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Die
Erfindung richtet sich auf eine Anlage zum Schutz vor Überschwemmungen
mit einer für das
Hochwasser unüberwindlichen
Barriere.
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Durch
den nach wie vor ungebremsten Anstieg des Kohlendioxids in der Atmosphäre ergibt sich
ein immer stärker
werdender Treibhauseffekt, der zu weltweit steigenden Temperaturen
führt.
Daraus folgen eine Vielzahl von Klimakatastrophen, wovon die steigende
Anzahl von Wirbelstürmen
und ausgedehnten Schlechtwettergebieten nur ein kleiner Ausschnitt
ist. Eine unmittelbare Folge der Klimaveränderung sind daher unüblich hohe
Niederschlagsmengen in kurzen Zeiträumen, welche immer öfter Bäche, Flüsse und
Ströme über die
Ufer treten lassen. Die daher in den letzten Jahren weltweit in immer
kürzeren
Intervallen wiederkehrenden Überschwemmungen
erfordern daher effizientere Schutzmaßnahmen als bisher, insbesondere
zum Schutz von Gebäuden
od. dgl.
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Bisher
werden Anlagen zum Schutz von Gebäuden oder ganzen Landstrichen
in der Regel in Form von Dämmen
und/oder Deichen gestaltet, die das Durchdringen des Hochwassers
auf die solchermaßen
abgegrenzten Flächen
verhindern sollen. Obwohl Überschwemmungen
ein relativ kurzzeitiges Phänomen
darstellen, ist man dabei gezwungen, derartige Schutzanlagen stationär zu bauen,
um den sicheren Schutz gegen Überschwemmung
der Gebäude
und Flächen
zu gewährleisten.
Um im Ernstfall ausreichend stabil zu sein, haben derartige Dämme und/oder
Deiche zumeist ein relativ flaches Querschnittsprofil. Sie benötigen daher
eine relativ große Grundfläche und
machen dort aufgrund ihrer Böschungsneigung
eine anderweitige Nutzung dieser Flächen weitgehend unmöglich, wenn
man von der Nutzung als Weideland für Schafe einmal absieht.
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Aus
diesen Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert
das die Erfindung initiierende Problem, eine gattungsgemäße Anlage
zum Schutz vor Überschwemmungen
derart weiterzubilden, dass sie eine möglichst geringe Grundfläche beansprucht
und zwischen den Überschwemmungsphasen
die Nutzung der dafür
zu verwendenden sowie angrenzender Bodenflächen so wenig als möglich beeinträchtigt.
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Die
Lösung
dieses Problems gelingt durch wenigstens eine in vertikaler Richtung
zusammenfaltbare Wand, die in zusammengefaltetem Zustand in einem
Graben versenkt oder versenkbar ist.
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Die
vorgeschlagene Schutzanlage dient in entfaltetem Zustand zum sicheren
Schutz von Gebäuden
und Flächen
in der Überschwemmungszeit; andererseits
stört sie
die Nutzung der zu schützenden
Objekte in der restlichen Zeit nicht, weil sie dann unter der Erdoberfläche verdeckt
liegt. Wenn – wie die
Erfindung weiterhin vorsieht – das
Entfalten und/oder das Zusammenfalten der Wand/Wände automatisch erfolgt, insbesondere
durch den Pegel des Hochwassers gesteuert, so bedarf die offenbarte
Anlage weder spezieller Wartungskräfte noch spezifischer Geräte, welche
die Wasserlage kontrollieren.
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Die
Erfindung zeichnet sich weiterhin aus durch zwei etwa parallele,
zusammenfaltbare Wände.
Die Verwendung von zwei hintereinander liegender sowie etwa paralleler
Wände bietet
den Vorteil, dass die zuströmende
Flüssigkeit
von der ersten Wand gefiltert werden kann, ohne dass sie dort bereits
komplett zurückgehalten
würde.
Insbesondere größere Teile
wie Äste,
Baumstämme,
Steine, Scherben und Splitter werden von der ersten, vorgelagerten
Wand ferngehalten. Solche Teile können daher die Anlage selbst
nicht beschädigen.
Vorzugsweise sind beide bzw. alle zusammenfaltbaren Element im selben
Graben installiert.
