Schachtschleuse


Schachtschleuse

Schachtschleuse, eine Kammerschleuse (s.d.) mit großem Höhenunterschiede zwischen den Wasserspiegeln der oberen und unteren Kanalhaltung. Sie ersetzt entweder eine Anzahl durch kurze Haltungen voneinander getrennter Kammerschleusen, die bei alten Kanälen je ca. 2,5 m Gefälle überwinden, oder vertritt vorteilhaft die Stelle einer Kuppelschleuse (s.d.). In der Regel gehört zur Schachtschleuse eine derartige Tiefe, daß das Unterhaupt überwölbt werden kann, wobei dann das Schiff wie durch einen Tunnel oder Durchlaß zur oder von der unteren Haltung fährt.

Der große Nutzen, den man durch Anordnung von Schachtschleusen erreicht, besteht in der Gewinnung möglichst langer Haltungen und dadurch Verringerung der Aufenthalte bezw. Zeitverluste, welche an den Schleusen sonst vorkommen; der Nachteil des größeren Wasserverbrauchs derselben läßt sich durch Anlage von Sparbassins größtenteils vermeiden. Die große Gefällshöhe der Schachtschleusen bedingt eine längere Schleusungsdauer (Füllen bezw. Entleeren) und in weiterer Folge auch eine geringere Leistungsfähigkeit der Schleuse. Schon in der Mitte des 18. Jahrhunderts (1748–55) wurde in Schweden von Polhem eine Schachtschleuse mit 17,56 m Gefälle erbaut, die aber noch vor ihrer Inbetriebsetzung durch ein Hochwasser zerstört worden ist. Bisher bestand nur eine Ausführung: zu La Villette bei Paris im Kanal St. Denis (Fig. 13), wobei zwei verschieden große Schleusen (Fig. 1) von je 9,92 m Gefälle nebeneinander hergestellt sind; die größere hat 54 m Länge und 8,2 m Torbreite, die kleinere 38,5 bezw. 5,2 m. Der Längsschnitt ist aus Fig. 2, die Querschnitte sind aus Fig. 3 ersichtlich. a ist die Fahrtöffnung im Unterhaupte von 5,3 m lichter Höhe. Zwischen beiden Schleusenkammern befinden sich die Sparbassins, und zwar c für I und c' für II; bei ganzer Wasserfüllung nehmen die Sparbecken je ein Drittel der zugehörigen Schleusenfüllung auf, und es beträgt daher die Ersparnis an Schleusungswasser 33%. Das Tor im Unterhaupte (Fig. 2) ist als einflügeliges Drehtor konstruiert, welches am unteren und am oberen Rande je einen Abschlag hat. Das Mißliche dieser Art des Abschlusses besteht darin, daß eine beträchtliche Länge der Schleusenkammer (als Torkammer) für die Bewegung des Tores gebraucht wird, somit der eigentlichen[588] Schiffsschleusung nicht dienstbar ist. Das Füllen sowie das Entleeren der Schleuse erfolgt in normaler Weise wie bei Sparschleusen. i und r (Fig. 1) sind Zylinderventile zum Füllen bezw. Entleeren der Kammer, f die Zylinderventile für die Sparbecken und d (Fig. 3) der Umlaufkanal. Außerdem ist in der Schleusenmauer ein Kanal ausgespart, der das Oberwasser einer Turbine zum Bewegen der Tore zuführt [1], [2]. Eine weitere Schachtschleuse – jedoch nicht gleichzeitig als Sparschleuse ausgebildet – ist im Jahre 1905 bei Horin, an der Ausmündung des 10 km langen Lateralkanales Wranan-Horin in die Elbe, zur Ausführung gelangt. Die Anlage besteht aus zwei nebeneinander angeordneten Schleusen, von denen die kleinere 73 m lang und 11 m breit ist, die größere eine Länge von 137,5 m und eine Breite von 20 m aufweist. Die kleinere Kammer ist für einen großen Elbekahn nebst Remorqueur berechnet, während die größere Kammer zum Durchschleusen von vier großen Elbekähnen nebst Remorqueur dient. Das Gefälle der Schleusen beträgt bei normal gestautem Wasser im oberen und unteren Kanal 8,9 m, bei äußerst niedrigem Elbewasserstand (Unterwasser) 10,7–10,9 m. Im Oberhaupte sind die Tore der Schleusen als Stemmtore, im Unterhaupte als Schlagtore (zweiflügelige Drehtore), die sich oben und unten anlehnen, ausgebildet. Die Umlaufkanäle sind gegen das Oberwasser durch Horizontalschützen, System Mayer, und gegen das Unterwasser durch Segmentschützen (s. Kammerschleuse) absperrbar. Zur Füllung erfordert die kleine Schleuse eine Zeit von 51/2 Minuten, die größere eine solche von 15 Minuten [5] Ein Projekt für eine Schachtschleuse von 20 m Gefälle rührt von Fontaine her [3], wovon Fig. 4 die Konstruktion des Unterhauptes mit der Stirnmauer m darstellt. Das Untertor erscheint als Hubtor ausgebildet, indem es nur vertikal auf und ab bewegt wird; auf diese Art ist die ganze Kammerlänge bis zur Torfläche ausnutzbar. Behufs leichter Bewegung des Tores ist es mittels zweier Ketten k und der Rollen l an ein Gegengewicht p gehängt; dieses wird durch die Rohrleitung v aus der gefüllten Kammer zum Teil noch mit Wasserballast versehen, so daß dann das Tor infolge des Uebergewichtes von p selbsttätig sich hebt. In der tiefsten Stellung von p kann man hingegen durch Auslassen desselben Ballastwassers bewirken, daß das Tor selbsttätig abwärts sinkt.

