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Einrichtung zur Regelung für bewegliche Wehre und Verschlüsse.
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Behälter B geleert wird. Ein Überfall K, so wie er beim ersten Beispiel zur selbsttätigen Regelung ange- wendet wurde, könnte hier keine sinngerechte Wirkung erzielen, denn er arbeitet verkehrt. Hier kann vielmehr die Regelung nur durch eine solche Einrichtung bewerkstelligt werden, bei der ein Raum B sich mit Wasser füllt, sobald die Schütze schliessen soll, und umgekehrt sich leert, sobald die Schütze öffnen soll. Auf eine solche an sich bekannte Einrichtung bezieht sich der Gegenstand des Patentes.
Der Erfindungsgegenstand besteht nun darin, dass zwei miteinander in kommunizierender Ver- bindung stehende Hohlräume oder Behälter vorgesehen sind, von denen der eine zeitweise oder ständig einen allseits luftdicht umschlossenen Raum bildet, innerhalb dessen durch eine an ihn angeschlossene
Saugluftpumpe oder eine andere luftabsaugende Einrichtung das Wasser hochgezogen oder durch Luft- eintritt wieder herabgelassen wird, während die hiebei in den andern Behälter oder Hohlraum bewirkten Änderungen des Wasserstandes zur Einstellung oder Bewegung des zu regelnden Wehres oder Verschlusses benutzt werden. Es ist in Fig. 7 schematisch dargestellt.
Mit dem Raum B steht ein zweiter Raum C in kommunizierender Verbindung, welcher nach allen Seiten luftdicht abgeschlossen ist. Ein von diesem Raume C oben abzweigender Kanal D reicht, wenn der Oberwasserspiegel in konstanter Höhe gehalten werden soll, mit seiner abwärts gerichteten
Aussenmündung bis zum angestrebten Oberwasserspiegel (Stauziel Z), so dass von hier aus Luft in den
Raum 0 eintreten kann, sobald das Oberwasser unter das Stauziel sinkt. Durch einen Verschluss V kann dieser Kanal D beliebig geschlossen oder geöffnet werden. Ferner ist an den Raum 0 eine Saugluftpumpe oder eine andere luftabsaugende Einrichtung E angeschlossen.
Der Raum B oder auch 0, was wegen der kommunizierenden Verbindung gleichgültig ist, wird unten durch einen Kanal oder eine Öffnung G mit dem Oberwasser verbunden. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, diese Öffnung G mit einem nach innen öffnenden Rückschlagventil zu versehen. Bei der Beschreibung des Betriebsvorganges wird auf diesen Punkt noch näher eingegangen werden. Eine zweite, vom Raum C (oder B) ins Unterwasser führende Öffnung H dient nur Spülzwecken, bleibt daher während des Betriebes in der Regel geschlossen und könnte auch weggelassen werden.
Von einer in angemessener Höhenlage angeordneten Seitenöffnung des Behälter C führt ein Kanal (Schacht F) ins Unterwasser oder in einen genügend tief liegenden, wassergefüllten Behälter, u. zw. so, dass seine Aussenmündung stets unter Wasser liegt und hier zu keiner Zeit Luft in das System eintreten kann.
In der nun folgenden Beschreibung des Betriebsvorganges sei beispielsweise angenommen, dass eine Stauklappe A geregelt werden soll, die bei freier Entlastungsöffnung des Stauweihers flach auf dem
Boden liegt und, indem sie sich mehr oder weniger aufrichtet, den Durchfluss durch diese Entlastung- öffnung mehr oder weniger hemmt. Fig. 7 zeigt diese Stauklappe A ganz aufgerichtet, Fig. 8 liegend.
Es sei ferner angenommen, dass zur Bewegung dieser Klappe der Druckunterschied zwischen dem Wasser- inhalt des Raumes B und dem Unterwasser ausgenutzt wird. Die richtige Einstellung der Stauklappe erfolgt also durch irgendeine vom Wasser betätigte Antriebsvorkehrung, welche, wie die weiter unten beschriebenen Anwendungsbeispiele zeigen werden, sehr verschiedenartig ausgebildet sein kann und daher in dieser allgemeinen Darstellung ausser Betracht bleiben soll. Nur muss sie im gleichen Sinn wirken wie das in Fig. 3 und 4 gegebene Beispiel, d. h. sie muss öffnen, sobald das Wasser im Behälter B fällt, und schliessen, wenn das Wasser im Behälter B steigt. Diese Wasserspiegelschwankungen im Behälter B können durch die Gegenstand dieses Patentes bildende Einrichtung zur Regelung sinngereeht 'erzeugt werden.