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Es
hat sich als günstig
erwiesen, dass die beiden zueinander parallelen, zusammenfaltbaren Wände einen
gegenseitigen Abstand aufweisen. Sollte daher die in Richtung der
Hochwasserbedrohung vorgelagerte Wand lokal beschädigt werden, bspw.
verbogen, so bleibt die hintere, dem zu schützenden Objekt zugewandte Wand
unbeschädigt
und damit dicht.
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Die
Erfindung empfiehlt, dass wenigstens eine zusammenfaltbare Wand
aus gelenkig miteinander verbundenen Lamellen besteht. Solche Lamellen lassen
sich nach Art eines Faltenbalgs zusammenfalten, also unter Ausbildung
eines zick-zack-förmigen Querschnitts,
wobei zwei einander benachbarte Lamellen abwechselnd mit ihren der
Hochwasserbedrohung zugewandten Außenseiten aneinanderliegen, dann
wiederum mit ihren dem zu schützenden
Objekt zugekehrten Innenseiten, etc.
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Die
Lamellen sollten aus einem steifen, insbesondere wasserunempfindlichen
Material bestehen, vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff, denn sie
müssen
in der Lage sein, der (horizontalen) Druckkraft des vor der Schutzbarriere
aufgestauten Hochwassers dauerhaft zu widerstehen.
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Aus
eben diesem Grund sieht die Erfindung weiterhin vor, dass die Lamellen
auch in entfaltetem Zustand der Wand zusammengenommen einen zick-zack-förmigen Querschnitt aufweisen,
also nicht zu einer gerade gestreckten Wand auseinandergefaltet
werden.
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Bevorzugt
sind die Neigungswinkel der einzelnen Lamellen oder Streifen gegenüber der
Horizontalen selbst im aufgefalteten Zustand nicht größer, sondern vorzugsweise kleiner als 45°, insbesondere
sogar kleiner als 35°.
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Um
dies zu gewährleisten,
können
zwei benachbarte Lamellen – vorzugsweise
zwischen ihren der gemeinsamen Kante abgewandten Kanten miteinander
verbunden sein, bspw. durch ein Zugseil od. dgl., dessen Aufgabe
darin besteht, beginnend von der obersten, zuerst angehobenen Lamelle
den maximalen Neigungswinkel von Lamelle zu Lamelle weiterzugeben.
Bewährt haben
sich für
diesen Zweck reißfeste
Stahldrähte
aus einem korrosionsbeständigen
Material, bspw. Edelstahl.
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Andererseits
könnte
auch eine Einrichtung vorgesehen zur Einhaltung etwa gleicher Neigungswinkel
aller Lamellen.
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Wenigstens
eine zusammenfaltbare Wand sollte eine zusätzliche, wasserfeste Schicht
aufweisen. Gerade im Bereich der Gelenkverbindungen zwischen zwei
benachbarten Lamellen besteht die Gefahr von Wassereinbrüchen, da
Gelenke kaum wasserdicht zu machen sind. Daher könnte eine Wand ohne eine derartige
Dichtungsschicht allenfalls zum Filtern des Wassers verwendet werden,
nicht jedoch zur dauerhaften Zurückhaltung
desselben.
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Wenn
die wasserfeste Schicht flexibel ausgebildet ist, bspw. aus Gummi
oder aus einem gummiartigen Material besteht, so kann sie sich beim
Zusammenlegen des Lamellenvorhangs ebenfalls zick-zack-förmig zusammenfalten
oder -legen, ohne Risse, Knicke oder sonstige Beschädigungen
davonzutragen.
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Wie
die Erfindung weiterhin vorsieht, kann die wasserfeste Schicht als
Folie ausgebildet sein. Eine einstückig hergestellte oder aus
miteinander verbundenen, insbesondere verschweißten Bahnen gebildete Folie
kann vollkommen, d. h. hermetisch dicht ausgeführt sein, so dass im Bereich
dieser Folie keinerlei Wasser hincurchsickert.
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Damit
eine solche Folie weder beim Zusammenfalten noch beim Entfalten
zu reißen
droht, kann ein vollständiges
Zusammenlegen der Lamellen bzw. Streifen im zusammengefalteten Zustand
vermieden werden, so dass die Folie zwischen den Lamellen nicht
eingeklemmt wird. Dies kann bspw. durch Abstandstücke zwischen
benachbarten Lamellen vermieden werden, bspw. Abstandsklötze oder
-leisten.