Im Jahre 1903 sind anläßlich des von der österreichischen Regierung ausgeschriebenen internationalen Wettbewerbes für ein Kanalschiffshebewerk einige Projekte von Schachtschleusen entstanden, bei denen gleichzeitig der Wasserverbrauch entweder zum größten Teile oder gänzlich hintangehalten werden soll. Als erstes sei der Entwurf für eine Schleuse von 67 m Länge, 9 m Breite und 12 m Gefälle erwähnt, welche auf dem System der Verdrängungsschwimmer nach Schnapp von Gerstenbergk beruht. Das Prinzip dieses Systems besteht darin, daß sich in einer entsprechend erweiterten Schleusenkammer ein im Gleichgewichte befindlicher eiserner Schwimmer 6« (Fig. 5, Schema der Schleuse) auf und ab bewegt. Diese Bewegung[589] wird dadurch verursacht, daß man das in den Schwimmerkammern I–V befindliche Wasser durch Verbindungsröhre r in entsprechende Seitenbecken B überfließen läßt und dadurch den Schwimmer entfaltet, oder daß man umgekehrt Wasser aus den Seitenbecken 1–5 in die Kammern des Schwimmers hinüberleitet und diesen dadurch stärker belastet. Im ersteren Falle taucht der Schwimmkörper aus dem Wasser heraus und bewirkt ein Sinken des Wasserspiegels in der Schleusenkammer K; im zweiten Falle taucht er tiefer ein und hebt dadurch den Wasserstand der Kammer. Da die Grundfläche des Schwimmers größer als die nutzbare Schleusenfläche ist, so braucht die lotrechte Schwimmerbewegung h nur einen bestimmten Teil der zu überwindenden Höhendifferenz H zu betragen. Die Schleuse ist als ein Bauwerk in Betoneisen konstruiert gedacht. Die Ganghöhe des Schwimmers ist 7,24 m, seine äußere Grundrißfläche ca. 1200 qm. Die Schleusenkammer ist gegen die untere Haltung durch ein Hubtor mit Gegengewichten, gegen die obere durch ein Klapptor abgeschlossen. Der Wasserverbrauch für eine Hebung beträgt ebensoviel wie für eine Senkung, nämlich 162,6 cbm. Die gesamte Schleufungsdauer wird mit 43,5 Minuten angegeben.

Ein weiterer Entwurf einer Schachtschleuse von gleichen Längen- und Breitendimensionen wie die vorgenannte Schleuse, aber für 35,9 m Gefälle, rührt von den Ingenieuren Spitzer, Schnell, Schuster und Nowak – sämtliche in Wien – her. Diese Schleuse (Fig. 6 und 7) besitzt 18 beiderseits der Kammer S übereinander angeordnete Seitenbecken z, von denen 17 als Sparbecken wirksam und durch Querwände b in je 4 Zellen (zusammen 136 Zellen) geteilt sind. Jede Zelle enthält einen durch Treppen zugänglichen Schacht K (insgesamt acht), in welchem die Zylinderventile untergebracht sind, welche den Zu- und Abfluß des Wassers aus den Sparbecken in den Schleusenschacht und umgekehrt regeln. Bei jeder Förderung geht eine Wassermenge gleich den zwei untersten Kammerstockwerken (die Kammer ist in 19 Stockwerke geteilt gedacht) aus der oberen in die untere Haltung über, und das Wasser der einen Etage wird, wenn dessen Verbrauch vermieden werden soll, durch Pumpen in die oberste Zellenetage wieder hochgehoben. Findet diese Hebung des Wassers nicht statt, so sollen die oberste Reservoire während der ganzen Dauer einer Schleusung aus der oberen Haltung gefüllt und hierdurch die Schwankungen des Kanalwasserstandes in der letzteren gemildert werden. An der Stirnseite der Schleuse ist endlich ein Anbau C angefügt, der gleich dem Hauptbau in Zellen abgeteilt ist und als Reserve dient bezw. ohne Betriebsstörung die Funktion einer jeden Gruppe von Zellen sowie jeder einzelnen Zelle des Hauptbaues übernehmen kann. Die Zellenmauern A und B sind über dem Schachte behufs besserer Sicherung gegen den Winddruck durch Querverbindungen Q verbunden. Die Schachtschleuse ist ihrer baulichen Anlage nach zum größten Teile in armiertem Beton ausgeführt. Das obere Tor ist als Klapptor, das untere als Hubtor ausgebildet. Die Bewegung beider Tore erfolgt durch Druckwasser, ebenso die automatische Betätigung der Zylinderschützen. Für eine Doppelfahrt (Hebung und Senkung samt Ein- und Ausfahrt der Schiffe) wird eine Zeitdauer von 34 Minuten angegeben.

