Hydrotechnisches Staubauwerk

Abstract

 In der Durchfahrtsöffnung 1 ist mit einer Wehrsohle 7 über einen Zwischenrahmen 6 mittels eines Gelenks 8 ein Staukörper 4 verbunden. Mit dem Staukörper 4 ist mittels einer waagerecht angeordneten Achse 12 an seiner Grundfläche 11 ein Staukörper 2 verbunden, der einen inneren Hohlraum 3 hat, der über eine Öffnung 13 mit dem umgebenden Medium in Verbindung steht. Der Schwerpunkt des Staukörpers 2 ist gegenüber der Achse 12 zum Unterwasser 9 hin versetzt. In dar Wehrsohle 7 ist eine Nische 14 zur Unterbringung darin der Staukörper 2 und 4 und des Zwischenrahmens 6 vorhanden. Das Bauwerk hat ein Mittel zur Luftzufuhr in den Hohlraum 3 zur Schwenkung des Staukörpers 2, ein Mittel zur Schwenkung des Staukörpers 4 und Mittel 15, 16 zum Festhalten des Staukörpers 4 gegenüber der Wehrsohle 7 in einer aus der Nische 14 ausgefahrenen Lage.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf die Hydrotechnik und kann vorwiegend in hydrotechnischen Staubauwerken mit großer Breite einer Durchfahrtsöffnung, z.B. in Schutzdeichen verwendet werden, die in der Nähe von großen Hafenstädten zum Überschwemmungsschutz errichtet werden.

[0002] Eine Besonderheit derartiger hydrotechnischer Bauwerke besteht darin, daß auf der Breite der Durchfahrtsöffnung mehrere Staukörper anzubringen sind, die unabhängig voreinander arbeiten.

[0003] Bekannt ist ein hydrotechnisches Staubauwerk (DE-A-3433966) mit voneinander um die Breite einer Durchfahrtsöffnung entfernten vertikalen Wehrpfeilern, verlängerten Staukörpern, die in ihrer Mitte mit Lagerungen verbunden und gegenüber diesen Lagerungen um eine Vertikalachse drehbar angeordnet sind, sowie Mit Mitteln zum Festhalten jedes Staukörpers gegenüber der Lagerung in seiner Arbeitslage, die zur Achse der Durchfahrtsöffnung rechtwinklig, und in seiner Außerbetriebslage, die gegenüber der Arbeitslage um 90° geschwenkt ist.

[0004] Ein Nachteil dieses hydrotechnisches Bauwerks besteht im Vorhandensein der über die Breite einer Durchfahrtsöffnung in ihrer Öffnungslage verteilten Staukörpern, die die Schiffahrts bedingungen in solch einer Durchfahrtsöffnung dadurch erschweren, daß diese Staukörper von Schiffen gerammt werden Können.

[0005] Bekannt ist ferner ein hydrotechnisches Staubauwerk (US-A-3756032) mit einer Durchfahrtsöffnung und wenigstens eine Staukörper zur Abriegelung der Durchfahrtsöffnung, der einen inneren Hohlraum enthält, auf seiner Grundfläche mit Hilfe einer waagerecht verlaufenden Achse mit einer unter dem Wasserspiegel angeordneten Lagerung, und zwar mit der Wehrsohle verbunden und um die besagte Achse drehbar angeordnet ist, sowie mit einem Mittel zur Luftzufuhr in den besagten inneren Hohlraum zum Ausschwenken des Staukörpers und mit einer Nische in der Wehrsohle zur Unterbringung des Staukörpers.

[0006] In diesem hydrotechnischen Bauwerk stört im Unterschied zum vorher beschriebenen ein Staukörper nicht die Schiffahrt über die Durchfahrtsöffnung, weil er bei geöffneter Durchfahrtsöffnung in einer in der Wehrsohle ausgeführten Nische untergebracht ist.

