DE19537274A1 - Sperrwerk zum Schutz vor Sturmfluten - Google Patents

Description

Gegenstand des vorliegenden Konstruktionsvorschlages ist ein Sperrwerk für Ströme und Flußmündungen, die von Tidesturmfluten bedroht werden und auf denen Schiffs­ verkehr stattfindet, so daß im Fahrwasser keine hindernden Bauwerke vorhanden sein dürfen.

Sperrwerke dieser Art sollen verhindern, daß außergewöhnlich hohe Sturmfluten die stromaufwärts befindlichen Schutzanlagen überfluten und Menschen- und Tierleben, sowie Hab und Gut vernichten. Sie müssen unter widrigsten Umständen, bei Orkansturm, starker Strömung und Stoßwellen absolut sicher funktionieren und von Ablagerungen frei sein.

In offener Position sollen sie die Schiffahrt und das normale Gezeitenspiel nicht beeinträchtigen, wofür eine entsprechend breite Durchlaßöffnung vorhanden sein muß.

Den meisten bekannten Vorschlägen, die diese Bedingungen erfüllen möchten, ist gemeinsam, daß im Strombett aufwendige Gründungsarbeiten ausgeführt und Fundamente, Drempel oder Schwellen einbetoniert werden müssen, auf welchen dann Fahr- und Führungsbahnen, Gleit- oder Profilschienen unterschiedlichster Bauart montiert werden. Fast in jedem Fall muß hierfür das Strombett abschnittsweise trocken gelegt werden, was mit großem Aufwand, Problemen und hohen Kosten verbunden ist.

Für manche Konstruktionen sind darüber hinaus Parkdocks in den Ufern erforderlich, aus welchen die Sperrelemente mit Maschinenkraft in das Flußbett hinein- und heraus­ gefahren werden. So wird gemäß der Patentschrift DE 40 10 221 C2 ein teleskopartiges Sperrwerk vorgeschlagen, bei dem die Verschlußelemente, die in Ruhestellung ineinan­ dergeschoben auf den Ufern stehen, auf bis zur Strommitte abwärtsgeneigten Fahr­ bahnen zur Sperrposition hinabgefahren werden. Nachdem das Hochwasser abgelaufen ist, werden sie von eingebauten Motoren oder Seilwinden wieder auf die Ufer hinauf­ befördert und ineinandergeschoben.

In anderen Vorschlägen sind Konstruktionen beschrieben, bei denen ab- und auf­ tauchbare Sperrtore, die an den auf Fundamenten oder Drempeln montierten Horizontalachsen angeordnet sind und in Ruhestellung waagerecht auf dem Grund liegen. Zum Sperren werden sie durch Lenzen aufgerichtet und nach dem Sperrvorgang durch Fluten wieder zur Sohle zurückgeschwenkt.

In der Offenlegungsschrift DE 37 14 248 A1 ist ein Sperrwerk dargestellt, für das Schiffsrümpfe, vorzugsweise von ausgedienten Tankern, verwendet werden sollen. Hierbei ist vorgesehen, zwei Schiffe an den Ufern anschließend durch Fluten ihrer Tanks abzusenken. In die dazwischen verbliebene Durchlaßöffnung soll dann ein drittes Schiff bugsiert und ebenfalls durch Fluten auf Grund gesetzt werden. Hinterher sollen alle drei, oder nur das mittlere Schiff, durch Lenzen wieder zum Schwimmen gebracht und aus dem Fahrwasser geschleppt werden.

Trotz der vielfachen Vorschläge unterschiedlicher Art, ist bisher weltweit ein ihnen entsprechendes Sperrwerk nicht errichtet worden. Es ist daher anzunehmen, daß sich mit keinem davon die hier zu stellenden Anforderungen erfüllen lassen - insbesondere, was die Funktionssicherheit angeht.

Von den vorstehend umrißhaft genannten Vorschlägen abweichend wird jedoch gegen­ wärtig in den Niederlanden, bei Rotterdam, mit großem materiellen und finanziellen Aufwand ein riesiges Sperrwerk gebaut, das sicherlich alle Bedingungen erfüllen wird. Aber auch hier wird, wie bei anderen Vorschlägen erforderlich, das Strombett abschnittsweise trockengelegt. Wie dieses Sperrwerk konzipiert wurde, ist auf dem anliegenden Sonderblatt mit auszugsweisen Ablichtungen aus Broschüren des "Ministerie von Verkeer en Waterstaat" dargestellt und beschrieben.

Solche umfangreichen und problematischen Baumaßnahmen können vermieden werden, wenn ein Sperrwerk nach dem hier vorliegenden Vorschlag realisiert wird. Es ist, wie in den Zeichnungen dargestellt und nachstehend beschrieben, durch folgende Eigen­ schaften gekennzeichnet:

Für seine Errichtung sind Gründungsanlagen mit mechanischen Vorrichtungen irgendei­ ner Art am Grund der Durchlaßöffnung nicht erforderlich; Parkdocks werden nicht benötigt.

Für das Hinein- und Herausschwenken der Sperrflügel werden Antriebsmaschinen, hydraulische Schub- und Hubaggregate oder ähnliche Antriebselemente nicht benötigt. Das Schließen und Öffnen der Schwenkflügel und der darin gelagerten Sperrtore wird ausschließlich von der die Richtung wechselnden Tideströmung bewirkt, was jeweils innerhalb einer halben Stunde erfolgen kann.

Seine Herstellung und Ersatzteilhaltung ist kostengünstig, weil eine Vielzahl unter­ schiedlicher Konstruktionsteile durch die baukastenartige Modulbauweise vermieden wird, wodurch sich als weiteres eine relativ kurze Bauzeit ergibt.

