Verkehrswasserbau: Band 3 Schleusen und Hebewerke 9783111374567, 9783111016726

Citation preview

Sammlung Göschen Band

1152

Verkehrswasserbau Von

Dr.-Ing. Hans Dehnert Reg. and »baur&t a. D. t Zivilingenieur in Potßdam

III

Schleusen und Hebewerke Mit 7 0 T e x t a b b i l d u n g e n

W a l t e r d e G r u y t e r & Co. vormals G. J. Göschen'sche Verlagshandlung • J. Guttentag, VerlagsBuchhandlung • Georg Reimer • Karl J. Trübner • Veit & Comp.

Berlin

1950

Alle

Rechte, i n s b e s o n d e r e das Übersetzungsrecht, von der Ver 1 a g s h a n d 1 ung vorbehalten

Archiv-Nr.

111152

Druck von Bodo G r a e f e , Berlin SW 68

Inhaltsverzeichnis. I. Allgemeines über Schiffsschleusen.

Seite

§ 1. Begriffbestimmungen §•2. Wahl der Bauart § 3. Schleusenabmessungen

7 13 15

II. Füllen und Leeren der Kammer. § 4. Arten des Füllens und Leerens § 5. Berechnung der Füll- und Leerungszeit

17 21

III. Konstruktion und Bewegung der Verschlußkörper. § 6. Schleusentore a) Allgemeines b) Stemmtor c) Klapptor d) Hubtor e) Andere Torarien § 7. Umlaufverschlüsse a) Rollkeilschütze b) Zylinderschütze c) Segmentschütze d) Heberverschlüsse

23 23 24 31 34 37 38 38 40 42 44

IV. Gestaltung des Schleusenbauwerks. § 8. Quersobnittsausbildung der Kammer a) Geböschte Kammerwände b) Eingerammte Kammerwände c) Massive Kammerwände § 9. Ausbildung der Häupter a) Allgemeine Gesichtspunkte b) Bauformen des Oberhauptes c) Bauformen des Unterhauptes § 10. Einzelheiten der baulichen Ausbildung § 11. Berechnung von Schleusenkörpern

44 44 45 48 52 52 53 57 59 60

4

Inhaltsverzeichnis Seite

V. Nebenanlagen und Betrieb der Schleusen. § 12. Scbleusenausrüstung § 13. Vorhäfen und Leitwerke § 14. Schleusenbetrieb

64 67 69

VI. Besonderheiten von Schleusen. § 15. Sparschleusen § 16. Schleusen im Bergbaugebiet

71 74

V I I . Hebewerke. § 17. Allgemeines §18. Senkrechte Hebung a) Schwimmerhebewerke b) Hebewerke mit Gegengewichten § 19. Hebung auf geneigter Ebene § 20. Andere Hebewerke Sachverzeichnis

76 77 77 83 90 94 97

Literatur

5

Literatur. Sammelwerke : Handbuch der Ingenieurwissenschaften, I I I . Teil, 8. Band. Engels, Handbuch des Wasserbaus, 3. Auflage, 1923. Engelhard, Kanal- und Schleusenbau, 1921. Franzius, Der Verkehirswasserbau, 1927. Schocklitsch, Der Wasserbau, 1930. Dehnert, Verkehrs-wasserbau, Sammlung Göschen. Band I, Entwurfsgrundlagem; Flußregelungen. Band II, Flußkanalisierungen und Schiffahrt,skanäle. Zeitschriftenaufsätze: Faxmann, Allgemeine Gesichtspunkte f ü r das Entwerfen von Binnenschjffahirtssehleusen, Balltechnik 1932. riarre, Fortschritte im Kanal-, Schleusen- und Hebewerkbau, Balltechnik 1944. Loebell und Gerecke, Die Bauten des Ems-Weser-Kanals in der Weserniederung bei Minden i. W., Zeitschrift f. Bauw. 1921. Schonk und Rüttgerodt, Die neuen Schleusen des Mittellandkanals bei, Hannover, Bautechnik 1928. Struckmann, Neubau der 3. Schleuse Münster i. W., Zeitschrift f. Bauw. 1925. Baertz, Die Schleusenibauten des Lippe-Seitenkanals Wesel— Datteln, Bautechnik 1932. Möller, Die Zwillingsschleuse bei Fürstenberg a,.. d. Oder, Zeitschrift VDI. 1928. Schumacher, Entwurf und B a u a u s f ü h r u n g einer Schiffsschleuse (Lehnitz), Bautechnik 1942. Petzel, Neue Schleusenibauten im Bereich der ElbstromBauverwaltung, Balltechnik 1939. Mügge, Bau eines Schleusenkanals der Staustufe einer Flußkaraalisierung, Bautechnik 1940. Burkhardt, Die Entwicklung der Schleuse ohne Umläufe, Bautechnik 1935. Dehnert, 25 J a h r e Schleusenbau an deutschen Binnenwasserstraßen, Bauplanung u. Bautechnik 1948. Reinhardt, D a s Schiffshebewerk Rothensee bei Magdeburg, Zeitschrift VDI. 1938. Das Schiffshebewerk Niederfinow, herausgegeben vom Neubauamt Eberswalde (Bearbeitung v. Fischer) 1925.

I. Allgemeines über Schiffsschleusen. § 1.

Begriffsbestimmungen.

Die K a m m e r s c h l e u s e ist die am häufigsten angewandte Schiffshebeanlage. Sie ist aus der Stauschleuse entstanden, worunter man ein Bauwerk versteht, das zwei Wasserflächen von verschiedener Spiegelhöhe durch eine verschließbare Oeffnung verbindet. Zeit und Ort der ersten Kammerschleuse sind strittig. Während der Italiener Crugnola auf dem Schiffahrtskongreß zu Mailand 1905 berichtet, daß die erste Schiffsschleuse bei Viarenna in Italien im Jahre 1439 von den Ingenieuren Filipps von Modena und Fioravame von Bolonia erbaut worden ist, teilt auf demselben Kongreß der Niederländer van Panhuys mit, daß sich schon um das Jahr 1300 zu Gouda in Holland eine von Domker erbaute Schiffahrtsschleuse befunden hat. Eine andere Lesart behauptet ihre erste Konstruktion im Jahre 1253 zu Spaarndam. Wir haben eben auch hier eine bei vielen Erfindungen zu beobachtende Gleichzeitigkeit, welche dann zu dem üblichen Prioritätskampf führt. Die ersten Schleusen in D e u t s c h l a n d sind mit dem von der Stadt Lübeck in den Jahren 1391—1398 hergestellten Stecknitzk a n a l , einem Vorgänger des heutigen Elbe-TraveKanals, erbaut worden. Der Möllner See fand nach dem Bau des Kanals seinen Abschluß in einer Schleuse, die geöffnet wurde, sobald sich 24 bis 30 Schiffe versammelt hatten, und für deren Betrieb eine besondere Dienstvorschrift noch aus jenen Jahren erhalten ist. Abb. 1 zeigt schematisch eine einfache Kammerschleuse im Grundriß und Längenschnitt. Das O b e r h a u p t begrenzt die K a m m e r gegen das O b e r w a s s e r , das U n t e r h a u p t gegen das U n t e r w a s s e r . In den Häuptern befinden sich die Verschlußvorrichtungen

8

Allgemeines über Schiffsschleusen Obertor geschlossen

Unterfor offen

A b b . 1. Kammerschleuse.

in Gestalt der S c h l e u s e n t o r e — Obertor bzw. Untertor. Die lotrechten Vorsprünge in den Sohlen der Häupter, gegen die sich die Tore im geschlossenen Zustande lehnen, nennt man O b e r - bzw. U n t e r d r e m p e 1. Der Oberdrempel wird gegen die K a m m e r s o h l e zum A b f a l l b o d e n . Die geöffneten Tc-re — im vorliegenden Fall sogenannte S t e m m t o r e — ruhen in den T o r n i s c h e n . Der von den Toren bei ihrer Bewegung eingenommene Raum heißt T o r k a m m e r , sie wird unten vom T o r k a m m e r b o d e n begrenzt. Die kleinen Nischen in den Häuptern sind D a m m b a l k e n f a l z e , in die zwecks Trockenlegung der Schleuse zu Ausbesserungsarbeiten Holzbalken oder Eisenträger eingelegt werden. Der Unterschied zwischen Ober- und Unterwasserspiegel ergibt das S c h l e u s e n g e f ä l l e ; es wird im folgenden mit H bezeichnet. L ist die n u t z b a r e K a m m e r l ä n g e , B die K a m m e r b r e i t e , T die S c h l e u s e n - oder D r e m p e l t i e f e . Eine Schleusung zu Berg im Zuge der Fahrt eines Schiffes vom Unterwasser nach dem Oberwasser spielt sich

Begriffsbestimmungen

9

folgendermaßen ab: Die Kammer wird durch verschließbare Kanäle in den Kammerwänden mit der unteren H a l tung verbunden, so daß sich der Wasserspiegel beiderseits des Untertores gleich hoch einstellt. D a s Obertor ist hierbei geschlossen. Hierauf wird das Untertor geöffnet und das Schiff fährt in die Kammer ein. N a c h Schließen des Untertores erfolgt Füllen der K a m m e r aus dem Oberwasser bis zum Spiegelausgleich. N u n kann das Obertor geöffnet und das Schiff in die obere Haltung eingeführt werden. Die T a l f a h r t eines Schiffes erfolgt umgekehrt mit entsprechenden Bewegungsvorgängen. Eine besondere Art von Kammerschleuse ergibt sich an der Mündung eines Kanals in einen schiffbaren Fluß, dessen Wasserstand bald über, bald unter dem Kanalwasserspiegel liegt. Hier müssen A u ß e n h a u p t und B i n n e n h a u p t jeweils ein nach beiden Richtungen kehrendes T o r haben, also je zwei Stemmtorpaare, sofern nicht auf beiderseitigen Druck eingerichtete Tore vorhanden sind (Abb. 2). Obertor aesdi/ossen

Hochnasserschutitor im Oberhaupt

A b b . 2. D o p p e l t k e h r e n d e

HochWdSserschuUtor

Schleuse.

