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Die
Erfindung betrifft ein Wand- und Stützwandbauwerk, bei dem Erd-
und Gesteinsmaterial mittels Geotextil- oder Geokunststoffbahnen
gestützt
ist, und ein Verfahren zur Erstellung der Wand- und Stützwandbauwerke.
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Die
Erfindung ist in folgenden technischen Gebieten einsetzbar: Zur
Erstellung von Geländeterrassierungen
und Wandkonstruktionen als Flutwasser- und Erosionschutz, zur Errichtung
von Stützwänden, Verkehrs-
und Staudämmen,
Lawinenverbauten, Ufermauern, Brückenwiderlagern,
Lärmschutzwänden, etc.
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Es
ist bekannt, dass Stützwände und
freistehende Mauern traditionell vor allem in der Trockenmauerwerksbauweise
errichtet werden. Das Trockenmauerwerk erfüllt dabei zum einen eine statischkonstruktive
Funktion als Schwergewichtskonstruktion, zum anderen besitzt das
Trockenmauerwerk Eigenschaften, die sich auf das landschaftsökologische Umfeld
der Bauwerke auswirken: So entstehen beispielsweise aufgrund der
thermischen Speichermasse des Trockenmauerwerks Kondensationsfeuchtigkeit
oder Wärmespeicher
die einen positiven Effekt auf das Pflanzenwachstum und Klima im
Umfeld von Trockenmauerwerks-konstruktionen haben. Des Weiteren
bietet die Trockenmauerwerksbauweise in den Zwischenräumen der
Mauersteine auch Lebensraum für
seltene Pflanzen und Tiere.
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Es
ist weiter bekannt, dass im modernen Verkehrs- und Wasserbau zum
Erstellen von Wand- und Stützwandkonstruktionen
verschiedene Verfahren angewendet werden, beispielsweise
- – Beton-
und Betongitterkonstruktionen (Winkelstützwände, Formsteine, Pflanztröge),
- – Gabionenbauwerke
(Drahtgeflechtkörbe
mit Lockergesteinfüllung);
- – System "Bewehrte Erde" als Geotextil- oder
Geokunststoffkonstruktion (Ballenwand, Polsterwand) und als Zugankerkonstruktionen
(Plattenwand).
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Die
Erfindung stellt ein grundsätzlich
neues und unbekanntes System im genannten Gebiet dar. Aufgrund der
verwendeten Materialien besteht eine gewisse Ähnlichkeit zu traditionellen Trockenmauerwerkskonstruktionen,
Gabionenbauten und dem System "Bewehrte
Erde" als Geotextil-
oder Geokunststoffkonstruktion. Im Folgenden werden die technischen
Merkmale und die daraus resultierenden Nachteile dieser, im Bereich
der Erfindung als "Stand der
Technik" heranzuziehenden
Konstruktionen aufgezeigt:
Die traditionelle Methode, bei der
einzelne Steine mörtellos
ineinander gefügt
und aufgeschichtet werden, weist vor allem folgende Nachteile auf
ein Laufmeter traditionell erbauter Trockenmauerwerkswand wiegt
ca. eine Tonne, die durchschnittliche Tagesleistung eines erfahrenen
Trockenmaurers beträgt
bei freistehenden Mauern und Terrassenmauern ca. zwei Laufmetern
pro Tag und einmal pro Jahr müssen
herausgefallene Steine wiedereingesetzt werden; dadurch ist diese
Methode in der Herstellungsphase langsam und teuer und in der Betriebsphase wartungsintensiv.
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Bei
Gabionenbauwerken werden Drahtgeflechtkörbe mit Gesteinsmaterial befüllt und
aufeinander geschichtet. Gabionenbauwerke sind reine Schwergewichtskonstruktionen.
Dadurch erfordern diese viel Gesteinsmaterial zur Füllung der
entsprechend groß dimensionierten
Drahtgeflechtkörbe.
Diese sind wiederum geometrischen Einschränkungen unterworfen. Diese
Eigenschaften zeigen, dass Gabionenbauwerke materialintensiv und
im Gelände kaum
flexibel einsetzbar sind.
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Nach
Herold A., Magnus M.: "Planung
und Ausführung
einer begrünten
Steilwand in der Bauweise kunststoffbewehrte Erde" in Geotechnik 21 Vol.
