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Dokumentenidentifikation DE102005013179A1 05.10.2006
Titel Druckfuge
Anmelder Technische Universität München, 80333 München, DE
Vertreter Obermüller, B., Dipl.-Phys., Pat.-Ass., 80805 München
DE-Anmeldedatum 22.03.2005
DE-Aktenzeichen 102005013179
Offenlegungstag 05.10.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.10.2006
IPC-Hauptklasse E04B 1/66(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse E02B 3/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Vorrichtung und das Verfahren der Druckfuge verbessern die Abdichtungswirkung einer Überlappung von einer oberen Dichtungsbahn und einer unteren Dichtungsbahn. Dies wird durch die zuverlässige Übertragung der in einem Druckbereich auf ein Steifigkeitselement einwirkenden Wasserauflast in den für die Abdichtungswirkung maßgebenden Kontaktbereich zwischen der oberen und der unteren Dichtungsbahn erreicht. Durch den auf diese Weise erhöhten Anpressdruck innerhalb des Kontaktbereiches werden Durchströmungen deutlich reduziert beziehungsweise verhindert.

Beschreibung[de]

Dichtbahnen werden im Grund- und Wasserbau vielfältig eingesetzt. Unter anderem kommen sie im Deponiebau und bei der Abdichtung von Becken und Kanälen zum Einsatz. Dichtbahnen sind in der Regel membranartige, flexible Flächengebilde. Sie bestehen beispielsweise aus Kunststoffen oder Bentonit. Neben dem beständigen Verbinden der einzelnen Dichtbahnen durch Schweißnähte wird bei einer Reihe von Anwendungen aus einbautechnologischen und wirtschaftlichen Gründen eine Überlappung ohne dauerhafte Verbindung angestrebt. Auch in diesen Fällen ist die Durchströmung des Überlappungsbereiches möglichst gering zu halten. Nach Möglichkeit wird hierbei über der Überlappung eine Auflast, welche beispielsweise durch eine Kiesauflage oder Betonelemente erreicht werden kann, angeordnet. Diese Auflast überdrückt den Überlappungsbereich und erhöht damit dessen Abdichtungswirkung.

In einigen Anwendungsfällen, wie zum Beispiel der Auskleidung von offenen Kanälen, ist eine Abdeckung der Dichtungsbahnen mit Auflastmaterial aus technologischen oder wirtschaftlichen Gründen nicht möglich. Nach heutigem Kenntnisstand wird hierbei versucht, durch die Verwendung eines möglichst günstigen Dichtmaterials zwischen der unten liegenden und der überlappenden oberen Dichtungsbahn eine gute Abdichtung zu erreichen. Die mit dieser Methode erreichte Abdichtung unterliegt großen Schwankungen. Das Problem dieser Überlappungen ist meist ein zu geringer Anpressdruck im Kontaktbereich der Überlappung. Der Druckabbau innerhalb des Kontaktbereiches ist von der tatsächlich erreichten lokalen Dichtwirkung abhängig, im Allgemeinen nicht theoretisch exakt zu beschreiben und häufig aufgrund der wechselseitigen Abhängigkeit von Anpressdruck und Dichtwirkung als instabil anzusehen.

Die in vorliegender Schrift beschriebene Druckfuge stellt einen hohen Anpressdruck im Bereich der Überlappung, insbesondere im Kontaktbereich (KB), sicher. Zu diesem Zweck sind in oder an der überlappenden, oberen Dichtungsbahn (OD) Steifigkeitselemente (S) anzuordnen (1). Diese Steifigkeitselemente müssen in der Richtung senkrecht zur Ebene der Dichtungsbahnen kraftschlüssig mit der oberen Dichtungsbahn verbunden sein. Die Steifigkeitselemente müssen in Richtung des der Überlappung abgewandten Endes der oberen Dichtungsbahn (OD) ausreichend weit über den Bereich der Überlappung, insbesondere über den Kontaktbereich (KB), hinausragen.