10

Allgemeines über Schiffsschleusen

Große Gefälle werden durch Schachtschleusen, Kuppelschleusen und Schleusentreppen überwunden. Eine S c h a c h t OimUßm s c h l e u s e (Abb. 3) entsteht dadurch, daß das Untertor nicht bis zum Stand des Oberwasserspiegels hochgeführt ist, sondern sich Überhaupt nur eine Oeffnung mit der für die Schiffahrt erforderlichen lichten Durchfahrtshöhe in der A b b . 3. Schachtschleuse. die seitlichen Kammermauern nach Unterwasser verbindenden Abschlußwand befindet. Bemerkenswerte Schachtschleusen haben wir in Deutschland am Dortmund-Ems-Kanal zu Henrichenburg ( H = 1 4 m ) , am Abstieg des Mittellandkanals zur Weser bei Minden l. W . (H max = 14.68 m), im Aufstieg des Mittellandkanals zu seiner Scheitelhaltung bei Anderten ( H = 15 m) und ferner zu Fürstenberg a. d. O. (H max = 14,28 m) an der Mündungsstrecke des Oder-Spree-Kanals.

ü

»

«

M

A b b . 4.

W

Kuppelschlcuse.

Bei K u p p l u n g s s c h l e u s e n ist das Unterhaupt der oberen Schleuse zugleich Oberhaupt der unteren Schleuse (Abb. 4). Dreifache Kuppelschleusen hat der Panamakanal bei Gatun. Eine andere finden wir am Shan-

Begriffsbestimmungen

11

n o n - K r a f t w e r k in I r l a n d ; sie ist wie die gesamte Stauanlage von deutschen Ingenieuren erbaut worden. Eine Schleusentreppe wird durchmehrere dicht hintereinanderliegende Schleusenkammern gebildet. Sie gibt vielen älteren "Wasserstraßen Frankreichs ihr eigenartiges Gepräge. Abb. 5 zeigt die Schleusentreppe am Abstieg des G r o ß s c h i f fahrtsweges Berlin - Stettin bei N i e d e r f i n o w . Grundrißform und Größe der K a m m e r richten sich nach den Anforderungen der S c h i f f a h r t u n d den ö r t lichen Verhältnissen der a n schließenden Wasserstraße. W i r d die K a m m e r so lang gemacht, d a ß zwei oder mehrere Schiffe hintereinander darin A u f n a h m e f i n den können, so entsteht die Schleppzugschleuse. Eine doppelt breite Schleuse mit versetzten Häuptern zeigt Abb. 6. Neuerdings hat f ü r die Schleusen der

A b b . 5. Schleusentreppe.

A b b . 6. Doppelt breite Schleuse.

12

Allgemeines über Schiffsschleusen

Saale-Kanalisierung ein rhombenförmiger Grundriß Anwendung gefunden (Abb. 7). Er weist gegenüber der Anordnung nach Abb. 6 den Vorteil auf, daß die ein- und ausfahrenden Schiffe quer kaum verholt zu werden brauchen und daß er auch bei verschiedenartigen Schiffsgrößen eine günstige Kammerausnutzung gestattet. Wird die Schleppzugschleuse der Abb. 8 nur von einem Schiff benutzt, so schleust man zwecks Wasserersparnis mit den Toren 1 und 2. 25,00

A b b . 7. Neue

Saaleschleuse.

A b b . 8. Schleppzugschleuse mii Mittelhaupt.

K e s s e l s c h l e u s e n (Abb. 9), deren K a m m e r gleichzeitig mehreren Schiffen neben- und hintereinander Platz bietet, werden heute nicht mehr gebaut; jedoch Z w i l l i n g s s c h l e u s e n (Abb. 10), wobei zwei nebeneinanderliegende Kammern gegenseitig zur Wasserersparnis benutzt werden, indem stets eine Kammer auf Oberwasser, Abb.9.

Kesselschleuse.

Wahl der Bauart

13

die andere auf Unterwasser steht, so daß nach Einfahren der Schiffe gleichzeitig mit der einen Kammer zu Berg, mit der anderen zu T a l geschleust wird. »WWMMT

VA

i .L

A b b . 10. Zwillingsschleuse.

Die von Krey vorgeschlagene, aber noch nicht gebaute „Schleuse ohne Zeitverlust" hat eine solche Länge, daß Schleppzüge ohne Festmachen langsam hindurchfahren, wobei Füllen und Leeren der Kammer sowie Schließen und Oeffnen der Tore während der Fahrt erfolgen. Ihre Länge ergibt sich bei einem Gefälle von 6 m und einem Schleppzug bestehend aus einem Dampfer und zwei 1200Tonnen-Kähnen (Schleppzuglänge 300 m) zu rund 800 m (s. Der Bauingenieur 1925, H e f t 24). § 2. Wahl der Bauart. Jede Schleuse birgt drei Funktionen in sich: Sie ist ein Instrument des "Wasserverkehrs. Dies findet seinen Ausdruck in ihrer Gesamtanordnung und Größe. Sie ist mit Blick auf den Vorgang des Füllens und Leerens sowie Wahl und Bewegüngsweise der Verschlußkörper eine „Schiffshebemaschine", und sie ist ferner als Ganzes ein Ingenieurbauwerk. Ihre Herstellung ist somit von zahlreichen Umständen abhängig, a) A r t u n d U m f a n g d e s V e r k e h r s : Diese Faktoren bestimmen Grundrißform und Abmessungen der Kammer, ferner die Wahl des Baustoffes. Hölzerne Schleusen und solche mit gebösch-

14

b)

c)

d)

e)

Allgemeines über Schiffsschleusen ten Kammerwänden kommen heute nur noch an untergeordneten Wasserwegen bei geringem Gefälle in Frage. Kennzeichnender Baustoff f ü r alle Schleusen an modernen Hauptwasserstraßen ist der Beton und Stahlbeton; dabei werden die Tore stets aus Stahl hergestellt und mit elektrischem Antrieb ausgerüstet. G r ö ß e des G e f ä l l e s : Das zu überwindende Gefälle ist das entscheidendste Moment f ü r die zweckmäßige Ausbildung eines Schleusenbauwerks. Je höher das Gefälle, desto weniger ist eine massive Bauweise zu umgehen. Stählerne Spundwände als Kammerbegrenzung bleiben auf mittlere Gefälle beschränkt. Zulässiger Wasserverbrauch: Rücksichtnahme auf den Verbrauch von Schleusenwasser bedingt stets lotrechte Kammerwände. K a n a l schleusen müssen daher o f t mit Sparbecken ausgerüstet werden (s. § 15). Bei Schleusen an kanalisierten Flüssen erfolgt vielfach Anordnung eines Mittelhauptes, um bei dem Verkehr von Einzelfahrzeugen Schleusungszeit und Wasserverbrauch zu vermindern (s. Abb. 8). Die Bauform einer F l u ß schleuse kann außerdem dadurch beeinflußt werden, daß sie wegen beengter örtlicher Verhältnisse zur Hochwasserabführung herangezogen werden muß. Untergrundverhältnisse: Sie bedingen die Wahl der Gründungsart, damit den geplanten Bauvorgang und die Lage der Schleusenbaustelle (Flach-, Pfahlrost- oder Preßluftgründung). Stand der B a u t e c h n i k : Das Verfahren der Grundwasserabsenkung, das A u f kommen stählerner Spundwände und besonders die Fortschritte auf dem Gebiet der Betontechnik selbst (Unterwasserbeton mit ortsfesten Trichtern) haben auf die Herstellung einer Schleuse entscheidenden Einfluß.