Der Einbau am Standort kann ohne schwierige Montagen in sehr kurzer Zeit erfolgen, indem die von der Werft fertig montierten und auf dem Wasser schwimmend heran­ geschleppten Baugruppen lediglich mit Hilfe eines Krans zusammengekoppelt werden.

Seine für große Belastung geeignete bogenförmige Gestalt ermöglicht es, bei schlanker Ausführung sehr breite Gewässer zu sichern. Dadurch werden Schiffahrt und Tide­ verlauf nicht behindert. Die Größe des vorhandenen Strömungsquerschnitts kann im wesentlichen erhalten bleiben.

Infolge der Möglichkeit es zu variieren, läßt sich, ohne Änderung der Konzeption, für jede Strombettbeschaffenheit ein geeignetes Sperrwerk gestalten.

Mit heute üblicher Wasserbautechnik können mehrere solcher Sperrwerke nebeneinan­ der errichtet und so Gewässer von einigen Kilometer Breite abgesperrt werden. Hierbei kann das Wasser im Bereich eines jeden Sperrwerks eine andere Tiefe haben. Wasser­ tiefen bis zu 30 m dürften sich problemlos sichern lassen.

Absolute Funktionssicherheit ist durch die immer währende Strömung von Flut und Ebbe gewährleistet. Als unerschöpfliche Medien für den Betrieb dienen Luft und Wasser. Für die Kompressoren, Bremsaggregate sowie Regel- und Schaltsteuerungen wird als Fremdkraft lediglich elektrischer Strom benötigt.

Negative Auswirkungen für Natur und angrenzende Umwelt sind nicht zu befürchten.

Der bewegliche, schwimmende Teil der Sperrwerksanlage besteht, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, aus einem oder zwei bogenförmigen Schwenkflügeln. Jeder Schwenk­ flügel ist zusammengesetzt aus einer der abzusperrenden Wasserbreite entsprechenden Anzahl von baugleichen Schwimmtorgehäusen (Fig. 3) und zwischenpositionierten - ebenfalls baugleichen - Pendellagern (Fig. 4). Mittels Gleitkupplungen gemäß Fig. 5 oder 6 sind sie lösbar so miteinander verbunden, daß sie während des Schwenkvor­ gangs, den Wellenbewegungen folgend, unabhängig aneinander auf und ab gleiten und vertikal pendeln können.

Jeder Schwenkflügel ist an dem seinem Radius entsprechenden bogenförmigen Kai mit einem Schwenkpendellager (Fig. 7) in der Schwenkschale 36 des Widerlagers 1 schwenkbar sowie auf und ab gleitbar angeordnet.

An dem in den Strom schwenkenden vorderen Schwimmtorgehäuse eines jeden Schwenkflügels ist ein Stemmlager mit Gleitkupplung angesetzt und gegen Durch­ gleiten mit dem Schwimmtorgehäuse verriegelt. Das Stemmlager besteht aus dem Lagergehäuse 2, den beiden Kupplungsholmen 13 und einer Rohrachse 3 an dem einen und einer Halbrundschale 4 an dem Stemmlager des anderen Schwenkflügels.

Für ein einflügeliges Sperrwerk wird das Stemmlager mit der Rohrachse 3 verwendet, die beim Schließen in eine Stützschale 5 des Widerlagers 1 am gegenüberliegenden Kai einrastet.

Damit beim Sperren die Schwenkgeschwindigkeit geregelt und präzises, stoßfreies Einrasten der Stemmlager erfolgen kann, wird jeder Schwenkflügel von einem Bremsaggregat mit Seiltrommel 6 und unterteiltem Faktorenflaschenzug 41, 42 gegen die Strömung gehalten und in Nähe der Sperrposition abgebremst.

Die vorstehend genannten und in den Zeichnungen dargestellten Sperrwerkselemente sind, näher betrachtet, folgendermaßen gestaltet:

Das in Fig. 3 veranschaulichte Schwimmtorgehäuse ist der wichtigste Teil des Sperrwerks. Es ist gewissermaßen ein Rumpfrahmen mit einer großen Durchlaßöffnung, die bis zu zwei Drittel seiner Umrißfläche betragen kann, in der die Sperrtore zwischen den Stützwänden 7, welche die ganze Konstruktion auch versteifen und stabilisieren, in vertikalen Torlagern schwenkbar gelagert sind. Alle Sperrtore sind völlig baugleich. Jedes besteht aus einem Auftrieb bildenden hohlen Torflügel 9, der daran befestigten Torachse 10 und der Klammerschale 11. Gegenhalter ist die Stützleiste 8. Die Schwimmtorgehäuse dienen sozusagen als Portalfähre für die Sperrtore.

Da, wegen der Bogenform des Sperrwerks bzw. der Schwenkflügel, in Sperrposition das Flutwasser nur schräg durch die Schwimmtorgehäuse hindurchströmen kann, sind die Sperrtore so eingesetzt, daß bzgl. der Strömungsrichtung des Wassers kein toter Punkt entsteht, und sie von der Strömung automatisch geschlossen werden können. Das wird dadurch erreicht, daß sie ab Sperrwerksmitte, dem Scheitelpunkt des Bogens, links und rechts gelagert in Richtung des Ufers schwenkend schließen.

In geöffneter Stellung sind die Sperrtore an den Stützwänden 7, durch das abfließende Wasser selbsttätig einklinkbar, arretiert. Zum Sperren werden sie mit Hilfe gesteuerter Druckluftzylinder nacheinander freigegeben.

An jeder Ecke des Schwimmtorgehäuses ist ein die Wände verbindender Kupplungs­ holm 13 aus Quadratrohr für die Gleitkupplung nach Fig. 5 oder 6 eingeschweißt.

