EP1892343B1 - Verfahren zur Steuerung eines vertikal verfahrbaren Pumpwerkes zum Hochwasserschutz in der Kanalisation - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Ausbildung eines vertikal verfahrbaren Hochwasserpumpwerkes innerhalb eines Entlastungsbauwerkes der Kanalisation in Fließrichtung gesehen oberhalb einer dem jeweiligen Hochwasserstand nachsteuerbaren oder auch mobil eingesetzten, die maximale Hochwassermarke aktivierbaren Entlastungssteuerungsanlage. Hochwasserpumpwerke sind zumeist im Entlastungsbauwerk integriert und haben die Aufgabe das Stauziel im Kanal überschreitende Zulaufwassermengen aus Misch- bzw. Regenwasserkanälen im vorflutseitigen Hochwasserfall über die kritische Hochwassermarke des Vorfluters zu heben, um eine Überflutung im Entwässerungsgebiet der Kanalisation zu verhindern. Diese Vorgehensweise bedingt, dass in den Entlastungsbauwerken in Fließrichtung unterhalb des Hochwasserpumpwerkes spezielle Entlastungssteuerungsanlagen wie steuerbare Wehre z.B. ( EP 0589079 ; DE 2552516 ); steuerbare Schieber z.B. ( EP 0918113 ) oder feste Dämmverschlüsse z.B. ( EP 0163292 ) anzuordnen sind, die funktional gesehen bei allen das kanalseitige maximale Stauziel unterschreitenden Vorflutwasserständen geöffnet sein müssen, damit diese Wassermengen ohne Pumpen abgeleitet werden können. Überschreiten die Vorflutwasserstände das kanalseitige Stauziel, dann besteht eine Rückstaugefährdung des kanalseitigen Entwässerungsgebietes und ein entsprechender Hochwasserschutz muss z.B. durch Nachsteuerung einer Wehranlage, Verschließen der Schieber oder kurzfristigen Einbau von Dämmverschlüssen in Anlehnung bzw. Anwendung z.B. obiger Patente verhindert werden; erst danach müssen die Hochwasserpumpwerke die das Stauziel überschreitenden Wassermengen in den hochwasserführenden Vorfluter überpumpen.
• Hochwasserpumpwerke in Kombination mit den zugehörigen Entlastungsanlagen und Zuleitungen bedingen sehr hohe Investitions- und Folgekosten und verursachen sehr oft einen hohen Flächenverbrauch der in städtischen Ballungsgebieten oft nicht zur Verfügung steht.
• Aus US 5,487,621 ist eine in großer Bodentiefe angeordnete Wasserabführanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben der Anlage bekannt.
• US 4,225,434 offenbart ein Regenüberlaufbecken, insbesondere für Mischkanalisationsnetze mit einem Regenüberlaufbauwerk, dessen an einen Entlastungskanal angeschlossener Regenüberlauf eine von einem Schwimmer in Abhängigkeit vom Wasserstand im Überlaufbauwerk gesteuerte, oben gelagerte Wehrklappe aufweist.
• Ferner zeigt DE 3022997 A1 ein Regenüberlauf-Bauwerk für eine Mischkanalisation, bei welcher eine Wehrklappe, die schwenkbar über einer Überlaufschwelle angeordnet ist, über ein Hebelsystem von einem zuflussseitig angeordneten Schwimmer gesteuert wird.
• US 2,739,662 offenbart eine Rückstauklappe für Abwasserrohre.
• Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht den Flächenbedarf für diese Kombinationsbauwerke aus Hochwasserpumpwerk und Entlastungsbauwerk zu reduzieren und damit gleichzeitig die Investitions- und Folgekosten zu senken. Dies geschieht insbesondere dadurch, dass das Hochwasserpumpwerk aus einer mittels beidseitiger Hydraulikzylinder verfahrbaren, zwangsgeführten Hubbühne und darauf montierten Hochwasserpumpanlagen mit den zugehörigen Druckrohrleitungen und Formstücken besteht, die je nach Bedarf insgesamt abgesenkt bzw. angehoben werden kann, wobei die anfallenden Pumpwassermengen im Hochwasserfall bei abgesenktem Zustand über die jeweilige Entlastungssteuerungsanlage in den Vorfluter gepumpt werden. Erfindungsgemäß wird die beidseitige Zwangsführung der Hubbühne bauseitig durch den Einbau von speziell gekanteten Führungsprofilen in den Außenwänden des Entlastungsbauwerkes gewährleistet, in denen ein erfindungsgemäß ausgebildetes beidseitiges Widerlager mit entsprechenden Führungsschlitzen zur Aufnahme der Zwangsbleche befestigt ist, die die kritischen Drehmomente aus den exzentrischen Gewichten der Hubbühne und den Hochwasserpumpanlagen, die durch die Zwangsführungswülste der Hubbühne übertragen werden, ausgleicht. Liegt kein Hochwasserfall vor, wird das Hochwasserpumpwerk bis zur Ruhelage entsprechend der Unterkante der Hubbühne mittels der Hydraulikzylinder angehoben und in dieser Stellung absenksicher verriegelt, so dass ein freier Auslauf des ankommenden Wassers über die Wehrkante entsprechende Oberkante der vollständig abgesenkten Entlastungssteuerungsanlage ermöglicht werden kann. Wesentlicher Bestandteil der Erfindung ist demnach eine drehmomentneutrale Ausbildung des steuerbaren Hochwasserpumpwerkes, bestehend aus der fachwerkartigen Konstruktion der Hubbühne mit den dort notwendiger Weise benötigten, zur Drehachse der Hubbühne versetzt angeordneten Hochwasserpumpanlagen und auskragenden Druckrohrleitungen.
• Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung an einem Beispiel der beiliegenden Zeichnungen, die alle automatisiert aus dem 3D Model der Abbildung 1 entwickelt wurden, näher erläutert, wobei
• Abbildung 1 eine 3D Darstellung des gesamten Entlastungsbauwerkes [8] zeigt, in der die erfindungsgemäße Anordnung und äußere Ausbildung zwischen dem Hochwasserpumpwerk [15] und der Entlastungssteuerungsanlage [9] aufgezeigt wird. Im Einzelnen erkennt man die auskragenden Außenwände [1] des Entlastungsbauwerkes [8], in dem das Führungsprofil [11] mit den zugehörigen Widerlagern [30] zu erkennen ist und weiterhin wie der Zwangsführungswulst [33], der an der Seitenwand [26] der Hubbühne [17] angeformt ist in den Zwischenbereich der beiden Widerlager [30] hineinreicht, wodurch letztendlich die Zwangsführung in Fließrichtung [10] gewährleistet werden kann. Durch die 3D Darstellung ergibt sich die Möglichkeit von Außen in die Hubbühne [17] hineinzuschauen, wodurch die fachwerkartige Konstruktion der Hubbühne [17] und der dahinter sichtbaren Hochwasserpumpanlagen [14] mit den über die Entlastungssteuerungsanlage [9] in Fließrichtung [10] hinauskragenden Druckrohrleitungen [6] dokumentiert wird. Die Zugangsebene [31] ist ebenso ersichtlich und kann auch als Betriebsebene für spätere Wartungsaufgaben genutzt werden.
• Abbildung 2 ist eine transformierte 3D Darstellung von Abbildung 1 ohne Außenwände [1] des Entlastungsbauwerkes [8], wobei weitere erfindungstechnisch konstruktive Merkmale verdeutlicht werden. Die Hubbühne [17] ist hierbei mit den installierten Hochwasserpumpanlagen [14] bis zur Pumpkote [22] abgesenkt und die nachsteuerbare Entlastungssteuerungsanlage [9] (hier: DE2552516 ) ist mit ihrer Oberkante [21] auch als Wehroberkante zu bezeichnen, bis über die vorgegebene Hochwassermarke [13] des Vorfluters [29] hochgefahren, um den Hochwasserschutz der Kanalisation [19] bei diesem Szenario aufzuzeigen. Wird durch die zulaufenden Wassermengen das Stauziel [27] der Kanalisation [19] überschritten, so muss verständlicherweise das Hochwasserpumpwerk [15] mit ihren installierten Hochwasserpumpanlagen [14] bei maximaler Absenkung auf die Pumpkote [22] durch ihre ausgesteuerte Pumpleistung für eine Sicherstellung bzw. Beibehaltung des kanalseitigen Stauzieles [27] sorgen.