[0007] In diesem hydrotechnischen Bauwerk weist aber die Nische verhältnismäßig große Abmessungen in Draufsicht auf. Dies ist dadurch bedingt, daß die besagten Abmessungen der Nische von,den Abmessungen der Stauwand eines Staukörpers abhängen, die ihrerseits durch die Tiefe einer Durchfahrtsöffnung; die 20 m und mehr erreicht, und durch den Neigungswinkel eines Staukörpers (ca.45°) bei seiner Arbeitslage bedingt sind. Diese verhältnismäßig großen Abmessungen der Nische steigern die Kosten für das hydrotechnische Bauwerk , die mit der Herstellung der Nische verbunden sind, sowie seine Betriebskosten, die dadurch bedingt sind, daß man eine verhältnismäßig große Fläche der Nische von Anschwemmungen zu reinigen hat.

[0008] Außerdem weist dieses hydrotechnische Bauwerk einen verhältnismäßig hohen Metallaufwand auf. Dies ist damit verbunden, daß eine hydrostatische Belastung am Staukörper, die durch ein Wasserspiegelgefälle zwischen dem Ober- und dem Unterwasser bedingt und durch den Staukörper aufgenommer wird, durch ein Eintauchen dieses Staukörpers infolge seines Ausschwenkens zum Unterwasser hin kompensiert wird. Bei der Vergrößerung des Drehwinkels des Staukörpers wird der vertikale Abstand seiner Oberkante von der Lagerung (der Wehrsohle) wesentlich vermindert, dabei weist der Betrag der Verminderung des besagten Abstandes eine direkte Abhängigkeit von der Höhe des Staukörpers, d.h. vom Abstand der Grundfläche des Staukörpers und seiner der Grundfläche gegenüberliegenden Kante auf. Aus diesem Grunde soll zur Gewährleistung einer erforderlichen Abriegelungshöhe der Durchfahrtsöffnung der Staukörper eine Höhenreserve haben, damit eine Verkleinerung des besagten Abstandes beim Ausschwenken ausgeglichen wird, d.h. einen gesteigerten Metallaufwand aufweisen.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrotechnisches Staubauwerk zu schaffen, Bei dem die Lagerung so ausgeführt und mit der Wehrsohle so verbunden ist, daß Abmessungen der Nische in Draufsicht verkleinert, dadurch die Bau- und die Betriebskosten des hydrotechnischen Bauwerks verkleinert und der Metallaufwand des hydrotechnischen Bauwerks gesenkt werden können.

[0010] Diese Aufgabe wird bei einem hydrotechnischen Staubauwerk mit einer Durchfahrtsöffnung, einem Staukörper zur Abriegelung der Durchfahrtsöffnung, der einen mit den Wassermedium verbundenen Hohlraum enthält und an seiner Grundfläche mit Hilfe einer waagerecht verlaufenden Achse mit einer unter dem Wasserspiegel angeordneten und mit der Wehrsohle verbundenen Lagerung in Verbindung steht und um die besagte Achse schwenkbar angebracht ist, einem Mittel zur Luftzufuhr in den besagten inneren Hohlraum zum Ausschwenken des Staukörpers und mit einer Nische in der Wehrsohle zur Unterbringung des Staukörpers erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lagerung als zusätzlicher Staukörper ausgeführt ist, der mit der Wehrsohle über einen Zwischenrahmen mittels eines auf der Unterwasserseite angeordneten Gelenks verbunden, um das besagte Gelenk in einer Vertikalebene schwenkbar und mit der Möglichkeit angebracht ist, in der besagten Nische in der Wehrsohle untergebracht zu sein und der Schwerpunkt des besagten Staukörpers, der einen inneren Hohlraum hat, von der besagten waagerecht angeordneten Achse zum Unterwasser hin versetzt ist, wobei das hydrotechnische Staubauwerk ein Mittel zum Drehen des zusätzlichen Staukörpers um das Gelenk und ein Mittel zum Festhalten des zusätzlichen Wasserstaukörpers gegenüber der Wehrsohle in seiner aus der Nische ausgefahrenen Lage enthält.