Im oberen Teil des Schwimmtorgehäuses, dem Armaturenraum 14, sind, außer den beiden Drucklufttanks 15, alle für das Ab- und Auftauchen erforderlichen Schalt- und Betätigungsinstrumente installiert, wie Druckluftzylinder mit den dazugehörigen Magnetventilen, die Stellmotoren für die Wasserschieber oder Wasserklappen und dergleichen. Die Zu- und Abluftleitungen zu der Tauchzelle 18 sowie die Betätigungs­ gestänge oder -spindeln zu den Wasserschiebern oder Wasserklappen werden durch einen Kamin 16 zwischen zwei Stützwänden hinabgeführt. Der die Bordwand des Armaturenraums überragende Teil dient als Wellenbrecher 12.

An jedem Ende des Schwimmtorgehäuses führt ein mit Treppen ausgestatteter Schacht 17 nach unten zu dem für Schwimmen und Tauchen - nach U-Bootart - erforderlichen Rumpf. In diesem befinden sich abgeschottet, aber zugänglich durch einen Wartungs­ gang, die Tauchzelle 18 im mittleren Bereich und in Endnähe jeweils ein Ballastraum. Als Ballaststoff sollte eine korrosionshindernde Flüssigkeit z. B. Öl verwendet werden. Unten, mit dem Rumpf unlösbar verbunden, befindet sich ein stabiler Spatenkiel 19 zum Einstechen gegen Unterspülung in die Sohle des unverfestigten Grundes.

Fig. 4 veranschaulicht das jeweils zwischen zwei Schwimmtorgehäusen eingegliederte zweitellige Pendellager. Die eine Hälfte besteht aus dem Schalengehäuse 20 mit hori­ zontaler Pendelschale 21, die andere aus dem Achsgehäuse 22 mit der Pendelachse 23, die axial eingeschoben ihn der Pendelschale ruht und an jedem Ende durch eine Anschlagscheibe 24 oder einen Sicherungsring fixiert ist. An jeder Ecke ist der die Wände verbindende Kupplungsholm 13 eingeschweißt.

Um in Sperrposition unerwünschten Durchfluß zu verhindern, sind in den Lücken des Pendellagers an den auf- und abwärts geneigten Gehäuseflächen Sperrschilde 25 unlösbar befestigt. Diese sind für das Einstechen in die Sohle des Grundes, analog dem Spatenkiel 19 des Schwimmtorgehäuses, nach unten verlängert.

Der Innenraum der Gehäuse ist mit Ballastflüssigkeit derartig gefüllt, daß ein wenig Auftrieb für die Schwimmfähigkeit erhalten bleibt. Werden die Schwenkflügel zum Sperren abgesenkt, so werden die Pendellager von den sie überragenden Mitnehmern 26, die auf den Schwimmtorgehäusen montiert sind, abwärts gedrückt. Hierbei ent­ steht, infolge der zunehmenden Wasserverdrängung, erhöhte Auftriebskraft. Diese ist erforderlich, um beim Öffnen des Sperrwerks ein sicheres, selbsttätiges Auftauchen der Pendellager zu gewährleisten, da sie weder geflutet noch gelenzt werden.

Mit Fig. 5 und 6 sind zwei Ausführungsformen der Gleitkupplung dargestellt, welche die Baugruppen eines Schwenkflügels miteinander verbindet:

Fig. 5 zeigt die einfache Gleitkupplung, die zwei Kupplungsholme 13 verbindet, so wie es in den Zeichnungen veranschaulicht ist. Hiervon werden jeweils zwei Stück für eine Baugruppenkoppelung benötigt. Sie ist zusammengeschweißt aus einem Doppel- T-Träger 27 und zwei ungleichschenkligen Winkelprofilen 28.

Wird dagegen die Gleitkupplung gemäß Fig. 6 bevorzugt, so kann ein Kupplungs­ vorgang mit nur einer davon erfolgen. Diese besteht aus vier, ebenfalls ungleich­ schenkligen, Winkelprofilen 28, zwei Flachstählen 29 und mehreren mit Abstand einge­ schweißten Traversen 30 aus Rechteckrohr. Als stützende Verstärkung sind Knotenbleche 31 eingeschweißt. Gegen Durchgleiten ist jede Kupplung durch einen bzw. zwei Anschläge 32 gesichert, in welchen auch die Ringschraube 33 für den Montagekran eingeschraubt ist.

In Fig. 7 ist das Schwenkpendellager dargestellt, welches den Schwenkflügel mit dem Widerlager 1 am Kai schwenk- und pendelbar verbindet. Es ist zweiteilig und besteht mit der einen Hälfte aus dem Kreuzgehäuse 34 und den beiden Achsen: der senkrech­ ten Schwenkachse 35 und der waagerechten Pendelachse 23. Die Schwenkachse ruht axial eingeschoben in der Schwenkschale 36 des Widerlagers 1. Die Schwenkschale ist höher als die Schwenkachse ausgeführt, damit diese, beim Einsatz des Sperrwerks, in der Schwenkschale auf und ab gleiten kann. Die andere Hälfte des Schwenk­ pendellagers ist identisch mit der einen Hälfte des Pendellagers aus Fig. 4. So wie dort ist die Pendelachse 23 axial eingeschoben und durch Anschlagscheiben 24 gesichert. Mit Gleitkupplungen (Fig. 5) ist das Schwenkpendellager an dem Schwimmtorgehäuse angekoppelt.

Die beiden Gehäuse des Schwenkpendellagers sind mit Ballastflüssigkeit so justiert, das größere Sink- und Auftriebskräfte bei wechselndem Wasserstand nicht wirksam werden.