• Abbildung 3 stellt den Schnitt "D-D" aus Abbildung 7 dar, aus dem in Fließrichtung [10] gesehen die Gesamtkonstruktion des Entlastungsbauwerkes [8] mit dem Hochwasserpumpwerk [15] und dem Entlastungsbauwerk [8] zu entnehmen ist. Die Außenwände [1] des Entlastungsbauwerkes [8] sind als gestrichelten Betonschnitt dargestellt und lassen die bauseitigen Aussparungen [2] zur Aufnahme der Führungsprofile [11] und des Entlastungsbauwerkes [8] erkennen. In dieser Darstellung sind insgesamt drei Hochwasserpumpanlagen [1-4] zur Verringerung des Drehmomentes aus dem Gesamtgewicht des Hochwasserpumpwerkes [15], bestehend aus der Hubbühne [17], der Hochwasserpumpanlagen [14] und der zugehörigen Druckrohrleitungen [6], die hier nicht dargestellt sind, beispielhaft zur Drehachse [5] versetzt eingebaut, um die planerische Herausforderung für eine effiziente Ausbildung herauszustellen.
• Abbildung 4 stellt den Schnitt "B-B" aus Abbildung 8 dar und hier erkennt man den U-förmigen Querschnitt der Außenwände [1] des Entlastungsbauwerkes [8] mit den beidseitigen Aussparungen [2] zur Aufnahme der Führungsprofile [11] mit den innenliegenden Hydraulikzylindern [18] und der oberseitigen Zylinderaufhängung [34] sowie den an der Schubstange [24] des Hydraulikzylinders [18] befestigten Schubstangenkopf [25], der wiederum den Tragebolzen [28] der Hubbühne [17] umfasst, damit eine vertikales Absenken bzw. Anheben ermöglicht werden kann. Die Hubbühne [17] ist in dieser Schnittversion bis auf die Pumpkote [22] innerhalb der Kanalisation [19], die auch gleichzeitig die Ansaugebene der Hochwasserpumpanlagen [14] darstellt, abgesenkt. Im oberen Bereich der Hubbühne [17] sind in Schnittdarstellung die zwei Druckrohrleitungen [6] zu erkennen, da die Hochwasserpumpanlagen [14] in dieser Abbildung hinter der Drehachse [5] gemäß Abbildung 3 liegen. Weiterhin sind die beidseitigen Widerlager [30] als Ansicht innerhalb des Führungsprofiles [11] zu erkennen.
• Abbildung 5 stellt den Schnitt "C-C" aus Abbildung 8 dar, wobei der Schnitt hier direkt durch die Achse der Hochwasserpumpanlagen [14] der Abbildung 4 verlaufen.
• Abbildung 6 stellt den Schnitt "A-A" aus Abbildung 8 dar, bei dem das Hochwasserpumpwerk [15] bestehend aus der Hubbühne [17] mit den installierten Hochwasserpumpanlagen [14] und den auskragenden Druckrohrleitungen [6] sich in Ruhelage [23] befindet und damit die Höhenkote bei oberster Stellung der Hubbühne [17] darstellt. In diesem Zustand wird erfindungsgemäß ein vollständiger Abfluss in Fließrichtung [10] der Kanalisation [19] zum Vorfluter [29] bei abgesenkter Entlastungssteuerungsanlage [9] und Zuflusswasserlagen unterhalb des Stauzieles [27] ermöglicht.
• Abbildung 7 stellt den Schnitt "A-A" aus Abbildung 8 dar, bei dem das Hochwasserpumpwerk [15] bestehend aus der Hubbühne [17] mit den installierten Hochwasserpumpanlagen [14] in Anlehnung an Abbildung 4 vollständig abgesenkt ist, wobei die Saugebene der Hochwasserpumpanlagen [14] identisch ist mit der Pumpkote [22]. In diesem Fall wird deutlich, dass erfindungsgemäß hier der Hochwasserfall vorliegt, bei dem die Oberkante [21] der Entlastungssteuerungsanlage [9] immer oberhalb der Hochwassermarke [13], oder aber einem darunterliegenden Hochwasserstand [16] nachgesteuert wurde, der wiederum über dem maximalen Stauziel [27] der Kanalisation [19] liegt, damit weiter das Stauziel [27] der Kanalisation [19] überschreitende Zulaufwassermengen mittels der Hochwasserpumpanlagen [14] in den Vorfluter [29] übergepumpt werden können.