Beschreibung des Betriebsvorganges : Das nach innen aufgehende Rückschlagventil G hat beständig freies Spiel, die Spülöffnung H bleibe geschlossen.
Der vor Beginn der ersten Betriebsphase bestehende Zustand sei der folgende : Die Stauklappe A liege flach auf dem Boden. Das Ventil V sei offen, daher der Luftdruck ausgeglichen und der Wasser- spiegel im Raume B und 0 gleich hoch, z. B. in Kote 1 (Fig. 8). Der Druckunterschied zwischen Ober- und Unterwasser bzw. zwischen dem Wasserinhalt des Behälters B und dem Unterwasser sei so klein, dass er zum Anheben der Stauklappe A nicht ausreicht, vielleicht sogar fast null. Da kann die Regel- einrichtung als Anhebevorkehrung dienen.
Erste Betriebsphase : Man lässt die Luftpumpe E angehen. Sie bleibt jetzt wie auch in den späteren
Betriebsphasen stets in Betrieb. Schliesst man jetzt den Kanal D bei Y ab, so ist der Raum C allseits luftdicht abgeschlossen, und es beginnt wegen der durch die Luftpumpe jE erzeugten Luftverdünnung- das Wasser in ihm zu steigen. Das kann nur auf Kosten des Wasserinhaltes im Raum B geschehen, wo infolgedessen der Wasserspiegel sinkt. Dadurch erhält schliesslich das Oberwasser 0 einen hinreichend grossen Überdruck, um das Ventil G zu öffnen und eine Wassermenge Q in den Raum B zu drücken, welche die durch die Arbeit der Luftpumpe im Raume C hochgezogene Wassermenge ersetzt.
Der am Ende der ersten Betriebsphase eingetretene Zustand ist in Fig. 8 dargestellt : Der Wasserspiegel im Raume C hat z. B. die Kote 2 erreicht.
Wenn die Öffnung G im Vergleich zur Pumpenleistung zu klein ist, kann es vorkommen, dass der
Wasserspiegel im Raume B zu tief sinkt und von hier aus durch die kommunizierende Verbindung Luft in den Raum 0 eindringt, wodurch jedoch nur das Zuviel an Pumpenleistung aufgehoben wird, weil das
Wasser im Raum B sofort wieder steigt und die kommunizierende Verbindung schliesst. Durch eine
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genügend tiefe Lage der Oberkante der kommunizierenden Verbindung zwischen den Räumen B und C sowie durch eine passende Bemessung der Öffnung G im Verhältnis zur Pumpenleistung kann dieser
Arbeitsverlust vermieden werden.
Im Schacht F wird das Wasser durch die Arbeit der Luftpumpe E gleichfalls hochgezogen, wird sogar manchmal höher stehen als im Raum C, u. zw. stets dann, wenn durch eine im Vergleich zur Grösse der Öffnung G zu energische Pumpenleistung der Wasserstand im Raume B unter den Unterwasserspiegel fällt. Diese Erscheinungen sind unschädlich. Und wenn letzten Endes sogar Wasser aus dem Schacht F über die Kante L in den Raum C fällt, so wird dadurch die erste Betriebsphase nur abgekürzt, also der beabsichtigte Vorgang beschleunigt. Ebenso ist es unschädlich, wenn die erste Betriebsphase so weit ausgedehnt wird, dass die Kante L mit Wasser bedeckt wird. Die Folge wird nur sein, dass sich der Wasserinhalt des Raumes B mit dem Unterwasser so ziemlich ausspiegelt.