Schleusenabmessungen

15

Die unter a), d) und e) genannten Gesichtspunkte erweitern sich zu wesentlichen Entscheidungen bei den der Seeschiffahrt dienenden S e e s c h 1 e u s e n. § 3. Schleusenabmessungen. Die A b m e s s u n g e n einer Schleuse richten sich nach den Ausmaßen der größten zu schleusenden Schiffe bzw. Schleppziige. Als nutzbare Länge gilt der Abstand zwischen dem Abfallboden des Oberhauptes und dem Anfang der Tornische des Unterhauptes. Grundsätzlich sind die Kammerabmessungen möglichst klein zu halten, um an Baukosten, ferner an Wasserverbrauch zu sparen. Erforderliche S p i e l r ä u m e bei B i n n e n s c h i f f s s c h l e u s e n sind nach der Länge 2 bis 3 m, nach der Breite 1,0 bis 1,5 m, nach der Tiefe 1,0 m, bei S e e s c h l e u s e n entsprechend 5 bis 10 m, 3 bis 4 m und 2,0 m. Besonderes Augenmerk ist jedoch auf hinreichende Drempeltiefe zu legen, da eine Vertiefung des Schleusenquerschnitts den Schiffswiderstand mehr verringert als eine gleichgroße Verbreiterung und zudem der Wasserverbrauch davon unabhängig ist. Die Entwicklung des Wasserstraßenverkehrs hät in allen Ländern zu einer gewissen N o r m a l i s i e r u n g der Schleusenabmessungen geführt. Die Kammerlängen für die H a u p t w a s s e r s t r a ß e n Deutschlands sind nach dem Vorschlag von Sympher für das 1000-t-Regelschiff bei 12 m Torweite und 3 m Drempeltiefe: 85 m bei Einzelschleusen, in denen der Schlepper nicht mitgeschleust wird, 105 m bei Einzelschleusen, in denen der Schlepper mitgeschleust wird, 185 m, 225 m, 270 m und 350 m bei Schleppzugschleusen, je nach der Zusammenstellung der Schleppzüge. Von diesen Typen ist die Schleuse mit L = 225 m für den Mittellandkanal zur Anwendung gekommen. Für N e b e n w a s s e r s t r a ß e n sind vorgeschlagen L = 41,0 m, B = 5,3 m und T = 2,0 bis 2,5 m. Einige weitere

16

Allgemeines über Schiffsschleusen

Angaben über Schleusenabmessungen bring en die Tabellen I und I I . Tabelle I. A b m e s s u n g e n von B i n n e n s c h i f f s s c l i l e u s e n Flußschleusen: Länge Breite Oderkanalisierung Cosel—Neißemüdung . Neckairkanalisierung Mannh.—Plochingen Mainkanalisierung Würzburg—Bamberg . SaalekanalisAerung (Rhomibenförmiger Grundriß miit 12 m Torbreite) Mittel weser-KanaJlsierung (Mittelhaupt für L = 8 5 m ) Oertliche Kanalisierungen: Staustufe am Donaukaohlet Staustufe Magdeburg (Eine Schleuse mit Mittelhaupt für L = 85 m) M üb lendammsch leuse Berlin Stauanlage Amfrevillc a. d. Seine . . . (Neue Schleuse) Stauanlagen der »Groß-Wolga« . . . . (Uglitsch und Rybinsk) Kanalschleusen: Dortmund-Ems-Kanal: 1. Ausbau 2. Ausbau 3. Schleuse Münster i. W Rhein-Herne-Kanal Lippe-Seiten- und Weser-Elbe-Kanal Großschiffahrtsweg Berlin—Stettin . Teltow-Kanal: Doppelschleuse Klein-Machnow . 3. Schleuse Neuer Klodnitz-Kanal Französische Wasserstraßen (Normalschleuse) Juliana-Kanal in Holland Wolga-Don-Kanal (geplant)

55 m 300 „ 105 „

9,60 m 12,00 „ 12,00 „ 20,00 „

350 „

12,50 „

230 „ 325 „

24,00 „ 25,00 „

140 „ 220 „

12,00 ,. 17,00 ,

290 „

30,00 „

HO

165 225 165 225 65

„ „ „ „ „

„

8,60 10,00 12,00 10,00 12,00 8,00

„ „ „ „ „ „

67 85 72 38,5

„ „ „ „

10,00 12,00 12,00 5,20

„ „ „ „

67

. .

. .

.

.

„

136 „ 130 „

16,00 „ 18,00 „

Arten des Füllens und Leerens

17

Tabelle II. A b m e s s u n g e n von S e e s c h l e u s e n Länge

Kaiser-Wilhelm-Kanal . . . Noird&chleujse — Bremerhaven 3. Schleuse Wilhelmshaven . Panama-Kanal Jymuiden — Amsterdam . .

330 372 260 305 400

m „ „ „ „

Torbreite

45,0 45,0 40,0 33,5 50,0

Kammerbreite

m „ „ „ „

45,0 60,0 40,0 33,5 50,0

m „ „ „ „

II. Füllen und Leeren der Kammer. § 4. Arten des Füllens und Leerens. Das Füllen und Leeren der Kammer erfolgt durch Schutzöffnungen in den Schleusentoren, durch Umläufe und Grundläufe, endlich mittels der Tore selbst. T o r s c h ü t z e n als in den Stemmtorflügeln vorgesehene verschließbare Oeffnungen waren bei den älteren Schiffsschleusen allgemein üblich, sind dann aber mit wachsender Kammergröße als zu wenig leistungsfähig verlassen worden, weil größere Durchflußöffnungen eine zu starke Schwächung der Torkonstruktion bedingt hätten. Sie werden jedoch heute erneut verwandt, nachdem es gelungen ist, auch hier zu befriedigenden Lösungen zu kommen (s. § 6).

A b b . 11. A n o r d n u n g der U m l ä u f e , a) T o r u m l ä u f e . b) L ä n g s u m l ä u f e mit Stichkanälen.

U m l ä u f e und G r u n d l ä u f e sind im Mauerwerk der Schleusenmauern bzw. des Schleusenbodens ausgesparte Kanäle. Ihre Ausführung erfolgt entweder als kurze T o r u m l ä u f e (Abb. I I a ) oder als L ä n g s u m l ä u f e mit D e h n e r t , V e r k e h r s w a s s e r b a u III

2

18

Füllen und Leeren der Kammer

Stichkanälen (Abb. I I b ) . Grundläufe nach Abb. 12 sind in Deutschland selten angewandt worden, aber bevorzugt in den USA. Die Führung der U m läufe, deren Querschnittsform kreisrund, eiprofilartig oder rechteckig mit Eckausschrägungen sein kann, ist von der durch Schleusengefälle und T o r a r t bedingten Gestaltung des Oberhauptes abhängig. Bei Unterhäuptern und Oberhäuptern mit geringem Gefälle (s. Abb. 44) münden die Torumläufe unmittelbar hinter schnitt mit G r u n d l ä u f e n . dem T o r genau einander gegenüberliegend, damit auf diese Weise eine Energievernichtung des ausströmenden Wassers erzielt wird, während sich hierfür bei Oberhäuptern mit größerem Gefälle eine Toskammer unter dem Torboden anordnen läßt (s. Abb. 45). Die ruhigste Füllung haben im allgemeinen Längsumläufe mit Stichkanälen, wenn diese von Oberwasser nach Unterwasser mit zunehmenden Abständen angeordnet werden und ihr Gesamtquerschnitt etwa das bis 2fache des zugehörenden Längsumlaufs ausmacht. Die Bedienung der Umläufe erfolgt durch die später noch zu besprechenden U m l a u f v e r s c h l ü s s e ( § 7 ) . Die Entwicklung des modernen Schleusenbaus ist durch das Vorgehen gekennzeichnet, die Tore selbst zum Füllen und Leeren der Schleuse heranzuziehen. Es entsteht so in Anknüpfung an die alte Schleuse mit Schützen in den Toren die u m l a u f l o s e S c h l e u s e . Ihre Vorteile sind Abkürzung der Schleusungszeit und Vereinfachung des Betriebes, da nur ein Verschlußkörper bei dem Schleusungsvorgang betätigt werden muß, ferner eine gewisse Baustoff- und damit Kostenersparnis durch einfachere Gestaltung der Häupter, U m die L e i s t u n g s f ä h i g k e i t einer Schleuse durch Abkürzen der Schleusungszeit zu steigern, sind die Umläufe möglichst groß zu machen. Dieses Bestreben ist

Arten des Füllens und Leerens

19

einerseits beschränkt durch den Umstand, in der oberen H a l t u n g keine schädlichen Spiegelsenkungen eintreten zu lassen, andererseits durch die Rücksichtnahme auf eine ruhige Lage des Schiffes in der Kammer während der Füllung. Als zulässig gilt bei den modernen Schleusen an Hauptwasserstraßen eine Z u f l u ß m e n g e von 40 bis 60 m 3 /sec. Wichtig ist hierbei, daß die erste Füllwelle so niedrig gehalten wird, daß der zum Unterhaupt wirkende 1 . 1 Trossenzug das M a ß von — — b i s des SchiffsgewichoUU /UU tes nicht übersteigt. Dies ist gleichbedeutend mit der Forderung, daß die H ö h e z der Schwall welle (Abb. 13) nicht

A b b . 13. S c h w a l l w e l l e bei einer

größer sein darf a l s - - — b i s ^

Schleusung.

