Durchfahrtshöhe
erreicht werden. Das schränkt die Anwendung der Hubtore
stark ein.
-
Bekannt
ist aber auch ein Schwimmtor, wie es beispielsweise in der
SU 1622501 A1 vorgestellt ist.
Dieses Schwimmtor ist insbesondere nach den
1,
3 und
5 als
ein hohler Schwimmkörper ausgeführt und hat daher
flut- und lenzbare Eigenschaften. Dieser Schwimmkörper
ist im gefluteten Zustand in einer den Wasserlauf durchquerenden Grube
eingetaucht, wodurch der Wasserlauf für eine Durchfahrt
frei gegeben ist. Im gelenzten Zustand hebt sich der Schwimmkörper
in eine Höhe, in der der Durchfluss des Wassers und damit
auch die Durchfahrt gesperrt werden.
-
Dieser
flut- und lenzbare Schwimmkörper hat aber wesentliche Nachteile.
So ist der Schwimmkörper nur für kleine Sperrwerke
einsatzfähig, weil der Schwimmkörper auf Grund
seiner planen Oberfläche nur geringe Wasserdrücke
standhalten kann. Größere Schwimmkörper
müssten dementsprechend dicker ausgeführt werden,
was aber material- und kostenintensiv ist. Das Sperrwerk ist auch
deshalb nur begrenzt einsetzbar, weil der Schwimmkörper
in seiner vertikalen Schwimmbewegung nur unzureichend geführt
ist und damit über keine ausreichenden Widerlager für
die Auftriebskräfte und für die aus der Fließbewegung
entstehenden Wasserdrücke verfügt. Durch die fehlende
Führung ist auch keine ausreichende Dichtung zwischen dem
Schwimmkörper und der Sperrmauer gewährleistet
und so ist dieses Sperrwerk bestenfalls zur Regulierung der Schifffahrt,
aber nicht zur Regulierung der Wasserstände geeignet. Das
macht die Verwendung des Sperrwerkes beispielsweise in einer Schleuse
unmöglich.
-
Alle
genannten Sperrwerke haben den Nachteil, in der Herstellung einen
großen Aufwand zu erfordern, was hohe Kosten erfordert.
Außerdem muss der laufende Schifffahrtsverkehr während
der überwiegenden Bauzeit gesperrt werden. Das führt zur
Erhöhung der Bewirtschaftungskosten.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die Dichtungsfunktion
eines beweglichen Sperrwerkes zu verbessern.
-
Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1
gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben
sich aus den Unteransprüchen 2 bis 10.
-
Das
neue bewegliche Sperrwerk beseitigt die genannten Nachteile des
Standes der Technik. Dabei liegen die besonderen Vorteile in der
Realisierung einer hohen Dichtigkeit, einer maximalen Durchfahrtsbreite,
einer hohen Funktionssicherheit, einer hohen Lebensdauer und einer
einfachen und kostengünstigen Herstellbarkeit. Außerdem
lässt sich dieses Sperrwerk auf Grund der relativ geringen
Anforderungen und der Leistungsfähigkeit des Schiffbaus in
unbegrenzter Größe herstellen und einsetzen.
-
Die
Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher
erläutert werden.
-
Dazu
zeigen:
-
1:
eine seitliche Ansicht des neuen beweglichen Sperrwerks in der geschlossenen
Position,
-
2:
eine Draufsicht auf das neue Sperrwerk in der geschlossenen Position,
-
3:
eine Vorderansicht des neuen Sperrwerkes in der geschlossenen Position,
-
4:
die Vorderansicht des neuen Sperrwerkes in der geöffneten
Position und
-
5:
eine seitliche Ansicht eines Sperrwerks in der geöffneten
Position.
-
Das
bewegliche Sperrwerk besteht gemäß der 1 bis 4 aus
einer Sperrmauer 1 und einem in die Sperrmauer 1 eingesetzten
Sperrtor 2.
