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1. (WO2018157884) DEVICE FOR PRODUCING A CURTAIN OF BUBBLES IN BODIES OF WATER
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Vorrichtung zur Erzeugung eines Blasenschleiers in Gewässern

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines

Blasenschleiers in Gewässern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung kommt insbesondere zum Schallschutz beim Einrammen eines Pfahls in den Boden eines Gewässers zum Einsatz. Mit einer solchen Vorrichtung wird ein sogenannter großer Blasenschleier erzeugt. Dazu wird rund um die Baustelle eine Leitung verlegt, die am Boden des Gewässers festgelegt ist. Die Leitung wird über mindestens einen Kompressor mit Druckluft versorgt, wobei die Leitung über ihre Länge eine Vielzahl von Löchern aufweist. Dabei wird mit verschiedenen Leitungs-Konfigurationen experimentiert, die sich u. a. in Lochgröße und Lochabstand unterscheiden. Bei kleinem Lochabstand von 0,3 m beträgt die Lochgröße 1 ,5 mm, bei großem Lochabstand von 1 ,5 m beträgt die Lochgröße 3,5 mm. Die besten Ergebnisse hinsichtlich des Schallschutzes wurden bei der Variante "kleiner Lochabstand" erzielt. Durch die Löcher tritt die Druckluft unter Bildung eines von der Leitung aufsteigenden Blasenschleiers aus. Dieser

Schleier aus Luftblasen bildet eine physikalisch-akustisch dämmende Barriere für die Schallwellen, die bei den Rammarbeiten entstehen. Durch die Blasenschleier sollen vor allem hörempfindliche Meeressäuger wie Schweinswale und Seehunde vor Gehörschäden geschützt werden.

Während zu Beginn der Entwicklung des Systems des großen Blasenschleiers die Leitungen noch von Tauchern am Gewässerboden befestigt

wurden und nach Beendigung der Rammarbeiten entweder als verloren am Gewässerboden zurückgelassen oder aber auch wieder von Tauchern entfernt wurden, werden die Leitungen inzwischen mittels eines Verlegeschiffes positioniert. Bei diesen Schiffen ist die Leitung auf eine Winde aufgerollt, von der die Leitung über das Heck des Schiffes abgetrommelt und ringförmig um die Baustelle herum auf dem Gewässerboden abgelegt wird. Bei einer bekannten Ausführungsform sind auf der gesamten Länge der Leitung in Abständen Metallmanschetten an der Leitung angebracht, die untereinander mit einer Kette verbunden sind. Die Manschetten und die Kette dienen einerseits als Ballast, damit die im Betrieb mit Luft gefüllte Leitung auf dem Gewässerboden liegen bleibt, und andererseits fungieren sie als Zugglied zur Aufnahme der beim Verlegen und beim Bergen der Leitungen auftretenden Zugkräfte.

Der oben beschriebene Stand der Technik, bei dem Manschetten und

Ketten als Ballast zum Einsatz kommen, hat den Nachteil, dass die Kette das Einbringen und das Ausbringen der Leitung in das Gewässer behindern kann. Zudem können die an der Leitung anliegenden Manschetten durch Scheuern und Knicken zu einer Beschädigung der Leitung führen.

In der DE 20 2013 100 564 U1 wird eine gattungsgemäße Vorrichtung beschrieben. In einer Ausführungsform kommt als Leitung ein Schlauch zum Einsatz, der aus einem Gummi oder einem Polymer gefertigt ist. Zur Erhöhung der Zugfestigkeit und der Druckbelastbarkeit ist der Schlauch mit einer Drahtgeflechteinlage versehen. Die Wandung des Schlauches weist eine Vielzahl von Bohrungen auf. Diese haben einen Durchmesser von etwa 0,5 bis etwa 5 mm und einen Abstand von etwa 100 cm bis etwa 10 cm voneinander. Um einen Auftrieb des luftgefüllten Schlauches im Wasser zu verhindern, ist in den Schlauch ein Beschwerungskörper in Form einer Kette eingelegt. Anders als eine außen angeordnete Kette beeinträchtigt die innerhalb des Schlauches angeordnete Kette die Wickelbarkeit des Schlauches

nicht, so dass große Längen des Schlauches auf eine Wickelvorrichtung abgelegt werden können. Allerdings behindert die im Schlauch angeordnete Kette die Luftströmung innerhalb des Schlauches und fördert das Eindringen von Wasser durch die Bohrungen in der Wandung bei abgeschalteter Druck-luft.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung kann auch für das Absperren von ölteppichen und zur Eisfreihaltung von Gewässern verwendet werden.

