DE202006015419U1 - Substratgefüllter (Geo-)kunststoffgitterschlauch - Google Patents

Abstract

Substratgefüllter (Geo-)kunststoffgitterschlauch
dadurch gekennzeichnet
– dass der Schlauch eine grobe, (vorzugsweise) dreidimensionale Struktur, z. B. eine sog. Wirrlage aus Kunststoffendlosfilamenten, besitzt, wobei die Endlosfilamente innerhalb der Wirrlage unterschiedliche Durchmesser aufweisen können – aber nicht müssen,
– dass die Außenseite bevorzugt eine räumliche Struktur –Hoch-Tief-Struktur – in der Art von z. B. Höckern oder Waben aufweist,
– dass die Gitterstruktur so beschaffen ist, dass Wirbellose bzw. Evertebraten (aquatische Insekten etc.) diese durchdringen können, die Füllung jedoch gehalten wird, und
– dass die Füllung aus einer Mischung aus geologischem Substrat (Kies, Steinchen, Steine) und biogenem Material (z. B. Totholz, Rinde, Zapfen, Moose) oder auch Tonkügelchen (Geoton) besteht, in der sich die Evertebraten bewegen können.

Description

• 1. Themengebiet
• Der mit einer Mischung aus geologischem und biologischem Substrat (Kies, Steinchen, Steine, Totholz, Moos, Borke, Zapfen, Tonkügelchen etc.) gefüllte (Geo-) kunststoffgitterschlauch mit dreidimensional gestalteter Struktur wird insbesondere für die ökologische Sanierung von (Fließ-)gewässern, d. h. im Wasserbau, eingesetzt.
• Über die Unterstützung der Evertebraten- bzw. Wasserinsekten- und Jungfischwanderung auf befestigten Sohlen (= Hauptanwendungsgebiet) hinaus kann der substratgefüllte Geogitterschlauch z. B. auch zur Anlage künstlicher Muschelbänke sowie zur Freiborderhöhung genutzt werden.
• 2. Stand der Technik
• Zur Unterstützung der Wanderung von Evertebraten/aquatischen Insekten (und Jungfischen) in befestigten Fließgewässerabschnitten (Sohlübergänge, -rampen, Brückendurchlässe, technische Bauweisen von Fischaufstiegsanlagen u. dgl.) sind in der Literatur und im Internet bislang keine speziellen Konstruktionen beschrieben worden.
• Lediglich einige dicke ca. 1 m lange Baumabschnitte wurden z. B. am Kraaker Mühlbach (bei Kraak/Rastow, Nähe der A 24) in schnell fließende Gewässerabschnitte (Sohlübergänge) im Rahmen einer ökologischen Sanierung des Gewässers verbracht.
• Geotextilschläuche werden im Erdbau zur Vertikaldränung benutzt. Sie bestehen aus einem hochfesten Filtergewebe und sind für Evertebraten nicht durchlässig.
• Auch die sog. „Megatubes", sandgefüllte Geogewebeschläuche von mehreren Metern Durchmesser, die im Wasserbau zur konstruktiven Ausbildung von überströmbaren Erddämmen (Deiche) eingesetzt werden, sind für Wirbellose nicht passierbar.
• Für beide Schlauchvarianten gilt weiterhin, dass ihre glatte Oberfläche bei Überströmung mit Wasser die Haftung aquatischer Insekten nicht unterstützt. Und auch die Füllung, bei der Vertikaldränung Steine, Kies oder Splitt der Körnung 8/16 mm und bei den Megatuben Sand, ist auf Grund der jeweils gleichen Korngrößen für die Wanderung von Evertebraten (Trichopteren etc.) nicht geeignet.
  Fazit:
  Das entscheidende Merkmal, das mögliche Eindringen der Evertebraten in die Schlauchstruktur und anschließend in die Hohlräume des Füllmaterials ist nicht gegeben. Die erwähnten Geogewebeschläuche sind nicht für die Evertebratenwanderung entwickelt und lassen sich auch nicht dafür nutzen.
• 3. Problem
• Befestigte Sohlen, wie sie u. a. bei Sohlübergängen/-rampen in Fließgewässern, in Brückenbereichen und technischen Fischaufstiegsanlagen vorkommen, in Verbindung mit im Vergleich zum normalen Abfluss erhöhten Fließgeschwindigkeiten (z. T. sogar starken Strömungen oder Wirbelbildungen) beeinträchtigen bzw. verhindern die Stromaufwärtswanderung von aquatisch lebenden Evertebraten als auch leistungsschwächeren Jungfischen. Die Anzahl von Nischen, Hohlräumen für die Fortbewegung der Wirbellosen und das Auffinden von Nahrung, ist deutlich verringert.