Fig. 9 veranschaulicht das Lagerschema der Drehteile der für dieses Sperrwerk vor­ gesehenen Lagerungen. Der Kreis ist dreifach unterteilt: Winkel α ist der für die unlösbare Anbringung am zugehörigen Lagergehäuse erforderliche Anteil des Kreises. Winkel β ist der Kreisteil für die Lagerschale, der mindestens 200 Winkelgrade betragen sollte, und Winkel γ ist der für die jeweils vorgegebene Schwenk- bzw. Pendelbewegung freie Kreisteil, der einige Winkelgrade Plustoleranz haben sollte. Diese Lagerungstechnik ist bekannt von Falttüren für Wohn- und Veranstaltungsräume.

Als Material für alle Lager- und Stützachsen werden dickwandige Stahlrohre in Betracht gezogen, die an den Achsenden offen bleiben, jedoch - der Korrosion wegen - mit einem geeigneten elastischen Kunststoff ausgeschäumt sein können. Der Grund, Rohre zu verwenden, ist darin zu sehen, daß diese sich, infolge der Materialelastizität, bei der Belastung durch den Wasserdruck in der Klammerschale auf der ganzen Halbkreisfläche anschmiegen und unbelastet wieder zurückfedern. Der Rohrradius wird daher ein wenig kleiner gewählt (ca. 0,5%) als der Radius der dazugehörigen Lagerschale, wodurch das axiale Einschieben beim Zusammenbau erleichtert wird und ein Gleitspiel für alle Bewegungen erhalten bleibt. Ferner wird dadurch eine aufwendige Herstellungspräzision überflüssig.

Eine weitere - eventuell günstigere - Ausführungsform der Drehteile des Pendellagers ergibt sich, wenn diese gemäß Fig. 9 ausgeführt wird. Hierbei ist die Pendelachse 23, anstelle der Pendelschale 21, in einer Halbschale 37 gelagert, deren Umschlingung 180 Winkelgrade nicht übersteigen darf. Dadurch kann die Pendelachse frontal eingesetzt und muß nicht axial eingeschoben werden. Als Gegenhalterung wird den beiden aus dem Lagergehäuse herausragenden Enden der Halbschale 37 eine Topfmanschette 38 mit eingeschweißter Manschettenhalbschale 39 lösbar aufgesetzt.

Das für die Regelung der Schwenkgeschwindigkeit beim Schließen des Sperrwerks erforderliche Bremsaggregat mit dem unterteilten Faktorenflaschenzug ist folgender­ maßen konzipiert:

Auf jedem Kai mit angelagertem Schwenkflügel ist in einem Maschinenraum die Seiltrommel 6 mit dem Rückholgetriebemotor 40 installiert. Die Bordscheiben der Seiltrommel sind über den Durchmesser des eingeholten Bremsseils hinaus vergrößert und am Rand als plane Bremsscheiben ausgebildet. Neben jeder Bordscheibe sind dann zwei oder mehr Bremssättel mit regelbaren Druckluftbremsen angeordnet - wie das vergleichbar bei Kraftfahrzeugen der Fall ist.

Von der Seiltrommel 6 wird das Bremsseil 41 - aus Edelstahl - über die abwechselnd am Kai und an den Schwimmtorgehäusen gelagerten Seilscheiben 42 geführt und nach letztem Umlauf am Kai festgehakt.

Alle für die Sperrfunktion erforderlichen Betätigungs- und Steuerungselemente werden der Sicherheit wegen doppelt installiert. Auch sind die Drucklufttanks so bemessen, daß ihr Inhalt mindestens für zwei Auftauchvorgänge reicht.

Kaianlagen und Strombett

Im Strombett und an den Ufern sind folgende Baumaßnahmen durchzuführen:

Parallel entlang des Ufers wird an jeder Stromseite eine Mole, bzw. ein Kai bis zur vorgegebenen Durchlaßbreite in das Strombett hineingebaut und mit einer Spundwand armiert. Für ein zweiflügeliges Sperrwerk werden beide Kais, dem Radius der Schwenkflügel entsprechend, bogenförmig ausgebildet.

Für ein einflügeliges Sperrwerk kann der gegenüberliegende Kai gerade oder zweck­ entsprechend anders ausgeführt werden.

Ferner wird auf jedem Kai mit Schwenkflügel ein Betriebsgebäude 44 errichtet und darin oder daneben ein Druckluftkessel 45 aufgestellt. In dem Betriebsgebäude werden die Kompressoren und alle weiteren für den Betrieb erforderlichen Einrichtungen, sowie die Steuerungs- und Schaltzentrale untergebracht. Von dieser werden alle elektrischen Strom- und Steuerleitungen zu den Betätigungsmotoren, Instrumenten und Beleuchtungskörpern im Schwenkflügel geführt.

Druckluftleitungen zu den Drucklufttanks 15 in den Schwimmtorgehäusen werden nicht benötigt, weil diese in Bereitschaftsposition am Kai mit Druckluft betankt werden. Die Druckluft aus den Drucklufttanks wird in den Schwimmtorgehäusen auch für die Betätigungszylinder verwendet.

Der Grund zwischen den beiden Kais wird im Schwenkbereich waagerecht in der für die Schiffahrt benötigten Tiefe und mit sanften Übergängen zu den stromauf- und stromabwärts vorhandenen Ufern ausgebaggert. Ein Trockenlegen des Strombetts ist hierfür nicht erforderlich. Gründungen und-technische Einbauten irgendwelcher Art wie Drempel, Führungsschienen oder Stützbalken und dergleichen sind überflüssig.