• Abbildung 8 stellt die Draufsicht der Abbildung 1 dar und man erkennt die Gesamtausbildung des Entlastungsbauwerkes [8] mit dem absenkbaren, zwangsgeführten Hochwasserpumpwerk [15] und den vorgegebenen Schnittansichten, die in den jeweiligen Abbildungen 4,5,6 und dem Detail E näher erläutert sind.
• Detail E stellt eine Ausschnittvergrößerung aus Abbildung 8 dar, aus der zu erkennen ist, dass die Zylinderaufhängung [34] auf dem Führungsprofil [11] der Außenwände [1] demontierbar aufliegt. Erkennbar ist die Hubbühne [17] mit dem auskragenden Zwangsführungswulst [33] und den angeformten Zwangsblechen [32].
• Detail F stellt eine Ausschnittvergrößerung aus Abbildung 3 dar und verdeutlicht in Schnittdarstellung unterhalb der Zylinderaufhängung [34] von Detail E befindlich, die erfindungsgemäße Zwangsführung der Hubbühne [17] durch den Zwangsführungswulst [33] in Fließrichtung [10], der durch die äußere, abgekantete Blechummantelung [3] in der Seitenwand [26] der Hubbühne [17] in Betonbauweise verankert ist, und auskragend zwischen den Widerlagern [30] im Führungsprofil [11] befestigt, vertikal geführt werden kann. Um das mögliche Drehmoment senkrecht zur Fließrichtung [10] zu unterbinden, greifen die Zwangsbleche [32] seitlich in den Führungsschlitz [12] des Widerlagers [30] ein und reduzieren das mögliche Drehmoment der Hubbühne [17] beim Absenken senkrecht zur Fließrichtung [10]. In dieser Darstellung ist zu erkennen, dass das Führungsprofil [11] in der Außenwand [1] in Betonbauweise einbetoniert ist, damit die anfallenden Drehmomente aus der Zwangsführung der Hubbühne [17] aufgenommen werden können. Weiterhin erkennt man die zentrisch angeordnete Schubstange [24] an dem der Schubstangenkopf [25], der wiederum am Tragebolzen [28] montiert am Zwangsführungswulst [33] verankert ist. Aufstellung der Bezugszeichen (technische Hinweise für Funktion und Ausbildung)

  [1]	Außenwand	(Seitenwände des Entlastungsbauwerkes)
  [2]	Aussparung	(in den Außenwänden des Entlastungsbauwerkes)
  [3]	Blechummantelung	(des Zwangsführungswulstes)
  [4]	Bodenplatte	(Bauteil der Hubbühne)
  [5]	Drehachse	(der Hubbühne in bzw. gegen die Fließrichtung)
  [6]	Druckrohrleitung	(Auslaufleitung der Hochwasserpumpanlage)
  [7]	Durchlassöffnung	(zur Aufnahme des Ansaugstutzens in der Bodenplatte)
  [8]	Entlastungsbauwerk	(Gesamtbauwerk Hochwasserverschluss und Hochwasserpumpwerk)
  [9]	Entlastungssteuerungsanlage	(nachsteuerbares Wehr)
  [10]	Fließrichtung	(im Kanal Richtung Vorflut)
  [11]	Führungsprofil	(Zwangsführung in den Seitenwänden des Entlastungsbauwerkes)
  [12]	Führungsschlitz	(im Widerlager)
  [13]	Hochwassermarke	(vorflutseitiger Höchstwasserstand)
  [14]	Hochwasserpumpanlage	(einzelne Hochwasserpumpe)
  [15]	Hochwasserpumpwerk	(Zwangsführung, Hubbühne und Hochwasserpumpanlagen)
  [16]	Hochwasserstand	(nachsteuerbarer Wasserstand im Vorfluter)
  [17]	Hubbühne	(verfahrbares Bauteil für die Hochwasserpumpanlagen)
  [18]	Hydraulikzylinder	(Verschubelement zur vertikalen Aussteuerung der Hubbühne)
  [19]	Kanalisation	(Zulauf bzw. Ablaufkanal zum Entlastungsbauwerk)
  [20]	Kopfbereich	(Betonoberkante am Führungsprofil)
  [21]	Oberkante	(Wehrkante des Entlastungssteuerungsbauwerkes)
  [22]	Pumpkote	(Höhenkote für Ansaugstutzen der Hochwasserpumpanlage)
  [23]	Ruhelage	(Höhenkote bei oberster Stellung der Hubbühne)
  [24]	Schubstange	(Teil des Hydraulikzylinders)
  [25]	Schubstangenkopf	(untere Befestigung des Zylinders am Tragebolzen)