Zweite Betriebsphase : Jetzt öffnet man das Ventil V, so dass Luft durch den Kanal D in den
Raum C einströmen kann. Der Wasserinhalt des Schachtes F fällt sofort herab, und die Wasserstände in den Räumen B und C gleichen sieh aus, u. zw. in der Kote 3, welche höher ist als die Kote 1 vor Beginn der ersten Betriebsphase, weil ja inzwischen die Wassermenge Q hinzugekommen, zu keiner Zeit jedoch Wasser verlorengegangen ist. Damit auch jetzt Wasserverluste vermieden werden, wurde die Öffnung G mit dem Rückschlagventil versehen, welches sieh nunmehr infolge des Überdruckes von innen schliesst.
Bis zum Ende der dritten Betriebsphase bleibt der Kanal D offen, daher werden in dieser ganzen Zeit die Räume B und C infolge der ungestörten kommunizierenden Verbindung die gleichen Wasserstände aufweisen und bei der Beobachtung der Vorgänge als ein einziges Gefäss anzusehen sein. Der jetzige Augenblick wurde in der Fig. 9 festgehalten.
Für den Anhub der Klappe A steht nunmehr eine im Vergleich zu früher vergrösserte Überdruckhöhe h zur Verfügung, die Klappe richtet sich etwas auf, gleichzeitig sinkt jedoch der Wasserspiegel in den Räumen B und C, weil ihr Wasserinhalt als Antriebswasser für die Hubeinrichtung der Stauklappe verbraucht wird. Diese Bewegung dauert so lange, bis der Überdruck des Wassers in den Räumen B und C nicht mehr hinreicht, die Stauklappe weiter zu heben, also eine Gleichgewichtslage erreicht ist, z. B. die Klappenstellung 11 und der zugehörige Gleichgewichtswasserspiegel 4 in den Räumen B und C (Fig. 10). Damit hat die Regeleinrichtung ihre erste Aufgabe als Anhebevorkehrung, d. h. zur Beihilfe beim ersten, schwierigsten Anhub der liegenden Stauklappe erfüllt.
Dritte Betriebsphase : Vor Erörterung der dritten Betriebsphase muss hier ein Grundgesetz in Erinnerung gebracht werden, welches für alle selbsttätig bewegte Stauwerke gilt, die analog wie das in Fig. 3 und 4 gegebene Beispiel geregelt werden, für welche also ausschliesslich der Erfindungsgegenstand Anwendung finden kann. Es muss nämlich die Bewegungsvorkehrung des Staukörpers so konstruiert sein, dass jeder Stellung des Staukörpers ein Gleichgewichtswasserspiegel im Raume B entspricht, welcher um ein konstantes oder variables Mass d niederer ist als der zugehörige Oberwasserspiegel. Im vorliegenden Falle muss also die Hubeinrichtung der Klappe A so beschaffen sein, dass jeder Stellung der Klappe A ein Gleichgewichtswasserspiegel im Raume B entspricht, welcher niederer ist als jeweils die Überfallkante der Stauklappe. Z.
B. ist in der Gleichgewichtslage nach Abschluss der zweiten Betriebsphase (Fig. 10) die Kote 4 niederer als 11. Andernfalls könnte sich die Stauklappe nie selbsttätig aufrichten.
Aus dieser Konstruktionsbedingung ergibt sich der Verlauf der dritten Betriebsphase : Das Oberwasser staut sich mindestens auf die Kote I1 an, steht dann, wie eben ausgeführt, höher als der Wasserspiegel 4 im Behälter B (s. Fig. 10), daher öffnet sich das Rückschlagventil G, und es strömt Wasser ein, bis sich der Wasserinhalt des Behälters B mit dem Oberwasser ausgespiegelt hat (Wasserspiegel 5 in Fig. 11).
Dem entspricht aber eine um d höhere Gleichgewichtsstellung der Stauklappe A, diese richtet sich weiter auf, der Stauspiegel erhöht sich, wieder strömt Wasser aus dem Stauweiher in den Raum B, und so setzt sich das Spiel fort, bis der Stauspiegel die im Stauziel Z liegende Aussenmündung des Rohres D erreicht und so den Raum C von der Aussenluft abschliesst, womit die dritte Betriebsphase ihren Abschluss findet und die in Fig. 7 dargestellte Sachlage erreicht ist.