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Die
Unterkante einer oder beider Wände, insbesondere
die unterste Lamelle, sollte am Boden des Grabens befestigt sein.
Insbesondere an der abgedichteten Wand sollte der Übergang
zwischen der Dichtungsschicht und dem Boden des Grabens besonders
gut abgedichtet sein, bspw. durch dauerhaftes, festes Aneinanderpressen,
ggf. mit einer zwischen den aneinanderliegenden Flächen eingebrachten
Dichtungspaste.
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Andererseits
sollte die Oberkante einer oder beider Wände, insbesondere die oberste
Lamelle, an einem Schwimmerkörper
befestigt sein. Diesem obliegt es, bei steigendem Hochwasserpegel
stets auf der Wasseroberfläche
zu schwimmen und dabei die betreffende(n) Faltwand(-wände) mit
nach oben zu heben. Dadurch reagiert die Anlage automatisch auf eine
steigende Wasserhöhe
und blockiert selbständig
die potentiellen Eindringwege des Wassers zu den zu schützenden
Flächen.
Sobald das Wasser eine bestimmte Höhe überschreitet, sorgt dieses selbst
für den
Schutz des betreffenden Territoriums. Die Schutzanlage erhebt sich
zusammen mit dem steigenden Wasser, da ein Bereich im Inneren der Anlage,
d. h. in dem Graben, insbesondere in dem Bereich zwischen zwei Wänden, mit
der Außenmenge
des Wassers kommuniziert, bspw. durch eigens dafür vorgesehene Öffnungen
und/oder durch die nicht vollkommen abgedichteten Gelenkbereiche zwischen
benachbarten Lamellen einer vorderen bzw. der Hochwassergefährdung zugewandten Wand.
Der obere Teil der Schutzanlage befindet sich infolge des Schwimmerkörpers stets
oberhalb des Wasserspiegels und verhindert damit das Durchdringen
des Wassers in das Schutzgebiet.
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Ein
besonders vorteilhaftes Merkmal der Erfindung ist, dass der Schwimmerkörper in
vertikaler Richtung verstellbar geführt ist. Durch eine solche Führung ist
sichergestellt, dass er unter dem (horizontalen) Druck des Wassers
nicht ausweicht, sondern seine (horizontale) Position unabhängig von
seiner Hubhöhe
stets einhält.
Dies ist besonders bei einem geraden, in horizontaler Richtung nicht
gewölbten
Verlauf einer Wand erforderlich, um eine Durchbiegung der Wand unter
dem (horizontalen) Druck der aufgestauten Wassermassen zu vermeiden. Auch
ein Verklemmen der Hubeinrichtung bzw. des Schwimmerkörpers, insbesondere
innerhalb des Grabens, aber auch oberhalb desselben, ist dadurch vermieden.
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Die
Führungseinrichtung
für den
Schwimmerkörper
kann bspw. mittels vertikal ausfahrbarer Teleskopstangen oder -rohre
realisiert sein. Eine solche Führungseinrichtung
hat bspw. gegenüber
einer anderen, durchaus möglichen
Ausführungsform
mit vertikalen Pfosten, welche Ausnehmungen eines Schwimmerkörpers durchgreifen,
den Vorteil, dass die Führungseinrichtung
in zusammengefaltetem Zustand vollständig in den Graben versenkt
werden kann und die Nutzung des zu schützenden Objektes nicht beeinträchtigt.
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Bevorzugt
ist das jeweils unterste Teleskopelement als Rohr ausgebildet, worin
ein oder mehrere, obere Teleskopelemente einschiebbar ist/sind.
Da hier bei einer horizontalen Belastung die größten Biegemomente auftreten,
sollte die Führungseinrichtung an
dieser Stelle besonders stabil ausgebildet sein. Die Teleskopelemente
mit dem größten Radius
haben die höchste
Stabilität
und sollten sich deshalb am unteren Ende der Teleskopeinrichtung
befinden.
