Schiffhebewerke

Schiffhebewerke (hierzu Tafel »Schiffhebewerke I und II«), Vorrichtungen zum Heben und Senken von Schiffen auf größere Höhen, als es mit Kammerschleusen möglich ist, wobei zugleich Zeit und Wasser gespart wird. Die Bewegung erfolgt lotrecht (eigentliche Hebewerke) oder auf schiefen Ebenen (Rollbrücken, Schiffeisenbahnen). Bei der lotrechten Hebung wird das Schiff samt einem mit Wasser gefüllten Troge, worin es schwimmt, gehoben und gesenkt (Trogschleusen). Wenn man zwei Tröge derart miteinander verbindet, daß der eine emporsteigt, während der andre sinkt, so werden sie einander stets nahezu die Wage halten, da ein Schiff genau so viel Wasser verdrängt, wie es wiegt, und bei der Beförderung werden nur Trägheit und Reibung zu überwinden sein. Geht dabei ein beladenes Schiff bergab und gleichzeitig ein leeres von derselben Größe bergauf, so entnimmt der Trog mit dem beladenen Schiffe weniger Wasser aus der obern Haltung, als der andere Trog aus der untern Haltung mitbringt, und es wird, statt daß, wie beim Schleusen, die obere Haltung stets nur Wasser an die untere abgeben muß, der obern Haltung sogar Wasser aus der untern zugeführt. Die erste bewährte Anlage dieser Art ist schon im 18. Jahrh. durch James Anderson in Edinburg angeregt, aber erst viel später auf dem Great Western Canal in England ausgeführt worden. Der Kanal (Tafel I, Fig. 5 u. 6) diente hauptsächlich zur Beförderung von Kohle und wurde nur mit 8,5 m langen und 2 m breiten Kähnen von 8 Ton. Tragfähigkeit befahren. Ursprünglich hemmten und verteuerten zahlreiche Schleusen den Verkehr. Durch die Trogschleuse hat man das ganze Gefälle von 13,7 m an eine Stelle vereinigt und die übrigen Schleusen entbehrlich gemacht. Der Oberkanal o und der Unterkanal u gabeln sich vor der Schleuse in je zwei Arme. Der Bau hat zwei Stirnmauern a, b, die unter sich durch zwei Seitenmauern e, d und einen Mittelpfeiler e zu einem kräftigen Wehre verbunden sind, das innen zwei lotrechte Schächte hat, in denen die Kammern oder Tröge t, t auf und nieder gehen. Boden und Seitenwände der hölzernen Tröge sind durch eiserne Rippen vereinigt, Vorder- und Hinterwand stecken in gußeisernen Rahmen und können, wie Schützen, herausgezogen werden. In gleicher Weise sind die Kanal enden abgeschlossen. Sind die Tröge in den gehörigen Höhenlagen angelangt, so wird jeder mit seinem Rand an das entgegenstehende Kanal ende dicht angelegt und angedrückt, oben mittels Schraubenpressen s, unten selbsttätig mittels feststehend er Keile k, dann werden die beiden benachbarten Schützen gezogen und die Verbindung mit der Kanalhaltung ist hergestellt, so daß die beförderten Kähne ausfahren und andre dafür einfahren können, worauf man die Schützen wieder schließt. Die Tröge hängen an Gelenkketten g, die über Rollen r gehen. Auf der Welle w sitzt noch ein Zahnrad, in das ein Getriebe mit Kurbeln und Bremsen eingreift. Damit nicht die Tragketten g das Gleichgewicht stören, hängen von den Böden der Tröge gleich schwere Ausgleichketten herab, die in den Abbildungen weggelassen wurden. Damit die Kammern sich von selber in Bewegung setzen und nur mit den Bremsen gearbeitet zu werden braucht, läßt man die untere Kammer bündig mit der Kanalsohle, die obere 5 cm tiefer ankommen, so daß sie ein Übergewicht von etwa 1 Ton. Wasser erhält. Die Schleusung geht sehr rasch. In etwa 3 Minuten wird ein Kahn um 13,7 m gehoben und zugleich ein zweiter gesenkt.