-
Zur
Sperrmauer 1 gehört eine Kaimauer 3 einerseits
und eine Kaimauer 3' andererseits des Wasserlaufes, die
jeweils üblicherweise aus einem gegossenen und bewehrten
Betonmaterial bestehen. Jede Kaimauer 3, 3' verfügt über
eine vertikale Aufnahmenut 4, 4' für
das Sperrtor 2, die daher in einer Flucht gegenüberliegend
angeordnet sind. Dabei sind der Nutgrund der einen Aufnahmenut 4 zum
Nutgrund der anderen Aufnahmenut 4', sowie die beiden Nutwände
jeder Aufnahmenut 4, 4' zueinander nach oben sich
konisch verjüngend ausgeführt. Im Grund des Wasserlaufes
befindet sich eine Aufnahmegrube 5 für das Sperrtor 2,
die senkrechte Seitenwände besitzt und sich horizontal über
die gesamte Breite des Wasserlaufes von einer Aufnahmenut 4 zur
anderen Aufnahmenut 4' und vertikal bis in eine zur Aufnahme des
Sperrtores 2 erforderliche Tiefe erstreckt. Dabei besteht
die Aufnahmegrube 5 ebenfalls aus einem gegossenen und
bewehrten Betonmaterial. Die beiden seitlichen Aufnahmenuten 4, 4' und
die untere Aufnahmegrube 5 bilden somit einen zusammenhängenden
und an die Abmessungen und Formen des Sperrtores 2 angepassten
Aufnahmeraum für das Sperrtor 2.
-
Das
Sperrtor 2 ist ein hohler und geschlossener Schwimmkörper,
der nach dem U-Bootprinzip flut- und lenzbar ausgeführt
ist. Daher besitzt der Schwimmkörper auch eine äußere
Form, die sich an die Form eines U-Bootes anlehnt. So setzt sich
der Schwimmkörper aus einem wannenartigen Unterbau 6 und
einem, auf den Unterbau 6 aufgesetzten Oberbau 7 zusammen.
-
Der
Unterbau 6 hat eine bootskörperartige Form mit
demnach zwei Seitenwänden 8, 8', die
sich über die gesamte Länge des Unterbaus 6 konvex wölben
und somit einen symmetrischen und etwa linsenförmigen Längsquerschnitt
ausbilden. An den beiden Enden vereinen sich die beiden Seitenwände 8, 8' zu
je einer bugähnlichen Stirnwand 9, 9',
die abgerundet oder abgeflacht ausgeführt sein kann. Dabei
verlaufen die beiden Seitenwände 8, 8' und
die beiden Stirnwände 9, 9' jeweils unter
einem Winkel zur Senkrechten in der Art, dass die oberen Kantenlängen
des Unterbaus 6 größer als die unteren
Kantenlängen des Unterbaus 6 sind. Den unteren
Abschluss des Unterbaus 6 bildet eine Bodenwand 10. Die
bootskörperartige Form und die Abmessungen des Unterbaus 6 sind
nun so auf die Form und die Abmessungen der Aufnahmegrube 5 der
Sperrmauer 1 abgestimmt, dass der Unterbau 6 problemlos
in die Aufnahmegrube 5 ein- und abtauchen kann. Dabei ist die
Länge des Unterbaus 6 von einer Stirnwand 9 zur anderen
Stirnwand 9' um einen bestimmten Betrag kleiner als die
Länge der Aufnahmegrube 5 gewählt. Dieser
vorbestimmte Betrag ermöglicht ein einwandfreies Einfahren
des Schwimmkörpers in die Sperrmauer 1 bei der
Montage des Sperrwerkes.
-
Der
Oberbau 7 des Schwimmkörpers ist in seinem Längsquerschnitt
an die Form des Unterbaus 6 angepasst. Demnach besitzt
der Oberbau 7 ebenfalls zwei Seitenwände 11, 11' und
an den Enden befindliche bugähnliche Stirnwände 12, 12'.
Dabei verlaufen die beiden Seitenwände 11, 11' und
die beiden Stirnwände 12, 12' jeweils
unter einem Winkel zur Senkrechten in der Art, dass die oberen Kantenlängen
des Aufbaus 7 kleiner als die unteren Kantenlängen
des Aufbaus 7 sind. Mit diesem Verlauf der Seitenwände 11, 11' und
der Stirnflächen 12, 12' passt sich der
Oberbau 7 des Schwimmkörpers an die Form der beiden
Aufnahmenuten 4, 4' der Sperrmauer 1 an.