Die Druckluft-Ölsperre oder auch Druckluftsperre ist eine Anlage, die in

Gewässern oder Hafenanlagen eine Sperre erzeugt für alles, was auf dem Wasser treibt. Sie hält vor allem schwimmendes öl und Treibgut zurück. Seit mehr als 50 Jahren wird sie in Schleusen, Häfen, Flüssen, Kanälen oder zum Schutz von Industrieanlagen eingesetzt.

Im Spezialwasserbau wird eine Eisfreihalteanlage gegen Eisbildung an der Wasseroberfläche eingesetzt. Druckluft hält das Wasser in Bewegung und erzeugt eine aufwärts gerichtete Strömung. Dadurch wird das an der Gewässersohle befindliche, wärmere Wasser an die Oberfläche befördert. Eine Vereisung wird im unmittelbaren Umfeld der sprudelnden Luft verhindert.

Die DE 20 2014 005 397 U1 beschreibt eine Vorrichtung zum Schallschutz bei einem in den Meeresboden einzurammenden Pfahl. Der Pfahl ist dabei von einer Struktur umgeben, wobei in dem Zwischenraum zwischen der Struktur und dem Pfahl ein Blasenschleier vorgesehen ist. Die Struktur besteht aus einem Paket von Ringen, die durch ein textiles Gewebe miteinander verbunden sind. Die Ringe und das textile Gewebe bilden einen Schlauch, der den Pfahl umgibt. Dieser Schlauch bildet eine Art Käfig, durch den die Strömung des Meerwassers im Zwischenraum zwischen dem Schlauch und dem Pfahl verringert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die aufgezeigten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Erfindungsgemäß ist zusätzlich zu dem luftführenden Schlauch (nachfolgend Luftschlauch genannt) ein Ballastschlauch vorgesehen, der ebenfalls aus einem Gummi oder einem Polymer gefertigt und flexibel mit dem Luftschlauch verbunden ist. In dem Ballastschlauch ist eine Kette, ein Seil, ein Kabel oder ein ähnliches Gebilde als Gewicht geschützt angeordnet. Es behindert weder die Wickelbarkeit des Luftschlauches, noch kann sie diesen beschädigen. Zudem kann es auch bei einer Anordnung in dem Ballast-schlauch als Zugglied zur Aufnahme der beim Verlegen und beim Bergen des Luftschlauches auftretenden Zugkräfte fungieren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1 in schematischer Weise eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Einsatz,

Fig. 2 einen Abschnitt eines mit einem Ballastschlauch verbun- denen Luftschlauches,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Abbildung gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Darstellung gemäß Fig. 3 bei vom Luftschlauch auf- steigendem Blasenschleier,

Fig. 5 einen perspektivischen Blick auf einen Abschnitt gemäß Fig. 2 im verkleinerten Maßstab in einem von der Fertigung angelieferten Zustand,

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform mit zwei nebeneinander angeordneten Luftschläuchen, und

Fig. 7 einen Querschnitt gemäß Fig. 2 durch eine weitere Ausführungsform.

Bei der Errichtung von Offshore-Anlagen, wie z. B. Windenergieanlagen, werden unter großer Lärmentwicklung Pfähle oder Rohre 1 mittels einer Rammvorrichtung 2 in den Meeresboden 3 eingetrieben. Meeressäugetiere, wie z. B. Schweinswale, können durch die Unterwasser übertragenen

Schallwellen Schädigungen erleiden. Um dies zu vermeiden, wird während der Rammarbeiten rings um den einzutreibenden Pfahl 1 ein Blasenschleier erzeugt, durch den die physikalische Beschaffenheit des Wassers verändert wird. Dadurch werden die Schallwellen mehrfach gebrochen wodurch die Lautstärke gemindert wird.

Zur Erzeugung des Blasenschleiers wird ein mit Druckluft beaufschlagbarer Schlauch 4 (nachfolgend Luftschlauch genannt) ringförmig um den einzutreibenden Pfahl 1 herum auf dem Meeresboden 3 abgelegt. Dazu fährt ein Versorgungsschiff 5 etwa kreisförmig um den Pfahl 1 herum, wobei der Luftschlauch 4 von einer an Bord des Versorgungsschiffes 5 befindlichen Wickeltrommel 6 abgetrommelt wird. An Bord des Versorgungsschiffes 5 befindet sich weiterhin mindestens ein spezieller Kompressor, mit dem Druckluft in den Luftschlauch 4 eingepresst wird. Die Druckluft kann von einem Ende des Luftschlauches 4 oder auch von beiden Enden des Luftschlauches 4 eingepresst werden.

ln den Fig. 2 bis 5 ist eine erste Ausführungsform eines bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einsatz kommenden Luftschlauches 4 dargestellt.