[0011] Der zusätzliche Staukörper nimmt in der aus der Nische ausgefahrenen und gegenüber der Wehrsohle festgehaltenen Lage auf und überträgt über den Zwischenrahmen auf das Gelenk jenen Anteil eines hydrostatischen Drucks, der bei einem Wasserspiegelgefälle zwischen dem Ober- und dem Unterwasser unterhalb der Anordnungsebene der waagerecht angeordneten Achse wirkt. Dabei bleibt der besagte zusätzliche Staukörper unbeweglich. Zugleich nimmt der besagte Staukörper, der einen inneren Hohlraum besitzt, jenen Anteil des hydrostatischen Drucks auf, der oberhalb der Anordnungsebene der waagerecht angeordneten Achse wirkt. Da die Höhe dieses Staukörpers bedeutend kleiner ist als die Höhe des in der technischen Lösung, wovon die Erfindung ausgeht, beschriebenen Staukörpers, kann wie vorstehend erwähnt, der Staukörper eine kleinere Höhenreserve aufweisen, wodurch sein Metallaufwand und der Metallaufwand für das ganze hydrotechnische Bauwerk herabgesetzt werden.

[0012] Das Vorhandensein zweier Staukörper, die miteinander mit Hilfe einer waagerecht angeordneten Achse verbunden sind, die Schwerpunktanordnung des Staukörpers, der einen inneren Hohlraum besitzt, in einem Abstand von dieser Achse zum Unterwasser hin sowie die besagte Verbindung des zusätzlichen Staukörpers mit Hilfe eines Gelenks über einen Zwischenrahmen mit der Wehrsohle ermöglichen eine wesentliche Verminderung der erforderlichen Abmessungen der Nische in Draufsicht, weil diese Abmessungen jenen der Stauwand nur jenes Staukörpers, der einen inneren Hohlraum besitzt, und nicht den gesamten Abmessungen der beiden Staukörper zu entsprechen haben.

[0013] Eine Verkleinerung der erforderlichen Abmessungen einer Nische senkt Baukosten eines hydrotechnischen Bauwerks, die mit der Herstellung der Nische verbunden sind, und seine Betriebskosten, die dadurch entstehen, daß die Nische von Anschwemmungen gereinigt werden muß.

[0014] Es ist zweckmäßig, daß der Abstand der Grundfläche des einen inneren Hohlraum aufweisenden Staukörpers von der dieser Grundfläche gegenüberliegenden Kante dieses Staukörpers nicht kleiner ist als der Abstand dieser Grundfläche von Gelenk.

[0015] Dieses Abstandsverhältnis stellt eine volle Überdeckung der Nische bei der darin untergebrachten Anordnung aus zusätzlichem Staukörper, Zwischenrahmen und eigentlichem Staukörper sicher, wodurch in die Nische bei der geöffneten Durchfahrtsöffnung keine Anschwemmungen gelangen können.

[0016] Es ist zweckmäßig, daß der Auftrieb des einen inneren Hohlraum besitzenden Staukörpers bei den mit Luft gefüllten Hohlraum die gesamte Masse des zusätzlichen Staukörpers und des Zwischenrahmens überschreitet, wobei als Mittel zum Ausschwenken des zusätzlichen Staukörpers der besagte einen Hohlraum besitzende Staukörper und ein Mittel zur Luftzufuhr in diesen Hohlraum dienen.

[0017] Diese Konstruktive Ausführung des hydrotechnischen Bauwerks ist die einfachste, weil sie keines separaten Mittels zum Ausschwenken des zusätzlichen Staukörpers bedarf.

[0018] Bei dieser Konstruktiven Ausführung des hydrotechnischen Bauwerks ist es zweckmäßig, daß der zusätzliche Staukörper mit einem Auftriebsmittel versehen ist, dessen Auftrieb kleiner ist als die Gesamtmasse des zusätzlichen Staukörpers und des Zwischenrahmens.