  [26]	Seitenwand	(der Hubbühne zur Aufnahme der Zwangsführungswülste)
  [27]	Stauziel	(höchster Wasserstand der Kanalisation im Entlastungsbauwerk)
  [28]	Tragebolzen	(hängt im Schubstangenkopf)
  [29]	Vorfluter	(übernimmt hier das gepumpte Wasser im Hochwasserfall)
  [30]	Widerlager	(hat Gleitlagerfunktion im Führungsprofil)
  [31]	Zugangsebene	(entspricht der Betriebsebene des Entlastungsbauwerkes)
  [32]	Zwangsblech	(verhindert Drehmoment senkrecht zur Fließrichtung)
  [33]	Zwangsführungswulst	(verhindert Drehmoment in bzw. gegen die Fließrichtung)
  [34]	Zylinderaufhängung	(oberes Arretierungelement des Hydraulikzylinders)

Claims (3)

1. Verfahren zur Steuerung und Ausbildung eines in Fließrichtung (10) gesehen innerhalb eines Entlastungsbauwerkes (8) einer Kanalisation (19) vertikal verfahrbaren Hochwasserpumpwerkes (15) oberhalb einer den jeweiligen Hochwasserstand (16) nachsteuerbaren oder auch mobil eingesetzten, die maximale Hochwassermarke (13) aktivierbare Entlastungssteuerungsanlage (9), wobei im Hochwasserpumpwerk (15) zumindest eine, ansonsten mehrere Hochwasserpumpanlagen (14) vorhanden sind mit denen ein Stauziel (27) auf eine vorgegebene Pumpkote (22) durch Anschalten und entsprechender Aussteuerung der zumindest einen, ansonsten mehreren Hochwasserpumpanlagen (14) nachgesteuert werden kann, wobei die gepumpten Entlastungswassermengen durch zugehörige Druckrohrleitungen (6), die an die Hochwasserpumpanlagen (14) gekoppelt sind, über eine Oberkante (21) der dem jeweiligen Hochwasserstand (16) nachgesteuerten Entlastungssteuerungsanlage (9) gehoben und in einen hochwasserführenden Vorfluter (29) eingeleitet werden,
   dadurch gekennzeichnet, dass
   die zumindest eine, ansonsten mehreren Hochwasserpumpanlagen (14) auf einer fachwerkartig gestalteten Hubbühne (17) mittels zweiseitig in Führungsprofilen (11) innerhalb von Außenwänden (1) des Entlastungsbauwerks (8) angeordneten Hydraulikzylindern (18) zwangsgeführt vertikal verfahrbar sind und daselbst auf einer integrierten Bodenplatte (4) aufsitzen,
   wobei das Hochwasserpumpwerk (15) erst dann aus seiner obersten Ruhelage (23) abgesenkt wird, wenn die kritische Hochwassermarke (13) höher ist als das kanalseitige maximal zulässige Stauziel (27).
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Hubbühne [17] aus Beton oder entsprechend korrosionsfester Stahlfachwerkkonstruktion kastenförmig ausgebildet, die Bodenplatte [4] mit entsprechenden Durchlassöffnungen [7] für die jeweilig anzuordnenden Hochwasserpumpanlagen [14] versehen ist und beidseitig an ausgebildeten Seitenwänden [26] vertikale, starr gekoppelte Zwangsführungswülste [33] in einem Edelstahlprofil aufweist, die mit außenseitig anhaftenden Zwangsblechen [32] in einem im Führungsprofil [11] befestigten Widerlager [30] anliegt, sowie in einem perforierten Führungsschlitz [12] einliegt, um damit die vertikale Zwangsführung bis über die notwendige Ruhelage [23] zu gewährleisten.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass unterhalt der Zwangsfuhrungswülste [33] Tragebolzen [28], die in der Bodenplatte [4] durchgängig verankert sind, in den Führungsschlitz [12] auskragen, damit dort ein Schubstangenkopf [25] des Hydraulikzylinders [18] demontierbar befestigt werden kann und weiterhin der Hydraulikzylinder [18] im Kopfbereich [20] des Führungsprofiles [11] mit einer Zylinderaufhängung [34] beweglich gelagert ist.

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