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Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Steuerung von um eine horizontale Achse schwenkbaren Verschlussorganen, insbesondere
Stauklappen
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Die Schwimmersteuerungen haben aber gegenüber den gewichtsgesteuerten Klappen den Nachteil, dass sie nicht robust genug sind und vor allem im Winter sehr unter Frosteinflüssen leiden, weshalb oft eine
Heizung des Schwimmers notwendig wird. Speziell bei Hochwasserüberfällen ist die Unterbringung einer entsprechend gesicherten Schwimmerleitung meist mit Schwierigkeiten verbunden.
Schliesslich ist noch eine Lösung bekannt, nach welcher der Servomotorantrieb mit einem unter Druck stehenden Luftpolster in einem ausserhalb des Flussbettes stehenden Winddruckkessel in Verbindung steht, so dass hiedurch ein Ausgleich der Kräfte erreicht werden kann. Diese Lösung besitzt den Nachteil, dass zwei getrennte Druckmittel-Kreisläufe, nämlich der Kreislauf des Druckmittels im Servomotor und der Luft- kreislauf im Windkessel angeordnet werden müssen, wodurch alle Nachteile eines Druckkreislaufes, wie
Leckverluste usw., verdoppelt werden.
Ausserdem ist ein Angleichen der Servomotorkraft an die Klappen- stellung, wie sie zur Erreichung eines der Wirkung der Regulierlaschen usw. entsprechenden Effektes not- wendig wird, auf diese Art nicht möglich, da der Druck des im Windkessel bei Umlegen der Klappe zu- sammengepressten Mediums mit kleiner werdendem Klappenneigungswinkel stetig ansteigt. Es ist daher vor allem nicht möglich, das gesamte Bewegungsspiel der Klappe zur Stauregulierung bei Einhaltung ge- wisser kleiner Spiegeltoleranzen auszunützen, was besonders für die Abmessungen des Verschlusses nach- teilig ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung solcher um eine ho- rizontale Achse schwenkbarer Verschlussorgane unter Schaffung einer automatischen Stauspiegelregulierung, die ähnlich wie bei den gewichtsgesteuerten Klappen vom umlegenden Moment selbst ableitbar ist, wobei nur ein einziger Druckkreislauf verwendet wird und das gesamte Bewegungsspiel der Klappe zur Stauspie- gelregulierung herangezogen werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ausgezeichnet, dass durch die Druckschwankungen im
Servomotorzylinder, die durch eine Veränderung des umlegenden Momentes des Verschlussorganes beim Abweichen des Wasserspiegels vom Stauziel hervorgerufen werden, unter. Verwendung eines einzigen, nämlich des mit dem Servomotor in direkter Verbindung stehenden Kreislaufes des hydraulischen Mediums die an sich bekannte Steuerung desselben im Sinne einer Ableitung bzw. Zufuhr aus bzw. in den Zylinder erfolgt, vorzugsweise unter Wiederherstellung des ursprünglichen Druckes des Mediums im Zylinder.
Zweckmässig wird der Mittelwert der Druckschwankungen, auf die die Steuerung anspricht, in Abhängigkeit von dem Winkel, den das Verschlussorgan einnimmt, verschieden gross gewählt, um die Schwankungen des Wasserspiegels um das Stauziel in möglichst kleinen Grenzen zu halten.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch ausgezeichnet, dass ein Druckschalter, z. B ein Kontaktmanometer, ein federbelastetes Steuerventil od. dgl. an den Zylinder des Servomotors angeschlossen ist, wobei durch das Ansprechen des Druckschalters bei Druckerhöhung im Zylinder ein Ablassen des Mediums aus diesem und bei Druckabfall ein Nachpumpen des Mediums in den Zylinder erfolgt. Zweckmässig ist dabei zur automatischen Bestimmung der Grösse des Mittelwertes der Druckschwankungen, auf die die Steuerung anspricht, eine mechanische, hydraulische oder elektrische Übersetzung von der Achse des Verschlussorganes zu den Einstellorganen des Druckschalters vorgesehen.
Auf diese Weise können unter Ausnutzung der im Zylinder entstehenden Druckschwankungen die Kolbenstellung und somit auch die Stellung des Verschlussorganes so reguliert werden, dass das Stauziel im Rahmen gewisser kleiner Toleranzen gehalten wird.