Schließlich wird auf das Projekt einer Schachtschleusenanlage von wiederum 68 m Länge, 9 m Breite und 35,9 m Gefälle, welches die Ingenieure Karl und Ignaz Pollak in Wien zu Verfassern hat, hingewiesen. Es wurden hier nämlich zum erstenmal zwei hintereinander angeordnete Schachtschleusen von je 17,95 m Gefälle gekuppelt und für deren gemeinschaftlichen Betrieb, behufs Ersparung des gesamten Schleusungswassers, an die Anwendung komprimierter Luft gedacht. Das Prinzip besteht in folgendem: Zu beiden Seiten des Kammerschachtes einer Schleuse sind symmetrisch Seitenkammern in Etagen übereinander angeordnet und luft- und wasserdicht hergestellt. Der Gesamtinhalt der Seitenkammern entspricht einer ganzen Schleusenkammerfüllung. Die Füllung der Seitenbecken erfolgt durch Gravitation, während ihre Entleerung durch die Einwirkung von Druckluft stattfindet, und zwar mit einem Arbeitsaufwande, der nur der Hebung eines Seitenbeckeninhaltes in die zugehörige Schleusenetage entspricht. Die für die erste Seitenkammer erzeugte Druckluft gelangt in den folgenden zur Wiederverwendung und wird – beim Betriebe einer Schleuse – zum Schlusse in Behältern für die nächste Schleusung aufgespeichert. Bei gleichzeitigem Betriebe zweier gleicher Schleusen läßt sich durch Kupplung derselben der Arbeitsaufwand für eine jede Schleuse noch auf die Hälfte des obengenannten reduzieren. Die Kupplung wird dadurch erreicht, daß die Leitungen für die Druckluft der gleichzeitig zur Wirkung gelangenden Seitenkammern verbunden werden und in die Leitungen je ein Gebläse eingeschaltet wird. In Fig. 8, welche die schematische Anordnung der Anlage bei zwei gekuppelten Schleusen nach dem Entwürfe wiedergibt, ist nur ein einziges Gebläse angeordnet. Zu diesem Zwecke sind die von den Schleusen kommenden Luftleitungen L in Sammelrohre R, r eingeleitet und vor. deren Einmündung mit Abschlußventilen V, v versehen.[590] Die Sammelrohre sind wiederum mit der vom Gebläse kommenden Sang- und Druckleitung S, D verbunden und gegen diese durch Ventile absperrbar. Der Vorgang bei einer Schleusung ist nun nachgehend gegeben: Es sei Schacht I voll Wasser, Schacht II auf Unterwasser leer, die Seitenkammern der Schleuse I mit komprimierter Luft und diejenigen der Schleuse II mit Wasser gefüllt. In beide Schleusen sei bereits ein Schiff eingefahren. Nachdem die Schließung der Tore beendet, die Luftschieber Σ und ϑ geöffnet, σ und Δ hingegen geschlossen sind, wird die Steuerwalze (diese bewirkt die Einschaltung der bei bestimmten Wasserständen in Funktion zu tretenden Organe der Schleuse) in Bewegung gesetzt, wodurch das Oeffnen der Wasserschieber W1 und w3, der Luftschieber V1 und v3, der Seitenbecken K1 und k3 sowie des Ausgleichschiebers Δ beginnt. Das Wasser wird nun aus dem Schachte I in die Seitenkammer K1 abfließen, die gepreßte Luft derselben nach k3 strömen und hier das Wasser in den Schacht II drücken. Dieser Vorgang wird so lange dauern, bis der Unterschied zwischen den Wasserspiegeln O W und K1 in I ebenso groß ist wie der zwischen U W und k3 in II. Jetzt setzt das bisher leerlaufende Gebläse – nachdem vorher der Ausgleichschieber Δ geschlossen worden ist – mit seiner vollen Wirkung ein und vollendet den Transport der Luft aus K1 nach k3. Hierbei sinkt das Wasser in I bis zum unteren Niveau der ersten Etage, d.i. um 5,983 m, und steigt um dasselbe Maß in II. Hierauf werden durch die Steuerwalze die Ventile W1 und w3, V1 und v3 geschlossen, und die Periode der ersten Kammeretage ist vollendet. Der gleiche Vorgang wiederholt sich sodann in der zweiten und der dritten Etage, worauf dann schließlich das Oeffnen der Tore und das Ausfahren der Schiffe aus den Schleusen erfolgt. Bei der nächsten Schleusung treten zunächst die Seitenkammern k1 und K3 in Wirksamkeit und ist der Schleusungsvorgang sonst der gleiche wie vor. In baulicher Hinsicht ist zu erwähnen, daß die ganze Anlage in armiertem Beton geplant ist. Die Seitenkammern sind mit einer 4 mm starken Blechverkleidung ausgestattet Das Tor im Oberhaupt ist ein Stemmtor, jenes im Unterhaupt ein durch Gegengewichte ausbalanciertes Hubtor. Die Seitenkammern kommunizieren mit dem Schleusenschachte durch Rohre, welche in eiserne Standrohre münden. Je zwei dieser Standrohre sind in einem gemeinsamen Schachte – in einem Anbau seitlich der Seitenkammern – angeordnet und unter dem Boden der untersten Seitenkammer durch die Sohle in den Schleusenschacht geführt. Damit auch ohne Benutzung der Seitenkammern, also ohne Wasserersparnis, geschleust werden könne, sind Umläufe angeordnet, welche die Ausläufe der Standrohre verbinden und gegen Ober- und Unterwasser durch Schieber abgesperrt werden. In den Standrohren werden auch die Luftleitungen geführt. Der gesamte Kraftbedarf für die Kompressoren und die Inbetriebsetzung aller mechanischen Einrichtungen für die Tore, Schieber u.s.w. beider Schleusen wird bei einer berechneten Dauer der Schleusung von 23 Minuten (Füllung bezw. Entleerung samt Ein- und Ausfahrt der Schiffe) mit rund 500 PS. angegeben [7].