Wird durch die Kaianlagen der Strömungsquerschnitt, im Vergleich zum vorherigen Durchlaß, etwas verringert, so hat das positiv zur Folge, daß hier die Strömung be­ schleunigt und dadurch eine Versandung wesentlich gemindert oder gänzlich verhindert wird.

Sollte jedoch, einer ungünstigen Bodenbeschaffenheit des Grundes wegen, Unterspülung des geschlossenen Sperrwerks befürchtet werden, so können zwei bogenförmige Spund­ wände 43 (Fig. 3c und 13) parallel zueinander in die Sohle des Grundes - und aus dieser nicht herausragend - gerammt werden, zwischen denen dann, mit dem Spatenkiel 19 einstechend, die Schwenkflügel zum Aufsetzen kommen.

Mit heutiger Rammtechnik kann das bewerkstelligt werden, ohne das Strombett trocken legen zu müssen. Das könnte beispielsweise folgendermaßen vonstatten gehen: Ein Ponton, der - wegen des wechselnden Wasserstandes und der Wellenbewegungen - mit hydraulisch ein- und ausfahrbaren Stelzen ausgerüstet ist, und auf dem zwei Rammen stationiert sind, wird an einem Ende eines auf dem Grund liegenden zirkel­ stangenähnlichen Hohlbalkens befestigt, der mit dem anderen Ende an einem in der Strommitte der Sohle einbetonierten Zapfen gelagert ist.

Bei der Rammarbeit wird der Ponton schrittweise versetzt und die beiden Spundwände werden parallel, ohne vom Radius abzuweichen, eingerammt.

Die Schiffe können zuerst an der einen und ab Mitte des Rammvorgangs an der anderen Seite des Pontons ungehindert vorbeifahren.

Sollten, trotz einer solchen Maßnahme, bei der Planung Befürchtungen hinsichtlich einer Unterspülung bestehen bleiben, so kann eine Schwelle aus Betonplatten 51 auf die beiden Spundwände 43 - diese überbrückend - aufgesetzt werden (Fig. 3d und 14). Diese Betonplatten können gegen seitliches Verschieben mit in die Sohle einstechende Spikes oder für zusätzliche Abdichtung mit durchlaufenden, keilförmigen Stechleisten versehen sein. Ihr Absenken kann problemlos durch den erforderlichen Kran erfolgen, der nach dem Rammvorgang anstelle der beiden Rammen auf dem Ponton stationiert wird.

Wird dieser zusätzliche Aufwand gewählt, so erhalten die Schwimmtorgehäuse unter dem Rumpf anstelle der Spatenkiele 19, und auch die Pendellager sowie das Schwenk­ pendellager und Stemmlager, Fender 52 aus einem elastischen, wasserbeständigen Werkstoff, mit welchem sie während des Sperrvorgangs auf dieser Schwelle durchfluß­ verhindernd aufliegen (Fig. 3d und 14b).

Herstellung und Montage

Abgesehen von der Errichtung der Kaianlagen und der Ausbaggerung des Sperrwerkgrundes, kann ein solches Sperrwerk am günstigsten von einer Schiffswerft gebaut werden. In einem Dock der Werft können die Baugruppen, die alle schwimmfähig sind, fertiggestellt werden.

Danach werden sie einzeln, oder vorweg zu zweit oder zu dritt durch Gleitkupplungen zusammengekoppelt, mit Schleppern zu den inzwischen hergestellten Kaianlagen geschleppt, wo sie so nebeneinander an die Spundwand bugsiert und vertäut werden, daß der auf dem Kai befindliche mobile oder auf einem Gleis 49 stationierte Montagekran 50 die verbindenden Gleitkupplungen einführen kann. Das kann ohne weitere Montagen in der kurzen Zeit des Strömungskenterns - des Stillwassers - erfolgen.

Sind alle Baugruppen eines Schwenkflügels zusammengekoppelt, dann wird mit Hilfe einer Pilotleine das Bremsseil des Faktorenflaschenzuges um die Seilscheiben gezogen und am Kai festgehakt.

Des weiteren werden die bereits in allen Baugruppen verlegten elektrischen Strom- und Schaltleitungen mit Steckern verbunden. Danach brauchen nur noch die Drucklufttanks in den Schwimmtorgehäusen betankt zu werden und das Sperrwerk ist einsatzbereit.

In sturmflutfreier Zeit können die Schwenkflügel, um Reibungsgeräusche und Ver­ schleiß durch Wind- und Wellenbewegung zu vermeiden, auf am Grund zu errichtenden Sockeln abgesenkt werden.

Funktionsablauf

Wird eine gefährliche Sturmflut vom Wetterdienst vorausgesagt, so werden die Schwenkflügel, falls sie in Ruheposition am Kai auf Grund gesetzt waren, in Bereitschaftsposition aufgetaucht. Die Drucklufttanks in den Schwimmtorgehäusen werden vollgetankt. Alle Sperrtore müssen offen an der Stützwand verriegelt sein. Schalt- und Steuerungselemente sowie Bremsaggregate werden überprüft.

Bei auflaufendem Flutwasser wird die Vertäuung gelöst und die Flutströmung schwenkt den bzw. die Schwenkflügel in das Strombett. Das Bremsseil 41 des Faktorenflaschen­ zuges läuft zunächst ungebremst von der Seiltrommel 6 ab. Nähert/n sich der/die Schwenkflügel der Sperrlinie, dann wird, um stoßfreies Einrasten der Stemmlager zu gewährleisten, die Seiltrommel gebremst, die Schwenkgeschwindigkeit hierdurch redu­ ziert und schließlich zum Einrasten nahezu gestoppt. Hierbei wird bei einem zweiflügeligen Sperrwerk gemäß Fig. 1 der Bremsvorgang so geregelt, daß der Schwenkflügel mit der Rohrachse 3 etwas Vorlauf erhält. Kurz vor der Sperrlinie wird er dann etwas stärker abgebremst als der nachfolgende andere Schwenkflügel, der am Stemmlagergehäuse 2 mit einem oder einigen Fangbalken 46 übereinander bestückt ist. Hat der nachfolgende Schwenkflügel den vorderen eingeholt, so wird vom Fangbalken ein Regelschalter betätigt, wonach beide gleichmäßig gebremst - im Schleichgang - zur Sperrlinie schwenken und auf dieser sich nach dem Einrasten der Stemmlager aneinander abstützen. Somit ist ein hochbelastbarer, durch den Wasserdruck starrer, Bogen entstanden - wie bei einer Bogentalsperre.