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Die
Erfindung läßt sich
dahingehend weiterbilden, dass das jeweils unterste Teleskopelement
im Boden es Grabens verankert, insbesondere einbetoniert ist. Damit
werden die ggf. auftretenden Biegebeanspruchungen zuverlässig in
das Fundament abgeleitet.
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Schließlich entspricht
es der Lehre der Erfindung, dass sich jeweils eine Reihe von Stütz- und/oder
Führungsmitteln,
insbesondere Teleskopelementen, von dem Überschwemmungsgebiet her gesehen
hinter einer zusammenfaltbaren Wand befindet. Hinter einer zusammenfaltbaren
Wand bilden diese Teleskopelemente Fixpunkte, woran sich die unmittelbar
davor installierte Wand ggf. abstützen kann, falls die (horizontale)
Druckbeanspruchung von dieser anderweitig nicht aufgefangen werden kann.
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Weitere
Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
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1a einen
Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anlage zum Schutz vor Überschwemmungen
in zusammengefaltetem, in einem Graben versenkten Zustand;
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1b einen
Horizontalschnitt durch die 1a entlang
der Linie B-B;
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1c einen
Vertikalschnitt durch die 1a entlang
der Linie C-C;
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1d das
Detail D aus 1a in einer größeren Darstellung;
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2a die
Anlage zum Schutz vor Überschwemmungen
aus 1 in entfaltetem Zustand, in einer
der 1a entsprechende Darstellung; sowie
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2b einen
Vertikalschnitt durch die 2a entlang
der Linie C1-C1.
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Eine
erfindungsgemäße Anlage 1 zum Schutz
vor Überschwemmungen
ist in 1 wiedergegeben, zu einer Zeit,
wenn es kein Hochwasser gibt, in einer Position unter der Erdoberfläche; 2 zeigt dieselbe Anlage 1 während einer Überschwemmung.
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Die
vorgeschlagene Anlage 1 umfaßt einen Graben 12,
der entlang des Umfangs eines zu schützenden Gebäudes oder Geländes läuft, und
eine wasserfeste Oberfläche
hat, z. B. aus Beton. Der Graben 12 ist mit einem Abfluß zur Regenkanalisation
ausgestattet, zum Wegleiten des Regenwassers. In dem Graben 12 befindet
sich das eigentliche Schutzsystem, welches aus zwei Wänden besteht, nämlich einer äußeren Wand 2,
und einer inneren Wand 3.
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Jede
Wand 2, 3 besteht aus einer Reihe von Lamellen 4 oder
Streifen aus Metall oder aus einem Kunststoff, dessen mechanische
Stabilität
der eines Metalls entspricht. Benachbarte Lamellen 4 oder Streifen
sind nach Art eines Rolladens oder Lamellenvorhangs miteinander
verbunden, vorzugsweise über
bewegliche Gelenke 5 oder Scharniere und haben daher die
Möglichkeit,
sich gegenüber
den jeweils benachbarten Lamellen 4 frei zu drehen. Bei Verwendung
von Kunststofflamellen könnten
die Gelenke 5 bspw. nach Art von Filmscharnieren ausgebildet
sein.
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Die
unterste Lamelle 4 bzw. der unterste Streifen jeder Wand 2, 3 ist
an dem Boden 6 des Grabens 1 befestigt, vorzugsweise
ebenfalls um ein Gelenk 5 verdrehbar. Die oberste Lamelle 4 bzw.
der oberste Streifen jeder Wand 2, 3 ist an einem schwimmfähigen Körper 7 befestigt,
der den Graben 12 von oben bedeckt, vorzugsweise ebenfalls
um ein Gelenk 5 verdrehbar. Im zusammengefalteten Zustand
der Wände 2, 3 kann
der schwimmfähige
Körper 7 bspw.
auf einer den Graben 12 im Bereich von dessen Oberkante
randseitig umlaufenden Auskehlung aufsitzen, so dass bei einer vertikalen
Beanspruchung infolge der üblichen
Benutzung des Areals Vertikalkräfte
von den zusammengefalteten Lamellen 4 ferngehalten werden.