4, S. 305–309,
1998; ist es bekannt, den Baukörper
in horizontalen Lagen von Boden und Geotextil aufzubauen. Dabei
wird Erde in Lagen von Geotextil "eingepackt". Die Ansichtseiten der fertigen Konstruktion
werden mit verschiedenen Materialien verblendet oder mit zusätzlichen
Begrünungsmatten versehen
und begrünt.
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Dadurch
dass die Füllung
des Baukörpers durch
eine Vielzahl von Lagen aus Geotextil oder Geokunststoff unterbrochen
ist, sind die Bepflanzungsmöglichkeiten
auf solchen Bauwerken schweren Einschränkungen unterworfen, da die
einzelnen Lagen in vertikaler Richtung nicht durchwurzelbar sind.
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Aufgrund
des Fehlens von Material mit hoher thermischer Speichermasse erfüllen diese
Konstruktionen die landschaftsökologischen
Parameter traditionell erbauter Trockenmauerwerkswände nicht
und es entsteht auch kein zusätzlicher
Lebensraum für seltene
Pflanzen und Tiere, die sich bevorzugt in den Zwischenräumen von
Trockenmauern ansiedeln.
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Die
Begrünung
der Ansichtsseiten dieser Konstruktionen ist nur in bestimmten Klimazonen möglich, bei
stärkerer
Wandneigung wird sie problematisch und bietet nur geringen Schutz
vor mechanischen Verletzungen der Wandkonstruktion.
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Verblendungen
sind mit hohem konstruktivem Aufwand verbunden und arbeitsintensiv.
Direkte Sonneneinstrahlung auf Geotextil oder Geokunststoffe vermindert
die Lebensdauer der Materialien und sollte bereits während der
Bauphase weitestgehend eliminiert werden, was beim System bewehrte Erde
nicht immer gewährleistet
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Stützbauwerk
anzugeben, mit dem Stützbauwerke,
Geländeterrassierungen
und Wandbauwerke rationell zu erstellen. Dabei sollen auch landschaftsökologische,
hydrologische und klimatische Vorteile traditioneller Trockenmauerwerkskonstruktionen
mit geringstem Aufwand Beachtung finden. Die aufgezeigten Nachteile
traditioneller und moderner Bauweisen sollen eliminiert werden.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe mit einem Verfahren, welches die in Anspruch 1 angegebenen
Merkmale und mit einer Anordnung, welche die in Anspruch 2 angegebenen
Merkmale enthält, gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein
wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass im Gegensatz
zum System bewehrte Erde das Geotextil, bzw. der Geokunststoff nicht
in einer Vielzahl von horizontalen Lagen, sondern vertikal oder
leicht geneigt angeordnet ist. Die Anordnung der Geotextil- bzw.
Geokunststoffbahnen unterteilt sich in Wandbereiche und Schleifen,
die mit Flanschen aus demselben Material kraftschlüssig verbunden
sind (Verweben, Vernadeln, Verschweißen, Verkleben, Vernähen, Verklammern).
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Bei
der in 1 dargestellten Ausführung werden
zunächst
zwei Geotextil- bzw. Geokunststoffbahnen variabler Breite und Länge (entsprechend der
erwünschten
Bauteilhöhe)
durch kraftschlüssige Verbindung
so zueinander angeordnet, dass sich der entstehende Körper in
eine Schleife mit variablem Durchmesser (1), zwei Stege,
deren variable Länge und
Neigung durch die Breite, Länge
und Anordnung der kraftschlüssigen
Verbindung (2, 2')
bestimmt wird, und vier Flansche unterteilt ( 1a).
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An
je zwei der gegenüberliegenden
Flansche werden je eine weitere Geotextil- bzw. Geokunststoffbahn
variabler Breite und Länge
kraftschlüssig
angebracht und zwar so, dass ein Hohlraum (3) zur späteren Aufnahme
eines Stabes zur Befestigung der Distanzstücke entsteht (1b).
Bei Bedarf können
zusätzlich
Laschen mit Hülsen
aus Geotextil- bzw. Geokunststoff auch in den Wandbereichen zur
späteren
Aufnahme von Stäben
kraftschlüssig
angebracht werden (1f: 3'). Der Vorgang (Vorfertigen der
Schleifen, Anbringen der Geotextil- bzw. Geokunststoffbahnen) wird
bis zum Erreichen der gewünschten
Bauteillänge
wiederholt, wobei der Abstand zwischen den Schleifen (1f: 4) variabel
ist. Die Geotextil- bzw.