In der Natur wird sich der ganze Vorgang nicht, wie aus der Beschreibung hervorzugehen scheint. stufenweise, sondern stetig abspielen : stetig strömt Wasser aus dem Stauweiher durch die Öffnung G in den Raum B, und stetig richtet der hier vorhandene wachsende Wasserdruck die Klappe A auf.
Vierte Betriebsphase : In der ersten und zweiten Betriebsphase hat der Erfindungsgegenstand als Anhebevorkehrung für die liegende Wehrklappe A gedient, in der dritten Betriebsphase war er ganz untätig und arbeitete die selbsttätige Bewegungsvorkehrung der Klappe allein, mit dem Augenblick aber, wo der Stauwasserspiegel das Stauziel Z und damit die Aussenmündung des Rohres D erreicht, beginnt von selbst die Regelung.
Während der ganzen zweiten und dritten Betriebsphase konnte die ununterbrochen tätige Luftpumpe E keine Einwirkung auf den Betriebsvorgang erzielen, jetzt aber erzeugt sie in dem allseits luftdicht abgeschlossenen Raum C eine Luftverdünnung, so dass hier der Wasserspiegel hochgezogen wird, beispielsweise bis auf Kote 6 in Fig. 12, während gleichzeitig der Wasserspiegel im Raume B sinkt, z. B. bis auf Kote 7. Diese Spiegelsenkung wird meistens nicht hinreichen, um ein teilweises Niederlegen der Klappe A zu bewirken, weil die dem Behälter B entzogene Wassermenge sofort wieder durch die Öffnung G
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zuströmt. Aber die Luftpumpe arbeitet immer weiter, das Wasser im Raume C steigt immer höher und erreicht schliesslich den Unterrand L der in den Schacht F führenden Öffnung.
Von diesem Augenblick 1n beginnt hier Wasser aus dem Raume C ins Unterwasser abzufliessen. Die jetzt entstandene Sachlage ist in Fig. 13 dargestellt. Die Luftpumpe arbeitet immer weiter, der Wasserspiegel im Raume C steigt immer höher, die Überfallhohe bei L wird immer grösser, immer mehr Wasser fliesst aus dem Raum C durch den Schacht F ins Unterwasser, und es muss schliesslich der Augenblick kommen, wo die bei L überfallende Wassermenge die Leitungsfähigkeit der Zuströmöffnung G weit übertrifft. An diesem Vorgang kann auch die Tatsache nichts ändern, dass auch im Schacht F durch die Luftverdünnung das Wasser hochgezogen wird, denn hier bleibt der Wasserspiegel stets niederer als im Raum C. Erst wenn der Wasserspiegel im Raume B auf die Höhenkote des Unterwasserspiegels gefallen ist, haben sieh auch die Wasserstände im Raume C und im Schacht F ausgeglichen.
Der hiedurch entstandene Zustand ist in Fig. 14 dargestellt. Mehr kann mit einer Regelung von Hand aus nach Fig. 3 und 4 auch nicht erzielt werden. Jetzt muss sich die Stauklappe A niederlegen, wofern sie überhaupt noch bewegungsfähig ist, denn jeder Druckunterschied zwischen dem Wasserinhalt des Behälters B und dem Unterwasser hat aufgehört. Bei vorkommenden Bewegungswiderständen, wie Verrosten, Verschlammen oder Vereisung, wird sich schon beim kleinsten Überstau durch die ständige Vergrösserung der Überfallhöhe bei L bzw. durch die hiebei entstehende immer weitergehende Absenkung des Wasserspiegels im Raume B der Regelimpuls allmählich nötigenfalls bis zum Höchstwert steigern.
Während des Ansaugens des Wassers im Raume C wird auch im Rohr D von seiner Aussenmündung aus das Wasser hochgezogen und kann, wie die Fig. 13 zeigt, in den Behälter C ausgiessen. Die dabei in Betracht kommenden Wassermengen sind jedoch nicht gross und fallen daher kaum ins Gewicht. Will man aber die hiedurch immerhin bewirkte Verzögerung des Betriebsvorganges verhindern, so lässt man entweder das Rohr D in den Schacht F ausgiessen oder man zieht es um mehr als die grösstmögliche Saughöhe über den höchsten Oberwasserspiegel, so wie dies in Fig. 14 dargestellt ist. Damit hört jedes Überfliessen von Wasser durch das Rohr D auf.