der Schiffslänge oder bei

Einzelschleusen der Kammerlänge. Das Maß z ergibt sich aus der Beziehung z =

> worin Q in m 3 /sec die zu-

lässige Füllmenge, B in m die Schleusenbreite und c in m/sec die Geschwindigkeit der an dem Schiff vorbeilaufenden ersten Welle ist. Rechnet man mit einer Schiffs90 länee von / — 90 m, so wird z 0,15 m. Damit 600 ist bei einer Schleusentiefe von T = 3,5 m die Wellengeschwindigkeit c = V g • T = [''9,81 - 3,5 = 5,9 = rd. 6,0 m, somit bei einer Schleusenbreite von B = 12 m die erste zulässige Füllmenge Q = 0,15-12-6,0 = 10,8m 3 /sec. T

20

Füllen, und Leeren der Kammer

Zahlreiche Versuche in der N a tur und am Modell haben zu der Erkenntnis geführt, d a ß eine Scheusenfüllung am zweckmäßigsten vor sich geht, wenn die größte Füllmenge kurz vor der -Zeit halben Füllungszeit erreicht wird, Abb. 14. Fun-und wobei gleichzeitig die höchste Steigteigekurve. geschwindigkeit des Kammerwasserspiegels eintritt (Abb. 14). Das Verhältnis der mittleren zur höchsten Steiggeschwindigkeit, das dem Verhältnis zwischen mittlerer und höchster Füllmenge entspricht, beträgt dann 1 : 1,7. Als mittlere Steiggeschwindigkeit gilt bei Schleusen von 85 m Länge und 12 m Breite das Maß von 1,7 bis 1,8 cm/sec, bei Schleusen von 225 m Länge das Maß von 1,0 cm/sec. Diese Festlegungen bedingen wiederum ein Verhältnis von erforderlichem U m l a u f querschnitt zur Kammeroberfläche von 1 : 150 bis 1 : 170. Schleusen mit Umläufen erfordern im allgemeinen keine besonderen baulichen Maßnahmen zur Energievernichtung des in die Kammer einströmenden Wassers, wenn die Mündungen der Umläufe gegenüberliegend zur Schleusenachse angeordnet werden. Sie werden aber notwendig bei Schleusen ohne Umläufe, deren Füllen mit der Torbewegung selbst erfolgt. Eine richtige Gestaltung der Energievernichtungsanlagen, die in Stoßplatten oder Stoßbalken bestehen, kann hierbei nur aus Modellversuchen gewonnen werden. Abb. 15 zeigt das Oberhaupt einer Neckarschleuse mit in den Stemmtoren eingebauten Schützen. Der in die Kammer gehende Wasserstrahl stößt gegen eine unten offene Querwand und wird durch eine in der Sohle angeordnete Querschwelle durch Umlenkung so abgebremst, d a ß nur geringe K r ä f t e auf das in der Kammer liegende Schiff ausgeübt werden können. Bei dem Oberhaupt der Doppelschleuse Magdeburg (Abb. 16) erfolgt das Füllen durch Anheben der Hubtore und die Energievernichtung des durchlaufenden Wassers durch einen Stoßbalken, dessen

Berechnung der Füll- und Leerungszeit

21

Oberkante als durchlaufender Träger über 4 Oeffnungen 0,5 m höher liegt als die Torschwelle.

A b b . 15. O b e r h a u p t einer Neckarschleuse.

A b b . 16. O b e r h a u p t der Doppelschleuse Magdeburg.

T*T»r

§ 5. Berechnung der Füll- und Leerungszeit. Die Gesamtdauer einer Füllung ergibt sich aus der Beziehung 2-O-H „ i/ t „ u ¿(•FF 2 g-hl

Hierbei bedeuten:

T in sec die Gesamtfüllungsdauer, O in m 2 die Wasserspiegelfläche der Schleusenkammer, F in m 2 die Gesamtfläche der Umläufe bzw. Schützöffnungen. Der Durchflußbeiwert /i kann f ü r Ueberschlagsberechnungen angesetzt werden mit 0,70 bei Schützöffnungen in den Schleusentoren, 0,65 bei Torumläufen, 0,55 bei Längsumläufen mit Stichkanälen.

22

Füllen und Leeren der Kammer

Liegt der Schwerpunkt der Einströmöffnung h t m über dem Unterwasserspiegel, so ist die Füllzeit t j bis zu diesem Punkt O-h, ^•F^giH-h,) und der Rest der Füllzeit 2-0-(H—hj) t2 = T — t j = „•F^gCH-hJ Alle Gleichungen setzen voraus, daß schon von Anfang an die volle Umlauföffnung F vorhanden ist. Diese Annahme entspricht weder den praktischen Möglichkeiten, da das Anheben der Umlaufschütze eine gewisse Zeit t a in Anspruch nimmt, noch ist sie im Hinblick auf eine möglichst geringe Höhe der ersten Füllwelle wünschenswert. Es ist daher die Füllungsdauer T in die Abschnitte t a und tb zu zerlegen. S ta = V3 ist die Zeitdauer zum Anheben der Umlaufschütze um die Hubhöhe S mit der Hubgeschwindigkeit V* bis zur völligen Freigabe der Zuflußöffnung F. Man erhält dann Winkel's S T = (1 Vs

auf

Grund

Mm

J — (*

der

Untersuchungen 2-O-H

) + / r

F

Y 2 g-H

Man kann rechnen f ü r : Rollschütz mit Sohlendreieck (x = 0,55,

¡Jim

0,22, 1— ^ = 0,60,

•

Schleusentore

23

offenes Zylinderschütz mit d = 3 m a = 0,73, um = 0,50, 1 — - - = 0,31, [X Zackenzylinderschütz mit einer Zackenlänge von z = ¡i

= 0,73,

Ilm

= 0,39, 1 — j — = °' 4 7 i

Genauere Werte lassen sich nur durch unmittelbare Messungen gewinnen. u m ist der Mittelwert aus einer Kurve f ü r die Aenderung des Durchflußbeiwertes /us der Schütze in Abhängigkeit von der jeweiligen Hubhöhe.

III. Konstruktion und Bewegung der Verschlußkörper. § 6. Schleusentore. a) A l l g e m e i n e s . Schleusentore müssen die durch den Wasserdruck hervorgerufene Belastung sicher aufnehmen, dicht und leicht beweglich sein. Man kann nach ihrer Bauart unterscheiden: 1. S t e m m t o r e aus zwei Flügeln mit senkrechter Drehachse, welche im geschlossenen Zustand miteinander einen stumpfen Winkel bilden. 2. K l a p p t o r e aus einem ebenen Flügel, der um eine waagerechte, im Drempel liegende Achse drehbar ist und im geöffneten Zustand im Torboden lagert, während er in Schlußstellung etwas gegen das Oberwasser überhängt. Neuere Abarten des Klapptores sind das Hakenklapptor und das Drehtor. 3. H u b t o r e sind große Schütztafeln mit dem Vorteil, daß sie nach beiden Seiten kehren können. 4. S e g m e n t t o r e werden nach Art der Segmentwehre konstruiert und bewegt. 5. S c h i e b e t o r e sind einseitige in waagerechter Richtung senkrecht zur Schleusenachse bewegliche Tore.

24

Konstruktion und Bewegung der Verschlußkörper

6. S i e 11 o r e haben wie Stemmtore zwei Flügel, aber unter Verzicht auf die Stemmwirkung einen oberen und unteren Anschlag zur Auflagerung. 7. S c h w i m m t o r e werden seltener f ü r Schiffsschleusen, vorwiegend zum Abschluß von Trockendocks verwandt. Nach dem Baustoff kann man unterscheiden hölzerne Tore, Tore mit Stahlgerippe und Holzbekleidung, stählerne Tore. Die Verwendung von H o l z bleibt hfeute auf kleine Stemmtore beschränkt. Die H ö h e der Schleusentore ist so zu wählen, daß Oberkante 0,3 bis 1,0 m (Wellenhöhe!) über höchstem zukehrenden Wasserstand liegt. Dichtung aller Tore an den Anschlagstellen meist durch Holzleisten, neuerdings auch durch Gummi. Ihre Bewegung geschieht durch Windwerke, die von H a n d oder mittels elektrischer K r a f t bedient werden. Hierbei wird der Antrieb zwecks Verkürzung der Schleusungszeit so bemessen, daß die Tore gegen einen Ueberdruck von 0,10 bis 0,30 m geöffnet werden können. Die Zeit f ü r das O e f f n e n und Schließen jedes der unter 1 bis 6 genannten Tore beträgt rund 1 Minute. b) S t e m m t o r . Das Stemmtor ist das am häufigsten angewandte Schleusentor. Es besteht aus zwei Flügeln, die sich in geschlossenem Zustand in den S c h l a g s ä u l e n gegeneinander, in den W e n d e s ä u l e n gegen die Kammermauern stemmen und unten am Drempel anliegen. Sie haben den geringsten Baustoffverbrauch und sind leicht beweglich. Neigung des geschlossenen Tores gegen die N o r m a l e zur Schleusenachse am besten 1 : 2,5. Zur Erleichterung des Drehvorganges wird die Wendesäule exzentrisch zur T o r nische gelagert, so daß sich die Wendesäule mit Beginn der Drehung von ihrer Auflagerfläche abhebt; E x z e n t r i z i t ä t etwa 2 cm (Abb. 17). Jeder Torflügel besteht aus dem T o r g e r i p p e als tragendem Teil und der darauf befindlichen wasserdich-

Schleusentore

25

ten Bekleidung, der T o r h a u t. Die Rippen können horizontal oder vertikal angeordnet werden; man unterscheidet danach R i e g e l t o r e und S t ä n d e r t o r e . Heute

J Cr-MiHelpunkl der tische Ci^Drehpunkt desTores e •-Exzentrizität

Abb. 17. Exzentrizität eines

Stemmtores.

werden meist Riegeltore gebaut. Werden die Riegel gleich stark ausgebildet, so verringert sich ihr Abstand nach unten entsprechend der Zunahme des Wasserdrucks. Eine andere T o r a r t besteht darin, daß die g e k r ü m m t e n Flügel im geschlossenen Zustand eine Kreiszylinderfläche bilden. Der Wasserdruck r u f t dann keine Biegung des T o r flügels, sondern nur einen Tangentialdruck hervor; die notwendige Aussteifung des Blechmantels erfolgt hierbei durch gekreuzte Diagonalen. Die Tore sind unten in einem F u ß - oder S p u r l a g e r , oben in einem H a l s l a g e r drehbar.

a

A b b . 18.