Der Luftschlauch 4 ist aus Gummi oder anderen Polymer-Werkstoffen gefertigt und durch mindestens eine Gewebelage verstärkt, um ihn druckstabiler und zugfest zu machen. Er ist bei einer Wandstärke < 2 mm auf einen Betriebsdruck von maximal 8 bar ausgelegt, und, bezogen auf ein Uhrzif-fernblatt, in einem Bereich A von 2 bis 5 Uhr bzw. in einem Bereich B von 7 bis 11 Uhr fein perforiert, wogegen die Bereiche zwischen 11 bis 2 Uhr und 5 bis 7 Uhr unperforiert sind. Der unperforierte Bereich von 11 bis 2 Uhr verhindert, dass die Luft hauptsächlich in diesem Bereich austreten würde, wenn er perforiert wäre, während der Bereich zwischen 5 und 7 Uhr nicht perforiert ist, um zu vermeiden, dass dort austretende Luftblasen sich mit den in den Bereichen A und B austretenden Blasen zu unerwünscht großen Blasen vereinigen. In Figur 4 ist ein sich am Luftschlauch 4 ausbildender Blasenschleier 7 dargestellt.

Die Perforation besteht vorzugsweise aus feinsten Schlitzen, die in der

Zeichnung nicht dargestellt sind und die sich bei bestimmten Druckverhältnissen selbsttätig öffnen bzw. schließen. Sie fungieren gewissermaßen als Ventile. Anstelle feinster Schlitze können auch feinste punktartige Einstiche als Perforation vorgesehen sein. Weiterhin ist die Perforation so gestaltet, dass die Luft über die gesamte Länge des Luftschlauches 4 feinblasig austritt. Typischerweise befinden sich dazu ein bis zwanzig feinste Schlitze pro cm2 im Luftschlauch 4.

Die Größe der Perforationen kann über die Länge des Luftschlauches 4 unterschiedlich sein. Druckverluste durch innere Reibung der komprimierten Luft können durch größere Öffnungen zum Ende des Luftschlauches 4 hin

kompensiert werden. Die Gesamtlänge des Luftschlauches 4 kann somit aus Teilsegmenten mit unterschiedlichen Schlitzgrößen zusammengesetzt sein.

Die Perforation ist so gestaltet, dass auch bei unterschiedlichen Umge-bungsdrücken, die durch Niveauunterschiede des Meeresbodens 3 entstehen, über die gesamte Länge des Luftschlauches 4 die komprimierte Luft feinblasig ausperlen kann. Dazu muss der Volumenstrom, die Schlitzgeometrie (Schlitzlänge, Abstand der Schlitze) und der Öffnungsdruck der Perforation (Materialspezifikation) so bemessen sein, dass an den am tiefsten gele-genen Stellen des Luftschlauches 4 immer noch genügend Luft austritt, um den Blasenschleier 7 über die gesamte Länge des Luftschlauches 4 zu erzeugen.

Generell gilt: Die Dichte des Blasenschleiers 7 hängt vom Volumen-ström der austretenden Luft ab. Je größer die Anzahl der Schlitze und die Länge der Schlitze ist, desto mehr Luft entweicht pro Meter Lauflänge des Luftschlauches 4. Bei großen Niveauunterschieden (> 2 m - entspricht 2 bar hydrostatischer Druck) entweicht sehr viel Luft durch die jeweils höchsten Bereiche des Luftschlauches 4. Bedingt durch den Strömungswiderstand des Luftschlauches 4 steht dann bei langen Luftschläuchen 4 nicht genug Luft zur Verfügung, um alle Schlitze über die gesamte Länge des Luftschlauches 4 zu öffnen. Der Blasenschleier 7entsteht dann nur auf den„Gipfeln", während in den„Tälern" aufgrund des höheren hydrostatischen Druckes nur wenig bzw. gar keine Luft entweicht. Der Blasenschleier 7 wird somit unterbrochen, der Körperschall wird an diesen Stellen nicht mehr gedämmt. Um einen derartig ungleichmäßigen Blasenschleier 7 zu vermeiden, muss der Luftschlauch 4 umso feiner perforiert werden, je größer die durch den Niveauunterschied des Meeresbodens 3 erzeugte hydrostatische Druckdifferenz ist.