Geokunststoffbahnen der Wandbereiche und Schleifen stehen gegenüber der
beabsichtigten Fertighöhe
der Wand in variabler Länge
nach unten über.
Am Berührungspunkt
mit der Geländeoberfläche wird
dieser Überstand
jeweils nach Innen eingeklappt (1c, d,
f: 5; 6). Dadurch erhält die Konstruktion einen "Schuh" – die Standfestigkeit der Konstruktion
kann durch die Länge
der Einklappung des Geotextils bzw. Geokunststoffs entsprechend
spezieller Erfordernisse (z. B. Tragfähigkeit des Untergrunds, Hangneigung,
Unregelmäßigkeiten
im Relief) variabel verbessert werden. Durch eine Erhöhung, bzw.
Verringerung der verschiedenen variablen Parameter (Breite und Länge der
verwendeten Geotextil- bzw. Geokunststoffbahnen; Abstand der Schleifen
zu den Wandbereichen (abhängig
von Breite, Länge
und Neigung der Stege) (1a, d,
f: 2); Durchmesser der Schleifen (1a, f: 1);
Abstand der Schleifen untereinander (1f: 4);
Länge der Überstände bzw.
Einklappungen (1c, d, f: 5; 6)
kann die Konstruktion speziellen statischen oder architektonischen
Ansprüchen
angepasst werden. Am Einsatzort werden die Schleifen mit Erd- oder
Gesteinsmaterial befüllt
(1f, e: 7). Dadurch entstehen relativ
standfeste geotextil- bzw. geokunststoffumschlungene, tonnenförmige Baukörper.
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Durch
die folgende Befüllung
der dazwischen liegenden Wandbereiche mit Erd- oder Gesteinsmaterial
(1e, f: 8) ergibt sich eine Stützwölbung und
eine Verzahnung (Druck und Gegendruck) zwischen den Schleifen und
der Befüllung
der Wandbereiche. In die vorgefertigten Hülsen (1b: 3)
an der Verbindung der Flansche mit dem Geotextil- bzw. Geokunststoff der Wandbauteile
werden Stäbe
aus verwitterungsbeständigem
Material eingeschoben (nach Bedarf auch in die Hohlräume der
Laschen (1f: 3') am Geotextil- bzw. Geokunststoff der Wandbauteile).
Dort werden das Geotextil- bzw. der Geokunststoff gelocht, oder
das Material ist entsprechend grobmaschig, so dass Distanzstücke (1d, f: 9)
aus verwitterungsbeständigem
Material eingeführt
und bspw. mittels Haken an den Stäben befestigt werden können. Am
vorderen Bereich der Distanzstücke
wird Drahtgeflecht (1d, f: 10) angebracht
und mit einem weiteren Stab (1d, f: 11) aus
verwitterungsbeständigem
Material, der durch Ösen
in den Distanzstücken
geschoben wird, nach außen
arretiert. Das jeweils oberste der Distanzstücke (1d: 9') ist länger, dadurch
wird ein Überstand
des Drahtgeflechts über
das Geotextil- bzw. Geokunststoff der Wandbauteile erreicht.
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Der
entstehende Raum zwischen Geotextil- bzw. Geokunststoff der Wandbauteile
und dem Drahtgeflecht dient der Aufnahme einer Lockergesteinfüllung oder
anderer Baustoffe hoher thermischer Speicherkapazität, z. B.
Betonrecyclingmaterial, die bis zur Oberkante des Drahtgeflechts
eingebracht werden (1e, f: 12) und dort
den oberen Abschluss der Konstruktion bilden.
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Abhängig von
der Nutzung wird abschließend
der Bereich zwischen den beidseitigen Lockergesteinfüllungen
bis zur erwünschten
Höhe mit
Erd- oder Gesteinsmaterial (1e: 13)
oder mit einer Schicht Mutterboden (1e: 13)
aufgefüllt
und kann bepflanzt werden. Für
die Befüllung
der einzelnen Elemente mit Erd- oder Gesteinsmaterial können vorzugsweise
vor Ort erhältliche
Stoffe verwendet werden.