26

Konstruktion und Bewegung der Verschlußkörper

Ihre B e r e c h n u n g ergibt sich aus Abb. 18a bis c. Die Beanspruchung eines Riegels mit dem Querschnitt F erfolgt auf Biegung und Stemmdruck: b-h-r/ 2 Wasserdruck p = b - h - ; - ; daher 0 = — , wobei 8•W W — Widerstandsmoment eines Riegels ist. b-hyl Stemmdruck S = ; daher 3 „ = 2-tgd 2-F-tgo Gesamtbeanspruchung a = 3 i +

Bei gekrümmten Toren mit dem Radius r bewirkt der Wasserdruck N einen Tangentialdruck T = N • r. Für einen waagerechten Streifen von 1 m Höhe in der Tiefe x ist N = y • x und T = y • r = s • d, woraus sich die Blechstärke d ergibt. Die Berechnung der Torhaut von Riegeltoren erfolgt nach den im Stahlbau üblichen Grundsätzen der Berechnung vierseitig aufgelagerter Bleche, sofern nicht bei Holzbohlen eine Berechnung als Träger auf zwei Stützen genügt. Die für die Verankerung des Halslagers maßgebliche Zugkraft Z erhalten wir gemäß Abb. 19 aus der Beziehung G-Z Z = ——p- und die Spannung in der Zugstange aus D = 2 • h G

A b b . 19.

Abb. 20 zeigt die konstruktive Ausbildung eines h ö l z e r n e n Schleusentores, wozu am besten Eichenholz verwendet wird. Der oberste und unterste Riegel, auch Ober- und U n tertramen genannt, bilden mit Wende- und Schlagsäule auf Grund guter Verzapfung einen festen

Schleusentore

27

Rahmen, wobei sie mit diesem noch durch Flacheisenbänder verbunden sind. Eine vom oberen Ende der Schlagsäule zum unteren Ende der Wendesäule führende Strebe verhütet das „Versacken" des Tores. In der anderen Diagonale sind auf jeder Torseite eiserne Zugstangen angebracht. Die ebenfalls in diagonaler Richtung aufgelegte Bekleidung, welche zusätzlich als weitere Aussteifung gegen das Rückseite Versacken des Tores "Senkrechter dient, geht über die /Schnitt Riegel hinweg und ist in die Hölzer des äußeren Rahmens bündig eingelassen. Ihre Befestigung geschieht mittels Nägel oder Holzschrauben. Zur Wasserdichtigkeit sind die Bohlen mit einer Spundung versehen und kalfatert (Dichten der Fugen mit Werg und Pech). Der große Vorteil der hölzernen Tore liegt darA b b . 20. Hölzernes S t e m m t o r . in, daß sie gegen etwaigeSchiffsstößesehr elastisch sind und sich bei eingetretenen Beschädigungen leicht ausbessern lassen. S t ä h l e r n e Tore werden aus den im Stahlbau üblichen Elementen wie I-Trägern, U-Baustählen, Blechen usw. unter Anwendung der allgemein gültigen Konstruktionsgrundsätze der Verbindung dieser Bauelemente durch Nietung oder neuerdings auch durch Schweißung zusam-

28

Konstruktion und Bewegung der Verschlußkörper

mengefügt. Während hölzerne Wendesäulen ihrer ganzen Länge nach am Mauerwerk anliegen, erfolgt die Uebertragung des Stemmdruckes bei stählernen Toren durch stuhlartige Druckstücke, auch K n a g g e n genannt, welche man in nach unten hin abnehmenden Entfernungen auf die Wendesäule aufschraubt. Da aber Mauerwerk oder Beton zur Aufnahme derartig konzentrierter Drücke wenig geeignet sind, werden an den Druckübertragungsstellen Platten aus Gußeisen oder Stahlguß mittels Steinschrauben in das Mauerwerk eingelassen oder mit dem Beton durch Rundeisen verankert, um eine gute Druckverteilung zu erreichen. Die Abdichtung der Tornische erfolgt hierbei durch eine besondere hölzerne Dichtungsleiste aus Eichenholz.

a

A b b . 21. Spur- und H a l s l a g e r eines S t e m m t o r e s .

Die Konstruktion eines Spurlagers, welches aus der Grundplatte mit dem S p u r z a p f e n und der S p u r p f a n n e besteht, zeigt Abb. 21a. Der Zapfen besteht aus

Schleusentore

29

bestem Gußstahl und ist in die gußeiserne Grundplatte eingelassen. Bei dem in Aufsicht dargestellten H a l s 1 a g e r (Abb. 21b) ist wesentlich, daß es mindestens durch 2 Anker gehalten wird, von denen der eine in Richtung des geschlossenen, der andere nahezu in Richtung des geöffneten Tores liegt. Beide müssen kräftig in das Mauerwerk eingreifen und fernerhin durch Einschaltung von Keilen und Schrauben eine gewisse Längenänderung gestatten, damit die Drehachse genau eingestellt werden kann. Ein besonderes Spurlager ist das nach seinem Erfinder benannte B u c h h o l z - Lager. Seine Eigenart besteht darin, daß das T o r auf eine durch Anschläge begrenzte schräge Pendelstütze abgesetzt ist, welche eine gewisse Nachgiebigkeit beim Einklemmen von Fremdkörpern zwischen Dichtungsleisten und Toranschlägen gestattet, wodurch das Lager nicht so leicht zu Bruch gehen kann. Buchholz-Lager haben u. a. die Tore der neuen Mühlendammschleuse zu Berlin. Stählerne Stemmtore werden bis zu den größten Abmessungen ausgeführt. Die bedeutendsten dieser Art dürften die des Welland-Kanals sein, der als vierte Verbindung des Ontario-Sees mit dem Erie-See zur Umgehung der Niagara-Fälle vor einigen Jahren fertiggestellt worden ist. Sie haben hier im Unterhaupt bei einer H ö h e von 25 m ein Eigengewicht von 500 t. Diese große Last konnte nur dadurch aufgenommen werden, daß die Torflügel mittels Rollen außer in der Drehachse auf konzentrisch zu dieser angeordneten kreisförmigen Betonmauern ruhen. Das in Abb. 22 wiedergegebene Untertor der 3. Schleuse Münster i. W . hat eine gebogene T o r h a u t mit gekreuzten Diagonalen und Schwimmkästen, wodurch das zu bewegende Gewicht eines Stemmtorflügels von 22 t auf 3 t verringert wird. Stemmtore mit eingebauten Schützöffnungen wurden schon gebaut, ehe man Umläufe anwandte. Diese Durchlässe waren mit Rücksicht auf die Stabilität des Tores aber auf einen U m f a n g abgestellt, der ihre Leistungsfähig-

30

Konstruktion und Bewegung der Verschlußkörper Schnitt A-b

Rückansicht £

keit sehr beschränkte. Man hat daher im Hinblick auf die allgemeinen Vorteile der umlauflosen Schleuse in den letzten Jahren das Stemmtor mit eingebautem Segmentschütz und neuerdings mit angehängtem Segmentschütz konstruiert, das hauptsächlich als Unterhauptverschluß in Be-