Bei Druckbeaufschlagung des Luftschlauches 4 hat dieser einen kreisförmigen bzw. ovalen Querschnitt und die Druckluft entweicht zu beiden Sei- ten des Luftschlauches 4 in den Bereichen A und B unter Erzeugung des feinblasigen Blasenschleiers 7, der breiter ist als der Durchmesser des Luftschlauches 4. Beim Abschalten der Druckluft schließen sich die Schlitze der Perforation, und der Luftschlauch 4 wird vom umgebenden Wasserdruck flach zusammengedrückt wodurch die Luft vollständig entweicht. Es befindet sich somit kein Hohlraum innerhalb des Luftschlauches 4, weshalb auch kein Wasser oder kein Sand hineingedrückt werden kann. Die Perforation verstopft daher auch nicht.

Die Luftschläuche 4 sind einstückig auf bis zu 100 m Länge durchgehend oder segmentiert perforiert. Bei größeren Längen können einzelne Schlauchsegmente über Kupplungen oder Muffen mit Schellen verbunden werden. Somit lassen sich gerade oder ringförmige Schlauchleitungen erzeugen, die 1000 m Länge überschreiten können. Die ersten ca. 50m (Abstand vom Kompressor zum Meeresboden 3) an beiden Enden des Luftschlauches 4 sind nicht perforiert, da in diesen Bereichen keine Luft austreten soll.

Um einen Auftrieb des luftgefüllten Luftschlauches 4 im Wasser zu vermeiden, ist dieser flexibel mit einem aus Gummi oder ähnlichen Polymer-Werkstoffen gefertigten Ballastschlauch 9 verbunden, in den zur Beschwerung eine Kette 13 eingezogen ist. Die flexible Verbindung erfolgt in den Ausführungsformen gemäß den Fig. 2-6 durch einen Steg 8. Der Steg 8 besteht ebenfalls aus Gummi oder einem ähnlichen Polymer-Werkstoff und hat einen H-förmigen Querschnitt mit zwei sich jeweils zum Rand hin öffnenden Einschnitten 10. In die Einschnitte 10 ist jeweils ein aufeinandergelegter Abschnitt 11 der Wandung des Luftschlauches 4 bzw. 12 des Ballastschlauches 9 eingeschoben. Die Verbindung des Luftschlauches 4 und des Ballastschlauches 9 mit dem Steg 8 erfolgt dann durch Vulkanisieren oder Verkle-ben.

Die durch Kupplungen miteinander verbundenen Luftschläuche 4 werden durch Längszug beim Ein- und Ausrollen nicht oder nur wenig belastet. Die Zuglasten werden durch die im Ballastschlauch 9 angeordneten Ketten 13 übertragen. Wenn Kettenabschnitte miteinander verbun-den werden müssen, erfolgt das in üblicher Weise, zum Beispiel durch Schäkel.

Der Verbund aus Luftschlauch 4 (sowohl mit Steg 8 oder zusammengenäht) und Ballastschlauch 9 wird in der in Fig. 5 dargestellten Form zum Gebrauch geliefert. In diesem Zustand liegen die Wandungen des Luftschlauches 4 und des Ballastschlauches 9 flach aufeinander, so dass sich zusammen mit dem Steg 8 ein quasi zweidimensionales Gebilde ergibt. In diesem Zustand ist dieses Gebilde aufgrund der Flexibilität seiner Komponenten leicht wickelbar und daher mit geringem Transportvolumen anliefer-bar. Auf Grund dieser Flexibilität ergeben sich auch Vorteile beim Gebrauch (Abwickeln, Verlegen, Aufwickeln).

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Es unterscheidet sich von dem vorstehenden dadurch, dass anstelle eines Luftschlauches 4 zwei Luftschläuche 4 vorgesehen sind, die nebeneinander an den Steg 8 anvulkanisiert sind. Durch die beiden nebeneinander angeordneten Luftschläuche 4 kann ein breiterer Blasenschleier 7 erzeugt werden.

Bei einem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die flexible Ver-bindung zwischen Luftschlauch 4 und Ballastschlauch 9 dadurch hergestellt, dass sie durch Längsnähte 14 miteinander verbunden sind. Dazu ist ein aufeinander gelegter Abschnitt der Wandung des Luftschlauches 4 gebildet (siehe z. B. Fig. 2), der zwischen den Enden des in Längsrichtung aufgeschnittenen Ballastschlauches 9 angeordnet und mit diesen durch die Längsnähte 14 verbunden ist. Als Beschwerungskörper kommt bei diesem Ausführungsbeispiel ein Drahtseil 15 oder ein Kabel 15 zum Einsatz.