Bei heutigem Stand der Elektronik, Schalt- und Regeltechnik läßt sich problemlos der gesamte Schwenkvorgang auch vollautomatisch steuern.

Das Sperrwerk befindet sich nunmehr in der Sperrposition schwimmend über der Sperr­ linie und das Flutwasser strömt noch ungehindert durch die Sperrtoröffnungen in den Schwimmtorgehäusen und unter diesen hindurch.

Jetzt werden die Tauchzellen in den Schwimmtorgehäusen geflutet und die Schwenkflügel sinken auf den Grund. Das Flutwasser kann jedoch weiterhin durch die offenen Sperrtore hindurchfließen. Mit ihrer Schließung kann noch gewartet werden, bis der eingetretene Pegelstand das Sperren erfordert.

Sodann werden die Sperrtore, in Strommitte beginnend, mit Hilfe der Druckluftzylinder nacheinander ausgeklinkt und von der Strömung geschlossen. Nacheinander, damit das Flutwasser allmählich gestoppt wird, ohne einen heftigen Staustoß zu verursachen.

Erscheint es zweckmäßig, daß ein Techniker als Steuermann das Schwenken, Bremsen und Einrasten der Stemmlager aus nächster Nähe regelt, so kann auf dem Stemmlager­ gehäuse 2 eine Steuerungskabine 47 mit Schalttafeln errichtet werden, in welcher der Steuermann beim Schwenken zur Sperrposition mitfährt und nach dem Sperrvorgang wieder zurück - falls er es nicht vorzieht, vorher über einen Laufsteg zur Kaianlage zurückzukehren.

Ende des Sperrens

Ist nach Ebbebeginn das gestaute Hochwasser dann so weit abgelaufen, daß auf beiden Seiten des Sperrwerks Gleichstand eingetreten ist, so wird mit dem Auftauchen (Auf­ schwimmen) noch gewartet, bis das Flußwasser (Stromwasser) beginnt seewärts zu fließen. Dabei drückt es die Sperrtore auf und schwenkt sie zur zugehörigen Stützwand, wo sie selbsttätig einklinken.

Ist das geschehen, so werden die Tauchzellen mit Druckluft gelenzt, das Sperrwerk schwimmt auf und schwenkt von der Strömung mitgenommen zum Kai zurück.

Das Bremsseil des Faktorenflaschenzuges wird hierbei mit geringer Zugkraft des Rückholgetriebemotors 40 von der Seiltrommel eingeholt und aufgerollt.

Das Strombett ist nun wieder frei und die Schiffahrt kann, nach wenigen Stunden des Sperrvorgangs, unbehindert fortgesetzt werden.

Wartung

Werden nach einigen Jahren für das Sperrwerk Instandhaltungsarbeiten erforderlich, die am Kai des Standorts, nicht vorgenommen werden können, z. B. ein neuer Korrosionsanstrich, so lassen sich die Baugruppen ganz einfach von einem Montagekran durch Herausziehen der Gleitkupplungen trennen und von Schleppern zur Werft bringen und in ein Dock bugsieren.

Nach erfolgter Instandsetzung werden die Baugruppen zu den Kaianlagen zurück­ geschleppt und dort, wie bereits beschrieben, wieder zusammengekoppelt.

Stemmlagerdalbe

Sollten Bedenken auftreten hinsichtlich des in jedem Fall unumgänglich absolut sicheren Schließens eines zweiflügeligen Sperrwerks nach Fig. 1, daß sich also im Ernstfall die Stemmlager verfehlen könnten, was durch Begrenzung der Bremsseillänge vielleicht zu vermeiden wäre, so besteht die Möglichkeit, in der Mitte des Stromes eine Stemmlagerdalbe 48 einzusetzen, die an jeder Seite mit einer Stützschale 5 versehen ist, wie Fig. 10 schematisch zeigt.

Diese braucht nicht überaus stabil für den voraussichtlichen Staudruck ausgeführt zu werden, da sie von diesem gar nicht belastet wird, weil dieser Druck von einem Schwenkflügel zum anderen durch sie hindurch wirkt; wie bei dem obersten Stein im Scheitelpunkt eines Kellergewölbes oder einer altertümlichen Bogenbrücke.

Bei einer solchen Ausführung erhalten beide Stemmlagergehäuse 2 eine Rohrachse 3 für das Einrasten in die Stützschale 5 der Stemmlagerdalbe.

Zur Sicherung gegen Kollision müßten, in einem für Schiffsmanöver genügend großen Abstand, stromauf- und stromabwärts Warnbojen (Heulbojen) in Strommitte verankert werden, die bei Stoßberührung Alarm auslösen.

Variationen

Ergänzend zu der bisherigen Beschreibung soll nicht unerwähnt bleiben, daß mit den dargestellten Baugruppen, ohne ihre Bauweise zu ändern, Variationen der Zusammenstellung eines solchen Sperrwerks möglich sind:
So kann bei schmalem Gewässer z. B. ein Schwenkflügel nur aus einem Schwimmtorgehäuse, dem für das Ankoppeln am Widerlager in jedem Fall benötigten Schwenkpendellager und einem Stemmlager zusammengesetzt sein.