Schleusentore

31

tracht kommt (Abb. 23). Ein Drempelanschlag ist hier nicht vorhanden; nur die Säulen des Tores lennen sich unten an kleine Betonpfeiler. Als B e w e g u n g s v o r r i c h t u n g dienten früher bei kleinen hölzernen Toren Drehbäume und Schiebestangen. D r e h b ä u m e sind Hebel, welche oben in der Ebene des Flügels über die Wendesäule hinausragen. Durch Anstemmen an diese Verlängerung wird die Drehung des Tores bewirkt. Schiebestang e n liegen auf der Schleusenplattform und sind in dieser Höhe an der Schlagsäule des Tores befestigt. Durch unmitIL i j >-7 TJT j -rr Abb. 23. btemmtor telbaren Druck und Zug am Handgriff m i t segmentschütz. der Stange erfolgt das Schließen und Oeffnen des Tores. Die bewegende Kraft moderner Schleusentore ist vorwiegend E l e k t r i z i t ä t , wobei für etwaigen Stromausfall stets Handantrieb vorgesehen wird. Als Bewegungsmittel dienen Zahnstangen und Zahnsegmente. Ihr Antrieb erfolgt durch ein in Höhe oder etwas unter der Schleusenplattform gelegenes Ritzel, das mit dem elektrischen Antrieb durch kurze senkrechte oder waagerechte Zwischenwellen und die dazugehörigen Zahnradübersetzungen verbunden ist. Den Schutz dieser Bewegungsorgane gegen Witterungseinflüsse besorgen Blechhauben oder besser noch besonders kleine Betriebshäuschen. Große Schleusen weisen meist zentrale Steueranlagen auf. c) K 1 a p p t o r. Klapptore sind nach amerikanischem Vorbild zum ersten Male in Deutschland am Oder-Spree-Kanal verwendet und danach zum typischen Oberhauptverschluß von K a nalschleusen entwickelt worden, da hier das Verhältnis von Wassertiefe zu Schleusenbreite, etwa 1 : 4, die wirtschaftliche Konstruktion eines Stemmtores nicht mehr gestattet. Der große Vorteil des Klapptores liegt darin, daß

32

Konstruktion und Bewegung der Verschlußkörper

es nur e i n s e i t i g angetrieben zu werden braucht. Sein Gewicht beträgt bei einer Verschlußhöhe von etwa 4 m und einer Schleusenbreite von 12 m je nach Einzelausbildung der Stahlkonstruktion 18 bis 20 t. Die Neigung des Anschlags gegen die Lotrechte ist 1 : 8 bis 1 : 1 2 . JchnWA-a

| ii »Sil

Ii i^jl

•

Abb. 24. Klapptor der Speicherschaehtschleuse

Anderten.

Abb. 24 gibt das Obertor der Speicherschachtschleuse Anderten wieder. Es ist mit Schwimmkästen ausgerüstet und so berechnet, daß es gegen 0,20 m Ueberdruck geöffnet werden kann. Die Lager des Klapptores (Abb. 25). ähneln denen der Schleusen des Rhein-Herne-Kanals. Sie sind so konstruiert, daß sie beim Einklemmen von Fremd-

m Abb. 25.

Klapptorlager.

Schleusentore

33

körpern zwischen den Anschlägen zunächst um 50 mm, und, wenn dies nicht genügen sollte, nach Abscheren besonders leicht auswechselbarer Stifte um weitere 70 mm zurückgleiten. Als Antriebsvorrichtung dient eine steife Schubstange, welche durch einen 9,8-kw-Elektromotor bewegt wird. Bei Handantrieb erfolgt das Umlegen des Tores durch 2 Mann in 7 Minuten. Das Bestreben, beim Schleusenbau alle beweglichen Teile der Betriebseinrichtungen leicht und einfach über den Wasserspiegel heben zu können, hat dazu geführt, das Klapptor in einer Verbindung von Druck- und Pendelstangen zu lagern. Diese Bauweise gestattet eine hohe Nachgiebigkeit beim Einklemmen von Fremdkörpern sowie die Herausnahme des Tores zu Instandsetzungszwecken. Wir finden sie an den Schleusen Zerben, Großwusterwitz und Lehnitz der märkischen Wasserstraßen.

A b b . 27. D r e h t o r .

Klapptore verlangen stets Umläufe, da bei ihnen der Einbau von Schützen im Hinblick auf die Lagerungs- und Durchbiegungsverhältnisse nicht möglich ist. Um diesem Nachteil zu begegnen, sind für das Oberhaupt umlaufloser Schleusen das H a k e n k l a p p t o r und das D r e h t o r entwickelt worden, deren Wirkungsweise aus Abb. 26 und Abb. 27 hervorgeht. D e h n e r t , V e r k e h r s w a s s e r b a u III

3

34

Konstruktion und Bewegung der Verschlußkörper d) H u b t o r.

Hubtore werden nach Art einteiliger Schützenwehre konstruiert. Sie laufen mit Rollen auf Schienen, die in Nischen der Seitenmauern untergebracht sind. Zum Bewegen der durch Gegengewichte größtenteils ausgeglichenen Torlast dienen Drahtseile, Gall'sche Ketten oder neuerdings auch druckfeste Gelenkzahnstangen. Die ersten Hubtore sind in Deutschland an der Doppelschleuse Klein-Machnow des Teltow-Kanals gebaut worden, jedoch ohne Ausnutzung zum Füllen und Leeren der Schleuse; daraufhin folgte ihre Verwendung als Unterhauptverschluß von Schachtschleusen. Das Untertor der Doppelschleuse Fürstenberg ist ein Riegeltor von 130 t Gewicht mit Aufhängung an 12 Seilen. Von den 6 Seilen an jeder Seite führen vier über lose Rollen zu einem Gegengewicht. Die beiden mittleren Seile sind um die Antriebstrommel gewickelt und führen von dort zum Gegengewicht. Stärke des Antriebsmotors 75 PS; Dichtung der Tore an allen vier Seiten durch Holzbalken; Oeffnung gegen 0,5 m Ueberdruck dadurch, daß an jeder Seite zwei I.aufrollen mit Federung zum Abheben vorhanden sind. Abb. 28 zeigt das Untertor der neuen Schleuse Lehnitz. Es ist ein geschweißtes Riegeltor von 60,8 t Gewicht, das bis auf 1 t durch Geeenlasten ausgeglichen ist. Der erste Hub zum Leeren der Schleuse ist 600 mm in 180 sec, wobei sich nach Ausspiegelung des Wassers die Hubgeschwindigkeit auf '200 mm/sec erhöht. Da Hubtore gegen Schiffsstöße sehr empfindlich sind, werden sie durch starke S c h w i m m b a l k e n geschützt, welche getrennt vom Tor seitlich auflagern, von ihm aber beim Anheben mitgenommen werden. Hubtore, welche leicht nachgesehen und instandgehalten werden können, gestatten sehr kurze Schleusenhäupter; sie haben außerdem den besonderen Vorteil, daß sie d o p p e l s e i t i g kehren können. Daher hat auch die neue Schleuse Niegripp (s. Abb. 39), die östlich Magdeburg den

Schleusentore

35

Uebergang vom Kanal zur unteren Elbe vermittelt, in beiden Häuptern Hubtore erhalten. Sie hängen hier in stählernen Hubgerüsten, die als doppelwandige Zweigelenkrahmen ausgebildet sind. Die 10 mm starke Torhaut liegt nach der Elbe zu. Den beiderseits möglichen Wasserdruck

3*

36

Konstruktion und Bewegung der Verschlußkörper

übertragen senkrechte hölzerne Anschläge, welche bei dem geringen Innendruck gleichzeitig als Seitendichtung dienen. Die Seitendichtung bei dem häufigsten Wasserdruck von der Elbe bewirken Dichtungsleisten an Federblechen. T r o t z der ihm eigenen Nachteile wie großer Stahlverbrauch, Kompliziertheit der aus Tor, Antrieb, Gegengewichten, Tragseilen, Sperrvorrichtungen usw. bestehenden Bauelemente hat das H u b t o r mit der Verwendung umlaufloser Schleusen zunehmende Bedeutung erlangt, da es leicht zum Füllen und Leeren der Schleuse herangezogen werden kann. Die in allen H ä u p t e r n des LippeSeitenkanals Wesel—Datteln angeordneten Hubtore sind zwar noch mit 6 von Röllkeilschützen verschlossenen O e f f n u n gen von je 2,36 m 2 Durchflußfläche versehen, aber die Verschlußkörper der Doppelschleuse Ladenburg am Neckar und der neuen Saaleschleusen sind bereits Tore, die unmittelbar dem Füllen und Leeren dienen. Ihre Anwendung an der Saale war hierbei wesentlich mit durch den U m stand bestimmt, möglichst kurze Schleusen durch Fortfall der bei Stemmtoren notwendigen T o r kammer zu erhalten. Auch die Doppelschleuse Magdeburg hat mit Rücksicht auf ihre Breite von 25 m ein H u b t o r erhalten (s. Abb. 16). Ein umgekehrtes H u b t o r stellt das in Abb. 29 wiedergegebene Versenktor dar, welches zum Füllen zunächst langsam, nach vollendeter Ausspiegelung schneller in einen zugleich die Torkammer bildenden Drempel hinein versenkt wird und zu Ausbesserungszwecken ganz nach oben herausgezogen werden kann. Seine Brauchbarkeit ist durch eingehende Modellversuche erwiesen.