Bei den Trogschleusen für größere Kähne, die man späterhin erbaute, ist die Anordnung im wesentlichen dieselbe geblieben, nur wurden ganz andre Hebevorrichtungen notwendig. 1872 wandte zuerst Edwin Clark die hydrostatische Wage an. Zwei Schleusentröge b, b (Tafel II, Fig. 1 u. 2) laufen nebeneinander wie bei der alten Schleuse. Jeder Trog ist in seiner Schwerlinie unterstützt durch den Taucherkolben c einer hydraulischen Presse. Die beiden Preßzylinder b sind in die Erde versenkt und unter sich durch eine Rohrleitung g mit Absperrschieber i verbunden. Der niedergehende Trog erhält ein Übergewicht an Wasser. Die Bewegung tritt ein, sobald man den Schieber i öffnet: der zweite, leichtere Trog wird gehoben. Jeder Trog wird an Gleitbahnen d genau lotrecht geführt. Um den während eines Kolbenspiels sehr veränderlichen Auftrieb auszugleichen, ist neben jedem Trog ein Standrohr f angebracht, von gleichem Durchmesser wie der Preßkolben. Jedes Standrohr ist mit seinem Troge durch ein Gliederrohr e verbunden, so daß das Wasser im Trog und im Standrohre sich jederzeit ausspiegelt. Dann wird aber der sinkende Schleusentrog aus seinem Standrohre genau in dem Maße mit Wasser gespeist und belastet, wie der eintauchende Kolben Wasser in den zweiten Zylinder hinüberdrängt, und der steigende Trog wird an sein Standrohr im selben Maße Wasser abgeben und entlastet werden. Die Vorrichtungen a dienen zum Heben der Schützen; b ist eine von den Schützen, wie sie die Enden der Tröge abschließen. Die Hebewerke mit hydraulischen Pressen oder die hydrostatischen Wagen sind für Kähne von 500 Ton. Tragfähigkeit, die heute zumindest verlangt wird, nicht mehr wohl ausführbar, denn gegen die Unterstützung eines Troges durch zwei oder mehr Preßkolben bestehen ernste Bedenken. Überdies sind, nur um die Gewichte auszugleichen, zwei vollständige Schleusenanlagen nötig, während unter Umständen eine einzige für den Verkehr genügen würde. Bei Einrichtungen mit einem einzigen Trog aber ist zunächst dessen beträchtliches Gewicht auszugleichen. Das ist erreichbar, wenn man den Trog mittels hoher Ständer auf Schwimmer setzt, die, während der Trog gehoben oder gesenkt wird, immer unter Wasser bleiben und durch ihren Auftrieb dem beweglichen Ganzen samt Füllung das Gleichgewicht halten müssen. Der bewegliche Bau muß sicher geführt und in aufrechter Lage gehalten werden. Der Grundgedanke zu diesen Schwimmerschleusen ist bereits 1794 in England aufgetaucht, ohne aber, wie es scheint, verwirklicht worden zu sein. Fig. 1 u. 2 der Tafel I zeigen die 1893 veröffentlichte Konstruktion des Grusonwerkes der Firma Fried. Krupp. Der Schleusentrog ruht mittels 24 Ständern auf 6 Gruppen von je 4 tonnenförmigen Schwimmern. Jede Gruppe taucht in einen mit Wasser gefüllten Brunnen. Die Brunnen stehen an der Sohle miteinander in Verbindung, damit das Wasser sich überall ausspiegelt und man es bei Ausbesserungen mittels einer einzigen Pumpe gleichmäßig senken kann. An den Führungsrahmen r, r sind zu beiden Seiten lotrechte Zahnstangen befestigt. In sie greifen Zahnräder ein, die auf wagerechten, an den Längsseiten des Troges gelagerten Wellen sitzen. Durch weitere Zahnräder und Zwischenwellen werden beide Hauptwellen zugleich angetrieben, so daß sie in entgegengesetzten Richtungen umlaufen und der Trog hierdurch auf und nieder bewegt und zugleich in wagerechter Lage erhalten wird. Der Antrieb ist elektrisch. Die Maschine steht in dem Häuschen m in der Mitte des Troges. Außer der Parallelführung durch die Zahnräder hat der Trog noch