[0019] Dieses Auftriebsmittel läßt einen Auftrieb des einen inneren Hohlraum besitzenden Staukörpers vermindern, der zur Sicherstellung eines Ausschwenkens des zusätzlichen Staukörpers erforderlich ist und folglich das Volumen dieses Hohlraums bzw. den Metallaufwand des Staukörpers verhindern.

[0020] Anhand der Zeichnung wird die Erfindung anahnd eines Beispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig.1

schematisch ein hydrotechnisches Staubauwerk bei abgeriegelter Durchfahrtsöffnung im Schnitt längs der Achse der Durchfahrtsöffnung und

Fig.2

schematisch das hydrotechnische Staubauwerk bei geöffneter Durchfahrtsöffnung im Schnitt längs der Achse der Durchfahrtsöffnung.

[0021] Das hydrotechnische Staubauwerk umfaßt einen in einer Durchfahrtsöffnung 1 (Fig.1) angeordneten Staukörper 2, der einen inneren Hohlraum 3 aufweist, und einen zusätzlichen Staukörper 4. Der Staukörper 4 hat im vertikalen Querschnitt eine krummlinige Form, wobei seine Konvexe Fläche dem Oberwasser 5 zugekehrt ist, und ist über einen Zwischenrahmen 6 mit einer Wehrsohle 7 mittels eines Gelenks 8 verbunden, das gegenüber dem Staukörper 4 zum Unterwasser 9 hin versetzt ist. Der Staukörper 4 kann im vertikalen Querschnitt auch eine andere Form haben. Das Gelenk 8 ist so ausgeführt, daß es ein Ausschwenken des Staukörpers 4 in eine Betriebslage in einer Vertikalebene sicherstellt. Der Staukörper 4 hat einen Hohlraum 10,der mit einem (nicht eingezeichneten) Medium gefüllt ist, dessen spezifisches Gewicht kleiner ist als das spezifische Gewicht von Wasser, z.B. mit Polystyrol bzw. Luft. Ein Volumen des Hohlraums 10 und ein diesen Hohlraum 10 auffüllende Medium werden so gewählt, daß der gesamte Auftrieb dieses Hohlraums 10 und des besagten Mediums ein wenig kleiner ist als das Gesamtgewicht in Wasser des Staukörpers 4 und des Zwischenrahmens 6. In einer Aus führungsvariante der Erfindung kann der Staukörper 4 auch keinen Hohlraum 10 haben. Der zusätzliche Staukörper 4 stellt an sich eine Lagerung für den Staukörper 2 dar, der mit ihm an seiner Grundfläche 11 mittels einer waagerecht angeordneten Achse 12 so verbunden ist, daß die beiden Staukörper 2 und 4 um die Achse 12 und das Gelenk 8 in derselben Vertikalebene drehbar sind. In der Grundfläche 11 des Staukörpers 2 ist eine Öffnung 13 ausgeführt, vorüber der innere Hohlraum 3 mit dem umgebenden Medium im Verbindung steht. Ein Abstand "a" zwischen der Grundfläche 11 des Staukörpers 2 und der dieser Grundfläche 11 gegenüberliegenden Kante dieses Staukörpers 2 überschreitet einen Abstand "b" zwischen dieser Grundfläche 11 und dem Gelenk 8. In der Wehrsohle 7 ist eine Nische 14 ausgeführt, die zur Unterbringung der Staukörper 2 und 4 bestimmt ist.

