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Stirnwand für einen Durchlaß eines Wasserlaufes nach Patent . ...
... (Patentanmeldung P 22 03 160.3) Die Erfindung betrifft eine Stirnwand als Betonfertigteil
für einen Durchlaß einen Wasserlaufes, insbesondere unter einem Überweg, mit einer
Durchlaßöffnung, welcher an ihrer Rückseite ein rohrförmiges erstes Führungsbauteil
für den Wasserlauf vorgeordnet ist, und welcher an der Vorderseite ein zweites Führungsbauteil,
insbesondere eine Schale für ein offenes Gerinne, nachgeordnet ist, wobei an der
Vorderseite der Stirnwand beidseitig zu der Durchlaßöffnung eweils ein sich im wesentlichen
senkrecht zu der Vorderseite erstreckender, mindestens über einen Abschnitt des
Bereiches zwischen der Ober- und Unterkante der Stirnwand verlaufender, flossenartiger
Ansatz vorgesehen ist, der jeweils mit einer Wange des nachgeordneten zweiten Führungsbauteils
zusammenwirkS, nach Patent . ... ... (Aktz.: P 22 03 160.3).
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Wie bereits im Patent . ... ... (Aktz.: P 22 03 160.3) beschrieben
ist, verbinden Wasserlauf-Durchlässe, wie sie insbesondere bei Uberwegen geschaffen
werdcn müssen, regelmäßig ein dem Durchlaß vorgeordnetes erstes Gerinne, welches
je nach den Gegebenheiten meistens als Rohrleitung ausgebildet ist, mit einem dem
Durchlaß nachgeordneten, im allge einen offenen zweiten Gerinne, wobei letzteres
beispielsweise ein Wasserreservoir bzw.
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ein Wasserlauf wie ein Straßenseitengraben sein kann, der jedoch im
allgemeinen im Abstand zu der Stirnwand und sehr häufig auf einem erheblich niedrigerençNilreau
liegt, so daß der Übergang von der Rohrleitung über eine Böschung beispielsweise
einer Neigung von 1 : 1,5 führt und demgemäß ein sogenannter Absturz in der Art
einer Böschungskaskade erforderlich ist, da anderenfalls die Böschung in kürzester
Zeit ausgewaschen wird.
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Führt bei einer derartigen Anordnung das rohrförmige erste Gerinne
viel Wasser, so daß die Rohrleitung beispielsweise 80 % ihrer Höhe gefüllt ist,
so hat sich gezeigt, daß das aus der Rohrleitung schießende Wasser das der Stirnwand
nachgeordnete zweite Führungsbauteil, d.h. hier die erste Kaskadenschale, seitlich
überströmt, da die Bewegungsenergie des aus der Rohrleitung strömenden Wassers aufgrund
der verltnismäßig hohen Geschwindigkeit sehr stark gerichtet ist, so daß die Ubergangsbedingungen
von der Stirnwand zum zweiten Führungsbauteil, d.h. zur ersten Kaskadenschale, bzw.
die Eingangsbedingungen für die erste Kaskadenschale, von den BeMngngen abweichen,
wie sie jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kaskadenschalen vorhanden sind.
Das aus der Rohrleitung schießende, aus der Stirnwand in die Böschungskaskade einströmende
und
seitlich übertretende Wasser wäscht, wenn derartige Verhältnisse länger andauern
bzw.
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sich häufiger wiederholen, die Böschung seitlich aus, so daß es im
Verlaufe der Zeit zu Beschädigungen oder gar zur Zerstörung des kaskadenförmigen
erinnes kommen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden Mißstände
mit Sicherheit zu vermeiden, und die Stirnwand nach dem Patent . ... ... (Aktz.
P 22 03 160.3) derart zu verbessern, daß beim Ubergang des Wassers von der Stirnwand
zum zweiten Führungsbauteil, d.h. also zur ersten Kaskadenschale, im wesentlichen
die gleichen Bedingungen geschaffen werden, wie sie zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Schalen der Böschungskaskade vorliegen, so daß es aufgrund der von der Stirnwand
geschaffenen Eingangsbedingungen für das der Stirnwand nachgeordnete zweite Führungsbauteil
nicht zu einem Übertritt von Wasser kommt, selbst wenn der Wasserlauf viel Wasser
führt und demgemäß das rohrförmige erste Führungsbauteil praktisch gefüllt ist.