Eine andere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass neben dem Zylinder des Servomotors ein weiterer, mit diesem kommunizierender Zylinder vorgesehen ist, in dem ein Gegengewicht als Kolben gleitend geführt ist, um dem vom Kolben des Servomotors ausgeübten Druck das Gleichgewicht zu halten.
In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt, u. zw. in den Fig. 1 und 2 in Vertikalschnitten durch Stauklappenanordnungen mit hydraulischen Servomotoren, während die Fig. 3 und 4 zwei Ausführungen der Steueranordnungen für den Servomotor veranschaulichen und Fig. 5 eine andere Steuervorrichtung zeigt.
In Fig. 1 ist eine Fischbauchklappe 1 ersichtlich, die um die horizontale Achse 2 schwenkbar gelagert ist. Die Klappe ist in der völlig aufgerichteten Lage dargestellt, so dass das Stauziel 3 mit der Klappenoberkante 4 zusammenfällt. Der Antrieb der Klappe erfolgt durch einen im Wehrboden 5 versenkten Servomotor 6, wobei sich die Klappe in bekannter Art mit der Rolle 7 gegen den Kopf 8 des Kolbens 9 stützt. Der Servomotor 6 ist von der bekannten Art, bei der der Kolben 9 unter dem Druck eines hydraulischen Mediums, wie Öl oder Wasser, in einem Zylinder verstellbar gelagert ist. Fig. 2 zeigt eine andere, ebenfalls bekannte Servomotoranordnung. Die Klappe 1 ist hier in teilweise umgelegtem Zustand dargestellt, in dem das Stauziel 3 um das Mass 13 höher liegt als die Klappenoberkante 4.
Die Klappe selbst ist mit ihremStützspant 10 gelenkig mittels des Bolzens 11 an dem Kolben 9 angeschlossen. Ander-
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seits ist der Servomotor 6 über den Bolzen 12 gelenkig mit dem Wehrunterbau 5 verbunden. steigt nunmehr der Wasserspiegel über das Stauziel 3 hinaus an, wird das umlegende Moment und somit die Klappenstützkraft 15 vergrössert. Die Vergrösserung der Stützkraft 15 bewirkt eine Steigerung des Kolbendruckes 16. Erfindungsgemäss wird nun eine Vorrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe der Kolbendruck 16 durch Ablassen bzw. Zuführen von hydraulischem Medium, somit also durch Veränderung der Kolbenstellung und des Klappenneigungswinkels 14, konstant gehalten werden kann ; die Funktion der Klappe ist dann die gleiche wie die einer gewichtsgesteuerten Klappe.
Fig. 3 zeigt das Steuerschema einer solchen Vorrichtung. Die Steuerung des-Druckes erfolgt hiebei primär durch einen Druckschalter, hier ein Steuermanometer 18. Die Klappenstützkraft 15 wird über den Kolben 9 eingeleitet, wodurch der Druck 16 im Servomotor 6 erzeugt wird. Vergrössert sich nunmehr die
Stützkraft 15 durch Ansteigen des Wasserspiegels über das Stauziel 3 hinaus, dann vergrössert sich auch der
Servomotordruck 16 und bringt über die an den Zylinder angeschlossene Leitung 17 das Steuermanometer 18 zum Ausschlagen. Hat der Ausschlag ein gewisses einstellbares Mass erreicht, wird ein Kontakt des
Steuermanometers geschlossen, der den Hubmagneten 26 eines Magnetschiebers 24 ansprechen lässt, wodurch Druckmittel über die Leitungen 23 und 25 vom Zylinder in den Behälter 21 fliessen kann.
Dadurch senkt sich der Kolben 9 und damit die Klappe 1 ab ; der Klappenneigungswinkel 14 wird so weit verkleinert, bis die Stützkraft 15 und somit der Kolbendruck 16 wieder die ursprüngliche Grösse erreicht haben. Ist dies der Fall, dann öffnet das in seine Mittelstellung zurückgekehrte Steuermanometer 18 den Kontakt, wodurch sich der Magnetschieber 24 schliesst.
