Sparschleuse

Prinzip-Animation der Sparschleuse. Die drei Sparbecken nehmen jeweils ¹⁄₅ des Kammervolumens auf, insgesamt also 60 %, was den Schleusenverlust auf 40 % reduziert.

Modell der Schachtschleuse Sülfeld mit zweimal 3 offenen Sparbecken

Schleusengruppe Uelzen, Luftaufnahme (2014)

Eine Sparschleuse ist eine besondere Bauform einer Schifffahrtsschleuse, bei der neben der eigentlichen Schleusenkammer weitere Becken angeordnet sind, die beim Entleeren der Schleuse einen Teil des Wassers aufnehmen. Aus diesen Sparbecken wird zunächst die Füllung der Schleusenkammer vorgenommen und nur der letzte Rest zur Vollfüllung wird der oberen Haltung entnommen. Ziel ist die Reduzierung des Schleusenverlusts, der ansonsten ins Unterwasser abläuft und dadurch verloren ist.

Hintergrund

Bei einer einfachen Schleuse wird für eine Bergschleusung das notwendige Wasser zum Füllen der Schleusenkammer aus der oberen Haltung entnommen. Zur Talschleusung muss die Kammer entleert werden, indem der gesamte Inhalt in das Unterwasser abgelassen wird. Dadurch beträgt der Schleusenverlust 100 Prozent, dessen Wasservolumen in der oberen Haltung fehlt und irgendwie ersetzt werden muss. Liegt die Schleuse in einem Fluss, ist dies im Regelfall kein Problem. Jedoch ohne einen natürlichen und ausreichenden Zufluss oder bei Kanälen muss auf künstlichem Weg Ersatz geschaffen werden, um die Schiffbarkeit zu erhalten und zu jeder Zeit eine ausreichende Wassertiefe auszuweisen. Dies gilt im Besonderen bei Überwindung von Höhenzügen, wo in der Scheitelhaltung meist keine oder nur geringe natürliche Zuflüsse existieren.

Die Funktionsweise einer Sparschleuse

Bei einer Sparschleuse befinden sich neben der Schleusenkammer zusätzliche und in der Höhe gestaffelte Zusatzbecken. In offener Bauweise werden diese terrassenförmig parallel zur Schleusenkammer angeordnet. Bei beschränkten Platzverhältnissen oder großen Hubhöhen können die Becken auch als geschlossene Sparkammern ausgeführt und zur besseren Lastverteilung beidseits in den Kammerwänden untergebracht sein. Die deutlich breiteren Wände bringen als Zusatzvorteil eine höhere Stabilität des Gesamtbauwerks. Die in mehreren Sparebenen angelegten Sparkammern liegen auf ganzer Kammerlänge in mehreren Lagen übereinander. Derartige Sparkammern wurden schon Anfang des 20. Jahrhunderts bei der Doppelschleuse Anderten am Mittellandkanal und der Schachtschleuse Minden im Verbindungskanal Nord zur Weser eingebaut.

Ablauf: Bei einer Talschleusung werden – nach dem physikalischen Prinzip der kommunizierenden Röhren – zunächst nacheinander die Becken der einzelnen Sparebenen gefüllt. Nur der verbliebene Rest in der Schleusenkammer läuft in die untere Haltung ab. Bei einer Bergschleusung wird umgekehrt die Schleusenkammer zunächst mit dem Wasser aus den Becken der einzelnen Ebenen gefüllt. Nur der Teil für die oberste Schicht muss aus dem Oberwasser bezogen werden. Das folgende Bild zeigt schematisch die Funktion einer Sparschleuse mit drei Sparbecken, die je 20 % des Schleusenkammerinhalts fassen. Die hellblauen Flächen symbolisieren das Ober- bzw. das Unterwasser.

• Funktionsprinzip einer Sparschleuse
• 
  Talschleusung: Auffüllen der Sparbecken A-B-C
• 
  Bergschleusung: Entleeren der Sparbecken C-B-A

Bei der Talschleusung wird zunächst das Becken A (rot), dann das Becken B (gelb) und zum Schluss das Becken C (grün) gefüllt. Der dunkelblau markierte Anteil des Wassers (Bereiche 4+5) wird ins Unterwasser abgelassen.

Bei der Bergschleusung werden die Becken in umgekehrter Reihenfolge in die Schleusenkammer entleert, also zuerst C, dann B und zum Schluss A. Die oberen zwei Fünftel des Gesamtvolumens (dunkelblau) kommen dann aus dem Oberwasser. Auf diese Weise müssen bei jeder Schleusung nur zwei Fünftel des gesamten Kammervolumens von oben zugeführt werden.