Rollen, die auf lotrechten Bahnen laufen und jede Art von seitlicher Verschiebung hindern. Die Schwimmerschleuse bei Henrichenburg (Tafel II, Fig. 3 u. 4) im Zuge des Dortmund-Emskanals ist durch Haniel und Lueg 1892–99 erbaut worden und weicht in manchen Einzelheiten von der Konstruktion des Grusonwerkes ab. Als Parallelführung dienen eine lotrechte, drehbare Schraubenspindel, nach Jebens, deren Muttern an den Seiten des Troges festsitzen. Der Trog hat 68 m nutzbare Länge, 8,6 m Breite, 2,5 m Wassertiefe und nimmt einen Kahn von 500 Ton. Tragfähigkeit auf, der 64 m lang, 8 m breit ist und 1,6 m Tiefgang hat. Jeder der fünf zylindrischen Schwimmer hat 8,3 m äußern Durchmesser, 10,3 m Höhe und verdrängt 620 cbm Wasser. Das zu hebende Gesamtgewicht beträgt daher rund 3000 T., wovon 1550 T. auf die Wasserfüllung des Troges entfallen. Die fünf Brunnen haben je 9,2 m lichten Durchmesser und sind am Boden durch ein 0,12 m weites Rohr verbunden. Die Hubhöhe beträgt 14,5 m, kann aber bis auf 16 m gesteigert werden. Bis jetzt gilt 23 m als die größte durch lotrechte Hebung erreichte Höhe. Ganz neuartige Konstruktionen sind bei dem Wettbewerb für das Schiffhebewerk bei Prerau vorgeschlagen worden. Als S. benutzt man auch schiefe Ebenen. Die einfachste und älteste, heute noch bei kleinen Kähnen gebräuchliche Art sind die Rollbrücken. Sie ähneln kleinen hölzernen Wehren mit flachen, unter das Wasser hinabreichenden Vor- und Hinterböden und nur wenig über das Oberwasser erhabenem Scheitel, über welche die Kähne geschoben oder mittels Kreuzhaspel oder Spillenrad und Seil gezogen werden. Eine Vervollkommnung besteht in der Anbringung von hölzernen Walzen mit eisernen Zapfen, die in einem auf der Rampe liegenden leiterartig zusammengesetzten Rahmen werke gelagert sind (Tafel I, Fig. 3 u. 4). Größere Fahrzeuge werden auf Wagen gestellt, die auf Schienen laufen. Die erste Anlage dieser Art wurde in England durch William Reynolds 1788 erbaut. Man hat auch die Schiffe in beweglichen, auf Rädern laufenden Schleusenkammern emporgezogen. Geneigte Ebenen (Schiffeisenbahnen), auf deren Wagen größere Kanalkähne unmittelbar gestellt werden, haben Gefälle von 1: 5 bis 1: 8. Man kann zwei Arten unterscheiden: 1) die Bahn setzt sich vom Unterkanal zum Oberkanal mit gleichförmigem Gefälle fort und endet oben in einer Schleusenkammer; 2) die Bahn überschreitet zwischen Ober- und Unterkanal einen kleinen Rücken. Diese Anlage hat den Vorteil, daß die Schleuse und der Wasserverlust beim Durchschleusen entfällt und die Zeit für das Schleusen erspart wird. Nachteilig ist, daß der Wagen nur zwei Achsen, höchstens ein Paar zweiachsige Untergestelle haben kann, während bei der ersten Art die Achsenzahl unbeschränkt ist. Geneigte Ebenen mit Scheitel sind daher nur für mäßige Lasten geeignet. Lange Schiffe müssen wagerecht aus dem Wasser gehoben und ebenso wieder ins Wasser gesetzt werden, was durch entsprechende Vorkehrungen zu sichern ist. Die Beförderung der Wagen erfolgt durch Drahtseile auf zwei Gleisen wie bei den Bremsbergen, indem ein Wagen bergauf und zugleich ein am andern Ende des über eine Rolle gehenden Seiles befestigter, zweiter Wagen bergab geht, wodurch man Betriebskraft spart. Als Treibwerk kann ein Wasserrad dienen, das aus der obern Haltung gespeist wird. Vgl. Guillemain, Rivières et canaux (Par. 1885, 2 Bde.); Pfeifer, Die vom Grusonwerk ausgebildeten S. auf Schwimmern (Berl. 1893); Gutehoffnungshütte, Das Schiffhebewerk auf Schwimmern (Düsseld. 1893); »Der Bau des Dortmund-Emskanals« (Berl. 1902).