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Derjenige
Teil des Körpers 7,
der sich in einer Richtung von dem zu schützenden Objekts weg erstreckt,
verfügt über wenigstens
eine etwa vertikal durchgehende Öffnung 8,
welche zum Durchströmen und
ggf. zum Filtrieren von Regenwasser und Hochwasser dient. Bei einem
Hochwasserpegel füllt
sich daher der Raum zwischen den beiden Wänden 2, 3 mit
Wasser.
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Der
Körper 7 ist
leichter als Wasser und dient als Schwimmer. Er kann bspw. eine
Tragkonstruktion aus metallischen Trägern oder sonstigen Profilen aufweisen
und von einem Metallblech vollständig umschlossen
sein, so dass er aufgrund des Hohlvolumens leichter ist als die
von der bspw. kastenförmigen
Außenhülle verdrängbare Wassermenge;
andererseits kann der vollständig
abgesenkte, ggf. auf einer Tragkonstruktion ruhende Körper 7 derart
stabil genug ausgebildet sein, so dass bspw. Fahrzeuge bedenkenlos
darüber
hinweg fahren können.
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An
der/den dem zu schützenden
Objekt oder Territorium zugewandten Innenseite(n) der Wände 2, 3 befinden
sich Stützen 9.
Diese Stützen 9 sind
als teleskopisch ausfahrbare Konstruktionen gestaltet, die aus mehreren
Teilen bestehen und ineinander passen, so dass sie teleskopisch
ineinander schiebbar sind. Das untere Ende des untersten Teleskopelements 10 jeder
Stütze 9 ist
auf dem Boden 6 des Grabens 12 festgelegt. Der
obere Teil des am weitesten nach oben ausfahrbaren Teleskopelements 10 ist an
dem schwimmfähigen
Körper 7 befestigt,
insbesondere an dessen Unterseite. Das unterste Teleskopelement 10 jeder
Stütze 9 ist
rohrförmig
ausgestaltet und dicker als die oberen Teleskopelemente 10;
das schlankeste ist das jeweils oberste Teleskopelement 10.
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Die
Innenwand 3 hat eine flexible, wasserfeste Beschichtung 11,
die aus Gummi oder aus einem synthetischen Stoff gestaltet ist und
die Wand 3 gegenüber
einem evtl. Wasserdurchtritt hermetisch abdichtet, so dass auch
bei Hochwasserpegel kein Wasser hinter die innere Wand 3 dringen
kann.
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Die
Anlage 1 funktioniert in folgender Weise:
In Phasen,
wenn der Wasserpegel kein Hochwasserniveau aufweist, ist die Schutzanlage 1 vollständig in dem
Graben 12 unter der Erdoberfläche versenkt, und der Graben 12 wird
von dem plattenförmigen Körper 7 bedeckt
und ggf. verschlossen. Damit gibt es einen freien Durchgang und
eine freie Durchfahrt zu dem geschützten Gebiet, so dass die betreffenden Objekte,
insbesondere Flächen
und Gebäude,
ungehindert erreicht und genutzt werden können.
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Während eines
Regens dient der Graben 12 zum Ableiten des Regenwassers
in die Kanalisation; dabei strömt
das Regenwasser durch Öffnungen 8 in dem
plattenfömigen
Körper 7.
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Während einer Überschwemmung
gelangt das Oberflächenwasser
ebenfalls durch diese Öffnungen 8 in
dem plattenförmigen
Körper 7 in
den Graben 12 und füllt
diesen allmählich
an, wenn die Menge des zufließenden
Wassers die Kapazität
des an den Graben 12 angeschlossenen Abflußsystems übertrifft.
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Das
Wasserniveau in dem Graben 12 steigt, bis es sich dem Wasserstand
in dem Hochwassergebiet wie bei kommunizierenden Gefäßen angeglichen hat.
Weil die Außenwand 2 wasserdurchlässig ist
und das Wasser auch gleichzeitig filtert, und die Innenwand 3 wasserdicht
ist, bildet sich zwischen den beiden Wänden 2, 3 eine
Wasserschicht. Die Wasserhöhe
zwischen den beiden Wänden 2, 3 entspricht
dem Wasserstand in dem Hochwassergebiet. Indem das Wasser steigt,
hebt es gleichzeitig die Deckplatte 7, die leichter ist
als Wasser und wie ein Schwimmer fungiert. Zusammen mit der Deckplatte 7 werden auch
die oberen Teleskopholme 10 der Stützen 9 und die Wände 2 und 3 angehoben,
da die oberen Lamellen 4 bzw. Streifen der Wände 2 und 3 an
der Deckplatte 7 befestigt sind.
