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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Schleusentore. Insbesondere
betrifft sie ein aus einer flexiblen Membran hergestelltes Schleusentor für die Verwendung
in einem Hafen, Kanal oder in einer Flussmündung.
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Schleusentore
werden in einer Anzahl von Staubecken, Yachthäfen und Kanälen verwendet, um Schiffe vor
den nachteiligen Effekten von Tide, Wind und Wellen zu beschützen. Gleichsam
werden solche Tore in Schleusenanlagen verwendet, um Schiffen eine
Auf- und Abbewegung von einem Wasserniveau zu einem anderen innerhalb
eines Kanals zu erlauben.
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Ein
weiteres Gebiet in welchem Schleusentore verwendet werden ist die
Konstruktion von Hochwasserschutzsperren. Üblicherweise ist eine Anzahl von
Schleusentoren quer zu einer Flussmündung verteilt vorgesehen,
welche eingesetzt werden, wenn die Tide eine solche Höhe erreicht,
dass eine signifikante Gefahr der Überflutung umgebender Gebiete besteht.
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Um
den notwendigen Schutz zu bieten, macht die Realiserung existierender
Entwürfe
für Hochwasserschutzsperren
erhebliche bauingenieurliche Arbeiten notwendig, die den Aufbau
von Beton-Senkkästen
beinhalten. Ein gutes Beispiel für eine
solche Hochwasserschutzsperre ist das Themse-Sperrwerk. Solche Bauwerke
sind daher extrem teuer und ihr Aufbau kann ernsthaft die Lebensräume im Wasser
beheimateter Lebensformen und die umgebende Umwelt stören.
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Der
Stand der Technik zeigt Stemmtore, Sektorschütze, Segmentwehre und Klappschütz-Schleusentore,
die für
die vorgenannten Zweck verwendet werden. Diese umfassen alle Stahlkern-Strukturen mit
verschiedenen Mitteln zur Schaffung der notwendigen wasserdichten
Abdichtung. Jedoch neigen diese Konstruktionen aus verschiedenen
Gründen
zur Leckbildung.
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Allein
in Großbritannien
zeigen 73 % der Stemmtore verwendenden Häfen ein erhebliches Niveau
von Leckbildungen. Solche Lecks kosten Zeit und die damit einhergehenden
Wasserverluste können
die Häfen
unattraktiv und letztlich unbenutzbar machen. Ersatztore verursachen
Kosten in einem Bereich von £ 800.000
und haben eine Lebensdauer von ungefähr 30 bis 50 Jahren. Jedoch
benötigen Stemmtore
in Abständen
von 10 bis 15 Jahren größere Wartungsarbeiten,
die typischerweise Kosten in Höhe
von £ 200.000
verursachen.
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Zusätzlich reduzieren
die Effekte der globalen Erwärmung
die Effizienz von Stemmtoren durch einen Anstieg der zugehörigen Wasserspiegel.
Diese Schleusentore hängen
von dem hydraulischen Druck ab, welcher aus dem Unterschied der
Wasserspiegel an der oberen und unteren Seite des Stemmtores resultiert.
Solch erhöhte
Wasserspiegel reduzieren diese Differenz und somit die Effizienz
der Schleusentore.
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Ein
zweiter Nachteil der Bauart solcher Schleusentore ist, dass Harthölzer zur
Schaffung der notwendigen wasserdichten Abdichtungen verwendet werden.
Diese Hölzer
sind bedingt durch ihr begrenztes Angebot teuer, so dass eine umweltfreundlichere
Lösung
wünschenswert
wäre.
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Zur
Zeit sind Sektorschütze
die bevorzugte Alternative für
das Ersetzen von Stemmtoren. Obwohl die Schütze selbst eine wirtschaftliche
Alternative zu den Stemmtoren bieten, machen sie erhebliche bauingenieurliche
Arbeiten notwendig, um die notwendigen Sektorschützausnehmungen zu schaffen. Solche
Bauarbeiten sind sowohl zeitraubend als auch teuer und verursachen
Kosten in Höhe
von mehreren Millionen Britischer Pfund.