In diesem Druckbereich (DB) wirkt auf die obere Dichtungsbahn (OD) damit auch auf die Steifigkeitselemente (S) bei ausreichend durchlässigem Untergrund und geeigneten hydraulischen Randbedingungen der volle Wasserdruck. Die Steifigkeitselemente (S) werden innerhalb dieses Bereiches zuverlässig nach unten gedrückt und übertragen diese Kraftwirkung über Quer- und Momentenkräfte in den Kontaktbereich (KB). Voraussetzung hierfür sind geeignete Auflagerbedingungen, welche die Druckkonzentration innerhalb des Kontaktbereiches sicherstellen. Dies kann beispielsweise durch eine gegenüber dem Druckbereich (DB) geringfügig erhöhte Ausführung des Kontaktbereiches (KB) oder die Anordnung eines zusätzlichen Dichtmaterials (M) innerhalb des Kontaktbereiches (KB) erreicht werden. Durch die meist erhebliche Wasserauflast und die Kraftübertragung in den Kontaktbereich (KB) wird eine gegenüber bisherigen Ansätzen deutlich verbesserte Dichtwirkung erreicht. Dies konnte in Versuchen in einem Druckbehälter an der Versuchsanstalt für Wasserbau und Wasserwirtschaft der Technischen Universität München eindrucksvoll belegt werden. Die Sickerwasserverluste wurden selbst unter nicht idealen Randbedingungen gegenüber bisherigen Lösungsvorschlägen auf deutlich weniger als zehn Prozent der Vergleichsmesswerte reduziert. Bezogen auf 1 m Fugenlänge in Richtung der Überlappungskante (ÜK) ergaben sich bei einer Druckhöhe von 5 m Sickerwasserverluste von deutlich unter 80 ml je Minute. Ohne die störenden Randeinflüsse des Druckbehälters sind noch erheblich geringere Sickerwasserverluste zu erwarten. Für viele wasserbauliche Anwendungen kann die Druckfuge bei richtiger Ausführung als technisch dicht betrachtet werden.

Im Kontaktbereich (KB) können verschiedene Dichtmaterialen (M) angeordnet werden (2). Ein Quellen bzw. eine Volumenzunahme des Dichtmaterials ist nicht notwendig. Grundsätzlich kann mit der Druckfuge auch eine weitgehend dichte Verbindung zwischen zwei Dichtungsbahnen ohne zusätzliches Dichtmaterial erreicht werden (1).

Der unter der Überlappung herrschende Wasserdruck muss zur Gewährleistung der Abdichtungswirkung der Druckfuge deutlich kleiner als der wasserseitig der Überlappung angreifende Wasserdruck sein. Das unterhalb der Überlappung befindliche Material, bzw. der Untergrund, muss so durchlässig sein, dass die durch das Abdichtungssystem erfolgenden Sickerwasserabflüsse ohne wesentliche Rückstaueffekte abgeführt werden können.

Zur Verbesserung der Drainagewirkung im Druckbereich (DB) kann unterhalb der oberen Dichtungsbahn (OD) ein Drainagematerial (E) angeordnet werden. Eine vergleichsweise hohe Verformbarkeit dieses Material (E) kann die Auflagerbedingungen für die Druckfuge, insbesondere die Druckkonzentration im Kontaktbereich (KB), verbessern.

Von besonderer Bedeutung ist die Verformbarkeit der Steifigkeitselemente (S) in Richtung der Überlappungskante (ÜK) bzw. der Fuge. In dieser Richtung ist zur Vermeidung von mechanischen Zwängen, welche zu lokalen Druckabschirmungen in der Druckfuge führen würden, eine gute Verformbarkeit notwendig. Dies kann zum Beispiel durch in der Dichtungsbahn parallel angeordnete Stahlstift-Reihen (4) oder an der Oberfläche der oberen Dichtungsbahn (OD) befindliche Kunststoffrippen (5) erreicht werden. Bei der Verwendung von plattenartigen Steifigkeitselementen ist zur Sicherstellung der Querverformbarkeit auf eine geringe Breite der einzelnen Platten zu achten.

Die Steifigkeitselemente können auch nachträglich, insbesondere direkt auf der Baustelle, kraftschlüssig mit der Dichtungsbahn verbunden werden. Dies kann insbesondere im Hinblick auf Handhabung der Dichtungsbahnrollen von großem Vorteil sein. Innerhalb der Dichtungsbahn können beispielsweise geeignete Taschen oder köcherartige Strukturen angeordnet werden, in welche nachträglich die Steifigkeitselemente eingeführt werden. Diese können beispielsweise durch Klettverschlüsse gegen Herausrutschen gesichert werden. Das Einschieben der Steifigkeitselemente kann durch eine konische Formgebung dieser Elemente erleichtert werden.

Die Funktion der Steifigkeitselemente kann auch von einer besonders starren Dichtungsbahn erfüllt werden. Auch in diesem Fall ist auf eine ausreichende Verformbarkeit in Querrichtung zu achten. Diese kann beispielsweise durch senkrecht zur Überlappungskante angeordnete flache Einschnitte in die Oberfläche der oberen Dichtungsbahn realisiert werden.

Bestehende Schutzrechte beziehen sich unter anderem auf den oberflächlichen Schutz von Dichtungsbahnen (DE 43 08 341 A1) oder auf die mechanische Verstärkung von Kunststoffdachbahnen und Dichtungsbahnen (DE 43 34 306 A1). Das bewusste Integrieren von besonders steifen Strukturen zur Druckübertragung wird jedoch in keiner dieser Schriften beschrieben.