• Die Evertebraten stellen jedoch die Nahrungsgrundlage für Fische, Rundmäuler sowie am Gewässer lebende Vögel und Kriechtiere dar. Zudem besitzen sie wichtige ökologische Funktionen bei der Ausbildung und Aufrechterhaltung des Fließgewässerkontinuums eines Flusses bzw. Baches.
• Oberhalb der veränderten Gewässerabschnitte finden sich oft nur Wirbellosen- bzw. Insektenarten, die entweder flugfähige Entwicklungsstadien ausbilden oder an schnell fließende Gewässer angepasst sind. Die dadurch bedingte Selektion führt ihrerseits wiederum zur Selektion bei den Fischen, die z. T. auf spezielle Wirbellose als Nahrung angewiesen sind.
• Die erwähnten Baumstücke bilden in den genannten Gewässerabschnitten keine durchgängigen Leitwerke für die Evertebraten und sind, da nur sporadisch vorhanden, auch kaum für diese aufzufinden. Zudem ist die Oberfläche, nachdem sich die Borke abgelöst hat, glatt und bietet den Tieren wenig Halt. Nischen für die Fortbewegung fehlen gänzlich. Lediglich Jungfische dienen die Stücke als Strömungsschatten.
• 4. Lösung einschließlich erreichter Vorteile
• Kann im Rahmen einer ökologischen Sanierung der durch eine befestigte Sohle (10) und schnelle Fließgeschwindigkeiten gekennzeichnete Flussabschnitt nicht verändert werden, da z. B. angrenzende Bebauung oder ein bestehen bleibendes Wehr dies unmöglich machen, dient der entwickelte Schlauch der Aufwärtswanderung der Evertebraten.
• Über die Ausbildung der geteilten bzw. gefächerten unteren Schlauchenden ((3), (4), (6)) finden die aquatischen Insekten einen guten Zugang zum Wanderschlauch – dies sowohl wenn sie sich auf dem Gewässerboden fortbewegen als auch beim Schwimmen im Wasser. Wie ausladend das Schlauchende gestaltet wird, hängt von der Gewässerbreite und der Anzahl der parallelverlaufenden Schläuche ab. Die Schläuche nehmen dabei im Unterwasser des betreffenden Gewässerabschnittes ihren Anfang vor und im unmittelbaren Übergangsbereich zwischen Normalabfluss ohne Sohlbefestigung und schnellfließender und/oder befestigter Strecke. Einige Meter oberhalb der betroffenen Fließstrecke enden dann die Schläuche.
• Da die betroffenen Strecken oft 80 m oder mehr lang sein können, werden über diese Distanz mehrere aneinanderfolgende und an den Enden teils überlappende Schläuche (7) ins Gewässer eingesetzt, um ein kontinuierliches Leitwerk zu bilden.
• Dabei sind die geteilten Schlauchenden zum Unterwasser hin auszurichten.
• Die strukturierte (dreidimensionale) Oberfläche (3, 4, 9, 10) des Schlauches bricht zum Einen die glatte Strömung, die ansonsten über die Steine führt, und bewirkt Mikroverwirbellungen, zum Anderen können die Insekten in die Schlauchstruktur einwandern und sich an den Filamenten wesentlich besser bzw. überhaupt erst halten. Die Filamente ahmen in diesem Sinne Wurzelstrukturen nach.
• Auf diese Weise können die Evertebraten sowohl in dieser Schlauchstruktur aufwärts (8) wandern, sie können aber auch weiter ins Schlauchinnere vordringen und ihre Wanderung in den Hohlräumen (Nischen) zwischen Steinchen, Steinen, Kies, Holz, Zapfen, Moosen etc. fortsetzen.
• In diesem kompakten Schlauchinhalt finden sie dann zudem auch ihre Nahrung – Phyto- und Zooplankton sowie einwachsende Wurzeln und Pflanzenteile.
• Der Schlauch selbst dient dabei nicht nur dem Eindringen und dem Aufenthalt der Wirbellosen, er hält die Steinchen, Holzstücke etc. am Ort, die auf Grund ihrer geringen Schleppspannung oder ihrer Schwimmfähigkeit (Holz) ansonsten von der Strömung mitgerissen werden würden. Er besitzt dementsprechend eine erosionsschützende Funktion.
• Für Fische, insbesondere leistungsschwächere Arten oder Jungtiere, stellt der geschwungen verlegte Geogitterschlauch darüber hinaus einen optimalen Strömungsschatten dar.