[0022] Die Abmessungen, geometrische Formen und gegenseitige Lage der Staukörper 2 und 4 werden durch bekannte Rechenverfahren ausgehend davon, daß der Schwerpunkt "c" des Staukörpers 2 bei beliebigen Schwenkwinkeln dieser Staukörper von der Achse 12 zum Unterwasser 9 hin versetzt bleibt, sowie unter der Bedingung ihrer kompakten Unterbringung in der Nische 14 berechnet. Im unteren Teil des Staukörpers 4 ist ein Ansatz 15 vorhanden, der mit einem Anschlag 16 an der Wehrsohle 7 bei einer aus der Nische 14 ausgefahrenen Lage dieses Staukörpers 4 in Eingriff gelangt. Der Ansatz 15 und der Anschlag 16 bilden gemeinsam ein Mittel zum Festhalten des Staukörpers 4 gegenüber der Wehrsohle 7 in seiner aus der Nische 14 ausgefahrene Lage.

[0023] Das hydrotechnische Bauwerk enthält ein (nicht eingezeichnetes) Mittel einer allgemein üblichen Konstruktion zur Druckluftzufuhr in den inneren Hohlraum 3 des Staukörpers 2 zur Gewährleistung seiner Schwenkung um die Achse 12. Der maximale Auftrieb des Staukörpers 2 beim durch Druckluft gefüllten Hohlraum 3 überschreitet das Gesamtgewicht in Wasser des Staukörpers 4 und des Zwischenrahmens 6, wodurch der Staukörper 2 als Mittel zum Schwenken des Staukörpers 4 um das Gelenk 8 dienen Kann. In einer möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung kann als Mittel zum Schwenken des Staukörpers 4 um das Gelenk 8 ein z.B. hydraulicher, pneumatischer bzw. anderer Antrieb verwendet werden.

[0024] Das hydrotechnische Staubauwerk funktioniert wie folgt.

[0025] Bei geöffneter Durchfahrtsöffnung 1 (Fig. 2) befinden sich die Staukörper 2 und 4 und der Zwischenrahmen 6 in der Nische 14. Da der Abstand "a" zwischen der Grundfläche 11 des Staukörpers 2 und der der Grundfläche 11 entgegengesetzten Kante den Abstand "b" zwischen dieser Grundfläche 11 und dem Gelenk 8 überschreitet, ist dabei die Nische 14 von oben durch den Staukörper 2 vollkommen überdeckt, infolgedessen gelangen in die Aussparung 14 prauktisch keine Anschwemmungen. Der innere Hohlraum 3 des Staukörpers 2 ist mit Wasser gefüllt. Wenn es notwendig ist die Durchfahrtsöffnung z.B. bei einer Überschwemmungsgefahr abzuriegeln, wird in den inneren Hohlraum 3 des Staukörpers 2 Druckluft zugeführt, die das Wasser aus dem Hohlraum 3 nach außen über die Öffnung 13 verdrängt. Dabei beginnt der Staukörper 2, sich um die waagerecht angeordnete Achse 12 sich zu drehen. Je mehr Druckluft in den Hohlraum 10 eingeführt wird, desto größer wird der Auftrieb des Staukörpers 2, er beginnt aufzutauchen und nimmt den zusätzlichen Staukörper 4 mit, der sich zusammen mit dem Zwischenrahmen 6 um das Gelenk 8 dreht. Der Staukörper 4 wird um das Gelenk 8 geschwenkt und fährt dabei allmählich aus der Nische 14 solange aus, bis sich der Ansatz 15 am Unterteil des Staukörpers 4 gegen den Anschlag 16 auf der Wehrsohle 7 stemmt. Im Ergebnis wird die Durchfahrtsöffnung abgeriegelt. Da im zusätzlichen Staukörper 4 der Hohlraum 10 mit einem Auftrieb vorgesehen ist, wird ein Auftrieb des Staukörpers 2 wesentlich vermindert, der zum Heben des Staukörpers 4 erforderlich ist.