Den oberen Abschluss des Oberbaus 7 bildet eine Deckwand 13,
auf der im Bereich der beiden Stirnwände 12, 12' zwei
gegenüberliegende und begehbare Versorgungstürme 14, 14' aufgesetzt
sind. Der Unterbau 6 und der Oberbau 7 sind nun
so aufeinander abgestimmt, dass die oberen Kantenlängen des
Unterbaus 6 größer als die unteren Kantenlängen
des Unterbaus 6 und die oberen Kantenlängen des
Oberbaus kleiner als die unteren Kantenlängen des Oberbaus
sind. Dadurch erhält der Schwimmkörper eine gegen
den Wasserdruck widerstandsfähige Stabilität.
Dabei ist die untere Kantenlänge des Oberbaus 7 kleiner
als die obere Kantenlänge des Unterbaus 6. In
diesem Bereich sind der Unterbau 6 und der Oberbau 7 starr
miteinander verbunden, sodass sich aus der Differenz der Abmessungen
eine umlaufende und sich nach oben konisch verjüngende Dichtfläche 15 ergibt.
Diese Dichtfläche 15 bildet mit einer auf den
oberen Rand der Aufnahmegrube 5 aufgesetzten und aus einzelnen
Segmenten zusammengesetzten Dichtleiste 16 einen horizontal
umlaufenden Dichtspalt 17. Dabei ist die Dichtleiste 16 gleichzeitig
als ein Widerlager ausgeführt, das die aus dem Auftrieb
des Schwimmkörpers entstehenden Kräfte aufzunehmen
vermag.
-
Zwischen
dem Schwimmkörper mit dem Unterbau 6 und dem Oberbau 7 einerseits
und der Aufnahmegrube 5 und den beiden Aufnahmenuten 4, 4' der
Sperrmauer 1 andererseits sind weitere Funktionselemente
vorgesehen.
-
So
befinden sich in jeder Aufnahmenut 4, 4' und/oder
an jeder Stirnwand 9, 9' des Oberbaus 7 des
Schwimmkörpers ein oder mehrere verteilt angeordnete und
vertikal verlaufende Dichtelemente 18, die in der gelenzten
Position des Sperrtores 2 jeweils einen vertikalen Dichtspalt 19 zwischen
dem Oberbau 7 des Schwimmkörpers und der Kaimauer 3, 3' ausbilden.
Dabei bestehen die Dichtelemente 18 vorzugsweise aus einem
elastischen Material. Außerdem sind die seitlichen Nutenwände
der Aufnahmenut 4, 4' als Widerlager für
Strömungskräfte aus dem Wasserlauf ausgelegt,
während der Nutgrund jeder Aufnahmenut 4, 4' zusätzlich
Kräfte aus dem Auftrieb des Schwimmkörpers aufnehmen
kann.
-
Als
weitere Funktionselemente sind im oberen Bereich der Aufnahmenuten 4, 4' mehrere
Führungsrollen 20 oder Führungsleisten
angeordnet, die im Zusammenwirken mit den Versorgungstürmen 14, 14' das
Sperrtor 2 beim Öffnen und Schließen
führen und ein Kippen des Sperrtores 2 verhindern.
-
Außerdem
befinden sich in der Aufnahmegrube 5 mehrere vertikale
Führungsleisten 31 zur Führung des Unterbaus 6 des
Sperrtores 2.
-
Im
Inneren des Schwimmkörpers befinden sich im unteren Bereich
mehrere, miteinander verbundene Wassertanks 21 und ein
vorzugsweise darüber liegender Druckluftspeicher 32,
wobei die Wassertanks 21 über entsprechenden Absperrventile
mit dem Druckluftspeicher 32 und die über mehrere Durchflussöffnungen 22 im
Bereich der Bodenwand 10 mit dem offenen Wasserlauf verbunden
sind. Über dem Druckluftspeicher 32 befinden sich
ein begeh- und befahrbarer Maschinenraum 23 mit einer Einrichtung 24 zur
Realisierung der Flut- und Lenzbewegung des Schwimmkörpers.
Diese Einrichtung 24 besteht im Wesentlichen aus einer
pneumatischen Kompressionsanlage zur Befüllung und Entleerung des
Wassertanks 21 mit Druckluft. Der Maschinenraum 23 ist über
einen Fahrstuhl 25 mit der Außenwelt verbunden.