• Und verlegt man die Schläuche innerhalb von technischen Fischaufstiegsanlagen, so z. B. im Schlitzpass, dienen sie nicht nur der Wanderung von Evertebraten und als Strömungsschatten; besser als durch die Anordnung einzelner großer Steine können durch sie Strömungen innerhalb der Anlage beeinflusst und gelenkt werden, so dass der Fischaufstieg optimiert wird. (Derzeit erzielen viele technische Fischaufstiegsanlagen nur unbefriedigende Ergebnisse.)
• Weitere Ausgestaltung der Erfindung
• Der Schlauch besteht aus einem dreidimensional strukturierten (Geo-)kunststoffgitter (3, 4, 9, 10). Je nach Durchmesser muss dieses Gitter unterschiedlichen Kräften, durch die Füllung und Strömung bedingt, standhalten. Dementsprechend kommen auch unterschiedliche (Geo-)kunststoffgitter zum Einsatz.
• Für Schläuche kleineren Durchmessers ist ein dreidimensional stukturiertes Gitter (14) aus Endlosfilamenten, die zur Außenseite eine Waben- oder Höckerstruktur (12) aufweisen, ausreichend. Die zum Schlauchinneren zeigende Unterseite bildet eine ebene Fläche (13) – eine sog. Sohle. Die Festigkeit dieser Struktur wird durch regelmäßig angeordnete Punkte, an denen die Filamente miteinander verschweißt sind, erreicht. (9, 10)
• Bei Schläuchen mit größerem Durchmesser wird die beschriebene dreidimensionale Wirrlage aus Endlosfilamenten (15) durch ein grobes ebenes (Geo-)kunststoffgitter (16) gestützt. Dieses kann z. B. eine Rechteck- (6) oder Sechseckstruktur (7) aufweisen oder auch aus einem großgelochten Schlauch (8) bestehen. Die Filamentenwirrlage wird mit dieser (Geo-)gitterlage durch Schweißen, Kleben oder Nähen verbunden.
• Eine mögliche weitere Ausführungsvariante ergibt sich, wenn die Filamente durch die obenauf liegende grobe (Geo-)gitterstruktur durchdrücken und dadurch beide Schichten untrennbar miteinander verbinden. (4 – unten)
• Eine weitere Maßnahme, die Stabilität eines größeren Schlauches zu erhöhen, besteht in der Integrierung eines (Geo-)kunststoffgitters im Innenraum, welches diesen in zwei oder mehrere Längskompartimente aufteilt. Dieses Gitter wird am Schlauch durch Kleben, Schweißen oder Nähen befestigt.
• Das Material des (ebenen) (Geo-)gitters sowie der Filamente ist ein (Geo-)kunststoff oder eine Kombination von (Geo-)kunststoffen, die sich insbesondere durch eine hohe Lichtbeständigkeit und Zugfestigkeit auszeichnen. Es werden Polymere eingesetzt, die gegenüber Wasser (in üblichen Gewässertemperaturen), Witterung und Chemikalien, wie sie üblicherweise im Boden, Oberflächen- oder Grundwasser vorkommen, beständig sind. Das Material selbst darf nicht toxisch sein.
• Für die (Geo-)gitter kommen sowohl Extrusionsprodukte wie gewebte ummantelte bzw. beschichtete grobe textile Flächengebilde zum Einsatz.
• Folgende Polymere sind u. a. anwendbar: Polyamid (PA), Aramid (aromatische PA), Polyethylen (PE), Polyester/Polyethylenglykolterephthalat (PES/PET), Polypropylen (PP), Polyvinylalkohol (PVA) sowie Carbonfasern. Die spezifischen Eigenschaften der Polymere können dabei durch den Einsatz von Stabilisatoren, Farbpigmenten etc. verbessert sein.
• Es handelt sich hierbei um Kunststoffe, die nicht ausschließlich für den Geo- bzw. Erd- oder Wasserbau bestimmt sein müssen, von daher ist die hier verwendete Bezeichnung Geogitter für Kunststoffgitter der genannten Polymere zu verstehen.
• Die Endlosfilamente, die u. a. auch als Drähte bezeichnet werden, können Durchmesser aufweisen, die die in der Literatur für Drähte von Drahtwirrlagen beschriebenen Stärken übertreffen. Die Endlosfilamente müssen innerhalb der Schlauchwirrlage auch nicht alle den gleichen Durchmesser besitzen. So kann es in einer Wirrlage Filamente von z. B. 0,5 mm und 1,2 mm Stärke geben.
• Optimale Farbe für den Kunststoff ist hellgrau, steingrau, blaugrau, grüngrau oder beige. So fällt er im Gewässer nicht auf, und es wird eine Aufhitzung des Materials durch Sonneneinstrahlung für die die Gewässeroberfläche durchragenden Schlauchanteile (einschließlich einer möglichen Beeinträchtigung des Aufwuchses in diesen Anteilen) vermieden.