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Eine
verlagerbare Dammmauer mit variabler Höhe wird in dem deutschen Patent
Nr. 718164 beschrieben. Die Dammmauer umfasst eine flexible Membran,
mit welcher Stützketten
und ausziehbare Stützstreben
verbunden sind. In der Anwendung der mittels der Tragketten am Flussufer
befestigten Dammmauer werden die ausziehbaren Streben auf die notwendige
Höhe ausgezogen.
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US-Patent
Nr. 2,593,969 beschreibt ein Schleusentor, das seitlich Abdichtungen
beinhaltet, und versucht so die Effekte der Leckbildung an dem Übergang
zwischen dem Tor und den Flussufern zu mildern.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein flexibles Schleusentor für das Stauen
von Wasser in einem Hafen, Kanal oder einer Flussmündung zu
schaffen, das wirtschaftlich zu bauen und zu erhalten ist und falls
notwendig steuerbare Mittel für
das Betätigen des
Tores vorsieht.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine flexible Hochwasserschutzsperre
zu schaffen, umfassend ein oder mehrere Schleusentore, die kontrolliert
eingesetzt werden können,
wenn die Tide derart ansteigt, dass eine erhebliche Gefahr der Überflutung
der Umgebung gegeben ist.
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Gemäß der Erfindung
wird ein flexibles Schleusentor zum Stauen von Wasser in einem Hafen,
einem Kanal oder einer Flussmündung
geschaffen, umfassend eine flexible Membran mit einer ersten und
einer zweiten Oberfläche;
einen Torbetätigungsmechanismus,
der das bewegliche Schleusentor zwischen einer geschlossenen und
einer offenen Position bewegt; eine auf jeder Seite der flexiblen Membran
befindliche Ausnehmung und eine mit jeder Ausnehmung assoziierte
Seitendichtung,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Seitendichtungen
so angeordnet sind, dass, wenn das flexible Schleusentor in der
geschlossenen Position ist, der mit dem gestauten Wasser assoziierte
hydraulische Druck gegen die erste Oberfläche der flexiblen Membran wirkt,
um die zweite Oberfläche der
flexiblen Membran gegen die Seitendichtungen zu halten, wodurch
die erforderliche wasserdichte Abdichtung entlang den Seiten des
flexiblen Schleusentors gebildet wird.
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Vorzugsweise
umfasst das flexible Schleusentor ferner eine Mehrzahl von Tragleinen.
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Vorzugsweise
sind die Tragleinen ausgewählt
aus der Gruppe umfassend Tau, Ketten, Seil, Bänder oder anderes geeignetes
Material, das/die die erforderliche Zugfestigkeit bereitstellen
kann/können.
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Vorzugsweise
umfasst die flexible Membran Nylon. Alternativ umfasst die flexible
Membran Polyester, obwohl jedes andere undurchlässige flexible Material verwendet
werden kann.
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Wahlweise
umfasst der Torbetätigungsmechanismus
ein mechanisches Rollenzugsystem.
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Alternativ
umfasst der Torbetätigungsmechanismus
eine auflblasbare Kammer, welche mit der flexiblen Membran und einer
Druckgasregelvorrichtung verbunden ist.
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Vorzugsweise
umfasst das Schleusentor weiter eine Mehrzahl von Einstellmitteln,
wobei die Einstellmittel die Tragleinen und das mechanische Rollenzugsystem
verbinden.
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Besonders
bevorzugt sind die Tragleinen in einer im Wesentlichen vertikalen
Ebene mit dem mechanischen Rollenzugsystem verbunden, so dass sich
flexible Schleusentor aus der geschlossenen Position in die offene
Position bewegt, wenn das mechanische Rollenzugsystem die Tragleinen
innerhalb der genannten im Wesentlichen vertikalen Ebene abwärts bewegt.
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Vorzugsweise
umfasst das Einstellmittel eine Spannschlosseinstellschraube, so
dass die Spannschlosseinstellschraube das Variieren der Spannung in
den Tragleinen zulässt.