Dazu sind in einem der beiden Versorgungstürme 14, 14' eine
untere Eingangstür 26 für die gelenzte
Position und eine obere Eingangstür 27 für
die geflutete Position des Schwimmkörpers vorgesehen. In
einem der beiden Versorgungstürme 14, 14' befindet
sich auch eine Steuerzentrale 28, die intern von einer
mitfahrenden Bedienperson oder auch extern von einer zentralen Station
bedient wird.
-
Wie
die 3 und 4 zeigen, ist zum Schutz der
Aufnahmegrube 5 vor einer Versandung in Flussrichtung vor
der Aufnahmegrube 5 eine sich quer über die Breite
des Wasserlaufes erstreckende Sammelrinne 29 vorgesehen,
in der sich die im Wasser mitgeführten Schwebstoffe absetzen.
Diese Sammelrinne 29 ist turnusmäßig
zu reinigen, wozu in vorteilhafter Weise ein bereits installierter
Schwebstoffförderer 30 verwendet wird. In einer
besonderen Ausführungsform gemäß der 5 befindet
sich der Druckluftspeicher 32 extern auf dem Festland.
Von diesem Druckluftspeicher 32 führt eine unterirdische und
absperrbare Luftleitung 33 zur Aufnahmegrube 5 und
von dort über ein, das Sperrtor 2 durchdringendes
Steigrohr 34 in den Wassertank 21. Dabei endet das
Steigrohr 34 oberhalb der Wasseroberfläche des im
Wassertank 21 befindlichen Wassers, wobei das Steigrohr 34 in
diesem Bereich zum Austritt bzw. zum Eintritt der Druckluft offen
ausgeführt ist. Der Innenraum des Versorgungsturmes 14' ist
mit dem Wassertank 21 verbunden und dient als Ausweichraum für
das Steigrohr 34, wenn der Schwimmkörper geflutet
wird und sich absenkt.
-
Zum
Lenzen des Sperrtores 2 wird die erforderliche Druckluftmenge
in der erforderlichen Zeiteinheit über das Steigrohr 34 in
den Wassertank 21 gedrückt, sodass das Wasser
aus dem Wassertank 21 in den Wasserlauf befördert
wird. Dadurch steigt das Sperrtor 2 auf. In der gelenzten
Position befindet sich das obere Ende des Steigrohres 21 im
unteren Bereich des Versorgungsturmes 14'. Zum Fluten des Sperrtores 21 wird
die eingeschlossene Druckluft wieder aus dem Wassertank 21 in
den unterirdischen Druck luftspeicher 32 befördert,
sodass Wasser nachströmen und das Sperrtor 2 absinken
kann. In dieser gefluteten Position befindet sich das Steigrohr 34 im Aufnahmeraum
des Versorgungsturmes 14'.
-
Die
Herstellung des Sperrwerkes ist relativ einfach. So werden die Kaimauern 3, 3' mit
den Aufnahmenuten 4, 4' in herkömmlicher
Weise vom Ufer des Wasserlaufes aus gefertigt, ohne dass es dabei zu
einer Beeinträchtigung des Schiffsverkehrs kommt. Es ist
auch möglich, die Aufnahmegrube 5 mit einer entsprechenden
Krantechnik vom Ufer aus zu produzieren. Wenn dabei zunächst
eine Hälfte der Aufnahmegrube 5 von einer Uferseite
und dann die andere Hälfte der Aufnahmegrube 5 von
der anderen Uferseite hergestellt wird, dann kann der Schiffsverkehr
jeweils über die freibleibende Hälfte des Wasserlaufes
aufrechterhalten bleiben.
-
Der
Schwimmkörper des Sperrtores 2 wird in einer Werft
vorgearbeitet und dann mit einem Schlepper bis zur Sperrmauer 1 geschleppt.