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Als Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß an der
Rückseite der Stirnwand eine Kammer vorgesehen ist, deren Breite wesentlich größer
ist als die Durchflußbreite des vorgeordneten ersten Führungsbauteils, wobei diese
Durchflußbreite bei einem rohrförmigen ersten Führungsbauteil mithin mit dem Innendurchmesser
des das Wasser der Stirnwand zuleitenden Rohres identisch ist.
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Dabei ist bevorzugt vorgesehen, daß die Kammer an ihrem
Umfang
vollstandig geschlossn ist, so daß sie mithin einen durchgehenden Mantel aufweist,
und lediglich an ihren beiden quer zur Fließrichtung liegenden Stirnseiten jeweils
eine Durchgangsöffnung aufweist.
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Die Querschnittsfläche der dem ersten Führungsbauteil zugekehrten
ersten Durchgangsöffnung der Kammer kann im wesentlichen gleich dem freien Durchflu2erschnitt
des ersten Führungsbauteils gewalt sein.
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Die Höhe der Kammer ist vorteilhafterweise mindestens gleich der höhe
des ersten Führungsbauteils und kann zur Erzielung des gewünschten effektes zweckmäßig
eher größer als die höhe des ersten Führungsbauteils, d.h. größer als der Rohrdurchmesser
ausgebildet sein.
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Es hat sich gezeigt, daß eine quaderförmige oder auch würfelförmige
Kammer zur Lösung der Aufgabe besonders geeignet ist, wobei sich bei einer derartig
ausgebildeten Kammer noch der Vorteil einer besonders einfachen Fertigung der Stirnwand
ergibt.
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Zur Schaffung der gleichen Eingangsbedingungen für das der Stirnwand
nachgeordnete zweiten Führungsbauteil ist der untere freie Durchfluflquer5chnitt
der Stirnwand an ihrer Vorderseite verengt ausgebildet, um in der Kammer einen gewissen
Rückstau und damIt ein Wasserpolster zu schaffen. Diese Verengung i unteren Abschnitt
der Durchlaf?öffnung der Stirnwend ist bevorzugt durch zwei im wesentlichen in der
Stirnwandebene verlaufende Ansätze verwirklicht, zwischen denen sich ein bis zum
Kammerboden hinunter erstreckender Durchflußspalt befindet. Durch diesen Spalt wird
erreicht, daE die Rohrleitung
und die Kammer der Stirnwand vollkommen
leerlaufen können, wenn in die Rohrleitung kein Wasser nachströmt. Dabei kann der
Durchflußspalt V-förmig ausgebildet sein und sich von unten nach oben erweitern,
wobei das V vorteilhafterweise unten nicht spitz zuläuft, sondern mit einem horizontalen
unteren Abschnitt endet und daher einer U-Form angenähert ist.
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Insbesondere bei größeren Stirnwänden hat es sich gezeigt, daß es
zweckmäßig sein kann, diese zweiteilig auszubilden, wobei dann bevorzugt zwischen
der Kammer einerseits und dem restlichen Teil der Stirnwand andererseits eine Teilungsfuge
vorgesehen ist, die bevorzugt mit einem Absatz versehen ist, um die beiden Teile
der Stirnwand bei der Montage in einfacher und dennoch sicherer Weise zusammenfügen
zu können. Hierfür kann die der Rohrleitung zugekehrte Durchgangs öffnung der Kammer
an ihrem äußeren unteren Randabschnitt eine dem ersten Führungsbauteil angepaßte
Aufnehmung aufweisen, deren Höhe mindestens so groß ist, wie die Wandstärke an der
Unterseite des ersten Führungsbauteils, so daß das erste Führungsbauteil bzw. die
Rohrleitung an ihrer Innenseite ohne Absatz in die Kammer der Stirnwand übergeht
und es weder zu einem Rückstau noch zu einem Gefälle kommt, welches die Geschwindigkeit
lediglich noch vergrößern würde.
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Die Erfindung und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind nachstehend
an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert.
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Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Stirnwand
nach der Schnittlinie I-I der Figur 3, Fig. 2 einen Schnitt nach der Schnittlinie
11-11 der Figur 1 und Fig. 3 eine Vorderansicht der Stirnwand in Richtung des Pfeiles
III der Figur 1.
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Die Zeichnung zeigt eine im ganzen mit 1 bezeichnete Stirnwand in
der Ausbildung als Betonfertigteil für einen Durchlaß eines Wasserlaufes unter einem
Uberweg.
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Die Stirnwand 1 weist eine Durchlaßöffnung 2 auf. Der Durchlaßöffnung
2 ist an der Rückseite 3 der Stirnwand 1 ein rohrförmiges erstes Führungsbauteil
4 für den Wasserlauf in der Ausbildung als Betonrohrvorgeordnet.