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Vorzugsweise
ist das mechanische Rollenzugsystem in den auf jeder Seite der flexiblen
Membran befindlichen Ausnehmung untergebracht.
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Vorzugsweise
umfasst das flexible Schleusentor ferner einen mit dem Kanal-Hafen- oder Flussmündungsbett
assoziierten Absatz, eine darauf befindliche untere Dichtung, ein
Haltemittel, eine Klemme und ein Befestigungsmittel, wobei das Haltemittel,
die Klemme und das Befestigungsmittel zum Befestigen des unteren
Rands der flexiblen Membran dienen.
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Besonders
bevorzugt dient der mit dem gestauten Wasser assoziierte hydraulische
Druck dazu, die flexible Membran gegen die untere Dichtung zu halten,
um eine wasserdichte Abdichtung an der Unterseite des flexiblen
Schleusentors herzustellen.
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Vorzugsweise
umfasst das mechanische Rollenzugsystem zwei oder mehr Tragrahmen,
eine Kette und eine Mehrzahl von Rillenscheiben, wobei die Kette
und die Rillenscheiben so angeordnet sind, dass die Kette wenigstens
zwei im Wesentlichen vertikale Abschnitte bereitstellt, so dass
die Abschnitte der Kette die in diese vertikalen Abschnitte fallen, sich
mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen.
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Vorzugsweise
umfasst der Tragrahmen einen vertikalen Pfosten und eine Mehrzahl
von Rollen, so dass die Rollen sich an der Länge des vertikalen Pfostens
entlang frei bewegen können.
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Vorzugsweise
umfasst der Tragrahmen ferner ein oder mehrere Spannseile und eine
oder mehrerer Pfahlgründungen,
so dass die Abspannseile die Pfahlgründungen mit dem vertikalen
Pfosten verbindet.
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Vorzugsweise
sind die Kette und die einstellbaren Spannschlossschrauben mit den
Rollen verbunden.
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Vorzugsweise
ist das mechanische Rollenzugsystem von einem elektrischen Motor
angetrieben.
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Vorzugsweise
umfasst das Torbetätigungssystem
ferner eine Boje und ein Bojenverankerungsmittel, die mit jeder
Seite der flexiblen Membran assoziiert sind.
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Vorzugsweise
ist die flexible Membran über eine
von Mehrzahl von Ösenverbindern
mit dem Bojenverankerungsmittel verbunden.
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Vorzugsweise
umfasst das flexible Schleusentor ferner ein Haltemittel, eine Klemme
und ein Befestigungsmittel, wobei das Haltemittel, die Klemme und
das Befestigungsmittel den unteren Rand der flexiblen Membran befestigen.
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Besonders
bevorzugt dient die Druckgasregelvorrichtung zum Aufblasen und Entleeren
der aufblasbaren Kammer mit einem Gas, wodurch sie bewirkt, dass
sich das flexible Schleusentor jeweils zwischen der geschlossenen
und der offenen Position bewegt.
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Vorzugsweise
ist das Gas ausgewählt
aus einer Gruppe bestehend aus Luft, Sauerstoff, Stickstoff und
Kohlendioxid.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
Erfindung beispielhaft und unter Bezugnahme auf die anliegenden
Figuren beschrieben.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines flexiblen Schleusentores in Übereinstimmung mit
einem Aspekt der Erfindung;
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2 zeigt
eine Draufsicht auf den Tragrahmen und das Fundament des flexiblen
Schleusentores aus 1;
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3 zeigt
eine Seitenansicht der Abdichtung für die untere Seite des flexiblen
Schleusentores aus 1;
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4 zeigt
eine schematische Darstellung eines Rollenzugmechanismus zur Betätigung des
flexiblen Schleusentores aus 1; und
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5 zeigt:
- (a) eine
Seitenansicht eines alternativen flexiblen Schleusentors bei gleichem
Wasserniveau;
- (b) eine Seitenansicht des alternativen flexiblen Schleusentores
mit einem dem Hochwasser entsprechenden Wasserspiegel; und
- (c) eine perspektivische Ansicht einer Hochwasserschutzsperre
umfassend zwei alternative flexible Schleusentore,
welche
nicht von der beanspruchten Erfindung abgedeckt wird.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines flexiblen Schleusentores 1 innerhalb
eines ein Schiff 3 enthaltenden Kanalsystems 2.