Schleusentore

37

e) A n d e r e T o r a r t e n . Segment-Torverschlüsse sind besonders geeignet f ü r umlauflose Schleusen. Abb. 30 zeigt das S e g m e n t - H u b t o r der Rosenthaler Schleuse bei Breslau, Abb. 31 das S e g m e n t - S e n k t o r an der Schleuse Klodnitz des neuen Klodnitzkanals. Auch diese Tore sind stets durch Gegengewichte ausgelastet. Das Senktor besitzt zum An-

pressen beim Schließen und Lösen eine Exzenter-Bewegung von 4 cm. Seine Absenkung erfolgt zunächst langsam um 1,30 m, wobei die Energievernichtung des Füllstrahles mittels Prellbalken in einer Toskammer erfolgt. S c h i e b e t o r e , welche wie Hubtore nach zwei Seiten kehren können, rollen entweder auf einer in der T o r kammer liegenden Bahn, oder sie sind mittels Balken an einer über ihnen liegenden Schienenbahn aufgehängt. Die letztgenante Anordnung finden wir an den Unterhäuptern der Schleusen des im Bergbaugebiet liegenden RheinHerne-Kanals (Abb. 32). Sie haben sich dort sehr gut bewährt. Ein Nachteil der Schiebetore ist die besondere Tornische, welche aber geschickt zum Docken des Tores verwandt werden kann. Rollende Schiebetore sind in der Regel die Verschlüsse f ü r die großen Seeschleusen. Hierbei befinden sich die Rollen entweder fest auf dem Torkammerboden oder sind

38

Konstruktion und Bewegung der Versohlußkörper unten am Tore beweglich angebracht. Mitunter sind die Schiebetore auch auf zwei Rollwagen gelagert, von denen sich der eine oben, der andere diagonal gegenüber unten in der Nische befindet. Die Schiebetore am RheinHerne-Kanal sind auf U m l ä u f e abgestellt; es sind aber auch schon Schiebetore mit Segmentschützen gebaut worden. Die Verwendung von Sieltoren (Unterschleuse des Süd abstiegs zu Minden i. W.), Fächerund Sektortoren (Schleuse im Södertälje-Kanal südlich Stockholm) bleibt auf Sonderfälle beschränkt.

# „

§ 7. U m l a u f v e r s c h l ü s s e . a) R o l l k e i l s c h ü t z e . Der gebräuchlichste Umlauf Verschluß ist das R o l l k e i l s c h ü t z . Es hat sich aus dem alten Gleitschütz entwickelt, wird in größten Abmessungen verwandt (Doppel-

Umlaufverschlüsse

39

schleuse Anderten 5,8 m 2 , Zwillingsschleuse Fürstenberg a. d. O. 7,0 m 2 Durchflußfläche) und eignet sich besonders f ü r horizontal liegende Umläufe. Der Wasserdruck wird durch Rollen aufgenommen, wobei sich das keilförmig gestaltete Schütz in der Schlußstellung in entsprechend geformte, sorgfältig angepaßte Dichtungsrahmen hineinschiebt. Kleinere Rollschütze sind auch so gebaut worden, daß sie vor der Schlußstellung zu Gleitschützen werden, indem die Schienen mit einer Vertiefung versehen sind, in welche die Rollen gegen den Schluß der Bewegung hineinrollen und dadurch entlastet werden. Die Schützkörper bewegen sich im S c h ü t z s c h a c h t , vor und hinter dem sich in der Regel kleinere Schächte zum Einbau von Dammbalken oder Holztafeln befinden, die zur Trockenlegung des Schützschachtes bei Schäden am Schütz dienen. Das Gewicht der Rollkeilschütze wird stets durch Gegenlasten ausgeglichen (Abb. 33).

40

Konstruktion und Bewegung der VerschJußkörper

Um eine ruhige Lage des Schiffes während der Schleusung zu erreichen, darf die sekundlich zufließende Menge nur langsam gesteigert werden (s. S. 19). Dies kann erreicht durch die von Prof Dr.-Ing. Winkel zum ersten Male vorgeschlagene Form des Schützes mit anfänglichem Dreieckdurchfluß, ferner durch entsprechende Steuerung der H u b zeiten. Hierzu dienen elektrische Stufenschalter, Einbau von zwei Motoren für langsames Heben und schnelles Senken oder neuerdings auch nur eines Motors, der mittels Polumschaltung die beiden Bewegungen im Zeitverhältnis 8 : 1 ausführt (Havelberg). Ein weiteres Mittel ist die Verwendung von Kurvenscheiben, auf die sich die Antriebsketten der Schütze aufwickeln (Fürstenberg a.d.Oder). Durch umfangreiche Modellversuche sind die K r a f t wirkungen, die beim Anheben eines Schützes überwunden werden müssen, erfaßt worden. Die Anfangszugkraft Za ist nahezu Z = ß • W, solange noch keine merkliche Wasserbewegung eingetreten ist. Z max, das etwa bei einem Schützhub 7/20 der Höhe des ganz unter dem Unterwasserstande befindlichen Schleusenumlaufes eintritt, ist etwa 4mal so groß wie Za ( W = Wasserdruck, ß = Reibüngswinkel der Zapfen- und rollenden Reibung). b) Z y l i n d e r s c h ü t z e . R o h r - oder Z y l i n d e r s c h ü t z e dienen vorwiegend zum Verschluß senkrechter Umläufe. Es gibt o f f e n e und. g e s c h l o s s e n e Zylinderschütze, auch hohe oder niedrige genannt. Die offene Bauart, die f ü r Sparbecken allein in Frage kommt, besteht aus einem oben und unten offenen Rohr aus Stahlblech von 1 bis 3 m Durchmesser. Das Rohr ragt über den Oberwasserspiegel hinaus und setzt sich mit einem besonders geformten Dichtungsring auf den dazu passenden oberen Rand des Umlaufes. Durch Heben des Rohres wird die Verbindung vom Ober- zum Unterwasser hergestellt (Abb. 34). Beim geschlossenen Schütz, das nur in Oberhäuptern verwendet wird, befindet sich über einem unteren beweglichen Rohrstück ein nach oben abschließender fester Teil, in den

Umlaufversohlüsse

41

sich das untere Rohr beim Oeffnungshub hineinschiebt. Das geschlossene Zylinderschütz liegt ganz unter dem Oberwasser. Es vermeidet den Nachteil hoher Zylinderschütze, daß die unter dem gehobenen Rohrteil hindurchschießende Wassermenge Luft von oben her ansaugt, die zu Luftausbrüchen führt, welche den Schleusungsvorgang stören.

Dem Rollkeilschütz mit anfänglichem Dreieckdurchfluß entspricht das Zackenschütz, bei dem der Zylindermantel unterhalb des Sitzwulstes in den Abfallschacht fortgeführt, aber sägezahnartig ausgeschnitten ist (Schleusen Bolzum, Sülfeld). Sonderkonstruktionen von Zylinderschützen sind die Ringventile, wie wir sie zum Füllen und Leeren der Speicherkammern an den Schachtschleusen von Minden i. W . und Anderten finden.

42

Konstruktion und Bewegung der Verschlußkörper

Abb. 35 zeigt das niedrige Zylinderschütz, auch Glockenzylinderschütz genannt, der Unterschleuse des Südabstiegs bei Minden i. W . Es hat zentrale Führung mit nur einem oberhalb des Schützes vorhandenen Lager. Die Abdichtung des beweglichen Teiles zu der darüber befindlichen festen Glocke bewirkt ein Gummiring. Das allmäh-

1

Q

W/A

f

A b b . 35. Glockenzylinderschütz.

liehe Anheben des Schützes geschieht durch Verbindung einer unstarren Zahnstange mit einem Zahnsegment. Der Gegengewichtsausgleich erfolgt bei offenen Zylinderschützen so, daß noch ein Schließdruck von etwa 200 kg verbleibt. c) S e g m e n t s c h ü t z e . Der durch die mehrfache Richtungsänderung des Wasserstromes bedingte geringe „Wirkungsgrad" des Zylinder-

Umlaufversclilüsse

43

schiitzes und seine große Neigung zu Erschütterungen f ü h r t heute dazu, sich wieder mehr dem Segmentschütz zuzuwenden, das sich in den Schleusen des G r o ß s c h i f fahrtsweges Berlin—Stettin gut bewährt hat. S e g m e n t s c h ü t z e sind Zylinderausschnitte, die in den Umläufen über dem Scheitel waagerecht gelagert sind. Die beiden Lager sind mit der durch kreisförmige Spanten und waagerechte Riegel ausgesteiften Blechwand mittels zweier seitlicher Stützträger starr verbunden. Der Schützkörper dichtet gegen einen im Mauerwerk des U m laufes verankerten rechteckigen Anschlagrahmen ab. Seitlich greifen die Antriebsmittel an, die das durch Gegengewichte ausgeliehene Schütz mittels Motorgetriebe heben und senken (Abb. 36).

Abb. 36. Segmentschütz.

Hauptvorteile der Segmentschütze sind einfacher Aufbau, geringe Bewegungswiderstände auch unter Wasserdruck, gute Wasserführung und die kleine Zahl bewegter Teile. Ein recht bedeutsamer Nachteil liegt allerdings darin, daß sie dauernd unter dem Wasserspiegel liegen und damit nur nach Trockenlegung der Schleuse zugänglich werden.