In einer besonders einfachen Variante der Druckfuge wird die obere Dichtungsbahn so um die Steifigkeitselemente nach unten zurückgeschlagen, dass sich das eingeschlagene Ende der oberen Dichtungsbahn unterhalb des Steifigkeitselemente über den gesamten Kontaktbereich erstreckt (6). Der Vorteil dieser Methode liegt in der Tatsache, dass die Dichtungsbahnen nicht für den Einsatz der Druckfuge vorbereitet werden müssen. Zur Vereinfachung der Montage können einfache mechanische Hilfsbefestigungen, welche beispielsweise durch Klettbefestigungen realisiert werden können, vorteilhaft sein. Auch die Steifigkeitselemente können hinsichtlich ihrer Lagesicherheit vorbereitet werden. So können mehrere Stäbe durch einfache Verbindungsglieder zu wickelbaren, mattenartigen Strukturen verbunden werden, welche durch eine hohe Querverformbarkeit und eine ausreichende Steifigkeit in Längsrichtung gekennzeichnet sind.

In der Richtung senkrecht zur Überlappungskante (ÜK) ist der Druckbereich (DB) typischerweise gleich lang oder länger als der Kontaktbereich (KB). Typische Längen von Druckbereich und Kontaktbereich sind wenige Dezimeter. Unter besonderen Randbedingungen, insbesondere bei schwierigen Auflagerbedingungen oder sehr großen Druckhöhen, können auch Längen von deutlich über einem Meter zweckmäßig werden.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand verschiedener Zeichnungen näher erläutert. Sie zeigen jeweils stark vereinfachte Darstellungen.

DB
Druckbereich
E
Drainagematerial
KB
Kontaktbereich
M
Dichtmaterial, dichtendes Material
OD
Obere Dichtungsbahn
S
Steifigkeitselement
U
Untergrund
UD
Untere Dichtungsbahn
W
Wasser


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Abdichtung von Überlappungen einer oberen Dichtungsbahn (OD) und einer unteren Dichtungsbahn (UD), mit einem oder mehreren Steifigkeitselementen (S), die mit der oberen Dichtungsbahn (OD) kraftschlüssig verbunden sind und sich sowohl über den Kontaktbereich (KB) als auch einen ausreichend langen Druckbereich (DB) in der von der Überlappungskante (ÜK) abgewandten Richtung erstrecken. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Kontaktbereiches (KB) zwischen der oberen Dichtungsbahn (OD) und der unteren Dichtungsbahn (UD) geeignetes dichtendes Material (M) angeordnet wird. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dichtende Material (M) entweder an der oberen Dichtungsbahn (OD) oder der unteren Dichtungsbahn (UD) dauerhaft befestigt ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeitselemente (S) aus senkrecht zur Überlappungskante (ÜK) angeordneten Stahl- oder Kunststoffplatten bestehen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Steifigkeitselement (S) durch eine besonders steife Ausbildung der oberen Dichtungsbahn (OD) im Druck- und Kontaktbereich ersetzt wird. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeitselemente (S) senkrecht zur Überlappungskante (ÜK) eine erheblich höhere Steifigkeit besitzen als in Richtung dieser Kante. Vorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeitselemente (S) aus senkrecht zur Überlappungskante (ÜK) angeordneten stabförmigen Stahl- oder Kunststoffelementen bestehen. Vorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeitselemente (S) aus senkrecht zur Überlappungskante (ÜK) angeordneten schmalen Stahl- oder Kunststoffplatten bestehen. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeitselemente (S) mechanisch lösbar, insbesondere in köcherartigen oder taschenartigen Strukturen, mit der oberen Dichtungsbahn (OD) verbunden sind. Vorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeitselemente (S) durch eine in Richtung der Überlappungskante (ÜK) wellenförmige Struktur der Oberfläche der oberen Dichtungsbahn (OD) oder durch senkrecht zur Richtung der Überlappungskante (ÜK) an der oberen Dichtungsbahn (OD) angeordnete rippenartige Verstärkungen ersetzt werden. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckbereich (DB) ein besonders durchlässiges Material (E) angeordnet wird. Vorrichtung nach Anspruche 10, dadurch gekennzeichnet, dass das im Druckbereich (DB) angeordnete besonders durchlässige Material (E) eine geringere Steifigkeit besitzt als die angrenzenden Elemente der Konstruktion und der Untergrund. Verfahren zur Abdichtung einer Überlappung einer oberen Dichtungsbahn (OD) und einer unteren Dichtungsbahn (UD), dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdruck, welcher innerhalb eines ausreichend langen Druckbereichs (DB) außerhalb des Bereiches der Überlappung auf kraftschlüssig mit der oberen Dichtungsbahn (OD) verbundene Steifigkeitselemente wirkt, von diesen in den Kontaktbereich mit der unteren Dichtungsbahn (UD) übertragen wird und hierdurch die Abdichtungswirkung der Überlappung verbessert wird. Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass die obere Dichtungsbahn (OD) so um die Steifigkeitselemente (S) nach unten zurückgeschlagen wird, dass sich das zurückgeschlagene Ende dieser Bahn unter den Steifigkeitselemente (S) über den gesamten Kontaktbereich (KB) erstreckt.






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