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Der Vorderseite 6 der Stirnwand 1 ist ein zweites Führungsbauteil
7 nachgeordnet. Das zweite Führungsbauteil 7 ist in der Art einer Kaskadenschale
ausgebildet und geht seinerseits ip eine weitere Kaskadenschale 7' über.
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An der Vorderseite 6 der Stirnwand 1 ist beiderseits der Durchlaßöffnung
2 jeweils ein sich im wesentlichen senkrecht zu der Vorderseite 6 erstreckender
flossenartiger Ansatz 8 bzw. 9 vorgesehen. Die Ansätze 8, 9 erstrecken sich von
der Oberseite 11 der Stirnwand 1 über einen Abschnitt des Bereiches zwischen der
Oberseite 11 und ihrer Unterseite 12. Die Unterseiten 16, 17 der Ansätze 8, 9 sind'ihm
wesentlichen horizontal ausgebildet und enden im Abstand zur Unterseite 12 der Stirnwand
1. Die Ansätze 8, 9 wirken mit Wangen 13, 14 eines zweiten Führungsbauteils 7 zusammen,
wie aus den Figuren 1 und 3 erkennbar ist. Der unterhalb
der Ansätze
8, 9 liegende Abschnitt 18 der Vorderwand 6 ist zur Rückseite 3 der Stirnwand 1hin
abgeschrägt ausgebildet.
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Jeweils in Richtung auf ihren freien Endabschnitt hin sind die Ansätze
8, 9 verjüngt, wobei die einander zugekehrten Innenseiten 19 bzw. 21 parallel zur
Längsachse 22 der Durchlaßöffnung 2 bzw. des ersten Führungsbauteils 4, d.h. also
der Rohrleitung verlaufen. Die Außenseiten 23 bzw. 24 verlaufen in Richtung auf
den jeweiligen freien Endabschnitt der Ansätze 8, 9 auf die Achse 22 zulaufend.
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Die mit der Oberseite 11 der Stirnwand 1 bündigen Ansätze 8, 9 verlaufen
symmetrisch zur Längsachse 22 und verjüngen den zwischen ihnen befindlichen Zwischenraum
von oben nach unten, da die Stirnwand 1 an ihrer Vorderseite 6 eine im wesentlichen
trapezförmige Ausbildung hat, wobei die geraden Seiten des Trapezes die Ober- bzw.
Unterseite 11 bzw. 12 des Trapezes bilden und horizontal verlaufen. Dabei liegt
die große Seite des Trapezes oben und bildet die Oberkante bzw. Oberseite 11 der
Stirnwand 1.
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Selbst bei größerer Böschungsneigung überlappen sich die Ansätze 8,
9 mithin mit den Wangen 13, 14, wobei ein Abkippen des zweiten Führungsbauteils
7 bzw. der diesem nachgeordneten Kaskadenschalen 7' gegenüber der Stirnwand 1 ohne
weiteres möglich ist, da der Abschnitt 18 der Vorderseite 6 der Stirnwand zur Rückseite
3 der Stirnwand hin abgeschrägt ist.
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An der Rückseite 3 der Stirnwand 1 ist eine Kammer 31 vorgesehen,
deren Breite B wesentlich größer ist als die Durchflußbreite D des vorgeordneten
ersten Führungsbauteils' 4. Die Kammer 31 ist an ihrem Umfang völlig geschlossen
und weist an ihren beiden quer zur Fließrichtung 32 liegenden Stirnseiten 33 und
34 eine Durchgangsöffnung auf. Die Querschnittsfläche der dem ersten Führungsbauteil
4 zugekehrten ersten Durchgangsöffnung 36 der Kammer 31 ist etwa so groß wie der
freie Durchflußquerschnitt des ersten Führungsbauteils 4. Die Höhe H der Kammer
31 ist größer als die Höhe D des ersten Führungsbauteils 4 und nimmt in Richtung
des Pfeiles 32 zu, da der lichte Querschnitt der Kammer 31 in Fließrichtung 32 konisch
erweitert ausgebildet ist (siehe Figur 1). Wie sich aus den Figuren 1 und 2 ergibt,
ist die Kammer 31 quaderförmig, so daß der der Rückseite 3 der Stirnwand 1 zugekehrte
lichte Querschnitt der Kammer 31 rechteckig ist.