44

Gestaltung des Schleusenbauwerks

d) H e b e r v e r s c h l ü s s e . Die einzigen Umläufe, die ganz ohne bewegliche Teile arbeiten, sind die Heber. Wir finden sie nach Bauart Hotopp an den Schleusen des Elbe-Trave-Kanals, an der Doppelschleuse Klein-Machnow des Teltow-Kanals und neben Kersdorf und Wernsdorf am Oder-Spree-Kanal, auch an der Hafenschleuse bei Dankersen als Oberschleuse des Südabstiegs zu Minden i. W. Ihr großer Vorteil liegt darin, daß sie keinerlei bewegliche Teile aufweisen, dadurch zu keinen Schleusen-Stillegungen infolge Reparaturen Veranlassung geben und keine Energie zur Bedienung erfordern. Wenn sie trotzdem nicht mehr angewandt worden sind, so liegt dies in dem Umstand begründet, daß die von ihnen geförderte Wassermenge zu schnell anwächst, wodurch eine zu hohe Wellenkraft entsteht.

IV. Gestaltung des Schleusenbauwerks. § 8. Querschnittsausbildung der Kammer. a) G e b ö s c h t e K a m m e r w ä n d e . Schleusen mit geböschten Kammerwänden stellen die älteste Bauform der Kammern dar. Sie kommen heute nur noch für untergeordnete Wasserstraßen sowie als Flußschleusen in Frage, wenn der Wasserverbrauch keine Rolle spielt. Mit Rücksicht auf die Sicherheit der abgepflasterten Böschungen gestatten sie nur geringes Gefälle. Ihre Baukosten sind gering, jedoch verhältnismäßig hoch die Unterhaltungskosten, bedingt durch den Verschleiß der f ü r den Schiffahrtsbetrieb erforderlichen Leitwerke in der Kammer und der infolge des Wasserstandwechsels unvermeidlichen Böschungsbeschädigungen. Abb. 37 zeigt den Querschnitt einer Schleuse mit unter 1 : 1 geneigten Kammerwänden, die durch ein Pflaster aus Basaltsäulen mit offenen Fugen befestigt sind. Der Fuß der Böschung stützt sich mit einer starken Steinschüttung gegen eine W a n d aus Rundpfählen. Auf die ganze Länge der Kammer sind beiderseits zur Führung und zum Vorholen der

Querschnittsausbildung der Kammer

45

Schiffe 1 m breite Laufstege auf nach hinten abgestützten R u n d p f ä h l e n angeordnet u n d durch Querstege von der P l a t t f o r m zugänglich gemacht.

b) E i n g e r a m m t e K a m m e r w ä n d e . Schleusen mit eingerammten K a m m e r w ä n d e n w u r d e n f r ü h e r unter V e r w e n d u n g hölzerner Bollwerke hergestellt. Sie haben in jüngster Zeit eine starke A n w e n d u n g e r f a h ren durch das A u f k o m m e n s t ä h l e r n e r S p u n d w ä n d e . Diese besitzen neben nahezu unbegrenzter H a l t b a r k e i t den V o r z u g schneller Herstellung u n d damit gegenüber K a m m e r m a u e r n auch den Vorteil geringer Kosten. Stählerne Schleusenwände sind besonders am Platze, w e n n der U n t e r g r u n d keine hohen Beanspruchungen verträgt. Ein gewisser Nachteil der Spundwandschleuse liegt jedoch d a r in, d a ß sie keine auftriebsichere Sohle u n d damit eine Trockenlegung der Schleusenkammer gestattet. Als Sohlenbefestigung dienen vorwiegend Betonprismen auf einer umgekehrten Filterschicht, wobei die K a m m e r w ä n d e durch Spannbalken u n d Spannriegel gegenseitig abgesteift sind. Abb. 38 zeigt den Querschnitt der Schleuse H ü n x e des Kanals Wesel — Datteln, deren W ä n d e aus mit

46

Gestallung des Schleusenbauwerks

Beton verfüllten Union-Kastenprofilen von 20,80 m Länge hergestellt wurden. Die Wand wird oben durch einen kräftigen Holm gehalten und ist nach hinten durch zwei ^mJLSßßßL»

s-

J V

O.W.

Jyf/cker/öcher.

Abb. 38. Schleuse Hünxe.

Rundeisen-Ankersysteme mit einer zweiten in den gewachsenen Boden gerammten Spundwand verankert. Wie alle Schleusen des Kanals Wesel—Datteln haben die Kammerwände mit Rücksicht auf die Bergsenkungen eine Neigung von 30 : 1 erhalten. Um einen größeren Rostschutz zu erzielen, ist der Stahl der Spundwände und aller sonstigen Konstruktionsteile mit einem Zusatz von etwa 0,25 bis 0,35 % Kupfer versehen worden. Die Sohlenabdeckung besteht aus einer 2 m starken Stahlbetonplatte, die zugleich als Absteifung wirkt. Sie ist durch Anker mit den

Querschnittsausbildung der Kammer

47

Kammerwänden verbunden und, damit sie keinen Auftrieb erhält, mit Oeffnungen versehen, die als Sickerlöcher mit Betonprismen abgedeckt sind. Diese Konstruktion ist unbedenklich, da die Spundwände in den wasserundurchlässigen Untergrund hineingreifen und daher eine Wasserbewegung zwischen ihm und der Schleusenkammer verhindern. •i ^».¡JEJutJi^rM^

fjfjH^rh.W .M'- M^J*. JJfg.WS,

-7200-*j

-75,50-

+33.9.

OJOßruc/tsfehe._ Q55 ¿'ch oftec-

ProfF-

A b b . 39.

Schleuse

H ist, aus der Beziehung s ^ H G . r. W —H Seitenfuge: Die Lage der Gegenkraft H — "W bzw. W — H ergibt sich entsprechend dem Belastungsfall „Leere .Schleuse" ¡aus ( H — W) • (h—i) + bzw.

V e - G ,

• - | - = 0.

L-IG Abb. 51 a.

A b b . 51 b.

B e l a s t u n g s f a l l : G e f ü l l t e Schleuse.

Sind die Abstände s und i ermittelt, so ergibt sich daraus die Exzentrizität e der Normalkraft N = H bzw. H — W oder W — H und hiermit bei unbewehrten Betonsohlen die Randspannung

64

Nebenanlagen und Betrieb der Schleusen

wenn N in t und alle Maße in m gemessen werden (d = Dicke der Schleusensohle). Stahlbetonquerschnitte sind nach den in jedem Lehrbuch über Stahlbeton zu findenden Formeln f ü r außermittigen Druck (Längskraft mit Biegung) zu dimensionieren. Das vorstehend angegebene Berechnungsverfahren genügt stets bei Schleusenkörpern mit verhältnismäßig dikken Sohlen sowie f ü r Ueberschlagsberechnungen. Genauere Berechnungsverfahren bestehen darin, daß man die Verbiegungen der Sohle in Auswirkung der den Schleusenkörper beanspruchenden äußeren K r ä f t e des Erd- und Wasserdruckes sowie der Eigenlasten ermittelt und diese sodann entsprechend den physikalischen Beschaffenheiten des Untergrundes und den dadurch überhaupt möglichen Durchbiegungen verringert, um weiterhin durch Vergleichsberechnungen die auftretenden Betondruckspannungen und das Maß der Stahlbewehrung festzustellen.

V. Nebenanlagen und Betrieb der Schleusen. § 12. Schleusenausrüstung. Jede Schleuse bedeutet f ü r die durchfahrenden Schiffe einen gewissen Gefahrenpunkt. Sie muß daher in ihren Betriebseinrichtungen so ausgestattet sein, daß ein gefahrloses Durchschleusen gewährleistet ist. Zu diesen Betriebseinrichtungen gehören Poller und Haltekreuze zum Festmachen der Schiffe, außerdem Steigeleitern, welche den Verkehr zwischen dem in der Schleuse liegenden Schiff und der Schleusenplattform vermitteln. Die aus Gußeisen oder hochwertigem Grauguß bestehenden P o 11 e r weisen meist die in Abb. 52 wiedergegebene Form auf. Ihre gegenseitige Entfernung beträgt bei einfachen Schleusen 15 bis 20 m, bei Schleppzugschleusen 30 bis 35 m, wobei eine dichtere Stellung in der Nähe der

Sc h leusenaus riist ung

65

Häupter zweckmäßig ist. Als Abstand von der Vorderkante der Schleusenmauer gilt das Maß von 2 m. H a l t e k r e u z e gewinnen um so mehr an Bedeutung, je größer das Schleusengefälle ist. Sie bestehen in neuerer Ausführung aus einem starkwandigen Stahlgußkasten, der vollkommen im Mauerwerk eingebettet ist. Abb. 53 zeigt ein Haltekreuz der 3. Schleuse Münster i. "W. Der senkrechte Dorn sowie der horizontale Arm sind hier in aufgeschraubten Lagerplatten lose gelagert, so daß sie bei Bruch leicht ausgewechselt werden können. Die senkrechten Abstände der Haltekreuze sind 1,4 bis 1,8 m bei einer Höhe von 1,0 bis A b b . 52. P o l l e r . 1,5 m über dem tiefsten bzw. höchsten Schleusenwasserstand. Ihre horizontale Entfernung richtet sich nach der Lage der Poller, indem zu jedem Poller eine Reihe Haltekreuze gehört. Doch ist bei großem Pollerabstand eine Zwischenreihe anzulegen. Die erste senkrechte Reihe bleibt am besten in 5 bis 6 m Entfernung von den —SO