Wird bei zwei Schwimmtorgehäusen je Schwenkflügel ihre Größe nicht über 100 m hinausgehend bemessen, so kann eventuell darauf verzichtet werden, ein Pendellager dazwischenzusetzen.

In Fig. 11 ist schematisch dargestellt, wie für größere Absperrungen ein zweiflügeliges Sperrwerk mit einem einflügeligen kombiniert werden kann. Ohne weiteres ist es aber auch möglich, in sehr breite Gewässer einige gleiche oder unterschiedliche Sperrkombinationen nebeneinander einzubauen.

Gestaltungsmöglichkeiten des Sperrwerkgrundes

Unter Umständen kann die vorgegebene Beschaffenheit des für eine Absperrung vorgesehenen Strombettes es notwendig machen, lediglich den Fährwassergrund - die sogenannte Fahrrinne - in der für die Schiffahrt erforderlichen Tiefe und Breite waagerecht auszubaggern, was in der Mitte eines sehr breiten zweiflügeligen Sperrwerks durchaus genügen kann. In einem solchen Fall wird der Grund - wie in Fig. 12, 13 und 14 dargestellt - ab dem Schiffahrtsweg zu den Kaianlagen hin als abschnittsweise anteigende, schräge Ebenen gestaltet. Für jede dieser Ebenen wird die Höhe des ihr zugehörigen- Schwimmtorgehäuses unten um das jeweilige Steigungsmaß schräg aufwärts verringert. Das geschieht, indem die Höhe der Sperrtoröffnungen und der darin gelagerten Sperrtore nacheinander dieser von Ebene zu Ebene steileren Steigung angepaßt wird. Die Gestaltung und die Abmessungen der anderen Teile bleiben hierbei für alle Schwimmtorgehäuse unverändert gleich.

Dementsprechend werden die Gleitkupplungen und das jeweils zwischen zwei Schwimmtorgehäusen eingegliederte Pendellager fortschreitend niedriger ausgeführt. Gleiches gilt für die Schwenkpendellager und das Widerlager.

Nimmt man z. B. eine Sperrwerkshöhe in der Mitte von 20 m an, dann sollte sie am Schwenkpendellager 12 m nicht unterschreiten. Die Steigungshöhe des Grundes würde in diesem Fall 8 m betragen.

Für die Schwimmtorgehäuse mit ihren angrenzenden Lagern ergibt sich bei einer solchen Bauweise auch eine unterschiedliche Ab- und Auftauchhöhe zwischen der Schwenkebene und der Sohle des Grundes. Ohne Pendellager ließe sich daher eine solche Sperrwerksgestaltung nicht ausführen.

Die aus der Modulbauweise resultierende vorteilhafte Austauschbarkeit der betreffenden Baugruppen untereinander ist hier allerdings nicht mehr vorhanden. Dagegen kann sich ein Vorteil durch die Materialersparnis an den Kais und den Schwenkflügeln sowie durch die Verringerung des Aufwandes bei der Gestaltung des Grundes im Schwenkbereich herausstellen.

Bezugszeichenliste

(in Reihenfolge)

1 Widerlager
2 Lagergehäuse
3 Rohrachse
4 Halbrundschale
5 Stützschale
6 Seiltrommel
7 Stützwand
8 Stützleiste
9 Torflügel
10 Torachse
11 Klammerschale
12 Wellenbrecher
13 Kupplungsholm
14 Armaturenraum
15 Drucklufttank
16 Kamin
17 Schacht
18 Tauchzelle
19 Spatenkiel
20 Schalengehäuse
21 Pendelschale
22 Achsgehäuse
23 Pendelachse
24 Anschlagscheibe
25 Sperrschild
26 Mitnehmer
27 Doppel-T-Träger
28 Winkelprofil
29 Flachstahl
30 Traverse
31 Knotenblech
32 Anschlag
33 Ringschraube
34 Kreuzgehäuse
35 Schwenkachse
36 Schwenkschale
37 Halbschale
38 Topfmanschette
39 Manschettenhalbschale
40 Rückholgetriebemotor
41 Bremsseil
42 Seilscheibe
43 Spundwand
44 Betriebsgebäude
45 Druckluftkessel
46 Fangbalken
47 Steuerungskabine
48 Stemmlagerdalbe
49 Gleis
50 Montagekran
51 Betonplatte
52 Fender

Bezugszeichenliste

(alphabetisch)

Achsgehäuse 22
Anschlag 32
Anschlagscheibe 24
Armaturenraum 14
Betonplatte 51
Betriebsgebäude 44
Bremsseil 41
Doppel-T-Träger 27
Drucklufttank 15
Druckluftkessel 45
Fangbalken 46
Fender 52
Flachstahl 29
Gleis 49
Halbrundschale 4
Halbschale 37
Kamin 16
Klammerschale 11
Knotenblech 31
Kreuzgehäuse 34
Kupplungsholm 13
Lagergehäuse 2
Manschettenhalbschale 39
Mitnehmer 26
Montagekran 50
Pendelachse 23
Pendelschale 21
Ringschraube 33
Rohrachse 3
Rückholgetriebemotor 40
Schacht 17
Schalengehäuse 20
Schwenkachse 35
Schwenkschale 36
Seilscheibe 42
Seiltrommel 6
Spatenkiel 19
Sperrschild 25
Spundwand 43
Stemmlagerdalbe 48
Steuerungskabine 47
Stützleiste 8
Stützschale 5
Stützwand 7
Tauchzelle 18
Topfmanschette 38
Torachse 10
Torflügel 9
Traverse 30
Wellenbrecher 42
Widerlager 1
Winkelprofil 28