[0026] Bei der abgeriegelten Durchfahrtsöffnung 1 (Fig. 1) und bei einem Wasserspiegelgefälle zwischen dem Oberwasser 5 und dem Unterwasser 9 bleibt der Staukörper 4 unbeweglich und nimmt jenen Anteil des hydrostatischen Drucks auf, der unterhalb der Anordnungsebene der Achse 12 einwirkt, und überträgt ihn über den Zwischenrahmen 6 auf das Gelenk 8. Der Staukörper 2 nimmt nur jenen Anteil des hydrostatischen Drucks auf, der oberhalb dieser Anordnungsebene der Achse 12 wirkt.

[0027] Die Durchfahrtsöffnung 1 wird dann geöffnet, wenn kein Wasserspiegelgefälle zwischen Oberwasser 5 und Unterwasser 9 besteht. Beim Öffnen der Durchfahrtsöffnung 1 läßt man aus dem inneren Hohlraum 3 Luft in die Atmosphäre entweichen, wodurch das umgebende Wasser über die Öffnung 13 in diesen Hohlraum eindringt; die Staukörper 2 und 4 drehen sich um die Asche 12 bzw. das Gelenk 8, klappen sich zusammen und legen sich in die Nische 14 ein.

Ansprüche

1. Hydrotechnisches Staubauwerk mit einer Durchfahrtsöffnung (1), einem Staukörper (2) zur Abriegelung der Durchfahrtsöffnung (1), der einen mit dem umgebenden Medium verbundenen inneren Hohlraum (3) hat, auf seiner Grundfläche (11) mittels einer waagerecht angeordneten Achse (12) mit einer unterhalb des Wasserspiegels angeordneten Lagerung,
   die mit einer Wehrsohle (7) verbunden ist, verbunden und um die Achse (12) schwenkbar angebracht ist, einem Mittel zur Luftzufuhr in den besagten inneren Hohlraum (3) zum Schwenken des Staukörpers (2) und einer Nische (14) in der Wehrsohle (7) zur Unterbringung des Staukörpers (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung als zusätzlicher Staukörper (4) ausgeführt ist, der mit der Wehrsohle (7) über einen Zwischenrahmen (6) mittels eines Gelenks (8) verbunden, das auf der Unterwasserseite (9) angeordnet ist, um das Gelenk (8) in einer Vertikalebene schwenkbar und mit der Möglichkeit angebracht ist, in die besagte Nische (14) in der Wehrsohle (7) untergebracht zu werden, und daß der Schwerpunkt "c" des besagten Staukörpers (2), der einen inneren Hohlraum (3) aufweist, gegenüber der Achse (12) zum Unterwasser (9) hin versetzt ist, wobei
   ein Mittel zum Schwenken des zusätzlichen Staukörpers (4) um das Gelenk (8) und ein Mittel zum Festhalten des zusätzlichen Staukörpers (4) gegenüber der Wehrsohle (7) in seiner aus der Nische (14) ausgefahrenen Lage vorgesehen ist.

2. Hydrotechnisches Staubauwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstand a zwischen der Grundfläche (11) des Staukörpers (2), der einen inneren Hohlraum (3) besitzt, und einer dieser Grundfläche (11) gegenüberliegenden Kante dieses Staukörpers nicht kleiner ist als ein Abstand "b" zwischen dieser Grundfläche (11) und dem Gelenk (8).

3. Hydrotechnisches Staubauwerk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrieb des Staukörpers (2), der einen inneren Hohlraum (3) besitzt, bei dem mit Luft gefülltem Hohlraum (3) das Gesamtgewicht in Wasser des zusätzlichen Staukörpers (4) und des Zwischenrahmens (6) überschreitet, wobei als Mittel zum Schwenken des zusätzlichen Staukörpers (4) der Staukörper (2), der den inneren Hohlraum (3) besitzt, und ein Mittel zur Luftzufuhr in den inneren Hohlraum (3) dienen.

4. Hydrotechnisches Staubauwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Staukörper (4) einen Auftrieb aufweist, der kleiner ist als das Gesamtgewicht in Wasser des zusätzliches Staukörpers (14) selbst und des Zwischenrahmens (6).

Zeichnung