Erkennbar umfasst das flexible Schleusentor 1 eine entweder aus
Nylon oder Polyester hergestellte flexible Membran 4, eine
Mehrzahl von Tragleinen 5, zwei Tragrahmen 6,
welche jeweils innerhalb einer Tragrahmenausnehmung 7 aufgenommen
sind, und je zwei mit jedem Tragrahmen 6 verbundene Pfahlgründungen 8.
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Weitere
Details des Tragrahmens 6 und der Tragrahmenausnehmung 7 sind
in 2 gezeigt. Der Tragrahmen 7 umfasst eine
an der Niedrigwasserseite des flexiblen Schleusentors 1 angeordnete Neoprenabdichtung 9.
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Der
Tragrahmen 6 umfasst einen vertikalen Pfosten 10,
eine Mehrzahl von an dem vertikalen Pfosten 10 befestigten
Rollen 11, zwei Abspannseile 12 und eine Mehrzahl
von Spannschlosseinstellschrauben 13. Das flexible Schleusentor 1 ist über die
Tragleinen 5 an den Tragrahmen 6 befestigt. Jeweils
eine Tragleine 5 ist an einem Ende mit einer Spannschlosseinstellschraube 13 verbunden.
Das gegenüberliegende
Ende der Spannschlosseinstellschraube ist danach mit einer Rolle 11 verbunden.
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Durch
Anziehen der Spannschlosseinstellschraube 13 wird Spannung
auf das flexible Schleusentor 1 übertragen. Der mit dem gestauten
Wasser verbundene hydraulische Druck verursacht ein Drücken der
flexiblen Membran 4 gegen die Neoprenabdichtung 9 und
erzeugt so die notwendige wasserdichte Abdichtung entlang der Seiten
des flexiblen Schleusentors 1.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann eine Stützstrebe
(nicht gezeigt) zwischen der Tragrahmenausnehmung 7 und
der flexiblen Membran 4 auf der dem gestauten Wasser zugewandten
Seite des flexiblen Schleusentores 1 eingesetzt werden. Das
Zufügen
einer solchen Stützstrebe
verbessert die Effizienz der Neoprenabdichtung 9, insbesondere wenn
auf der Niedrigwasserseite des flexiblen Schleusentores 1 ein
erhöhter
Wasserspiegel vorliegt.
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3 zeigt
die Mittel zur Schaffung einer wasserdichten Abdichtung entlang
der Unterseite des flexiblen Schleusentores 1. Die untere
Seite der flexiblen Membran 4 ist mit einem Stützrohr 14 verbunden.
Das Stützrohr 14 wird
von einer Klemme 15 in seiner Position gehalten, welche
durch Befestigungspfähle 17 an
dem Kanalboden 16 festgelegt ist. Eine an einem auf dem
Kanalboden 16 gebauten Absatz 19 festgelegte weitere
Neoprenabdichtung 18 bietet die notwendige wasserdichte
Abdichtung auf ähnliche
Art wie oben beschrieben. Der mit dem gestauten Wasser verbundene
hydraulische Druck presst die flexible Membran 4 gegen
die Neoprenabdichtung 18 und bildet so die notwendige wasserdichte
Abdichtung entlang der Unterseite des flexiblen Schleusentors 1.
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Das
flexible Schleusentor 1 bewegt sich zwischen einer geschlossenen
und offenen Position durch Betätigung
eines in 4 schematisch gezeigten, von
einem Elektromotor angetriebenen Rollenzugsystems 20. Das
Rollenzugsystem 20 umfasst eine geschlossene Kette 21,
welche so mit sechs Zugrollen 22 zusammenwirkt, so dass
vier vertikale Abschnitte 23, 24, 25 und 26 und
zwei horizontale, sich oberhalb des Kanalbodens 16 kreuzende
Abschnitte 27 und 28 geschaffen werden. Die Ausrichtung
der vertikalen Abschnitte 23 und 24 ist so, dass sie
sich in die gleiche Richtung bewegen, entweder beide aufwärts oder
beide abwärts.