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Gegenüber den
bekannten Bauweisen weist die Konstruktion folgende Vorteile auf:
Die Lockergesteinfüllung
erfüllt
die landschaftsökologischen
Kriterien der traditionellen Tockenmauerwerksbauweise und dient
gleichzeitig als UV-Schutz und Schutz gegen mechanische Verletzung
für das
Geotextil bzw. für
den Geokunststoff. Die Stärke
der Lockergesteinfüllung
kann jedoch im Ggs. zu Gabionenbauten auf ein in diesem Sinne notwendiges
Maß reduziert
werden (Gewichtsreduzierung, dadurch weniger Energieaufwand) und
muss nicht in der arbeits- und wartungsintensiven Trockenmauerwerksbauweise
erstellt werden. Dadurch, dass die Lockergesteinfüllung mit
dem Drahtgeflecht, Stäben
und Distanzstocken von der Tragstruktur aus Geotextil bzw. Geokunststoff
auf einfache Weise getrennt werden kann, ist es möglich, diese
Komponenten bei möglichen
Alterungserscheinungen mit geringem Aufwand zu erneuern.
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Die
Tragstruktur aus Geotextil bzw. Geokunststoff ist industriell mit
geringem Energieaufwand herstellbar und bildet eine Leichtgewichtskonstruktion.
Dadurch, und dass i. d. R. ein größtmöglicher Anteil vor Ort erhältlichen
Material statisch wirksam gemacht wird, minimiert sich der Transportenergieaufwand.
Durch die vertikale oder leicht geneigte Anordnung des Geotextils
bzw. des Geokunststoffs ist die Erdfüllung komplett durchwurzelbar.
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Durch
Veränderung
der variablen Komponenten kann auf einfache Weise, jedoch gezielt
und flexibel auf spezielle statische, geometrische oder architektonische
Anforderungen reagiert werden.
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Die
Konstruktion ist aus einfachsten, langlebigen Materialien zusammengesetzt
und ist einfach vorzubereiten und rationell zu errichten.
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Mit
der vorgestellten Konstruktion wird durch die Verbindung traditioneller
Methoden und der innovativen Anwendungsform bestehender und langzeiterprobter
Baustoffe ein Gesamttragwerk vorgestellt, das die statischen Eigenschaften
der einzelnen Bauteile ideal ausnützt und diese in ihrer Anordnung
und Kombination zu einer neuen Qualität zusammenführt (Synergistischer Effekt).
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In
statischem Sinne ergänzen
diese sich in vorteilhafter Weise wie folgt: Hochzugfestes Material (Geotextil
bzw. Geokunststoff) wird vor allem auf Zug beansprucht. Die Füllung innerhalb
der Schleifen unterstützt
die Konstruktion als Schwergewichtsbauwerk. Die Erdfüllung der
Wandbereiche ergänzt
diese und ermöglicht
eine Stützwölbung und
Verzahnung der Bauteile ineinander. Die Lockergesteinfüllung unterstützt die
Gesamtkonstruktion als Schwergewichtsbauwerk, das Druck und Schub
aufnimmt und wird durch leichte Distanzstücke und Drahtgeflecht gehalten,
die entsprechend ihrer Eigenschaften auf Zug beansprucht werden.
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Die 1 zeigen das System für eine freistehende Wandkonstruktion,
das beispielsweise als Grenzmauer, Dammbauwerk oder Lärmschutzwand verwendet
werden kann. Dabei werden zunächst
die Schleifen aus Geotextil bzw. Geokunststoff mit dem gewünschten
Durchmesser in beschriebener Weise angeordnet (1a)
und seitlich an den Flanschen mit zwei weiteren Bahnen aus Geotextil
bzw. Geokunststoff verbunden (1b). Da
die Stege (2) zwischen Schleifen und Wandbauteilen im vorgestellten Fall
infolge der gewählten
geometrischen Anordnung der Verbindung rechtwinklig verlaufen ergibt
sich eine senkrechte Wand. Wäre
die gewählte
geometrische Anordnung der Verbindung in Richtung der Außenseiten
unten länger
(2) als oben (2'),
so ergäben sich
schräge
Stege und dadurch nach innen variabel geneigte Wände.
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Vor
Ort wird das Bauteil ausgelegt und die Stäbe zur späteren Befestigung der Distanzstücke in die
vorgesehenen Hülsen
(3) gesteckt, so dass das Bauteil in der ungeführen vertikalen
Entwicklung ausgerichtet werden kann. Darauf folgt das Einklappen der
zuvor berechneten Überstände des
Geotextils bzw. Geokunststoffs der Schleifen und der Wandbauteile
(5,6). Nun werden die Schleifen mit Erdstoff befüllt (7)
und in Lagen verdichtet, woraufhin diese sich zu tonnenförmigen,
geotextil- bzw. geokunststoffumschlungenen Baukörpern ausbilden. Es folgt das
Befüllen
und Verdichten der Zwischenräume
der Wandbauteile mit Erdstoff (8), woraufhin die Konstruktion sich
in sich verzahnt sich eine Stützwölbung ausbildet.