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Der untere freie Durchflußquerschnitt an der Vorderseite 6 der Stirnwand
1 ist verengt ausgebildet. lIierfür sind im unteren Abschnitt der Durchlaßöffnung
2 der Stirnwand 1 in der Stirnwand ebene verlaufende Ansätze 37 und 38 vorgesehen,
zwischen denen sich ein sich bis zum Kammerboden 39 hinunter erstreckender Durchflußspalt
41 erstreckt. Der Durchflußspalt 41 ist V-förmig mit einem horizontalen unteren
Abschnitt 42 und erweitert sich von unten nach oben.
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Gemäß einer in Figur 1 mit gestrichelten Linien 43 angedeuteten Ausgestaltung
kann die Stirnwand 1 insbesondere
dann, wenn es sich um ein größeres
Bauteil handelt, auch zweiteilig ausgebildet sein, wobei dann zwischen der Kammer
31 und dem restlichen Teil 44 der Stirnwand 1 eine Teilungsfuge 46 vorgesehen ist,
die einen Absatz aufweist, so daß die beiden Teile 31, 44 dann in der gezeichneten
Weise zusammengefügt werden können (siehe Figur 1). In jedem Fall ist am unteren
Abschnitt der Stirnwand 1 und an dem der Stirnwand 1 zugekehrten unteren Abschnitt
des zweiten Führungsbauteils 7 eine Betondichtung 47 vorgesehen, welche bei der
Montage in einfachster Weise durch Anschaufeln von Beton hergestellt werden kann
und die beiden Teile 31, 7 dabei gleichzeitig verankert.
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Das rohrförmige erste Führungsbauteil 4 liegt in einer Ausnehmung
27, welche an der dem ersten Führungsbauteil 4 zugekehrten Durchgangs öffnung der
Kammer 31 am unteren Randabschnitt vorgesehen ist, wobei die Höhe h der Ausnehmung
27 geringfügig größer ist als die Wandstärke d des rohrförmigen ersten Führungsbauteils
4. Hierdurch wird erreicht, daß ein bündiger Übergang zwischen dem ersten Führungsbauteil
4 und der Kammer 31 vorliegt, so daß es weder zu einem Rückstau noch zu einer Gefällestufe
kommt. Die Abdichtung des ersten Führungsbauteils 4 gegenüber dem Kammerabschnitt
31 der Stirnwand 1 erfolgt mit einer Dichtung 48.
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Ist die Rohrleitung beispielsweise etwa zu 80 % gefüllt, wie dieses
durch die Linie 49 angedeutet ist, so verteilt sich das Wasser beim Einströmen in
die Kammer beispielsweise auf eine Höhe, deren Spiegel mit 51 angedeutet ist, wobei
der Übergang 52 in Figur 1 lediglich schematisch
mit der Linie
52 angedeutet ist, die je nach den gegebenen Geschwindigkeitsverhältnissen steiler
oder flacher sein kann.. Dabei kommt es zu einer erueblichen Verlangsamung des Wassers
in fer Kammer 31.
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Das Wasser wird an den Ansätzen 37 und 38 rückgestaut, so daß sich
ein Wasserpolster 53 innerhalb der Kammer ergibt, wobei das Wasser die Öffnung über
den Ansätzen 37, 38 in voller Breite überströmt. Aufgrund der geschal fenen Verhältnisse
sind die Übergangsbedingungen von der Stirnwand 1 zu dem zweiten Führungsbauteil
7 etwa die gleichen wie zwischen dem zweiten Führungsbauteil 7 und der diesem nachgeordneten
Kaskadenschale 7', so da. es nicht zu einem Überschieen des Wassers über die Kaskadenschale
7 kommt, da die Eingangsbedingungen in die Kaskadenschale 7 etwa die gleichen sind,
wie bei jeder nachgeordneten Kaskadenschale 7'. Aufgrund der Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit
und der Verteilung der Bewegungsenergie sowie bereits beginnender Vernichtung von
nergie ist mithin eine Stirnwand geschaffen, welche selbst bei ungünstigsten Verhältnissen
einen sicheren Betrieb gewahrt, d.h.
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selbst bei extrem grober Wasserzulaufmenge einen schadlosen Übergang
von der im wesentlichen horizontalen FlieArichtung in das vorgegebene Sturzgefälle
der Kaskade sicherstellt. Die Stirnwand eignet sich darüber hinaus selbst bei größeren
Baueinheiten, wobei sie dann, wie oben bbschrieben, bevorzugt zweiteilig ausgebildet
werden kann, und wobei der weitere Vorteil besteht, da3 in derartigen Fällen ein
anm.er teil 31 mit mehreren Teilen 44 unterschiedlicher GröQe zusammen verwendet
werden kann, je nach dem wie die örtlichen bzw. baulichen Gegebenheiten dieses erfordern.