Tritt der umgekehrte Fall ein, fällt also der Kolbendruck 16 infolge Absinken des Wasserspiegels, dann schlägt das Steuermanometer 18 nach der andern Seite aus und schliesst dabei ebenfalls einen Kontakt, der eine Pumpe 20 anspringen lässt. Diese führt dann hydraulisches Medium vom Behälter 21 über die Leitungen 22 und 17 dem Servomotor 6 zu, wodurch der Klappenneigungswinkel 14 so lange vergrössert wird, bis die Stützkraft 15 wieder den ursprünglichen Kolbendruck 16 erzeugt. Die Pumpenleitung 17 ist durch ein Rückschlagventil 19 gesichert.
Fig. 4 zeigt eine andere Vorrichtung, die an Stelle der elektrischen Schaltung des Steuermanometers eine hydraulische Regulierung vorsieht. Statt des Manometers wird hier ein federbelastetes Steuerventil 28 als Druckschalter verwendet.
Steigt der Kolbendruck 16, so wird in gleichem Masse über die Leitung 27 der Steuerkolbendruck 39 vergrössert. Hiedurch wird die Feder 30 des Steuerventiles 28 zusammengepresst ; der Kolben 29 des Ventiles wandert nach rechts und gibt die Leitung 34 frei, durch die das hydraulische Medium aus dem Servomotor 6 in den Behälter 38 fliesst. Nimmt der Kolbendruck 16 und somit auch der Steuerdruck 39 im Ventile 28, der durch Einstellen der Feder 30 reguliert werden kann, wieder seine ursprüngliche Grösse an, wandert der Kolben 29 nach links und sperrt die Leitung 34.
Fällt der Kolbendruck 16 und somit auch der Steuerdruck 39 im Ventil 28 ab, wird der Steuerkolben 29 durch die Feder 30 nach links bewegt. Hiedurch schlägt die auf der Kolbenstange 31 angebrachte Nase 33 an einen Schalter 32, der das Anspringen einer Pumpe 37 bewirkt, die über die Leitungen 35 und 27 aus dem Behälter 38 ein Druckmittel in den Zylinder des Servomotors 6 fördert. Die Leitung 35 ist auch hier durch ein Rückschlagventil 36 gesichert.
Die Steuerung nach den Fig. 3 und 4 bietet weiters noch den Vorteil, dass alle Leckölverluste, die bei Anordnung von Servomotoren unvermeidlich sind, automatisch ergänzt werden, da durch diese eine Verkleinerung des Klappenneigungswinkels 14 bedingt ist, wobei der Wasserspiegel unter das Stauziel 3 abfällt und ein Sinken des Druckes 16 bewirkt. Letzteres ruft aber ein Nachfördern des Druckmittels bis zur völligen Aufrichtung der Klappe hervor.
Die beschriebenen und schematisch dargestellten Vorrichtungen, bei denen nach Ausführung eines Steuervorganges im Zylinder des Servomotores der ursprünglich dort vorhandene Druck wiederhergestellt worden ist, haben noch den Nachteil verschieden grosser Reguliertoleranzen für den Wasserspiegel, der jedoch im Wesen auf gleichbleibender Höhe gehalten werden soll ; es ist ja auch hier wie bei den gewichtsgesteuerten Klappen das Verhältnis des umlegenden Momentes zum Hebelarm der Stützkraft 15 in Abhängigkeit vom Neigungswinkel 14 nicht konstant. Diesem Umstand lässt sich in Analogie zu den Regulierlaschen usw. dadurch begegnen, dass der Mittelwert der Druckschwankung, auf die die Steuerung anspricht,, verschieden gross gewählt wird, u. zw. in Abhängigkeit vom Klappenneigungswinkel 14.
Jeder Stellung der Stauklappe entspricht somit ein ganz bestimmter Mittelwert der Druckschwankungen gemäss dem vorgenannten Verhältnis, wodurch sich die Reguliertoleranzen für den Wasserspiegel auf ein kleinstmögliches Mass herabsetzen lassen.
Dies kann bei der Anordnung nach Fig. 3 etwa dadurch geschehen, dass von der Klappenachse 2 durch entsprechende Übersetzungen auf mechanischem, hydraulischem oder elektrischem Wege eine Verschiebung
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