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Da
die äußere Wand 2 nicht
wasserdicht ist, so dass der Wasserpegel und damit auch der Wasserdruck
zu beiden Seiten der äußeren Wand 2 gleich
groß ist,
unterliegt dieselbe im statischen Zustand keiner nennenswerten Horizontalbelastung.
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Anders
verhält
es sich mit dem Wasserdruck an der inneren Wand 3. Da diese
infolge der wasserdichten Folie 11 das Wasser nicht hindurchläßt, gibt es
an der Innenseite keine Wassersäule,
und der von dem Wasser in dem Bereich zwischen den Wänden 2, 3 hervorgerufene
Wasserdruck erfährt
kein Pendant an der Innenseite der Wand 3. Diese unterliegt daher
einer horizontalen Druckbeanspruchung, die infolge des von dem äußeren Wasserspiegel
nach unten zunehmenden Wasserdrucks im Bereich des Bodens 6 des
Grabens 12 maximal ist. Die daraus resultierende Horizontalbeanspruchung
wird einerseits durch die miteinander verbundenen und infolge ihrer zick-zack-förmigen Anordnung
sich gegenseitig stützenden
Lamellen 4 aufgefangen, sowie ggf. durch die Stützen 9 an
der Innenseite der Wand 2, woran jene sich ggf. anlehnen
und abstützen
können.
Die Stützkonstruktion 9 und
deren Form erlaubt, den nötigen Wasserdruck
auszuhalten.
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Die
Wasserschicht zwischen den Wänden 2, 3 ist
durch die äußere Wand 2 strömungsmäßig beruhigt
und dient zum Kompensieren von Wasserschwankungen und -wellen im
Hochwassergebiet. Die Stützen 9,
deren untere Enden bzw. Teleskoprohre 10 in dem Boden 6 des
Grabens 12 verankert, bspw. einbetoniert sind, und deren
obere Enden bzw. Teleskoprohre 10 an der Deckplatte 7 festgelegt
sind, stellen ein Gerüst
dar, an das sich die Wände 2, 3 ggf. anlehnen
können
und deshalb die Belastung des Wasserdrucks ertragen. Die Deckplatte 7 befindet sich
bei jedem Wasserstand stets oberhalb des Wasserspiegels und verhindert
das Durchdringen des Wassers auf das zu schützende Territorium.
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Nach
dem Ende einer Überschwemmung sinkt
das Wasserniveau zwischen den Wänden 2, 3 genauso
wie der Wasserstand in dem Hochwasserbiet. Die Wasserreste werden
aus dem Graben 12 durch die Regenkanalisation abgeleitet,
und der schwimmfähige
Körper 7 sinkt
langsam in seine Ausgangsposition zurück, bis er auf seiner Halterung
aufliegt; die Anlage 1 ist in ihren Ausgangszustand in
ihrem Graben 12 zurückgekehrt
und bereit für
ein weiteres Hochwasser.
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Abhängig von
dem höchstmöglichen
Wasserstand wählt
man die Stoffwiderstandsfähigkeit
in der Schutzanlage 1, die Größe des zusammenfaltbaren Elements
aus Wänden 2, 3 und
Stützen 9,
die Abstände
zwischen den Stützen 9,
welche das tragende Gerüst
der Schutzanlage 1 bilden, und auch die Tiefe und Breite
des Grabens 12. Je höher
die berücksichtigte
Höhe der Überschwemmung,
um so größer sollte
die Ausgangstiefe des Grabens 12 sein, und um so größer kann
auch die Zahl der zusammenfaltbaren Lamellen- bzw. Streifenelemente 4 sein,
und/oder die Breite der Schutzanlage 1.
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- 1
- Anlage
- 2
- Außenwand
- 3
- Innenwand
- 4
- Lamelle
- 5
- Gelenk
- 6
- Boden
- 7
- Körper
- 8
- Öffnung
- 9
- Stütze
- 10
- Teleskoprohr
- 11
- Beschichtung
- 12
- Graben