Sparpotential

Der Wasserverbrauch berechnet sich bei n Sparebenen im Idealfall zu

${\frac {\text{Wasserverbrauch mit Sparbecken}}{\text{Wasserverbrauch ohne Sparbecken}}}=1-{\frac {n}{n+2}}={\frac {2}{n+2}}$

Je mehr Sparebenen vorhanden sind, desto höher ist der Spareffekt, aber desto höher sind auch Platzbedarf und Baukosten. Beim Entwurf einer Sparschleuse wird nach Wirtschaftlichkeit der Bau- und Betriebskosten die Anzahl der Sparebenen festgelegt. Bei fünf Ebenen kann mit einer Ersparnis von rund 70 Prozent (⁵⁄₇) des Schleusungswassers gerechnet werden. Der häufigste Fall sind Sparschleusen mit drei Sparebenen, bei denen sich bis zu 60 Prozent (³⁄₅) der Wassermenge einsparen lässt.

Neue Bauform einer Sparschleuse

Mit der Konstruktion der Schleuse Lüneburg am Elbe-Seiten-Kanal mit 38 Meter Hubhöhe wird ein neuer Typus geschaffen. Der Neubau wird sechs Sparebenen aufweisen mit insgesamt 12 Sparkammern links und rechts neben der Schleusenkammer. Die Besonderheit sind die zusätzlichen Becken über bzw. unter den beiden Sparkammerreihen. Das Oberbecken liegt oberhalb des oberen Schleusenwasserstands und das Unterbecken unterhalb des tiefsten Wasserstands. Dadurch kann beim ersten Füllvorgang das Wasser aus dem Oberbecken entnommen werden und die Schlussentleerung erfolgt in das Unterbecken. Mit dem direkten Zurückpumpen des Wassers aus dem Unterbecken ins Oberbecken tritt kein Verlustwasser auf.

→ Hauptartikel: Schleuse Lüneburg

Rekorde

Die drei Main-Donau-Kanal-Sparschleusen Hilpoltstein, Eckersmühlen und Leerstetten haben mit 24,67 Metern die größten Fallhöhen aller in Deutschland errichteten Schleusen. Die 1976 eröffnete Schleuse Uelzen am Elbe-Seiten-Kanal war mit 23 Meter Hubhöhe seinerzeit in Deutschland die Schleuse mit der größten Fallhöhe und die größte Sparschleuse der Welt. Dies wird zukünftig übertroffen werden durch die Schleuse Lüneburg, die für eine Fallhöhe von 38 Meter ausgelegt wird.

Die 2015 eröffneten Sparschleusen des Panamakanal-Ausbauprojekts – Agua Clara und Cocoli – gelten mit 425 m Länge und 55 m Breite als die größten Sparschleusen der Welt.

Bildergalerie

• 
  Sparbecken der Schleuse Hohenwarthe, 2004
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  Sparbecken der Alten Schachtschleuse im Schleusenpark Waltrop
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  Leeres Sparbecken der Neuen Schleuse im Schleusenpark Waltrop, 2008
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  Leeres Sparbecken der 1972 stillgelegten Schleusentreppe Niederfinow, 2009

Literatur

• Martin Eckoldt (Hrsg.): Flüsse und Kanäle, Die Geschichte der deutschen Wasserstraßen, DSV-Verlag 1998
• Der Mittellandkanal, Reichsverkehrsministerium 1938
• Lutz, Matthias; Korytko, Florian (2019): Sparschleuse Lüneburg – Technische Lösungsansätze für den Neubau der höchsten Sparschleuse der Welt. In: Bundesanstalt für Wasserbau (Hg.): Neubau von Wasserbauwerken. Karlsruhe: Bundesanstalt für Wasserbau. S. 1–5. hdl.handle.net
• Thorenz, Carsten (2012): Ein neuartiges Füllsystem für Sparschleusen großer Höhe. In: Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik (Hg.): Staubauwerke – Planen, Bauen, Betreiben. Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen 47. Dresden: Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik. S. 503–512. hdl.handle.net

Weblinks

• Animation der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes
• Planfeststellung Schiffsschleusenanlage Kriegerbrunn Wasserstraßen-Neubauamt Aschaffenburg
• Standortuntersuchung Sparschleuse Erlangen