Von den sogenannten Verdrängerschleusen wäre noch das Projekt von Tentschert-Czischek zu nennen. In einem zwischen den Kammern einer Zwillings-(Doppel-) schiente angeordneten großen Becken K1 (Fig. 9) wird ein besonders geformter, am Boden und den Stirnseiten vollkommen dichtender Körper (Verdränger) bewegt, der das Wasser aus K1 bald nach K, bald nach K2 drängt und hierdurch ohne jeglichen Wasserverbrauch die Schleusung bewerkstelligt [4].

[591] Als letztes sei das Projekt einer Doppelkammerschleuse mit Inertiewassersparwerk erwähnt, welches Budau (Wien) im Jahre 1906 veröffentlicht hat. Budau schaltet in die Kanäle, welche die Kammern einer Zwillings-(Doppel-) schiente miteinander verbinden, ein hydraulisches Kapselwerk ein, das sowohl als Motor wie auch als Pumpe wirkt und mit einem Schwungrade gekuppelt ist. In diesem Schwungrade soll während der ersten Hälfte der Schleusung (bis zur Ausspiegelung der beiden Schleusen) die Energie des fallenden Wassers aufgespeichert und sodann mittels des nun als Pumpe wirkenden Motors zur Hebung eines Teiles der weiteren Kammerfüllung über das Ausspiegelungsniveau aufgebraucht werden. Nach den Berechnungen Budaus würde dieser aufgepumpte Teil des Schleusungswassers 35–40%, sohin die gesamte Wasserersparnis 50 + 35 oder 50 + 40 = 85 bezw. 90% betragen. Der restliche Teil des Schleusungswassers wird der oberen Haltung entnommen [6].


Literatur: [1] Zeitschr. f. Bauwesen 1894, Taf. 68. – [2] Annales d. ponts et chaussées 1893, II, Taf. 14–18. – [3] Zeitschr. des Oesterr. Ing. u. Arch.-Ver. 1891, Taf. 1–3. – [4] Ebend., 1902, Nr. 35. – [5] Ebend., 1906, Nr. 13. – [6] Ebend., 1906, Nr. 37. – [7] Allgemeine Bauzeitung, Wien 1905, Heft 1 und 2.

Pollak.

Fig. 1.
Fig. 1.
Fig. 2.
Fig. 2.
Fig. 3.
Fig. 3.
Fig. 4.
Fig. 4.
Fig. 5.
Fig. 5.
Fig. 6., Fig. 7.
Fig. 6., Fig. 7.
Fig. 8.
Fig. 8.
Fig. 9.
Fig. 9.

http://www.zeno.org/Lueger-1904.

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