Entsprechend stehen die vertikalen Abschnitte 25 und 26 zueinander
in Bezug.
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Ein
Befestigen der Rollen entweder an den vertikalen Abschnitten 23 und 24 oder
an den vertikalen Abschnitten 25 und 26 der Kette 21 ermöglicht es, das
flexible Schleusentor 1 durch den Elektromotor gesteuert
in die gewünschte
geschlossene oder offene Position zu verbringen. Beim Bewegen des
flexiblen Schleusentores 1 in Richtung der offenen Position
wird das gestaute Wasser freigegeben, was einen Ausgleich der Wasserspiegel
auf beiden Seiten des flexiblen Schleusentores 1 erlaubt.
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5 zeigt eine alternative Ausführungsform
eines flexiblen Schleusentores 29. Insbesondere 5(a) zeigt eine Seitenansicht eines einzelnen flexiblen
Schleusentores 29 mit gleichen Wasserspiegeln auf beiden
Seiten des Schleusentors 29. 5(b) zeigt
eine Seitenansicht des einzelnen flexiblen Schleusentores 29 während einer
Flutsituation, so dass die Wasserspiegel auf beiden Seiten des Schleusentores 29 nicht
länger
gleich sind.
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Erkennbar
umfasst das flexible Schleusentor 29 eine flexible Membran 4,
eine Luftkammer 30, an beiden Seiten der flexiblen Membran 4 vorgesehene Bojen 31 und
zu jeder Boje 31 ein zugehöriges Ankerkabel 32.
Die flexible Membran 4 ist an jedem Ende mittels einer
Vielzahl von Ösen 33 mit
einem Ankerkabel 32 verbunden.
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In
dieser speziellen Ausgestaltung hängt die Funktion des flexiblen
Schleusentores 29 davon ab, dass die obere Kante schwimmfähig ist
und deshalb die flexible Membran 4 straffzieht. Zum Verwenden des
flexiblen Schleusentores 29 wird Luft in die Luftkammer 30 gepumpt,
um einen positiven Auftrieb des Tors 29 zu erzeugen. Gleichsam
wird, um das flexible Schleusentor 29 still zu setzen,
die unter Druck stehende Luft aus der Luftkammer 30 abgelassen,
um der Struktur ein Absinken zum Grund zu ermöglichen.
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Während eines
Ansteigens des äußeren Wasserspiegels
führen
die unterschiedlichen hydrostatischen Kräfte zu einem Lehnen der flexiblen Membran 4 hin
zur Küstenlinie,
wie in 5(b) gezeigt. Da sich jedoch
die Länge
der flexiblen Membran 4 nicht wesentlich ändert, wird
die schwimmende Luftkammer 30 nach unten gezogen. Diese
nach unten gerichtet Bewegung erhöht die nach oben gerichtete
Kraft und führt
so zu einem Zurückziehen
der flexiblen Membran 4 aus ihrer lehnenden Position. Ein Gleichgewicht
zwischen dem Überstand
des Wassers und dem erhöhten
Auftrieb stellt sich ein, wodurch Stabilität des flexiblen Schleusentors 29 geschaffen
wird.
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Das
flexible Schleusentor 29 ist insbesondere dazu geeignet,
beim Angehen gegen eine mögliche Überflutung
von Küstengebieten
zu helfen. Durch das Anordnen von zwei oder mehr flexiblen Schleusentoren 29 Seite
an Seite kann eine flexible Hochwasserschutzsperre 34 konstruiert
werden, wie in einer perspektivischen Ansicht in 5(c) gezeigt.
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Es
ist nicht beabsichtigt, dass die flexible Hochwasserschutzsperre 34 wasserdicht
ist, da es Leckbildung zwischen einzelnen flexiblen Schleusentoren 29 geben
wird. Jedoch ist die Wirkung solcher Leckbildung von geringerer
Bedeutung, da das Wasserniveau der Tide zeitabhängig ist und daher mit Eintreten
der Ebbe abnimmt.