Verzeichnis der Zeichnungen

Die Darstellungen sind vorwiegend vereinfacht und unmaßstäblich gezeichnet. Vorrichtungen und Konstruktionen, die aus allgemein bekannter Technik einbezogen wurden, sind zeichnerisch nicht dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 ein zweiflügeliges Sperrwerk in Sperrposition;

Fig. 2 ein einflügeliges Sperrwerk in Schwenkbewegung;

Fig. 3 das Schwimmtorgehäuse in 4 Ansichten - a, b, c und d;

Fig. 4 das Pendellager in 2 Ansichten - a und b;

Fig. 5 die Einzel-Gleitkupplung in 2 Ansichten - a und b;

Fig. 6 die Doppel-Gleitkupplung in 2 Ansichten - a und b;

Fig. 7 das Schwenkpendellager in 2 Ansichten - a und b;

Fig. 8 das Schema der Schwenk- und Pendellagerungen;

Fig. 9 eine Variation der Pendellagerung;

Fig. 10 ein zweiflügeliges Sperrwerk mit Stemmlagerdalbe und zweifachen Bremsaggregaten;

Fig. 11 ein Beispiel für die Kombination eines zweiflügeligen Sperrwerks mit einem einflügeligen;

Fig. 12 die Hälfte eines zweiflügeligen Sperrwerks mit zum Kai ansteigenden Ebenen des Grundes:
a) schwimmend
b) am Grund, Sperrtore geschlossen;

Fig. 13 die gleichen Positionen wie in Fig. 12 mit zusätzlichen in den Grund des Sperrbogens eingerammten Spundwänden;

Fig. 14 die Ausführung gemäß Fig. 13 mit auf den Spundwänden als Schwelle aufgesetzten Betonplatten.

Claims (8)

1. Sperrwerk zum Schutz vor Sturmfluten, dadurch gekennzeichnet, daß zwei bogenförmi­ ge, schwimmende, ab- und auftauchbare Schwenkflügel (Fig. 1) jeweils mit einem Schwenkpendellager (Fig. 7) im Widerlager (1) an dem ebenfalls bogenförmigen Kai schwenkbar angeordnet sind, und in der Sperrposition mit Stemmlagern sich aufeinander abstützen, wodurch sie einen geschlossenen, durch den Wasserdruck starren, hochbelast­ baren Bogen bilden.
Daß des weiteren jeder Schwenkflügel aus einer der Sperrweite entsprechenden Anzahl von baugleichen Schwimmtorgehäusen (Fig. 3) und Pendellagern (Fig. 4) besteht, die mittels der auf Kupplungsholme (13) geschobenen Gleitkupplungen (Fig. 5 od. 6) lösbar zusammengekoppelt sind; mit der Möglichkeit, unabhängig von einander auf und ab zu gleiten und vertikal zu pendeln.

2. Sperrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bei schmalem Gewässer nur aus einem Schwenkflügel besteht, wofür lediglich einer der beiden Kais bogenförmig gestaltet ist (Fig. 2) und der Schwenkflügel mit seinem Stemmlager in eine Stützschale (5) im Widerlager (1) an dem anderen Kai einrastet (Fig. 2).

3. Sperrwerk nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schwenkens zur Sperrposition jeder Schwenkflügel von einem oder zwei Bremsaggregaten mit unter­ teiltem Faktorenflaschenzug gegen die Flutströmung gehalten und zum Einrasten der/s Stemmlager/s abgebremst wird.

4. Sperrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unten am Rumpf des Schwimmtorgehäuses ein Spatenkiel (19) unlösbar angeordnet ist, der beim Sperren abdichtend in den Grund einsticht (Fig. 3c und 12b).

5. Sperrwerk nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen und Öffnen der Schwenkflügel und Sperrtore ausschließlich von der die Richtung wechselnden Gezeitenströmung bewirkt wird.

6. Sperrwerk nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei ungünstiger Konsistenz des Grundes - und damit verbundener Unterspulungsmöglichkeit - zwei bogenförmige Spundwände (43) parallel zu einander in den Grund gerammt werden (Fig. 3c und 13), wofür auf einem Ponton mit hydraulisch ein- und ausfahrbaren Stelzen zwei Rammen stationiert sind. Der Ponton ist durch einen Radiusbalken mit einem in Strom­ mitte in dem Grund eingesetzten Lagerzapfen verbunden.

7. Sperrwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei erhöhter Unterspülungs­ gefahr zusätzlich auf die beiden Spundwände (43) Betonplatten (51) als Schwelle abgesenkt werden, wofür die Schwimmtorgehäuse anstelle des Spatenkiels (19) sowie die Pendellager und das Schwenkpendellager, unten Fender (52) angesetzt erhalten (Fig. 3d und 14).

8. Sperrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei großer Sperrweite der Grund nur in der für die Schiffahrt erforderlichen Tiefe und Breite waagerecht ausgebag­ gert wird und ab dieser Fläche der Grund zu der jeweiligen Kaianlage hin als abschnitts­ weise ansteigende Ebenen gestaltet wird (Fig. 12, 13 und 14). Hierfür werden die Rümpfe der neben dem Fahrwasser zum Einsatz kommenden Schwimmtorgehäuse dem zugehörigen Steigungsabschnitt angepaßt, indem die Sperrtoröffnungen und die Sperrtore nacheinander unten schräg aufwärts mit verminderter Höhe hergestellt werden. Daß des weiteren auch die Gleitkupplungen, die Pendellager und das Schwenkpendellager in Uferrichtung fort­ schreitend niedriger ausgeführt werden.