Danach werden die Distanzstücke
(9, 9')
an den dafür
vorgesehenen Stellen (3, 3') an den Stäben befestigt, das Drahtgeflecht
(10) angebracht und mittels Stäben (11) arretiert,
so dass der entstehende Zwischenraum mit Lockergestein verfüllt werden
kann (12). Abschließend
wird eine Schicht Mutterboden (13) zwischen die Lockergesteinfüllungen
gebracht und bepflanzt (1e).
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Die 2 zeigen ein System für eine Wand- bzw. Stützwandkonstruktion,
die beispielsweise zur Erstellung von Geländeterrassierungen verwendet werden
kann.
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Es
wird zunächst
eine Geotextil- bzw. Geokunststoffbahn variabler Breite und Länge (entsprechend
der erwünschten
Bauteilhöhe)
durch kraftschlüssige
Verbindung so angeordnet, dass sich der entstehende Körper in
eine Schleife mit variablem Durchmesser (1), einen Steg,
dessen variable Länge und
Neigung durch die Breite, Länge
und Anordnung der kraftschlüssigen
Verbindung (2) bestimmt wird, und zwei Flansche unterteilt
(2a).
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An
den Flanschen wird eine weitere Geotextil- bzw. Geokunststoffbahn
variabler Breite und Länge
kraftschlüssig
angebracht und zwar so, dass eine Hülse (3) zur späteren Aufnahme
eines Stabes zur Befestigung der Distanzstücke entsteht (2b).
Bei Bedarf können
zusätzlich
Laschen mit Hülse
aus Geotextil- bzw. Geokunststoff auch in den Wandbereichen zur
späteren
Aufnahme von Stäben
kraftschlüssig
angebracht werden (2f: 3'). Der Vorgang (Vorfertigen der
Schleifen, Anbringen der Geotextil- bzw. Geokunststoffbahnen) wird
bis zum Erreichen der gewünschten
Länge der
Terrassierung wiederholt, wobei der Abstand zwischen den Schleifen (2f: 4)
variabel ist.
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Da
die Stege zwischen Schleifen und Wandbauteilen im vorgestellten
Fall infolge der gewählten geometrischen
Anordnung der Verbindung rechtwinklig verlaufen ergibt sich eine
senkrechte Wand. Wäre
die gewählte
geometrische Anordnung der Verbindung in Richtung der Außenseiten
unten länger (2a: 2)
als oben (2a: 2'), so ergäbe sich eine nach innen geneigte
Wand.
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Vor
Ort wird das Bauteil ausgelegt und die Stäbe zur späteren Befestigung der Distanzstücke in die
vorgesehenen Hülsen
(3) gesteckt, so dass das Bauteil in der ungefähren vertikalen
Entwicklung ausgerichtet werden kann. Darauf folgt das Einklappen der
zuvor berechneten Überstände des
Geotextils bzw. Geokunststoffs der Schleifen und der Wandbauteile
(5, 6). Nun werden die Schleifen mit Erdstoff
befüllt
(7) und in Lagen verdichtet, woraufhin diese sich zu tonnenförmigen,
geotextil- bzw. geokunststoffumschlungenen Baukörpern ausbilden. Es folgt die
Hinterfüllung
der Wandbauteile mit Erdstoff (8), woraufhin die Konstruktion
sich in sich verzahnt und eine Stützwölbung ausbildet. Danach werden
die Distanzstücke
(9, 9')
an den dafür
vorgesehenen Stellen (3, 3') an den Stäben befestigt. Um die Vorderfront
an die Geländeneigung
anzupassen ist das jeweils unterste Distanzstück entsprechend der Neigung
länger (9''). Anschließend wird das Drahtgeflecht
(10) angebracht und mittels Stäben (11) arretiert,
so dass der entstehende Zwischenraum mit Lockergestein verfüllt werden
kann (12). Abschließend
wird eine Schicht Mutterboden (13) bis auf die erwünschte Höhe hinter
die Lockergesteinfüllung
gebracht, so dass eine Terrassenebene entsteht, die bepflanzt werden
kann (2e).