• Die Zusammensetzung des Substrates (Füllmaterial) wird durch die Platzierung des Schlauches innerhalb des Gewässers bestimmt.
• Dieses ist abhängig vom jeweiligen Fließgewässerabschnitt entsprechend des Fließgewässerkontinuums. Allgemein bzw. in der Praxis kann man sich an den naturgegebenen Substraten der vorhergehenden und folgenden Gewässerabschnitte orientieren.
• Die Füllung (2) setzt sich aus einer Mischung von geologischem und biogenem Substrat zusammen. Dazu zählen Kies, Steinchen und Steine, Totholz, Borke, Zapfen, Moos etc. Diesen Materialien können auch Tonkügelchen (Geoton) zugefügt werden.
• Für kleinere Projekte bzw. die private Nutzung erweist es sich als vorteilhaft, die Schläuche auch ungefüllt und die Substratfüllung separat im Handel (Baumarkt) anzubieten. Die Befüllung kleinerer Schläuche kann auch vor Ort durch Schüttung mittels z. B. einem Kanalrohr vorgenommen werden. Der Verschluss erfolgt dann durch Kabelbinder, Klammern o. ä.
• Eine Einsatzmöglichkeit im privaten Bereich ergibt sich z. B. in der Freiborderhöhung wasserseitiger Böschungen.
• Der substratgefüllte Schlauch selbst bedarf keiner speziellen Befestigung im Gewässer, er hält sich durch die Füllung selbst.
• Herstellung des (substratgefüllten) (Geo-)kunststoffgitterschlauches
• Prinzipiell unterscheidet man zwei Möglichkeiten, einen derartigen (Geo-)gitterschlauch herzustellen.
• Die naheliegende Möglichkeit besteht darin, aus einer dreidimensional strukturierten (Draht-)wirrlage, wie es sie als Erosionsschutzmatten gibt, einen Schlauch zu nähen bzw. die Seiten des Flächengebildes/der Matte durch Kleben oder Schweißen zu verbinden. Nachteil dieser Herstellung ist die Tatsache, dass das Versagen einer Naht (auch Schweißnaht oder Klebfläche) zum Öffnen des Schlauches, dem Austreten des Substrates und damit letztlich zur Funktionslosigkeit führt.
• Deshalb wurden Varianten entwickelt, bei denen spezielle Extruderanlagen Endlosschläuche als dreidimensional strukturierte Wirrgebilde herstellen. Bei der Schlauchherstellung sind zwei Extruderanlagen zu unterscheiden, denn es werden Kunststoffe mit größerer und kleinerer Dichte als Wasser verarbeitet.
• Der gesamte Herstellungsprozess für einen substratgefüllten (Geo-)gitterschlauch umfasst die Produktion des Endlosschlauches in einer Extruderanlage, u. U. die Verstärkung des strukturierten (Geo-)kunststoffgitterschlauches durch ein ebenes (Geo-)kunststoffgitter, die Endengestaltung und die Befüllung, die mit dem Verschließen des Schlauches abschließt.
  (Die Verfahren werden in einer zeitgleich erfolgten Patentanmeldung beschrieben.)
• Zeichnungen
• 1: Anordnung der substratgefüllten (Geo-)gitterschläuche im Fließgewässer
• 2: Querschnitt (gefüllt) des (Geo-)kunststoffgitterschlauches im Gewässer
• 3: Ausschnitt des Querschnittes der Gitterstruktur des Schlauches
• 4: Querschnitte drei unterschiedlich gestalteter (Geo-)gitterschläuche
  oben – dreidimensionale Endlosfilamentschicht
  mittig – dreidimensionale Endlosfilamentschicht verbunden mit einem ebenen stabilisierenden durchlässigen (Geo-)gitter (Verbindung durch Schweißen, Kleben oder Nähen hergestellt)
  unten – dreidimensionale Endlosfilamentschicht, welche ein ebenes grobes (Geo-)gitter durchdringt
• 5: Struktur von (Geo-)kunststoffendlosfilamenten
• 6: Struktur der Kombination von Endlosfilamenten und Rechteckgitter (hier: Quadratgitter)
• 7: Struktur der Kombination von Endlosfilamenten und Wabengitter (Sechseckgitter)
• 8: Struktur der Kombination von Endlosfilamenten und großgelochter Kunststofflage
• 9: Fotographische Aufnahme einer dreidimensionalen Schicht von Endlosfilamenten mit Schweißpunkten
• 10: 3-D-Nahaufnahme von 9
• 11: Darstellung der Innen(geo-)gitter
• 12: Transportschutzhülle