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Obwohl
sich die flexible Hochwasserschutzsperre 34 zu jeder Zeit
an ihrer Position befindet, ist ihre Position während normaler Tidebedingungen
nur durch das Vorhandensein der am Flussbett verankerten Bojen 31 ersichtlich.
Da die flexiblen Membranen 4 mit zugehörigen Ankerkabeln verbunden
sind, kann die Position jedes einzelnen flexiblen Schleusentores 1 unabhängig gesteuert
werden. Die flexiblen Membranen können alle, wenn sie nicht gebraucht
werden, zu ihrer jeweiligen Ablageposition auf dem Flussbett bewegt
werden.
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Das
Vorhandensein der schwimmenden Luftkammern 30 innerhalb
der flexiblen Hochwasserschutzbarriere 34 bildet einen
weiteren Vorteil eines solchen Systems, da die flexible Konstruktion
eine energieabsorbierende, körperliche
Barriere für
Wellen und schwimmende Ablagerungen bildet.
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Ein
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist der Vorteil, dass ein
flexibles Schleusentor für
die Verwendung in einem Hafen, Kanal oder einer Flussmündung geschaffen
wird, das sowohl wirtschaftlich im Aufbauen und Errichten ist als
auch eine wasserdichte Sperre bildet. Durch das Einsetzen einer
nicht biologisch abbaubaren flexiblen Membran ist die Notwendigkeit
folgender Wartungen reduziert, während
die insgesamte Lebensdauer des Tores im Vergleich zu den im Stand
der Technik beschriebenen erhöht
ist.
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Das
flexible Schleusentor hat den weiteren Vorteil, dass es leicht und
kompakt und somit einfach über
lange Distanzen zu transportieren ist, und somit einfacher in schlecht
erreichbaren Gegenden eingesetzt werden kann.
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Noch
ein weiterer Vorteil des flexiblen Schleusentores ist, dass es für den Aufbau
nicht die gleichen Ingenieurkenntnisse notwendig macht wie die anderen
Schleusentorkonstruktionen, die vom Stand der Technik beschrieben
werden. Dadurch reduziert das flexible Schleusentor die in Häfen, Kanälen und
Flussmündungen
erzeugten Unterbrechungen während
des erstmaligen Aufbaus und der Wartungsarbeiten.
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Das
Einsetzen eines oder mehrerer flexibler Schleusentore 29 zur
Erschaffung einer flexiblen Hochwasserschutzsperre 34 hat
mehrere Vorteile gegenüber
exisistierenden Hochwasserschutzsperrsystemen. Dieses System beseitigt
die Notwendigkeit von beachtlichen bauingenieurlichen Tätigkeiten und
die Installation von Beton-Senkkästen.
Die flexible Hochwasserschutzsperre 34 ist daher signifikant
kostengünstiger
und hat geringeren Einfluss auf die Umwelt als die existierenden
Systeme.
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Wenn
Sie nicht verwendet werden, können die
flexiblen Membranen der flexiblen Schleusentore in der offenen Position
so abgelegt werden, dass sie sich auf dem Flussbett befinden. Somit
verschaffen sie unbeschränkten
Zugang für
Schiffe.
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Die
vorstehende Beschreibung der Erfindung dient dem Zweck der Verdeutlichung
und Beschreibung und soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung
auf die genau beschriebene Form beschränken. Die beschriebenen Ausführungsformen wurden
ausgewählt,
um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung bestmöglich zu
erklären
und somit dem Fachmann ein Verwenden der Erfindung in verschiedenen
Ausführungsformen
und mit verschiedenen Modifikationen, die dem jeweils betrachteten
Zweck angepasst sind, zu ermöglichen. Daher
können
weitere Veränderungen
oder Verbesserungen vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der
Erfindung, wie er durch die anliegenden Patentansprüche beschrieben
wird, zu verlassen.