Sobald der Stauspiegel infolge Niederlegens der Stauklappe unter das Stauziel fällt, wird die Aussenmündung des Rohres D wasserfrei, es tritt hier Luft ein, das Wasser im Schacht F fällt herab, im Raum B und C gleichen sich die Wasserstände aus, das während der ganzen dritten und vierten Betriebsphase offen gewesene Rückschlagventil G schliesst sich durch den Überdruck von innen, kurz, es wiederholt sich selbsttätig die zweite Betriebsphase, nur mit dem Unterschied, dass jetzt die Stauklappe wahrscheinlich nicht ganz auf dem Boden liegt. Dann folgt wieder die dritte und hierauf die vierte Betriebsphase u. s. f.
Wenn sich die Stauklappe in der vierten Betriebsphase nur ganz wenig senkt, so kann es vorkommen, dass dann die dritte Betriebsphase ausfällt, so dass nur die zweite und vierte Betriebsphase wechseln.
Die Regeleinrichtung gemäss der Erfindung kann also zu zwei Zwecken dienen : 1. Zur Unterstützung des Anhubes der Stauklappe bei ungünstigen Wasserstandsverhältnissen.
Hiezu gehören die erste und zweite Betriebsphase. Bei stets hinreichendem Druckunterschied zwischen Ober-und Unterwasser fällt dieser Zweck weg, weil dann im Behälter B immer genügend Überdruck zur unmittelbaren Einleitung der dritten Betriebsphase vorhanden ist ; 2. zur Regelung des Stauwerkes, d. h. zur genauen Einhaltung des Stauzieles. Hiebei werden stets die zweite, dritte und vierte Betriebsphase abwechseln, wobei unter Umständen die zweite oder die dritte Phase ausfallen kann.
Stellt man irgendeine Verbindung des Raumes C oder F mit der Aussenluft her, so kann hiedurch die Einrichtung zur Regelung abgestellt werden, so dass die Stauklappe auch bei Überstau stehenbleibt.
Wird auf die Wirksamkeit des Erfindungsgegenstandes als Anhebevorkehrung verzichtet, so kann man den Verschluss V weglassen, desgleichen auch das Rückschlagventil G, so dass diese Öffnung ganz offen bleibt. Wenn die Öffnung G im Vergleich zur Länge der Überfallkante L klein ist, wird man gleichfalls das Rückschlagventil häufig entbehren können. Durch Fernführung des Rohres D kann eine willkürliche Fernregelung des Stauwerkes ermöglicht werden : durch Schliessen des Rohres D legt man die Stauklappe nieder, durch Öffnen stellt man sie wieder auf. Ferner kann genau so wie vom eigenen Oberwasserspiegel die Klappenstellung auch von einem ferngelegenen Wasserspiegel, z.
B. vom Wasserstand in einem Wasserschloss oder vom Wasserstand in einem Zubringer des Stauweihers, abhängig gemacht werden, indem man nämlich die Aussenmündung des Rohres D statt in das eigene Stauziel in jene fern gelegenen Grenzwasserspiegel verlegt.
In Fig. 5 und 6 ist schematisch gezeigt, wie der Erfindungsgegenstand auf ein Stausystem nach Fig. 3 und 4 anzuwenden wäre. Fig. 5 zeigt die Anlage bei Überstau : die Aussenmündung des Rohres D (unter dem Ventil 11) ist unter Wasser, die an das Rohr D angeschlossene Saugquelle zieht das Wasser im Raume C in die Höhe, die hiedurch über die Kante L ins Unterwasser abfliessende Wassermenge kann durch die Meine Öffnung G nicht zufliessen, daher nimmt der Wasserinhalt des Raumes B ab, und der sinkende Schwimmkörper P zieht durch sein Gewicht vermittels des zweiarmigen Hebels W die Sehütze A auf.
Die Fig. 6 zeigt dieselbe Anordnung bei Unterstau : die Aussenmündung des Rohres D ist wasserfrei, daher im Raume C äusserer Luftdruck, die Wasserspiegel in den Räumen C und B sind gleich hoch, nirgends geht Wasser verloren, wohl aber strömt durch die Öffnung G Wasser ein, so dass die Wasser-
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