1

(Geo-)kunststoffgitterschlauch im Gewässer

2

Füllung aus geologischem Substrat und biogenem Material

3

Dreifachendung eines (Geo-)kunststoffgitterschlauches

4

Zweifachendung eines (Geo-)kunststoffgitterschlauches

5

Einfachendung eines (Geo-)kunststoffgitterschlauches

6

(Geo-)gitterverbindung zwischen den Schlauchenden eines Schlauches

7

überlappende Auslegung der Schläuche

8

Wanderrichtung der Evertebraten/Wirbellosen (aquatischen Insekten etc.)

9

Fließrichtung des Wassers

10

Steinschüttung (befestigter Sohlübergang)

11

Pfahlreihe (befestigter Sohlübergang)

12

grobe Außenseite des (Geo-)kunststoffgitterschlauches

13

relativ ebene Innenseite des (Geo-)kunststoffgitterschlauches

14

Querschnitt der Hoch-Tief-Struktur der Endlosfilamentschicht (Schicht mit Schweißpunkten)

15

Querschnitt der Hoch-Tief-Struktur der Endlosfilamentschicht

16

ebenes stabilisierendes durchlässiges (Geo-)gitter

17

Füllung (geologisches Substrat)

41

Innen(geo-)gitter

57

(Geo-)kunststoffgitterschlauch

58

Transportschutzhülle

59

Gurte mit Schlaufen zum Transport (Aufhängung)

60

umlaufende Randverstärkung mit Loch-Karabiner-Verschluss

Claims (6)

1. Substratgefüllter (Geo-)kunststoffgitterschlauch dadurch gekennzeichnet – dass der Schlauch eine grobe, (vorzugsweise) dreidimensionale Struktur, z. B. eine sog. Wirrlage aus Kunststoffendlosfilamenten, besitzt, wobei die Endlosfilamente innerhalb der Wirrlage unterschiedliche Durchmesser aufweisen können – aber nicht müssen, – dass die Außenseite bevorzugt eine räumliche Struktur –Hoch-Tief-Struktur – in der Art von z. B. Höckern oder Waben aufweist, – dass die Gitterstruktur so beschaffen ist, dass Wirbellose bzw. Evertebraten (aquatische Insekten etc.) diese durchdringen können, die Füllung jedoch gehalten wird, und – dass die Füllung aus einer Mischung aus geologischem Substrat (Kies, Steinchen, Steine) und biogenem Material (z. B. Totholz, Rinde, Zapfen, Moose) oder auch Tonkügelchen (Geoton) besteht, in der sich die Evertebraten bewegen können.
2. Substratgefüllter (Geo-)kunststoffgitterschlauch nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet – dass der Schlauch flächenartig bzw. räumlich verbreiterte Endungen und/oder ein- oder mehrfach geteilte Abschlüsse, die durch (Geo-)kunststoffgitter – ein- oder mehrlagig bzw. mit räumlicher Struktur – verbunden sein können, aufweist.
3. Substratgefüllter (Geo-)kunststoffgitterschlauch nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet – dass der Schlauch aus einer dreidimensional strukturierten Wirrlage von Kunststoffendlosfilamenten besteht, die nach außen hin eine Hoch-Tief-Struktur in der Art von z. B. Waben oder Höckern aufweisen, und zum Schlauchinneren zu einer ebenen Fläche verdichtet sind, wobei die Stabilität der Schlauchstruktur durch Schweißpunkte, Stellen, an denen mehrere Endlosfilamente zusammengeschmolzen bzw. -geschweißt sind, erhöht wird.
4. Substratgefüllter (Geo-)kunststoffgitterschlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet – dass die dreidimensionale Schicht (z. B. Wirrlage) verstärkt wird durch ein auf der Schlauchinnen- oder -außenseite befindliches grobes Geogitter (Rechteck-, Waben-, Sechseck-, Diagonalgeogitter o. ä.) bzw. eine großgelochte stabile Geokunststofflage/-folie, wobei diese mit dem Schlauch verbunden ist.
5. Substratgefüllter (Geo-)kunststoffgitterschlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet – dass der Schlauch bei größerem Durchmesser zur Erhöhung der Stabilität ein Innengeogitter besitzt, welches das Schlauchinnere in mehrere Längskompartimente unterteilt.
6. Substratgefüllter (Geo-)kunststoffgitterschlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet – dass der Schlauch einen Grau-, Blau-, Grün- oder Beigeton aufweist.