Vor Ort wird die umlaufende Dichtleiste 16 aus ihren Segmenten
zusammengesetzt und lose auf die Dichtfläche 15 des Schwimmkörpers
aufgelegt. Danach wird der Schwimmkörper soweit geflutet,
dass der Oberbau 7 mit seinen beiden Stirnwänden 12, 12' im
ausreichenden Maße bis unterhalb der beiden Aufnahmenuten 4, 4' zu
liegen kommt. Mit Hilfe des Schleppers oder mit Hilfe von vom Ufer
aus zu betätigende Seilzügen wird der Schwimmkörper
dann zunächst mit der einen Bugseite soweit in einen Freiraum
unterhalb der Kaimauer 3, 3' gezogen, dass die
anderen Bugseite ausreichenden Platz zum Schwenken quer zum Wasserlauf
findet. In der so erreichten Querstellung wird dann der Schwimmkörper
in den Freiraum in der anderen Kaimauer 3, 3' gezogen.
Anschließend erfolgt die Ausrichtung des Schwimmkörpers zur
Aufnahmegrube 5 und zu den Aufnahmenuten 4, 4' der
beiden Kaimauern 3, 3'. In dieser Position wird dann
die Dichtleiste 16 an den Kaimauern 3, 3' verschraubt.
-
Das Öffnen
und Schließen des Sperrwerkes erfolgt grundsätzlich
bei einem ausgeglichenen Wasserstand am Sperrtor 2.
-
So
wird zum Öffnen des Sperrwerkes die Einrichtung 24 für
die Flut- und Lenzbewegung über die Steuerzentrale 28 aktiviert,
in dem Luft aus dem Wassertank 21 in die Atmosphäre
oder in einen gesonderten Lufttank umgeleitet wird. Dadurch dringt Wasser
aus dem Wasserlauf über die Durchflussöffnungen 22 in
den Wassertank 21. Der Schwimmkörper wird dadurch
schwerer und sinkt, wobei der Schwimmkörper mit seinem
Unterbau 6 in die Aufnahmegrube 5 eintaucht. Dadurch
ergeben sich an dem horizontalen Dichtspalt 17, an den
vertikalen Dichtspalten 19 und oberhalb der Deckwand 13 Öffnungsquerschnitte
für den zulaufenden oder den ablaufenden Wasserlauf. Am
Ende der Sinkbewegung wird der aus dem Wassertank 21 austretende
Luftstrom so gedrosselt, dass in der Bewegung des Schwimmkörpers
eine gedämpfte Endlagenbremsung eintritt. In dieser gefluteten
Stellung gibt der Schwimmkörper den Weg für die
Schifffahrt frei.
-
Zur
Schließung des Sperrwerkes wird über die Einrichtung 24 zur
Flut- und Lenzbewegung Druckluft aus dem Druckluftspeicher 32 in
den Wassertank 21 gepresst, wodurch in entsprechender Weise
Wasser aus dem Wassertank 21 über die Durchflussöffnungen 22 in
den Wasserlauf verdrängt wird. Der Schwimmkörper
erhält dadurch den entsprechenden Auftrieb für
die Aufwärtsbewegung, die wieder in gedämpfter
Weise ihren Abschluss findet. In der gelenzten Stellung sind die
Dichtspalte 17 und 19 geschlossen und die Deckwand 13 des
Schwimmkörpers ragt ausreichend aus dem Wasserlauf heraus,
sodass kein Wasser zu- bzw. ablaufen kann. So wird sich das Wasser
auf der zulaufenden Seite anstauen. Der Schiffsverkehr ist gesperrt.
-
- 1
- Sperrmauer
- 2
- Sperrtor
- 3
- Kaimauer
- 4
- Aufnahmenut
- 5
- Aufnahmegrube
- 6
- Unterbau
- 7
- Oberbau
- 8
- Seitenwand
- 9
- Stirnwand
- 10
- Bodenwand
- 11
- Seitenwand
- 12
- Stirnwand
- 13
- Deckwand
- 14
- Versorgungsturm
- 15
- Dichtfläche
- 16
- Dichtleiste
- 17
- horizontaler
Dichtspalt
- 18
- Dichtelement
- 19
- vertikaler
Dichtspalt
- 20
- Führungsrolle
- 21
- Wassertank
- 22
- Durchflussöffnung
- 23
- Maschinenraum
- 24
- Einrichtung
für die Flut- und Lenzbewegung
- 25
- Fahrstuhl
- 26
- untere
Eingangstür
- 27
- obere
Eingangstür
- 28
- Steuerzentrale
- 29
- Sammelrinne
- 30
- Schwebstoffförderer
- 31
- vertikale
Führungsleiste
- 32
- Druckluftspeicher
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-